重型廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教材

1、第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置 一一. .結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式 單層廠房結(jié)構(gòu)單層廠房結(jié)構(gòu) 重型廠房：重型廠房：跨度大（跨度大（3030m m），），高度大（高度大（6060m m），），起重能力大（幾十至幾百噸）起重能力大（幾十至幾百噸）剛（框）架形式剛（框）架形式第七章第七章 重型廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重型廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)廠房構(gòu)造廠房構(gòu)造1.1.承重柱承重柱 2. 2.鋼屋架鋼屋架 3. 3.吊車梁吊車梁4.4.天窗架天窗架 5. 5.柱間支撐柱間支撐屋蓋結(jié)構(gòu)：屋蓋結(jié)構(gòu)： 鋼屋架鋼屋架+大型屋面板大型屋面板 鋼屋架鋼屋架+檁條檁條+輕型屋面板輕型屋面板 吊車工作制等級與級別吊車工作制等級與

2、級別 等級等級 輕級輕級 中級中級 重級重級 特重級特重級級別級別 A A1 1A A3 3 A A4 4 、A A5 5 A A6 6 、A A7 7 A A8 810Qt1550Qt75Qt300Qt柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置 柱距：柱距：6 6m m、12m12m、15m15m、18m18m、24m 24m 跨度：跨度：1818m m、24m24m、27m27m、30m 30m 模數(shù)化模數(shù)化設(shè)置溫度收縮縫，控制溫度應(yīng)力設(shè)置溫度收縮縫，控制溫度應(yīng)力 有檁屋蓋：有檁屋蓋：75m 無檁屋蓋：無檁屋蓋：60m 間距：間距：構(gòu)件凈距要求構(gòu)件凈距要求7501000b 80100c bc300400a a- -

3、吊車頂面至屋架吊車頂面至屋架 下弦間距下弦間距- -吊車輪中心至柱吊車輪中心至柱 定位軸線間距定位軸線間距- -吊車輪廓至柱內(nèi)吊車輪廓至柱內(nèi) 表面間距表面間距cab重型廠房柱重型廠房柱 階梯形柱：階梯形柱： 下段為綴條格構(gòu)式，上段為實(shí)腹式下段為綴條格構(gòu)式，上段為實(shí)腹式 分離式柱分離式柱 ：屋蓋肢屋蓋肢+吊車肢，做柔性連接吊車肢，做柔性連接 柱間支撐柱間支撐 垂直支撐、十字形、人字形、垂直支撐、十字形、人字形、K K形、形、八字形、八字形、V V形、與屋蓋支撐共同形成形、與屋蓋支撐共同形成廠房縱向剛度廠房縱向剛度傳遞山墻風(fēng)荷載、吊車縱向水平荷載傳遞山墻風(fēng)荷載、吊車縱向水平荷載及縱向地震力及縱向地

4、震力第二節(jié)第二節(jié) 鋼桁架鋼桁架 一一. 應(yīng)用和類型應(yīng)用和類型 鋼屋蓋組成：鋼屋蓋組成： 屋面構(gòu)件、鋼屋架和屋蓋支撐屋面構(gòu)件、鋼屋架和屋蓋支撐 屋面構(gòu)件：屋面構(gòu)件： 檁條、拉桿、小型板材、或鋼檁條、拉桿、小型板材、或鋼筋混凝土屋面板，用于支撐屋筋混凝土屋面板，用于支撐屋面構(gòu)造層、防水層、保溫層面構(gòu)造層、防水層、保溫層 l鋼桁架應(yīng)用：鋼桁架應(yīng)用： 建筑屋蓋、樓蓋、吊車梁、橋梁、建筑屋蓋、樓蓋、吊車梁、橋梁、起重塔架和臂桿、海洋采油平臺起重塔架和臂桿、海洋采油平臺 承重結(jié)構(gòu)承重結(jié)構(gòu) 鋼桁架適用于大跨度鋼桁架適用于大跨度 或高大結(jié)構(gòu)的原因：或高大結(jié)構(gòu)的原因： 承受軸心力，應(yīng)力均勻分布，承受軸心力，應(yīng)力

