(房屋钢结构设计课件)第二章中、重型厂房结构设计
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《重型厂房设计》课件
根据跨度、高度和荷载要求
厂房的跨度、高度和荷载要求也是选择结构类型的重要因素。
根据地质条件和环境因素
地质条件和环境因素对厂房结构的选型也有影响，需要考虑地震、 风载等自然灾害的影响。
厂房结构的优化设计
结构形式的优化
根据实际需求和条件，选 择合适的结构形式，以降 低成本和提高效益。
受力分析的优化
通过对厂房结构的受力分 析，优化结构布局，提高 结构的承载能力和稳定性 。
05
厂房电气设计
厂房电气设计
• 重型厂房设计是工业建筑设计的重要组成部分，主要用于生 产、加工和存储重型设备和材料。其设计需要综合考虑工艺 、结构、设备和环境等多个因素，以确保生产的安全、效率 和可持续性。
06
厂房环保与安全防护设计
环保设计
节能设计
废弃物处理
采用高效节能的建筑材料和设备，降 低能耗，减少对环境的影响。
结合直线式、模块化和单元式布置的特点 ，根据实际需求进行灵活布置，适用于多 样化的生产需求。
工艺布置的优化
仿真模拟
利用计算机仿真技术模拟工艺布置方案 ，评估其可行性和优劣，为实际布局提
供参考。
绿色环保优化
在工艺布置中充分考虑环保因素，减 少能源消耗和废弃物产生，实现绿色
生产。
ห้องสมุดไป่ตู้
人机工程学优化
从人机工程学角度出发，优化设备布 局和人机界面，提高操作效率和工人 舒适度。
重型厂房设计
• 厂房设计概述 • 厂房结构的设计 • 厂房工艺布置的设计 • 厂房给排水及暖通设计 • 厂房电气设计 • 厂房环保与安全防护设计
01
厂房设计概述
厂房设计的基本原则
功能性原则
确保厂房能够满足生产工艺流程的需求，合理规划空间布局，提高生产效率。
厂房的跨度、高度和荷载要求也是选择结构类型的重要因素。
根据地质条件和环境因素
地质条件和环境因素对厂房结构的选型也有影响，需要考虑地震、 风载等自然灾害的影响。
厂房结构的优化设计
结构形式的优化
根据实际需求和条件，选 择合适的结构形式，以降 低成本和提高效益。
受力分析的优化
通过对厂房结构的受力分 析，优化结构布局，提高 结构的承载能力和稳定性 。
05
厂房电气设计
厂房电气设计
• 重型厂房设计是工业建筑设计的重要组成部分，主要用于生 产、加工和存储重型设备和材料。其设计需要综合考虑工艺 、结构、设备和环境等多个因素，以确保生产的安全、效率 和可持续性。
06
厂房环保与安全防护设计
环保设计
节能设计
废弃物处理
采用高效节能的建筑材料和设备，降 低能耗，减少对环境的影响。
结合直线式、模块化和单元式布置的特点 ，根据实际需求进行灵活布置，适用于多 样化的生产需求。
工艺布置的优化
仿真模拟
利用计算机仿真技术模拟工艺布置方案 ，评估其可行性和优劣，为实际布局提
供参考。
绿色环保优化
在工艺布置中充分考虑环保因素，减 少能源消耗和废弃物产生，实现绿色
生产。
ห้องสมุดไป่ตู้
人机工程学优化
从人机工程学角度出发，优化设备布 局和人机界面，提高操作效率和工人 舒适度。
重型厂房设计
• 厂房设计概述 • 厂房结构的设计 • 厂房工艺布置的设计 • 厂房给排水及暖通设计 • 厂房电气设计 • 厂房环保与安全防护设计
01
厂房设计概述
厂房设计的基本原则
功能性原则
确保厂房能够满足生产工艺流程的需求，合理规划空间布局，提高生产效率。
重型工业厂房钢结构设计
托架：h ( 1 ~ 1)l 10 5
屋架与托梁/托架的连接
叠接：构造简单，便于施工，但托架（托梁）受扭。
平接：有效地减轻托架（托梁）受扭的不利影响常用。
20
重钢厂房的结构布置
温度区段
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
纵向温度区段
10
示例
国产大飞机C919下线
11
示例
哈电集团核电设备厂房
12
示例
大国重器：8万吨锻压机厂房
13
重钢厂房的组成
14
重钢厂房的组成
基础、柱、屋盖结构、支撑体系、吊车梁、墙架等
横向水平支撑 天窗架
屋架 柱
吊车梁
柱间支撑
15
重钢厂房的组成
基础、柱、屋盖结构、支撑体系、吊车梁、墙架等
屋架竖向支撑
檩条
托架
横向平面框架
制动桁架
16
墙梁/墙架
重钢厂房的结构布置
柱网布置——影响因素
生产工艺流程的要求 结构要求：刚度和强度 经济性：
加大柱距：构件材料用量增加，但减少地基处理费用和 基础造价软弱地基上
模数要求
6m、12m、15m、18m、24m——屋架、吊车 钢砼大型屋面板：6m 轻型屋面板和围护结构：12m以上 软弱地基上：15m以上
横向温度区段
(垂直屋架或构架
(屋架或构架跨度方向)
跨度方向)
柱顶为刚接 柱顶为铰接
