第二章 重型厂房结构设计
2.1 结构形式和结构布置
第三章重型厂房结构设计
上层柱 间支撑
刚性系 杆
屋盖垂 直支撑
下层柱 间支撑
第三章重型厂房结构设计
3）设置规定： 每列柱都必须设置柱间支撑； 多跨厂房的中列柱的柱间支撑宜与其边列柱的柱间支 撑布置在同一柱间； 每列柱顶均要布置刚性系杆； 下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部，以减少 纵向温度应力的影响。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时放在两端才是合理的。此 时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。 当温度区段小于90m时，在它的中央设置一道下层支 撑（图9.3.1,a）；如果温度区段长度超过90m，则在 它的1/3点处各设一道支撑（图9.3.1,b）
第三章重型厂房结构设计
②合理柱网尺寸：柱网布置应使总的经济效应最佳. ※ 在跨度不小于30m、高度不小于14m、吊车额定起重 量不小于50t时，柱距取12m较为经济； ※ 参数较小的厂房取6m柱距较为合适； ※ 当采用轻型围护结构时取大柱距15m，18m及24m较适 宜； ※ 位于软弱地基上的重型厂房，应采用较大柱距。 ③温度收缩缝的设置： ♫ 设置规定：厂房的纵向或横向的尺度超过表9.1.1规 定的数值时应设置温度收缩缝，以避免结构中衍生过 大的温度应力。 ♫ 设置方法：原则上双柱温度收缩缝或单柱温度收缩缝 皆可采用，不过在地震域区宜布置双柱收缩缝。
第三章重型厂房结构设计
（4）支撑构件截面验算 a．支撑构件的长细比验算 支撑的截面尺寸一般由杆件的长细比按构造要 求确定，即首先应满足其容许长细比的要求： max [ ] 式中[λ]为支撑杆件的容许长细比。 计算支撑杆件的λmax时，应符合下列规定： (1)张紧圆钢拉条的长细比不受限制。 (2)十字交叉支撑斜杆的计算长度： 平面内计算长度：取节点中心到交叉点间的距离； 平面外的计算长度：当按拉杆设计时，取节点中心 间的距离l(交叉点不作为节点考虑)； 当按压杆设计时，应按表8.3.1取用。
第2章 重型厂房结构设计
2.1 结构形式和结构布置
常用支撑形式为十字形。如间距过大，可采用门字形或L形。 支撑的截面及连接要计算。 采用角钢，截面不宜小于L75×6； 采用槽钢，不宜小于[ 12。
2.1 结构形式和结构布置
2.1.2 屋架外形及腹杆形式
2.1.2.1 桁架的外形及腹杆形式
三 角 形 屋 架 梯 形 屋 架 平 行 弦 屋 架
简支屋架外形与均布荷载下的抛物线 形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比 较接近。 2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数 量宜少，腹杆总长度也应较小。
单向斜杆式： 斜腹杆受拉 竖腹杆受压 合理 斜腹杆受压 竖腹杆受拉 不合理
再分式腹杆∶减少受压上弦节间尺寸，避
免节间的附加弯矩也减少了上 弦杆在屋架平面内的长比 。
2.2 计 算 原 理
2.2.2 荷载组合
设计值：
1.2恒+1.4活：
S G S Gk Q1S Q1k
S G S Gk 0.9 Qi S Qik
i 1 n
1.2恒+0.9×1.4（活1+活2）：
2.2 计 算 原 理
对一般受弯构件取以下几种组合：
( M max , V ) ，Ⅱ： Ⅰ： ( M max , V )，Ⅲ：(Vmax , M ) ，Ⅳ：(Vmax , M )
3. 采用阶梯形柱，下段可为实腹式（高度 <10m, 起吊重 量 <20T ），否则应采用格构式，上段可为实腹式 / 格构 式。
2.1 结构形式和结构布置
主要尺寸
Lk—— 桥式吊车的跨度；
S —— 由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离，须满足S=B+D+b1/2； B —— 吊车桥架悬伸长度； D —— 吊车外沿和柱内边缘之间的空隙； b1 —— 上段柱宽度。 h1 —— 地面至柱脚地面的距离； h2 —— 地面至吊车轨顶高度； h3 —— 吊车轨顶至屋架下弦地面的距离。
(房屋钢结构设计课件)第二章中、重型厂房结构设计
支撑体系——屋盖支撑和柱间支撑 吊车梁和制动梁——承受吊车竖向及水平荷载
墙 架——承受墙体的自重和风荷载
屋盖结构体系：
钢屋架—大型屋面板结构体系
钢屋架—檩条—轻型屋面板结构体系
横梁—檩条—轻型屋面板结构体系
吊车的工作制等级与工作级别的对应关系
工作制等级 轻级 工作级别 A1～A3
托梁与屋架的连接
计算单元
（a）各列柱距相等
（b）中列柱有抽柱
2.1.1.2 横向框架及其截面选择
厂房的主要承重结构通常采用框架体系。其横向刚度较大，且能 形成矩形的内部空间，便于桥式吊车运行，能满足使用上的要
