轻、重型单层工业厂房钢结构设计区别与联系

翼缘厚度应不小于8mm；翼缘宽度一般为（1/5~1/3）h
当上翼缘轨道用压板连接时，翼缘宽度不大于300mm
考虑到局部稳定，翼缘宽度应不大于30t（Q235）或24t（Q345）
2.构件计算 （1）强度计算
吊车梁的截面强度计算公式 表 4-6
强度计算最不利点
（2）整体稳定验算（计算方法参考第2章）
H
当屋架刚度无限大，H取柱脚到屋架下弦杆轴线间的距离，图（a）
当屋架刚度为有限大小，H取柱脚到屋架截面形心的距离，图（b）
当屋架在柱顶为铰接时，H取柱底到主要支承构件的节点的距离，图 15 （c）和（d）。
H2
H1
3 荷载
轻型和重型单层工业厂房所承受的荷载种类大体相同
永久荷载、活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、地震作用
lz f
1.11.35 1.4 324000 4.8mm 2 150 5 20 50 1.0 310
选用腹板：1600×14
（3）翼缘尺寸
A1 Wx hwtw 22879000 1600 14 10566mm2 hw 6 1600 6
试用500×22
2 结构
轻型单层工业厂房
柱、柱间支撑、吊车梁、连系梁、墙、屋面梁、屋面、屋面 支撑（檩条等）。
重型单层工业厂房
柱、托架、吊车梁、制动梁或制动桁架、墙、屋架、天窗架、 檩条等。
轻型单层工业厂房结构体系
重型单层工业厂房结构体系
结构布置
轻型结构形式：单跨、双跨、多跨
（a）单跨双坡刚架 （b）双跨双坡刚架 （c）四跨双坡刚架 （d）带挑檐刚架
3）在受压翼缘与纵向加劲肋之间设有短加劲肋区格 （参考4-43）
2
2
（5）翼缘与腹板的连接计算 上下翼缘与腹板的连接采用连续的角焊缝。上翼缘焊缝主要承受
翼缘和腹板间的水平剪力和吊车轮压引起的竖向剪应力。 上翼缘与腹板的连接焊缝
1 hf 1.4f w f Vmax S1 ψP (4-49) I lz
重不大于75t的吊车，常为750mm。
B -为吊车架悬臂部分长度 D -为吊车外缘与柱内边缘之间
必须的空隙，由吊车的吨位 及是否需要走道确定。有检 修时，不小于400mm。 b1-上柱宽。
14
框架柱的计算高度H取决于屋架与柱的连接方式。
（a）
（b）
（c）
（d）
H1
H1
H1
H
H
H2
H2
H2
H
采用长圆孔螺栓 连接
吊车梁系统
吊车荷载
G、g、Q-吊车桥架自重，小车自重和吊车起重量
图4-5 桥式吊车概念
(1)竖向荷载 最大轮压与最小轮压的标准值：
G (Q g)(L k -d) (4-3a ) n 0.5n L k G (Q g ) d (4-3b) n 0.5n L k
计算力及吊车台数组合表
表4-5
内力分析
竖向荷载全部由吊车梁承受； 横向水平制动力由制动结构承受；
纵向水平制动力由吊车梁支座下翼缘与柱子的连接来承受并传递；
吊车梁的上翼缘需考虑竖向和横向水平荷载共同作用产生的内力。 在选择和验算吊车梁的截面前，必须算出吊车梁的绝对最大 弯矩以及相同轮位下制动结构的弯矩和剪力。
Pk ,max
Pk ,min
(2)横向水平荷载：小车沿桥架移动时因刹车引起的制动力 横向：小车移动的方向，每个车轮作用在轨道上的横向水平 荷载的标准值：
Tk ,H 来自百度文库 αH (Q g)/n (4-4)
αH
---吊车横向荷载系数
(3)重级工作制吊车行走时摆动引起的横向水平力。
H k α2 Pk ,max (4-5)
特点：
（1）实腹式框架梁
（2）柱脚铰接 （3）等截面柱或者变截面柱
重型厂房横向框架的形式
特点： （1）屋架：三角形、梯形、矩形
（2）柱脚刚接
（3）阶梯柱
10
轻型计算简图
变截面刚架
重型计算简图
12
