《钢结构》第七章 屋盖结构
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7.2.4.1 纵向框架柱间支撑的作用和布置 柱间支撑与厂房钢结构框架柱相连接，其作用为： (1)、组成坚强的纵向构架，保证单层厂房钢 结构的纵向刚度； (2)、承受单层厂房钢结构端部山墙的风荷载、 吊车纵向水平荷载及温度应力等，在地震区尚应 承受纵向地震作用，并将这些力和作用传至基础。
钢结构设计原理
屋盖结构
(1)、横向框架 由柱和它所支承的屋架或屋盖横 梁组成，是单层厂房钢结构的主要承重体系，承受结 构的自重、风、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载，并 把这些荷载传递到基础。 (2)、屋盖结构 承担屋盖荷载的结构体系，包括 横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
阶形柱也分为实腹式和格构式两种。（如图7.8（c）（d） （e）） 分离式柱有支撑屋盖结构的屋盖肢和支撑吊车梁或吊车 桁架肢所组成，两柱肢之间用水平板相连接。（如图 7.8（f））
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
7.2.4 纵向框架柱间支撑
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
图7.10
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
7.3 屋盖结构
7.4.1 钢屋盖结构的形式 钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和 天窗架等构件组成。根据屋面材料和屋面结构 布置情况的不同，可分为无檩屋盖结构体系和 有檩屋盖结构体系。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
7.2.1横向框架主要尺寸和计算简图
7.2.1ຫໍສະໝຸດ Baidu1主要尺寸 框架的跨度：一般取为上部柱中心线间的横向距离。 如图：7.3
L0 Lk 2 S
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
当柱间距较大或十字撑妨碍生产空间时，可 采用门架式支撑（图7.10.d）。图 7.10.e的支撑 形式，上层为V形，下层为人字形，它与吊车梁系 统的连接应做成能传递纵向水平力而竖向可自由 滑动的构造。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
二、有檩屋盖结构体系 有檩屋盖结构体系（图7.1.b）常用于轻型屋面材 料的情况。如压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦 楞铁皮等。屋架间距通常为6m；当柱距大于或等于12m 时，则用托架支承中间屋架，一般适用于较陡的屋面 坡度以便排水，常用坡度为1:2~1:3，因此常采用三角 形屋架做为主要承重构件。当采用较好的防水措施用 压型钢板做屋面时，屋面坡度也可做到1:12或更小， 此时也可用H型钢梁做为主要承重构件。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
有檩体系屋盖可供选用的屋面材料种类较多， 屋架间距和屋面布置较灵活，自重轻，用料省， 运输和安装较轻便；但构件的种类和数量多，构 造较复杂。在选用屋盖结构体系时，应全面考虑 房屋的使用要求、受力特点、材料供应情况以及 施工和运输条件等，以确定最佳方案。
第七章
屋盖结构
7.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置
一、柱网布置
7.2
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
进行柱网布置时，应注意以下几方面的问题： (1) 应满足生产工艺要求。厂房是直接为工业生 产服务的，不同性质的厂房具有不同的生产工艺流程， 各种工艺流程所需主要设备、产品尺寸和生产空间都 是决定跨度和柱距的主要因素。柱的位置（包括柱下 基础的位置）应和地上（地下）设备、机械及起重运 输设备等相协调。此外，柱网布置尚应考虑未来生产 发展和生产工艺的可能变动。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
图7.9
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
7.2.4.2 柱间支撑的形式
柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字 式、门架式等（图7.10a）。十字交叉支撑的构造 简单、传力直接、用料节省，使用最为普遍，其斜 杆倾角宜为45°左右。上层支撑在柱间距较大时可 改用斜杆（图7.10.d）；下层支撑高而不宽者可以 用两个十字形，高而刚度要求严格者可以占用两个 开间（图7.10.c）。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