横求向。框架梁与柱的连接形式：
刚接框架：具有良好的横向刚度，但对基础不均匀沉降和温
度作用比较敏感，需采取防止不均匀沉降的措施
双臂肩梁：刚度大，整体性好，适宜用于柱截 面宽度较大（不小于900mm)的情形。
肩梁
吊车梁
吊车梁工程实例
格构柱
厂房结构形式的选取不仅要考虑吊车起重量， 还与其工作级别极吊钩类型有关。
A6一A8级重级工作制吊车的单跨厂房 ，须 有大的横向刚度和纵向刚度。
纵向刚度
柱间 支撑
横向刚度
屋架与柱子 刚性连接
➢ 2.温度收缩缝 :取决于厂房的纵向和横向长度。纵向
很长的厂房，纵向构件伸缩产生的温度应力引起整个结构的 变形，并可能导致墙体和屋面的破坏，故采用横向伸缩缝将 结构分成伸缩时互不影响的温度区段。横向宽度较大时，也 应按规定布置纵向伸缩缝 ➢超出表2-2中数值时,应考虑温度应力和温度变形的影响
温度区段长度表(m) 表2-2
托架（托梁）：上承屋架，下传柱子。
吊车梁
第二章重型厂房结构设计
思考题：
2.1 简述屋盖支撑的作用，以及屋盖支撑的布置原则。
2.2 钢屋架上所受的荷载有哪些？
2.3 简述吊车梁的工作性能。
2.4吊车梁的截面验算有哪些？
习题
2.1 肩梁计算
一单壁式肩梁构造如下图所示 , 钢材为 Q235, 焊条 E43 型。
上柱为焊接工字形、下柱为格构式截面 , 其截面如图所示。
上柱荷载为:.
，
M KN m
650
N=500KN。
吊车最大轮压标准值为 Dmax=1600KN。
试验算此肩梁截面强度并设计连接焊缝。
习题2.1图
2.2 吊车梁计算
一简支吊车梁跨度为 12m, 钢材为 Q345, 焊条 E50 型。
采用制动梁结构 , 制动板选用 -860 × 8 的厚花纹钢板,制动梁外翼缘选用 2×L100×10 的角钢。
初选吊车梁截面如下图所示。
厂房内设有两台750/200 KN 重级工作制 (A7 级)桥式吊车,吊车跨度 31.5m,吊车宽度及轮距如图所示,小车重量G=235KN, 吊车最大轮压标准值为Fmax=324KN。
轨道型号QU100(轨高150mm) 。
试验算此吊车梁截面强度及疲劳强度是否满足要求?
习题2.2图。
重型厂房结构
单层房 屋结构
简化
平面 框架
计算单元
横向框架尺寸 框架跨度L0：上柱中心线横向距离 框架高度H：柱脚底面到横梁下弦底部距离
关于框架梁柱节点的简化及框架主要尺寸 的确定详见《钢结构设计手册》
2.2.1 荷载计算
作用
W
q1
q2
WKW 1KW2K
W 2 K F 2 F 1 (s 2s 1 )zw 0 h 2 B
120
--
--
横向框架及其截面选择
1.横向框架梁与柱的连接形式
（a）
（b）
刚接框架
（c） 铰接框架
2.重型厂房框架柱形式
阶梯形下柱截面形式
阶形柱的上柱 起重量较小的边柱 起重量≤50t的中柱 起重量＞50t的中柱 起重量较大的边柱 特大型厂房的下柱
3.重型厂房的刚度
A6一A8级吊车的单跨厂房
屋架当量惯性矩：
I
I0＝
AA A A
h2
当量惯性矩估算
I
I0
Mmaxh 2f
h—为上下两弦截面形心之间的距离。
Mmax—简支屋架在屋面荷载作用下的跨中弯矩。 f —弦杆抗拉强度设计值。
2.2.3 内力组合
1.内力组合 简化组合
SGSGk Q 1SQ 1k
n
SGSGk0.9 S Qi Qik i1
作业2.1
强度验算：按跨度为a，承受集中力 F1 F 2 简支梁计算 抗弯强度
Mmax f x Wn
抗剪强度
W n —腹板净截面模量
V max hwtw
fv
普通支座 Vma xmaRA x,R (B)
吊车梁为平板支座，加劲肋验算 （2）双臂式肩梁
RB bt
建筑钢结构设计复习思考题(含参考答案)
《建筑钢结构设计》复习思考题2016.11.24第1章轻型门式刚架结构1.单层门式刚架结构有哪些特点？（1）质量轻（2）工业化程度高，施工周期短（3）综合经济效益高（4）柱网布置比较灵活2.轻型门式刚架的适用范围及截面形式？柱脚形式？(1).屋面荷载较小，横向跨度为12～48m(2).没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。
(3).当厂房横向跨度不超过15m，柱高不超过6m时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。
当厂房横向跨度大于15m，柱高超过6m时，宜采用变截面刚架形式。
门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形式。
当吊车起重量≥5吨时应考虑设置刚性柱脚。
当有桥式吊车或刚架侧向刚度过弱时为刚接柱脚。
3.什么是摇摆住？摇摆柱：梁柱节点铰接连接4.门式刚架柱间支撑的布置原则是什么？柱间支撑的间距应根据房屋柱距、纵向受力情况、温度以及安装条件确定，无吊车时宜取30m-45m，端部柱间支撑宜设置在第一或第二柱间。
