重型厂房结构设计

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1、第第2 2章章 重型厂房结构设计重型厂房结构设计钢结构厂房的特点：承载能钢结构厂房的特点：承载能力大，整体刚度大，抗震力大，整体刚度大，抗震性能好，耐热（但不耐火）性能好，耐热（但不耐火），制做安装运输都方便，制做安装运输都方便，因此在重型厂房及大型厂因此在重型厂房及大型厂房中应用很普遍。房中应用很普遍。1 1大型冶金厂房：大型冶金厂房： 炼钢车间、轧钢车间，炼钢车间、轧钢车间，如鞍钢，首钢，武钢，宝如鞍钢，首钢，武钢，宝钢的主要厂房都是钢结构。钢的主要厂房都是钢结构。 2 2重型机械制造厂房，如大型电机装配车间，重型机械制造厂房，如大型电机装配车间，通常大型装配车间配有双层吊车，这通常大型装

2、配车间配有双层吊车，这 里主要是柱子的计算及构造。里主要是柱子的计算及构造。3 3大型造船厂，火力发电厂，飞机制造车间，大型造船厂，火力发电厂，飞机制造车间，过去，通常也做成平面结构，而近年过去，通常也做成平面结构，而近年 来，采用平板网架结构。来，采用平板网架结构。 柱柱屋架屋架吊车梁吊车梁天窗架天窗架柱间支撑柱间支撑2.1 2.1 结构形式和结构布置结构形式和结构布置 单层厂房钢结构一般是由屋盖结单层厂房钢结构一般是由屋盖结构、柱、吊车梁、制动梁（或制动桁架）、构、柱、吊车梁、制动梁（或制动桁架）、各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系。各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系。这些构件按其作用

3、可分为下面几类：这些构件按其作用可分为下面几类： (1)(1)横向框架横向框架由柱和它所支承的屋架或屋由柱和它所支承的屋架或屋盖横梁组成，是单层厂房钢结构的主要承盖横梁组成，是单层厂房钢结构的主要承重体系，承受结构的自重、风、雪荷载和重体系，承受结构的自重、风、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载，并把这些荷载传吊车的竖向与横向荷载，并把这些荷载传递到基础。递到基础。(2)(2)屋盖结构屋盖结构承担屋盖荷载的结构体系，承担屋盖荷载的结构体系，包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。天窗架、檩条等。（3 3）支撑体系）支撑体系包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等

4、，包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等，它一方面与柱、吊车梁等组成单层厂房钢结构的它一方面与柱、吊车梁等组成单层厂房钢结构的纵向框架，承担纵向水平荷载；另一方面又把主纵向框架，承担纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空间的整体结要承重体系由个别的平面结构连成空间的整体结构，从而保证了单层厂房钢结构所必需的刚度和构，从而保证了单层厂房钢结构所必需的刚度和稳定。稳定。(4)(4)吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要承受吊车吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵向框架上。纵向框架上。(5)(5)墙架墙

5、架承受墙体的自重和风荷载。承受墙体的自重和风荷载。 此外，还有一些次要的构件如梯子、走此外，还有一些次要的构件如梯子、走道、门窗等。在某些单层厂房钢结构中，由于工道、门窗等。在某些单层厂房钢结构中，由于工艺操作上的要求，还设有工作平台。艺操作上的要求，还设有工作平台。 q 屋屋盖结构体系：盖结构体系：钢屋架钢屋架大型屋面板结构体系大型屋面板结构体系钢屋架钢屋架檩条檩条轻型屋面板结构体系轻型屋面板结构体系横梁横梁檩条檩条轻型屋面板结构体系轻型屋面板结构体系q吊车的工作制等级与工作级别的对应关系吊车的工作制等级与工作级别的对应关系工作制等级工作制等级 轻级轻级 中级中级 重级重级 特重级特重级 工

6、作级别工作级别 A1 A1A3A3 A4,A5 A4,A5 A6,A7 A6,A7 A8 A8（按照吊车使用的频繁程度）2.1.1.1 2.1.1.1 柱网布置和计算单元柱网布置和计算单元柱网布置：柱网布置：就是确定单层厂房钢结构承重柱在平面上就是确定单层厂房钢结构承重柱在平面上的排列，即确定它们的纵向和横向定位轴的排列，即确定它们的纵向和横向定位轴线所形成的网格。单层厂房钢结构的跨度线所形成的网格。单层厂房钢结构的跨度就是柱纵向定位轴线之间的尺寸，单层厂就是柱纵向定位轴线之间的尺寸，单层厂房钢结构的柱距就是柱子在横向定位轴线房钢结构的柱距就是柱子在横向定位轴线之间的尺寸之间的尺寸 。幻灯片幻

