结构概念设计课件

第1章 单层厂房结构设计1概况一点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容整体概述概况三点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容概况二点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容21.1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）、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，如各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系，如图图1.11.11.11.1所所示。这些构件按其所起作用可分为下面几类示。这些构件按其所起作用可分为下面几类：横向框架横向框架 屋盖结构屋盖结构 支撑体系（屋盖部分支撑和柱间支撑支撑体系（屋盖部分支撑和柱间支撑 作用：承作用：承载载 连系）连系）吊车梁和制动梁（或制动桁架）吊车梁和制动梁（或制动桁架）墙架墙架 厂房结构演示厂房结构演示31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41.1.2厂房结构的设计步骤 确定厂房的功能：由工艺要求和建筑要求确定建确定厂房的功能：由工艺要求和建筑要求确定建筑方案。筑方案。结构的设计：结构方案布置结构的设计：结构方案布置荷载的计算荷载的计算内力分析内力分析构件的设计构件的设计施工图施工图1.1.3柱网和温度伸缩缝的布置1.1.3.11.1.3.1柱网布置柱网布置 满足生产工艺的要求满足生产工艺的要求 满足结构方面的要求满足结构方面的要求 符合经济合理的要求符合经济合理的要求 符符合合柱柱距距规规定定要要求求（按按厂厂房房建建筑筑统统一一化化基基本本规规则和建筑统一模数制的规定：结构构件的则和建筑统一模数制的规定：结构构件的5 统统一一化化和和标标准准化化可可降降低低制制作作和和安安装装的的工工作作量量。对对厂厂房房横横向向，当当厂厂房房跨跨度度L18mL18m时时，其其跨跨度度宜宜采采用用3m3m的的倍倍数数；当当厂厂房房跨跨度度L L18m18m时时，其其跨跨度度宜宜采采用用6m6m的的倍倍数数。只只有有在在生生产产工工艺艺有有特特殊殊要要求求时时，跨跨度度才才采采用用21m21m、27m27m、33m33m等等。对对厂厂房房纵纵向向，以以前前基基本本柱柱距距一一般般采采用用6m6m或或12m12m；现现在在采采用用压压型型钢钢板板作作屋屋面面和和墙墙面面材材料料的的厂厂房房日日益益广广泛泛，常常以以18m18m甚甚至至24m24m作作为为基基本本柱柱距距。多多跨跨厂厂房房的的中中列列柱柱，常常因因工工艺艺要要求求需需要要“拔拔柱柱”，其其柱柱距距为为基基本本柱柱距距的的倍数，最大可达倍数，最大可达48m48m）。）。6 1.1.3.2 1.1.3.2温度伸缩缝布置温度伸缩缝布置 厂厂房房平平面面尺尺寸寸较较大大时时，因因温温度度变变化化使使上上部部结结构构产产生生横横向向和和纵纵向向的的变变形形，使使柱柱内内产产生生弯弯曲曲应应力力，并并可可能能导导致致屋屋面面和和墙墙面面破破裂裂。因因此此为为避避免免产产生生过过大大的的温温度度变变形形和和温温度度应应力力，应应在在厂厂房房的的横横向向或或纵纵向向设置温度伸缩缝。设置温度伸缩缝。布布置置主主要要决决定定于于厂厂房房的的纵纵向向和和横横向向长长度度根根据据使使用用经经验验和和理理论论分分析析，钢钢结结构构设设计计规规范范规规定定，当当温温度度区区段段长长度度不不超超过过表表1.11.1的的数数值值时时，可可不不计计算算温温度度应力。应力。温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。7温温 度度 区区 段段 长长 度度 值值表表1.11.1结构情况结构情况 温度区段长度（温度区段长度（mm）纵向温度区段纵向温度区段（垂直于屋架或构架跨（垂直于屋架或构架跨度方向）度方向）横向温度区段（沿横向温度区段（沿屋架或构架跨度方屋架或构架跨度方向）向）支座斜支座斜杆和支杆和支座竖杆座竖杆 其他腹其他腹杆杆 采暖房屋和非采暖地区的房屋采暖房屋和非采暖地区的房屋 220220120120150150热车间和采暖地区的非采暖房屋热车间和采暖地区的非采暖房屋 180180100100125125露天结构露天结构12012081.2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。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柱顶可分为铰接和刚接两类 铰接铰接 对基础不均匀沉陷及温度影响敏感性小对基础不均匀沉陷及温度影响敏感性小，节点构造容易处理节点构造容易处理，屋架端部不产生弯矩，屋架端部不产生弯矩，下，下弦杆始终受拉弦杆始终受拉。柱顶铰接时下柱的弯矩较大，。柱顶铰接时下柱的弯矩较大，厂房横向刚度差厂房横向刚度差 刚接刚接 厂房较高，吊车的起重量大，对厂房刚度厂房较高，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要求较高时，钢结构的单跨厂房常采用柱顶刚接方案方案 91.2.11.2.1横向框架主要尺寸和计算简图横向框架主要尺寸和计算简图 1.2.1.11.2.1.1主要尺寸主要尺寸 框架的主要尺寸见图框架的主要尺寸见图1.31.3所示。