●当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；有吊车时，下层柱间支撑宜设置在温度区中部。
柱间支撑间距不大于50m。
●端部柱间支撑考虑温度应力影响宜设置在第二柱间。
5.门式刚架所受的荷载有哪些？风荷载在规范中是怎么考虑的，风荷载标准值如何计算？风荷载系数是什么？风荷载系数 w考虑了结构内、外风压最大值组合。
风可以从任意方向吹来，需要考虑“鼓风效应”（+i）和“吸风效应”（-i）分别与外部压力系数组合的两种工况。
设计时，两种工况均需要考虑，取最不利工况。
6.荷载效应组合的原则是什么？（1）屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大者（2）积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大者同时考虑（3）施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑（4）多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定（5）当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑7.刚架侧移计算的原则是什么？（1）变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。
重型厂房结构设计
第2章中、重型厂房结构设计中工招商网在冶金,造船,机械制造等行业、有许多重型厂房,它们的显著特点就是跨度大、高度大、吨位大。
例如冶金工业的转炉车间,装配一个容积3400m的转炉时,共跨度可达30m,多层部分的高度可达80m,整个厂房占地面积达230000m,吊车的起重量可达450t。
在机械制造行业,有高度60m,吊车起重量高达1200t的重型厂房。
综合分析可靠性,耐久性与经济性表明,这种重型工业厂房最适宜采用全钢结构建造。
随着我国钢产量的增加,一些中型厂房也会采用全钢结构或钢屋盖结构。
本章内容以重型厂房为主要对象,同时也论及中型厂房结构与一般钢桁架。
2、1 结构形式与结构布置2、1、1 一般说明在房屋建筑学中,已经学习了厂房的类别及平面、剖面与立面建筑设计的基本知识。
重型厂房一般取单层刚(框)架结构形式,但也有一部分为多层刚架者。
图2—1就是典型单层单跨厂房构造简图,其屋顶既可采用钢屋架—大型屋面板结构体系,亦可采用钢屋架—檩条—轻型屋面板结构体系,或横梁—檩条—轻型屋面板结构体系。
图2—1 单层厂房构造简图1—柱;2—屋架;3—吊车梁;4—天窗架;5—柱间支撑吊车就是厂房中常见的起重设备,按照吊车使用的繁重程度(亦即吊车的利用次数与荷载大小),国家标准《起重机设计规范》(GB3811)将其分为八个工作级别,称为A1—A8。
吊车的工作制等级与工作级别的对应关系表2—1工作制等级轻级中级重级特重级工作级别A1—A3 A4,A5 A6,A7 A82、1、1、1 柱网布置与计算单元厂房的柱网布置要综合考虑工艺、结构与经济等诸多因素来确定,同时还应注意符合标准化模数的要求。
一般地,在跨度不小于30m、高度不小于14m、吊车额定起重量不小于50t时,柱距取12m较为经济;参数较小的厂房取6m柱距较为合适。
如果采用轻型围护结构,则取大柱距15m,18m及24m较适宜。
位于软弱地基上的重型厂房,应采用较大柱距。
第二章 重型厂房结构设计
三种荷载组合
①全跨永久荷载+全跨可变荷载 ②全跨永久荷载+半跨可变荷载
③屋架、支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活载
三、计算屋架杆件的内力
1、用图解法求杆件的内力系数： k，k左，k右 具体求解步骤如下： ①按比例画屋架的单线图(可不起拱) ； ②在左半跨放单位节点荷载
③计算支座反力Ra , Ra
④进行分区编号（先编外区，后编内区) ⑤画力多边形 ⑥在图上读出内力系数正负号：认定杆端任一节点， 将该杆两侧的区号按绕该节点顺时针方向排序，若力 多边形中相应的线段指向认定的节点，则为“ +” ；反 之为“-”。
0.5 2
A
1 3
B
1 4
C
1 5
D
1 6
E
1
F
1
7 8
G
1 9
H
0.5
I
10
H′ G′
F′
E′
D′
C′
12
14 15 13 16
17 18 19
20 21 22 d
23 24 25
B′
A′
26 27 28 d′
29 30 31
32 33 34
35
1
a
b
c
e 11
c′
b′
a′ Ra′
Ra
屋架内力图解
桁架杆件的容许长细比
拉杆 杆 件 名 称 压杆
承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构 无吊车和有轻中级工作制 吊车的厂房 有重级工作制 吊车的厂房 250 150 350 － 400 200 350 350 － 直接承 受动力 荷载的 结构 250
