重型厂房结构设计.docx

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1、重型厂房结构设计.doc第 第2 章 中、重型厂房结构设计 中工招商网 在冶金，造船，机械制造等行业、有很多重型厂房，它们的显著特点是跨度大、高度大、吨位大。例如冶金工业的转炉车间，装配一个容积3400m 的转炉时，共跨度可达 30m，多层部分的高度可达 80m，整个厂房占地面积达230000m ，吊车的起重量可达 450t。在机械制造行业，有高度 60m，吊车起重量高达 1200t 的重型厂房。综合分析牢靠性，耐久性和经济性表明，这种重型工业厂房最相宜采纳全钢结构建立。随着我国钢产量的增加，一些中型厂房也会采纳全钢结构或钢屋盖结构。本章内容以重型厂房为主要对象，同时也论及中型厂房结构和一般钢

2、桁架。2.1 结构形式和结构布置 2.1.1 一般说明 在房屋建筑学中，已经学习了厂房的类别及平面、剖面和立面建筑设计的基本学问。重型厂房一般取单层刚(框)架结构形式，但也有一部分为多层刚架者。图 2—1 是典型单层单跨厂房构造简图，其屋顶既可采纳钢屋架—大型屋面板结构体系，亦可采纳钢屋架—檩条—轻型屋面板结构体系，或横梁—檩条—轻型屋面板结构体系。 图 图 2 —1 单层厂房构造简图 1— — 柱；2— — 屋架；3— — 吊车梁；4&m

3、dash; — 天窗架；5— — 柱间支撑 吊车是厂房中常见的起重设备，根据吊车运用的繁重程度(亦即吊车的利用次数和荷载大小)，国家标准起重机设计规范(GB3811)将其分为八个工作级别，称为 A1—A8。吊车的工作制等级与工作级别的对应关系表 表 2 —1 工作制等级 轻级 中级 重级 特重级 工作级别 A1 —A3 A4,A5 A6,A7 A82.1.1.1 柱网布置和计算单元 厂房的柱网布置要综合考虑工艺、结构和经济等诸多因素来确定，同时还应留意符合标准化模数的要求。一般地，在跨度不小于 30m、高度不小于 14m、

4、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。假如采纳轻型围护结构，则取大柱距 15m，18m 及 24m 较相宜。位于懦弱地基上的重型厂房，应采纳较大柱距。在一些工业部门为了满意工艺要求，厂房亦可呈多跨形式(如图 2—2 所示)。图 图 2 —2 柱网布置国家规范要求，在厂房的纵向或横向的尺度较大时，一般应按表2—2 在平面布置中设置温度收缩缝，以避开结构中衍生过大的温度应力。超出表中数值时，应考虑温度应力和温度变形影响。双柱温度收缩缝或单柱温度收缩缝原则上皆可采纳，不过在地震城区宜布置双柱收缩缝。温度区

5、段长度表 （m ）表 表 2 —2 结构状况 纵向温度区段（垂直屋架或构架跨度方向）横向温度区段 （屋架或构架跨度方向）柱顶为刚接 柱顶为铰接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 220 180 120120 100 — — 150 125 — — 由于工艺要求或其他缘由，有时须要将柱距局部加大。如图 2—2 中，在纵向轴线 B 与横向轴线 L 相交处不设柱子，因而导致轴线K 和 M 之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。通常在拔柱处设置—构件，如图 2—2 中的构建

6、 T1，上承屋架(或其他屋面结构)，下传柱子，该构件为实腹式时称为托粱，桁架式时称为托架。托梁和托架一般作为简支受弯构件。托粱可采纳焊接工字型截面，其截面高度可取其跨度的 110—18，翼缘宽度取截面高度的 15—125，箱形托梁双腹板之间的距离可取其截面高度的 14—1/2,且不宜小于 400m。托架高度可取其跨度的 11()—15，节间距可取 3m。托梁或托架与屋架的连接有叠接和平接两种，前者构造简洁，便于施工，但存在使托梁或托架受扭的缺点；后者可有效地减轻托梁或托架受扭的不利影响，较常用。为了进行结构分析，必需明确横向框架所担当的荷载，通常

