第9章單層廠房鋼結構

第9章單層廠房鋼構造第一節(jié)單層廠房鋼構造的組成及布置原那么1、單層廠房鋼構造的組成單層廠房鋼構造普通由屋蓋構造、柱、吊車梁、制動梁〔或制動桁架〕、各類支撐及墻架等構件組成的空間體系。按其作用分為：1.橫向框架2.屋蓋構造3.支撐體系4.吊車梁和制動梁鋼屋蓋的類別包括：平面鋼屋架空間桁架：網架2鋼屋蓋構造的方式、組成及布置鋼屋蓋構造通常由屋面、檁條、屋架、托架和天窗等構件組成。根據屋面資料和屋面構造布置情況的不同，可分為無檁屋蓋體系和有檁屋蓋體系。房屋橫向剛度大，整體性、耐久性好；屋面板自艱苦，屋蓋及下部構造用料多，對抗震不利。屋架間距靈敏，構件分量輕、施工、安裝方便；屋蓋構件數量多，整體剛度差。1.無檁屋蓋構造體系：2.有檁屋蓋構造體系：普通用于預應力混凝土大型屋面板等重型屋面，將屋面板直接放在屋架上。常用于輕型屋面資料的情況。3.天窗架方式4.托架方式圖9.4.2無檁屋蓋平面屋架在屋架平面外的剛度和穩(wěn)定性很差，不能接受程度荷載。因此，為使屋架構造有足夠的空間剛度和穩(wěn)定性，必需在屋架間設置支撐系統(tǒng)。上弦橫向程度支撐下弦橫向程度支撐下弦縱向程度支撐垂直支撐系桿組成3鋼屋蓋支撐1.上弦橫向程度支撐組成：屋架上弦、斜向桿件、檁條、系桿作用：保證屋架側向剛度和屋蓋的空間剛度，減小上弦在平面外計算長度，接受和傳送端墻的風荷載。布置：上弦橫向程度支撐普通應設置在房屋兩端或縱向溫度區(qū)段兩端的第一柱間或第二柱間，其最大間距為60m，否那么在中間應增設一道或幾道支撐。有時可將其布置在第二個柱間，但在第一個柱間要設置剛性系桿以支持端屋架和傳送端墻風力。2.下弦橫向程度支撐組成：屋架下弦桿、斜桿、系桿作用：山墻抗風柱的支點，接受并傳送程度風荷載、懸掛吊車的程度力和地震引起的程度力，減小下弦的平面外計算長度，減小下弦的振動。布置：與上弦橫向支撐布置在同一開間，構成穩(wěn)定的空間體系，其最大間距為60m。屋架下弦設通長縱向支撐時，宜設屋架下弦橫向支撐。

3.下弦縱向程度支撐組成：系桿、斜桿作用：添加屋蓋空間剛度，接受和傳送吊車橫向程度制動力。布置：屋架兩邊，與橫向支撐構成封鎖框。當房屋較高、跨度較大、空間剛度要求較高時，設有支承中間屋架的托架，或設有重級或大噸位的中級任務制橋式吊車等較大振動設備時，均應在屋架端節(jié)間平面內設置縱向程度支撐。普通情況可以省掉。下弦縱向程度支撐組成：系桿、斜桿作用：使相鄰屋架構成幾何不變的空間體系，保證側向穩(wěn)定。布置位置：屋架的垂直支撐應與上、下弦橫向程度支撐設置在同一柱間。每隔4～5個開間布置一道。4.垂直支撐無天窗，跨度l>30m，布置在屋架兩端、跨度l/3處。布置原那么:〔1〕梯形或平行弦屋架無天窗，跨度l<30m，布置在屋架兩端、跨中。a垂直支撐的布置b垂直支撐的布置