普通钢屋架的 杆件 轻钢屋架的主 要杆件
重型厂房结构设计--钢屋架设计
重型厂房结构设计--钢屋架设计重型厂房结构设计--钢屋架设计一、设计概述由于重型厂房要承载大量设备和负荷，因此其结构设计极为重要。
本设计采用钢屋架结构来满足建筑的要求。
钢屋架结构具有自重轻、强度高、刚度好、施工周期短等优点，非常适合用于重型厂房的设计。
二、结构选型钢屋架结构主要由柱、梁和屋面系统组成。
柱和梁采用矩形钢管作为主要构件，选用Q345钢材，具有优良的强度和耐腐蚀性。
屋面系统采用彩钢板作为覆盖材料，具有防水、防火、耐腐蚀等特点。
三、结构设计1. 主悬挂梁的设计主悬挂梁是承载屋面系统和顶墙板的关键构件。
根据厂房的平面布置和荷载计算结果，确定主悬挂梁的位置和尺寸。
为了提高刚度，悬挂梁采用双T剖面型钢。
根据荷载计算和构造要求，确定主悬挂梁的截面尺寸和材料规格。
2. 柱的设计柱是厂房结构的主要承载构件，承受来自屋面荷载和其他附属设备的力。
根据实际设计要求和荷载计算结果，确定柱的尺寸和材料规格。
为了提高抗震性能，柱采用矩形钢管，并在柱的底部设置地震支座。
3. 屋面系统的设计屋面系统主要由钢梁、彩钢板和防水层组成。
钢梁用于支撑彩钢板和屋面荷载，彩钢板作为覆盖材料，防水层用于保证建筑不受外部湿气影响。
根据建筑布置和屋面系统的荷载计算结果，确定钢梁和彩钢板的尺寸和材料规格。
四、结构分析与验算根据上述设计结果，进行结构分析与验算。
主要包括静力荷载、动力荷载和抗震性能的计算。
通过对设计结构进行静力和动力分析，验证其满足规范要求和安全性能。
五、结构施工方案根据结构设计结果，制定施工方案。
包括施工工艺、施工周期、材料选用、焊接工艺等。
确保施工过程中的质量与安全。
六、结构优化和改进根据施工实践和使用反馈，对结构进行优化和改进。
包括减少材料使用、提高结构性能等。
以满足客户的实际需求和经济效益。
七、结论本设计采用钢屋架结构满足重型厂房的设计要求，具有自重轻、强度高、刚度好等优点。
通过结构分析与验算，证明了设计的合理性和安全性。
第6次课的教学整体安排
第6 次课的教学整体安排
填表说明：1. 每项页面大小可自行添减；
2. 教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。
第7 次课的教学整体安排
填表说明：1. 每项页面大小可自行添减；
2. 教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。
第8 次课的教学整体安排
填表说明：1. 每项页面大小可自行添减；
2. 教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。
第9 次课的教学整体安排
填表说明：1. 每项页面大小可自行添减；
2. 教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。
第10 次课的教学整体安排
填表说明：1. 每项页面大小可自行添减；
2. 教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。
第11 次课的教学整体安排
填表说明：1. 每项页面大小可自行添减；
2. 教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。
重型厂房结构设计
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。
（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。 (5)墙架 承受墙体的自重和风荷载。
• 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；在设备布置条件不允许时，可采用插 入距的方式，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。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。
肩梁
单臂肩梁 （图2-7a）
双臂肩梁 （图2-7a）
构造要求：肩梁惯 性矩宜大于上柱的 惯性矩，其线刚度 与下柱单肢线刚度 之比一般宜不小于 25，其高跨比可控 制在0.35～0.5之 间。
双臂肩梁：刚度大，整体性好，适宜用于柱截 面宽度较大（不小于900mm)的情形。
单壁式肩梁
• 肩梁只有一块腹板，为单壁式肩梁。
Ch2重型工业厂房钢结构设计精选全文
屋盖支撑体系
屋架是否安全？——垂直支撑
屋架端视图
当在屋架端部两屋架间未设垂直支撑桁架时，虽有 檩条和系杆的连系，屋架相互间仍是几何可变的，在侧向 力作用下屋架会整体倾斜。
风荷载标准值Wk是沿垂直建筑物表面方 向作用的，为方便将其投影到水平面上。
刚架计算单元宽b、跨度方向长为h范围内风荷载应合
