单层厂房钢结构设计.ppt
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1、1第二章第二章 单层厂房钢结构设计单层厂房钢结构设计2第二章 单层厂房钢结构设计第一、二节 单层厂房钢结构组成与布置第三节 支撑体系第四、五节 横向框架和框架柱第六节 普通钢屋架第七节 吊车梁结构体系第八节 墙架体系3第一节第一节 单层厂房钢结构组成单层厂房钢结构组成4第一节第一节 单层厂房钢结构组成单层厂房钢结构组成5第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系1.11.1、结构组成、结构组成钢结构厂房的特点特点:承载能力大,整体刚度大,稳定性好,抗震性能好,耐热(但不耐火),制做安装运输方便,因此在重型厂房及大型厂房中应用很普遍。需要抵抗屋面、墙面、吊车设备等各种竖向及水平荷载的作用
2、。组成:天窗架、屋架、托梁、柱、吊车梁、制动梁(桁架)、各种支撑以及墙架等构件。6第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系1.11.1、结构组成、结构组成柱屋架平面结构吊车梁连接两个平面结构支撑体系屋盖支撑、柱间支撑屋盖屋架、支撑、檩条、天窗7第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系1.11.1、结构组成、结构组成横向平面框架柱横梁(屋架)承受横向水平荷载、竖向荷载基础纵向平面框架柱吊车梁柱间支撑保证纵向刚度,承受纵向水平荷载基础屋盖系统屋架、支撑、檩条、天窗吊车梁、制动梁承受吊车梁的竖向荷载及水平荷载支撑屋盖支撑、柱间支撑将单独平面框架连成空间体系,保证其刚度墙架承受墙体
3、的重量和风力8第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系二、单层厂房钢结构的布置 2.1、柱网 2.2、变形缝温度缝 2.3、横向框架 2.4、屋盖结构布置9第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.1、柱网主要取决于工艺要求柱网横向框架纵向框架柱网的布置需要从以下几个方法考虑:(1)从工艺要求方面:柱的位置应与车间设备、机械及起重运输设备等相协调;柱下基础应与地下设备(基础设备)相配合;还需适应生产过程中的可能变动;10第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.1、柱网(2)从结构要求方面:柱列的柱间距均为相等的布置方式柱子设在同一轴线上,形成框架,保证横向刚
4、度;同时,构件重复性大,易于构件最大限度的定型化和标准化柱列的柱间距不相等的情况柱子尽量在同一轴线上,形成框架11第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.1、柱网12第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.1、柱网(3)从经济要求方面:增大柱距,吊车梁跨度增大,需增设托架,费钢,但柱基础减少,所以应通过比较确定;统一化、标准化:跨度以3m为模数,柱距以6m为模数13第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.2、温度缝温度变化时厂房将产生温度变形及温度应力按规范要求横向、纵向均应设置温度缝可以设单柱,也可以设双柱来实现温度缝构造14第一节第一节 单层厂房钢
5、结构体系单层厂房钢结构体系2.2、温度缝温度缝设置范围温度缝一般从基础顶面或地面开始缝宽净距3060mm15第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.3、横向框架厂房结构的基本承重结构按跨度:单跨、双跨和多跨按静力图分为:梁柱铰接不能抵抗弯矩梁柱刚接能够抵抗弯矩框架柱柱脚一般刚性固定于基础上16第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.3、横向框架梁柱铰接与刚接梁柱刚接梁柱刚接梁柱铰接梁柱铰接17第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.3、横向框架梁柱铰接对基础沉降有较强的适应性安装方便、计算简单、受力明确缺点:下段柱弯矩较大,横向刚度差目前应用广泛18第
6、一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.3、横向框架梁柱刚接适应于基础沉降小的厂房结构减少下段柱的弯矩,提高横向刚度下段柱截面可以减小,增加使用面积安装不便、计算受力复杂用于横向刚度较大、单跨重型厂房19第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.3、横向框架以下几种情况应采用梁柱刚接(1)设有硬钩吊车的厂房;(2)设有两层吊车的厂房;(3)设有软钩重级吊车;(4)高跨比H/L1.5,且跨度L 24m20第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.4、屋盖结构布置可分为:无檩体系和有檩体系(1)无檩体系直接铺设大型钢筋混凝土屋面板有6m、12m两种;其优点是横向