有天窗、跨度l<30m，布置在屋架兩端、跨度l/3處、天窗架兩端。

有天窗、跨度l<30m，布置在屋架兩端、跨中、天窗架兩端。c垂直支撐的布置d垂直支撐的布置〔2〕三角形屋架

跨度小于18m時，布置在屋架中間。跨度大于18m時，普通視詳細情況布置兩道。e垂直支撐的布置f垂直支撐的布置

作用：在無支撐的開間處，保證屋架的側向穩(wěn)定，減小弦桿的計算長度，傳送程度荷載。系桿分剛性系桿〔既能受拉也能受壓〕和柔性系桿〔只能接受拉力〕兩種。屋架主要支承節(jié)點處的系桿，屋架上弦脊節(jié)點處的系桿均宜用剛性系桿。布置：在橫向支撐或垂直支撐節(jié)點處應沿房屋通長設置系桿。程度橫向支撐設在第二柱間時，第一柱間端屋架需與第二榀屋架用剛性系桿銜接，其他設置剛性或柔性系桿均可。屋脊節(jié)點、屋架支座節(jié)點設置剛性系桿。5.系桿①保證屋蓋的整體性，提高空間剛度僅由平面桁架、檁條及屋面資料組成的屋蓋構造，是一個不穩(wěn)定的體系，假設將某些屋架在適當部位用支撐連系起來，成為穩(wěn)定的空間體系，其他屋架再由檁條或其他構件銜接在這個空間穩(wěn)定體系上，就保證了整個屋蓋構造的穩(wěn)定。②防止壓桿側向失穩(wěn)，防止拉桿產生過大的振動支撐可作為屋架弦桿的側向支撐點，減小弦桿出平面外的計算長度。③承當和傳送程度荷載〔如縱向和橫向風荷載、懸掛吊車程度荷載和地震作用等〕。④保證構造安裝時的穩(wěn)定與方便屋蓋的安裝首先用支撐將兩相鄰屋架連系起來組成一個根本空間穩(wěn)定體，在此根底上即可順序進展其他構件的安裝。6.支撐的作用桁架是由桿件組成的幾何不變體，即是指由直桿在桿端相互銜接而組成的以抗彎為主的格構式構造。桁架中的桿件大多只接受軸向力，桿件截面上應力分布均勻，資料性能發(fā)揚較好，從而能節(jié)省鋼材和減輕構造自重，特別適用于跨度和高度較大的構造。桁架在鋼構造中運用很廣，分為空間桁架和平面桁架兩類。網架構造和各種塔架構造為空間桁架，常用的平面桁架如屋架、吊車桁架、支撐、橋梁等。平面簡支桁架的桿件內力不受支座沉降和溫度變化的影響，且構造簡單、安裝方便最為常用。本節(jié)著重討論平面簡支鋼桁架——屋架的設計。第二節(jié)桁架的方式和截面設計1、桁架主要尺寸跨度：據工藝需求定，普通為3m模數，12、15、18、21、24、27、30、36m等(留意：柱軸線間隔)。l0(桁架兩端支座反力間的間隔)＝l-〔300～400mm〕高度：根據經濟、剛度和建筑要求，以及屋面坡度，運輸條件等確定。三角形跨中h≈〔1/4～1/6〕l

梯形跨中h≈〔1/6～1/10〕l，上弦坡度〔1/8～1/12〕

端部h0≈1.6～2.2m〔鉸接時〕

h0≈1.8～2.4m〔剛接時〕

1.桁架的荷載計算與荷載組合〔1〕桁架荷載永久荷載：屋面資料、保溫層、防水層、檁條、支撐、屋架、天窗架等構造自重。第三節(jié)桁架的荷載和內力計算可變荷載：屋面活荷載、積灰荷載、雪荷載、風荷載、懸掛吊車荷載等。屋面活荷載與雪荷載不同時出現(xiàn)，取兩者中較大值計算。桁架和支撐自重可按閱歷公式： gWk=(0.12+0.11l)kN/m2 〔2〕節(jié)點荷載計算桁架上的荷載經過檁條和大型屋面板肋以集中力方式作用于桁架節(jié)點①永久荷載＋可變荷載②永久荷載＋半跨可變荷載③屋架、支撐和天窗架自重＋半跨屋面板重＋半跨屋面活荷載〔3〕荷載組合根本假定a.桁架的各節(jié)點均視為鉸接。b.桁架一切桿件的軸線平直且都在同一平面內且在節(jié)點處交匯。c.荷載都作用在節(jié)點上，且都在桁架平面內。2.桁架桿件的內力計算部分彎矩