力为：
N bhWk / cos
投影到水平面上的值Po为： P0 N bh Wk / cos
16.20
厂房结构的计算原理
横向框架结构体系
横向平面框架
厂房结构的计算原理
作用：形成封闭体系，增加屋盖纵向刚度；承受和传 递吊车横向水平制动力。
布置要求：
①有重级工作制或大吨位吊车或锻 锤等振动设备时设； ②屋架下弦有纵向或横向吊车轨 道时设； ③有托架时设； ④屋架跨度或高度较大时； ⑤设在下弦端节间，与下弦横向 水平支撑构成封闭支撑系统； ⑥三角形屋架或某些特殊情况，纵 向水平支撑也可设于上弦平面。
S G SGk S Q1 Q1k
n
S G SGk 0.9
S Qi Qik
i 1
SGk、SQk—按规范规定的标准值算得的永久荷载效应 和可变荷载效应
γG、γQ—永久荷载分项系数和可变荷载分项系数
厂房结构的计算原理
内力组合
受弯构件
I :
M
max
,V
, II :
M
max
第2章 中、重型工业厂房钢结构设计
前一章小结
轻型门式刚架厂房结构设计
门式刚架结构形式和结构体系 刚架的简化模型和设计 压型钢板、檩条、支撑和构造设计等
fname=第二章+重型厂房结构设计
2.1.3屋盖支撑
2.1.3.1屋盖支撑的作用
1.保证屋盖结构的几何稳定性。 屋架如仅用檩条或屋面板连系时，是几何可变 体系，屋架就会向一侧倾倒，如图2．16中虚 线所示。只有用支撑合理地连接各个屋架，形 成几何不变体系 。
够的侧向刚度。
4.承担并传递水平荷载
如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震
荷载 。
5.保证结构安装时的稳定与方便
2.1.3.2屋盖支撑的布置
1.上弦横向水平支撑布置原则:
在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都应
设置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时， 天窗架上弦也应设置横向水平支撑。
设置在房屋的两端 ,一般设在第一个柱间或
结构形式和结构布置 计算原理 钢屋架设计 吊车梁设计
2013-6-10
1
一般说明 屋架外形及腹杆形势 屋盖支撑
2.1.1 一般说明 单层刚(框)架 重型厂房结构形式 多层刚架
重型厂房的组成：柱、屋架、吊车梁、 天窗架、支撑、屋顶.（图2-1示）
柱间支撑
支撑 屋盖支撑 天窗架支撑 屋架支撑
优点：减小两肢在框架平面内的计算长度,两肢分别单独 承担荷载 。
阶梯形下柱的常见截面形式：
A6一A8级吊车的单跨厂房
纵向刚度
柱间支撑
屋架与柱子刚性连接 横向刚度 柱子与基础刚性连接
肩梁 ：将各阶柱段连在一起。
单臂肩梁（图2-7a) 肩梁 双臂肩梁 (图2-7b)
双臂肩梁:刚度大，整体性好，适宜用于 柱截面宽度较大（不小于900mm)的情形。
2重型厂房设计共121页文档
➢温度收缩缝设置
温度区段长度表(m)
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
露天结构
纵向温度区段
(垂直屋架或构架跨度方向) 220 180 120
横向温度区段 (屋架或构架跨度方向) 柱顶为刚接 柱顶为铰接
✓柱间支撑的形式—下层柱间支撑
图2.9 下层柱间支撑形式 • 计算：截面、连接 • 构 造 ：角钢截面不宜小于 L756；槽钢不宜小于 [12；下层
柱间支撑一般设置为双片，以缀条相连，缀条截面为单角
钢，长细比不超过200，不小于L505
✓柱间支撑的形式—上层柱间支撑
图2.10 上层柱间支撑形式
• 上层柱间支撑一般设置为单片，如果上柱设有人孔或截面高度过大 (800mm)，亦应采用双片；
图2.11 钢屋架的外形
✓确定桁架形式的原则
• 满足使用要求: 建筑，使用和防水材料的需要 • 受力合理: 使各节间弦杆的内力相差不太大；应
使长腹杆受拉短腹杆受压；且腹杆数量宜少； 腹杆总长度也应较小。
图2.12 有隅撑的框架
图2.13 皮带运输机简支桁架
• 制造简单及运输与安装方便 • 综合技术经济效果好
❖工艺要求：工艺流程、设备基础、地下管沟 ❖结构要求：强度、刚度、稳定性 ❖施工要求：柱距、跨度、构件的类别尽量少些 ❖经济性：合理的柱网布置应使总的经济效应最佳
➢常见柱距选择:
❖ 跨度不小于30m、高度不小于14m、吊车额定起 重量不小于50吨时，柱距取12m较为经济；
❖ 参数较小的厂房取6m柱距较为合适 ； ❖ 如果采用轻型围护结构，则取大柱距15m，18m
第二章重型厂房结构与普通钢屋盖
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8
单层厂房钢结构的组成 单层厂房结构的布置 支撑体系 厂房横向框架的计算 厂房柱的构造和计算 普通钢屋架 吊车梁设计 墙架体系 思考题
