重型單層工業(yè)廠房鋼結構設計PPT課件

1、3.1.1 3.1.1 一般說明一般說明q 重型廠房的組成：重型廠房的組成： 柱、屋架、吊車梁、天窗架、支撐。柱、屋架、吊車梁、天窗架、支撐。第1頁/共44頁q 屋蓋結構體系：鋼屋架大型屋面板結構體系鋼屋架檁條輕型屋面板結構體系橫梁檁條輕型屋面板結構體系q吊車的工作制等級與工作級別的對應關系工作制等級工作制等級 輕級輕級 中級中級 重級重級 特重級特重級 工作級別工作級別 A1 A1A3A3 A4,A5 A4,A5 A6,A7 A6,A7 A8 A8（按照吊車使用的頻繁程度）第2頁/共44頁 1.1.影響柱網(wǎng)布置因素：影響柱網(wǎng)布置因素： 1 1）生產(chǎn)工藝流程要求：）生產(chǎn)工藝流程要求： 2 2）

2、結構上的要求：）結構上的要求：在保證廠房具有必需的剛度在保證廠房具有必需的剛度和強和強 度的同時，注意柱距和跨度的類別盡量少些，度的同時，注意柱距和跨度的類別盡量少些，以以 利施工。利施工。 3 3）經(jīng)濟要求：）經(jīng)濟要求： 4 4）模數(shù)要求：）模數(shù)要求：柱距柱距L L的取值的取值: : 一般地，在跨度不一般地，在跨度不小于小于 30m30m、高度不小于、高度不小于14m14m、吊車額定起重量不小、吊車額定起重量不小于于 50t50t時，柱距取時，柱距取12m12m較為經(jīng)濟較為經(jīng)濟; ;參數(shù)較小的廠房參數(shù)較小的廠房取取 6m6m柱距較為合適。如果采用輕型圍護結構，柱距較為合適。如果采用輕型圍護結

3、構，則取則取 大柱距大柱距15m15m，18m18m及及24m24m較適宜。較適宜。3.1.1.1 柱網(wǎng)布置和計算單元第3頁/共44頁圖3-2 柱網(wǎng)布置計算單元第4頁/共44頁 2.2.溫度收縮縫溫度收縮縫 : : 超出表超出表3-23-2中數(shù)值時中數(shù)值時, ,應考慮溫度應力和溫度應考慮溫度應力和溫度變形變形 的影響的影響 結構情況結構情況 縱向溫度區(qū)段縱向溫度區(qū)段( (垂直屋架或構垂直屋架或構架跨度方向架跨度方向) )橫向溫度區(qū)段橫向溫度區(qū)段( (屋架或構屋架或構架跨度方向架跨度方向) )柱頂為剛接柱頂為剛接柱頂為鉸接柱頂為鉸接采暖房屋和非采采暖房屋和非采暖地區(qū)的房屋暖地區(qū)的房屋熱車間和采暖

4、地熱車間和采暖地區(qū)的非采暖房屋區(qū)的非采暖房屋 露天結構露天結構 220220120120150150180180100100125125120120- 溫度區(qū)段長度表(m) 表3-2第5頁/共44頁q拔柱：拔柱：由于工藝要求或其它原因，有時需要由于工藝要求或其它原因，有時需要將柱距局部加大。如圖將柱距局部加大。如圖3 32 2中，在縱向軸線中，在縱向軸線B B與橫向軸線與橫向軸線L L相交處不設柱子，因而導致軸相交處不設柱子，因而導致軸線線k k和和m m之間的柱距增大，這種情形有時形象之間的柱距增大，這種情形有時形象地稱為拔柱。地稱為拔柱。q托架（托梁）：托架（托梁）：上承屋架，下傳柱子。上

5、承屋架，下傳柱子。lblh)5 . 2151()81101(托梁：lh)51101(托架：第6頁/共44頁q 托架與屋架的連接 疊接：構造簡單，便于施工，但托架（托 梁）受扭。 平接：可以有效地減輕托架（托梁）受扭的 不利影響，較常用。第7頁/共44頁托梁與屋架的連接第8頁/共44頁3.1.1.2 3.1.1.2 橫向框架及其截面選橫向框架及其截面選擇擇 橫向框架梁與柱的連接形式：剛接框架：（a)、（b）橫梁與柱子的剛接連接鉸接框架：（c）橫梁與柱子的鉸接連接。（a）（b）（c）第9頁/共44頁q 柱腳剛接：柱腳剛接：可以削減上柱柱頂?shù)膹澗刂?，可以削減上柱柱頂?shù)膹澗刂担?增大橫向框架的剛度。增

