【正文】 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 桿件的計(jì)算長(zhǎng)度和容許長(zhǎng)細(xì)比 (1)桿件的計(jì)算長(zhǎng)度 ◆ 桁架平面內(nèi) 弦桿、支座斜桿和支座豎桿取 ；其他受壓腹桿，取 。即當(dāng)屋面永久荷載 (荷載分項(xiàng)系數(shù)取為 )小于負(fù)風(fēng)壓(荷載分項(xiàng)系數(shù)取為 )時(shí)，屋架的受拉桿件在永久荷載與風(fēng)荷載聯(lián)合作用下可能受壓。 第二是 半跨荷載： 全跨永久荷載 +半跨屋面活荷載 (或半跨雪荷載 )+半跨積灰荷載 +懸掛吊車荷載。 當(dāng)屋架上弦桿有節(jié)間荷載作用時(shí)，上弦桿的局部彎矩可近似地采用：端節(jié)間的正彎矩取 ,其他節(jié)間的正彎矩和節(jié)點(diǎn)負(fù)彎短 (包括屋脊節(jié)點(diǎn) )取 ， M0為將相應(yīng)弦桿節(jié)間作為單跨簡(jiǎn)支梁求得的最大彎矩。 圖 支撐桁架桿件的內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖 W/2 W W W W W W W W/2 W/2 W W W W W W/2 (a) (b) 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)支屋架設(shè)計(jì) 屋架的內(nèi)力分析 (1)基本假定 假定節(jié)點(diǎn)處的所有桿件軸線在同一平面內(nèi)相交于一點(diǎn) (節(jié)點(diǎn)中心 )，而且各節(jié)點(diǎn)均為理想鉸接。 當(dāng)屋架間距 ≥12m時(shí)，將水平支撐全部布置在上弦平面內(nèi)并利用檁條作為支撐體系的壓桿和系桿，而作為下弦側(cè)向支承的系桿可用支于檁條的隅撐代替。 布置原則 ：屋架上弦平面內(nèi)，對(duì)無(wú)檁體系，在屋脊處和屋架端部處；對(duì)有檁體系，在縱向天窗下的屋脊處。 對(duì)梯形屋架、人字形屋架或其他端部有一定高度的多邊形屋架，必須在屋架端部設(shè)置垂宜支撐，此外尚應(yīng)按下列條件設(shè)置中部的垂宜支撐：當(dāng)屋架跨度 ≤30m時(shí)，可僅在屋架跨中布置一道垂直支撐，當(dāng)跨度 ＞ 30m時(shí)，則應(yīng)在跨度 l/3左右的豎桿平面內(nèi)各設(shè)一道垂直支撐；當(dāng)有天窗時(shí)，宜設(shè)置在天窗側(cè)腿的下面。 屋架間距 ≥12m時(shí)，縱向水平支撐宜布置在屋架的上弦平面內(nèi)。 屋架間距 ≥18m時(shí) ,如果仍采用上述方案則檁條跨度過(guò)大 ,此時(shí)宜設(shè)置縱向次桁架 ,使主桁架 (屋架 )與 次桁架組成縱橫桁架體系 ,次桁架間再設(shè)置檁條或設(shè)置橫梁及檁條，同時(shí)，次桁架還對(duì)屋架下弦平面外提供支承。兩道橫向水平支撐間的距離不宜大于 60m，當(dāng)溫度區(qū)段長(zhǎng)度較大時(shí)，尚應(yīng)在中部增設(shè)支撐，以符合此要求。 圖 天窗架形式 (a) (c) ~9000 ~9000 ~6000 ~12022 (b) ~6000 ~6000 ~9000 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 屋蓋支撐 為使屋架結(jié)構(gòu)有足夠的空間剛度和穩(wěn)定性，必須在屋架間設(shè)置支撐系統(tǒng)。托架與柱的連接通常做成鉸接，屋架與托架的連接宜采用鉸支的平接。直接支承于鋼筋混凝土柱上的托架常用下承式，支于鋼柱上的托架常用上承式。 平行弦桁架還可用于單坡屋架、吊車制動(dòng)桁架、棧橋和支撐構(gòu)件等。如圖 。 梯形屋架的腹桿體系可采用單斜式、人字式和再分式。