第3章 普通钢屋架、单层厂房1

3.2.4 屋盖结构
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
无檩体系——适用于大型屋面板
有檩体系——适用于轻型屋面板
无檩体系
组成：
屋架、天窗架、支撑、大型屋面板 大型屋面板 屋架（或天窗架） 屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久。 屋面自重较大，抗震不利。
传力路线： 屋面荷载
优点：
缺点：
有檩体系
组成： 轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架 屋面板 檩条 屋架 传力路线： 屋面荷载 优点： 构件自重轻，用料省，运输安装轻便。 缺点： 构件较多，构造较复杂，整体刚度差。
1、 屋架形式和主要尺寸
确定桁架形式的原则
1）屋架形式和腹杆体系
屋架的外形
腹杆体系 三 角 形 屋 架
跨度l：取为上柱或下柱中心线间的横向距离
3、主要尺寸
h1
高度h：柱脚底面到屋架下弦的距离（刚接）
柱脚底面到柱顶面的距离（铰接）
h2
框架的跨度:
L Lk C C'
m1 c S1 Lk C’
h1 C d m1 2 取（750 - 1500 ）mm
S2
H
式中，
d──吊车桥架尾部长度； m1──吊车和柱之间必要的 空隙； h1, h2 ──框架边柱和中柱 上段柱的截面宽度。
h
阶形柱：
上段柱 下段柱
对于下段柱，一般：
当柱高≤1000mm，
采用实腹式；
当柱高＞ 1000mm，
采用格构式。
阶形实腹柱
阶形格构柱
分离式柱： 吊车肢
屋盖肢
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； 吊车肢设置灵活。
适用情况：
①邻跨为扩建跨； ②相邻两跨吊车的轨顶标高相差悬殊 而低跨吊车起重量比较大； ③同跨设两层吊车，且轨顶标高相差 悬殊时。
是按起重机利用等级和载荷状态划分，是表明起重 机工作繁重程度的参数 。
1、横向平面框架体系：
柱和横梁， 柱和屋架
屋架竖向支撑
屋架 是单层厂房钢结 构的主要承重体系， 托架 承受结构的自重、屋 面雪荷载和其他活荷 载、吊车的竖向与横 向荷载，横向风荷载、 横向地震作用等，并 横向平面框架 制动桁架 把这些荷载传递到基 吊车梁 础。
S3 L
框架从柱脚底面到屋架下弦底部的距离:
h1
h2
H h1 h2 h3
h3—室内地面至柱脚底 面的距离。中型车间一般 为0.6～1.0ｍ，重型车间 为1.0～1.5ｍ。 h2—地面至吊车轨顶的 高度，由工艺决定； h1—吊车轨顶到屋架下 弦的距离；
m1 c
h1
Lk
C’
h2
H
h3 L
S1 A 100 ( 150 ~ 200 )mm
钢柱及柱间支撑 （轴向拉压）
屋面板
檩条
屋架、梁
柱
横向风载
风 荷 载 纵向风载
（风吸、弯曲）
（弯、剪） （弯、剪） 墙梁
基础
（长）墙板 （弯曲） 上端
刚性系杆
（拉、弯、剪）
（受弯、剪）
横向水平支撑 基础
（压） （轴压、拉）
柱间支撑、柱
端墙板
墙板
抗风柱 下端
（轴拉、压）
吊顶、灯具、电线等重 屋面活荷载 积灰荷载 屋面板 屋面板自重 防火层保温层等 （弯曲） 檩条 （弯曲）
普通钢结构厂房
门式刚架厂房钢结构
◆跨度大,高度大,吊车起重量大
重型厂房
◆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
中型车间：吊车起重量Q=20~100t
重型厂房
重型车间：吊车起重量Q=100~350t
吊车的工作制等级与工作级别的对应关系
工作制等级 工作级别 轻级 A1～A3 中级 A4,A5 重级 A6,A7 特重级 A8
上弦横向水平支撑布置
天窗架上弦横向水平支撑布置
支撑布置在第一节间时屋架上弦横向水平支撑布置图
②下弦横向水平支撑
抵抗端墙传来风载；增加屋盖横向刚度；减小屋架下弦计算长度。 当跨度L≥18m； 屋架下弦设有悬挂（Q>5t），有起重量较大的桥式吊车； 屋架下弦设有通长的纵向水平支撑； 与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。
当桁架与柱铰接时为1.6~2.2m， 刚接时为1.8~2.4m