5、均勻分布， 節(jié)省材料節(jié)省材料 腹桿代替腹板，自重與荷載減輕腹桿代替腹板，自重與荷載減輕 屋蓋結(jié)構(gòu)分無檁和有檁：屋蓋結(jié)構(gòu)分無檁和有檁： 無檁：由大型屋面板、橫梁或鋼屋架組成無檁：由大型屋面板、橫梁或鋼屋架組成 有檁：小型屋面板、檁條、鋼屋架有檁：小型屋面板、檁條、鋼屋架 輕型屋面板：輕型屋面板： 壓型鋼板、波形石棉瓦、瓦楞鐵皮等壓型鋼板、波形石棉瓦、瓦楞鐵皮等 屋蓋作用：屋蓋作用： 圍護(hù)、承重、采光和通風(fēng)圍護(hù)、承重、采光和通風(fēng) 承重：屋蓋結(jié)構(gòu)自重，屋面活荷載、風(fēng)承重：屋蓋結(jié)構(gòu)自重，屋面活荷載、風(fēng) 雪荷載和其他荷載（施工和積灰）雪荷載和其他荷載（施工和積灰） l鋼桁架類型：鋼桁架類型： 普通鋼桁架

6、普通鋼桁架 實(shí)用一般鋼屋架實(shí)用一般鋼屋架 ，由兩角鋼組成，由兩角鋼組成T形形截面截面 ，包括十字形、槽形或圓管形，包括十字形、槽形或圓管形 重型鋼桁架重型鋼桁架 適用鋼橋承重結(jié)構(gòu)，大跨度屋架適用鋼橋承重結(jié)構(gòu)，大跨度屋架 ，由，由鋼板組成鋼板組成H型或箱型截面型或箱型截面 輕型鋼桁架輕型鋼桁架 適用于跨度較小的輕型屋蓋結(jié)構(gòu)，采用適用于跨度較小的輕型屋蓋結(jié)構(gòu)，采用小角鋼、圓鋼、冷彎薄壁方管小角鋼、圓鋼、冷彎薄壁方管 二二. .鋼桁架外形和高度鋼桁架外形和高度 外形：三角形、梯形、平行弦和多邊形外形：三角形、梯形、平行弦和多邊形 三角形：三角形： 屋面坡度較陡，上弦坡度為屋面坡度較陡，上弦坡度為1/

7、21/21/31/3，與屋面防水相適應(yīng)與屋面防水相適應(yīng) 跨度：跨度：18182424米以下米以下高跨比：高跨比：H=H=（1/41/41/61/6）L L l梯形：梯形： 屋面坡度較緩，油氈防水屋面屋面坡度較緩，油氈防水屋面坡度坡度1/101/12 人字形：人字形：再分式：再分式：1跨度：跨度：181836m36m高跨比：高跨比：H=H=（1/61/61/101/10）L L 1三三. .確定桁架形式的原則確定桁架形式的原則 滿足使用要求滿足使用要求 上弦坡度應(yīng)適合防水上弦坡度應(yīng)適合防水 受力合理受力合理 與拋物線彎矩圖最接近與拋物線彎矩圖最接近 制造簡單、運(yùn)輸方便制造簡單、運(yùn)輸方便 技術(shù)經(jīng)濟(jì)

8、效果好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果好 四四. .屋蓋支撐屋蓋支撐 連結(jié)于屋架之間，保證屋蓋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定連結(jié)于屋架之間，保證屋蓋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和剛度的構(gòu)件體系和剛度的構(gòu)件體系 橫向、縱向水平桁架和垂直桁架橫向、縱向水平桁架和垂直桁架 ，及系桿，及系桿 （一）屋蓋支撐主要作用（一）屋蓋支撐主要作用 保證桁架空間幾何不變性和穩(wěn)定保證桁架空間幾何不變性和穩(wěn)定 保證桁架空間剛度和整體性保證桁架空間剛度和整體性 為桁架弦桿提供側(cè)向支撐點(diǎn)為桁架弦桿提供側(cè)向支撐點(diǎn) 承載水平荷載（風(fēng)、制動、地震）承載水平荷載（風(fēng)、制動、地震）（二）屋架支撐布置（二）屋架支撐布置上弦和下弦橫向水平支撐上弦和下弦橫向水平支撐 上弦和下弦橫向水平支撐上弦和下