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 三角形桁架 ◆ 用于陡坡屋面 (i＞ 1／ 3)的有檁屋蓋體系 ◆ 特點(diǎn)：通常與柱子只能鉸接，房屋的整體橫向剛度較低；對(duì)簡(jiǎn)支屋架來(lái)說(shuō)，外形與荷載作用下的彎矩圖相差懸殊，致使這種屋架弦桿受力不均，支座處內(nèi)力較大，跨中內(nèi)力較小，弦桿的截面不能充分發(fā)揮作用；支座處上、下弦桿交角過(guò)小內(nèi)力較大，使支座節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。 在制造簡(jiǎn)單的條件下， 桁架外形應(yīng)盡可能與其彎矩圖接近 ，這樣能使弦桿受力均勻，腹桿受力較小。對(duì)于壓型鋼板和壓型鋁合金板屋面、屋架間距常大于或等于 12m，當(dāng)屋架間距為 12～ 18m時(shí)，宜將檁條直接支承于鋼屋架上；當(dāng)屋架間距大于 18m時(shí) ,以縱橫方向的次桁架 (或梁 )來(lái)支承檁條較為合適。由于大型屋面板與屋架上弦桿的焊接常常得不到保證，只能有限地考慮它的空間作用，屋蓋支撐不能取消。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 第 屋蓋結(jié)構(gòu) （框架橫梁）設(shè)計(jì)特點(diǎn) 本節(jié)目錄 基本要求 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 屋蓋的結(jié)構(gòu)形式 屋蓋結(jié)構(gòu)體系 (1)無(wú)檁屋蓋 ◆ 無(wú)檁屋蓋一般用于預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板等重型屋面，將屋面板直接放在屋架或天窗架上。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 共同承受。在同一溫度區(qū)段的同一柱列設(shè)有兩道或兩道以上的柱間支撐時(shí)，則全部縱向水平荷載 (包括風(fēng)力 )由該柱列所有支撐 十字交叉支撐使用最為普遍，其斜桿傾角宜為 45。上層柱間支撐宜在柱的兩側(cè)設(shè)置，只有在無(wú)人孔而柱截面高度不大的情況下才可沿柱中心設(shè)置一道。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 圖 柱間支撐的布置 (b) (a) 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 上層柱間支撐又分為兩層，第一層在屋架端部高度范圍內(nèi)屬于屋蓋垂直支撐。吊車梁以下部分稱為下層支撐，下層柱間支撐與柱、吊車梁在縱向組成剛性很大的懸臂桁架。 分離式柱構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作和安裝比較方便，但用鋼量比階形柱多，且剛度較差，只宜用于吊車軌頂標(biāo)高低于 10m、且吊車起重量 Q≥750kN，或者相鄰兩跨吊車的軌頂標(biāo)高相差很懸殊，而低跨吊車起重量 Q≥500kN。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 圖 框架柱的形式 (a)等截面實(shí)腹柱； (b)等截面格構(gòu)柱； (c)階形實(shí)腹柱； (d)階形格構(gòu)柱； (e)雙階柱 。等截面柱將吊車梁支于牛腿上，構(gòu)造簡(jiǎn)單，但吊車豎向荷載偏心大，只適用于吊車起重量 Q＜ 150kN，或無(wú)吊車且廠房高度較小的輕型廠房中。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 最不利的內(nèi)力組合 ① 受彎構(gòu)件最多只需四種內(nèi)力組合： Ⅰ: Ⅱ: Ⅲ : Ⅳ: ? ?m a x ,MN? ? ?m a x ,MN?? ?m a x ,VM? ? ?m a x ,VM?② 壓彎構(gòu)件最多只需四種內(nèi)力組合： Ⅰ: Ⅱ : Ⅲ : Ⅳ: ? ?m a x ,MN? ? ?m a x ,MN?? ?m a x ,NM? ? ?m a x ,NM?設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 柱與屋架剛接時(shí)，應(yīng)對(duì)橫梁的端彎矩和相應(yīng)的剪力進(jìn)行組合。 