单层厂房钢结构ppt课件

有空间刚度的稳定结构体系 –两端相邻两榀屋架间设置支撑，其余屋
架通过系杆或檩条与之相连，纵向长度较 大时，中间应加设支撑
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1.结构体系及结构布置
• 支撑体系 屋盖支撑种类
– 上弦横向支撑 – 下弦横向支撑 – 下弦纵向支撑 – 竖向支撑（垂直支撑） – 系杆 – 天窗支撑
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1.结构体系及结构布置
– 杆件轴线在同一平面内，汇交于节点中心 • 杆件偏心
– 荷载作用在屋架节点上，且在屋架平面内 • 节间荷载
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架计算分析 荷载类型
–永久荷载： 结构及屋面自重 –可变荷载： 屋面活荷/积灰/雪荷/风荷/悬挂吊车荷载
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架计算分析 荷载组合 –永久荷载+可变荷载 –永久荷载+半跨可变荷载 –钢结构自重+半跨屋面板+半跨屋面活荷
–屋架与柱刚接时，还应计算屋架端弯矩 引起的屋架杆件内力
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架杆件设计 杆件计算长度
– 屋架平面内：
• 根据节点中心距离确定，
• 考虑节点刚度：压杆失稳时将受到拉 杆的约束（弹性嵌固），拉杆越多，
拉力越大，拉杆线刚度越大，约束作 用越强
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架计算分析 荷载计算 – 屋面荷载汇集到上弦节点，可按下式计算
piiqksa/cos
–屋架结构自重（kN/m2）按经验公式估算 并作用在上弦节点：
qk0.1170.011l
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架计算分析 荷载计算 –吊顶荷载汇集作用在钢屋架下弦节点 –屋面坡度小于30度时，屋盖承受风吸力的
建筑钢结构设计
单层厂房钢结构
天津大学 钢结构教研室
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本章主要内容：
1. 结构体系与结构布置 2. 普通钢屋架设计 3. 横向框架及框架柱设计 4. 吊车梁结构体系
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1.结构体系及结构布置
• 主要结构构件
– (1)框架柱 (2)钢屋架 – 支撑构件 – 吊车梁 制动梁 – 天窗架 托架 – 墙架 抗风柱 …
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架的形式 选型原则 –使用要求
• 屋架外形与排水坡度相适应
–经济要求
• 屋架外形与弯矩图一致，弦杆内力均匀
• 杆件长拉短压
• 腹杆：数量少/总长度短/夹角30~60度
–制作安装要求
• 节点少/构造简单/便于分段
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架的形式 屋架外形
– 平行弦屋架 – 三角形屋架 – 梯形屋架 – 曲拱形屋架 – 梭形屋架 –…
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架的形式 平行弦屋架
–腹杆等长/杆件类型少/节点构造相同/标 准化/工业化
–排水困难/桁架高度未随弯矩变化/弦杆 内力不均匀
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架的形式 三角形屋架
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1.结构体系及结构布置 温度区段长度限值表
结构情况
采暖房屋和非采 暖地区的房屋 热车间和采暖地 区的非采暖房屋
纵向温度区段
220m 180m
横向温度区段 柱顶为刚接 柱顶为铰接
120m
150m
100m
125m
露天结构
120m
--
--
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1.结构体系及结构布置
• 柱网布置 温度缝做法
– 结构要求
• 所有柱列采用相等柱间距/设置托架(标准化)
– 经济要求
• 纵向柱距6m/方案比选
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1.结构体系及结构布置
• 柱网布置 温度缝设置
– 结构温度变形 LtL – 温度变形受到约束产生温度应力 – 设置温度缝（横向/纵向）
• 释放温度变形 • 减小温度应力
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• 支撑体系 屋盖支撑布置原则
–厂房两端设置上、下弦横向支撑和竖向支 撑
–屋架两边布置下弦纵向支撑，形成封闭体 系
–横向及竖向支撑间距不应超过60m
–竖向支撑一般布置在屋架跨中和端竖杆平 面