上弦有節(jié)間荷載時，除軸心力外還產生部分彎矩。實際上應按彈性支座的延續(xù)梁進展計算，普通偏于平安地簡化取端部節(jié)間正彎矩M1＝0.8M0，其它節(jié)間的正彎矩和節(jié)點負彎矩M2＝±0.6M0，M0是把弦桿節(jié)間視為簡支梁求得的最大彎矩。部分彎矩作用的計算簡圖內力計算用數解法或圖解法或借助電算，求出節(jié)點荷載作用下屋架各桿件的內力0.8M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M0第四節(jié)桁架桿件的計算長度和允許長細比弦桿、支座斜桿、支座豎桿l0x=l，中間腹桿l0x=0.8l。1.桁架平面內計算長度l0xa桿件平面內的計算長度b桿件平面外的計算長度2.桁架平面外計算長度l0y取決于弦桿側向支承點間間隔。上弦桿無檁方案:有檁方案:能保證大型屋面板三點與上弦桿焊接時:l0y=2b〔≤3m〕b—屋面板寬度。檁條與支撐點交叉不銜接時：l0y=l1檁條與支撐點交叉銜接時：l0y=l1下弦桿：取縱向程度支撐節(jié)點與系桿或系桿與系桿之間的間隔。腹桿：由于節(jié)點在平面外剛度很小，對桿件嵌固作用較小，故腹桿兩端視為鉸接，那么l0y=l

當受壓弦桿側向支承點間距為2倍節(jié)間長度，且兩個節(jié)間弦桿內力不同，那么弦桿平面外的計算長度：桿件內力變化時在桁架平面外的計算長度

當l0<0.5l1時，取l0=0.5l1，N1為較大的壓力，取“＋〞，N2為較小的壓力或拉力，壓力取“＋〞，拉力取“－〞。芬克式屋架、再分式腹桿受壓桿件在平面外計算長度同上，平面內計算長度為節(jié)點長度。l1——屋架弦桿側向支承點之間的間隔。4.桁架桿件允許長細比受壓構件 ≤[]＝150受拉構件

≤[]＝350無吊車或輕、中級任務制吊車。

≤[]＝300有重級任務制吊車。

≤[]＝250直接接受動荷載。、[]——分別為桿件的長細比和允許長細比。桿件長細比過大，在運輸和安裝過程中容易因剛度缺乏而產生彎曲，在動力荷載作用下振幅較大，在自重作用下有可見撓度