最大高度取决于运输界限，如铁路运输界限为3.85m。
节间宽度 屋架上弦节间的划分应根据屋面材料而定，要尽量使屋面 荷载直接作用在屋架节点上，避免上弦杆产生局部弯矩。
若采用大型屋面板时，上弦节间长度应等于屋面板的宽度， 一般取1.5m或3m；
屋架竖向支撑
屋架 托架
上弦水平支撑
横向平面框架 制动桁架 吊车梁
柱间支撑
框架柱
5、吊车梁系统： 吊车梁、制动结构及辅助结构等组成。
承担吊车竖向荷载及水平荷载，并传递至横向平面框架和 纵向平面框架。
吊车梁
格构柱
6、墙架结构体系：
墙梁、墙架柱及抗风桁架等组成。 承担维护材料重量及风荷载，并传递至框架柱和支撑体系。
构件（运输单元） 的标准化
节点连接 的标准化
模数化
定型化
统一化
配套标准图集：梯形钢屋架 钢天窗架 钢托架 钢吊车梁
3.2.1 柱网布置
3.2.1 柱网布置
1）生产工艺流程要求：
2）结构上的要求：在保证厂房具有必需的刚度和强度 的同时，注意柱距和跨度的类别尽量少些，以利施工。 3）经济要求： 4）模数要求：厂房跨度L≤18m时，以3m为模数 厂房跨度L＞18m时，以6m为模数
②保证屋盖结构的空间刚度和空间整体性 屋架上弦下弦的水平支撑与屋架弦杆组成水平桁架，屋 架端部和中央的垂直支撑与屋架竖杆组成竖向桁架，则有 足够的刚度和稳定性。
③为弦杆提供必要的侧向支承点 支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在屋架 平面外的计算长度，保证受压上弦杆的侧向稳定，并使 受拉下弦保持足够的侧向刚度。
§3.2 结构布置与选型
(Layout of Single-story Steel Workshop Building ) 设计标准化 生产工厂化 施工机械化
结构布置内容和原则
柱网布置 屋盖结构型式 墙架布置
横向框架形式 支撑体系 吊车梁系统布置
结构布置原则:
建筑工业化 产品标准化
结构物 的标准化
屋架竖向支撑
屋架
上弦水平支撑
托架
横向平面框架
制动桁架 吊车梁
柱间支撑
框架柱
竖向轮压 吊 车 荷 载 竖向制动力 横向制动力
轨道
吊车梁
钢柱
基础
（偏压） 基础
（局部承压） （弯、剪、局部承压） （偏压） 制动梁或制动桁架 （水平受弯、剪） 吊车梁 （受压、弯） 钢柱
（受弯、剪） （受弯、剪） 基础 （推力、弯矩）
上弦水平支撑
柱间支撑
框架柱
2、纵向框架：由柱、托架、吊车梁、及柱间支撑等组成。
承受结构的纵向 水平荷载即：吊车纵 向水平制动力、纵向 风荷载、纵向地震作 用等，并把这些荷载 传递到基础。
屋架竖向支撑
屋架 托架
上弦水平支撑
横向平面框架 制动桁架 吊车梁
柱间支撑
框架柱
3、屋盖结构体系：
檩条（或大型屋面板）、天窗架、屋架及托架等组成。
窗、墙、墙梁重
墙梁
屋架、梁 （弯曲）
柱
基础
檩条自重
屋盖支撑、屋架、梁重
柱、吊车梁重
柱间支撑重
刚性系杆 拉条
撑杆 横向支撑 檩条 斜拉条 柔性系杆 屋面板
托架 框架柱 屋架
柱间支撑
墙架柱
门梁 抗风桁架 门柱 墙面板 制动桁架 墙架梁 吊车梁 抗风柱
墙架梁
普通厂房钢结构
刚性系杆 拉条
屋面板
横向支撑 檩条 斜拉条 撑杆 刚架梁
2） 屋架主要尺寸的确定
跨度 高度（跨中、端部） 节间宽度
跨度
标志跨度柱网轴线间距 (18m、21m、24m、27m、30m、36m )
计算跨度是屋架两端支座反力的距离。
高度 应按经济、刚度、建筑等要求以及运输界限、屋面坡度 等因素来确定。 三角形屋架: 跨中高度h=(1/6~1/4)l
梯形屋架: 当 上 弦 坡 度 为 1/8~1/12 时 ， 跨 中 高 度 一 般 为 h=(1/10~1/6)l 。 梯形桁架的端部高度：
1、屋盖支撑的作用
①保证屋盖结构的几何稳定性
几何可变体 系屋架侧倾
几何不变体 系屋架稳定
平面屋架在其本身平面内．由于弦杆与腹杆构成了三角 形的几何不变铰接体系而具有较大的刚度，但在垂直于屋架
平面方向(通称屋架平面外)，不设支撑体系的平面屋架却不
能保持其几何不变。
屋架的端视图，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倾斜；仅当设了垂直支撑桁 架和系杆，才能保持各个屋架在平面外的几何稳定性。