7、灯片 16161.1.影响柱网布置因素：影响柱网布置因素： 1 1）生产工艺流程要求：）生产工艺流程要求： 2 2）结构上的要求：在保证厂房具有必需的）结构上的要求：在保证厂房具有必需的刚度和强度的同时，注意柱距和跨度的类别刚度和强度的同时，注意柱距和跨度的类别尽量少些，以尽量少些，以 利施工。利施工。 3 3）经济要求：）经济要求： 4 4）模数要求：柱距）模数要求：柱距L L的取值的取值: : 一般地，在一般地，在跨度不小于跨度不小于30m30m、高度不小于、高度不小于14m14m、吊车额定、吊车额定起重量不小于起重量不小于50t50t时，柱距取时，柱距取12m12m较为经济较为经济; ;

8、参数较小的厂房取参数较小的厂房取6m6m柱距较为合适。如果采柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取大柱距用轻型围护结构，则取大柱距15m15m，18m18m及及24m24m较适宜。较适宜。l温度伸缩缝温度伸缩缝l温度变化将引起结构变形，使厂房钢结构产生温温度变化将引起结构变形，使厂房钢结构产生温度应力。故当厂房平面尺寸较大时，为避免产生度应力。故当厂房平面尺寸较大时，为避免产生过大的温度变形和温度应力，应在厂房钢结构的过大的温度变形和温度应力，应在厂房钢结构的横向和纵向设置温度伸缩缝横向和纵向设置温度伸缩缝(temperature(temperaturejoint)joint)。l温度伸缩缝

9、的布置决定于厂房钢结构的纵向和横温度伸缩缝的布置决定于厂房钢结构的纵向和横向长度。纵向很长的厂房在温度变化时，纵向构向长度。纵向很长的厂房在温度变化时，纵向构件伸缩的幅度较大，引起整个结构变形，使构件件伸缩的幅度较大，引起整个结构变形，使构件内产生较大的温度应力，并可能导致墙体和屋面内产生较大的温度应力，并可能导致墙体和屋面的破坏。为了避免这种不利后果的产生，常采用的破坏。为了避免这种不利后果的产生，常采用横向温度伸缩缝将单层厂房钢结构分成伸缩时互横向温度伸缩缝将单层厂房钢结构分成伸缩时互不影响的温度区段。按规范规定，当温度区段长不影响的温度区段。按规范规定，当温度区段长度不超过下表的数值时，

10、可不计算温度应力。度不超过下表的数值时，可不计算温度应力。 温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。即在缝的两旁布置温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。即在缝的两旁布置两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩缝的中两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩缝的中线和定位轴线重合；在设备布置条件不允许时，可采用插线和定位轴线重合；在设备布置条件不允许时，可采用插入距的方式，将缝两旁的柱放在同一基础上，其轴线间距入距的方式，将缝两旁的柱放在同一基础上，其轴线间距一般可采用一般可采用1m1m，对于重型厂房由于柱的截面较大，可能要，对于重型厂房由于柱的截面较大，可能要放大到放大到1.5m1.5m或或2m

11、2m，有时甚至到，有时甚至到3m3m，方能满足温度伸缩缝的，方能满足温度伸缩缝的构造要求。为节约钢材也可采用单柱温度伸缩缝，即在纵构造要求。为节约钢材也可采用单柱温度伸缩缝，即在纵向构件（如托架、吊车梁等）支座处设置滑动支座，以使向构件（如托架、吊车梁等）支座处设置滑动支座，以使这些构件有伸缩的余地。不过单柱伸缩缝使构造复杂，实这些构件有伸缩的余地。不过单柱伸缩缝使构造复杂，实际应用较少。际应用较少。当厂房宽度较大时，也应该按规范规定布置纵向温度当厂房宽度较大时，也应该按规范规定布置纵向温度伸缩缝。伸缩缝。 幻灯片幻灯片q拔柱：拔柱：由于工艺要求或其它原因，有时需要将由于工艺要求或其它原因，有

12、时需要将柱距局部加大。如图柱距局部加大。如图2 22 2中，在纵向轴线中，在纵向轴线B B与与横向轴线横向轴线L L相交处不设柱子，因而导致轴线相交处不设柱子，因而导致轴线k k和和m m之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。拔柱。q托架（托梁）：托架（托梁）：上承屋架，下传柱子。上承屋架，下传柱子。2.1.1.2 2.1.1.2 横向框架及其截面选横向框架及其截面选择择横向框架横向框架1.1.类型类型1)1)按跨度：单跨、双跨和多跨按跨度：单跨、双跨和多跨2)2)按静力计算模式按静力计算模式 横梁与柱刚接、横梁与柱铰接横梁与柱刚接、横梁与柱铰接（a

13、）（b）（c）l横梁与柱铰接的框架，在传统单层厂房钢结横梁与柱铰接的框架，在传统单层厂房钢结构中常可见到。由于其横向刚度较差，常构中常可见到。由于其横向刚度较差，常不能满足吊车使用上的要求，因此这种结不能满足吊车使用上的要求，因此这种结构类型现在很少采用。构类型现在很少采用。l横梁与柱刚接的框架具有良好的横向刚度，横梁与柱刚接的框架具有良好的横向刚度，但对于支座不均匀沉降及温度作用比较敏但对于支座不均匀沉降及温度作用比较敏感，需采取防止不均匀沉降的措施。轻钢感，需采取防止不均匀沉降的措施。轻钢厂房采用的门式刚架属于横梁与柱刚接，厂房采用的门式刚架属于横梁与柱刚接，而且由于结构自重与传统单层厂房