9、弦橫向水平支撐 第一開間第一開間 第二開間第二開間 有利抗風(fēng)柱直接傳力有利抗風(fēng)柱直接傳力 屋蓋有天窗屋蓋有天窗 設(shè)在房屋兩端設(shè)在房屋兩端 ：l設(shè)在橫向伸縮縫兩端設(shè)在橫向伸縮縫兩端 橫向支撐間距小于等于橫向支撐間距小于等于60m（無檁）無檁）75m（有檁）有檁）即伸縮縫間距即伸縮縫間距 l下弦縱向水平支撐下弦縱向水平支撐 有較大起重量吊車，或有較大空間有較大起重量吊車，或有較大空間剛度要求才設(shè)置，形成閉合框架剛度要求才設(shè)置，形成閉合框架 l垂直支撐垂直支撐梯形屋架：梯形屋架： 跨度跨度 30lm兩端和跨中處共設(shè)三道兩端和跨中處共設(shè)三道 30lm兩端和跨中兩端和跨中1/31/3處或天窗架側(cè)柱處共設(shè)

10、四道處或天窗架側(cè)柱處共設(shè)四道 l系桿系桿 縱向水平連接桿（系桿）為上下縱向水平連接桿（系桿）為上下弦桿提供側(cè)向支撐點(diǎn)弦桿提供側(cè)向支撐點(diǎn) 設(shè)置在屋架和天窗架兩端及垂直設(shè)置在屋架和天窗架兩端及垂直支撐上下弦節(jié)點(diǎn)、屋脊位置支撐上下弦節(jié)點(diǎn)、屋脊位置 柔性系桿：受拉柔性系桿：受拉 剛性系桿：能受拉力和壓力剛性系桿：能受拉力和壓力 （三）屋蓋支撐設(shè)計(jì)原則（三）屋蓋支撐設(shè)計(jì)原則 水平支撐水平支撐 方格：方格： 6 6m矩形格：矩形格： 6 3m 垂直支撐：垂直支撐： W W，V V，X X支撐桿件受力較小，一般不作內(nèi)力計(jì)算支撐桿件受力較小，一般不作內(nèi)力計(jì)算 按容許長細(xì)比選擇按容許長細(xì)比選擇第三節(jié)第三節(jié) 檁條

11、與壓型鋼板設(shè)計(jì)檁條與壓型鋼板設(shè)計(jì) 一一. .實(shí)腹式檁條實(shí)腹式檁條 由檁條、防水層隔由檁條、防水層隔熱層構(gòu)成屋面系統(tǒng)熱層構(gòu)成屋面系統(tǒng) 強(qiáng)度驗(yàn)算：強(qiáng)度驗(yàn)算： yxenxenyfMMWW有檁屋蓋：有檁屋蓋：,xyMM,enxenyWW-對對x、y軸彎距軸彎距-對兩形心主軸有效凈截面模量對兩形心主軸有效凈截面模量 剛度驗(yàn)算剛度驗(yàn)算 45384qLkyvvEIxkyq-沿沿y軸作用分荷載標(biāo)準(zhǔn)值軸作用分荷載標(biāo)準(zhǔn)值因檁條有足夠側(cè)向支撐，因檁條有足夠側(cè)向支撐，不需驗(yàn)算穩(wěn)定不需驗(yàn)算穩(wěn)定二二. 壓型鋼板及計(jì)算壓型鋼板及計(jì)算 類型類型 輕型屋面壓型鋼板：輕型屋面壓型鋼板： 起圍護(hù)屋面和承重結(jié)構(gòu)作用起圍護(hù)屋面和承重結(jié)