所示。框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的横向距离框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的横向距离(1.1)(1.1)式中式中桥式吊车的跨度；桥式吊车的跨度；SS由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离（图由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离（图1.41.4），应），应满足下式要求：满足下式要求：（1.21.2）BB吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查得；吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查得；DD吊车外缘和柱内边缘之间的必要空隙：当吊车起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重量不大于500KN500KN时，不宜小于时，不宜小于80mm80mm；当吊车起重；当吊车起重量大于或等于量大于或等于750KN750KN时，不宜小于时，不宜小于100mm100mm；当在吊车；当在吊车和柱之间需要设置安全走道时，则和柱之间需要设置安全走道时，则D D不得小于不得小于400mm400mm。上段柱宽度。上段柱宽度。S S的取值：对于中型厂房一般采用的取值：对于中型厂房一般采用0.75m0.75m或或1m1m，重型厂，重型厂房则为房则为1.25m1.25m甚至达甚至达2.0m2.0m。10框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离：式中地面至柱脚底面的距离。地面至吊车轨顶的高度，由工艺要求决定；吊车轨顶至屋架下弦底面的距离 11 1.2.1.2 1.2.1.2计算简图计算简图 单层厂房框架是由柱和屋架（横梁）组成，各个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，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（图单个的平面框架（图1.51.5）来计算。横向框架的）来计算。横向框架的计算简图计算简图 有两种类型，分为柱顶铰接和柱顶刚有两种类型，分为柱顶铰接和柱顶刚接接 横向框架的计算高度取值分为四种情况，详见图横向框架的计算高度取值分为四种情况，详见图1.61.6 框架的计算跨度框架的计算跨度L L（或（或L1L1、L2L2）取为两上柱由线）取为两上柱由线之间的距离。之间的距离。1213141.2.2横向框架的荷载和内力1.2.2.11.2.2.1荷载荷载 作用在横向框架上的荷载可分为作用在横向框架上的荷载可分为永久荷载永久荷载和和可变可变荷载荷载两种。两种。永久荷载永久荷载有：屋盖各级组织主、柱、吊车梁系统、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。考有关资料、表格、公式进行估计。可变荷载可变荷载有：风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布有：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。荷载规范和吊车规格查得。1.2.2.21.2.2.2内力分析和内力组合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。用现成的图表或计算机程序分析框架内力。15 为了计算框架构件截面，必须将框架在各种荷载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、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下段柱的上下端截面中的弯矩MM、轴向力、轴向力N N和剪和剪力力V V。此外还包括柱脚锚固螺栓的计算内力。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每个截面必须组合出MmaxMmax和相应的和相应的N N、V V；MmaxMmax和相应的和相应的N N、V V；NmaxNmax和相应的和相应的MM、V V。对柱脚锚栓则应组合出可能出现的最大拉力：即对柱脚锚栓则应组合出可能出现的最大拉力：即MmaxMmax和相应的和相应的N N、V V；MmaxMmax和相应的和相应的N N、V V。柱与屋架刚接时，应对横梁的端弯矩和相应的剪柱与屋架刚接时，应对横梁的端弯矩和相应的剪力进行组合。力进行组合。最不利组合可分为四组最不利组合可分为四组：第一组组：第一组组合使屋架下弦杆产生最大压力合使屋架下弦杆产生最大压力 图图1.7(a)1.7(a)；第二组；第二组组合使屋架上弦杆产生最大压力，同时也使下弦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杆产生最大拉力 图图1.7(b)1.7(b)；第三、四组组合使腹；第三、四组组合使腹杆产生最大拉力或最大压力杆产生最大拉力或最大压力 图图1.7(c)1.7(c)、(d)(d)。