7、以计算单元表示。图2—2中阴影部分所示，即为位于轴线j上的两跨框(排)架的计算单元、它的宽度一般是相邻柱距的平均值。对于等柱距且无拔柱的平面布置，明显只需取一个计算单元。否则，应当划分数个计算单元。在柱网布置和剖、立面设计中还涉及到诸多几何参数的相互协调，尤其是吊车外轮廓与屋架下弦下表面之间的净距 a 、吊车大轮的中心线与柱纵向定位轴线之间的净距离 b、吊车外轮廓与柱体内表面之间的净距离 c 等，可参见图 2—3 取值， 图 图 2 —3吊车外轮廓线与接近构件的净距要求 2.1.1.2 横向框架及其截面选择 横向框架可呈各种形式(如图 2—4)。

8、重型厂房的柱脚通常做成刚接，这不仅可以削减柱段的弯矩肯定值(从而减小柱裁面尺寸)，而且增大横向框架的刚度：横梁与柱子的连接可以是铰接(如图 2—4c)，亦可以是刚接(如图 2—4a，b)，相应地，称横向框架为铰接框架或刚接框架。对一些刚度要求较高的厂房(如设有双层吊车，装备硬钩吊车等)，尤其是单跨重型厂房，宜采纳刚接框架。在多跨时，特殊在吊车起重量不很大和采纳轻型围护结构时，相宜采纳铰接框架(如图 2—4c)。图 图 2 —4 框架形式从耗钢量考虑，重型厂房中的承重柱很少采纳等截面实腹式柱，一般采纳阶梯形柱。其下段通常取缀条格构式，而上段既可采纳

9、实腹式(见图 2—5a)，亦可采纳格构式。但是当格构式柱的加工制作费用比重增大时，需综合权衡经济指标来选择承重柱的结构形式，如边柱下段做成空腹式。实腹式等截面柱的构造简洁，加工制作费用低，常在厂房高度不超过 10m 且吊车额定起重量不超过 20t 时采纳。厂房高度不大，但吊车额定起重量超过 100t，或吊车吨位不大而厂房高度较大(有刚度要求)时，宜采纳分别式承重柱。分别式柱的吊车肢和屋盖肢通常用水平板做成柔性连接(见图 2—5b)。这种连接既可减小两肢在框架平面内的计算长度，又实现了两肢分别单独担当吊车荷载和屋盖(包括围护结构)荷载的设计意图。尤其对位置不高的大吨位吊车

10、或车间有可能改扩建时，分别式柱更显其优点。图 图 2 —5 格构式柱与分别式柱 (a) 具有分别式柱脚的格构式；(b) 分别式柱双肢格构式柱是重型厂房阶形下柱的常见形式图 2—6 是其截面的常见类型。 图 图 2 —6双肢格构式柱 厂房结构形式的选取不仅要考虑吊车的起重量，而且还要考虑吊车的工作级别及吊钩类型，对于装备 A6—A8 级吊车的车间除了要求结构具有大的横向刚度外，还应保证足够大的纵向刚度。因此，对于装备 A6—A8 级吊车的单跨厂房，宜将屋架和柱子的连接以及柱子和基础的连接均作刚性构造处理。纵向刚度则依靠柱的支撑来保证。设

11、计在侵蚀性环境中工作的厂房，除了要选择耐腐蚀性的钢材，还应寻求有利于防侵蚀的结构形式和构造措施。同理，在高热环境中工作的厂房，在设计中不仅要考虑对结构的隔热防护，亦应采纳有利于隔热的结构形式和构造措施。可参照已有的同类型构件或设计参考资料，初步确定构件的截面尺寸。在无资料可参照时，可按表 2—3 初拟柱各段截面的高度和宽度。其中 Q 指吊车吨位，H 指全柱长度，1H 指上阶柱长度。柱各段截面的高度和宽度 表 2 —3 类别 柱高 H(m) 无吊车 30 Q t 50 100 t Q t 125 250 t Q t 300 Q t 等截面柱 10 H ( ) 1/20 1

12、/15 H - ( ) 1/18 1/12 H - 10 20 H ( ) 1/30 1/20 H -阶形柱 上阶形 15 H ( )11/10 1/7 H -( )11/9 1/6 H -15 10 H ( )11/12 1/9 H -( )11/12 1/8 H -( )11/10 1/7 H -下阶形 20 H ( ) 1/15 1/12 H - ( ) 1/15 1/10 H - ( ) 1/12 1/9 H - ( ) 1/10 1/8 H -20 30 H ( ) 1/20 1/15 H - ( ) 1/18 1/12 H -( ) 1/15 1/10 H -阶形柱无论是实腹式还是