12、構(gòu)作用 V115N型型 壓型鋼板厚度：壓型鋼板厚度：0.42.0mm 鋁板厚度：鋁板厚度：0.61.2mm W500W500型型 （鍍鋅、彩鍍）鍍鋅、彩鍍）lV、W型型 帶加勁壓型鋼板帶加勁壓型鋼板增強(qiáng)截面剛度增強(qiáng)截面剛度l咬合型壓型鋼板咬合型壓型鋼板相互咬合，防水防滲相互咬合，防水防滲 低波板：低波板： 70mm常用常用波高波高l截面特征截面特征 單槽口：單槽口： 中線總長：中線總長： 1232bbbb形心位置：形心位置： 3222ibh bcb 慣性矩：慣性矩： 221 23323ixithbbbbbbI截面抵抗矩：截面抵抗矩： 上：上： sxxcIWxxxhcIW下：下：l壓型鋼板驗(yàn)算壓

13、型鋼板驗(yàn)算 抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度 xsxMfW 2548xxM lvEI 跨中撓度跨中撓度 屋面坡度：屋面坡度：12012012501200屋面板撓度屋面板撓度容許值容許值第四節(jié)第四節(jié) 桁架桿件設(shè)計(jì)桁架桿件設(shè)計(jì) l內(nèi)容：內(nèi)容：(1) (1) 桁架內(nèi)力計(jì)算桁架內(nèi)力計(jì)算(2) (2) 桁架計(jì)算長度確定桁架計(jì)算長度確定(3) (3) 選擇桿件截面形式選擇桿件截面形式(4) (4) 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算整體穩(wěn)定性驗(yàn)算l平行弦桁架平行弦桁架 坡度：坡度：2/1002/1005/100 5/100 跨度：跨度：18183636m m高跨比：高跨比：H =H =（1/61/61/101/10）L L l梯形桁架梯形桁

14、架 梯形、平行弦桁架端部高度梯形、平行弦桁架端部高度 H H0 0=1.8=1.82.2m2.2m跨度：跨度：18183636m m高跨比：高跨比：H=H=（1/61/61/101/10）L L 坡度坡度1/101/101/12 1/12 一一. . 桁架荷載和桿件內(nèi)力桁架荷載和桿件內(nèi)力 面荷載變成節(jié)點(diǎn)集中荷載面荷載變成節(jié)點(diǎn)集中荷載 1. 屋面恒荷載屋面恒荷載 屋面和屋面板重量標(biāo)準(zhǔn)值屋面和屋面板重量標(biāo)準(zhǔn)值 21,q KN m如波形石棉水泥瓦、加氣混凝土屋面板，如波形石棉水泥瓦、加氣混凝土屋面板，按材料比重和厚度計(jì)算或查產(chǎn)品規(guī)格按材料比重和厚度計(jì)算或查產(chǎn)品規(guī)格 屋面傾斜，對水平投影面積，豎直屋面

15、傾斜，對水平投影面積，豎直方向荷載：方向荷載：1cosq- -屋面傾角屋面傾角 2. 雪荷載、屋面活荷載、積灰荷載雪荷載、屋面活荷載、積灰荷載 檁條重量：檁條重量： 按型鋼（槽鋼）規(guī)格計(jì)算，按型鋼（槽鋼）規(guī)格計(jì)算， KNm按水平投影面積計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)值按水平投影面積計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)值 雪荷載雪荷載 0rSS2KNm水平面標(biāo)準(zhǔn)值水平面標(biāo)準(zhǔn)值 - -基本雪壓基本雪壓0S2KNmr- -積雪分布系數(shù)積雪分布系數(shù) 屋面坡度屋面坡度 ：0.150.150.750.750,125r0,050r中間插值中間插值 l活荷載活荷載 屋面維修：人、工具、屋面材料屋面維修：人、工具、屋面材料 不上人屋面：不上人屋面：0.25