1-屋架；2-托架；3-上弦横向支撑；4-制动桁架；5-横向平面框架； 6-吊车梁；7-竖向支撑；8-檩条；9、10-柱间支撑；11-框架柱； 12-墙架梁；13- 山墙墙架柱
2. 防震缝
①地震区的伸缩缝尚应符合防震缝的要求。 ②当厂房的平、立面布置复杂时需设防震缝。 ③由高度或刚度相差很大的部分组成时需设防 震缝（图2.2）。
防震缝的做法和伸缩缝相似，互相兼任， 但防震缝必须做成地面以上两侧构件完全分开， 缝宽和构造符合防震要求（保证缝两侧构件在 地震振动时不会相互碰撞）。防震缝宽度按厂 房和地震设计烈度等情况确定，一般单层厂房 取50～90mm，纵横跨交接处取100～150mm
无檩体系常用坡度为 1:8～1:12,从下到上的做 法如下： ①钢屋架
②混凝土大型屋面板、加气混凝土板等 ③细石混凝土灌缝 ④保温层：泡沫混凝土、加气混凝土、水泥白灰 焦渣、珍珠岩砂浆或沥青珍珠岩 , 或保温板材等 。 ⑤找平层 ⑥卷材防水屋面（例如油毡防水屋面，常用二毡 三油上铺小石子的六层作法），或SBS。
包括屋盖支撑和柱间支撑，其作用是将单 独的平面框架连成空间体系，从而保证了结 构的刚度和稳定，同时也承受纵向风力和吊 车的纵向制动力。 4. 吊车梁和制动梁（制动桁架） 吊车竖向和水平荷载由吊车梁承受。吊车梁 两端支撑于柱的变截面平台或牛腿上。在吊 车梁上翼缘平面内，通常沿水平方向设置制 动梁或制动桁架，以便有效地将吊车的横向 水平制动力传递到相邻的柱上。
重型厂房结构设计
(d)八字形
(e)V 形
支撑的截面形式：角钢、槽钢 连接：焊缝或高强度螺栓
19
2.1.2 屋架外形及腹杆形式 2.1.2.1 桁架的应用
用于屋盖结构外，还用于皮带运输机桥、输电塔架
和桥梁等
2.1.2.2 桁架的外形及腹杆形式
外形
及交叉式
20
三角形、梯形及平行弦
人字式、芬克式、豪式、再分式
2.2.3内力组合原则
按荷载规范GB50009的规定进行组合。
对于一般刚（框）架，由可变荷载控制的组合可用简化公式
S G S Gk Q1SQ1k S G S Gk 0.9 Qi SQik
i 1 n
(2.4)
取两式之最不利者
(2.5)
30
组合的目的： 找到构件和连接的最不利组合情形，并据此设计 对于受弯构件，需作下列四种内力组合：
度等因素来决定
22
2.1.3 屋盖支撑 2.1.3.1 屋盖支撑的作用
保证屋盖结构的几何稳定性 保证屋盖的刚度和空间整体性 为弦杆提供适当的侧向支承点
承担并传递水平荷载
保证结构安装时的稳定与方便
23
24
2.1.3.2 屋盖支撑的布置
上弦横向水平支撑
设置：房屋的两端或温度区段的两端。
重型厂房结构设计
1
2.1 结构形式和结构布置
2.1.1 一般说明
4
2
1
3
5
1 柱；2 屋架；3 吊车梁；4 天窗架；5 柱间支撑
图2.1 单层厂房构造简图
2
一般为单层刚(框)架结构形式，也有多层刚架
吊车的工作制等级
8级 A1～A8
重型厂房结构设计
第2章中、重型厂房结构设计在冶金，造船，机械制造等行业、有许多重型厂房，它们的显著特点是跨度大、高度大、吨位大。
例如冶金工业的转炉车间，装配一个容积3400m的转炉时，共跨度可达30m，多层部分的高度可达80m，整个厂房占地面积达230000m，吊车的起重量可达450t。
在机械制造行业，有高度60m，吊车起重量高达1200t的重型厂房。
综合分析可靠性，耐久性和经济性表明，这种重型工业厂房最适宜采用全钢结构建造。
随着我国钢产量的增加，一些中型厂房也会采用全钢结构或钢屋盖结构。
本章内容以重型厂房为主要对象，同时也论及中型厂房结构和一般钢桁架。
2.1 结构形式和结构布置2.1.1 一般说明在房屋建筑学中，已经学习了厂房的类别及平面、剖面和立面建筑设计的基本知识。
重型厂房一般取单层刚(框)架结构形式，但也有一部分为多层刚架者。
图2—1是典型单层单跨厂房构造简图，其屋顶既可采用钢屋架—大型屋面板结构体系，亦可采用钢屋架—檩条—轻型屋面板结构体系，或横梁—檩条—轻型屋面板结构体系。
图2—1 单层厂房构造简图1—柱；2—屋架；3—吊车梁；4—天窗架；5—柱间支撑吊车是厂房中常见的起重设备，按照吊车使用的繁重程度(亦即吊车的利用次数和荷载大小)，国家标准《起重机设计规范》(GB3811)将其分为八个工作级别，称为A1—A8。
吊车的工作制等级与工作级别的对应关系表2—12.1.1.1 柱网布置和计算单元厂房的柱网布置要综合考虑工艺、结构和经济等诸多因素来确定，同时还应注意符合标准化模数的要求。
一般地，在跨度不小于30m、高度不小于14m、吊车额定起重量不小于50t时，柱距取12m较为经济；参数较小的厂房取6m柱距较为合适。
如果采用轻型围护结构，则取大柱距15m，18m及24m较适宜。
位于软弱地基上的重型厂房，应采用较大柱距。
在一些工业部门．为了满足工艺要求，厂房亦可呈多跨形式(如图2—2所示)。
图2—2 柱网布置国家规范要求，在厂房的纵向或横向的尺度较大时，一般应按表2—2在平面布置中设置温度收缩缝，以避免结构中衍生过大的温度应力。