13、格构式，均是以肩粱将其各阶段连在一起形成整体的。肩梁有单腹壁和双腹壁之分，如图 2—7 所示图 图 2 —7肩梁构造及计算简图 （ （a）单腹壁肩梁； (b) 双腹壁肩梁； (c) 肩梁计算简图 2.1.1.3 柱间支撑 作用于厂房山墙上的风荷载、吊车的纵向水平荷载、纵向地震力等均要求厂房具有足够的纵向刚度。这在结构上是通过合理的柱间支撑和屋盖支撑(参见 213 节)的设置来实现的。每列柱都必需设置柱间支撑，多跨厂房的中列柱的柱间支撑宜与其边列柱的柱间支撑布置在同一柱间。通常将吊车梁上部的柱间支撑称为上层柱间支撑，吊车梁下部的柱间支撑称为下层柱间支撑(参见图 2&mda

14、sh;8)。下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部，以削减纵向温度应力的影响。当湿 度区段长度大于 150m 或抗震设防烈度为 8 度、类场地和 9 度时，应当增设一道下层柱间支撑，且两道下层柱间支撑的距离不应超过72m。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。每列柱顶均要布置刚性系杆。图 图 2 —8柱间支撑布置 常见的下层柱间支撑是单层十字形(见图 2—9)。支撑的倾角应限制在 35 55 - 之间，假如单层十字形不能满意这种构造要求。可选用人字形，K 形，Y 形，双层十字形或单斜杆形。假如由于柱距过大 ( ) 12m 或其他

15、缘由(例如工艺或建筑上的须要)，不能设置上述形式的下层柱间支撑时。可以考虑采纳门形，L 形柱间支撑，甚至不加任何斜撑而将吊车梁与下段柱的吊车肢刚性连接构成刚架。后一方式制造和安装都较困难，一般不提倡运用。上层柱间支撑的常见形式见图 2—10，一般采纳十字形，人字形或 K 形，柱距较大时可取 v 形或八字形。 图 图 2 —9下层柱间支撑的形式 （ （a ）单层 十字形（b ）人字形（c ）K 形（d ）Y 形（e ）单斜杆形 （ （f ）门形 （g ）L 形 （h ）刚架形 （i ）双层十字形 图 图 2 —10上层柱间支撑的形式 （ （a）十字形 （b ）

16、人字形 （c ）K 形 （d ）八字形 （e ）V 形 2.1.2屋架外形及腹杆形式 2.1.2.1 桁架的应用 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状况下只受轴线拉力或压力。应力在截面上匀称分布，因而简单发挥材料的作用。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，这种用于屋盖承重结构的梁式桁架叫屋架。此外，拱架、网架也都能用作屋盖的承重结构。本章主要结合钢屋架阐述桁架设计的各种问题，也简略介绍一些其他用途的桁架的特点。2.1.2.2桁架的外形及腹杆形式 桁架的外形宜接受到它的用途的影响。就屋架来说，外形如图 2&mdas

17、h;11 所示。其中前四种为单系腹杆第五种即交叉腹杆为复系腹杆。 图 图 2 —11钢屋架的外形 2.1.2.3确定桁架形式的原则 桁架外形与腹杆形式，应当经过综合分析来确定。确定的原则应从下述几个方面考虑。（1）满意运用要求对屋架来说，上弦的坡度应适合防水材料的须要。此外，屋架在端部与柱是简支还是刚接。房屋内部净空有何要求，有无吊顶，有无悬挂吊车，有无天窗及天窗形式以及建筑造型的须要等，也都影响屋架外形的确定。三角形屋架上弦坡度比较陡，适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮等屋面材料，坡度一般在 1/3 1/2 - 。梯形屋架上弦较平坦，适合于采纳压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板(带油毡防水材

