3.1概述3.2結(jié)構(gòu)選型與布置3.3橫向框架設(shè)計(jì)3.4吊車(chē)梁設(shè)計(jì)3.5普通鋼屋架設(shè)計(jì)3.6鋼屋蓋設(shè)計(jì)實(shí)例第3章普通廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(Single-story

Steel

WorkshopBuilding）§3.1概述

(IntroductionofSingle-storySteelBuilding)一、結(jié)構(gòu)形式和適用范圍

普通鋼結(jié)構(gòu)廠房

門(mén)式剛架廠房鋼結(jié)構(gòu)◆跨度大,高度大,吊車(chē)起重量大◆鋼屋架-大型屋面板結(jié)構(gòu)體系◆鋼屋架-檁條-輕型屋面板結(jié)構(gòu)體系重型廠房重型廠房中型車(chē)間：吊車(chē)起重量Q=20~100t重型車(chē)間：吊車(chē)起重量Q=100~350t

是按起重機(jī)利用等級(jí)和載荷狀態(tài)劃分，是表明起重機(jī)工作繁重程度的參數(shù)。工作制等級(jí)

輕級(jí)

中級(jí)

重級(jí)

特重級(jí)

工作級(jí)別A1～A3A4,A5A6,A7A8吊車(chē)的工作制等級(jí)與工作級(jí)別的對(duì)應(yīng)關(guān)系1、橫向平面框架體系：

是單層廠房鋼結(jié)構(gòu)的主要承重體系，承受結(jié)構(gòu)的自重、屋面雪荷載和其他活荷載、吊車(chē)的豎向與橫向荷載，橫向風(fēng)荷載、橫向地震作用等，并把這些荷載傳遞到基礎(chǔ)。

柱和屋架柱和橫梁，屋架

托架

上弦水平支撐

制動(dòng)桁架

吊車(chē)梁

屋架豎向支撐

柱間支撐

框架柱

橫向平面框架

2、縱向框架：由柱、托架、吊車(chē)梁、及柱間支撐等組成。

承受結(jié)構(gòu)的縱向水平荷載即：吊車(chē)縱向水平制動(dòng)力、縱向風(fēng)荷載、縱向地震作用等，并把這些荷載傳遞到基礎(chǔ)。

屋架

托架

上弦水平支撐

制動(dòng)桁架

吊車(chē)梁

屋架豎向支撐

柱間支撐

框架柱

橫向平面框架

3、屋蓋結(jié)構(gòu)體系：

檁條（或大型屋面板）、天窗架、屋架及托架等組成。

承擔(dān)屋面豎向荷載及水平荷載，并傳遞至橫向平面框架柱。

屋架

托架

上弦水平支撐

制動(dòng)桁架

吊車(chē)梁

屋架豎向支撐

柱間支撐

框架柱

橫向平面框架

4、支撐體系：

屋蓋支撐、柱間支撐等組成。

一方面與柱、吊車(chē)梁等組成單層廠房鋼結(jié)構(gòu)的縱向框架，承擔(dān)縱向水平荷載；另一方面又把主要承重體系由個(gè)別的平面結(jié)構(gòu)連成空間的整體結(jié)構(gòu)，從而保證了單層廠房鋼結(jié)構(gòu)所必需的剛度和穩(wěn)定。屋架