16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 171.2.3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。详见图离式柱三大类。详见图1.81.8181.3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。空间刚度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。（图（图1.91.9）。）。厂房支撑体系可分为屋盖支撑和柱间支撑两部分：厂房支撑体系可分为屋盖支撑和柱间支撑两部分：19201.3.1屋盖支撑的种类和作用 1.3.1.11.3.1.1屋盖支撑的种类屋盖支撑的种类1.3.1.21.3.1.2屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用 保证屋盖的整体性，提高空间刚度保证屋盖的整体性，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。整个屋盖结构的稳定。组成组成上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑垂直支撑垂直支撑系杆系杆 21 避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动避免压杆侧向失稳，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。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）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。件的安装。221.3.2屋盖支撑的布置 1.3.2.11.3.2.1上弦横向支撑上弦横向支撑 （见图（见图1.101.10）组成组成 ：屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆 作用：作用：保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在平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。面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。布置：布置：端部第一或第二开间。当布置在第二开间时，端屋架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。）风荷载传递。（有时因天窗架从第二开间起设。）横向支撑间距大于横向支撑间距大于60m60m时，中间增设。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。时，上弦横向支撑仍需布置。231.3.2.21.3.2.2下弦横向水平支撑（见图下弦横向水平支撑（见图1.101.10）组成：组成：屋架下弦杆、斜杆、系杆屋架下弦杆、斜杆、系杆 作用：作用：山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、悬挂吊山墙抗风柱的支点，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。计算长度，减小下弦的振动。布置：布置：屋架跨度大于屋架跨度大于18m18m时时 屋架下弦设有悬挂吊车时屋架下弦设有悬挂吊车时 抗风柱支承在屋架下弦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屋架下弦设通长纵向支撑时，宜设屋架下弦横向支撑 24 图图1.101.10上弦横向水平支撑和下线横向水平支撑上弦横向水平支撑和下线横向水平支撑251.3.2.31.3.2.3下弦纵向水平支撑（见图下弦纵向水平支撑（见图1.111.11）组成：组成：系杆、斜杆系杆、斜杆 作用：作用：增加屋盖空间刚度，承受和传递吊车横向水平制动力。增加屋盖空间刚度，承受和传递吊车横向水平制动力。布置：布置：屋架两边，与横向支撑形成封闭框。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、轻工作制吊车有重级工作制吊车或起重量较大的中、轻工作制吊车时，时，有振动设备、屋架下弦有吊轨、有托架时，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纵向水平支撑261.3.2.31.3.2.3垂直支撑（见图垂直支撑（见图1.121.12）组成：组成：系杆、斜杆系杆、斜杆 作用：作用：使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。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：布置位置：设有上弦横向支撑的开间内，每隔设有上弦横向支撑的开间内，每隔4 45 5个开间布置一个开间布置一道。