18、料)，坡度一般在1/12 1/8 - 。当采纳长压型钢板顺坡铺设屋面时，最缓的可用到 120甚至更小的坡度。三角形屋架端部高度小需加隅撑(图 2—12)才能与柱形成刚接，否则只能与柱形成铰接。梯形屋架的端部可做成足够的高度，因之即可铰支于杆也可通过两个节点与柱相连而形成刚接框架。近年来一些国家在厂房中多采纳平行弦双坡屋架，我国宝山钢铁公司初轧厂的屋架形式如图 2—11(f)所示。图 图 2 —12 有隅撑的框架图 图 2 —13皮带运输机桥简支桁架 皮带运输机桥的桁架是斜置的(图 2—13c)、通常跨度不特殊大，一般采纳户平行弦桁架，

19、带竖杆的人字式腹杆体系(图 2—13a)，有时也用豪氏屋架中的单向斜杆体系(图 2—13b)。(2)受力合理只有受力合理时才能充分发挥材料作用，从而达到节约材料的目的。对弦杆来，所谓受力合理是要使各节间弦杆的内力相差不太大，这样，用—根通长的型钢来做弦杆时对内力小的节间就没有太大的奢侈。一般讲，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。但是，弦杆做成折线形季节点费料费工，所以桁架弦杆—般不做成多处转折的形式，而常常做成上述三种形式，它们的弦杆都只在屋脊处有转折。塔架是主要承受水平荷载的悬臂空间桁架，塔架下部所受弯矩渐

20、次增大，为使受力合理，通常做成上窄下宽的棱锥外形。(3)制造简洁及运输与安装便利制造简洁，运输及安装便利可以节约劳动量并加快建设速度。(4)综合技术经济效果好传统的分析方法多着眼于构建本身的省料与节约工时，这样还是不全面的。在确定桁架形式与主要尺寸时，除上述各点外还应当考虑到各种有关的因素，如跨度大小、荷载状况，材料供应条件等，尤其应当考虑建设速度的要求，以期获得较好的综合技术经济效果。在上述原则基础上，依据详细条件，桁架形式可有许多改变。图2—15(a)的方式可使三角形屋架支座节点的构造有所改善，因为一般三角形屋架端节间弦杆内力大而交角小、制造上有困难。图 2—15(

21、a)的三角形屋架的下弦下沉后，不仅弦杆交角增大且屋架的重心降低，提高了空间的稳定性。平行弦双坡屋架假如不是坡度很小，下弦中间部分取水平段为好（图 2—15b)。双坡平行弦屋架的水平变位较大，对支承结构产生推力。下弦中部取消水平段后，所述缺陷有所改善，弦杆内力也较匀称。 图 图 2 —15屋架形式的改变 2.1.2.4桁架主要尺寸的确定 桁架的主要尺寸指它的跨度L和高度H(包括梯形屋架的端部尚高度 H )(图 2—11)。跨度 L，对屋架来说由运用和工艺方面的要求确定。屋架的高度则由经济条件、刚度条件(屋架的挠度取值 L500)，运输界限(铁路运输界限高度为

22、385m)及屋面坡度等因素来确定。2.1.3屋盖支撑 当采纳屋架作为主要承重构件时，支撑(包括屋架支撑和天窗架支撑)是屋盖结构的必要组成部分。以下按支撑作用和支撑的布置原则，分别加以叙述。2.1.3.1 屋盖支撑的作用 (1)保证屋盖结构的几何稳定性 在屋盖中屋架是主要承重构件。各个屋架如仅用檩条和屋面板连系时由于没有必要的支撑，屋盖结构在空间是几何可变体系，如图2—16 中虚线所示。只有用支撑合理地连接各个屋架，形成几何不变体系时，才能发挥屋架的作用，并保证屋盖结构在各种荷载作用下能很好地上作。首先用支撑将两个相邻的屋架组成空间稳定体，然后用檩条及上下弦平面内的一些系杆将其余各屋

23、架与空间稳定体连接起来，形成几何不变的屋盖结构体系(图 2—16b)。图 图 2 —16屋盖支撑作用示意图 a 上弦横向水平支撑b 下弦横向水平支撑c 垂直 支撑d 檩条或大垂 屋面板 (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，桁架两端的支座是柱或垂直支撑，桁架的高度常为 6m(柱距方向)，在屋面平面内具有很大的抗弯刚度。在山墙风荷载或悬挂吊车纵向刹车力作用下，可以保证屋盖结构不产生过大变形。3)为弦杆供应适当的侧向支承点 支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点（图 2—16b），减小弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压上

