房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：第二章 中、重型廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1

1、 2.1 結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置2.2 計(jì)算原理2.3 鋼屋架設(shè)計(jì)2.4 吊車梁設(shè)計(jì)第二章 中、重型廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)廈門大學(xué) 建筑土木學(xué)院8/9/20221 一般說明 屋架外形及腹桿形式 屋蓋支撐 2.1 結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置2.1.1 一般說明 中、重型廠房的組成： 柱、屋架、吊車梁、天窗架、 支撐。（圖2-1示） 中、重型廠房結(jié)構(gòu)形式： 單層剛(框)架 多層剛架柱屋架吊車梁天窗架柱間支撐屋蓋結(jié)構(gòu)承擔(dān)屋蓋荷載的結(jié)構(gòu)體系 包括橫向框架的橫梁、托架、中間屋架、天窗架和檁條橫向框架柱+屋架，主要承重體系支撐體系屋蓋支撐和柱間支撐吊車梁和制動(dòng)梁承受吊車豎向及水平荷載墻 架承受墻體的自重和風(fēng)荷載 屋蓋結(jié)構(gòu)體系：

2、鋼屋架大型屋面板結(jié)構(gòu)體系鋼屋架檁條輕型屋面板結(jié)構(gòu)體系橫梁檁條輕型屋面板結(jié)構(gòu)體系吊車的工作制等級(jí)與工作級(jí)別的對(duì)應(yīng)關(guān)系工作制等級(jí) 輕級(jí) 中級(jí) 重級(jí) 特重級(jí) 工作級(jí)別 A1A3 A4,A5 A6,A7 A8（按照吊車使用的頻繁程度）1.影響柱網(wǎng)布置因素： 1）生產(chǎn)工藝流程要求： 2）結(jié)構(gòu)上的要求：將柱布置在同一橫向軸線上，與 屋架組成橫向框架，提供盡可能大的橫向剛度。 3）經(jīng)濟(jì)要求：柱距的大小直接影響結(jié)構(gòu)的用鋼量。 柱距與柱上的荷載和柱高有密切關(guān)系 4）模數(shù)要求：柱距L的取值: 一般地，在跨度不小于 30m、高度不小于14m、吊車額定起重量不小于 50t時(shí)，柱距取12m較為經(jīng)濟(jì);參數(shù)較小的廠房取 6

3、m柱距較為合適。如果采用輕型圍護(hù)結(jié)構(gòu)，則取 大柱距15m，18m及24m較適宜。2.1.1.1 柱網(wǎng)布置和計(jì)算單元 2.溫度收縮縫 :取決于廠房的縱向和橫向長(zhǎng)度?？v向很長(zhǎng)的廠房，縱向構(gòu)件伸縮產(chǎn)生的溫度應(yīng)力引起整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形，并可能導(dǎo)致墻體和屋面的破壞，故采用橫向伸縮縫將結(jié)構(gòu)分成伸縮時(shí)互不影響的溫度區(qū)段。橫向?qū)挾容^大時(shí)，也應(yīng)按規(guī)定布置縱向伸縮縫超出表2-2中數(shù)值時(shí),應(yīng)考慮溫度應(yīng)力和溫度變形的影響 結(jié)構(gòu)情況 縱向溫度區(qū)段(垂直屋架或構(gòu)架跨度方向)橫向溫度區(qū)段(屋架或構(gòu)架跨度方向)柱頂為剛接柱頂為鉸接采暖房屋和非采暖地區(qū)的房屋熱車間和采暖地區(qū)的非采暖房屋 露天結(jié)構(gòu) 22012015018010012

4、5120- 溫度區(qū)段長(zhǎng)度表(m) 表2-2（a）各列柱距相等 （b）中列柱有抽柱拔柱：由于工藝要求或其它原因，有時(shí)需要將柱距局部加大。如圖22中，在縱向軸線B與橫向軸線L相交處不設(shè)柱子，因而導(dǎo)致軸線k和m之間的柱距增大，這種情形有時(shí)形象地稱為拔柱。托架（托梁）：上承屋架，下傳柱子。圖2-2 柱網(wǎng)布置計(jì)算單元 托架與屋架的連接 疊接：構(gòu)造簡(jiǎn)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。托梁與屋架的連接（a）各列柱距相等 （b）中列柱有抽柱計(jì)算單元 2.1.1.2 橫向框架及其截面選擇 橫向框架梁與柱的連接形式：剛接框架：具有良好的橫向剛度，但對(duì)基

