中、重型工业厂房钢结构设计(PPT,165页)[详细]
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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
内容简介
主要内容
重钢厂房的结构组成 重钢厂房的结构布置★ 重钢厂房横向框架的计算 重钢厂房的支撑体系★ 钢屋架设计★ 吊车梁的设计★
学习方法
与轻型门式刚架厂房对比 发挥空间想象力 为什么……？
✓永久荷载 ✓屋面活荷载 ✓风荷载（左/右） ✓吊车刹车力（小车） ✓吊车小车靠近一侧时的重力
计算方法
电算：简单、精确 手算：原理、方案论证
16.45
厂房结构的计算原理
内力组合
《建筑结构荷载规范》——可能同时出现 组合规则：承载力极限状态和正常使用极限状态
对于一般的刚（框架）结构，按承载力极限状态设计 时，构件和连接可取下列公式的最不利值：
S G SGk S Q1 Q1k
厂房结构的计算原理
内力计算
当量惯性矩：将格构式柱和屋架换算为实腹式构件
yc (A 2 A 2 )
Aα和Aβ —分别为格构柱两肢（或屋架上下两弦）截面积 Xα和Xβ—格构式柱两肢（屋架上下两弦）的截面形心到 格构式柱截面中性轴的距离。 µ —反映剪力和几何形状的修正系数。 µ=0.9 平行弦 µ=0.8 上弦坡度i = 0.1 µ=0.7 上弦坡度i = 0.125
设计周期：73天
设计人员数量：4人
示例
《神盾局特工(Agents.of.S.H.I.E.L.D)》
示例
《神盾局特工(Agents.of.S.H.I.E.L.D)》之专机机库
示例
国产大飞机C919下线
示例
哈电集团核电设备厂房
示例
大国重器：8万吨锻压机厂房
重钢厂房的组成
重钢厂房的组成
厂房结构的计算原理
内力计算
当量惯性矩
对于屋架：其当量惯性矩为：
I
I0
A A A A
h2
h—为上下两弦截面形心之间的距离。
屋架尺寸未定时，可按下式估算其当量惯性矩。
I
I 0
M maxh 2f
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。
厂房结构的计算原理
内力分析
假定：小位移线性结构叠加原理 分析类型：（荷载标准值）
计算单元
简化
空间厂 房结构
简化
平面 刚架
计算单元
厂房结构的计算原理
简化模型
（a）
柱脚刚接：
（b）
（c）
✓柱尺寸大减小柱顶端的弯矩值，增大横向框架刚度
横梁与柱子的连接形式：刚接框架 (a、b)，铰接框架(c)
✓刚接框架：适用于设有双层吊车、重型吊车等重型厂房
✓铰接框架：适用于吊车起重量不大结构
16.35
用钢量
✓轻钢厂房： <80kg/m2，一般~50kg/m2 ✓重钢厂房： 100+kg/m2，有些达300kg/m2
结构形式
轻型门式刚架厂房示例
天窗架
吊车梁
山墙抗风柱
正在建设的门式刚架工程实例
重型钢结构厂房实例
➢ 某重钢厂房，高27m，跨30m，吊车250吨，墙梁。 ➢ 钢管混凝土格构式柱（边柱三肢、中柱四肢）
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
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
纵向或横向的尺度较大时为避免过大的温度应力 双柱vs单柱
重型钢结构厂房概述
重钢厂房和轻钢（刚）厂房的区别
荷载（屋面区别不大）
✓轻型厂房： 配置20t以下吊车的厂房 ✓中型厂房： 配置 20t -100t吊车的厂房 ✓重型厂房： 配置100t-350t吊车的厂房 ✓特重型厂房： 配置350t以上吊车的厂房，700t吊车
构件形式和板厚
✓轻钢厂房： 实腹式构件，腹板厚度~8mm荷载、跨度 ✓重钢厂房： 格构式构件，板厚
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
重型钢结构厂房实例
➢ 某重钢厂房，高27m，跨30m，吊车250吨。 ➢ 钢管混凝土格构式柱（边柱三肢、中柱四肢）
重型钢结构厂房实例
工程名称：南京宝色新建厂房
建筑特性：重钢厂房；格构柱；高低跨。
建筑面积：40000㎡
总用钢量：10600T
设计开始时间：2014年6月10日 设计结束时间：2014年8月26日
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
重钢厂房的结构布置
柱网布置——拔柱
由于工艺要求或其它原因。
重钢厂房的结构布置
柱网布置——拔柱后的处理
托梁、托架：上承屋架、下传柱子
托架
重钢厂房的结构布置
柱网布置——拔柱后的处理
托梁、托架：上承屋架、下传柱子
尺寸
托梁：h ( 1 ~ 1)l 10 8
b (1 1 )l 5 2.5
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。
重钢厂房的结构布置
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
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
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
厂房结构的计算原理
荷载
永Hale Waihona Puke Baidu荷载（恒载）
✓屋面恒载、檩条、屋架自重 ✓其它构件（支撑、吊车梁等）的自重 ✓围护结构自重
可变荷载（活载）
✓屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载（局部） ✓风荷载 ✓吊车荷载——吊车梁
施工荷载 地震作用
厂房结构的计算原理
荷载