，因此應控制桿件的允許長細比。3.斜平面的計算長度l0單面銜接的單角鋼和雙角鋼組成的十字形桿件，受力后有能夠斜向失穩(wěn)，由于兩端節(jié)點有一定的嵌固作用，故斜平面計算長度略作折減(支座斜桿和支座豎桿除外〕，l0=0.9l桁架各桿件在平面內和平面外的計算長度l0查表。原那么：使兩個主軸方向的長細比接近，以到達經濟的目的。第五節(jié)桁架桿件的截面選擇和計算1.截面方式普通鋼屋架的桿件通常采用雙角鋼拼成的T形截面或十字形截面。桿件截面組合方式二不等邊角鋼短肢相并iy≈〔2.6～2.9〕ix計算長度l0y較大的上、下弦桿L0y≥2l0x，iy≈2ix截面方式用途二不等邊角鋼長肢相并iy≈〔0.7～1.0〕ix端斜桿、端豎桿、受較大彎矩作用的弦桿l0y＝l0x，iy≈ix桿件截面組合方式截面方式用途二等邊角鋼相并其他腹桿、下弦桿二等邊角鋼組合成的十字形截面與豎向支撐相連的屋架豎桿單角鋼輕型鋼屋架中內力較小的桿件iy≈〔1.3～1.5〕ixl0x＝0.8l0y，iy≈1.25ixl0x＝l0y＝0.9l，iy≈ixiy≈1.0ix2.填板的設置為了使兩個角鋼組成的截面可以整體任務，需在角鋼相并肢之間每隔一定間距，焊一塊填板。桁架桿件的填板在受壓桿件兩側向支承點之間填板數不得少于2個。40～603.節(jié)點板的厚度i=iyi=iy0對于梯形普通鋼桁架按受力最大的腹桿內力確定。見表9.6.4 軸拉桿按強度確定桿件所需的截面面積：

軸壓桿按穩(wěn)定條件計算所需的毛截面面積：

先假定，弦桿80左右，腹桿100左右，查表，算出A，選定資料規(guī)格，再驗算。4.截面選擇思索以下根本要求：同一榀屋架中規(guī)格不宜過多，5～6種。角鋼尺寸不宜過小，普通不小于L45×4或L56×36×4。對壓桿，選擇回轉半徑大的資料。屋架弦桿至多變一次截面，變肢寬不變肢厚，跨度小于30m的梯形屋架和跨度小于24m的三角形屋架普通不變。5.截面計算軸心受拉桿件應驗算強度和長細比要求。軸心受壓桿件和壓彎構件要計算強度、整體穩(wěn)定、部分穩(wěn)定和長細比。第六節(jié)桁架的節(jié)點設計1節(jié)點設計步驟和普通設計原那么

〔1〕節(jié)點設計步驟

①據屋架幾何方式定出節(jié)點的軸線關系，桿件按比例畫出，弦桿肢尖與腹桿間隔滿足前述根本要求。

②計算腹桿焊縫，普通腹桿焊縫厚度同肢厚，圖中作出定位點。

③計算弦桿與節(jié)點板的焊縫，假定焊縫厚度，計算長度，圖中作出定位點。

④畫出節(jié)點板，將各定位點都包括在內。

⑤適當調整焊縫厚度、長度，重新驗算。

①各桿件的形心線應盡量與屋架的幾何軸線重合，并交于節(jié)點中心，以防止由于偏心而產生節(jié)點附加彎矩。但思索制造上的方便，通常把角鋼肢背到屋架軸線的間隔調整為5mm的倍數。

②弦桿資料規(guī)格沿長度變化時，屋架軸線取在兩種資料的重心線中間，偏心不超越較大弦桿截面高度的5％。弦桿截面改動時的軸線位置③節(jié)點板方式簡單，應優(yōu)先采用矩形、梯形、平行四邊形，防止凹角。節(jié)點板的外形〔2〕節(jié)點設計原那么④角鋼端部的切割普通垂直于它的軸線，可切去部分肢，但絕不允許垂直肢完全切去而留下平行的斜切肢。角鋼端部的切割節(jié)點板焊縫的位置

⑤斜桿與弦桿銜接，盡能夠防止較大的偏心。

⑥繪制大樣〔1:10～1:5〕腹桿與節(jié)點板的銜接焊縫按角鋼角焊縫接受軸心力方法計算。節(jié)點板應伸出弦桿10～15mm以便焊接。弦桿與節(jié)點板的銜接焊縫，應思索接受弦桿相鄰節(jié)間內力之差，按下式計算:1.上弦節(jié)點