5、礎(chǔ)不均勻沉降和溫度作用比較敏感，需采取防止不均勻沉降的措施鉸接框架：對(duì)基礎(chǔ)不均勻沉降和溫度敏感性小，構(gòu)造易處理，但框架的橫向剛度差，常不能滿足吊車使用上的要求，工程應(yīng)用較少。（a）（b）（c）廠房的主要承重結(jié)構(gòu)通常采用框架體系。其橫向剛度較大，且能形成矩形的內(nèi)部空間，便于橋式吊車運(yùn)行，能滿足使用上的要求?？蚣苤念愋涂蚣苤唇Y(jié)構(gòu)形式分為等截面柱、階梯形柱和分離式柱三大類等截面柱實(shí)腹式 格構(gòu)式 吊車梁支于牛腿上，構(gòu)造簡(jiǎn)單； 吊車豎向荷載偏心大，只適用于吊車起重Q20t，或無吊車且廠房高度不超過10m的輕型廠房中。分離式柱由支承屋蓋結(jié)構(gòu)的屋蓋肢和支承吊車梁的吊車肢組成，并用水平板相連做成柔性連接。

6、吊車肢在框架平面內(nèi)的穩(wěn)定性靠連在屋蓋肢上的水平連系板來提供；屋蓋肢承受屋面荷載、風(fēng)荷載及吊車水平荷載，按壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)；吊車肢僅承受吊車的豎向荷載，當(dāng)?shù)踯嚵翰捎猛痪壷ё鶗r(shí)，按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)；當(dāng)采用平板支座時(shí)，按壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)：減小兩肢在框架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度, 兩肢分別單獨(dú)承擔(dān)荷載 。階梯形柱由于吊車梁支于柱截面變化的肩梁處，荷載偏心小，構(gòu)造合理，得到廣泛應(yīng)用。 實(shí)腹式單階柱 雙階柱 格構(gòu)式上段柱工字形截面實(shí)腹式柱下段柱由于吊車肢受的荷載大，通常設(shè)計(jì)成不對(duì)稱截面 階梯形下柱的常見截面形式： 圖2-6 雙肢格構(gòu)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

7、特大型廠房的下柱分離式柱腳 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。 肩梁 ：將各階柱段連在一起。肩梁 單臂肩梁（圖2-7a） 雙臂肩梁（圖2-7b）構(gòu)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。肩梁吊車梁工程實(shí)例格構(gòu)柱吊車梁廠房結(jié)構(gòu)形式的選取不僅要考慮吊車起重量，還與其工作級(jí)別極吊鉤類型有關(guān)。柱子與基礎(chǔ)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 A6一A8級(jí)重級(jí)工作制吊車的單跨廠房 ，須有大的橫向剛度和縱向剛度。下層柱間支撐：吊車梁下部的柱間支撐2.1.1.3

8、柱間支撐上層柱間支撐：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 1.柱間支撐的布置： 1）每列柱都要設(shè)柱間支撐。 2）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。 3）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(yīng)力的影響。 4）上層柱間支撐除了要在下層柱間支撐布置的柱 間設(shè)置外,還應(yīng)當(dāng)在每個(gè)溫度區(qū)段的兩端設(shè)置。 5）每列柱頂均要布置剛性系桿。 下層柱間支撐與柱和吊車梁一起在縱向組成剛性很大的懸臂桁架為了使縱向構(gòu)件在溫度變化時(shí)能自由伸縮，盡量減少溫度應(yīng)力，下層支撐應(yīng)設(shè)在溫度區(qū)段的中部；只有當(dāng)?shù)踯囄恢酶叨囬g長(zhǎng)度短時(shí)，放在兩端。 當(dāng)溫度

9、區(qū)段90m時(shí)，在中央設(shè)一道下層支撐； 當(dāng)溫度區(qū)段90m時(shí)，在1/3點(diǎn)處各設(shè)一道下層支撐，以免傳力路徑太長(zhǎng)； 在短而高的單層廠房結(jié)構(gòu)中，下層柱間支撐可布置在廠房結(jié)構(gòu)的兩端。上層柱間支撐分為兩層： 第一層在屋架端部高度范圍內(nèi)，屬于屋蓋垂直支撐； 第二層在屋架下弦至吊車梁上翼緣范圍內(nèi)。 2.柱間支撐的作用： 1）承受并傳遞縱向水平荷載： 作用于山墻上的風(fēng)荷載、吊車縱向水平荷載、 縱向地震力等。 2）減少柱在平面外的計(jì)算長(zhǎng)度。 3) 保證廠房的縱向剛度。 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