7、刚度大,整体性好,构造简单,施工快;但自重大,抗震性能不如有檩体系多用于对刚度要求较高的中型以上厂房21第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.4、屋盖结构布置(2)有檩体系设置檩条,上铺石棉瓦或压型钢板重量轻,用料省,便于运输、安装;但构件数量多,型号多,构造复杂,吊装次数多,横向刚度差多用于刚度要求不高的中、小型厂房22第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.4、屋盖结构布置(3)易引发事故的原因:1)屋面荷载过大:积灰、积雪2)钢材腐蚀、锈蚀3)设计选型不当,拉杆变压杆,失稳破坏4)节点板设计不当23第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系2.4、屋
8、盖结构布置(3)易引发事故的原因:5)钢材质量不合格6)未设置屋架支撑,侧向失稳7)杆件长细比过大,过早变形8)施工不良,屋面渗漏9)设计或施工不当,杆件偏心受力过大24第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系三、支撑体系 3.1、支撑体系的作用 3.2、屋盖支撑 3.3、柱间支撑 3.4、支撑的计算和构造25第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(1)支撑作用:1)保证结构的空间作用;2)增强屋架的侧向稳定;3)传递屋盖的水平荷载;4)便于屋盖的安装;26第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑分类:上、下弦横向水平支撑;下弦纵
9、向水平支撑;垂直(竖向)支撑和系杆等。27第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑28第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置上弦横向水平支撑(体系)以两榀屋架的上弦杆作为支撑桁架的弦杆,檩条为竖杆,另加交叉斜杆共同组成水平桁架;其将两榀屋架在水平方向联系起来,保证了屋架的侧向刚度;29第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置上弦横向水平支撑(体系)1)作用 a.传递山墙风力;b.减少上弦压杆侧向计算长度;c.保证屋架平面外稳定30第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系
10、3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置上弦横向水平支撑(体系)2)布置原则a.布置在房屋两侧或温度缝的两侧;b.可布置在房屋两侧或温度缝两侧的第一或第二跨,若布置在第二跨,则应在第一跨设置刚性系杆;c.当长度大于60m时,应增设一道支撑;31第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置上弦横向水平支撑(体系)2)布置原则d.屋面板采用三点焊与屋架上弦杆焊牢,原则上可不布置支撑,但考虑到现场施焊的质量不能保证,仍需设置支撑;e.窗架的支撑与屋架上弦横向支撑应设在同一开间,且天窗下的屋架上弦横向支撑不中断32第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.
11、2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置下弦横向水平支撑(体系)以两榀屋架的下弦杆作为支撑桁架的弦杆,系杆与交叉斜杆为腹杆,共同组成水平桁架;33第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置下弦横向水平支撑(体系)1)作用a.减少下弦平面外计算长度;b.传递悬挂吊车水平力;c.传递水平风力(与抗风柱相连,作为抗风柱的支点)34第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置下弦横向水平支撑(体系)2)布置原则a.屋架跨度18m时b.屋架下弦设有悬挂吊车,厂房内有吨位较大的桥式吊车或有振动设备时;c.端墙抗风柱支承于屋架下弦时;d
12、.屋架下弦设有通长的纵向支撑时;e.上弦设有横向支撑的开间,下弦也须设置横向支撑35第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置下弦纵向水平支撑(体系)以系杆为弦杆,屋架下弦杆为竖杆;下弦水平支撑在横向与纵向共同形成封闭体系,增强屋盖结构的空间刚度36第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置下弦纵向水平支撑(体系)1)作用a.保证空间整体刚度;b.保证托架或托梁平面外稳定;c.传递吊车水平刹车力37第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置下弦纵向水平支撑(体系)2)布
13、置原则a.厂房内设有重级工作制吊车或起重量较大的中轻级工作制吊车时b.厂房排架计算考虑空间工作时;c.厂房内设有较大的振动设备时;38第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置下弦纵向水平支撑(体系)2)布置原则d.屋架下弦有纵向或横向吊轨时e.屋架跨度较大,高度较高而空间刚度要求大时;f.设有托架时,在托架处局部加设下弦纵向支撑,由托架两端各延伸一个柱间设置39第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置垂直(竖向)支撑形成几何不可变体系的必要构件,与上、下横向水平支撑一起形成“盒子”,作为几何不可变基本单元4