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1.结构体系及结构布置
• 支撑体系 柱间支撑布置
–厂房较高时可分别设置上柱支撑/下柱支 撑
• 普通钢屋架主要尺寸 节间尺寸
– 上弦节间尺寸根据屋面做法确定 – 无檩体系：大型屋面板 1.5~1.8m – 有檩体系：檩条间距 0.8~3.0m – 屋面荷载尽量直接作用在上弦节点上
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架计算分析 计算假定
– 钢屋架的节点为铰接 • 节点刚度引起次应力（弯曲应力）
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1.结构体系及结构布置
• 屋盖结构形式 无檩体系
–在屋架上直接设置大型钢筋混凝土屋面板 –屋架间距=屋面板跨度（6m/12m） –横向刚度大/整体性好/构造简单/耐久性好
/构件种类少/工期短 –屋面自重大，结构用钢量大，抗震不利
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1.结构体系及结构布置
• 屋盖结构形式 有檩体系
–横向温度缝 • 在温度缝两侧设置两榀横向框架 • 轴线定位
–纵向温度缝 • 板铰支座/活动支座
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1.结构体系及结构布置
✓ 框架柱和横梁、钢屋架构成横向框架
• 横向框架形式 横向框架种类 –按连接方式
• 铰接框架/刚接框架/上刚接下悬臂框架 –按框架跨数
– 上弦杆
• 有檩体系 檩条与支撑不连接 l0y=l1；
檩条与支撑连接 l0y=l1/2（檩条间距）；
• 无檩体系 屋面板与屋架3点可靠连接时，
l0y=2B且<3m；否则，l0y=l1
– 下弦杆 l0y=l1
– 腹杆 l0y=l （杆件几何长度）
• 钢屋架 10%~40%
• 吊车梁 15%~35%
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1.结构体系及结构布置
• 结构形式与布置
柱网布置 屋盖结构型式 墙架布置
横向框架形式 支撑体系 吊车梁系统布置
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1.结构体系及结构布置
✓ 横向框架和纵向框架的柱形成柱网
• 柱网布置 考虑因素 – 工艺要求
• 地上设备/地下设备/功能变动
–温度区段不很长时，设置在温度区段中部 –温度区段较长时，在温度区段中部1/3范
围内设置两道柱间支撑 –温度区段两端设置上柱支撑传递山墙风荷
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1.结构体系及结构布置
• 支撑体系 支撑构件的设计
–屋盖支撑一般按简支平行弦桁架计算 –柱间支撑可按悬臂平行弦桁架计算 –支件
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架的形式 腹杆布置 –平行弦屋架： 单斜式/菱形/K形/十字交叉形 –三角形屋架：芬克式/单斜式 –梯形屋架：人字式/再分式 –曲拱形屋架：新月式
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架主要尺寸 屋架跨度 – 根据工艺/使用要求确定 – 考虑屋面板宽度模数 – 常用跨度： 12m/15m/18m/21m/24m/27m/30m/36m
• 支撑体系 支撑的作用 –增大结构纵向刚度，承担纵向水平荷载 –增大结构横向刚度，协调横向框架受力 –减小屋架弦杆/框架柱的平面外计算长度 –维持托架及中间屋架的稳定性 –保证安装过程中结构稳定性，防止倾倒 –增大结构的抗扭刚度
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结构体系及结构布置
• 支撑体系 屋盖支撑 –平面屋架+檩条+屋面板+屋盖支撑构成具
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1.结构体系及结构布置
• 屋盖结构 –由横梁/钢屋架、屋盖支撑、天窗架、 天窗支撑、托架和檩条等构成 –承受屋盖竖向荷载
• 吊车梁结构体系 – 由吊车梁和制动系统构成 – 承受吊车竖向荷载和吊车水平荷载
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1.结构体系及结构布置
• 支撑系统 – 由屋盖支撑、柱间支撑和天窗支撑等构成 – 保证结构空间刚度和稳定性
构件截面 –交叉支撑按拉杆设计 –常用截面形式：角钢/圆钢（张紧装置） –斜腹杆与弦杆夹角30~60度
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1.结构体系及结构布置
✓ 墙架梁/墙架柱/水平抗风桁架等构成墙架体系
• 墙架布置
–承受墙体自重/墙面风荷载 –柱距<8m时，可不设墙架柱 –墙架柱设置应与横向支撑节点对应，否
则设分布梁 –端墙墙架不承受屋面竖向荷载，应采用
板铰等柔性连接
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架