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平行弦屋架
人字式腹杆
交叉式腹杆
上、下弦杆水平，杆件和节点规格化、便于制造。 屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均 匀。 一般用于托架和支撑体系。
根据不同的条件桁架形式可以有很多变化
三角形屋架弦杆
交角增大，方便制 造，屋架重心降低， 提高了稳定性。
可有效降低屋架对
支撑结构的推力。
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
GWJ-2 GWJ-1 GWJ-1
6000
上弦支撑布置图(1:600)
6000 6000 500 6000
GWJ-1 GWJ-2
GWJ-2
150 GWJ-3 150
1
2
6000 6000
2
6000
24000
6000
2.下弦横向水平支撑： 当跨度L≥18m ； 设有悬挂式吊车起重量大于50吨； 厂房内设有较大的振动设备。 与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。 3.纵向水平支撑布置原则 ： 设有支承中间屋架的托架，或设有重级或大 吨位的中级工作制桥式吊车等较大振动设备时， 应在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑。
的空间几何不变体系。
三、屋盖支撑的布置原则 1.上弦横向水平支撑：
在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中 都应设置屋架上弦横向水平支撑 设置在房屋的两端 ,一般设在第一个柱 间或设在第二个柱间,间距 Lo≤ 60m。
2 1 2
GWJ-3
500
6000
GWJ-2
6000
GWJ-2 GWJ-1 GWJ-1 GWJ-1 GWJ-2
(2) 可变荷载
包括屋面均布活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷
载，以及悬挂吊车荷载等。
荷载计算
• 预应力混凝土大型屋面板：1.4 kN/m2 (标准值)
• 80mm厚泡沫混凝土保温层：0.48 kN/m2 (标准值)
• 20mm水泥砂浆找平层: 0.4 kN/m2 (标准值)
• 二毡三油防水层：
0.35 kN/m2 (标准值)
常用于轻型屋面材料,屋面荷载要通过 有檩体系： 檩条传给屋架。 特点：屋架间距灵活，构件重量轻、施工安装方便； 构件数量多，整体刚度差。
二、重型厂房的组成：
柱、钢屋架、吊车梁、天窗架、支撑、檩条、托架、屋面材料。
天窗架
屋架
柱
吊车梁
柱间支撑
托梁
三、吊车的工作级别
◆吊车的工作制等级与工作级别的对应关系（《起重机设计规 范》分为8个工作级别：A1～ A8 ）
(g)
屋架的垂直支撑布置
5.系杆
刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。
柔性系杆：只能承受拉力的系杆。
一般跨度房屋的系杆受力很小，柔性系杆的设计 可按[λ]＝350，400控制，常用单角钢截面；刚性 系杆的设计可按[λ]=200控制 屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆，天
窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆；
当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间
所有系杆均应为刚性系杆。
比例1:600
2.4 普通钢屋架设计
一、基本假定
(1) 屋架的各节点均为理想的铰接。 (2) 各杆件的轴线均为直线，在同一平面内，且相
交于节点中心。
(3)
二、荷载计算及荷载组合
1、荷载计算 (1) 包括屋面材料、屋面板、支撑、屋架等结构自重。
起重量较大的边柱
特大型厂房的下柱
阶梯形下柱的常见截面形式
吊车梁
格构柱
六、柱间支撑
1、柱间支撑的作用： 承受并传递纵向水平荷载; 减少柱在平面外的计算长度; 保证厂房的纵向刚度。 2、柱间支撑的形式和布置原则：
刚性系杆 刚性系杆
垂直支撑 上层柱间支撑
图 2.8 柱间支撑布置
下层柱间支撑
2.2钢屋架的外形及腹杆形式
－
－
3. 杆件的截面形式
采用由双角钢组成的T形截面或十字形截面。
（采用大型屋面板，卷材防水时，i=1/10～1/12）
中高： h中 ＝ h端 + (L/2）i 当 L≥24m，应按L/500=24000/500=48mm 考虑起拱：∴采用起拱 50mm。
2.3 钢屋盖的支撑系统
一、屋盖支撑系统的作用
平面屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，不 能承受水平荷载。因此，为使屋架结构有足够的空间 刚度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。