14、0第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置系杆作为上下弦杆的侧向支撑点,保证无支撑开间屋架的侧向稳定,传递水平力。刚性系杆:能承受压力柔性系杆:只承受拉力41第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布置支撑布置原则:1)房屋两端必须布置上、下弦横向支撑和竖向支撑;2)屋架两边布置下弦纵向支撑,下弦横向支撑与下弦纵向支撑必须形成封闭体系;3)横向支撑的间距不应该超过60m,当房屋较长时,可在中间增设上下弦横向支撑和相应的竖向支撑42第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.2、屋盖支撑(2)屋盖支撑布
15、置支撑布置原则:4)竖向支撑一般布置在屋架跨中和端竖杆平面内,当屋架跨度大于30m时,则在跨中1/3处再布置两道竖向支撑;5)系杆的作用:增强屋架侧向稳定,减少弦杆的计算长度,传递水平荷载。43第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.3、柱间支撑(1)柱间支撑的作用1)保证厂房纵向刚度2)承受纵向荷载传递至基础3)为框架柱提供平面外支撑,减小平面外计算长度44第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.3、柱间支撑(2)柱间支撑的设置1)厂房长度60m设一道,其形式与屋盖支撑一样要保证交角不小于302)上层支撑除了在温度区段两端用单斜杆外,其余上层支撑用交叉腹杆或其他形
16、式。当温度区过长,在其中部1/3范围内布置两道3)下层支撑用交叉腹杆最为经济,刚度也大上层支撑:吊车梁以上部分下层支撑:吊车梁以下部分45第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.3、柱间支撑(2)柱间支撑的设置46第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.4 支撑的计算和构造(1)屋盖支撑-(桁架)弦杆:屋架的上下弦杆或者刚性系杆腹杆:多用单角钢组成十字交叉形式,斜杆与弦杆间交角为3060;横向水平支撑节点间的距离为屋架上弦杆节间距离的24倍;从向水平支撑的宽度取屋架下弦端节点的长度,约36m。47第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.4 支撑的计算和
17、构造(2)屋架支撑(竖向支撑)由节间长宽比确定,采用交叉式或单斜杆式其截面尺寸一般由杆件的容许长细比和构造要求确定;构造尽可能简单方便;刚性单角钢柔性圆钢节点板应事先焊好,再与屋架用螺栓连接48第一节第一节 单层厂房钢结构体系单层厂房钢结构体系3.5 墙架结构组成:墙架梁、墙架柱作用:传递作用在墙面上的风载、承受墙身自重;工作方式:将所受荷载传递到墙架柱及主要横向框架中,最后传递到基础。49第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱一、横向框架的结构体系二、横向框架的计算三、框架柱50第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱一、横向框架的结构体系1.1 横向框架的形式(1)单层单跨厂
18、房的横向框架51第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱1.1 横向框架的形式(1)单层单跨厂房的横向框架1)铰接框架 多用于轻吊厂房,横向刚度差 适用于有地基不均匀沉降 多采用三角形屋架2)刚接框架 常用形式,横向刚度好 对地基不均匀沉降敏感 多采用梯形桁架52第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱1.1 横向框架的形式(1)单层单跨厂房的横向框架对于超大跨度和超高厂房53第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱1.1 横向框架的形式(2)单层多跨厂房的横向框架在生产线有横向联系时,多采用此种54第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱1.1 横向框架的形式(2)单
19、层多跨厂房的横向框架55第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱1.1 横向框架的形式(3)锯齿形厂房的横向框架有采光和通风要求的厂房一面采光或通风,另一面是屋面板框架式或桁架式(4)有横向天窗的横向框架天窗直接放在屋架上天窗与屋架和柱形成横向框架56第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱1.2 横向框架的尺寸跨度:采用6m的倍数,12m、18m、24m等高度:根据工艺要求确定 从室内地坪算起,到吊车轨顶标高注意:吊车轨顶到屋架下弦的净空高度应由吊车规格确定57第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱1.2 横向框架的尺寸1)跨度L,车间纵向定位轴线间的距离58第四节第四节