托架

上弦水平支撐

制動(dòng)桁架

吊車(chē)梁

屋架豎向支撐

柱間支撐

框架柱

橫向平面框架

5、吊車(chē)梁系統(tǒng)：

吊車(chē)梁、制動(dòng)結(jié)構(gòu)及輔助結(jié)構(gòu)等組成。

承擔(dān)吊車(chē)豎向荷載及水平荷載，并傳遞至橫向平面框架和縱向平面框架。

格構(gòu)柱吊車(chē)梁6、墻架結(jié)構(gòu)體系：

墻梁、墻架柱及抗風(fēng)桁架等組成。

承擔(dān)維護(hù)材料重量及風(fēng)荷載，并傳遞至框架柱和支撐體系。

屋架

托架

上弦水平支撐

制動(dòng)桁架

吊車(chē)梁

屋架豎向支撐

柱間支撐

框架柱

橫向平面框架

吊車(chē)荷載豎向輪壓軌道吊車(chē)梁鋼柱基礎(chǔ)橫向制動(dòng)力制動(dòng)梁或制動(dòng)桁架鋼柱基礎(chǔ)豎向制動(dòng)力吊車(chē)梁鋼柱及柱間支撐基礎(chǔ)（局部承壓）（彎、剪、局部承壓）（偏壓）（偏壓）（水平受彎、剪）（受彎、剪）（受彎、剪）（受壓、彎）（軸向拉壓）（推力、彎矩）風(fēng)荷載橫向風(fēng)載屋面板檁條屋架、梁（長(zhǎng)）墻板墻梁基礎(chǔ)縱向風(fēng)載端墻板（風(fēng)吸、彎曲）（彎、剪）（彎、剪）（彎曲）（受彎、剪）（拉、彎、剪）（壓）（軸壓、拉）柱墻板抗風(fēng)柱剛性系桿橫向水平支撐柱間支撐、柱基礎(chǔ)（軸拉、壓）上端下端基礎(chǔ)（彎曲）（彎曲）柱屋面板檁條自重屋蓋支撐、屋架、梁重柱、吊車(chē)梁重屋面活荷載積灰荷載屋面板自重防火層保溫層等檁條屋架、梁柱間支撐重（彎曲）吊頂、燈具、電線等重墻梁窗、墻、墻梁重框架柱屋架墻架柱抗風(fēng)柱墻架梁門(mén)梁門(mén)柱墻架梁吊車(chē)梁檁條剛性系桿柱間支撐拉條斜拉條撐桿橫向支撐屋面板墻面板制動(dòng)桁架抗風(fēng)桁架柔性系桿托架

普通廠房鋼結(jié)構(gòu)28框架柱墻架柱門(mén)梁墻架梁角柱剛架梁山墻斜橫梁撐桿斜拉條檁條橫向支撐屋面板剛性系桿拉條墻面板墻架梁柱間支撐門(mén)柱吊車(chē)梁抗風(fēng)柱

門(mén)式剛架廠房鋼結(jié)構(gòu)跨度大，30m以上高度大，可達(dá)60m以上噸位大，吊車(chē)數(shù)百?lài)崗?qiáng)侵蝕環(huán)境廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟:根據(jù)工藝設(shè)計(jì)確定車(chē)間平面及高度方向的主要結(jié)構(gòu)尺寸，布置柱網(wǎng)和變形縫；選擇主要承重的框架形式，確定框架主要尺寸；布置屋蓋結(jié)構(gòu)、吊車(chē)梁結(jié)構(gòu)、支撐體系、墻架體系；確定計(jì)算單元；內(nèi)力計(jì)算；構(gòu)件及連接設(shè)計(jì)；繪制施工圖。§3.2結(jié)構(gòu)布置與選型

(LayoutofSingle-story

Steel

WorkshopBuilding)結(jié)構(gòu)布置內(nèi)容和原則

柱網(wǎng)布置橫向框架形式屋蓋結(jié)構(gòu)型式支撐體系墻架布置吊車(chē)梁系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)工廠化施工機(jī)械化結(jié)構(gòu)布置原則:

建筑工業(yè)化產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)物的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件（運(yùn)輸單元）的標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)點(diǎn)連接的標(biāo)準(zhǔn)化模數(shù)化定型化統(tǒng)一化配套標(biāo)準(zhǔn)圖集：梯形鋼屋架鋼天窗架鋼托架鋼吊車(chē)梁3.2.1柱網(wǎng)布置3.2.1柱網(wǎng)布置1）生產(chǎn)工藝流程要求：2）結(jié)構(gòu)上的要求：在保證廠房具有必需的剛度和強(qiáng)度的同時(shí)，注意柱距和跨度的類(lèi)別盡量少些，以利施工。3）經(jīng)濟(jì)要求：4）模數(shù)要求：廠房跨度L≤18m時(shí)，以3m為模數(shù)廠房跨度L＞18m時(shí)，以6m為模數(shù)

一般地，對(duì)單層多跨輕蓋廠房，柱距一般取7.5~9m;對(duì)重型工業(yè)廠房，取6~12m;超出表中數(shù)值時(shí),應(yīng)考慮溫度應(yīng)力和溫度變形。

結(jié)構(gòu)情況縱向溫度區(qū)段(垂直屋架或構(gòu)架跨度方向)橫向溫度區(qū)段(屋架或構(gòu)架跨度方向)柱頂為剛接柱頂為鉸接采暖房屋和非采暖地區(qū)的房屋熱車(chē)間和采暖地區(qū)的非采暖房屋露天結(jié)構(gòu)220120150180100125120----3.2.2溫度伸縮縫