(2) 应满足结构的要求。为了保证车间的正 常使用，使厂房具有必要的刚度，应尽量将柱布 置在同一横向轴线上，以便与屋架或横梁组成横 向框架，提供尽可能大的横向刚度。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章 屋盖结构
1、厂房结构的形式和布置 2、厂房结构的框架形式 3、屋盖结构 4、框架柱设计特点 5、轻型门式钢架结构 6、吊车梁设计特点 7、墙架体系
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
7.1.1 单层厂房钢结构的组成 单层厂房钢结构一般是由屋盖结构、 柱、吊车梁、制动梁（或制动桁架）、 各种支撑以及墙架等构件组成的空间体 系（图7.1）。这些构件按其作用可分 为下面几类：
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
一、无檩屋盖结构体系 无檩屋盖结构体系(图7.1.a)中屋面板通常采用钢 筋混凝土大型屋面板。屋架的间距应与屋面板的长度配 合一致，通常为6m。这种屋面板上一般采用卷材防水屋 面，通常适用于较小屋面坡度，常用坡度为1:8~1:12， 因此常采用梯形屋架做为主要承重构件。 无檩体系屋盖屋面构件的种类和数量少，构造简单， 安装方便，施工速度快，且屋盖刚度大，整体性能好； 但屋面自重大，常要增大屋架杆件和下部结构的截面， 对抗震也不利。
为了降低制作和安装工作量，应尽量实现结构构件的 统一化和标准化，满足《厂房建筑统一化基本规则》的规 定：当单层厂房钢结构跨度小于或等于18m时，应以3m为 模数，即9m、12m、15m、18m；当厂房跨度大于18m时，则 以6m为模数，即24m、30m、36m。但是当工艺布置和技术 经济有明显的优越性时，也可采用21m、27m、33m等。厂 房的柱距一般采用6m较为经济，当工艺有特殊要求时，可 局部抽柱，即柱距做成12m；对某些有扩大柱距要求的单 层厂房钢结构也可采用9m及12m柱距。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
7.1
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。即在缝的两旁 布置两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩 缝的中线和定位轴线重合(图7. 2,a)；在设备布置条件 不允许时，可采用插入距的方式(图7. 2,b)，将缝两旁 的柱放在同一基础上，其轴线间距一般可采用1m，对于 重型厂房由于柱的截面较大，可能要放大到1.5m或2m， 有时甚至到3m，方能满足温度伸缩缝的构造要求。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
柱顶铰接时下柱的弯矩较大，厂房横向刚 度差，因此，一般用于多跨厂房或厂房高度不 大而刚度容易满足的情况。当采用钢屋架、钢 筋混凝土柱的混合结构时，也常采用铰接框架 形式。 钢结构的单跨厂房框架常采用柱顶刚接方案。
钢结构设计原理
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第七章
屋盖结构
(5)、墙架 承受墙体的自重和风荷载。 此外，还有一些次要的构件如梯子、走 道、门窗等。在某些单层厂房钢结构中，由于 工艺操作上的要求，还设有工作平台。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
(3)、支撑体系 包括屋盖部分的支撑和柱 间支撑等，它一方面与柱、吊车梁等组成单层厂 房钢结构的纵向框架，承担纵向水平荷载；另一 方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空 间的整体结构，从而保证了单层厂房钢结构所必 需的刚度和稳定。 (4)、吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要 承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横 向框架和纵向框架上。
第七章
屋盖结构
温度伸缩缝的布置决定于厂房钢结构的纵向 和横向长度。纵向很长的厂房在温度变化时，纵 向构件伸缩的幅度较大，引起整个结构变形，使 构件内产生较大的温度应力，并可能导致墙体和 屋面的破坏。为了避免这种不利后果的产生，常 采用横向温度伸缩缝将单层厂房钢结构分成伸缩 时互不影响的温度区段。按规范规定，当温度区 段长度不超过表7.1的数值时，可不计算温度应 力。
第七章
屋盖结构
(3) 应符合经济合理的原则。柱距大小对结 构的用钢量影响较大，较经济的柱距可通过具体 方案比较确定，例如，在柱子较高、跨度较大而 吊车起重量又较小的车间中，采用大柱距可能是 经济合理的。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
二、温度伸缩缝
