钢结构厂房

– 1.2.2.2
内力分析和内力组合
• 框架内力分析可按结构力学的方法进行，也可利 用现成的图表或计算机程序分析框架内力。
• 为了计算框架构件截面，必须将框架在各种荷载 作用下所产生的内力进行最不利组合。列出上、 下段柱的上下端截面中的弯矩M、轴向力N和剪 力V。此外还包括柱脚锚固螺栓的计算内力。 • 每个截面必须组合出＋Mmax和相应的N、V； －Mmax和相应的N、V；Nmax和相应的M、V。 • 对柱脚锚栓则应组合出可能出现的最大拉力：即 Mmax和相应的N、V；－Mmax和相应的N、V。 • 柱与屋架刚接时，应对横梁的端弯矩和相应的剪 力进行组合。最不利组合可分为四组：第一组组 合使屋架下弦杆产生最大压力[图1.7(a)]；第二 组组合使屋架上弦杆产生最大压力，同时也使下 弦杆产生最大拉力[图1.7(b)]；第三、四组组合 使腹杆产生最大拉力或最大压力[图1.7(c)、(d)]。
• 1.3.1屋盖支撑的种类和作用
– 1.3.1.1屋盖支撑的种类
上弦横向水平支撑 下弦横向水平支撑 组成 下弦纵向水平支撑 垂直支撑 系杆
– 1.3.1.2屋盖支撑的作用
• 保证屋盖的整体性，提高空间刚度
– 仅由平面桁架、檩条及屋面材料组成的屋盖结构，是 一个不稳定的体系，如果将某些屋架在适当部位用支 撑连系起来，成为稳定的空间体系，其余屋架再由檩 条或其他构件连接在这个空间稳定体系上，就保证了 整个屋盖结构的稳定。
• 避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动
– 支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面 外的计算长度。
• 承担和传递水平荷载（如纵向和横向风荷载、悬 挂吊车水平荷载和地震作用等） • 保证结构安装时的稳定与方便
– 屋盖的安装首先用支撑将两相邻屋架连系起来组成一 个基本空间稳定体，在此基础上即可顺序进行其他构 件的安装。
• 1.2.2 横向框架的荷载和内力
– 1.2.2.1 荷载
• 作用在横向框架上的荷载可分为永久荷载和可变 荷载两种。 • 永久荷载有：屋盖各级组织主、柱、吊车梁系统、 墙架、墙板及设备管道和的自重。这些重量可参 考有关资料、表格、公式进行估计。 • 可变荷载有：风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布 活荷载、吊车荷载、地震荷载等。这些荷载可由 荷载规范和吊车规格查得。
– 1.3.2.3垂直支撑（见图1.12）
• 组成：
– 系杆、斜杆
• 作用：
– 使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。
• 布置位置：
– 设有上弦横向支撑的开间内，每隔4～5个开间布置一 道。
• 布置原则: • （1）梯形或平行弦屋架
– 无天窗，跨度l<30m，布置在屋架两端、跨中 。 – 无天窗，跨度l>30m，布置在屋架两端、跨度l/3处 。
1.2.1.1
• • • •
• •
框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离： 式中 h3—地面至柱脚底面的距离。 h2—地面至吊车轨顶的高度，由工艺要求决定； h1—吊车轨顶至屋架下弦底面的距离
1.2.1.2
计算简图
• 单层厂房框架是由柱和屋架（横梁）组成，各个 框架之间有屋面板或檩条、托架、屋盖支撑等纵 向构件相互连接在一起，故框架实际上是空间工 作的结构，应按空间工作计算才比较合理和经济， 但由于计算较繁，工作量大，所以通常均简化为 单个的平面框架（图1.5）来计算。横向框架的 计算简图 有两种类型，分为柱顶铰接和柱顶刚 接 • 横向框架的计算高度取值分为四种情况，详见图 1.6 • 框架的计算跨度L（或L1、L2）取为两上柱由线 之间的距离。
图1.10上弦横向水平支撑和下线横向水平支撑
– 1.3.2.3下弦纵向水平支撑（见图1.11）
• 组成：
– 系杆、斜杆
• 作用：
– 增加屋盖空间刚度，承受和传递吊车横向水平制动力。
• 布置：
– 屋架两边，与横向支撑形成封闭框。 – 有重级工作制吊车或起重量较大的中、轻工作制吊车 时， – 有振动设备、屋架下弦有吊轨、有托架时， – 房屋跨度较大、空间刚度要求较高时，均需设置下弦 纵向水平支撑
– 1.3.3.2柱间支撑的布置位置与原则
• 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。 • 上层支撑