24、弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。(4)担当并传递水平荷载 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便利。2.1.3.2屋盖支撑的布置 (1)上弦横向水平支撑 在有檩条(有檩条系)或不用擦条而只采纳大型屋面板(无檩条系)的屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑。当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。上弦横向水平支撑应设置在房屋的两端或有横向伸缩缝时在温度缝区段的两瑞。一般设在第一个柱间(图 2—17)或设在其次个柱间。横向水平支撑的间距 L。以不超过 60m 为宜，所以在一个温度区段tL的中间还要布置一或几道。 图 图 2 &mdas

25、h;17屋盖支撑示例 a 上弦横向水平支撑b 下弦横向水平支撑c 纵向水平支撑d 屋架垂直支撑 a天窗架横向水平支撑 d天窗架垂直支撑 e 刚性系杆 f 柔性系杆(2)下弦横向水平支撑 一般状况下应当设置下弦横向水平支撑，只是当跨度比较小(L 18m)且没有悬挂式吊车，或虽有悬挂式吊车但起重吨位不大，厂房内也没有较大的振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。(3)纵向水平支撑 当房屋内设有托架，或有较大吨位的重级、中级工作制的桥式吊车，或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备，以及房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时，均应在屋架下弦(三角形屋架可在下弦或上弦)端节间设置纵向水平支撑。纵向水平支撑与横向

26、水平支撑形成闭合框，加强了屋盖结构的整体性并能提高房屋纵、横向的刚度。(4)垂直文撑全部房屋中均应设置垂直支撑。梯形屋架在跨度 L 30m，三角形屋架在跨度 L 24m 时，仅在跨度中心设置一道(图 2—18a，b)，当跨度大于上述数值时宜在跨度 13 旁边或天窗架侧柱外设置两道(图 2—18c、d)。梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置一道(图 2—17、2—18)，当有托架时则由托架代替。垂直支撑本身是一个平行弦桁架，依据尺寸的不同，一般可设计成图 2—18(e)、(f)及(g)的形式。 图 图 2 —18屋架的垂直

27、支撑 天窗架的垂直支撑，一般在两侧设置(图 2—19a)，当天窗的宽度大于 12m 时还应在中心设置一道(图 2—19b)。两侧的垂直支撑桁架，考虑到通风与采光的关系常采纳图 2—19(c)及(d)的形式，而中心处仍实行与屋架中相同的形式(图 2—19e)。沿房屋的纵向，屋架的垂直支撑及上、下弦横向水平支撑布置在同一柱间(图 2—16、图 2—17)。(5)系秆 没有参加空间稳定体的屋架，其上下弦的侧向支承点由系杆来充当，系杆的另一端最终连接于垂直支撑或上下弦横向水平支撑的节点上。能承受拉力也能承受压力的系杆，截面要大一些

28、，叫刚性系杆，只能承受拉力的，戴面可以小些，叫柔性系杆。系杆的布置原则是：在垂直支撑的平面内一般设置山下系杆，屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中或跨中旁边设置柔性系杆：当屋架横向支撑设在端部其次柱间时，则第一柱间全部系杆均应为刚性系杆。屋盖支撑的作用必需得到保证，但支撑的布置则依据详细条件可敏捷处理，譬如在等高多跨厂房中，其中列柱只沿—侧设下弘纵向水平支撑等。至于支撑中系杆的布置，更应敏捷驾驭。当房屋处于地震区时，尤其不是全钢结构的厂房中，房盖支撑的布置要有所加强。详细方法应符合抗震设计规范的要求。图 图 2 —19天窗架垂直支承 2.1.3.

29、3 屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则 除系杆外各种支撑都是一个平面桁架。桁架的腹杆一般采纳交叉斜杆的形式，也有采纳单斜杆的。下面主要结合图 2—17 所示传统的支撑布置方法讲解并描述。在上弦或下弦平面内，用相邻两屋架的弦杆兼作横向支撑桁架的弦杆，另加竖杆和斜杆，便组成支撑桁架。同理，屋架的下弦杆将兼作纵向水平支撑桁架的竖杆。屋架的纵横向水平支撑桁架的节间，以组成正方形为宜，一般为 6m x 6m，但由于实际状况划分时也可能有长方形甚至是 6m x 3m 的状况。上弦横向水平支撑节点间的距离常为屋架上弦杆节间长度的 2—4 倍。 垂直支撑常成图 2—18(e)、