14、钢结构而且由于结构自重与传统单层厂房钢结构相比大为减轻，沉降问题不甚严重，因而相比大为减轻，沉降问题不甚严重，因而是一种较好的结构形式。是一种较好的结构形式。 2.2.主要尺寸主要尺寸1)1)跨度：一般为跨度：一般为3 3米的倍数。米的倍数。框架的主要尺寸如图所示。框架的跨度，可由框架的主要尺寸如图所示。框架的跨度，可由下式定出：下式定出： 截面选择截面选择框架柱按结构形式可分为等截面柱、阶形框架柱按结构形式可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱三大类。柱和分离式柱三大类。柱截面有实腹式和格构式两种，重型工业柱截面有实腹式和格构式两种，重型工业厂房通常采用格构式。等截面柱将吊车梁厂房通常采用格构式。

15、等截面柱将吊车梁支于牛腿上，构造简单，但吊车竖向荷载支于牛腿上，构造简单，但吊车竖向荷载偏心大，只适用于吊车起重量偏心大，只适用于吊车起重量Q150kNQ150kN，或，或无吊车且房屋高度较小的轻型钢结构中。无吊车且房屋高度较小的轻型钢结构中。 阶形柱也可分为实腹式和格构式两种。从经济角阶形柱也可分为实腹式和格构式两种。从经济角度考虑，阶形柱由于吊车梁或吊车桁架支承在柱度考虑，阶形柱由于吊车梁或吊车桁架支承在柱截面变化的肩梁处，荷载偏心小，构造合理，其截面变化的肩梁处，荷载偏心小，构造合理，其用钢量比等截面柱节省，因而在单层厂房钢结构用钢量比等截面柱节省，因而在单层厂房钢结构中广泛应用。阶形柱

16、还根据房屋内设单层吊车或中广泛应用。阶形柱还根据房屋内设单层吊车或双层吊车做成单阶柱或双阶柱。双层吊车做成单阶柱或双阶柱。阶形柱的上段由于截面高度阶形柱的上段由于截面高度h h不大（无人孔时不大（无人孔时h=400600mmh=400600mm；有人孔时；有人孔时h=9001000mmh=9001000mm），并考虑），并考虑柱与屋架、托架的连接等，一般采用工字形截面柱与屋架、托架的连接等，一般采用工字形截面的实腹柱。的实腹柱。下段柱，对于边列柱来说，由于吊车肢受的荷载下段柱，对于边列柱来说，由于吊车肢受的荷载较大，通常设计成不对称截面，中列柱两侧荷载较大，通常设计成不对称截面，中列柱两侧荷载

17、相差不大时，可以采用对称截面。下段柱截面高相差不大时，可以采用对称截面。下段柱截面高度度1m1m时，采用实腹式；截面高度时，采用实腹式；截面高度1m1m时，采用时，采用缀条柱缀条柱 分离式柱由支承屋盖结构的屋盖肢和支承吊车梁或吊车桁分离式柱由支承屋盖结构的屋盖肢和支承吊车梁或吊车桁架的吊车肢所组成，两柱肢之间用水平板相连接。吊车肢架的吊车肢所组成，两柱肢之间用水平板相连接。吊车肢在框架平面内的稳定性就依靠连在屋盖肢上的水平连系板在框架平面内的稳定性就依靠连在屋盖肢上的水平连系板来解决。屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊车水平荷载，来解决。屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊车水平荷载，按压弯构件设计。吊

18、车肢仅承受吊车的竖向荷载，当吊车按压弯构件设计。吊车肢仅承受吊车的竖向荷载，当吊车梁采用突缘支座时，按轴心受压构件设计；当采用平板支梁采用突缘支座时，按轴心受压构件设计；当采用平板支座时，仍按压弯构件设计。分离式柱构造简单，制作和安座时，仍按压弯构件设计。分离式柱构造简单，制作和安装比较方便，但用钢量比阶形柱多，且刚度较差，只宜用装比较方便，但用钢量比阶形柱多，且刚度较差，只宜用于吊车轨顶标高低于于吊车轨顶标高低于10m10m、且吊车起重量、且吊车起重量Q750kNQ750kN的情况，的情况，或者相邻两跨吊车的轨顶标高相差很悬殊，而低跨吊车的或者相邻两跨吊车的轨顶标高相差很悬殊，而低跨吊车的起

19、重量起重量Q500kNQ500kN的情况。的情况。优点：减小两肢在框架平面内的计算长度优点：减小两肢在框架平面内的计算长度, , 两肢分别单独承担荷载两肢分别单独承担荷载 。双肢格构式柱是重型厂房阶形下柱的常见双肢格构式柱是重型厂房阶形下柱的常见型式，下图是其截面的常见类型。阶形柱型式，下图是其截面的常见类型。阶形柱的上柱截面通常取实腹式等截面焊接工字的上柱截面通常取实腹式等截面焊接工字形或类型（形或类型（a a）。下柱截面类型要依吊车起）。下柱截面类型要依吊车起重量的大小确定：类型（重量的大小确定：类型（b b）常见于吊车起）常见于吊车起重量较小的边列柱截面；吊车起重量不超重量较小的边列柱截