施工荷載 ： 考慮在施工中采取臨時(shí)性措施。 永久荷載 ：屋蓋系統(tǒng)、柱、吊車梁系統(tǒng)、墻架、墻板及設(shè)備管道等的自重。 ACK 框架的計(jì)算跨度 L(或 L L2)取為兩上柱軸線之間的距離。 對(duì)于各列柱距均相等的廠房，只計(jì)算一個(gè)框架。中型車間約為 ，重型車間為 ～ ； h2— 地面至吊車軌頂?shù)母叨?，由工藝要求定? 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) ? ?? ?mm2 0 0~1 5 01 0 01 ??? Ah式中： A為吊車軌道頂面至起重小車頂面之間的距離； 100mm是為制造、安裝誤差留出的空隙； (150～ 200)mm則是考慮屋架的撓度和下弦水平支撐角鋼的下伸等所留的空隙。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 第 廠房結(jié)構(gòu)的框架形式 本節(jié)目錄 基本要求 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 橫向框架主要尺寸和計(jì)算簡(jiǎn)圖 主要尺寸 框架的主要尺寸見圖。 表 溫度區(qū)段長(zhǎng)度值 — — 120 露天結(jié)構(gòu) 125 100 180 熱車間和采暖地區(qū)的非采暖房屋 150 120 220 采暖房屋和非采暖地區(qū)的房屋 柱頂為鉸接 柱頂為剛接 橫向溫度區(qū)段（沿屋架或構(gòu)架跨度方向） 縱向溫度區(qū)段 （垂直于屋架或構(gòu)架跨度方向） 溫度區(qū)段長(zhǎng)度（ m） 結(jié)構(gòu)情況 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 為節(jié)約鋼材也可采用單柱溫度伸縮縫，即在縱向構(gòu)件(如托架、吊車梁等 )支座處設(shè)置滑動(dòng)支座，但構(gòu)造復(fù)雜。其柱距為基本柱距的倍數(shù)，最大可達(dá) 48m。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) ◆ 符合經(jīng)濟(jì)合理的要求 確定方案時(shí)應(yīng)進(jìn)行綜合比較。 ◆ 墻架 承受墻體的自重和風(fēng)荷載。 本章目錄 基本要求 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 第 廠房結(jié)構(gòu)的形式和布置 1. 廠房結(jié)構(gòu)的組成 2. 廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟 3. 柱網(wǎng)和溫度伸縮縫的布置 本節(jié)目錄 基本要求 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 廠房結(jié)構(gòu)的組成 (b)有檁屋蓋 屋架 柱間支撐 檁條 拉條 上弦橫向支撐 柱間支撐 圖 廠房結(jié)構(gòu)的組成 垂直支撐 大型屋面板 柱間支撐 上弦橫向支撐 天窗架 屋架 (a)無(wú)檁屋蓋 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 其構(gòu)件按作用可分為： ◆ 橫向框架 由柱和屋架組成 ,是廠房的主要承重體系。設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 廠房結(jié)構(gòu)的形式和布置 廠房結(jié)構(gòu)的框架形式 屋蓋結(jié)構(gòu) 框架柱設(shè)計(jì)特點(diǎn) 輕型門式剛架結(jié)構(gòu) 吊車梁設(shè)計(jì)特點(diǎn) 墻架體系 1. 熟悉單層廠房結(jié)構(gòu)形式及布置，鋼屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)造和設(shè)計(jì)計(jì)算。 4. 掌握框架柱的設(shè)計(jì)。 ◆ 吊車梁和制動(dòng)梁 (或制動(dòng)銜架 )主要承受吊車豎向及水平荷載。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟 （ 1）規(guī)劃廠房的建筑和結(jié)構(gòu) （ 2）靜力計(jì)算 （ 3）構(gòu)件及連接設(shè)計(jì) （ 4）繪制施工圖 柱網(wǎng)和溫度伸縮縫的布置 柱網(wǎng)布置 進(jìn)行柱網(wǎng)布置時(shí)，應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： ◆ 滿足生產(chǎn)工藝的要求 ◆ 滿足結(jié)構(gòu)的要求 盡可能將柱布置在同一的橫向軸線上。多跨廠房的中列柱，常因工藝要求需要 “ 拔柱 ” 。按規(guī)范規(guī)定，當(dāng)溫度區(qū)段長(zhǎng)度不超過(guò)表，可不計(jì)算溫度應(yīng)力。即在縫的兩旁布置兩個(gè)無(wú)任何縱向構(gòu)件聯(lián)系的橫向框架，使溫度伸縮縫的中線和定位軸線重合；在設(shè)備布置條件不允許時(shí)，可采用 “ 插入距 ” 的方式。 框架由柱腳底面到橫梁下弦底部的距離 : 321 hhhH ???式中 : h3— 地面至柱腳底面的距離。 框架計(jì)算單元應(yīng)使縱向每列柱至少有一根柱參加框架工作，同時(shí)將受力最不利的柱劃入計(jì)算單元中。對(duì)柱頂剛接的橫向框架，當(dāng)滿足下式的條件時(shí)，可近似認(rèn)為橫梁剛度為無(wú)窮大： 4ACAB ?KKABK式中 —— 橫梁在遠(yuǎn)端固定使近端 A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)單位角時(shí)在A點(diǎn)所需施加的力矩值； —— 柱在 A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)單位角時(shí)在 A點(diǎn)所需施加的力矩值。 圖 橫向框架的高度取值方法 H2 H H1 H2 H H1 H2 H H1 H2 H H1 長(zhǎng)圓孔相連 (a) (b) (c) (d) 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 橫向框架的荷載和內(nèi)力 荷載 作用在橫向框架上的荷載有永久荷載、可變荷載、施工荷載?？捎珊奢d規(guī)范和吊車規(guī)格查得。 然后，按照承載能力極限狀態(tài)或正常使用極限狀態(tài)組合。 等截面柱有實(shí)腹式和格構(gòu)式兩種 ,通常采用實(shí)腹式。 框架柱形式見圖 。吊車肢僅承受吊車的豎向荷載，當(dāng)?shù)踯嚵翰捎猛痪壷ё鶗r(shí)，按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)，當(dāng)采用平板支座時(shí)，仍按壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 柱間支撐由兩部分組成：在吊車梁以上的部分稱為上層支撐。 當(dāng)溫度區(qū)段小于 90m時(shí)，在它的中央設(shè)置一道下層支撐 [圖 (a)] ；如果溫度區(qū)段長(zhǎng)度超過(guò) 90m，則在它的 1/3點(diǎn)處各設(shè)一道支撐 [圖 (b)] 。此外，在有下層支撐處也應(yīng)設(shè)置上層支撐。 圖 柱間支撐的形式 (a) (b) (c) (d) (e) 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第七章 單層廠房結(jié)構(gòu) 上層柱間支撐承受端墻傳來(lái)的風(fēng)力；下層柱間支撐除承受端墻傳來(lái)的風(fēng)力以外，還承受吊車的縱向水平荷載。 當(dāng)柱間距較大或十字撐妨礙生產(chǎn)空間時(shí)，可采用門架式支撐。某些重型車間，對(duì)下層柱間支撐的剛度要求較高，往往交叉桿的兩桿均按壓桿設(shè)計(jì)。 ◆ 采用無(wú)檁屋蓋的廠房，屋面剛度大，耐久性也高。