– 普通钢屋架为平面桁架，适用跨度18~36m – 构件一般为双角钢组成的T形截面，采用节
点板连接 – 优点：取材容易/构造简单/制造安装方便/
刚度好… – 缺点：型钢板件较厚，屋架用钢量较大
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架计算分析 内力分析 –按平面桁架计算杆件轴向力： –静定结构； –数解法（节点法，截面法）/图解法。
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架计算分析 内力分析
–上弦杆受节间荷载时，计算局部弯矩： 简支梁M0，端节间正弯矩0.8M0，其它节 间正、负弯矩0.6M0
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• 结构体系
• 横向平面框架 • 纵向平面框架 • 屋盖结构 • 吊车梁结构体系 • 墙架结构 • 支撑系统
1.结构体系及结构布置
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1.结构体系及结构布置
• 横向平面框架
– 由框架柱和横梁/钢屋架构成 – 承受全部竖向荷载和横向水平荷载
• 纵向平面框架 –由框架柱、柱间支撑、吊车梁等构成 –承受全部纵向水平荷载
• 单跨/双跨/多跨
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1.结构体系及结构布置
• 横向框架形式 铰接框架和刚接框架 – 铰接框架
柱脚弯矩大；横向刚度差；受力明确，计 算简单；安装方便；对基础沉降适应性强 – 刚接框架 柱脚弯矩小；横向刚度好；受力复杂；构 造麻烦；对基础沉降适应性差
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架主要尺寸 屋架高度
– 根据经济/刚度/建筑/屋面坡度/运输条件 等条件确定
– 三角形屋架：（1/6~1/4）L – 梯形屋架： 跨中（1/10~1/6）L； 端部1.6~2.2m（铰接）/1.8~2.4m（刚接） – 运输高度：3.85m
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2.普通钢屋架设计
–腹杆受力小/排水坡度大 –弦杆内力不均匀/与柱铰接，刚度差 –中小跨度、轻型屋面
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架的形式 梯形屋架 –受力性能好/腹杆较短/可与柱刚接 –排水坡度小
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架的形式 梯形屋架 –受力性能好 –制作加工不方便/可改进为折线形
–屋架间距根据屋面材料确定，屋架结构形式 应尽量统一，可设托架/中间屋架
–屋架/托架应采用桁架式，檩条一般为实腹式 –屋盖应设置支撑，保证结构刚度和稳定性 –考虑施工要求，方便施工，缩短工期 –屋盖结构在运输/安装中采取临时加固措施
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1.结构体系及结构布置
✓ 屋盖支撑和柱间支撑等构成支撑体系
• 墙架结构 –由墙架/抗风柱等构成 –承受山墙墙体重量和墙面风荷载
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1.结构体系及结构布置
• 单层厂房钢结构用钢量
– 厂房类型（吊车起重量/轨顶标高）
• 轻型 35~80kg/m2
• 中型 75~170kg/m2
• 重型 200~400kg/m2
– 主要构件用钢量百分比
• 框架柱 30%~50%
– 屋架平面外
• 侧向支撑点间距
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架杆件设计 杆件计算长度 屋架平面内
– 受压（上）弦杆/支座竖杆/端斜杆 l0x=l； – 其它腹杆 l0x=0.8l；（与下弦连接的节点
嵌固作用较大） – 下弦杆 l0x=l；
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架杆件设计 杆件计算长度 屋架平面外
–屋架上设置檩条，檩条上铺设轻型屋面 材料
–屋架间距=檩条跨度 –檩条间距=屋面板跨度 –结构用钢量省/运输安装方便 –屋盖体系构件较多/构造复杂/刚度较差
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结构体系及结构布置
• 屋盖结构形式 屋盖结构选型与布置
–应综合考虑生产工艺/建筑造型/材料供应/施 工能力/生产维修等
作用，对结构有利，一般可不考虑，风荷 载很大时或采用对风荷载较为敏感的轻型 屋面时，应按荷载规范计算风荷载
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2.普通钢屋架设计
• 普通钢屋架计算分析 荷载计算 –悬挂吊车荷载根据其与屋架的连接方式 具体计算 –地震烈度大于9度时，按抗震规范采用附 加竖向荷载的方式考虑地震荷载。
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