20、面；吊车起重量不超过过50t50t的中柱可选取（的中柱可选取（c c）类截面，否则需）类截面，否则需做成（做成（d d）类截面；显然，截面类型（）类截面；显然，截面类型（e e）适合于吊车起重量较大的边列柱；特大型适合于吊车起重量较大的边列柱；特大型厂房的下柱截面可做成（厂房的下柱截面可做成（f f）类截面。）类截面。厂房结构形式的选取不仅要考虑吊车的起厂房结构形式的选取不仅要考虑吊车的起重量，而且还要考虑吊车的工作级别及吊重量，而且还要考虑吊车的工作级别及吊钩类型，对于装备钩类型，对于装备A6A8A6A8级（重级工作制）级（重级工作制）吊车的车间除了要求结构具有大的横向刚吊车的车间除了要求结

21、构具有大的横向刚度外，还应保证足够大的纵向刚度。度外，还应保证足够大的纵向刚度。柱子与基础刚柱子与基础刚性连接性连接 纵向刚度纵向刚度横向刚度横向刚度柱间柱间支撑支撑 屋架与柱子屋架与柱子刚性连接刚性连接 柱的截面验算厂房柱主要承受轴向力N，框架平面内的弯矩Mx、剪力Vx；有时还要承受框架平面外的弯矩My。单阶柱的上柱，一般为实腹工字形截面，选取最不利的内力组合，按压弯构件进行截面验算。阶形柱的下段柱一般为格构式压弯构件，需要验算在框架平面内的整体稳定以及屋盖肢与吊车肢的单肢稳定。框架平面内的整体稳定：计算单肢稳定时，应计算单肢稳定时，应注意分别选取对所验注意分别选取对所验算的单肢产生最大压算

22、的单肢产生最大压力的内力组合力的内力组合将单肢看作桁架体系的弦杆，按下式确定两肢件的轴力对缀条柱，按轴心受压构件的稳定验算公式验算其单肢的稳定性。单肢的计算长度，在弯矩作用平面内，取缀条体系节间的轴线距离；在弯矩作用平面外，取两侧向支承点间的轴线距离。对缀板柱的单肢，尚应考虑剪力作用引起的局部弯矩。将按算得的剪力和压弯构件的实际剪力比较后，取其大者作为构件的计算剪力，再按确定作用在单肢上的计算弯矩。在弯矩作用平面内，按压弯构件验算单肢的稳定性。考虑到格构式柱的缀材体系传递两肢间的内力情况还不十分明确，为了确保安全，还需按吊车肢单独承受最大吊车垂直轮压Rmax进行补充验算。此时吊车肢承受的最大压

23、力为：式中 吊车竖向荷载及吊车梁自重等所产生的最大计算压力；使吊车肢受压的下段柱计算弯矩，包括的作用；与相应的内力组合的下段柱轴向力；仅由作用对下段柱产生的计算弯矩，与同一截面；柱截面重心轴至屋盖肢重心线的距离；下柱屋盖肢和吊车肢重心线间的距离。当吊车梁为突缘支座时，其支反力沿吊车肢轴线传递，吊车肢按承受轴心压力N1计算单肢的稳定性。当吊车梁为平板式支座时，尚应考虑由于相邻两吊车梁支座反力差（R1-R2）所产生的框架平面外的弯矩My全部由吊车肢承受，其沿柱高度方向弯矩的分布可近似地假定在吊车梁支承处为铰接，在柱底部为刚性固定，分布如图所示。吊车肢按实腹式压弯杆验算在弯矩My作用平面内（即框架平

24、面外）的稳定性。肩梁肩梁 连接阶形柱上、下段柱的部件。它将上段连接阶形柱上、下段柱的部件。它将上段 柱的柱的轴心力、弯矩传给下段柱。轴心力、弯矩传给下段柱。l 肩梁一般包括腹板肩梁一般包括腹板( (单单 腹板或双腹板腹板或双腹板) )、上部板、上部板和下部板三部分。和下部板三部分。l肩梁要有足肩梁要有足 够的刚度，使其在受力变形时，在上够的刚度，使其在受力变形时，在上段柱顶部相应产生段柱顶部相应产生 的水平变位和角变位保持在容的水平变位和角变位保持在容许范围之内许范围之内; ;在下段往在下段往 的分肢中相应产生的弯矩的分肢中相应产生的弯矩可以忽略不计，或由此弯矩可以忽略不计，或由此弯矩 产生的