6、大橫向框架的剛度。q 鉸接框架：鉸接框架：橫梁與柱子鉸接，適用于吊車橫梁與柱子鉸接，適用于吊車起起 重量不很大的輕型維護結構。重量不很大的輕型維護結構。q 剛接框架：剛接框架：橫梁與柱子剛接。適用于設有橫梁與柱子剛接。適用于設有 雙層吊車，裝備硬鉤吊車等雙層吊車，裝備硬鉤吊車等的的 單跨重型廠房。單跨重型廠房。第10頁/共44頁q 階梯形柱：階梯形柱：上段柱：實腹式上段柱：實腹式, ,格構式。格構式。 下段柱：綴條格構式。下段柱：綴條格構式。q 分離式柱：分離式柱：吊車肢吊車肢, ,屋蓋肢屋蓋肢 優(yōu)點：減小兩肢在框架平面內(nèi)的計算長度, 兩肢分別單獨承擔荷載 。第11頁/共44頁q 階梯形下柱的

7、常見截面形式：階梯形下柱的常見截面形式： 圖3-6 雙肢格構式柱階形柱的上柱起重量較小的邊柱起重量50t的中柱起重量50t的中柱起重量較大的邊柱特大型廠房的下柱第12頁/共44頁q A6 A6一一A8A8級吊車的單跨廠房級吊車的單跨廠房 柱子與基礎剛性連接 縱向剛度 橫向剛度 柱間支撐 屋架與柱子剛性連接 第13頁/共44頁 q 雙臂肩梁：剛度大，整體性好，適宜用于柱截 面寬度較大（不小于900mm)的情形。q 肩梁 ：將各階柱段連在一起。肩梁 單臂肩梁 雙臂肩梁構造要求：肩梁慣性矩宜大于上柱的慣性矩，其線剛度與下柱單肢線剛度之比一般宜不小于25，其高跨比可控制在0.350.5之間。第14頁/

8、共44頁q下層柱間支撐：下層柱間支撐：吊車梁下部的柱間支撐吊車梁下部的柱間支撐3.1.1.3 柱間支撐q上層柱間支撐：吊車梁上部的柱間支撐剛性系桿剛性系桿下層柱間支撐上層柱間支撐垂直支撐第15頁/共44頁 1. 1.柱間支撐的布置：柱間支撐的布置： 1 1）每列柱都要設）每列柱都要設柱間支撐柱間支撐。 2 2）多跨廠房的中列柱的柱間支撐要與邊列柱的柱）多跨廠房的中列柱的柱間支撐要與邊列柱的柱 間支撐布置在同一柱間。間支撐布置在同一柱間。 3 3）下層柱間支撐一般宜布置在溫度區(qū)段的中部，）下層柱間支撐一般宜布置在溫度區(qū)段的中部， 以減少縱向溫度應力的影響。以減少縱向溫度應力的影響。 4 4）上層

9、柱間支撐除了要在下層柱間支撐布置的柱）上層柱間支撐除了要在下層柱間支撐布置的柱 間設置外間設置外, ,還應當在每個溫度區(qū)段的兩端設置。還應當在每個溫度區(qū)段的兩端設置。 5 5）每列柱頂均要布置）每列柱頂均要布置剛性系桿剛性系桿。 第16頁/共44頁吊車梁工程實例格構柱吊車梁第17頁/共44頁格構柱吊車梁吊車梁第18頁/共44頁 2. 2.柱間支撐的作用：柱間支撐的作用： 1 1）承受并傳遞縱向水平荷載：）承受并傳遞縱向水平荷載： 作用于山墻上的風荷載、吊車縱向水平荷載、作用于山墻上的風荷載、吊車縱向水平荷載、 縱向地震力等。縱向地震力等。 2 2）減少柱在平面外的計算長度。）減少柱在平面外的計