30、(f)、(g)形成的小桁架，其宽与高各由屋架间距及屋架相应竖杆高度确定。宽高相差不大，可用交叉斜杆，高度较小时可用 v 及 W 式(图 2—18f 及 e)。以避开杆件交角可能小于30 的状况。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择。交叉斜杆和柔性系杆按拉杆设计，可用单角钢，非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可用双角钢，但刚性系杆通常将双角钢组成十字形截面，以便两个方向的刚度接近。当支撑桁架受力较大，如横向水平支撑传递较大的山墙风荷载时，或结构按空间工作计算因而其纵向水平支撑需作柱的弹性支座时，支撑杆件除需满意允许长细比的要求外，尚应按桁架

31、体系计算内力，并据以选择截面。交叉斜腹杆的支撑桁架是超静定体系，仅因受力比较小，一般常用简化方法进行分析。例如，当斜杆都按拉杆设计时认为图 2—20 中用虚线表示的一组斜杆因受压屈曲而退出工作，此时桁架按单斜杆体系分析。当荷载反向时，则认为另一组斜杆退出工作。当斜杆按可以承受压力设计时，其简化分析方法可参阅有关结构力学的文献。图 图 2 —20横向水平支撑计算简图2.2 厂房结构的计算原理 将单层房屋结构简化为平面刚架来分析，仍旧是目前建筑结构内力计算的主要方法。墙架结构、吊车梁系统等均以明显的集中力方式作用于刚架上，必要时亦可将刚架的自重用静力等效原则化作集中力，作用

32、于刚架上。2.2.1 荷载计算 在刚架的平面分析中，认为一个刚架仅担当一个计算单元内的各种荷载。这些荷载包括永久荷载，可变荷载及偶然荷载。它们原则上依据建筑结构荷载规范(GB 50009)进行计算。可变荷载包括屋面活荷载，雪荷载，积灰荷载，风荷裁及吊车荷载。施工荷载一般通过在施工中实行临时性措施予以考虑。吊车荷载在 241 节阐述。刚架承受的永久荷载包括屋面恒载、屋架、檩条、墙梁及刚架自重、围护结构自重等。它们一般换算为计算单元上的均布面荷载考虑(后续行文中，如无特殊说明，均布荷载均指这种水平投影面上的均布面荷载)。其标准值可按建筑结构荷载规范(GB50009)附录 A 计算。屋面恒载的标准值

33、可按表 2—4 取值。屋面恒载标准值 表 表 2 —4 屋面荷载 瓦楞铁 压型钢板 波形石棉瓦 水泥平瓦 恒载标准值 ( )2/ KN m0.05 0.1 —0.15 0.2 0.55实腹式檩条的自重标准值可选用均布荷载20.05 0.1 / KN m - ，而格构式常可近似取均布荷载20.03 0.05 / KN m -墙架结构自重标准值可选用均布荷载20.25 0.42 / KN m - 檐高较大时相应取大者。根据建筑结构荷载规范(GB50009)中的荷载组合规则，屋面活荷载不和屋面雪荷载同时考虑，因此只需在屋面活荷载与雪荷载的标准值中取较大者计算。积灰

34、荷载要留意局部增大系数。风荷载标准值与高度有关。在檐口高度和屋面坡度不是很大时，可偏于平安地取屋脊处的风荷载标准值作为整个刚架的风荷载标准值。否则，可取屋脊处的风荷载标准值作为斜梁的风荷载标准值，而取檐口高度处的风荷载标准值作为柱子的风荷载标准值。建筑结构荷载规范中给出的风荷载标准值kW 是沿垂直于建筑物表面的方向作用的，要将它投影到水平面上。为此，考虑刚(框)架计算单元宽 b，跨度方向长 h(如图 2—21 所示)范围内的风荷载。明显，此范围内的风荷载合力为 / c o sKN b h W a = 投影倒水平面上的值 P 为( )/ /coskP N bh W a= = 对于常见