25、应力与其它应产生的应力与其它应力的组合值不超过规定值。按最力的组合值不超过规定值。按最 不利组合求出肩不利组合求出肩梁剪力和弯矩，并验算肩梁强度、肩梁梁剪力和弯矩，并验算肩梁强度、肩梁 与上下段与上下段柱的连接焊缝的强度和传递内力的加劲肋的柱的连接焊缝的强度和传递内力的加劲肋的 焊缝焊缝的强度。的强度。 q 双臂肩梁：双臂肩梁：刚度大，整体性好，适宜用于柱截刚度大，整体性好，适宜用于柱截 面宽度较大（不小于面宽度较大（不小于900mm)900mm)的情形的情形。q 肩梁肩梁 单臂肩梁单臂肩梁（图（图2-2-7a7a）双臂肩梁双臂肩梁（图（图2-7a2-7a）构造要求：构造要求：肩梁惯肩梁惯性矩

26、宜大于上柱的性矩宜大于上柱的惯性矩，其线刚度惯性矩，其线刚度与下柱单肢线刚度与下柱单肢线刚度之比一般宜不小于之比一般宜不小于2525，其高跨比可控，其高跨比可控制在制在0.350.350.50.5之之间。间。单壁式肩梁单壁式肩梁肩梁只有一块腹板，为单壁式肩梁。当吊车梁为突缘支座时，将肩梁腹板嵌入吊车肢的槽口。为了加强腹板，可在吊车梁突缘宽度范围内，在肩梁腹板两侧局部各贴焊一小板，以承受吊车梁的最大支座反力或将肩梁在此范围内局部加厚。吊车梁为平板式支座时，宜在吊车肢腹板上和吊车梁端加劲肋的相应位置上设置加劲肋，如图所示。外排柱的上柱外翼缘直接以对接焊缝与下柱屋盖肢腹板拼接，上柱腹板一般由角焊缝焊

27、于该范围的上盖板上。单壁式肩梁的上柱内翼缘应开槽口插入肩梁腹板，由角焊缝连接，受力如图所示：计算内力可近似按下式计算：式中 M1、N1上柱下端使R1绝对值最大的最不利内力组合中的弯矩和轴压力； a1上柱两翼缘中心间的距离。肩梁腹板按跨度为a，受集中荷载R1的简支梁计算，如图所示。肩梁与下柱屋盖肢的连接焊缝按肩梁腹板反力RA计算，肩梁与下柱吊车肢的连接焊缝按肩梁腹板反力RB计算。当吊车梁为突缘支座时应按（Rmax+RB）计算，Rmax为吊车荷载传给柱的最大压力。这些连接焊缝的计算长度应取不大于60hf，而hf8mm。吊车梁为平板支座时，吊车肢加劲肋按吊车梁最大支座反力计算端面承压应力和连接焊缝，

28、加劲肋高度不宜小于500mm，其上端应刨平顶紧盖板。双壁式肩梁双壁式肩梁单壁式肩梁构造简单，但平面外刚度较差，较为大型的厂房柱通常采用双壁式肩梁，如下图所示。其计算方法与单壁式基本相同，只是在计算腹板时，应考虑两块腹板共同受力。2.1.1.3 2.1.1.3 柱间支撑柱间支撑1 1作用：作用： （1 1）保证厂房纵向刚度；）保证厂房纵向刚度； （2 2）承受并传递纵向水平荷载；）承受并传递纵向水平荷载； （3 3）为框架柱提供平面外支撑，减小柱平面外计算长度。）为框架柱提供平面外支撑，减小柱平面外计算长度。 2.2.柱间支撑的布置：柱间支撑的布置： 1 1）每列柱都要设柱间支撑。）每列柱都要设

29、柱间支撑。 2 2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱 间支撑布置在同一柱间。间支撑布置在同一柱间。 3 3）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部，）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部， 以减少纵向温度应力的影响。以减少纵向温度应力的影响。 4 4）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱 间设置外间设置外, ,还应当在每个温度区段的两端设置。还应当在每个温度区段的两端设置。 5 5）每列柱顶均要布置刚性系杆。）每列柱顶均要布置刚性系杆。 3.3.柱间支撑的形式：柱间支撑的形式：(a)(a)单层十字

30、形；单层十字形；(b)(b)人字形；人字形；(c)(c)门形门形; (d); (d)双层十字形双层十字形下层柱间下层柱间 支撑的形式支撑的形式(a)(a)十字形；十字形； (b)(b)人字形；人字形； (c)V(c)V字形字形上层柱间上层柱间 支撑的形式支撑的形式一般情况柱间支撑按拉杆设计，压杆退出一般情况柱间支撑按拉杆设计，压杆退出工作。工作。采用角钢时，柱间支撑截面不宜小于采用角钢时，柱间支撑截面不宜小于L756L756；采用槽钢时不宜小于；采用槽钢时不宜小于1212。对于大吨位吊车，为提高厂房纵向刚度，对于大吨位吊车，为提高厂房纵向刚度，下柱支撑可按压杆设计，常采用双角钢或下柱支撑可按压