16、0.250.7 0.7 2KNm上人屋面：上人屋面：1.5 1.5 2KNm水平面標(biāo)準(zhǔn)值水平面標(biāo)準(zhǔn)值 l積灰荷載積灰荷載 水平面標(biāo)準(zhǔn)值水平面標(biāo)準(zhǔn)值 0.30.31.0 1.0 2KNm并乘以積灰分布系數(shù)并乘以積灰分布系數(shù) 025045取取 1 1取取 0 0中間插值中間插值 3. 3. 風(fēng)荷載風(fēng)荷載 1230 - -基本風(fēng)壓基本風(fēng)壓 00.250.250.8 0.8 2KNm- -高度變化系數(shù)高度變化系數(shù) 12- -屋蓋體型系數(shù)屋蓋體型系數(shù) 3- -風(fēng)振系數(shù)風(fēng)振系數(shù) 屋面坡度：屋面坡度： 030屋蓋受風(fēng)吸力屋蓋受風(fēng)吸力 030受風(fēng)壓力受風(fēng)壓力 4. 4. 屋架和支撐自重屋架和支撐自重 g =g

17、 =（0.12+0.011L0.12+0.011L） 2KNmL-L-屋架跨度，屋架跨度，m m 水平面標(biāo)準(zhǔn)值水平面標(biāo)準(zhǔn)值 屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載：屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載： cosQGskhkPS aS aqqrrGrQr 、- -荷載分項(xiàng)系數(shù)荷載分項(xiàng)系數(shù)永久荷載永久荷載 1.2 1.2可變荷載可變荷載 1.4 1.4()KN- - 按屋面投影分布的荷載標(biāo)準(zhǔn)值按屋面投影分布的荷載標(biāo)準(zhǔn)值 hkqskq屋面材料屋面材料- - 按屋面水平投影分布的荷載標(biāo)準(zhǔn)值按屋面水平投影分布的荷載標(biāo)準(zhǔn)值 雪荷載、活荷載雪荷載、活荷載 、屋架與支撐自重、屋架與支撐自重 - - 屋架間距屋架間距 S- - 上弦節(jié)間水平投影長度上弦

18、節(jié)間水平投影長度 a- - 屋面傾角屋面傾角 內(nèi)力系數(shù)乘以各項(xiàng)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)荷載值，內(nèi)力系數(shù)乘以各項(xiàng)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)荷載值，得到桿件內(nèi)力得到桿件內(nèi)力 上弦節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算后，先按單位荷上弦節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算后，先按單位荷載作用于各節(jié)點(diǎn)，查建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手載作用于各節(jié)點(diǎn)，查建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊得到內(nèi)力系數(shù)冊得到內(nèi)力系數(shù)l節(jié)點(diǎn)單位荷載節(jié)點(diǎn)單位荷載l內(nèi)力組合內(nèi)力組合 （1 1）組合一）組合一： 全跨恒、活荷載全跨恒、活荷載 （2 2）組合二：）組合二： （取活荷載和雪荷載的較大值）（取活荷載和雪荷載的較大值） 全跨恒荷載全跨恒荷載+ +左或右半跨活荷載左或右半跨活荷載 （取活荷載和雪荷載的較大值）（取活荷載和雪荷載的較大值） （

19、3 3）組合三：）組合三： 全跨屋架重全跨屋架重+ +左或右半跨檁條、屋左或右半跨檁條、屋面板重量和施工時(shí)活荷載面板重量和施工時(shí)活荷載 （取施工活荷載和雪荷載的較大值）（取施工活荷載和雪荷載的較大值） 二二. . 桿件截面型式桿件截面型式 鋼屋架桿件主要形式鋼屋架桿件主要形式 ：雙角鋼：雙角鋼 常用跨度：常用跨度：15154242m m 1、上、下弦桿、上、下弦桿 xy 截面類型選擇應(yīng)使截面類型選擇應(yīng)使 2oyyoxxlili2oylloxll選短肢相并不等邊角鋼選短肢相并不等邊角鋼 2.2.支座腹桿支座腹桿 oyoxlll0.9yxii選長肢相并不等邊角鋼選長肢相并不等邊角鋼 3. 3. 一