道。布置原则布置原则:（1 1）梯形或平行弦屋架）梯形或平行弦屋架 无天窗，跨度无天窗，跨度l30ml30ml30m，布置在屋架两端、跨度，布置在屋架两端、跨度l/3l/3处处。27 有天窗、跨度有天窗、跨度l30ml30m，布置在屋架两端、，布置在屋架两端、跨中、天窗架两端跨中、天窗架两端。有天窗、跨度有天窗、跨度l30ml30m，布置在屋架两端、，布置在屋架两端、跨度跨度l/3l/3处、天窗架处、天窗架两端两端。（2 2）三角形屋架）三角形屋架 跨度小于跨度小于18m18m时，时，布置在屋架中间布置在屋架中间。跨度大于跨度大于18m18m时，时，一般视具体情况布一般视具体情况布置两道置两道。图图1.111.11下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑28图图1.121.12垂直支撑的布置和形式垂直支撑的布置和形式291.3.2.41.3.2.4垂直支撑垂直支撑 作用：作用：在无支撑的开间处，保证屋架的侧向稳定，减小弦杆在无支撑的开间处，保证屋架的侧向稳定，减小弦杆的计算长度，传递水平荷载。的计算长度，传递水平荷载。布置：布置：竖向支撑平面内设通长系杆。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。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。屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。系杆分刚性和柔性系杆分刚性和柔性 301.3.3柱间支撑1.3.3.11.3.3.1柱间支撑的作用柱间支撑的作用 柱间支撑与厂房框架柱相连接，其作用为：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；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；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。面外的计算长度。1.3.3.21.3.3.2柱间支撑的布置位置与原则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。部分称为下层支撑。上层支撑上层支撑 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围内属于屋盖垂直支撑。第二层在屋架下弦至吊车梁31上翼缘范围内。为了传递风力，上层支撑需要布置在上翼缘范围内。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。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下层支撑应该设在温度区段中部（当吊车位置高而车（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温度应力，而对厂房纵向风度却能提高很多）当温度）当温度区段小于区段小于90m90m时，在它的中央设置一道下层支撑时，在它的中央设置一道下层支撑 图图1.13(a)1.13(a)如果温度区段长度超过如果温度区段长度超过90m90m，则在它的，则在它的1/31/3点处点处各设一道支撑各设一道支撑 图图1.13(b)1.13(b)，以免传力路程太长，以免传力路程太长 321.4屋盖结构1.4.11.4.1屋盖结构体系屋盖结构体系 1.4.1.11.4.1.1屋盖结构体系屋盖结构体系 无檩屋盖无檩屋盖:无檩屋盖一般用于预应力混凝土大型无檩屋盖一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型屋面，将屋面板直接放在屋架或天屋面板等重型屋面，将屋面板直接放在屋架或天窗架上。窗架上。形式与布置形式与布置:见见图图1.141.14 组成组成：屋架、天窗架、支撑（水平支撑、垂直支撑）、：屋架、天窗架、支撑（水平支撑、垂直支撑）、大型屋面板大型屋面板 传力路线传力路线：屋面荷载：屋面荷载大型屋面板大型屋面板屋架（或天窗屋架（或天窗架）架）特点特点：屋盖刚度大、整体性好、施工方便：屋盖刚度大、整体性好、施工方便，但自重大、但自重大、抗震性能差。可用于屋架坡度较小的屋盖。抗震性能差。可用于屋架坡度较小的屋盖。33 图图1.141.14无檩屋盖形式与布置无檩屋盖形式与布置34 有檩屋盖有檩屋盖 形式和布置：形式和布置：见见图图1.151.15 组成：组成：轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架 传力路线：传力路线：屋面荷载屋面荷载屋面板屋面板檩条檩条屋架屋架 特点：特点：屋面材料轻，整体性、刚度差些，有拉条（甚屋面材料轻，整体性、刚度差些，有拉条（甚至斜拉条、撑杆等）、构造较复杂。可用于屋架坡度至斜拉条、撑杆等）、构造较复杂。可用于屋架坡度较大的屋盖。较大的屋盖。拉条的作用拉条的作用:减小檩条的侧向变形和扭转，一般设在檩条减小檩条的侧向变形和扭转，一般设在檩条腹杆受压区域。腹杆受压区域。