31、杆设计，常采用双角钢或槽钢。设置为双片，双片之间以缀条相连。槽钢。设置为双片，双片之间以缀条相连。缀条常采用单角钢，长细比不超过缀条常采用单角钢，长细比不超过200200，且，且不小于不小于L505L505。有关连接构造有关连接构造1)1)与柱位置关系与柱位置关系等截面：在柱轴线处，有人孔则布置在等截面：在柱轴线处，有人孔则布置在两侧。两侧。边柱：外侧有大型板材或墙梁时仅布置在边柱：外侧有大型板材或墙梁时仅布置在内侧，否则内外两侧均有。内侧，否则内外两侧均有。变截面中柱：内外两侧均需布置，且应有变截面中柱：内外两侧均需布置，且应有连杆。连杆。2)2)连接节点连接节点采用焊接连接或高强螺栓连接采

32、用焊接连接或高强螺栓连接2.1.2 2.1.2 屋架外形及腹杆形式屋架外形及腹杆形式2.1.2.1 2.1.2.1 桁架的应用桁架的应用q桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应力在截面上均匀分布，桁架用拉力或压力。应力在截面上均匀分布，桁架用料经济，结构料经济，结构 的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途途 。q在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋盖的承重结构是不经济

33、的，这时都要用梁作屋盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架桁架 。2.1.2.22.1.2.2桁架的外形及腹杆形式桁架的外形及腹杆形式 芬克式腹杆芬克式腹杆人字式腹杆人字式腹杆豪式腹杆豪式腹杆人字式腹杆人字式腹杆再分式腹杆再分式腹杆人字式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆三三角角形形屋屋架架梯梯形形屋屋架架平平行行弦弦屋屋架架屋架外形常用的有三角形、梯形、平行弦屋架外形常用的有三角形、梯形、平行弦和人字形等。和人字形等。桁架的外形取决于建筑物的用途、用料、桁架的外形取决于建筑物的用途、用料、施工、连接、刚度以及屋面的排水坡度等。施工、连接、刚度以及屋面的排水坡度等。在制造简单的条件下，桁架外形

34、应尽可能在制造简单的条件下，桁架外形应尽可能与其弯矩图接近。腹杆的布置应尽量长杆与其弯矩图接近。腹杆的布置应尽量长杆受拉、短杆受压，数目宜少，总长度要短，受拉、短杆受压，数目宜少，总长度要短，斜腹杆的倾角一般在斜腹杆的倾角一般在30306060，使荷载作，使荷载作用在节点上，避免使弦杆承受局部弯矩，用在节点上，避免使弦杆承受局部弯矩，节点构造要简单合理，便于制造。节点构造要简单合理，便于制造。 按腹杆布置方式不同有：按腹杆布置方式不同有： 芬克式芬克式 特点：长腹杆受拉，短腹杆受压，受力合理，应特点：长腹杆受拉，短腹杆受压，受力合理，应 用广泛。用广泛。1 1三角形屋架三角形屋架 杆件数量少，

35、节杆件数量少，节点数量少，受压杆点数量少，受压杆较长，但抗震性能较长，但抗震性能优于芬克式屋架，优于芬克式屋架，适用于跨度小于适用于跨度小于18m18m的屋架。的屋架。 单斜式单斜式 腹腹杆杆和和节节点点数数量量较较多多，长长腹腹杆杆受受拉拉，但但夹夹角角小小，适适用用于于下下弦弦设置天棚的屋架。设置天棚的屋架。 人字式人字式 适用范围：跨度小，坡度大、采用轻型屋面材料适用范围：跨度小，坡度大、采用轻型屋面材料的有檩体系。的有檩体系。 特点特点： 外形和弯矩图不相适应，弦杆内力分布不均匀，外形和弯矩图不相适应，弦杆内力分布不均匀，近支座处内力大，近跨中处小，横向刚度小。近支座处内力大，近跨中处

36、小，横向刚度小。 上下弦交角小，端节点构造复杂。可将上弦或上下弦交角小，端节点构造复杂。可将上弦或下弦改变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节下弦改变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节点构造。点构造。 按腹杆布置方式不同有：按腹杆布置方式不同有： 人字式人字式2 2梯形屋架梯形屋架特点：腹杆总长度短，节点少。特点：腹杆总长度短，节点少。按按支支座座斜斜杆杆与与弦弦杆杆组组成成的的支支承承点点在在下下弦弦或或在在上上弦弦又又可可分分为为下下承承式式和上承式两种。和上承式两种。上承式上承式下承式下承式2 2梯形屋架梯形屋架 再分式再分式特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。特点：可避免节间直接受荷

37、（非节点荷载）。 单斜杆式单斜杆式 特特点点：多多数数腹腹杆杆受受压压，杆杆件件数数量量多多，总总长长大大，应用少。应用少。 特点特点 外形和弯矩图比较接近，弦杆内力沿跨度分布较外形和弯矩图比较接近，弦杆内力沿跨度分布较均匀，用料经济，应用广泛。均匀，用料经济，应用广泛。 适用范围适用范围 适用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结适用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。构。 屋架高度屋架高度 梯形屋架的中部高度一般为（梯形屋架的中部高度一般为（1/101/101/81/8）L L，与与柱刚接的梯形屋架，端部高度一般为（柱刚接的梯形屋架，端部高度一般为（1/161/161/121/12）