220
120
150
180
100
125
露天结构
120
--
--
温度收缩缝
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。
重型厂房结构
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
2.1.3屋盖支撑
屋盖支撑的作用 屋盖支撑的布置 屋盖支撑的杆件 支撑的计算原则
受力比较小，杆件截面常容许长细比来选
受力较大，应按桁架体系计算内力，交叉斜杆按拉 杆（压杆退出工作）计算并据以选择截面。
压杆——双角钢 刚性系杆——双角钢十字形截面 拉杆——单角钢
2.2 计算原理
❖ 荷载计算 ❖ 内力计算 ❖ 内力组合
计算单元
拔柱
图2-2 柱网布置
托架与屋架的连接
2.温度伸缩缝
温度区段长度表(m) 表2-2
结构情况
纵向温度区段 横向温度区段(屋架或构
(垂直屋架或构
架跨度方向)
架跨度方向) 柱顶为刚接 柱顶为铰接
采暖房屋和非采
暖地区的房屋
220
热车间和采暖地
区的非采暖房屋
180
120
150
100
125
露天结构
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
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PPT课件
》分为8个工作级别：A1～ A8 ）
工作制等级 轻级 工作级别 A1～A3
中级 A4,A5
重级 A6,A7
特重级 A8
16
四、柱网布置
1、柱网布置要综合考虑： 生产工艺要求 结构要求 施工要求 经济合理 模数要求： 柱距：6m，
跨度：取3m倍数(L≤18m),取6m倍数(L>18m)。
17
•计算跨度 l0 (柱网采用封闭结合时) l0 = l - 300mm
29
(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) （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
26
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。
27
确定屋架形式的原则：
1.满足使用要求 屋架外形应与屋面材料的排水要求相适应。
2.满足受力要求 •屋架外形应尽量和弯矩图接近，使上下弦杆内力沿 跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；
当 L≥24m，应按L/500=24000/500=48mm 考虑起拱：∴采用起拱 50mm。
30
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。
31
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”。
工作制等级 轻级 工作级别 A1～A3
中级 A4,A5
重级 A6,A7
特重级 A8
16
四、柱网布置
1、柱网布置要综合考虑： 生产工艺要求 结构要求 施工要求 经济合理 模数要求： 柱距：6m，
跨度：取3m倍数(L≤18m),取6m倍数(L>18m)。
17
•计算跨度 l0 (柱网采用封闭结合时) l0 = l - 300mm
29
(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) （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
26
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。
27
确定屋架形式的原则：
1.满足使用要求 屋架外形应与屋面材料的排水要求相适应。
2.满足受力要求 •屋架外形应尽量和弯矩图接近，使上下弦杆内力沿 跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；
当 L≥24m，应按L/500=24000/500=48mm 考虑起拱：∴采用起拱 50mm。
30
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。
31
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”。
第二章重型厂房结构与普通钢屋盖
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。
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。
钢结构设计-单层重型厂房结构设计