横向框架的主要尺寸 框架的跨度：一般取为上部柱中心线间的横向距离，可由下式 定出：
13
L0=Lk+2S Lk-为吊车的跨度，一般为0.5m的倍数； S -为吊车梁轴线到上柱轴线的距离。S=B+D+b1/2。对于起
（3）刚度验算
1）竖向挠度计算
（4）疲劳计算
M p max -M p min α f Δσ α f y Δσ 2106 (4-41) Inx
M p max、M pmin、 Δσ2106 ---疲劳验算处截面的最大、最小弯矩；
疲劳容许应力幅
（5）局部稳定计算
板件的宽厚比限值和加劲肋的设置
2 2
下翼缘与腹板的连接焊缝
Vmax S2 hf (4-50) w 1.4f f I
图4-43 焊透的T形连接焊缝
例4.2 焊接实腹式吊车梁设计 1.设计资料
吊车资料 表例4-2A
（2）走道荷载，2kN/m2； （3）采用简支焊接实腹式工字型吊车梁，跨度为12m； （4）制动结构用焊接实腹式制动梁，宽度为1m；
(4-37)
（3）翼缘尺寸
腹板的高度和厚度确定后，可求翼缘所需的面积A1。
Wx 1 A1 - hw t w (4-38) hw 6
非重级工作制吊车梁： W 1.2 M xmax (4-39a) x
f
重级工作制吊车梁： Wx 1.4 M xmax (4-39b)
f
挤压条件来选定。 1）经验公式：
tw 7 3h (4-35)
H---梁的高度，以“m”计
2）抗剪要求：
1.2Vmax tw h wfv
σc
(2 12)
α1ψγQ Pk ,max t wl z f (4-36)
3）局部挤压应力计算：
tw
α1ψγ Q Pk ,max lz f
2.内力计算
3.截面选择 （1）梁的高度 按经济高度
Wx 1.4 4821000000 22879000mm3 295
h 7 3 22879000 300 1687mm
l hmin 0.265 fl 106 0.265 295 v 12000 1200 106 1125mm
（4）疲劳强度验算
（5）翼缘和腹板局部稳定验算 翼缘自由外伸宽度b与其厚度t的比值
b 250 235 11.4 15 12.4 t 22 345
腹板高厚比
hw 1600 235 114 170 140 t 1.4 10 345
对净空无特殊要求，采用腹板高度
hw 160cm
（2）腹板厚度
按经验公式：
tw 7 3h 7 31.60 11.8mm
按抗剪要求
tw min 1.5Vmax 1.5 1972000 10.3mm hw f v 1600 180
按局部挤压要求
tw
1 Q Pk ,max
图4-42 腹板加劲肋纵横向布置示意图
1）受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格
σ τ σc 1.0 (4-43) σ cr1 τcr1 σc,cr1
2 2
2）受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格
σ2 τ σc 2 1.0 (4-46) σ cr 2 τcr 2 σ c ,cr 2
吊车梁内力计算
计算最大弯矩时的布置
吊车梁内力计算
吊车梁设计
1.截面选择 （1）梁的高度 在确定吊车梁的高度时，应考虑经济、刚度要求、建筑净空要求 和腹板钢板规格。近似把吊车梁作为承受均布荷载的简支梁：
v 5 ql 3 5 M'l 1 M'l l 384 EI x 48 EI x 10 EI x
(1)吊车竖向荷载设计值
P α1γQ Pk ,max (4-30)
α1 ---竖向轮压动力系数
Pk ,max ---吊车每个车轮的最大轮压标准值
1
---考虑吊车上的走道荷载，积灰荷载等的荷载增大系数
(2)横向水平荷载设计值：
T γQ Tk ,H (4-31)
Tk ,H