35、的封闭式双坡屋面，其风荷载体型系数可依据屋面坡度a 按表 2—5 确定，其中各区域、的意义及与风向的关系见图 2—22，坡度 a 取中间值时，可在表中插值。 图 图 2 —21风荷载kW 投影 刚架的风荷载体型系数 表 表 2 —5 表面区域 +0.80 -0.6 ( ) 15 a0 ( ) 0 a=+0.8 ( ) 60 a-0.50 -0.50 图 图 2 —22 风向与分区 其他的情形按建筑结构荷载规范(GB50009)的规定取值。 2.2.2 刚架内力计算 为了简化计算，通常引用当量惯性矩将格构式柱和屋架换算为实腹式构件进行内

36、力分析。当量惯性矩的一般表达式为：其中， A a 和 A b 分别为格构式柱两肢(或屋架上下两弦)的截面积， x a 和x b 分别是格构式柱两肢(或屋架上下两弦)的截面形心到格构式柱截面中性轴的距离，见图 2—23。其中 m 是反映剪力影响和几何形态的修正系数，平行弦情形，可取 m 为 0.9，上弦坡度为 110 时取 m 为0.8，上弦坡度为 18 时取 m 为 0.7，对于屋架，其当量惯性矩可干脆表达为：其中，h 是上下两弦截面形心之间的距离。当屋架的几何尺寸未定时，亦可依下式估算其当量惯性矩：其中最大弯矩maxM 可以简支屋架在屋面荷载作用下的跨中弯矩代入，f 是弦杆的抗拉

37、强度设计值。图 图 2 —23双肢格构式柱 2.2.3内力组合原则 根据建筑结构荷载规范的规定，结构设计应依据运用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载实力极限状态和正常运用极限状态，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。在钢结构设计中，按承载实力极限状态计算时一般考虑荷载效应的基本组合 (包括由可变荷载效应限制的组合和由永久荷载效应限制的组合)必要时考虑荷载效应的偶然组合。对于一般的刚(框)架，按承载实力极限状态设计时，构件和连接可取下列简化公式的最不利值确定：1 1 G GK Q QS S S g g = +(2—4) 10.9nG GK Qi

38、QikiS S S g g= +（2—5） 荷载效应组合的目的最终是为了找到最不利组合情形对构件和连接进行校核，以确定设计是否平安。因此，实际设计过程中，通常实行的方法是；就构件校核条件中出现的内力，寻求它们分别取可能的最大值时的组合进行校核。譬如，对于一般的受弯构件，只需对最大正负弯矩和最大正负剪力这四种情形进行校核。换言之，受弯构件最多(因为在一些特定的情形下，其中某些组合明显不起限制作用)只需作如下四种内力组合：（maxM+，V）, :(maxM-，V)， ：（maxV+，M）, :(maxV-,M) 其中m a xM+，maxM-——最大正负弯矩ma

39、xV+，maxV-——最大正负剪力M,V——相应内力组合的弯矩和剪力 同理，对于一般的压弯构件最多(因为在—些特定的情形下，其中某些组合明显不起限制作用)只需作如下四种内力组合：（maxM+，N）, :(maxM-，N)， ：（maxN+，M）, :(maxN-,M) 其中 m a xN+，maxN-——最大正负轴力 以上四种组合自然还应包括和 M 对应的剪力 V，这里略去了。此外，对后两项组合还需分别考察正弯矩和负弯矩。内力组合表 表 表 2 —6 构件与截面编号 恒载 活载 风载 吊车刹车 左吹

40、 右吹 左刹 右刹左柱截 面标准值 M 128.8 143.5 -94.5 1.61 -28.2 28.2 N 36.4 40.5 -17.3 -8.98 -2.09 2.09 组合 ( )maxM+ 选项 √ √√√ M 1.2×128.8+0.9×1.4×(143.5+1.61+…) N 1.2×36.4+0.9×1.4×（40.5-8.98+…）组合 ( )maxM- 选项 √√√M 1.2×1

41、28.8+0.9×1.4×(-94.5-28.2+…) N 1.2×36.4+0.9×1.4×（-17.3-2.09…）组合 ( )maxN+ 选项 √ √√ M 1.2×128.8+0.9×1.4×(143.5+28.2+…) N 1.2×36.4+0.9×1.4×（40.5+2.09+…）组合 ( )maxN- 选项 √√√M 1.2