10、層柱間 支撐的形式 柱間支撐的計(jì)算要點(diǎn) 上層柱間支撐承受端墻傳來的風(fēng)荷載W； 下層柱間支撐承受端墻傳來的風(fēng)荷載W和吊車縱向水平荷載T 在同一溫度區(qū)段的同一柱列設(shè)置多道柱間支撐時(shí)，全部縱向水平荷載由該柱列的所有支撐共同承受。 柱間支撐的內(nèi)力，根據(jù)柱列所受縱向荷載，按支承于柱腳基礎(chǔ)上的豎向懸臂桁架計(jì)算。 拉桿體系設(shè)計(jì)，假定交叉支撐只承受拉力，一旦受壓即失去穩(wěn)定而退出工作（虛線），體系變?yōu)殪o定結(jié)構(gòu)。柱間支撐計(jì)算簡(jiǎn)圖 角鋼不宜小于L756；槽鋼不宜小于12； 下層支撐一般為雙片，分別與吊車肢和屋蓋肢相連，雙片間以單角鋼綴條相連； 上層支撐一般為單片， 支撐連接可采用焊縫或高強(qiáng)螺栓連接， 人字形和八字形

11、支撐應(yīng)注意構(gòu)造措施，使其與吊車梁的連接僅傳遞水平力，不傳遞垂直力，以免支撐成為吊車梁的中間支承點(diǎn)。桁架是指由直桿在端部相互連接而組成的格子式結(jié)構(gòu)。桁架中的桿件大部分情況下只受軸線拉力或壓力。應(yīng)力在截面上均勻分布，桁架用料經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu) 的自重小，易于構(gòu)成各種外形以適應(yīng)不同的用途 。在工業(yè)與民用房屋建筑中，當(dāng)跨度比較大時(shí)用梁作屋蓋的承重結(jié)構(gòu)是不經(jīng)濟(jì)的，這時(shí)都要用桁架 。 2.1.2屋架外形及腹桿形式2.1.2.1桁架的應(yīng)用2.1.2.2桁架的外形及腹桿形式 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（1）三角形屋架 按腹桿布置方式不同: 芬克式長(zhǎng)

12、桿受拉、短桿受壓，受力相對(duì)合理，應(yīng)用較廣人字形桿件數(shù)量少，節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，受壓桿較長(zhǎng)，但抗震性能優(yōu)于芬克式屋架，適用于跨度小于18m的屋架。單斜式腹桿和節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，長(zhǎng)腹桿受拉，但夾角小，適用于下弦設(shè)置天棚的屋架。 特點(diǎn): 外形和彎矩圖不相適應(yīng)，弦桿內(nèi)力分布不均勻，近支座處內(nèi)力大，近跨中處小，橫向剛度小。 上下弦交角小，端節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。可將上弦或下弦改變?yōu)檎劬€形或陡坡梯形，以改善受力和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。適用于跨度小，坡度大、采用輕型屋面材料的有檁體系。（2）梯形屋架 按腹桿布置方式不同有：人字式腹桿總長(zhǎng)度短，節(jié)點(diǎn)少按支座斜桿與弦桿組成的支承點(diǎn)在下弦或在上弦又可分為下承式和上承式兩種。再分式可避免節(jié)間直接受

13、荷（非節(jié)點(diǎn)荷載）。 特點(diǎn) 外形和彎矩圖比較接近，弦桿內(nèi)力沿跨度分布較均勻，用料經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用廣泛。適用于屋面坡度平緩且跨度較大時(shí)的無檁屋蓋結(jié)構(gòu)。（3）人字形桁架 上、下弦可為平行，坡度為1/201/10，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較為統(tǒng)一； 上、下弦可以具有不同坡度或下弦有一部分水平段，以改善屋架受力情況。 跨中高度一般為2.02.5m，跨度大于36m時(shí)可取較大高度但不宜超過3m；端部高度一般為跨度的1/181/12。（4）平行弦屋架 上、下弦桿水平，桿件和節(jié)點(diǎn)規(guī)格化、便于制造。 屋架的外形和彎矩圖分布不接近，弦件內(nèi)力分布不均勻。 一般用于托架和支撐體系。2.1.2.3.確定桁架形式的原則 三角形屋架：適合于波形石