10、算長度。 3) 3) 保證廠房的縱向剛度保證廠房的縱向剛度。第19頁/共44頁 3.柱間支撐的形式：(a)單層十字形；(b)人字形；(c)門形; (d)雙層十字形下層柱間 支撐的形式(a)十字形； (b)人字形； (c)V字形上層柱間 支撐的形式第20頁/共44頁q桁架是指由直桿在端部相互連接而組成的格子式結構。桁架是指由直桿在端部相互連接而組成的格子式結構。桁架中的桿件大部分情況桁架中的桿件大部分情況下只受軸線拉力或壓力。應力在截面上均勻分布，桁架用料經(jīng)濟，結構下只受軸線拉力或壓力。應力在截面上均勻分布，桁架用料經(jīng)濟，結構 的自重小，易于構成各種外形以適應不同的用途的自重小，易于構成各種外形

11、以適應不同的用途 。q在工業(yè)與民用房屋建筑中，當跨度比較大時用梁作屋蓋的承重結構是不經(jīng)濟的，在工業(yè)與民用房屋建筑中，當跨度比較大時用梁作屋蓋的承重結構是不經(jīng)濟的，這時都要用桁架這時都要用桁架 。 3.1.2屋架外形及腹桿形式3.1.2.1桁架的應用第21頁/共44頁3.1.2.23.1.2.2桁架的外形及腹桿形桁架的外形及腹桿形式式 芬克式腹桿人字式腹桿豪式腹桿人字式腹桿再分式腹桿人字式腹桿交叉式腹桿三角形屋架梯形屋架平行弦屋架第22頁/共44頁3.1.2.3.3.1.2.3.確定桁架形式的原確定桁架形式的原則則 三角形屋架：適合于波形石棉瓦、瓦楞鐵皮, 坡度一般在1/31/2 梯形屋架：壓型

12、鋼板和大型鋼筋混凝土屋面板，坡度一般在1/21/8 1.滿足使用要求： 第23頁/共44頁 2. 2.受力合理：受力合理： 1 1）弦桿：）弦桿：使各節(jié)間弦桿的內(nèi)力相差不太大使各節(jié)間弦桿的內(nèi)力相差不太大 。 簡支屋架外形與均布荷載下的拋簡支屋架外形與均布荷載下的拋物線物線 形彎矩圖接近時，各處弦桿內(nèi)力形彎矩圖接近時，各處弦桿內(nèi)力才比才比 較接近。較接近。2）腹桿：應使長桿受拉短桿受壓，且腹桿數(shù) 量宜少，腹桿總長度也應較小。第24頁/共44頁q 單向斜桿式： 斜腹桿受拉 豎腹桿受壓 合理 斜腹桿受壓豎腹桿受拉不合理 第25頁/共44頁q再分式腹桿再分式腹桿減少受壓上弦節(jié)間尺寸，避減少受壓上弦節(jié)間

13、尺寸，避 免節(jié)間的附加彎矩也減少了上免節(jié)間的附加彎矩也減少了上 弦桿在屋架平面內(nèi)的長比弦桿在屋架平面內(nèi)的長比 。q交叉式腹桿交叉式腹桿主要用于可能從不同方向受力主要用于可能從不同方向受力 的支撐體系。的支撐體系。 再分式腹桿交叉式腹桿 第26頁/共44頁 3 .制造簡單及運輸與安裝方便 桿件數(shù)量少，節(jié)點少，桿件尺寸劃一及節(jié) 點構造形式劃一。平行弦桁架最容易符合 上述要求。 4. 綜合技術經(jīng)濟效果好 第27頁/共44頁q 三角形屋架下弦下沉，弦桿交角增大，方便制造，屋架重心降低，提高了穩(wěn)定性。q 可有效降低屋架對支撐結構的推力。根據(jù)不同的條件桁架形式可以有很多變化第28頁/共44頁 跨度跨度 L

14、 L工藝及使用要求工藝及使用要求 高度高度 H H經(jīng)濟、剛度、運輸、坡度等經(jīng)濟、剛度、運輸、坡度等 各種屋架中部高度：各種屋架中部高度： 三角形屋架：三角形屋架： 中部高度中部高度H(H(1/61/61/41/4)L)L 梯形屋架梯形屋架 ： 中部高度中部高度H(H(1/101/101/61/6)L)L 端部高度端部高度H H0 0(1.81.82.1m2.1m) ) 3.1.2.4 桁架主要尺寸的確定 第29頁/共44頁 3.1.3屋蓋支撐 屋蓋上弦橫向水平支撐 屋蓋下弦橫向水平支撐 屋蓋下弦縱向水平支撐 豎向支撐 系桿第30頁/共44頁圖316屋蓋支撐作用示意圖 1.保證屋蓋結構的幾何穩(wěn)定