温度变化将引起结构变形，使厂房钢结构产生 温度应力。故当厂房平面尺寸较大时，为避免产生 过大的温度变形和温度应力，应在厂房钢结构的横 向和纵向设置温度伸缩缝。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
钢结构设计原理
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第七章
屋盖结构
为节约钢材也可采用单柱温度伸缩缝，即在 纵向构件（如托架、吊车梁等）支座处设置滑动 支座，以使这些构件有伸缩的余地。不过单柱伸 缩缝使构造复杂，实际应用较少。 当厂房宽度较大时，也应该按规范规定布置 纵向温度伸缩缝。
第七章
屋盖结构
7.2横向框架的荷载和内力
作用在横向框架上的荷载可分为：
永久性荷载
可变荷载两种
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
7.2.3框架柱的类型
框架柱按结构形式可分为等截面柱、 阶形柱和分离式柱三大类。
等截面柱有实腹式和格构式两种。（图7.8（a）（b））
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
钢结构设计原理
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第七章
屋盖结构
7.1
钢结构设计原理
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第七章
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7.2厂房结构的框架形式
厂房的主要承重结构通常采用框架体系，因 为框架体系的横向刚度较大，且能形成矩形的内 部空间，使于桥式吊车运行，能满足使用上的要 求。 厂房横向框架的柱脚一般与基础刚接，而柱 顶可分为铰接和刚接两类。
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
(3)、可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架 平面外的计算长度。 柱间支撑由两部分组成：在吊车梁以上的部分称为上 层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑。下层柱间支撑与 柱和吊车梁一起在纵向组成刚性很大的悬臂桁架。为了使 纵向构件在温度发生变化时能较自由地伸缩，尽量减少温 度应力，下层支撑应该设在温度区段中部。只有当吊车位 置高而车间总长度又很短（如混铁炉车间），下层支撑设 在两端不会产生很大的温度应力，而对厂房纵向刚度却能 提高很多时，放在两端才是合理的。
钢结构设计原理
屋盖结构
(1)、横向框架 由柱和它所支承的屋架或屋盖横 梁组成，是单层厂房钢结构的主要承重体系，承受结 构的自重、风、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载，并 把这些荷载传递到基础。 (2)、屋盖结构 承担屋盖荷载的结构体系，包括 横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。
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阶形柱也分为实腹式和格构式两种。（如图7.8（c）（d） （e）） 分离式柱有支撑屋盖结构的屋盖肢和支撑吊车梁或吊车 桁架肢所组成，两柱肢之间用水平板相连接。（如图 7.8（f））
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7.2.4 纵向框架柱间支撑
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图7.10
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7.3 屋盖结构
7.4.1 钢屋盖结构的形式 钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和 天窗架等构件组成。根据屋面材料和屋面结构 布置情况的不同，可分为无檩屋盖结构体系和 有檩屋盖结构体系。
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屋盖结构
7.2.1横向框架主要尺寸和计算简图
7.2.1ຫໍສະໝຸດ Baidu1主要尺寸 框架的跨度：一般取为上部柱中心线间的横向距离。 如图：7.3
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屋盖结构
当柱间距较大或十字撑妨碍生产空间时，可 采用门架式支撑（图7.10.d）。图 7.10.e的支撑 形式，上层为V形，下层为人字形，它与吊车梁系 统的连接应做成能传递纵向水平力而竖向可自由 滑动的构造。
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屋盖结构
