钢结构设计原理2钢结构厂房
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解析法（几何规则屋架）
（3）节间荷载引起的局部弯矩
0.6 0
0.6 0
0.6 0
0.6 0 0.6 0
0.6 0
0.6 0 0.6 0
柱网轴线间距为屋架标志跨度 l
计算跨度是屋架两端支座反力的距离 l0
a)
b)
c)
150～200 l0 l
联系尺寸
l0 l
内移尺寸 l0 l
（2）高度
a.建筑要求及运输要求(≤3.85m） b.刚度要求v≤[v] c.经济要求使桁架杆件总重最小的高度
①端部高度
陡坡梯形屋架为0.5～1m
缓坡梯形屋架：1.8～2.1m 刚接时一般不小于跨度的1/18～1/10， 一般为1.8～2.4m
等柱距柱网
不等柱距柱网
2、温度伸缩缝
➢按 规 范 要 求 横 向 、 纵 向 均 应 设 缝 （见书表2.2）。
➢可以设单柱，也可以设双柱来实现 温度缝构造
§2－2 厂房结构的框架形式
一、横向框架主要尺寸和计算简图
1、主要尺寸 跨度：Lo=Lk+2S
其中：S=B+D+b1/2
Lo=Lk+2S
3、支撑的布置及要求
（1）上弦横向水平支撑
在无檩体系中，尽管有大型屋面板可以作为 横向支撑，但考虑施工中条件不好，焊接质量 难以保证，加上施工过程中屋盖系统的整体稳 定性要求，必须设置。
一般设在第一或第二柱间及温度缝区段两端 的第一柱间，且其间距一般不超过60m，当厂 房纵向大于66m时，跨中要增设一道。
二、横向框架的荷载和内力
1、荷载
恒载（永久荷载） 活荷载（可变荷载） 可变荷载按设备现行荷载规范和吊车重量（及 起重量）取用
2、内力分析和内力组合
三、 框 架 柱 等截面实腹 的 类 型
等截面格构
阶形实腹
阶形格构
双阶柱
分离式柱
四、纵向框架的柱间支撑
1、柱间支撑的作用和布置 作用： （1）保证厂房纵向刚度； （2）承受纵向荷载并传递至基础； （3）为框架柱提供平面外支撑，减小
平面外计算长度。
柱间支撑的布置
2、柱间支撑的形式
§2-3 屋盖结构
一、屋盖结构的形式
1、屋盖结构体系
无檩体系
有檩体系
2.屋架的形式
a)
b)
d)
e)
g)
h)
j)
k)
c) f) i)
3.托架、天窗架形式
纵向水平支撑
刚性系杆
托架
中间屋架 系杆
系杆 托架
中间屋架
横向水平支撑
天窗架
Hale Waihona Puke Baidu
二、屋盖支撑
1. 支 撑 系 统 的 组 成
a
a
a
a
a
a
a
a
s
s
屋架
2、荷载组合
（1）全部恒载+全部活载 （2）全部恒载+半跨活载 （3）半跨屋面板+半跨活载
3、内力计算
（1）计算假定: a.杆轴汇交于节点中心； b.节点为铰接； c.荷载集于节点（节间荷载向两相邻节点分配） （2）计算方法： a.电算； b.手算：图解法（几何不规则屋架）
②中央高度
h h0 1/ 2L0 i i —坡度
一般梯形屋架和平行弦屋架：
h (1/10 ~ 1/ 6)L
三角形屋架：
h (1/6 ~ 1/4)L
③起拱
对于≥15m的三角形屋架和 ≥24m梯形和平行弦屋架， 采用起拱，一般为L/500。
(二）内力分析
1、荷载汇集
P/2
P
P
P
P
P
P
P
P/2
4．屋盖支撑形式及截面选择
支撑受力很小。因此，通常按容许 长细比（刚度）选截面，一般按压杆 设计。截面形式可为单角钢，也可为 双角钢，与屋架用C级螺栓相连。
6000 a)
6000
≤3000
>4000
6000 b)
6000
≤3000
3000～4000
三、钢屋架设计
（一）屋架的要尺寸 （1）跨度：
（2）下弦横向水平支撑
当屋架跨度大于18m 小于18m但有悬挂吊车 厂房内有震动设备 山墙抗风柱支在下弦上
满足其一 即要设置
要设在与上弦横向水平支撑的同一柱间。
（3）纵向水平支撑
1）硬钩吊车或抓斗等类似吊车； 2）设有壁行吊车或双层吊车的厂房； 3）有 5t 以上锻锤的厂房； 4）屋盖有托架和中间屋架时； 5）跨度≥30m,轨顶标高≥15m，并有大
S=B+D+b1/2
框架由柱脚底面到横梁下弦距离H：
H h1 h2 h3 柱顶
h1 A 100 (150 ~ 200)(mm)