上弦節(jié)點常有大型屋面板或檁條傳來的集中荷載，在計算時需思索上弦桿節(jié)間的內力差ΔN與集中荷載F的共同作用。

假定集中荷載為F，對梯形屋架上弦節(jié)點計算時，忽略坡度的影響，以為F垂直于上弦。因上弦節(jié)點上擱置屋面板或檁條，節(jié)點板需縮進角鋼肢背，縮進的間隔〔0.6～1.0〕t，節(jié)點板縮進后用槽焊縫銜接，計算時槽焊縫可作為兩條焊縫(hf＝t/2)，強度設計值乘以0.8的折減系數。屋架上弦節(jié)點F2節(jié)點計算和構造

節(jié)點設計時，根據腹桿截面和內力確定銜接焊縫的焊腳尺寸和長度，然后再根據焊縫長度和施工誤差確定節(jié)點板的外形和尺寸。上弦桿可按下述的近似方法進展計算：集中荷載F由肢背槽焊縫接受，上弦節(jié)點相鄰節(jié)間的內力差N1－N2由角鋼肢尖與節(jié)點板的角焊縫接受，思索偏心力矩M＝Ne的作用。肢背:肢尖:

肢尖:

上弦節(jié)點的腹桿與節(jié)點的的銜接焊縫長度肢背:2.下弦節(jié)點

腹桿與節(jié)點板的銜接按肢尖、肢背分配力后計算焊縫長度和焊縫厚度。弦桿與節(jié)點板的銜接，無節(jié)點荷載時，按相鄰節(jié)間內力差ΔN＝N1－N2，在肢尖、肢背上分配力計算，往往ΔN較小，所以按構造確定焊縫。屋架下弦節(jié)點有節(jié)點荷載作用時弦桿與節(jié)點板的銜接焊縫應按以下公式計算：肢背焊縫：肢尖焊縫：式中:

N——相鄰上弦節(jié)間中較大的內力。拼接角鋼實踐長度L＝2(lw+10)+b，b是兩弦桿端的空隙，3.屋脊節(jié)點

留意施工順序，拼接角鋼的型號與弦桿一樣，需刨角切肢。拼接角鋼與弦桿的銜接焊縫通常按被銜接弦桿的最大內力計算，每條焊縫的計算長度：圖屋脊節(jié)點a)無天窗b)有天窗〔9.7.8〕肢尖與節(jié)點板的銜接焊縫接受上弦內力的15％〔按閱歷〕，并思索附加彎矩作用M＝0.15Ne。上弦與節(jié)點板銜接焊縫：集中荷載F由上弦角鋼肢背處槽焊縫接受?！?〕下弦拼接節(jié)點下弦拼接角鋼與下弦銜接焊縫長度計算：Af——下弦桿最大抗拉承載力，節(jié)點焊縫計算時與桿件等強度設計。圖下弦拼接節(jié)點

圖a〕中拼接角鋼端部直切，下弦內力傳送時，由于力線轉機引起較大的應力集中。

圖b〕中角鋼肢寬大于125mm，將拼接角鋼的肢端斜切，使內力均勻傳送。

N1，N2為節(jié)點兩側桿件的內力。當下弦節(jié)點有豎向荷載P作用時，同時思索P、N的作用。下弦與節(jié)點板的銜接焊縫計算時，荷載N為：〔5〕支座節(jié)點支座節(jié)點由節(jié)點板、加勁肋、支座底板和錨栓等部分組成。分鉸接和剛接兩大類。鉸接：銜接于磚或鋼筋混凝土柱頂；剛接：銜接于鋼柱上。鉸接屋架支座a〕底板所需的凈截面面積：式中：R——屋架支座反力；fc——混凝土軸心抗壓強度設計值；An——支座底板凈面積。底板所需的毛截面面積ΔA——錨栓孔的面積。銜接錨栓的直徑普通取20～25mm，為便于安裝，錨栓孔的直徑取〔2～2.5〕d，通常取40～60mm。b〕底板厚度兩相鄰邊支承矩形板的彎矩系數式中M——兩相鄰支承邊支座底板單位寬度上的最大彎矩；——系數