– 上层柱间支撑又分为两层，第一层在屋架端部高度范 围内属于屋盖垂直支撑。第二层在屋架下弦至吊车梁
上翼缘范围内。为了传递风力，上层支撑需要布置在 温度区段端部，有下层支撑处也应设置上层支撑。 – 下层支撑应该设在温度区段中部 （当吊车位置高而车 间总长度又很短时下层支撑设在两端不会产生很大的 温度应力，而对厂房纵向风度却能提高很多 ）当温度 区段小于90m时，在它的中央设置一道下层支撑[图 1.13(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1.13(b)]，以免传力路程太长
– 有天窗、跨度l<30m， 布置在屋架两端、 跨中、天窗架两端 。 – 有天窗、跨度l<30m， 布置在屋架两端、 跨度l/3处、天窗架 两端 。
下弦纵向水平支撑
•
（2）三角形屋架
– 跨度小于18m时， 布置在屋架中间 。 – 跨度大于18m时， 一般视具体情况布 置两道 。
图1.11下弦纵向水平支撑
• 1.3.2屋盖支撑的布置
– 1.3.2.1上弦横向支撑 （见图1.10）
• 组成 ：
– 屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆
• 作用：
– 保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在平 面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。
• 布置：
– 端部第一或第二开间。当布置在第二开间时，端屋架 需与横向支撑用系杆刚性连接，确保端屋架的稳定和 风荷载传递。（有时因天窗架从第二开间起设。） – 横向支撑间距大于60m时，中间增设。 – 屋面为大型屋面板，且屋面板有三点与屋架上弦牢固 连接时，可不设。但一般高空作业较难保证，还是设 上弦横向支撑，大型屋面板起系杆的作用。有天窗架 时，上弦横向支撑仍需布置。
S 0 Lk 2S L
• 1.2.1
横向框架主要尺寸和计算简图
主要尺寸
框架的主要尺寸见图1.3所示。 框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的横向距离 (1.1) 式中 —桥式吊车的跨度； S—由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离（图1.4），应 满足下式要求： （1.2） B—吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查得； D—吊车外缘和柱内边缘之间的必要空隙：当吊车起 重量不大于500KN时，不宜小于80mm；当吊车起重 量大于或等于750KN时，不宜小于100mm；当在吊车 和柱之间需要设置安全走道时，则D不得小于400mm。 —上段柱宽度。 b1 S的取值：对于中型厂房一般采用0.75m或1m，重型 厂房则为1.25m甚至达2.0m。
在内力组合中，采用简化规则由可变荷载效应控制的组 合：当只有一个可变荷载参与组合时，组合值系数取 1.0，即：恒＋可变荷载；当有两个或两个以上可变荷 载参与组合时，组合值系数取0.9，即：恒＋0.9（可变 荷载1＋可变荷载2）。在地震区应参照《建筑抗震设 计规范》进行偶然组合。对单层吊车的厂房，当对采用 两台及两台以上吊车的竖向和水平荷载组合时，应根据 参与组合的吊车台数及其工作制，乘以相应的折减系数
• 统一化和标准化可降低制作和安装的工作量。对 厂房横向，当厂房跨度L≤18m时，其跨度宜采用 3m的倍数；当厂房跨度L＞18m时，其跨度宜采 用6m的倍数。只有在生产工艺有特殊要求时， 跨度才采用21m、27m、33m等。对厂房纵向， 以前基本柱距一般采用6m或12m；现在采用压 型钢板作屋面和墙面材料的厂房日益广泛，常以 18m甚至24m作为基本柱距。多跨厂房的中列柱， 常因工艺要求需要“拔柱”，其柱距为基本柱距 的倍数，最大可达48m）。
– 1.3.2.2下弦横向水平支撑（见图1.10）
• 组成：
– 屋架下弦杆、斜杆、系杆
• 作用：
– 山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、悬挂吊 车的水平力和地震引起的水平力，减小下弦的平面外 计算长度，减小下弦的振动。
• 布置：
– – – – 屋架跨度大于18m时 屋架下弦设有悬挂吊车时 抗风柱支承在屋架下弦时 屋架下弦设通长纵向支撑时，宜设屋架下弦横向支撑
1.1.3.2