---每个车轮作用在轨道上的横向水平荷载的标准值
（2）整体稳定验算 本吊车梁有制动梁，整体稳定不需要验算。
（3）刚度验算
验算吊车梁竖向挠度（不考虑动力系数）
' Vx Mx l 206100000 12000 1 1 v 5 4 l 10EI x 10 2.06 10 1924853 10 1603 l 1200
（4）截面几何特征
毛截面几何特性
1 I x 50 2.2 81.1 2 1.4 1603 12 1924853 104 mm 4
2
1924853 Wx 23417 103 mm3 82.2
净截面几何特性
制动梁的截面特性（毛截面和净截面） 4.承载能力和刚度验算 (1)强度验算
(4)纵向水平荷载：吊车桥架沿吊车梁运行时因制动产生的 制动力，方向与吊车轨道一致。每个制动轮的纵向水平制动 力标准值：
Tk ,V 0.1Pk ,max (4-6)
4 吊车梁的设计计算
吊车梁按支承情况可分为简支和连续的。按结构体系可分为实 腹式、下撑式和桁架式。
图4-39 吊车梁的类型 (a)简支实腹吊车梁;(b)连续实腹吊车梁;(c)、(d)、(e)下撑式吊车梁; (f)、(g)桁架式吊车梁
非重级工作制吊车梁的最小高度为：
hmin 0.31fl (4-34a ) v 6 10 l
重级工作制吊车梁的最小高度为：
hmin 0.265 fl (4-34b) v 6 10 l
（2）腹板的厚度
吊车梁的腹板厚度一般按经验公式、支座处抗剪要求和局部
轻、重型单层工业厂房 钢结构设计
1 2 3 4 概念 结构 荷载 吊车梁的设计计算
1 概念
轻型单层工业厂房
厂房高度不是很大（如20m以下）、仅配置起重量较小的吊车 设备（不超过15t）或不配置吊车设备的单层工业厂房。
重型单层工业厂房
内部配置重型设备、管线以及车间具有很大高度的工业厂房， 相对轻型厂房，这类结构可以称之为重型工业厂房。
地震作用 抗震设防区的重型厂房都应考虑地震作用的计算。
图4-6 重型厂房考虑地震作用时的分析模型
FEk αGeq (4-7)
Fi
Gi H i
GjH j
1
2
FEk ,i 1,2 (4-8)
吊车系统
吊车系统
承受横向水平力作用，加强 吊车梁的上翼缘： （1）上翼缘的钢板加厚加宽 （2）制动梁或制动桁架
作用于每个轮压处由吊车摆动引起的横向力设计值：
H γQ H k (4-32)
(3)吊车纵向水平荷载设计值
T γQ Tk ,V (4-33)
(4)制动梁或制动桁架的平台板上的竖向荷载 吊车梁走道上的活荷载一般可取2kN/m2
(5)当吊车梁与辅助桁架还承受屋盖或墙架的荷载时，还应 按实际情况计算。
（5）吊车梁用Q345钢，焊条用E50型。
P
P
P
P
P
P
840
1526
840
5410
840
2544
P 11 Q c Pk ,max 1.11.05 1.4 0.95 324 498kN
Vmax 498 (2.544 3.384 8.794 9.634 11.160 12) 1972 kN 12
P
P
P
P
4016 6000
840
763 381
840 382 6000
4778
RA
498 4 6 0.381 1059kN 12
Mmax 1059 6.382 498 1.526 2.366 4821kN m
VB (R c P) (498 4 1059 498) 435kN
归纳总结： 按车间内吊车的起重量： 轻型厂房（20t以内，A1、A2、A3）安装,维修用的电 动梁式吊车.手动梁式吊车. 中型厂房（20t~100t，A4、A5）机械加工车间用的软 钩桥式吊车 重型厂房（100t~350t，A6、A7）繁重工作车间软钩 桥式吊车 特重型厂房（350t以上，A8）冶金用桥式吊车,连续 工作的电磁,抓斗桥式吊车