42、×128.8+0.9×1.4×(-94.5-28.2+…)N 1.2×36.4+0.9×1.4×（-17.3-2.09…）2.3钢屋架设计 2.3.1桁架的内力计算和组合 作用在屋架上的恒荷载和活荷载及它们的分项系数和组合系数，按荷载规范 GB50009 的规定计算。屋架杆件的内力，按节点荷载作用下的铰接平面桁架，用图解法或解析法进行分析。为便于计算及组合内力，一般先求出单位节点荷载作用下的内力(称作内力系数)然后依据不同的荷载及组合，列表进行计算。屋架节点多数为焊接连接(少数也有用高强螺栓连接

43、的)，且交汇的杆件大多通过节点板相连。因此，节点有肯定刚性，节点刚性在杆件中引起的次应力一般较小，不予考虑。但荷载很大的重型桁架有时须要计入次应力的影响。屋架中部某些斜杆，在全跨荷载时受拉而在半跨荷载时可能变成受压，这是应当留意的。半跨荷载是指活荷载、雪荷载或某些厂房受到的积灰荷载作用在屋盖半边的状况，以及施工过程中由一侧起先安装大型屋面板所产生的状况等。所以内力计算时除应当按满跨荷载计算外，还要按半跨荷载进行计算，以便找出各个杆件可能的最不利内力。有节间荷载(图 2—24)作用的屋架，可光把节间荷载安排在相邻的节点上，按只有节点荷载作用的屋架计算各杆内力。干脆承受节间荷载的弦杆则

44、要用这样算得的轴线内力，与节间荷载产生的局部弯矩相组合，然后按压弯构件设计。这—局部弯矩理论上应按弹性支座的连续梁计算，算起来比较困难。考虑到屋架杆件的轴力是柱要的，为了简化，实际设计中一般取中间节间正弯矩及节点负弯矩为M =0.6 M ，而端节间正弯矩为 0.8 M M =，其中 M 为将上弦节间视力简支梁所得跨中弯矩，当作用集中荷载时其值为 pd/4. 2.3.2桁架杆件的计算长度 桁架中无论压杆或拉杆都须要找出其计算长度，因为有了计算长度才能进行压杆的稳定性验算，以及压杆和拉杆的刚度验算。桁架及支撑的杆件都应满意刚度要求，其标记是长细比的大小要符合规范规定的容许值。因受力条件

45、和杆件的重要程度不同，规范规定了不向的容许值。桁架中的受压杆件的容许长细比为 150，支撑的受压杆什为 200。干脆承受动力荷载的桁架中的拉杆为 250只承受静力荷载作用的桁架的拉杆，可仅计算在竖向平面内的长细比，容许值为 350，支撑的受拉杆为 400. 2.3.3杆件的截面型式 桁架杆件截面的型式，应当保证杆件具有较大的承载实力、较大的抗弯刚度，同时应当便于相互连接且用料经济。这就要求杆件的截面比较扩展，壁厚较薄，同时外表平整。依据这一要求、多年来主要采纳双角钢来做屋架以及跨度相近的桁架如皮带运输机桥等的杆件。压杆应当对于截面的两个主轴具有相等或接近的稳定性、即X Yl l = ,以充分发

46、挥材料的作用，拉杆则常用等边角钢来做。因为等边角钢一般比不等边角钢简单获得。受拉弦杆角钢的伸出肢宜宽一，以便具有较好的出平面刚度。须要留意的是，双角钢属于单轴对称截面，绕对称轴 y 屈曲时伴随有扭转，yl 应取考虑扭转效应的换算长细比YZl . 受压弦杆，在一般支撑布置的状况下，常为0 02Y X= ，为获得近于等稳的条件，常常采纳两等肢角钢或两短肢相并的不等肢角钢组成的 T 形断面(图 2—28a 或 b)。二者之中以用钢量较小的为好。鉴于YZ Yl l ，后一截面比较简单做到等稳定。当有节间荷载时，为增加弦杆在屋架平面内的抗弯实力，可采纳两长肢相并的不等肢角钢组成的T 形截面(图 2—28c)；但弦杆处于屋架的边缘，为增加出平面的刚度以利运输及安装，也可以考虑采纳两等肢角钢；受拉弦杆，往往OY 比OX 大得多，此时可采纳两短肢相并的不等肢角钢组成的或者等肢角钢组成的 T 形截面(图 2—28a