有檩屋盖的单层厂房的吊装过程动画有檩屋盖的单层厂房的吊装过程动画 35 图图1.151.15 有檩屋盖形式与布置有檩屋盖形式与布置361.4.1.21.4.1.2屋架的形式屋架的形式 确定屋架形式的原则：确定屋架形式的原则：1.1.满足使用要求：满足使用要求：屋架外形应与屋面材料的屋架外形应与屋面材料的排水排水要要求相适应。求相适应。2.2.满足经济要求满足经济要求 屋架外形应尽量和屋架外形应尽量和弯矩图接近弯矩图接近，使上下弦杆，使上下弦杆 内内力沿跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；力沿跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；腹杆的布置宜使腹杆的布置宜使短杆受压，长杆受拉短杆受压，长杆受拉；荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。3.3.满足制造、安装和运输要求满足制造、安装和运输要求 构造简单，杆件夹角构造简单，杆件夹角30306060；杆件与节点数量少；杆件与节点数量少；分段制造，便于运输与安装；分段制造，便于运输与安装；37 屋架外形常用的有三角形、梯形、平行弦和屋架外形常用的有三角形、梯形、平行弦和人字形等。人字形等。1 1三角形屋架三角形屋架 类型：类型：芬克式：芬克式：特点：特点：长腹杆受拉，短腹杆受压，长腹杆受拉，短腹杆受压，受力合理，应受力合理，应 用广泛。用广泛。38人字式：人字式：特点：特点：杆件数量少，节点数量少，受压杆较杆件数量少，节点数量少，受压杆较长，但长，但抗震性能优于芬克式屋架抗震性能优于芬克式屋架，适用于跨，适用于跨度小于度小于18m18m的屋架。的屋架。单斜式：单斜式：腹杆和节点数量较多，长腹杆受拉，但夹角小，腹杆和节点数量较多，长腹杆受拉，但夹角小，适用于适用于下弦设置天棚下弦设置天棚的屋架。的屋架。39 三角形屋架的特点：三角形屋架的特点：外形和外形和弯矩图不相适应弯矩图不相适应，弦杆，弦杆内力分布不均匀内力分布不均匀，近支，近支座处内力大，近跨中处小，横向刚度小。座处内力大，近跨中处小，横向刚度小。上下弦交角小，上下弦交角小，端节点构造复杂端节点构造复杂。可将上弦或下弦改。可将上弦或下弦改变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节点构造。变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节点构造。三角形屋架适用范围：三角形屋架适用范围：跨度小，坡度大、采用轻跨度小，坡度大、采用轻型屋面材料的有檩体系。型屋面材料的有檩体系。2.2.梯形屋架梯形屋架 类型类型人字式人字式:按支座斜杆与弦杆组成的支承点在下弦或按支座斜杆与弦杆组成的支承点在下弦或在上弦又可分为在上弦又可分为下承式下承式和和上承式上承式两种。两种。40特点：腹杆总长度短，节点少特点：腹杆总长度短，节点少。再分式再分式特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。单斜杆式单斜杆式特点：多数腹杆受压，杆件数量多，总长大，特点：多数腹杆受压，杆件数量多，总长大，应用少。应用少。41 梯形屋架的特点：梯形屋架的特点：外形和弯矩图比较接近，弦杆外形和弯矩图比较接近，弦杆内力沿跨度分布较均匀，用料经济，应用广泛。内力沿跨度分布较均匀，用料经济，应用广泛。梯形屋架的适用范围梯形屋架的适用范围:适用于屋面坡度平缓且跨适用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。度较大时的无檩屋盖结构。梯形屋架的屋架高度：梯形屋架的屋架高度：梯形屋架的中部高度一般梯形屋架的中部高度一般为（为（1/101/101/81/8）L L，与柱刚接的梯形屋架，端部，与柱刚接的梯形屋架，端部高度一般为（高度一般为（1/161/161/121/12）L L，通常取为，通常取为2.02.02.5m2.5m。与柱铰接的梯形屋架，端部高度可按跨中。与柱铰接的梯形屋架，端部高度可按跨中经济高度和上弦坡度决定。经济高度和上弦坡度决定。3.3.人字形桁架人字形桁架（见图见图1.161.16）上、下弦可以具有不同坡度或下弦有一部分水平上、下弦可以具有不同坡度或下弦有一部分水平段，以改善屋架受力情况。段，以改善屋架受力情况。上、下弦可为平行，坡度为上、下弦可为平行，坡度为1/201/201/101/10，节点构，节点构造较为统一；造较为统一；42 跨中高度一般为跨中高度一般为2.02.02.5m2.5m，跨度大于，跨度大于36m36m时可时可取较大高度但不宜超过取较大高度但不宜超过3m3m；端部高度一般为跨；端部高度一般为跨度的度的1/181/181/121/12。4.4.平行弦屋架平行弦屋架(见图见图1.161.16)上、下弦杆水平，杆件和节点规格化、便于制造。上、下弦杆水平，杆件和节点规格化、便于制造。屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均匀。布不均匀。一般用于托架和支撑体系一般用于托架和支撑体系43441.4.1.31.4.1.31.4.1.31.4.1.3托架、天窗架形式托架、天窗架形式 支承中间屋架的桁架称为托架，托架一般采用支承中间屋架的桁架称为托架，托架一般采用平平行弦桁架行弦桁架，其腹杆采带去杆的，其腹杆采带去杆的人字形人字形体系。直接体系。