三种荷载组合
①全跨永久荷载+全跨可变荷载 ②全跨永久荷载+半跨可变荷载
③屋架、支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活载
三、计算屋架杆件的内力
1、用图解法求杆件的内力系数： k，k左，k右 具体求解步骤如下： ①按比例画屋架的单线图(可不起拱) ； ②在左半跨放单位节点荷载
③计算支座反力Ra , Ra
④进行分区编号（先编外区，后编内区) ⑤画力多边形 ⑥在图上读出内力系数正负号：认定杆端任一节点， 将该杆两侧的区号按绕该节点顺时针方向排序，若力 多边形中相应的线段指向认定的节点，则为“ +” ；反 之为“-”。
0.5 2
A
1 3
B
1 4
C
1 5
D
1 6
E
1
F
1
7 8
G
1 9
H
0.5
I
10
H′ G′
F′
E′
D′
C′
12
14 15 13 16
17 18 19
20 21 22 d
23 24 25
B′
A′
26 27 28 d′
29 30 31
32 33 34
35
1
a
b
c
e 11
c′
b′
a′ Ra′
Ra
屋架内力图解
一、屋盖支撑系统的作用
(1)
(2) 保证屋盖的空间刚度和整体性
(3)
(4) 承受和传递纵向水平力
(5)
二、支撑的种类
屋盖上弦横向水平支撑 屋盖下弦横向水平支撑 屋盖下弦纵向水平支撑 垂直支撑 系杆
纵 竖(垂直)
横
★ 稳定区格(空间稳定体)：在相邻两榀屋架间同时设 置上弦横向支撑、下弦横向支撑、垂直支撑，所形成
重型厂房（格构柱，网架屋盖，主跨跨度36m,吊车120t）
重型厂房（钢管混凝土格构柱，跨度30m，吊车100t）
重型厂房（实腹柱，屋面梁屋盖，主跨跨度 30m,吊车50t）
将预应力混凝土大型屋面板等重型屋面 无檩体系： 直接放在屋架上。
特点：房屋横向刚度大，整体性好；屋面板自重大，
屋盖及下部结构用料多，对抗震不利。
2.3屋架的主要尺寸
(1)屋架的跨度 主要是根据工艺和建筑要求来确定，普通钢屋架 常见跨度为18m、21m、24m、27m、30m、36m等。
标志跨度—柱网轴线间的距离。
计算跨度—屋架支座反力点间的距离。
•计算跨度 l0 (柱网采用封闭结合时) l0 = l - 300mm
(2) 屋架的高度 取决于建筑、经济、刚度、运输等条件，和屋面 坡度相关。 铰接梯形屋架，端高宜取1.6～2.2m (宜>l/18)
桁架杆件的容许长细比
拉杆 杆 件 名 称 压杆
承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构 无吊车和有轻中级工作制 吊车的厂房 有重级工作制 吊车的厂房 250 150 350 － 400 200 350 350 － 直接承 受动力 荷载的 结构 250
普通钢屋架的 杆件 轻钢屋架的主 要杆件
天窗构件 屋盖支撑杆件 轻钢屋架的其 他杆件
图为屋架上弦平面图，在未设上弦平面内的支撑桁架 时，虽有檩条把各个屋架连成一片，但当屋架上弦杆因受 压而失稳时，整个上弦会屈曲成一个“半波”。
如在房屋两端的柱间内设置上弦横向支撑桁架，则屋架上 弦将屈曲成多个“半波”，从而提高上弦杆的整体稳定性，亦 即提高了承载能力。由此可见平面桁架如无支撑系统从侧面 “扶持”，将不能发挥它的承重作用。
横向温度缝，设双柱
五、几点说明：
◆横向框架形式
（a ）
（b）
（c）
刚接框架：（a)、（b）横梁与柱刚接（适用于设有双 层吊车，硬钩吊车等重型厂房）。 铰接框架：（c）横梁与柱铰接（适用于吊车起重量不
大的轻型维护结构）。
◆框架柱类型选择
阶形柱的上柱
起重量较小的边柱
起重量≤50t的中柱
起重量＞50t的中柱
下弦纵向水平支撑
6000 500 78000 500
150 6000
下弦支撑布置图(1:600)
32001ຫໍສະໝຸດ 120002-2钢屋盖支撑布置图(1:600)
150 6000
6000
24000
4.垂直支撑布置原则 ： 所有房屋中均应设置垂直支撑。
梯形屋架在跨度L≤30m，三角形屋架在跨度
L≤24m时，在跨中设置一道 。当跨度大于 上述数值时宜在跨度1／3附近或天窗架侧柱 外设置两道 。
2、杆件内力组合
杆件内力组合及最不利计算内力表 内力系数 P=1 杆件 编号 左半 跨 右半 跨 全跨 组合一 全跨永久荷载+ 全跨可变荷载 杆件内力组合 组合二 全跨永久荷载+半跨可变荷载 内力=?*③+?* ① 内力=?*③+?* ② 组合三 屋架、支撑自重+半跨屋面板重 +半跨屋面活荷载 最不利 杆件计 算内力 (KN)
①
上 弦 杆 下 弦 杆 斜 腹 杆 竖 腹 杆
②
③
内力=?*③
内力=
内力=
四、屋架杆件设计 1. 杆件的计算长度
屋架的杆件由两个角钢组成，截面有两个轴，这
样它就有两种弯曲失稳的可能性：一种是在屋架平面