20、般腹桿一般腹桿 0.8oxll1.25oyyxoxiilloyll選等肢相并角鋼選等肢相并角鋼 4. 4. 雙角鋼十字形截面雙角鋼十字形截面 用于桁架中豎桿，剛用于桁架中豎桿，剛度大傳力沒有偏心度大傳力沒有偏心 四四. . 桁架桿件截面選擇和計(jì)算桁架桿件截面選擇和計(jì)算 1. 截面選擇一般要求截面選擇一般要求 角鋼最小規(guī)格角鋼最小規(guī)格 ：50 5L75 50 5L或或 受力小的桁架受力小的桁架 :40 4L56 36 4L或或 l上、下弦桿采用通長等截面桿上、下弦桿采用通長等截面桿 適當(dāng)歸并相鄰規(guī)格，控制在適當(dāng)歸并相鄰規(guī)格，控制在56種以下種以下 2. 2. 容許長細(xì)比容許長細(xì)比 桁架：桁架：

21、軸心受壓軸心受壓 150軸心受拉軸心受拉 350 250（對直接承受動載（對直接承受動載 ） 支撐系統(tǒng)：支撐系統(tǒng)： 壓桿壓桿 拉桿拉桿 200 4003. 3. 截面選擇方法截面選擇方法 （1 1）截面積）截面積 NAf（2 2）選擇雙角鋼截面）選擇雙角鋼截面 oyyoxxlili弦桿肢厚大體為節(jié)點(diǎn)板厚弦桿肢厚大體為節(jié)點(diǎn)板厚 （3 3）截面驗(yàn)算（型鋼）截面驗(yàn)算（型鋼） 驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度 驗(yàn)算長細(xì)比驗(yàn)算長細(xì)比 驗(yàn)算桁架平面內(nèi)、外整體穩(wěn)定性驗(yàn)算桁架平面內(nèi)、外整體穩(wěn)定性 第五節(jié)第五節(jié) 吊車梁設(shè)計(jì)吊車梁設(shè)計(jì)l雙向受彎雙向受彎一一. . 吊車梁荷載吊車梁荷載 1. 1. 吊車最大輪壓吊車最大輪壓 max

22、maxbQPrPQr- - 活載分項(xiàng)系數(shù)活載分項(xiàng)系數(shù)1.4 1.4 - 動力系數(shù)：中輕級動力系數(shù)：中輕級 1.05 1.05 重級重級 1.1 1.1 maxbP- - 吊車最大豎向標(biāo)準(zhǔn)荷載吊車最大豎向標(biāo)準(zhǔn)荷載 2. 2. 橫向水平力橫向水平力 剎車力和制動卡軌力：剎車力和制動卡軌力： 1QTr KTQr- - 活載分項(xiàng)系數(shù)活載分項(xiàng)系數(shù)1.4 1.4 K- -卡軌增大系數(shù)（按吊車查表）卡軌增大系數(shù)（按吊車查表） 1T- - 橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值 l一個(gè)車輪橫向水平力一個(gè)車輪橫向水平力QrTQQ gnn - n - 為吊車輪數(shù)為吊車輪數(shù) - - 規(guī)定換算百分比規(guī)定換算百分比 按軟硬鉤及按軟硬鉤及Q Q選取選取 Q- - 額定最大起重能力額定最大起重能力 Q- - 小車重量小車重量 g - g - 重力加速度重力加速度 3. 3. 縱向水平荷載縱向水平荷載 LT經(jīng)吊車梁傳給立柱，對截面影響經(jīng)吊車梁傳給立柱，對截面影響很小，計(jì)算時(shí)不需要考慮很小，計(jì)算時(shí)不需要考慮 -吊車縱向剎車力吊車縱向剎車力二二. 吊車梁截面組