直接支承于钢筋混凝土柱上的托架常用支承于钢筋混凝土柱上的托架常用下承式下承式；支于；支于钢柱上的托架常用钢柱上的托架常用上承式上承式。托架高度应根据所支。托架高度应根据所支承的屋架端部高度、刚度要求、经济要求以及有承的屋架端部高度、刚度要求、经济要求以及有利于节点构造的原则来决定。利于节点构造的原则来决定。为了采光和通风的要求，厂房中常设置天窗。天为了采光和通风的要求，厂房中常设置天窗。天窗的形式可分为窗的形式可分为纵向开窗纵向开窗、横向开窗横向开窗和和井式天窗井式天窗等。一般采用纵向天窗。等。一般采用纵向天窗。451.4.31.4.3简支屋架设计 1.4.3.11.4.3.11.4.3.11.4.3.1屋架的内力分析屋架的内力分析屋架上的荷载包括恒载、活荷载、雪荷载、屋架上的荷载包括恒载、活荷载、雪荷载、风荷载、积灰荷载及悬挂荷载等。风荷载、积灰荷载及悬挂荷载等。（1 1 1 1）基本假定）基本假定：通常将荷载集中到节点上，并通常将荷载集中到节点上，并假定屋架各杆均为理想直杆，各杆轴线在同一平假定屋架各杆均为理想直杆，各杆轴线在同一平面内且汇交于节点中心，各节点均为理想铰接，面内且汇交于节点中心，各节点均为理想铰接，忽略实际节点产生的次应力。忽略实际节点产生的次应力。（2 2 2 2）节间荷载引起的局部弯矩：）节间荷载引起的局部弯矩：节间荷载作用节间荷载作用的屋架，除把节间荷载分配到相邻节点外，还应的屋架，除把节间荷载分配到相邻节点外，还应计算节间荷载引起的局部弯矩。计算节间荷载引起的局部弯矩。46（3 3 3 3）内力计算与荷载组合）内力计算与荷载组合 全跨恒载全跨恒载+全跨活载：全跨活载：即即全跨永久荷载全跨永久荷载+全跨全跨屋面活载或雪荷载（取较大值）屋面活载或雪荷载（取较大值）+全跨积灰荷载全跨积灰荷载+悬挂吊车荷载。悬挂吊车荷载。全跨恒载全跨恒载+半跨活载：半跨活载：即即全跨永久荷载全跨永久荷载+半跨半跨屋面活载（或半跨雪荷载）屋面活载（或半跨雪荷载）+半跨积灰荷载半跨积灰荷载+悬挂悬挂吊车荷载吊车荷载。采用大型混凝土屋面板的屋架，尚应。采用大型混凝土屋面板的屋架，尚应考虑安装时可能的半跨荷载：即考虑安装时可能的半跨荷载：即屋架、支撑和天屋架、支撑和天窗自重窗自重+半跨屋面板自重半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载。半跨屋面活荷载。对轻质屋面材料的屋架，一般应考虑对轻质屋面材料的屋架，一般应考虑负风压负风压的影响。的影响。轻屋面的厂房，当吊车起重量（轻屋面的厂房，当吊车起重量（Q300kNQ300kNQ300kNQ300kN）应）应考虑按框架分析求得的柱顶水平力是否会使下弦考虑按框架分析求得的柱顶水平力是否会使下弦内力增加或引起下弦内力变号。内力增加或引起下弦内力变号。471.4.3.21.4.3.2杆件的计算长度和容许长细比杆件的计算长度和容许长细比 1.1.杆件的计算长度杆件的计算长度 确定桁架弦杆和单系腹杆的长细比时，其计算长确定桁架弦杆和单系腹杆的长细比时，其计算长度应按表度应按表1.21.2规定采用。规定采用。桁架弦杆和单系腹杆的计算长度表桁架弦杆和单系腹杆的计算长度表1.21.2项次项次 弯曲方向弯曲方向 弦杆弦杆 腹杆腹杆 支座斜杆和支座竖杆支座斜杆和支座竖杆 其他腹杆其他腹杆 1 1在桁架平面内在桁架平面内 2 2在桁架平面外在桁架平面外 3 3斜平面斜平面 构件的几何长度（节点中心间距离）；构件的几何长度（节点中心间距离）；桁架弦杆侧向支承点间的距离；桁架弦杆侧向支承点间的距离；48(1)(1)(1)(1)在桁架平面内在桁架平面内(见下图见下图)弦杆、支座斜杆、支座竖杆：本身线刚度大，且两端弦杆、支座斜杆、支座竖杆：本身线刚度大，且两端相连的拉杆少，两端节点相连的拉杆少，两端节点嵌固程度较低嵌固程度较低，视为两端铰，视为两端铰接杆件。接杆件。lox=llox=llox=llox=l中间腹杆：两端或一端嵌固程度较大，中间腹杆：两端或一端嵌固程度较大，节点处受到拉节点处受到拉杆的牵制作用杆的牵制作用,视为弹性嵌固。视为弹性嵌固。lox=0.8llox=0.8llox=0.8llox=0.8l49(2)(2)(2)(2)在桁架平面外在桁架平面外 取决于弦杆侧向支承点间距离。取决于弦杆侧向支承点间距离。上弦杆上弦杆无檩方案无檩方案在无檩屋盖中，考虑大型屋面板能起在无檩屋盖中，考虑大型屋面板能起一定的支撑作用，故一般取两块屋面一定的支撑作用，故一般取两块屋面板的宽度，但不板的宽度，但不大于大于3.0m3.0m3.0m3.0m。有檩方案有檩方案如檩条与横向水平支撑的交叉点用节如檩条与横向水平支撑的交叉点用节点板焊牢点板焊牢 图图1.171.171.171.17 ，则此檩条可视为，则此檩条可视为屋架弦杆的支承点。屋架弦杆的支承点。下弦下弦：视有无纵向水平支撑，取纵向水平支撑节点与系杆视有无纵向水平支撑，取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆间的距离。或系杆与系杆间的距离。腹杆腹杆：因节点在杵架平面外的刚度很小，对杆件没有什么：因节点在杵架平面外的刚度很小，对杆件没有什么嵌固作用，故所有腹杆均取。嵌固作用，故所有腹杆均取。5051（3 3 3 3）斜平面）斜平面 单面连接的单角钢杆件和双角钢组成的十字形杆单面连接的单角钢杆件和双角钢组成的十字形杆件，因截面主轴不在桁架平面内，有可能斜向失件，因截面主轴不在桁架平面内，有可能斜向失稳，杆件两端的节点对其两个方向均有一定的嵌稳，杆件两端的节点对其两个方向均有一定的嵌固作用。