温度伸缩缝布置
• 厂房平面尺寸较大时，因温度变化使上部结构产 生横向和纵向的变形，使柱内产生弯曲应力，并 可能导致屋面和墙面破裂。因此为避免产生过大 的温度变形和温度应力，应在厂房的横向或纵向 设置温度伸缩缝。 • 布置主要决定于厂房的纵向和横向长度根据使用 经验和理论分析，钢结构设计规范规定，当温度 区段长度不超过表1.1的数值时，可不计算温度 应力。
第1章 单层厂房结构设计
1.1 厂房结构的形式与布置
• 1.1.1 厂房结构的组成
厂房结构一般是由屋盖结构、柱、吊车梁（或桁架）、 各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系，如图1.1所 示。这些构件按其所起作用可分为下面几类： • 横向框架 • 屋盖结构 • 支撑体系（屋盖部分支撑和柱间支撑 载 连系） • 吊车梁和制动梁（或制动桁架） • 墙架 厂房结构演示
1.4 屋盖结构
• 1.4.1屋盖结构体系 – 1.4.1.1 屋盖结构体系
作用：承
7 1 8 2 9
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——屋架竖向支撑 8——檩条
5 3 4 6 12 11
10
9、10——柱间支撑
11——框架柱 12——中间柱
13——墙架梁
图1.1厂房结构示例
13
• 1.1.2 厂房结构的设计步骤
图1.12 垂直支撑的布置和形式
– 1.3.2.4垂直支撑
• 作用：
– 在无支撑的开间处，保证屋架的侧向稳定，减小弦杆 的计算长度，传递水平荷载。
• 布置：
– 竖向支撑平面内设通长系杆。 – 水平横向支撑设在第二开间时，端屋架需与第二榀屋 架用刚性系杆连接，其余设置刚性或柔性系杆均可。 – 屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。
125
120
——
——
1.2 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，困为框 架体系的横向刚度较大，且能形成矩形的内部空 间，便于桥式吊车运行，能满足使用上的要求。 • 厂房横向框架的柱脚一般与基础刚接 • 柱顶可分为铰接和刚接两类 铰接 对基础不均匀沉陷及温度影响敏感性小 ， 节点构造容易处理 ，屋架端部不产生弯矩 ，下 弦杆始终受拉 。柱顶铰接时下柱的弯矩较大， 厂房横向刚度差 刚接 厂房较高，吊车的起重量大，对厂房刚度 要求较高时，钢结构的单跨厂房常采用柱顶刚接 方案
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• 系杆分刚性和柔性
• 1.3.3柱间支撑
– 1.3.3.1柱间支撑的作用
• 柱间支撑与厂房框架柱相连接，其作用为：
– 组成坚强的纵向构架，保证厂房的纵向刚度； – 承受厂房端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温 度应力等，在地震区尚应承受厂房纵向的地震力，并 传至基础； – 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。
• 确定厂房的功能：由工艺要求和建筑要求确定建 筑方案。 • 结构的设计：结构方案布置——荷载的计算—— 内力分析——构件的设计——施工图
• 1.1.3柱网和温度伸缩缝的布置
1.1.3.1柱网布置
• • • • 满足生产工艺的要求 满足结构方面的要求 符合经济合理的要求 符合柱距规定要求（按《厂房建筑统一化基本规 则》和《建筑统一模数制》的规定：结构构件的
温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。
温度区段长度值
温度区段长度（m）
表1.1
结
构
情
况
纵向温度区段 （垂直于屋架或构架跨 度方向）
横向温度区段（沿 屋架或构架跨度方 向） 支座斜 杆和支 座竖杆 其他腹 杆 150
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
220
120
180
100
• 1.2. 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。详见图1.8
1.3 支撑体系
• 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。 （图1.9）。 • 厂房支撑体系可分为屋盖支撑和柱间支撑两部分：