一般從基礎(chǔ)頂面以上將結(jié)構(gòu)構(gòu)件完全分開(kāi)或在構(gòu)造上采取適當(dāng)措施，且相鄰柱腳間的凈距離不宜小于40mm。雙柱法不加入距方案輕、中型廠房：c=1000m重、特重廠房：c=1500m、2000m/2/2雙柱法加入距方案/2/21、橫向框架類(lèi)型鉸接框架鉸接:橫向剛度較差。剛接:對(duì)不均勻沉降和溫度作用敏感剛接框架

3.2.3橫向框架形式與框架柱類(lèi)型當(dāng)廠房較高（H≥18m），吊車(chē)梁起重量較大,宜采用剛接框架。等截面柱階形柱分離式柱等截面柱：適用于無(wú)吊車(chē)吊車(chē)起重量Q≤20t，柱距l(xiāng)≤12m的車(chē)間。h2、框架柱的類(lèi)型階形柱：下段柱上段柱階形實(shí)腹柱階形格構(gòu)柱對(duì)于下段柱，一般：當(dāng)柱高≤1000mm，采用實(shí)腹式；當(dāng)柱高＞1000mm，采用格構(gòu)式。分離式柱：減小兩肢在框架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度；兩肢分別單獨(dú)承擔(dān)荷載；吊車(chē)肢設(shè)置靈活。吊車(chē)肢屋蓋肢優(yōu)點(diǎn)：適用情況：①鄰跨為擴(kuò)建跨；②相鄰兩跨吊車(chē)的軌頂標(biāo)高相差懸殊而低跨吊車(chē)起重量比較大；③同跨設(shè)兩層吊車(chē)，且軌頂標(biāo)高相差懸殊時(shí)。3、主要尺寸h1h2C’Lkm1cS1S2S3HL框架的跨度:式中，d──吊車(chē)橋架尾部長(zhǎng)度；m1──吊車(chē)和柱之間必要的空隙；h1,h2──框架邊柱和中柱上段柱的截面寬度。跨度l：取為上柱或下柱中心線間的橫向距離高度h：柱腳底面到屋架下弦的距離（剛接）柱腳底面到柱頂面的距離（鉸接）

框架從柱腳底面到屋架下弦底部的距離:h3—室內(nèi)地面至柱腳底面的距離。中型車(chē)間一般為0.6～1.0ｍ，重型車(chē)間為1.0～1.5ｍ。h2—地面至吊車(chē)軌頂?shù)母叨龋晒に嚊Q定；h1—吊車(chē)軌頂?shù)轿菁芟孪业木嚯x；h1h2C’Lkm1ch1h2h3HL鋼屋架—大型屋面板結(jié)構(gòu)體系鋼屋架—檁條—輕型屋面板結(jié)構(gòu)體系無(wú)檁體系——適用于大型屋面板有檁體系——適用于輕型屋面板3.2.4屋蓋結(jié)構(gòu)組成：無(wú)檁體系傳力路線：屋面荷載

大型屋面板屋架（或天窗架）

屋架、天窗架、支撐、大型屋面板優(yōu)點(diǎn)：屋蓋橫向剛度大，整體性好，構(gòu)造簡(jiǎn)單，耐久。缺點(diǎn)：屋面自重較大，抗震不利。屋面荷載

屋面板

檁條

屋架組成：有檁體系傳力路線：輕質(zhì)屋面板、檁條、拉條、支撐、屋架

優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)件自重輕，用料省，運(yùn)輸安裝輕便。缺點(diǎn)：構(gòu)件較多，構(gòu)造較復(fù)雜，整體剛度差。1、屋架形式和主要尺寸確定桁架形式的原則

屋架的外形1）屋架形式和腹桿體系芬克式腹桿人字式腹桿單向斜桿式腹桿人字式腹桿再分式腹桿三角形屋架梯形屋架

腹桿體系單斜式——短桿拉、長(zhǎng)桿壓人字式——減短上弦支承距離，避免上弦受彎芬克式——便于運(yùn)輸、裝配交叉式——斜桿可用柔性、省材K型式——豎桿計(jì)算長(zhǎng)度短，弦桿計(jì)算長(zhǎng)度短再分式——減短弦桿計(jì)算長(zhǎng)度2）屋架主要尺寸的確定跨度高度（跨中、端部）節(jié)間寬度跨度標(biāo)志跨度柱網(wǎng)軸線間距(18m、21m、24m、27m、30m、36m)