二、有檩屋盖结构体系 有檩屋盖结构体系（图7.1.b）常用于轻型屋面材 料的情况。如压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦 楞铁皮等。屋架间距通常为6m；当柱距大于或等于12m 时，则用托架支承中间屋架，一般适用于较陡的屋面 坡度以便排水，常用坡度为1:2~1:3，因此常采用三角 形屋架做为主要承重构件。当采用较好的防水措施用 压型钢板做屋面时，屋面坡度也可做到1:12或更小， 此时也可用H型钢梁做为主要承重构件。
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有檩体系屋盖可供选用的屋面材料种类较多， 屋架间距和屋面布置较灵活，自重轻，用料省， 运输和安装较轻便；但构件的种类和数量多，构 造较复杂。在选用屋盖结构体系时，应全面考虑 房屋的使用要求、受力特点、材料供应情况以及 施工和运输条件等，以确定最佳方案。
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7.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置
一、柱网布置
7.2
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进行柱网布置时，应注意以下几方面的问题： (1) 应满足生产工艺要求。厂房是直接为工业生 产服务的，不同性质的厂房具有不同的生产工艺流程， 各种工艺流程所需主要设备、产品尺寸和生产空间都 是决定跨度和柱距的主要因素。柱的位置（包括柱下 基础的位置）应和地上（地下）设备、机械及起重运 输设备等相协调。此外，柱网布置尚应考虑未来生产 发展和生产工艺的可能变动。
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图7.9
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7.2.4.2 柱间支撑的形式
柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字 式、门架式等（图7.10a）。十字交叉支撑的构造 简单、传力直接、用料节省，使用最为普遍，其斜 杆倾角宜为45°左右。上层支撑在柱间距较大时可 改用斜杆（图7.10.d）；下层支撑高而不宽者可以 用两个十字形，高而刚度要求严格者可以占用两个 开间（图7.10.c）。
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第七章
屋盖结构
(2) 应满足结构的要求。为了保证车间的正 常使用，使厂房具有必要的刚度，应尽量将柱布 置在同一横向轴线上，以便与屋架或横梁组成横 向框架，提供尽可能大的横向刚度。
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第七章 屋盖结构
1、厂房结构的形式和布置 2、厂房结构的框架形式 3、屋盖结构 4、框架柱设计特点 5、轻型门式钢架结构 6、吊车梁设计特点 7、墙架体系
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屋盖结构
7.1.1 单层厂房钢结构的组成 单层厂房钢结构一般是由屋盖结构、 柱、吊车梁、制动梁（或制动桁架）、 各种支撑以及墙架等构件组成的空间体 系（图7.1）。这些构件按其作用可分 为下面几类：
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屋盖结构
一、无檩屋盖结构体系 无檩屋盖结构体系(图7.1.a)中屋面板通常采用钢 筋混凝土大型屋面板。屋架的间距应与屋面板的长度配 合一致，通常为6m。这种屋面板上一般采用卷材防水屋 面，通常适用于较小屋面坡度，常用坡度为1:8~1:12， 因此常采用梯形屋架做为主要承重构件。 无檩体系屋盖屋面构件的种类和数量少，构造简单， 安装方便，施工速度快，且屋盖刚度大，整体性能好； 但屋面自重大，常要增大屋架杆件和下部结构的截面， 对抗震也不利。
为了降低制作和安装工作量，应尽量实现结构构件的 统一化和标准化，满足《厂房建筑统一化基本规则》的规 定：当单层厂房钢结构跨度小于或等于18m时，应以3m为 模数，即9m、12m、15m、18m；当厂房跨度大于18m时，则 以6m为模数，即24m、30m、36m。但是当工艺布置和技术 经济有明显的优越性时，也可采用21m、27m、33m等。厂 房的柱距一般采用6m较为经济，当工艺有特殊要求时，可 局部抽柱，即柱距做成12m；对某些有扩大柱距要求的单 层厂房钢结构也可采用9m及12m柱距。
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7.1
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屋盖结构