拉杆：强度，刚度 压杆：强度，稳定，刚度。 压弯构件：强度，稳定，刚度。 双角钢压杆和轴对称放置的单角钢压杆绕对称轴失稳时 的换算长细比可以用下列简化公式计算。
钢结构设计-单层重型厂房结构设 计
钢结构ห้องสมุดไป่ตู้计-单层重型厂房结构设 计
2.3.5 桁架节点设计
➢任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计 算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。 ➢注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与 传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角 钢在两弦杆间直接传力。
计
见教材P24图1-29
➢ 2.节点板设计： ⑴形状简单、规则，如矩形、梯形。
(2)梯形和平行弦屋架的节点板厚度由腹杆 最大内力确定，三角形屋架节点板厚度 由上弦杆内力决定。在一榀屋架中支座 节点板厚度可以大2mm,其他节点板厚度 相同。
节点板厚度的选用表见教材P22表1-4 钢结构设计-单层重型厂房结构设 计
局部弯矩M 理论上应按弹性支座上的连续梁计算。 简化计算：
M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。
钢结构设计-单层重型厂房结构设 计
2.3.2桁架杆件的计算长度
计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等 效的两端铰接的理想轴心压杆。
P 2EI
(a)
cr1 L2
P 2EI
(b) cr2
(0.5L)2
2.3 钢屋架设计
❖2.3.1桁架的内力计算 ❖2.3.2桁架杆件的计算长度 ❖2.3.3杆件截面型式 ❖2.3.4一般构造要求与截面选择 ❖2.3.5桁架的节点设计 ❖2.3.6桁架施工图
钢结构设计-单层重型厂房结构设 计
2.3.1 桁架内力计算
➢ 1. 荷载分项系数及荷载组合系数按《建筑结构荷 载规范》选取。对普通钢屋架荷载组合一般考 虑两种即可①全跨恒载+全跨活载②全跨恒 载+半跨活载
钢结构设计-单层重型厂房结构设 计
钢结构ห้องสมุดไป่ตู้计-单层重型厂房结构设 计
2.3.5 桁架节点设计
➢任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计 算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。 ➢注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与 传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角 钢在两弦杆间直接传力。
计
见教材P24图1-29
➢ 2.节点板设计： ⑴形状简单、规则，如矩形、梯形。
(2)梯形和平行弦屋架的节点板厚度由腹杆 最大内力确定，三角形屋架节点板厚度 由上弦杆内力决定。在一榀屋架中支座 节点板厚度可以大2mm,其他节点板厚度 相同。
节点板厚度的选用表见教材P22表1-4 钢结构设计-单层重型厂房结构设 计
局部弯矩M 理论上应按弹性支座上的连续梁计算。 简化计算：
M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。
钢结构设计-单层重型厂房结构设 计
2.3.2桁架杆件的计算长度
计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等 效的两端铰接的理想轴心压杆。
P 2EI
(a)
cr1 L2
P 2EI
(b) cr2
(0.5L)2
2.3 钢屋架设计
❖2.3.1桁架的内力计算 ❖2.3.2桁架杆件的计算长度 ❖2.3.3杆件截面型式 ❖2.3.4一般构造要求与截面选择 ❖2.3.5桁架的节点设计 ❖2.3.6桁架施工图
钢结构设计-单层重型厂房结构设 计
2.3.1 桁架内力计算
➢ 1. 荷载分项系数及荷载组合系数按《建筑结构荷 载规范》选取。对普通钢屋架荷载组合一般考 虑两种即可①全跨恒载+全跨活载②全跨恒 载+半跨活载
2_1中、重型厂房结构设计-结构形式和结构布置
垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同
一柱间。
屋盖支撑布置图
(b) (a) (e)
(c) (d)
(f)
(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。 作用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供