38、L L，通常取为通常取为2.02.02.5m2.5m。 与柱铰接的梯形屋架，端部高度可按跨中经济高与柱铰接的梯形屋架，端部高度可按跨中经济高度和上弦坡度决定。度和上弦坡度决定。3.3.人字形桁架人字形桁架 上上、下下弦弦可可为为平平行行，坡坡度度为为1/201/201/101/10，节节点点构构造造较较为为统一；统一； 上上、下下弦弦可可以以具具有有不不同同坡坡度度或或下下弦弦有有一一部部分分水水平平段段，以以改善屋架受力情况。改善屋架受力情况。 跨跨中中高高度度一一般般为为2.02.02.5m2.5m，跨跨度度大大于于36m36m时时可可取取较较大大高高度但不宜超过度但不宜超过3m3m；端部

39、高度一般为跨度的端部高度一般为跨度的1/181/181/121/12。4.4.平行弦屋架平行弦屋架 上、下弦杆水平，杆件和节点规格化、便于制造。上、下弦杆水平，杆件和节点规格化、便于制造。 屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均匀。屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均匀。 一般用于托架和支撑体系。一般用于托架和支撑体系。2.1.2.3 2.1.2.3 确定桁架形式的原则：确定桁架形式的原则：1.1.满足使用要求满足使用要求屋架外形应与屋架外形应与屋面材料的排水要求屋面材料的排水要求相适应。相适应。 三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮,

40、 , 坡度一般在坡度一般在1/31/31/21/2 梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在坡度一般在1/21/21/81/8 2.2.受力合理：受力合理： 1 1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大 。 简支屋架外形与均布荷载下的抛物线简支屋架外形与均布荷载下的抛物线 形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比 较接近。较接近。2 2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数 量宜少，腹杆总长度也应较小。量宜少，腹杆总长度也应较小。q 单向斜杆式：

41、单向斜杆式： 斜腹杆受拉斜腹杆受拉 竖腹杆受压竖腹杆受压 合理合理 斜腹杆受压斜腹杆受压竖腹杆受拉竖腹杆受拉不合理不合理 q再分式腹杆再分式腹杆减少受压上弦节间尺寸，避减少受压上弦节间尺寸，避 免节间的附加弯矩也减少了上免节间的附加弯矩也减少了上 弦杆在屋架平面内的长比弦杆在屋架平面内的长比 。q交叉式腹杆交叉式腹杆主要用于可能从不同方向受力主要用于可能从不同方向受力 的支撑体系。的支撑体系。 再分式腹杆再分式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆 3 .3 .制造简单及运输与安装方便制造简单及运输与安装方便 构造简单，杆件夹角构造简单，杆件夹角30306060； 杆件与节点数量少；杆件与节点数量少； 杆件

42、尺寸划一及节杆件尺寸划一及节 点构造形式划一点构造形式划一 分段制造，便于运输与安装；分段制造，便于运输与安装； 4. 4. 综合技术经济效果好综合技术经济效果好 2.1.2.4 2.1.2.4 桁架主要尺寸的确定桁架主要尺寸的确定主要尺寸指屋架跨度主要尺寸指屋架跨度L L和高度和高度H H， L L由使用和工艺要求决定；由使用和工艺要求决定；H H则由经济条件、刚度条件、运输界限、屋面坡度则由经济条件、刚度条件、运输界限、屋面坡度等因素决定。等因素决定。三角形：三角形：HH（1/61/61/41/4）L L梯形屋架：中部梯形屋架：中部 HH（1/101/101/61/6）L L 端部端部H

43、H0 0（1/161/161/101/10）L L（常为（常为1.8 1.8 2.1m2.1m） 钢屋盖由屋面、屋架和支撑组成。钢屋盖由屋面、屋架和支撑组成。 2.1.3 屋盖支撑屋盖支撑 其它：托架、天窗、檩条等。其它：托架、天窗、檩条等。 房屋横向刚度大，整体性、耐久性房屋横向刚度大，整体性、耐久性 好；屋面板自重大，屋盖及下部结构用好；屋面板自重大，屋盖及下部结构用料多，对抗震不利。料多，对抗震不利。 屋架间距灵活，构件重量轻、施工、屋架间距灵活，构件重量轻、施工、安装方便；屋盖构件数量多，整体刚安装方便；屋盖构件数量多，整体刚度差。度差。无檩体系：无檩体系：有檩体系：有檩体系：一一般般

44、用用于于预预应应力力混混凝凝土土大大型型屋屋面面板板等等重重型型屋屋面面，将将屋屋面面板板直直接接放放在在屋屋架上。架上。 常用于轻型屋面材料的情况。常用于轻型屋面材料的情况。 平平面面屋屋架架在在屋屋架架平平面面外外的的刚刚度度和和稳稳定定性性很很差差，不不能能承承受受水水平平荷荷载载。因因此此，为为使使屋屋架架结结构构有有足足够够的的空空间间刚刚度度和和稳稳定定性性，必必须须在在屋架间设置支撑系统屋架间设置支撑系统。 上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑 下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑 下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑 垂直支撑垂直支撑 系杆系杆 组成组成檩条屋面板檩条屋面板图图2 2161