温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。即在缝的两旁 布置两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩 缝的中线和定位轴线重合(图7. 2,a)；在设备布置条件 不允许时，可采用插入距的方式(图7. 2,b)，将缝两旁 的柱放在同一基础上，其轴线间距一般可采用1m，对于 重型厂房由于柱的截面较大，可能要放大到1.5m或2m， 有时甚至到3m，方能满足温度伸缩缝的构造要求。
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屋盖结构
柱顶铰接时下柱的弯矩较大，厂房横向刚 度差，因此，一般用于多跨厂房或厂房高度不 大而刚度容易满足的情况。当采用钢屋架、钢 筋混凝土柱的混合结构时，也常采用铰接框架 形式。 钢结构的单跨厂房框架常采用柱顶刚接方案。
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(5)、墙架 承受墙体的自重和风荷载。 此外，还有一些次要的构件如梯子、走 道、门窗等。在某些单层厂房钢结构中，由于 工艺操作上的要求，还设有工作平台。
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(3)、支撑体系 包括屋盖部分的支撑和柱 间支撑等，它一方面与柱、吊车梁等组成单层厂 房钢结构的纵向框架，承担纵向水平荷载；另一 方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空 间的整体结构，从而保证了单层厂房钢结构所必 需的刚度和稳定。 (4)、吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要 承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横 向框架和纵向框架上。
第七章
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温度伸缩缝的布置决定于厂房钢结构的纵向 和横向长度。纵向很长的厂房在温度变化时，纵 向构件伸缩的幅度较大，引起整个结构变形，使 构件内产生较大的温度应力，并可能导致墙体和 屋面的破坏。为了避免这种不利后果的产生，常 采用横向温度伸缩缝将单层厂房钢结构分成伸缩 时互不影响的温度区段。按规范规定，当温度区 段长度不超过表7.1的数值时，可不计算温度应 力。
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(3) 应符合经济合理的原则。柱距大小对结 构的用钢量影响较大，较经济的柱距可通过具体 方案比较确定，例如，在柱子较高、跨度较大而 吊车起重量又较小的车间中，采用大柱距可能是 经济合理的。
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二、温度伸缩缝
温度变化将引起结构变形，使厂房钢结构产生 温度应力。故当厂房平面尺寸较大时，为避免产生 过大的温度变形和温度应力，应在厂房钢结构的横 向和纵向设置温度伸缩缝。
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为节约钢材也可采用单柱温度伸缩缝，即在 纵向构件（如托架、吊车梁等）支座处设置滑动 支座，以使这些构件有伸缩的余地。不过单柱伸 缩缝使构造复杂，实际应用较少。 当厂房宽度较大时，也应该按规范规定布置 纵向温度伸缩缝。
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7.2横向框架的荷载和内力
作用在横向框架上的荷载可分为：
永久性荷载
可变荷载两种
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7.2.3框架柱的类型
框架柱按结构形式可分为等截面柱、 阶形柱和分离式柱三大类。
等截面柱有实腹式和格构式两种。（图7.8（a）（b））
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7.1
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7.2厂房结构的框架形式
厂房的主要承重结构通常采用框架体系，因 为框架体系的横向刚度较大，且能形成矩形的内 部空间，使于桥式吊车运行，能满足使用上的要 求。 厂房横向框架的柱脚一般与基础刚接，而柱 顶可分为铰接和刚接两类。
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屋盖结构
(3)、可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架 平面外的计算长度。 柱间支撑由两部分组成：在吊车梁以上的部分称为上 层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑。下层柱间支撑与 柱和吊车梁一起在纵向组成刚性很大的悬臂桁架。为了使 纵向构件在温度发生变化时能较自由地伸缩，尽量减少温 度应力，下层支撑应该设在温度区段中部。只有当吊车位 置高而车间总长度又很短（如混铁炉车间），下层支撑设 在两端不会产生很大的温度应力，而对厂房纵向刚度却能 提高很多时，放在两端才是合理的。