上下弦的侧向支承点。
布置原则： 在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；
天窗架
屋架
柱
吊车梁
柱间支撑
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
轻级 A1～A3 中级 A4,A5 重级 A6,A7 特重级 A8
工作制等级 工作级别
（按照吊车使用的频繁程度）
2.1.1.1 柱网布置和计算单元
2.1.2.4 桁架主要尺寸的确定
跨度 L—工艺及使用要求 高度 H—经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度：
三角形屋架： 中部高度H≈(1/6～1/4)L 梯形屋架 ： 中部高度H≈(1/10～1/6)L 端部高度H0≈(1.8～2.1m)
2.1.3屋盖支撑
屋盖上弦横向水平支撑
屋盖下弦横向水平支撑
交叉式腹杆∶主要用于可能从不同方向受力
的支撑体系。
再分式腹杆
交叉式腹杆
3 .制造简单及运输与安装方便
杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节
点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合
上述要求。
4. 综合技术经济效果好
根据不同的条件桁架形式可以有很多变化 三角形屋架下 弦下沉，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。
2_4中、重型厂房结构设计-吊车梁的设计25页PPT
2_4中、重型厂房结构设计-吊车梁的 设计
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
1、最灵繁的人也看不见自己的 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
1、最灵繁的人也看不见自己的 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
建筑钢结构设计第二章
三 内力组合原则
对于一般刚(框)架，按承载能力极限状态设计时，构件和 连接计算可按简化原则组合：
S G SGk Q1SQ1k
S G SGk 0.9 Qi SQik
i 1 n
(2－4)
(2－5)
对于受弯构件，考虑以下四种组合
I : (M max ,V ), II : (M max ,V ), III : (Vmax , M ), IV : (Vmax , M )
风荷载合力为 N bhWk cos 投影到水平面上的 0为 P0 N (bh) Wk cos P
福州大学土木工程学院
林翔
封闭式双坡屋面的风荷载体型系数
其它情形按《建筑结构荷载规范》(GB50009)的规定取值。 福州大学土木工程学院 林翔
二 刚架内力计算
将格构柱和屋架换算为实腹式构件进行分析， 其当量惯性矩为：
i－GB50017P57表5.3.9附注
2 横向支撑传递较大的山墙风荷时
结构按空间工作计算， 纵向支撑需作柱的弹性 支座时， 按[ ]和N确定截面： n N f , P63 2 20为其计算简图。 A 图
福州大学土木工程学院
林翔
第二节 计算原理
按平面刚架分析：墙架结构吊车梁系统以集中荷载作用于刚 架，必要时可将刚架自重静力等效为集中力作用于刚架上。
2 2 I yc ( Aa x Ab x )
(2 1)
－反映剪力影响和几何 形状的修正系数， 平行弦 0.9, 上弦坡度i 1 10 0.8, i 1 8 0.7。
屋架当量惯性矩 I A A A A h2 (2 2)
(2 3)
(e)－吊车起重量较大的边列柱
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包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架和檩条
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。
托梁：h ( 1 ~ 1)l 10 8
b (1 1 )l 5 2.5
托架：h ( 1 ~ 1)l 10 5
计算单元 图2-2 柱网布置
托架与屋架的连接 叠接：构造简单，便于施工，但托架（托 梁）受扭。 平接：可以有效地减轻托架（托梁）受扭的 不利影响，较常用。
柱子与基础 刚性连接
2.1.1.3 柱间支撑
上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑
下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑
垂直 支撑
刚性系杆
刚性系杆
上层柱间支撑
下层柱间支撑
➢ 1.柱间支撑的布置： 1）每列柱都要设柱间支撑。 2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱 间支撑布置在同一柱间。 3）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。 4）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱 间设置外,还应当在每个温度区段的两端设置。 5）每列柱顶均要布置刚性系杆。
起重量＞50t的中柱 起重量较大的边柱 特大型厂房的下柱
图2-6 双肢格构式柱
分离式柱脚
肩梁 ：将各阶柱段连在一起。
肩梁
单臂肩梁 （图2-7a）
双臂肩梁 （图2-7b）
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。
铰接框架：对基础不均匀沉降和温度敏感性小，构造易处理，
但框架的横向刚度差，常不能满足吊车使用上的要求，工程应 用较少。
（a）
（b）
（c）
框架柱的类型
框架柱按结构形式分为等截面柱、阶梯形柱和分 离式柱三大类
实腹式
格构式
等截面柱
➢ 吊车梁支于牛腿上，构 造简单；
➢ 吊车竖向荷载偏心大 ，只适用于吊车起重Q＜ 20t，或无吊车且厂房高 度不超过10m的轻型厂 房中。
结构情况
纵向温度区段 横向温度区段(屋架或构 (垂直屋架或构 架跨度方向) 架跨度方向) 柱顶为刚接 柱顶为铰接
采暖房屋和非采暖
220
地区的房屋
热车间和采暖地区
180
的非采暖房屋
露天结构
120
120
150
100
125
--
--（a）各列柱距相等 Nhomakorabea（b）中列柱有抽柱
拔柱：由于工艺要求或其它原因，有时需要将 柱距局部加大。如图2．2中，在纵向轴线B与 横向轴线L相交处不设柱子，因而导致轴线k和 m之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为 拔柱。
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变化时能自由伸缩，尽量减 少温度应力，下层支撑应设在温度区段的中部；只 有当吊车位置高而车间长度短时，放在两端。
➢ 当温度区段＜90m时，在中央设一道下层支撑；
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 。
阶梯形柱——由于吊车梁支于柱截面变化的肩梁处 ，荷载偏心小，构造合理，得到广泛应用。
实腹式
单阶柱
双阶柱
格构式
上段柱——工字 形截面实腹式柱
下段柱——由于 吊车肢受的荷载 大，通常设计成 不对称截面
阶梯形下柱的常见截面形式：
阶形柱的上柱 起重量较小的边柱 起重量≤50t的中柱
中级 A4,A5
（按照吊车使用的频繁程度）
重级 A6,A7
特重级 A8
2.1.1.1 柱网布置和计算单元
➢ 1.影响柱网布置因素： 1）生产工艺流程要求： 2）结构上的要求：将柱布置在同一横向轴线上，与 屋架组成横向框架，提供尽可能大的横向刚度。 3）经济要求：柱距的大小直接影响结构的用钢量。 柱距与柱上的荷载和柱高有密切关系 4）模数要求：柱距L的取值: 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。
分离式柱——由支承屋盖结构的屋盖肢和支承吊车 梁的吊车肢组成，并用水平板相连做成柔性连接。
吊车肢在框架平面内的稳定性靠连 在屋盖肢上的水平连系板来提供； 屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊 车水平荷载，按压弯构件设计； 吊车肢仅承受吊车的竖向荷载，当 吊车梁采用突缘支座时，按轴心受 压构件设计；当采用平板支座时， 按压弯构件设计。
第二章 中、重型厂房结构设计
2.1 结构形式和结构布置 2.2 计算原理 2.3 钢屋架设计 2.4 吊车梁设计
2020/7/25
厦门大学 建筑土木学院
1
2.1 结构形式和结构布置
❖ 一般说明 ❖ 屋架外形及腹杆形式 ❖ 屋盖支撑
横向框架——柱+屋架，主要承重体系 屋盖结构——承担屋盖荷载的结构体系
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。
托梁：h ( 1 ~ 1)l 10 8
b (1 1 )l 5 2.5
托架：h ( 1 ~ 1)l 10 5
计算单元 图2-2 柱网布置
托架与屋架的连接 叠接：构造简单，便于施工，但托架（托 梁）受扭。 平接：可以有效地减轻托架（托梁）受扭的 不利影响，较常用。