45、6屋盖支撑作用示意图屋盖支撑作用示意图 1.1.保证屋盖结构的几何稳定性。保证屋盖结构的几何稳定性。 几何可变体几何可变体系屋架侧倾系屋架侧倾几何不变体几何不变体系屋架稳定系屋架稳定 2.1.3.12.1.3.1屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用 2.2.保证屋盖的刚度和空间整体性保证屋盖的刚度和空间整体性 横向水平支撑横向水平支撑是一个水平放置是一个水平放置( (或接近水平或接近水平放置放置) )的桁架的桁架, ,支座是柱或垂直支撑支座是柱或垂直支撑 。纵向水平支撑：纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗提高屋架平面内（横向）抗弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，弯刚度，使框架协同工作，形成空

46、间整体性，减少横向水平荷载作用下的变形减少横向水平荷载作用下的变形。 3.3.为弦杆提供适当的侧向支承点为弦杆提供适当的侧向支承点 支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。 4.4.承担并传递水平荷载承担并传递水平荷载 如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。 5.5.保证结构安装时的稳定与方便保证结构安装时的稳定与方便 2 支撑的布置支撑的布置 上

47、弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其最大最大间距为间距为60m60m，否则在中间应增设一道或几道支撑。否则在中间应增设一道或几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要设置刚性系杆设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。以支持端屋架和传递端墙风力。 1)1)上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑2)2)下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑当跨度当跨度L18m；设有悬挂式吊车起重量大于；设有悬挂式吊车起重量大于5吨；厂吨；厂房内设有较大

48、的振动设备。与上弦横向水平支撑布房内设有较大的振动设备。与上弦横向水平支撑布置在同一柱间置在同一柱间。 但但当当屋屋架架跨跨度度比比较较小小（18m18m）又又无无吊吊车车或或其其他他振振动动设设备备时，可不设下弦横向水平支撑。时，可不设下弦横向水平支撑。3)3)纵向水平支撑纵向水平支撑当当房房屋屋较较高高、跨跨度度较较大大、空空间间刚刚度度要要求求较较高高时时，设设有有支支承承中中间间屋屋架架的的托托架架，或或设设有有重重级级或或大大吨吨位位的的中中级级工工作作制制桥桥式式吊吊车车或或有有壁壁行行吊吊车车，或或有有锻锻锤锤等等大大型型振振动动设设备备； ，均均应应在在屋屋架架端端节间平面内设

49、置纵向水平支撑。节间平面内设置纵向水平支撑。 一般情况可以省掉。一般情况可以省掉。屋屋架架间间距距12m24m或三角形屋架跨度L15m时，挠度较大，影响使用与外观，制造时应考虑起拱，拱度约为L/500，起拱值可注在简图中，也可以注在说明中。（2）施工图的主要图面用以绘制屋架的正面图，上、下弦的平面图，必要的侧面图和剖面图，以及某些安装节点或特殊零件的大样图。屋架施工图通常采用两种比例尺：杆件轴线一般为1:201:30，以免图幅太大；节点(包括杆件截面、节点板和小零件)一般为1:101:15，可清楚地表达节点的细部构造要求。（3）施工图中应注明各构件的型号和尺寸，对构件进行详细编号。编号的原则是

50、，只有在两个构件的所有零件的形状、尺寸、加工记号、数量和装配位置等全部相同时，才给予相同的编号。不同种类的构件(如屋架、天窗架、支撑等)，还应在其编号前面冠以不同的字母代号(例如屋架用W、天窗架用TJ、支撑用C等)。此外，连支撑、系杆的屋架和不连支撑、系杆的屋架因在连接孔和连接零件上有所区别，一般给予不同编号W1、W2、W3等，但可以只绘一张施工图。如果将连支撑、系杆和不连支撑、系杆的屋架做得相同，则只需一个编号而且吊装简便。（4）在施工图中应全部注明各零件(杆件和板件)的定位尺寸、孔洞的位置，以及对工厂加工和工地施工的所有要求。定位尺寸主要有：杆件轴线至角钢肢背的距离，节点中心至所连腹杆的近

51、端端部距离，节点中心至节点板上、下和左、右边缘的距离等。（5）在施工图中应注明各零件的型号和尺寸，对所有零件也必须进行详细编号，并附材料表。表中角钢要注明型号和长度，节点板等板件要注明长、宽和厚度。零件编号按主次、上下、左右一定顺序逐一进行。完全相同的零件用同一编号，两个零件的形状和尺寸完全一样而开孔位置等不同但系镜面对称的，亦用同一编号。不过应在材料表中注明正、反的字样以示区别。材料表一般包括各零件的截面、长度、数量(正、反)和重量(单重、共重和合重)。材料表的用处主要是配料和算出用钢指标，其次是为吊装时配备起重运输设备，还可使一切零件毫无遗漏地表示清楚。（6）施工图的说明应包括所用钢材的钢号、焊条型号、焊接方法和质量要求；图中未注明的焊缝和螺栓尺寸，以及油漆、运输和加工要求等图中未表现的其他内容。