20、 横向框架与框架柱横向框架与框架柱1.2 横向框架的尺寸注意:柱内边缘与吊车桥之间应有足够空隙C为空隙尺寸为空隙尺寸59第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱1.2 横向框架的尺寸2)有效高度:Hu地坪到吊车轨顶地坪到吊车轨顶Hr吊车轨顶算起,吊车所吊车轨顶算起,吊车所需高度需高度250300考虑屋架挠度考虑屋架挠度及安装偏差预留及安装偏差预留60第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱二、横向框架的计算61第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱二、横向框架的计算2.1 横向框架的计算简图62第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱2.1 横向框架的计算简图v 简化
21、 横梁简化简化为实腹式梁63第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱2.1 横向框架的计算简图v 简化 横梁简化简化为实腹式梁64第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱2.1 横向框架的计算简图v 简化 格构式柱简化简化为实腹式柱等效惯性矩:注意:阶段式柱的轴线以上柱轴线为准 柱各段荷载偏心矩仍按各段轴线计算65第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱2.1 横向框架的计算简图v 简化 横梁进一步简化横梁刚度无穷大66第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱2.1 横向框架的计算简图v 简化 柱子与基础简化刚接地基条件好,基础转角小,可认为刚接;地质条件差,基础转角不
22、可忽略,要考虑基础转角产生的附加内力;67第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱2.1 横向框架的计算简图v 简化 框架计算跨度L0与高度计算跨度:两柱轴线间距;计算高度:自基础顶面算起,上部需根据横梁与柱相对刚度而定:横梁刚度无穷大时,取到屋架传递支座反力的弦杆截面重心(一般为下弦杆)横梁刚度有限时,取到屋架端部截面的形心68第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱2.1 横向框架的计算简图v 简化 框架计算跨度L0与高度69第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱2.2 作用在横向框架上的荷载70第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱2.4 框架的静力分析v 可
23、以采用的两种方法:变形法:针对单跨对称刚架,横梁刚度无穷大只有节点线位移一个未知数 当在屋面荷载作用下,只有角位移71第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱2.4 框架的静力分析v 可以采用的两种方法:变形法与弯矩分配法联合求解:针对横梁刚度非无穷大,荷载不对称既有节点线位移,又有角位移72第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱2.5 框架内力组合v 确定计算框架构件截面和框架各部位连接的可能最不利内力,主要有以下几种:框架柱:可能最不利组合是使各柱段控制截面产生最大压应力,各控制截面要进行以下组合:A)正弯矩最大及相应的轴心力和剪力;B)负弯矩最大及相应的轴心力和剪力;C)轴
24、心力最大及相应的正弯矩和剪力;D)轴心力最大及相应的负弯矩和剪力;注意:变阶处内力组合还用于上下柱连接计算73第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱2.5 框架内力组合 计算柱与基础连接的锚栓时,最不利的内力组合时锚栓受最大拉力,因此应进行44截面的最小轴力和相应的最大弯矩和剪力组合 柱与屋架刚接时,为确定连接,应对横梁的端弯矩和剪力进行组合:参与组合的荷载及组合系数应按规范取值;74第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱三、框架柱3.1 框架柱形式75第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱3.1 框架柱形式v 等截面柱:构造简单,适用于无吊车或起重量20t的厂房v 台
25、阶柱:有单阶和双阶两种 吊车梁支承在柱截面改变处,荷载对截面形心的偏心较小,构造合理,应用广泛v 分离式柱:屋盖柱与横梁组成框架,吊车梁柱单独设置,两柱之间用水平板相连。水平板作用是减小两柱肢在框架平面内的计算长度吊车梁柱只承受吊车荷载,轴心受压76第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱3.2 框架柱的构造v 牛腿:1)等截面v 实腹柱:牛腿做成工字形截面与牛腿相连的柱腹板用横向加劲肋来加强v 格构式柱:牛腿用双槽钢做成槽钢夹住柱身,上翼缘用水平板焊接,腹板用竖向加劲肋加强77第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱3.2 框架柱的构造v 牛腿:1)等截面78第四节第四节 横向框
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