因此，斜平面计算长度略作折减，取，固作用。因此，斜平面计算长度略作折减，取，但支座斜杆和支座竖杆仍取其计算长度为几何长但支座斜杆和支座竖杆仍取其计算长度为几何长度度 。（4 4）其他）其他 如桁架受压弦杆侧向支承点间的距离为两倍节间如桁架受压弦杆侧向支承点间的距离为两倍节间长度，且两节间弦杆内力不等时（长度，且两节间弦杆内力不等时（图图1.181.181.181.18），该），该弦杆在桁架平面外的计算长度按下式计算：弦杆在桁架平面外的计算长度按下式计算：式中式中N1N1N1N1较大的压力，计算时取正值；较大的压力，计算时取正值；N2 N2 N2 N2较小的压力或拉力，计算时压力取正较小的压力或拉力，计算时压力取正值，拉力取负值。值，拉力取负值。52 图图1.181.181.181.18侧向支承点间侧向支承点间 2.2.2.2.杆件的容许长细比杆件的容许长细比桁架杆件长细比的大小，对杆件的工作有一定的影响。若桁架杆件长细比的大小，对杆件的工作有一定的影响。若长细比太大，将使杆件在自重作用下产生长细比太大，将使杆件在自重作用下产生过大挠度过大挠度，在运，在运输和安装过程中因刚度不足而产生输和安装过程中因刚度不足而产生弯曲弯曲，在动力作用下还，在动力作用下还会引起会引起较大的振动较大的振动。故。故在钢结构规范中对拉杆和压杆都规在钢结构规范中对拉杆和压杆都规定了容许长细比定了容许长细比。531.4.3.31.4.3.31.4.3.31.4.3.3杆件的截面形式杆件的截面形式 对轴心受压杆件，宜使杆件对两个主轴有相近的对轴心受压杆件，宜使杆件对两个主轴有相近的稳定性，即可使稳定性，即可使两方向的长细比接近相等两方向的长细比接近相等。基本上采用由两个角钢组成的基本上采用由两个角钢组成的T T T T形截面或十字形形截面或十字形截面形式的杆件，也可用截面形式的杆件，也可用H H H H型钢剖开而成的型钢剖开而成的T T T T形钢形钢代替双角钢组成的代替双角钢组成的T T T T形截面。受力较小的次要杆形截面。受力较小的次要杆件可采用单角钢。件可采用单角钢。上弦杆上弦杆有有节节间间荷荷载载时时，可可采采用用不不等等边边角角钢钢长长肢相连或肢相连或TNTNTNTN型截面型截面。当当时，可采用两个等边角钢截面或时，可采用两个等边角钢截面或TMTMTMTM截截面；面；无节间荷载无节间荷载时，宜采用不等边角钢短时，宜采用不等边角钢短肢相连的截面；肢相连的截面；54下弦杆下弦杆通常采用不等边角钢短肢通常采用不等边角钢短肢相连的截面，或相连的截面，或TWTWTWTW型截面型截面以满足长细比要求。以满足长细比要求。支座斜杆支座斜杆 时时，宜宜采采用用不不等等边边角角钢钢长长肢肢相相连连或或等边角钢的截面。等边角钢的截面。其他一般腹杆其他一般腹杆宜采用等边角钢相并的宜采用等边角钢相并的截面；连接垂直支撑的截面；连接垂直支撑的竖腹杆宜采用两个等边竖腹杆宜采用两个等边角钢组成的十字形截面；角钢组成的十字形截面；受力很小的腹杆（如再受力很小的腹杆（如再分杆等次要杆件），可分杆等次要杆件），可采用单角钢截面。采用单角钢截面。55双角钢杆件的填板双角钢杆件的填板由双角钢组成的由双角钢组成的T T T T形或十字形截面杆形或十字形截面杆件是按实腹式杆件进行计算的。为了件是按实腹式杆件进行计算的。为了保证两个角钢共同工作保证两个角钢共同工作，必须每隔一，必须每隔一定距离在两个角钢间加设填板，使它定距离在两个角钢间加设填板，使它们之间有可靠连接。们之间有可靠连接。填板的宽度填板的宽度：一般取：一般取5080mm5080mm5080mm5080mm；填板；填板的长度：对的长度：对T T T T形截面应比角钢肢伸出形截面应比角钢肢伸出1020mm1020mm1020mm1020mm，对十字形截面则从角钢肢，对十字形截面则从角钢肢尖缩进尖缩进1015mm1015mm1015mm1015mm，以便于施焊。填板，以便于施焊。填板的厚度与桁架节点板相同。的厚度与桁架节点板相同。填板的间距填板的间距对压杆对压杆 ，拉杆，拉杆 ；在；在T T T T形截面中，形截面中，i i i i1 1 1 1为为一个角钢对平行于填板自身形心轴的一个角钢对平行于填板自身形心轴的回转半径；在十字形截面中，填板应回转半径；在十字形截面中，填板应沿两个方向交错放置，沿两个方向交错放置，i i i i1 1 1 1为一个角钢为一个角钢的最小回转半径，在压杆的桁架平面的最小回转半径，在压杆的桁架平面外计算长度范围内，至少应设置两块外计算长度范围内，至少应设置两块填板。填板。561.4.3.41.4.3.41.4.3.41.4.3.4杆件的截面选择杆件的截面选择 一般原则一般原则 应优先选用肢宽而薄的板件或肢件组成的截面，一般应优先选用肢宽而薄的板件或肢件组成的截面，一般板件或肢件的板件或肢件的最小厚度为最小厚度为5mm5mm5mm5mm。角钢杆件或角钢杆件或T T T T型钢的悬伸肢宽型钢的悬伸肢宽不得小于不得小于45mm45mm45mm45mm。直接与。直接与支撑或系杆相连的最小肢宽，应根据连接螺栓的直径支撑或系杆相连的最小肢宽，应根据连接螺栓的直径d d d d而定。而定。