15、性。 幾何可變體系屋架側傾幾何不變體系屋架穩(wěn)定 3.1.3.1屋蓋支撐的作用 第31頁/共44頁 2.2.保證屋蓋的剛度和空間整體性保證屋蓋的剛度和空間整體性 橫向水平支撐橫向水平支撐是一個水平放置是一個水平放置( (或接近水平或接近水平放置放置) )的桁架的桁架, ,支座是柱或垂直支撐支座是柱或垂直支撐 ?？v向水平支撐：縱向水平支撐：提高屋架平面內(nèi)（橫向）抗提高屋架平面內(nèi)（橫向）抗彎剛度，使框架協(xié)同工作，形成空間整體性，彎剛度，使框架協(xié)同工作，形成空間整體性，減少橫向水平荷載作用下的變形。減少橫向水平荷載作用下的變形。第32頁/共44頁 3.3.為弦桿提供適當?shù)膫认蛑С悬c為弦桿提供適當?shù)膫认?/p>

16、支承點 支撐可作為屋架弦桿的側向支承點，減小弦桿支撐可作為屋架弦桿的側向支承點，減小弦桿在屋架平面外的計算長度，保證受壓上弦桿的在屋架平面外的計算長度，保證受壓上弦桿的側向穩(wěn)定，并使受拉下弦保持足夠的側向剛度。側向穩(wěn)定，并使受拉下弦保持足夠的側向剛度。 4.4.承擔并傳遞水平荷載承擔并傳遞水平荷載 如傳遞風荷載、懸掛吊車水平荷載和地震荷載。如傳遞風荷載、懸掛吊車水平荷載和地震荷載。 5.5.保證結構安裝時的穩(wěn)定與方便保證結構安裝時的穩(wěn)定與方便 第33頁/共44頁3.1.3.23.1.3.2屋蓋支撐的布置屋蓋支撐的布置 1.上弦橫向水平支撐布置原則:在有檁條或只采用大型屋面板的屋蓋中都應設置屋架

17、上弦橫向水平支撐，當有天窗架時，天窗架上弦也應設置橫向水平支撐。 設置在房屋的兩端 ,一般設在第一個柱間或設在第二個柱間,間距L060m。第34頁/共44頁上弦橫向水平支撐布置圖第35頁/共44頁 2.下弦橫向水平支撐布置原則 ：當跨度L18m；設有懸掛式吊車起重量大于5噸；廠房內(nèi)設有較大的振動設備。與上弦橫向水平支撐布置在同一柱間。 3.縱向水平支撐布置原則 ：廠房內(nèi)設有托架，或有較大噸位的重級、中級工作制的橋式吊車；或有壁行吊車，或有鍛錘等大型振動設備；以及當房屋較高，跨度較大，空間剛度要求高時 。第36頁/共44頁下弦水平支撐布置圖第37頁/共44頁 4.4.垂直支撐布置原則垂直支撐布置

18、原則 ：q所有房屋中均應設置垂直支撐。所有房屋中均應設置垂直支撐。 q梯形屋架在跨度梯形屋架在跨度L L30m30m，三角形屋架在跨度，三角形屋架在跨度L24mL24m時，僅在跨度中央設置一道時，僅在跨度中央設置一道 。當跨度大。當跨度大于上述數(shù)值時宜在跨度于上述數(shù)值時宜在跨度1 13 3附近或天窗架側柱附近或天窗架側柱外設置兩道外設置兩道 。q梯形屋架不分跨度大小，其兩端還應各設置梯形屋架不分跨度大小，其兩端還應各設置 一道，當有托架時則由托架代替一道，當有托架時則由托架代替 。q垂直支撐與上、下弦橫向水平支撐布置在同垂直支撐與上、下弦橫向水平支撐布置在同 一柱間。一柱間。第38頁/共44頁屋蓋支撐布置圖第39頁/共44頁屋架的垂直支撐布置第40頁/共44頁 5.5.系桿系桿 剛性系桿：剛性系桿：能承受拉力也能承受壓力的系桿。能承受拉力也能承受壓力的系桿。柔性系桿：柔性系桿：只能承受拉力的系桿。