計(jì)算跨度是屋架兩端支座反力的距離。高度

應(yīng)按經(jīng)濟(jì)、剛度、建筑等要求以及運(yùn)輸界限、屋面坡度等因素來(lái)確定。三角形屋架:跨中高度h=(1/6~1/4)l梯形屋架:當(dāng)上弦坡度為1/8~1/12時(shí)，跨中高度一般為h=(1/10~1/6)l

。梯形桁架的端部高度：當(dāng)桁架與柱鉸接時(shí)為1.6~2.2m，剛接時(shí)為1.8~2.4m最大高度取決于運(yùn)輸界限，如鐵路運(yùn)輸界限為3.85m。節(jié)間寬度

屋架上弦節(jié)間的劃分應(yīng)根據(jù)屋面材料而定，要盡量使屋面荷載直接作用在屋架節(jié)點(diǎn)上，避免上弦桿產(chǎn)生局部彎矩。若采用大型屋面板時(shí)，上弦節(jié)間長(zhǎng)度應(yīng)等于屋面板的寬度，一般取1.5m或3m；當(dāng)采用檁條時(shí)，根據(jù)檁條間距而定，一般取0.8m～3.0m。支撐系統(tǒng)：屋蓋支撐、柱間支撐支撐體系一、屋蓋支撐橫向水平支撐: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撐。縱向水平支撐:布置在屋架上或下弦，是垂直屋架方向布置的支撐。垂直支撐:布置在屋架間及天窗間，是豎向布置的支撐。系桿:布置在屋架上、下平面及及天窗架上弦平面內(nèi)。①保證屋蓋結(jié)構(gòu)的幾何穩(wěn)定性幾何不變體系屋架穩(wěn)定幾何可變體系屋架側(cè)傾1、屋蓋支撐的作用

平面屋架在其本身平面內(nèi)．由于弦桿與腹桿構(gòu)成了三角形的幾何不變鉸接體系而具有較大的剛度，但在垂直于屋架平面方向(通稱(chēng)屋架平面外)，不設(shè)支撐體系的平面屋架卻不能保持其幾何不變。屋架的端視圖，當(dāng)在屋架端部?jī)晌菁荛g未設(shè)垂直支撐桁架時(shí)，雖有檁條和系桿的連系，屋架相互間仍是幾何可變的，在側(cè)向力作用下屋架會(huì)傾斜；僅當(dāng)設(shè)了垂直支撐桁架和系桿，才能保持各個(gè)屋架在平面外的幾何穩(wěn)定性。

屋架上弦下弦的水平支撐與屋架弦桿組成水平桁架，屋架端部和中央的垂直支撐與屋架豎桿組成豎向桁架，則有足夠的剛度和穩(wěn)定性。②保證屋蓋結(jié)構(gòu)的空間剛度和空間整體性③為弦桿提供必要的側(cè)向支承點(diǎn)

支撐可作為屋架弦桿的側(cè)向支承點(diǎn)，減小弦桿在屋架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度，保證受壓上弦桿的側(cè)向穩(wěn)定，并使受拉下弦保持足夠的側(cè)向剛度。④承擔(dān)并傳遞水平荷載⑤保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定與方便2、屋蓋支撐的布置

①上弦橫向水平支撐上弦橫向水平支撐布置天窗架上弦橫向水平支撐布置

抵抗端墻傳來(lái)風(fēng)載；增加屋蓋橫向剛度；減小屋架上弦計(jì)算長(zhǎng)度。①各種屋蓋，包括天窗架都要設(shè)置②布置在兩端第一或第二柱間③橫向間距不超過(guò)60米。≤60米支撐根據(jù)：房屋跨度高度柱網(wǎng)布置屋蓋結(jié)構(gòu)形式荷載作用情況進(jìn)行布置

支撐布置在第一節(jié)間時(shí)屋架上弦橫向水平支撐布置圖②下弦橫向水平支撐

抵抗端墻傳來(lái)風(fēng)載；增加屋蓋橫向剛度；減小屋架下弦計(jì)算長(zhǎng)度。當(dāng)跨度L≥18m；屋架下弦設(shè)有懸掛（Q>5t），有起重量較大的橋式吊車(chē)；屋架下弦設(shè)有通長(zhǎng)的縱向水平支撐；與上弦橫向水平支撐布置在同一柱間。≤60米上弦支撐布置下弦支撐布置③下弦（或上弦）縱向水平支撐