风荷载 标准值： Wk z z sW0
μz –风压高度变化系数 μs—体型系数 βz—风振系数
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
内容简介
主要内容
重钢厂房的结构组成 重钢厂房的结构布置★ 重钢厂房横向框架的计算 重钢厂房的支撑体系★ 钢屋架设计★ 吊车梁的设计★
学习方法
与轻型门式刚架厂房对比 发挥空间想象力 为什么……？
✓永久荷载 ✓屋面活荷载 ✓风荷载（左/右） ✓吊车刹车力（小车） ✓吊车小车靠近一侧时的重力
计算方法
电算：简单、精确 手算：原理、方案论证
16.45
厂房结构的计算原理
内力组合
《建筑结构荷载规范》——可能同时出现 组合规则：承载力极限状态和正常使用极限状态
对于一般的刚（框架）结构，按承载力极限状态设计 时，构件和连接可取下列公式的最不利值：
S G SGk S Q1 Q1k
厂房结构的计算原理
内力计算
当量惯性矩：将格构式柱和屋架换算为实腹式构件
yc (A 2 A 2 )
Aα和Aβ —分别为格构柱两肢（或屋架上下两弦）截面积 Xα和Xβ—格构式柱两肢（屋架上下两弦）的截面形心到 格构式柱截面中性轴的距离。 µ —反映剪力和几何形状的修正系数。 µ=0.9 平行弦 µ=0.8 上弦坡度i = 0.1 µ=0.7 上弦坡度i = 0.125
设计周期：73天
设计人员数量：4人
示例
《神盾局特工(Agents.of.S.H.I.E.L.D)》
示例
《神盾局特工(Agents.of.S.H.I.E.L.D)》之专机机库
示例
国产大飞机C919下线
示例
哈电集团核电设备厂房
示例
大国重器：8万吨锻压机厂房
重钢厂房的组成
重钢厂房的组成
厂房结构的计算原理
内力计算
当量惯性矩
对于屋架：其当量惯性矩为：
I
I0
A A A A
h2
h—为上下两弦截面形心之间的距离。
屋架尺寸未定时，可按下式估算其当量惯性矩。
I
I 0
M maxh 2f
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。
厂房结构的计算原理
内力分析
假定：小位移线性结构叠加原理 分析类型：（荷载标准值）
计算单元
简化
空间厂 房结构
简化
平面 刚架
计算单元
厂房结构的计算原理
简化模型
（a）
柱脚刚接：
（b）
（c）
✓柱尺寸大减小柱顶端的弯矩值，增大横向框架刚度
横梁与柱子的连接形式：刚接框架 (a、b)，铰接框架(c)
✓刚接框架：适用于设有双层吊车、重型吊车等重型厂房
✓铰接框架：适用于吊车起重量不大结构
16.35
用钢量
✓轻钢厂房： <80kg/m2，一般~50kg/m2 ✓重钢厂房： 100+kg/m2，有些达300kg/m2
结构形式
轻型门式刚架厂房示例
天窗架
吊车梁
山墙抗风柱
正在建设的门式刚架工程实例
重型钢结构厂房实例
➢ 某重钢厂房，高27m，跨30m，吊车250吨，墙梁。 ➢ 钢管混凝土格构式柱（边柱三肢、中柱四肢）
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
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
纵向或横向的尺度较大时为避免过大的温度应力 双柱vs单柱
重型钢结构厂房概述
重钢厂房和轻钢（刚）厂房的区别
荷载（屋面区别不大）
✓轻型厂房： 配置20t以下吊车的厂房 ✓中型厂房： 配置 20t -100t吊车的厂房 ✓重型厂房： 配置100t-350t吊车的厂房 ✓特重型厂房： 配置350t以上吊车的厂房，700t吊车
构件形式和板厚
✓轻钢厂房： 实腹式构件，腹板厚度~8mm荷载、跨度 ✓重钢厂房： 格构式构件，板厚
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
重型钢结构厂房实例
➢ 某重钢厂房，高27m，跨30m，吊车250吨。 ➢ 钢管混凝土格构式柱（边柱三肢、中柱四肢）
重型钢结构厂房实例
工程名称：南京宝色新建厂房
建筑特性：重钢厂房；格构柱；高低跨。
建筑面积：40000㎡
总用钢量：10600T
设计开始时间：2014年6月10日 设计结束时间：2014年8月26日
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
重钢厂房的结构布置
柱网布置——拔柱
由于工艺要求或其它原因。
重钢厂房的结构布置
柱网布置——拔柱后的处理
托梁、托架：上承屋架、下传柱子
托架
重钢厂房的结构布置
柱网布置——拔柱后的处理
托梁、托架：上承屋架、下传柱子
尺寸
托梁：h ( 1 ~ 1)l 10 8
b (1 1 )l 5 2.5
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。
重钢厂房的结构布置
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
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
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
厂房结构的计算原理
荷载
永Hale Waihona Puke Baidu荷载（恒载）
✓屋面恒载、檩条、屋架自重 ✓其它构件（支撑、吊车梁等）的自重 ✓围护结构自重
可变荷载（活载）
✓屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载（局部） ✓风荷载 ✓吊车荷载——吊车梁
施工荷载 地震作用
厂房结构的计算原理
荷载
风荷载 标准值： Wk z z sW0
μz –风压高度变化系数 μs—体型系数 βz—风振系数