h2 — 由工艺条件确定
轨顶
肩梁
h3 — 800 ~ 1200mm
基顶
地面
2、计算简图
柱顶刚接
柱顶铰接
横向框架的计算高度H确定：
刚接EI 刚接EI c
铰接
2、支撑的作用
（1）保证钢屋盖的空间稳定性—
形成几何不可变体系
a)
屋架倾斜
b)
檩条
上弦横向水平支撑
下弦横向水平支撑
垂直支撑
（2）保证屋架受压上弦平面外稳定， 同时减小下弦的受迫震动
（a3) ）承屋架受倾斜和传递纵向水b) 平力
（4）增加厂房的整体刚度 檩条
上弦横向水平支撑
下弦横向水平支撑
垂直支撑
吨位吊车。
沿纵向柱列设在屋架端节间平面内
（4）垂直支撑——形成几何不可变体系 的必要构件，与上、下横向水平支撑一起 形成“盒子”，作为几何不可变基本单元。
L≤30m时，两边各一道跨中一道。
L＞30m时，除两边及中间外，还应在 端部与中部之间加设一道。
垂直支撑的布置
a)
b)
<12m
l≤30m
c)
d)
确定柱网，确定框（排）架形式及尺寸（屋 架），吊车梁系统、支撑体系、墙架体系。
2、荷载及内力计算与组合
3、构件设计：构造、计算
4、绘制施工图
四、柱网和温度伸缩缝布置
1、柱网布置
原则：
工艺要求：生产、设备、流程、发展 结构要求：稳定、强度、刚度 经济合理：综合分析确定 柱距规定（统一化规则、统一模数化）
第 二 章
§2－1 厂房结构的形式和布置
一．钢结构厂房的应用
特点：承载能力大，整体刚度大，抗 震性能好，耐热（但不耐火），制做 安装运输方便，
二、厂房结构的组成
4、吊车梁系统 5、墙架体系 6、维护结构
1、横向框架 2、屋盖结构
3、支撑体系
三、厂房的结构设计步骤
1、结构选型及整体布置： 根据工艺要求，确定厂房的长、宽尺寸，
l≤18 m
≥12m l＞30m
l ＞18 m
（5）系杆：
在横向水平支撑基础上使其它 屋架形成稳定的几何不变体系，能 承受压力的为刚性系杆，只能受拉 的为柔性系杆，如当横向支撑设在 第二柱间，则在第一柱间应设刚性 系杆，以传递山墙风荷。
檩条和大型屋面板都可作为 系杆使用，故上弦不另设系杆， 但在屋脊及屋架两端加设系杆， 以保证屋架直立,且所有系杆必须 连在横向支撑节点上。
（3）节间荷载引起的局部弯矩
0.6 0
0.6 0
0.6 0
0.6 0 0.6 0
0.6 0
0.6 0 0.6 0
柱网轴线间距为屋架标志跨度 l
计算跨度是屋架两端支座反力的距离 l0
a)
b)
c)
150～200 l0 l
联系尺寸
l0 l
内移尺寸 l0 l
（2）高度
a.建筑要求及运输要求(≤3.85m） b.刚度要求v≤[v] c.经济要求使桁架杆件总重最小的高度
①端部高度
陡坡梯形屋架为0.5～1m
缓坡梯形屋架：1.8～2.1m 刚接时一般不小于跨度的1/18～1/10， 一般为1.8～2.4m
等柱距柱网
不等柱距柱网
2、温度伸缩缝
➢按 规 范 要 求 横 向 、 纵 向 均 应 设 缝 （见书表2.2）。
➢可以设单柱，也可以设双柱来实现 温度缝构造
§2－2 厂房结构的框架形式
一、横向框架主要尺寸和计算简图
1、主要尺寸 跨度：Lo=Lk+2S
其中：S=B+D+b1/2
Lo=Lk+2S
3、支撑的布置及要求
（1）上弦横向水平支撑
在无檩体系中，尽管有大型屋面板可以作为 横向支撑，但考虑施工中条件不好，焊接质量 难以保证，加上施工过程中屋盖系统的整体稳 定性要求，必须设置。
一般设在第一或第二柱间及温度缝区段两端 的第一柱间，且其间距一般不超过60m，当厂 房纵向大于66m时，跨中要增设一道。
二、横向框架的荷载和内力
1、荷载
恒载（永久荷载） 活荷载（可变荷载） 可变荷载按设备现行荷载规范和吊车重量（及 起重量）取用
2、内力分析和内力组合
三、 框 架 柱 等截面实腹 的 类 型
等截面格构
阶形实腹
阶形格构
双阶柱
分离式柱
四、纵向框架的柱间支撑
1、柱间支撑的作用和布置 作用： （1）保证厂房纵向刚度； （2）承受纵向荷载并传递至基础； （3）为框架柱提供平面外支撑，减小
平面外计算长度。
柱间支撑的布置
2、柱间支撑的形式
§2-3 屋盖结构
一、屋盖结构的形式
1、屋盖结构体系
无檩体系
有檩体系
2.屋架的形式
a)
b)