屋架节点板（或屋架节点板（或T T T T型钢弦杆的腹板）的厚度，对单壁型钢弦杆的腹板）的厚度，对单壁式屋架，可根据腹杆的最大内力（对梯形和人字形屋式屋架，可根据腹杆的最大内力（对梯形和人字形屋架）或弦杆端节间内力（对三角形屋架），按教材表架）或弦杆端节间内力（对三角形屋架），按教材表1-41-41-41-4选用。选用。跨度较大的桁架（跨度较大的桁架（24m24m24m24m）与柱铰接时，弦杆宜根据）与柱铰接时，弦杆宜根据内力变化改变截面，内力变化改变截面，半跨内一般只改变一次半跨内一般只改变一次。同一屋架的型钢规格不宜太多，以便订货。同一屋架的型钢规格不宜太多，以便订货。当连接支撑等的螺栓孔在节点板范围内且距节点板边当连接支撑等的螺栓孔在节点板范围内且距节点板边缘距离缘距离100mm100mm100mm100mm时，计算杆件强度时，计算杆件强度可不考虑截面的削弱。可不考虑截面的削弱。57 单面连接的单角钢杆件，在按轴心构件计算其强度或单面连接的单角钢杆件，在按轴心构件计算其强度或稳定以及连接时，钢材和连接的强度设计值应乘稳定以及连接时，钢材和连接的强度设计值应乘以相以相应的折减系数。应的折减系数。杆件的截面选择杆件的截面选择 对轴心受拉杆件由强度要求计算所需的面积，同时应对轴心受拉杆件由强度要求计算所需的面积，同时应满足满足长细比长细比要求。对由心受压杆件和压弯构件要计算要求。对由心受压杆件和压弯构件要计算强度强度、整体稳定整体稳定、局部稳定局部稳定和和长细比长细比。1.4.3.51.4.3.5钢桁架的节点设计钢桁架的节点设计 节点设计的一般要求节点设计的一般要求 以桁架以桁架杆件的杆件的形心线形心线为轴线为轴线并在节并在节点处相点处相交于一交于一点，肢点，肢背至轴背至轴线的距线的距离为离为5mm5mm的倍数的倍数。节点处，腹节点处，腹杆与弦杆或杆与弦杆或腹杆与腹杆腹杆与腹杆之间焊缝的之间焊缝的净距，不宜净距，不宜小于小于10mm10mm，或者杆件或者杆件之间的空隙之间的空隙不小于不小于151520mm20mm。58当弦杆截面沿长度有改变时，为全球拼接和旋转屋当弦杆截面沿长度有改变时，为全球拼接和旋转屋面材料，一般将拼接处两侧弦杆表面对齐，这时形面材料，一般将拼接处两侧弦杆表面对齐，这时形心线必然错开，此时宜采用心线必然错开，此时宜采用受力较大的杆件形心线受力较大的杆件形心线为轴线为轴线。当两侧形心线偏形的距离。当两侧形心线偏形的距离e e e e不超过较大弦不超过较大弦杆截面高度的杆截面高度的5%5%5%5%时，可不考虑此偏心影响。时，可不考虑此偏心影响。角钢端部的切割一般垂直于其轴线。有时允许切去角钢端部的切割一般垂直于其轴线。有时允许切去一肢的部分，但不允许将一个肢完全切去而另一肢一肢的部分，但不允许将一个肢完全切去而另一肢伸出的斜切。伸出的斜切。节点板的外形应简单而规则，至少宜有两边平行，节点板的外形应简单而规则，至少宜有两边平行，如矩形、平行四边形和直角梯形等。节点板边缘与如矩形、平行四边形和直角梯形等。节点板边缘与杆件轴线的夹角不应小于杆件轴线的夹角不应小于15151515。59 支承大型混凝土屋面板的上弦杆，当支承处的总集支承大型混凝土屋面板的上弦杆，当支承处的总集中荷载（设计值）超过课本表中荷载（设计值）超过课本表1.51.51.51.5的数值时，弦杆的伸的数值时，弦杆的伸出肢容易弯曲，应对其采用课本图出肢容易弯曲，应对其采用课本图1.311.311.311.31的做法之一予的做法之一予以加强。以加强。角钢桁架的节点设计角钢桁架的节点设计 （1 1 1 1）一般节点：）一般节点：一般节点是指无集中荷载和无一般节点是指无集中荷载和无弦杆拼接的节点弦杆拼接的节点 60肢背焊缝：肢背焊缝：腹杆与节点板的连接腹杆与节点板的连接焊缝按角钢角焊缝承焊缝按角钢角焊缝承受轴心力方法计算。受轴心力方法计算。节点板应伸出弦杆节点板应伸出弦杆1010101015mm15mm15mm15mm以便焊接。以便焊接。弦杆与节点板的弦杆与节点板的连接焊缝，应考连接焊缝，应考虑承受弦杆相邻虑承受弦杆相邻节间内力之差，节间内力之差，按下式计算按下式计算:通通常常因因NNNN很很小小，实实际际所所需需的的焊焊脚脚尺尺寸寸可可由由构构造造要要求求确确定定，并并沿节点板全长满焊。沿节点板全长满焊。肢尖焊缝：肢尖焊缝：61为为便便于于大大型型屋屋面面板板或或檩檩条条的的放放置置，常常将将节节点点板板缩缩进进上上弦弦角角钢钢背，缩进距离不宜小于背，缩进距离不宜小于(0.5(0.5(0.5(0.5t t t t+2)mm+2)mm+2)mm+2)mm，不宜大于节点板厚度，不宜大于节点板厚度t t t t。（2 2 2 2）角钢桁架有集中荷载的节点角钢桁架有集中荷载的节点 角角钢钢背背凹凹槽槽的的塞塞焊焊缝缝可可假假定定只只承承受受屋面集中荷载，按下式计算其强度：屋面集中荷载，按下式计算其强度：式中：式中：Q Q Q Q 节点集中荷载垂直于屋面的分量；节点集中荷载垂直于屋面的分量；焊脚尺寸，取焊脚尺寸，取 0.50.50.50.5t t t t；正面角焊缝强度增大系数。一般因正面角焊缝强度增大系数。一般因Q Q Q Q不大，按构造满焊不大，按构造满焊62Q&A问答环节敏而好学，不耻下问。学问学问，边学边问。Heisquickandeagertolearn.Learningislearningandasking.63感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边结束语64谢谢聆听THANKYOUFORLISTENING演讲者：XX时间：202X.XX.XX65