墙面板
山墙斜横梁
墙架梁 柱间支撑
角柱
28
墙架柱
门柱
门梁 框架柱 墙架梁 吊车梁 抗风柱
门式刚架厂房钢结构
Baidu Nhomakorabea
跨度大，30m以上 高度大，可达60m以上 吨位大，吊车数百吨 强侵蚀环境
厂房结构的设计步骤:
根据工艺设计确定车间平面及高度方向的主要结构 尺寸，布置柱网和变形缝； 选择主要承重的框架形式，确定框架主要尺寸； 布置屋盖结构、吊车梁结构、支撑体系、墙架体系； 确定计算单元； 内力计算； 构件及连接设计； 绘制施工图。
铰接:横向刚度较差。 刚接:对不均匀沉降和温度作用敏感
b1 b2
当厂房较高（H≥18m），吊车梁起重量较大,宜采用刚接框架。
m1 d c
h1 hB
lk c c
h3
h2
h
l
铰接框架
刚接框架
2、框架柱的类型
等截面柱 阶形柱 分离式柱
等截面柱：
适用于 无吊车 吊车起重量Q≤20t， 柱距l≤ 12m的车间。
④承担并传递水平荷载 ⑤保证结构安装时的稳定与方便
2、屋盖支撑的布置
①上弦横向水平支撑
抵抗端墙传来风载；增加屋盖横向 刚度；减小屋架上弦计算长度。 ①各种屋盖，包括天窗架都要设置 ②布置在两端第一或第二柱间 ③横向间距不超过60米。
≤60米
支撑根据： 房屋跨度
高度
柱网布置 屋盖结构形式 荷载作用情况进行布置
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
超出表中数值时,应考虑温度应力和温度变形。
双柱法
轻、中型厂房：c=1000m 重、特重厂房：c=1500m、2000m
/2
/2
不加入距方案
双柱法
/2
/2
加入距方案
3.2.3 横向框架形式与框架柱类型 1、横向框架类型
当采用檩条时，根据檩条间距而定，一般取0.8m～3.0m。
3.2.5支撑体系 支撑系统：屋盖支撑、柱间支撑
一、屋盖支撑
横向水平支撑:布置在屋架上、下弦及天窗上弦平面，是沿 屋架方向布置的支撑。 纵向水平支撑:布置在屋架上或下弦，是垂直屋架方向布置 的支撑。 垂直支撑:布置在屋架间及天窗间，是竖向布置的支撑。 系杆:布置在屋架上、下平面及及天窗架上弦平面内。
一般地， 对单层多跨轻盖厂房，柱距一般取7.5~9m; 对重型工业厂房，取6~12m;
3.2.2 温度伸缩缝
一般从基础顶面以上将结构构件完全分开或在构造上采 取适当措施，且相邻柱脚间的净距离不宜小于40mm。 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 220 180 120 120 100 -150 125 --
芬克式腹杆
人字式腹杆
单向斜杆式腹杆
梯 形 屋 架
人字式腹杆
再分式腹杆
������ ������
单斜式——短杆拉、长杆压 人字式——减短上弦支承距离，避免上弦受弯
������
������ ������ ������
芬克式——便于运输、装配
交叉式——斜杆可用柔性、省材 K型式——竖杆计算长度短，弦杆计算长度短 再分式——减短弦杆计算长度
屋架竖向支撑
承担屋面 竖向荷载及水 平荷载，并传 递至横向平面 框架柱。
屋架 托架
上弦水平支撑
横向平面框架 制动桁架 吊车梁
柱间支撑
框架柱
4、支撑体系： 屋盖支撑、柱间支撑等组成。
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。
≤60米
上弦支撑布置
下弦支撑布置
③下弦（或上弦）纵向水平支撑
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。 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屋架跨度或房屋高度较高时 设； 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。
(Single-story Steel Workshop Building） 3.1 概述
3.2
3.3
结构选型与布置
横向框架设计
3.4
3.5 3.6
吊车梁设计
普通钢屋架设计 钢屋盖设计实例
§3.1 概述
(Introduction of Single-story Steel Building)
一、 结构形式和适用范围