形成封閉體系，增加屋蓋縱向剛度；承受和傳遞吊車(chē)橫向水平制動(dòng)力。①有重級(jí)工作制或大噸位吊車(chē)或鍛錘等振動(dòng)設(shè)備時(shí)設(shè)；②屋架下弦有縱向或橫向吊車(chē)軌道時(shí)設(shè)；③有托架時(shí)設(shè)；④屋架跨度或房屋高度較高時(shí)設(shè)；⑤設(shè)在下弦端節(jié)間，與下弦橫向水平支撐構(gòu)成封閉支撐系統(tǒng)。≤60米④垂直支撐

使相鄰兩屋架形成幾何不變空間體系，維持屋架端部及中間截面的豎向穩(wěn)定。①設(shè)在有橫向支撐的柱間；②對(duì)梯形屋架，至少設(shè)三道，跨度大于30米或有天窗時(shí)增設(shè)；③對(duì)三角形屋架，跨度≤24m時(shí)中間設(shè)一道，超過(guò)24m設(shè)兩道≤60米當(dāng)l＞30m時(shí)在兩端以及跨度l／3處或天窗架側(cè)柱處共設(shè)四道。l/3l/3l/3k⑤系桿f—柔性系桿k—?jiǎng)傂韵禇U(為沒(méi)有參與組成空間穩(wěn)定體的屋架提供上下弦的側(cè)向支承點(diǎn))在垂直支撐的平面內(nèi)一般設(shè)置上下弦通長(zhǎng)系桿；屋脊節(jié)點(diǎn)及支座節(jié)點(diǎn)處設(shè)置通長(zhǎng)剛性系桿，天窗側(cè)柱處及下弦跨中或跨中附近設(shè)置柔性系桿；當(dāng)屋架橫向支撐設(shè)在端部第二柱間時(shí)，第一柱間所有系桿均應(yīng)為剛性系桿。剛性系桿：能承受拉力也能承受壓力的系桿。柔性系桿：只能承受拉力的系桿。屋蓋支撐的布置

(a)上弦橫向水平支撐布置(b)下弦橫向與縱向水平支撐布置(c)天窗架上弦橫向水平支撐(d)屋架支座與跨中垂直支撐(e)天窗架側(cè)豎桿垂直支撐作業(yè)：

某單跨廠房，跨度36m，長(zhǎng)180m，柱距6m，廠房?jī)?nèi)設(shè)有一臺(tái)起重量為50t的中級(jí)工作制橋式吊車(chē)，屋面材料為大型屋面板，屋面坡度為1/4，試?yán)L出該屋蓋的支撐布置圖。36000各種支撐都是一個(gè)平面桁架，桁架的腹桿一般采用交叉斜桿。三、屋蓋支撐的形式，計(jì)算和構(gòu)造豎腹桿：豎桿弦桿：相鄰屋架弦桿兼作橫向支撐桁架的弦桿腹桿

支撐桁架

斜腹桿：支撐≤60米屋蓋支撐的設(shè)計(jì)原則拉桿——單角鋼（交叉斜桿和柔性系桿）壓桿——雙角鋼（非交叉斜桿、弦桿、剛性系桿）一般不進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，桿件截面常按容許長(zhǎng)細(xì)比來(lái)選。拉桿的設(shè)計(jì)可按[λ]＝400控制；壓桿的設(shè)計(jì)可按[λ]=200控制上、下弦橫向和縱向水平支撐的交叉斜桿通常連于屋架上、下弦桿，其橫桿則常做成與剛性系桿完全相同，連接也相同。a.上弦支撐b.下弦支撐屋蓋支撐的構(gòu)造柔性系桿剛性系桿支撐連接板

柱間支撐的作用：①與廠房柱形成縱向框架，保證廠房的縱向剛度。②為框架柱在框架平面，減少柱在框架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度。③承受并傳遞縱向水平荷載：作用于山墻上的風(fēng)荷載、吊車(chē)縱向水平荷載、縱向地震力等。下段柱間支撐：吊車(chē)梁下部的柱間支撐上段柱間支撐：吊車(chē)梁上部的柱間支撐二、柱間支撐

柱間支撐的布置：①每縱列柱都要設(shè)柱間支撐，每列柱頂均要布置剛性系桿。②對(duì)于有吊車(chē)的廠房，以吊車(chē)梁為分界設(shè)置上柱支撐和下柱支撐。③下段柱間支撐一般宜布置在溫度區(qū)段的中部，以減少縱向溫度應(yīng)力的影響。當(dāng)溫度區(qū)段>90m時(shí)，則在1/3處各設(shè)置一道下段柱間支撐。④上段柱間支撐除了要在下層柱間支撐布