14、棉瓦、瓦楞鐵皮, 坡度一般在1/31/2 梯形屋架：壓型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：屋架外形應(yīng)與屋面材料的排水要求相適應(yīng)。 2.受力合理： 屋架外形應(yīng)盡量和彎矩圖接近，使上下弦桿內(nèi)力沿跨度方向分布較均勻，腹桿受力較小； 腹桿的布置宜使短桿受壓，長(zhǎng)桿受拉； 荷載布置在節(jié)點(diǎn)上，減少弦桿局部受彎。 3.滿足制造、安裝和運(yùn)輸要求 構(gòu)造簡(jiǎn)單，桿件夾角3060； 桿件與節(jié)點(diǎn)數(shù)量少； 分段制造，便于運(yùn)輸與安裝；4.綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果好 跨度 L工藝及使用要求 高度 H經(jīng)濟(jì)、剛度、運(yùn)輸、坡度等 各種屋架中部高度： 三角形屋架： 中部高度H(1/61/4)L 梯形屋架 ：

15、 中部高度H(1/101/6)L 端部高度H0(1.82.1m) 2.1.2.4 桁架主要尺寸的確定 2.1.3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 垂直支撐 系桿平面屋架在屋架平面外的剛度和穩(wěn)定性很差，不能承受水平荷載。因此，為使屋架結(jié)構(gòu)有足夠的空間剛度和穩(wěn)定性，必須在屋架間設(shè)置支撐系統(tǒng)。圖216屋蓋支撐作用示意圖 1.保證屋蓋結(jié)構(gòu)的幾何穩(wěn)定性。 幾何可變體系屋架側(cè)傾幾何不變體系屋架穩(wěn)定 2.1.3.1屋蓋支撐的作用 2.保證屋蓋的剛度和空間整體性 橫向水平支撐是一個(gè)水平放置(或接近水平放置)的桁架,支座是柱或垂直支撐 ?？v向水平支撐：提高屋架平面內(nèi)（橫

16、向）抗彎剛度，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。 3.為弦桿提供適當(dāng)?shù)膫?cè)向支承點(diǎn) 支撐可作為屋架弦桿的側(cè)向支承點(diǎn)，減小弦桿在屋架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度，保證受壓上弦桿的側(cè)向穩(wěn)定，并使受拉下弦保持足夠的側(cè)向剛度。 4.承擔(dān)并傳遞水平荷載 如傳遞風(fēng)荷載、懸掛吊車水平荷載和地震荷載。 5.保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定與方便 2.1.3.2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(yīng)設(shè)置屋架上弦橫向水平支撐，當(dāng)有天窗架時(shí)，天窗架上弦也應(yīng)設(shè)置橫向水平支撐。 設(shè)置在房屋的兩端 ,一般設(shè)在第一個(gè)柱間或設(shè)在第二個(gè)柱間,間距L060m。布置在第二柱間時(shí)，應(yīng)在

17、第一個(gè)柱間要設(shè)置剛性系桿以支持端屋架和傳遞端墻風(fēng)力上弦橫向水平支撐布置圖 2.下弦橫向水平支撐布置原則 ：當(dāng)跨度L18m；設(shè)有懸掛式吊車起重量大于5噸；廠房?jī)?nèi)設(shè)有較大的振動(dòng)設(shè)備。與上弦橫向水平支撐布置在同一柱間以形成空間穩(wěn)定體系。 3.縱向水平支撐布置原則 ：廠房?jī)?nèi)設(shè)有托架，或有較大噸位的重級(jí)、中級(jí)工作制的橋式吊車；或有壁行吊車，或有鍛錘等大型振動(dòng)設(shè)備；以及當(dāng)房屋較高，跨度較大，空間剛度要求高時(shí) 。屋架間距12m時(shí)，通常布置在屋架下弦平面。屋架間距12m時(shí)，宜布置在屋架的上弦平面內(nèi)。下弦水平支撐布置圖 4.垂直支撐布置原則 ：所有房屋中均應(yīng)設(shè)置垂直支撐。 梯形屋架在跨度L30m，三角形屋架在跨度L24m時(shí)，僅在跨度中央設(shè)置一道 。當(dāng)跨度大于上述數(shù)值時(shí)宜在跨度13附近或天窗架側(cè)柱外設(shè)置兩道 。梯形屋架不分跨度大小，其兩端還應(yīng)各設(shè)置 一道，當(dāng)有托架時(shí)則由托架代替 。垂直支撐與上、下弦橫向水平支撐布置在同 一柱間，使相鄰屋架形成幾何不變的空間體系，保證側(cè)向穩(wěn)定。屋架的垂直支撐布置L24m 5.系桿 剛性系桿：能承受拉力也能承受壓力的系桿。柔性系桿：只能承受拉力的系桿。作用：為沒有參與組成空間穩(wěn)定體的屋架提供 上下弦的側(cè)向支承點(diǎn)。布