d)
e)
g)
h)
j)
k)
c) f) i)
3.托架、天窗架形式
纵向水平支撑
刚性系杆
托架
中间屋架 系杆
系杆 托架
中间屋架
横向水平支撑
天窗架
Hale Waihona Puke Baidu
二、屋盖支撑
1. 支 撑 系 统 的 组 成
a
a
a
a
a
a
a
a
s
s
屋架
2、荷载组合
（1）全部恒载+全部活载 （2）全部恒载+半跨活载 （3）半跨屋面板+半跨活载
3、内力计算
（1）计算假定: a.杆轴汇交于节点中心； b.节点为铰接； c.荷载集于节点（节间荷载向两相邻节点分配） （2）计算方法： a.电算； b.手算：图解法（几何不规则屋架）
②中央高度
h h0 1/ 2L0 i i —坡度
一般梯形屋架和平行弦屋架：
h (1/10 ~ 1/ 6)L
三角形屋架：
h (1/6 ~ 1/4)L
③起拱
对于≥15m的三角形屋架和 ≥24m梯形和平行弦屋架， 采用起拱，一般为L/500。
(二）内力分析
1、荷载汇集
P/2
P
P
P
P
P
P
P
P/2
4．屋盖支撑形式及截面选择
支撑受力很小。因此，通常按容许 长细比（刚度）选截面，一般按压杆 设计。截面形式可为单角钢，也可为 双角钢，与屋架用C级螺栓相连。
6000 a)
6000
≤3000
>4000
6000 b)
6000
≤3000
3000～4000
三、钢屋架设计
（一）屋架的要尺寸 （1）跨度：
（2）下弦横向水平支撑
当屋架跨度大于18m 小于18m但有悬挂吊车 厂房内有震动设备 山墙抗风柱支在下弦上
满足其一 即要设置
要设在与上弦横向水平支撑的同一柱间。
（3）纵向水平支撑
1）硬钩吊车或抓斗等类似吊车； 2）设有壁行吊车或双层吊车的厂房； 3）有 5t 以上锻锤的厂房； 4）屋盖有托架和中间屋架时； 5）跨度≥30m,轨顶标高≥15m，并有大
S=B+D+b1/2
框架由柱脚底面到横梁下弦距离H：
H h1 h2 h3 柱顶
h1 A 100 (150 ~ 200)(mm)
h2 — 由工艺条件确定
轨顶
肩梁
h3 — 800 ~ 1200mm
基顶
地面
2、计算简图
柱顶刚接
柱顶铰接
横向框架的计算高度H确定：
刚接EI 刚接EI c
铰接
2、支撑的作用
（1）保证钢屋盖的空间稳定性—
形成几何不可变体系
a)
屋架倾斜
b)
檩条
上弦横向水平支撑
下弦横向水平支撑
垂直支撑
（2）保证屋架受压上弦平面外稳定， 同时减小下弦的受迫震动
（a3) ）承屋架受倾斜和传递纵向水b) 平力
（4）增加厂房的整体刚度 檩条
上弦横向水平支撑
下弦横向水平支撑
垂直支撑
吨位吊车。
沿纵向柱列设在屋架端节间平面内
（4）垂直支撑——形成几何不可变体系 的必要构件，与上、下横向水平支撑一起 形成“盒子”，作为几何不可变基本单元。
L≤30m时，两边各一道跨中一道。
L＞30m时，除两边及中间外，还应在 端部与中部之间加设一道。
垂直支撑的布置
a)
b)
<12m
l≤30m
c)
d)
确定柱网，确定框（排）架形式及尺寸（屋 架），吊车梁系统、支撑体系、墙架体系。
2、荷载及内力计算与组合
3、构件设计：构造、计算
4、绘制施工图
四、柱网和温度伸缩缝布置
1、柱网布置
原则：
工艺要求：生产、设备、流程、发展 结构要求：稳定、强度、刚度 经济合理：综合分析确定 柱距规定（统一化规则、统一模数化）
第 二 章
§2－1 厂房结构的形式和布置
一．钢结构厂房的应用
特点：承载能力大，整体刚度大，抗 震性能好，耐热（但不耐火），制做 安装运输方便，
二、厂房结构的组成
4、吊车梁系统 5、墙架体系 6、维护结构
1、横向框架 2、屋盖结构
3、支撑体系
三、厂房的结构设计步骤
1、结构选型及整体布置： 根据工艺要求，确定厂房的长、宽尺寸，
l≤18 m
≥12m l＞30m
l ＞18 m
（5）系杆：
在横向水平支撑基础上使其它 屋架形成稳定的几何不变体系，能 承受压力的为刚性系杆，只能受拉 的为柔性系杆，如当横向支撑设在 第二柱间，则在第一柱间应设刚性 系杆，以传递山墙风荷。
檩条和大型屋面板都可作为 系杆使用，故上弦不另设系杆， 但在屋脊及屋架两端加设系杆， 以保证屋架直立,且所有系杆必须 连在横向支撑节点上。