柱子与基础 刚性连接
2.1.1.3 柱间支撑
上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑
下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑
垂直 支撑
刚性系杆
刚性系杆
上层柱间支撑
下层柱间支撑
➢ 1.柱间支撑的布置： 1）每列柱都要设柱间支撑。 2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱 间支撑布置在同一柱间。 3）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。 4）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱 间设置外,还应当在每个温度区段的两端设置。 5）每列柱顶均要布置刚性系杆。
起重量＞50t的中柱 起重量较大的边柱 特大型厂房的下柱
图2-6 双肢格构式柱
分离式柱脚
肩梁 ：将各阶柱段连在一起。
肩梁
单臂肩梁 （图2-7a）
双臂肩梁 （图2-7b）
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。
铰接框架：对基础不均匀沉降和温度敏感性小，构造易处理，
但框架的横向刚度差，常不能满足吊车使用上的要求，工程应 用较少。
（a）
（b）
（c）
框架柱的类型
框架柱按结构形式分为等截面柱、阶梯形柱和分 离式柱三大类
实腹式
格构式
等截面柱
➢ 吊车梁支于牛腿上，构 造简单；
➢ 吊车竖向荷载偏心大 ，只适用于吊车起重Q＜ 20t，或无吊车且厂房高 度不超过10m的轻型厂 房中。
结构情况
纵向温度区段 横向温度区段(屋架或构 (垂直屋架或构 架跨度方向) 架跨度方向) 柱顶为刚接 柱顶为铰接
采暖房屋和非采暖
220
地区的房屋
热车间和采暖地区
180
的非采暖房屋
露天结构
120
120
150
100
125
--
--（a）各列柱距相等 Nhomakorabea（b）中列柱有抽柱
拔柱：由于工艺要求或其它原因，有时需要将 柱距局部加大。如图2．2中，在纵向轴线B与 横向轴线L相交处不设柱子，因而导致轴线k和 m之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为 拔柱。
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变化时能自由伸缩，尽量减 少温度应力，下层支撑应设在温度区段的中部；只 有当吊车位置高而车间长度短时，放在两端。
➢ 当温度区段＜90m时，在中央设一道下层支撑；
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 。
阶梯形柱——由于吊车梁支于柱截面变化的肩梁处 ，荷载偏心小，构造合理，得到广泛应用。
实腹式
单阶柱
双阶柱
格构式
上段柱——工字 形截面实腹式柱
下段柱——由于 吊车肢受的荷载 大，通常设计成 不对称截面
阶梯形下柱的常见截面形式：
阶形柱的上柱 起重量较小的边柱 起重量≤50t的中柱
中级 A4,A5
（按照吊车使用的频繁程度）
重级 A6,A7
特重级 A8
2.1.1.1 柱网布置和计算单元
➢ 1.影响柱网布置因素： 1）生产工艺流程要求： 2）结构上的要求：将柱布置在同一横向轴线上，与 屋架组成横向框架，提供尽可能大的横向刚度。 3）经济要求：柱距的大小直接影响结构的用钢量。 柱距与柱上的荷载和柱高有密切关系 4）模数要求：柱距L的取值: 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。
分离式柱——由支承屋盖结构的屋盖肢和支承吊车 梁的吊车肢组成，并用水平板相连做成柔性连接。
吊车肢在框架平面内的稳定性靠连 在屋盖肢上的水平连系板来提供； 屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊 车水平荷载，按压弯构件设计； 吊车肢仅承受吊车的竖向荷载，当 吊车梁采用突缘支座时，按轴心受 压构件设计；当采用平板支座时， 按压弯构件设计。
第二章 中、重型厂房结构设计
2.1 结构形式和结构布置 2.2 计算原理 2.3 钢屋架设计 2.4 吊车梁设计
2020/7/25
厦门大学 建筑土木学院
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2.1 结构形式和结构布置
❖ 一般说明 ❖ 屋架外形及腹杆形式 ❖ 屋盖支撑
横向框架——柱+屋架，主要承重体系 屋盖结构——承担屋盖荷载的结构体系