单层钢结构厂房

1单层厂房钢结构设计单层厂房钢结构设计1.结构形式和结构布置3.钢屋架设计2.计算原理4.轻型门式刚架结构结构形式和结构布置1.结构形式和结构布置柱屋架吊车梁天窗架柱间支撑屋盖结构体系：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横梁—檩条—轻型屋面板结构体系吊车的工作制等级与工作级别的对应关系工作制等级轻级中级重级特重级工作级别A1～A3A4,A5A6,A7A8（按照吊车使用的频繁程度）1.结构形式和结构布置柱网布置和计算单元1.结构形式和结构布置1.影响柱网布置因素：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：柱距L的取值:一般地，在跨度不小于30m、高度不小于14m、吊车额定起重量不小于50t时，柱距取12m较为经济；参数较小的厂房取6m柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取大柱距15m，18m及24m较适宜。柱网布置计算单元1.结构形式和结构布置横向框架及其截面选择横向框架梁与柱的连接形式：刚接框架：（a)、（b）横梁与柱子的刚接连接铰接框架：（c）横梁与柱子的铰接连接。（a）（b）（c）1.结构形式和结构布置柱脚刚接：可以削减上柱柱顶的弯矩值，增大横向框架的刚度。铰接框架：横梁与柱子铰接，适用于吊车起重量不很大的轻型维护结构。刚接框架：横梁与柱子刚接。适用于设有双层吊车，装备硬钩吊车等的单跨重型厂房。1.结构形式和结构布置阶梯形柱：上段柱：实腹式,格构式。下段柱：缀条格构式。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。1.结构形式和结构布置阶梯形柱的常见截面形式：双肢格构式柱阶形柱的上柱起重量较小的边柱起重量≤50t的中柱起重量＞50t的中柱起重量较大的边柱特大型厂房的下柱1.结构形式和结构布置A6一A8级吊车的单跨厂房柱子与基础刚性连接纵向刚度横向刚度柱间支撑屋架与柱子刚性连接1.结构形式和结构布置下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑柱间支撑上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑刚性系杆刚性系杆下层柱间支撑上层柱间支撑垂直支撑1.结构形式和结构布置柱间支撑的布置：1）每列柱都要设柱间支撑。2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱间支撑布置在同一柱间。3）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部，以减少纵向温度应力的影响。4）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱间设置外,还应当在每个温度区段的两端设置。5）每列柱顶均要布置刚性系杆。1.结构形式和结构布置柱间支撑的作用：1）承受并传递纵向水平荷载：作用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、纵向地震力等。2）减少柱在平面外的计算长度。3)保证厂房的纵向刚度。1.结构形式和结构布置柱间支撑的形式：(a)单层十字形；(b)人字形；(c)门形;(d)双层十字形下层柱间支撑的形式(a)十字形；(b)人字形；(c)V字形上层柱间支撑的形式1.结构形式和结构布置桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应力在截面上均匀分布，桁架用料经济，结构的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途。在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架。屋架外形及腹杆形式1.结构形式和结构布置芬克式腹杆人字式腹杆豪式腹杆人字式腹杆再分式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆三角形屋架梯形屋架平行弦屋架1.结构形式和结构布置确定桁架形式的原则三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮,坡度一般在1/3～1/2梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在1/2～1/8满足使用要求：1.结构形式和结构布置受力合理：1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大。简支屋架外形与均布荷载下的抛物线形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比较接近。2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数量宜少，腹杆总长度也应较小。1.结构形式和结构布置再分式腹杆∶减少受压上弦节间尺寸，避免节间的附加弯矩,也减少了上弦杆在屋架平面内的长细比。交叉式腹杆∶主要用于可能从不同方向受力的支撑体系。再分式腹杆交叉式腹杆1.结构形式和结构布置制造简单及运输与安装方便杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合上述要求。综合技术经济效果好1.结构形式和结构布置跨度L—工艺及使用要求高度H—经济、刚度、运输、坡度等各种屋架中部高度：三角形屋架：中部高度H≈(1/6～1/4)L梯形屋架：中部高度H≈(1/10～1/6)L端部高度H0≈(1.8～2.4m)桁架主要尺寸的确定1.结构形式和结构布置屋盖支撑屋盖上弦横向水平支撑屋盖下弦横向水平支撑屋盖下弦纵向水平支撑竖向支撑系杆1.结构形式和结构布置屋盖支撑作用示意图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屋盖支撑的作用1.结构形式和结构布置2）保证屋盖的刚度和空间整体性横向水平支撑是一个水平放置(或接近水平放置)的桁架,支座是柱或垂直支撑。纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，减少横向水平荷载作用下的变形。1.结构形式和结构布置3）为弦杆提供适当的侧向支承点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。4）承担并传递水平荷载如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。5）保证结构安装时的稳定与方便1.结构形式和结构布置各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交叉斜杆。屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则竖腹杆：竖杆弦杆：相邻屋架弦杆兼作横向支撑桁架的弦杆腹杆支撑桁架斜腹杆：支撑1.结构形式和结构布置屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆件截面常按容许长细比来选。拉杆——单角钢压杆——双角钢当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，按图示拉杆（压杆退出工作）计算并据此选择截面。1.结构形式和结构布置荷载计算刚架内力计算2.计算原理计算单元简化单层房屋结构平面桁架2.计算原理1.永久荷载（恒载）屋面恒载檩条自重屋架、其它构件自重和围护结构自重2.可变荷载（活载）屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载及吊车荷载。3.施工荷载荷载计算2.计算原理为简化计算，引入当量惯性矩将格构式拄和屋架换算为实腹式构件进行内力分析。当量惯性矩：2201122()tkAyAy刚架内力计算A1和A2—分别为格构柱两肢（或屋架上下两弦）截面积y1和y2—格构式柱两肢（屋架上下两弦）的截面形心到格构式柱截面中性轴的距离。k—反映剪力和几何形状的修正系数。k=0.9平行弦k=0.7上弦坡度i=0.1k=0.65上弦坡度i=0.1252.计算原理屋架尺寸未定时，可按下式估算其当量惯性矩。Mmax—简支屋架在屋面荷载作用下的跨中弯矩。f—弦杆抗拉强度设计值。max02MhIkIkf2.计算原理内力分析：依叠加原理，内力分析只需针对几种基本类型进行。单跨刚架：（1）永久荷载；（2）屋面活荷载；（3）左风（右风荷载）；（4）吊车横向水平荷载；（5）吊车竖向荷载。手算或电算2.计算原理按照《建筑结构荷载规范》(GB50009)的规定，结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态，依照组合规则进行荷载效应的组合，并取最不利组合进行设计。内力组合原则2.计算原理对于一般的刚(框)架，按承载能力极限状态设计时，构件和连接可取下列简化公式中的最不利值确定：SGK、SQK—按规范规定的标准值算得的永久荷载效应和可变荷载效应γG、γQ—永久荷载分项系数和可变荷载分项系数niQikQiGkGkQQGkGSSSSSS1119.02.计算原理maxM内力组合表2.计算原理桁架的内力计算钢屋架设计桁架杆件的计算长度杆件截面型式一般构造要求与截面选择桁架的节点设计1.荷载分项系数及荷载组合系数按《建筑结构荷载规范》选取。2.按节点荷载作用下的铰接平面桁架分析内力常用的内力分析方法有图解法、解析法、电算。具体分析时，可先分别计算全跨和半跨单位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷载组合，列表计算。桁架内力计算3.钢屋架设计计算内力系数3.钢屋架设计3.节点刚性影响节点刚性引起杆件次应力，次应力一般较小，不予考虑。但荷载很大的重型桁架有时需要计入次应力的影响。4.杆件的内力变号屋架中部某些杆件在全跨荷载时受拉，而在半跨荷载时可能受压。半跨荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧施工3.钢屋架设计直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M）。局部弯矩M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。简化计算：3.钢屋架设计计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等效的两端铰接的理想轴心压杆。(a)(b)(c)221LEIcrP22)5.0(2LEIcrP22)(3LEIcrP杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高。桁架杆件的计算长度3.钢屋架设计影响钢屋架杆端约束大小的因素：1）杆件轴力性质拉力使杆拉直，约束作用大，压力使杆件弯曲，约束作用微不足道。2）杆件线刚度大小线刚度越大，约束作用越大，反之，约束作用越小。3）与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大，较远的杆件作用小。受压弦杆和单系腹杆的计算长度3.钢屋架设计杆件计算长度：桁架平面内计算长度弦杆支座斜杆(节件长度）支座竖杆中间腹杆xl0llx0llx8.003.钢屋架设计屋架杆件的计算长度3.钢屋架设计桁架平面外计算长度弦杆（侧向支撑点间距离）腹杆（节间长度）单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。lly0lly9.00oyl10lly3.钢屋架设计平面内计算长度:平面外计算长度：dlx0)25.075.0(1210NNllydl21变内力压杆的计算长度3.钢屋架设计交叉腹杆中交叉点处构造：1）两杆不断开。2）一杆不断开，另一杆断开用节点板拼接。交叉腹杆中压杆的计算长度3.钢屋架设计桁架平面内计算长度：无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。桁架平面外计算长度：拉杆可作为压杆的平面外支承点，压杆除非受力较小且不断开，否则不起侧向支点的作用。GB50017规范中交叉腹杆中压杆的平面外计算长度计算公式。llx5.003.钢屋架设计杆件截面选取的原则：承载能力高，抗弯强度大，便于连接，用料经济通常选用角钢和T型钢等强设计：压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。)(yzyxyz单轴对称截面绕对称轴屈曲时考虑扭转效应的换算长细比。杆件截面型式截面伸展壁厚较薄外表平整3.钢屋架设计角钢杆件截面形式3.钢屋架设计受压弦杆：yyyxxxyxxyililll000022yxii有节间荷载时3.钢屋架设计受拉弦杆：xyll00支座斜腹杆及竖杆：xyll00yxyxii3.钢屋架设计屋架构造的一般要求:同一榀屋架中，角钢的规格不超过5～6种最小角钢L45X4L56X36X4,L18m的小角钢屋架不受此限。一般构造要求与截面选择3.钢屋架设计屋架杆件中的填板。作用：保证两角钢共同工作。间距：压杆拉杆数量：不小于2个。ilz40ilz803.钢屋架设计任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力。节点设计3.钢屋架设计节点设计的一般原则⑴双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。⑵角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切以便使节点紧凑时只能切肢尖。双