单层厂房钢结构专业知识讲座.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,本章主要内容：,吊车梁结构体系,结构体系与结构布置,普通钢屋架设计,横向框架及框架柱设计,1.结构体系及结构布置,主要结构构件,(1)框架柱 (2)钢屋架,支撑构件,吊车梁 制动梁,天窗架 托架,墙架 抗风柱,结构体系,吊车梁结构体系,横向平面框架,纵向平面框架,屋盖结构,支撑系统,墙架结构,1.结构体系及结构布置,由,框架柱,和,横梁/钢屋架,构成,承受全部,竖向荷载,和,横向水平荷载,1.结构体系及结构布置,横向平面框架,由,框架柱,、,柱间支撑,、,吊车梁,等构成,承受全部,纵向水平荷载,纵向平面框架,由,横梁/钢屋架,、,屋盖支撑,、,天窗架,、,天窗支撑,、托架和,檩条,等构成,承受,屋盖竖向荷载,1.结构体系及结构布置,吊车梁结构体系,屋盖结构,由,吊车梁,和,制动系统,构成,承受,吊车竖向荷载,和,吊车水平荷载,由,屋盖支撑,、,柱间支撑,和,天窗支撑,等构成,保证结构,空间刚度,和,稳定性,支撑系统,由,墙架/抗风柱,等构成,承受,山墙墙体重量,和,墙面风荷载,墙架结构,1.结构体系及结构布置,单层厂房钢结构用钢量,厂房类型（,吊车起重量/轨顶标高,）,轻型 3580kg/m,2,中型 75170kg/m,2,重型 200400kg/m,2,主要构件用钢量百分比,框架柱 30%50%,钢屋架 10%40%,吊车梁 15%35%,1.结构体系及结构布置,结构形式与布置,1.结构体系及结构布置,柱网布置,横向框架形式,屋盖结构型式,支撑体系,墙架布置,吊车梁系统布置,横向框架和纵向框架的柱形成柱网,柱网布置,1.结构体系及结构布置,工艺要求,地上设备/地下设备/功能变动,结构要求,所有柱列采用相等柱间距/设置托架(标准化),经济要求,纵向柱距6m/方案比选,考虑因素,结构,温度变形,温度变形受到约束产生,温度应力,设置温度缝（横向/纵向）,释放温度变形,减小温度应力,1.结构体系及结构布置,柱网布置,温度缝设置,结构情况,纵向温度区段,横向温度区段,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,220m,120m,150m,180m,100m,125m,120m,-,-,温度区段长度限值表,1.结构体系及结构布置,横向温度缝,在温度缝两侧设置两榀横向框架,轴线定位,纵向温度缝,板铰支座/活动支座,柱网布置,温度缝做法,1.结构体系及结构布置,按连接方式,铰接框架,/,刚接框架,/上刚接下悬臂框架,按框架跨数,单跨/双跨/多跨,1.结构体系及结构布置,横向框架形式,横向框架种类,框架柱和横梁、钢屋架构成横向框架,铰接框架,柱脚弯矩大；横向刚度差；受力明确，计算简单；安装方便；对基础沉降适应性强,刚接框架,柱脚弯矩小；横向刚度好；受力复杂；构造麻烦；对基础沉降适应性差,1.结构体系及结构布置,横向框架形式,铰接框架和刚接框架,在屋架上直接设置大型,钢筋混凝土屋面板,屋架间距=屋面板跨度,（6m/12m）,横向刚度大/整体性好/构造简单/耐久性好/构件种类少/工期短,屋面自重大，结构用钢量大，抗震不利,1.结构体系及结构布置,屋盖结构形式,无檩体系,屋架上设置,檩条,，檩条上铺设,轻型屋面材料,屋架间距=檩条跨度,檩条间距=屋面板跨度,结构用钢量省/运输安装方便,屋盖体系构件较多/构造复杂/刚度较差,1.结构体系及结构布置,屋盖结构形式,有檩体系,应综合考虑生产工艺/建筑造型/材料供应/施工能力/生产维修等,屋架间距根据屋面材料确定，,屋架结构形式应尽量统一,，可设托架/中间屋架,屋架/托架应采用桁架式，檩条一般为实腹式,屋盖应设置支撑，保证结构刚度和稳定性,考虑施工要求，方便施工，缩短工期,屋盖结构在运输/安装中采取临时加固措施,结构体系及结构布置,屋盖结构形式,屋盖结构选型与布置,屋盖支撑和柱间支撑等构成支撑体系,1.结构体系及结构布置,支撑体系,支撑的作用,增大结构,纵向刚度,，承担纵向水平荷载,增大结构,横向刚度,，协调横向框架受力,减小屋架弦杆/框架柱的,平面外计算长度,维持托架及中间屋架的,稳定性,保证安装过程中结构,稳定性,，防止倾倒,增大结构的,抗扭刚度,平面屋架+檩条+屋面板+,屋盖支撑,构成具有空间刚度的稳定结构体系,两端相邻两榀屋架间设置支撑，其余屋架通过系杆或檩条与之相连，纵向长度较大时，中间应加设支撑,结构体系及结构布置,支撑体系,屋盖支撑,上弦横向支撑,下弦横向支撑,下弦纵向支撑,竖向支撑（垂直支撑）,系杆,天窗支撑,1.结构体系及结构布置,支撑体系,屋盖支撑种类,厂房两端设置上、下弦横向支撑和竖向支撑,屋架两边布置下弦纵向支撑，形成封闭体系,横向及竖向支撑间距不应超过60m,竖向支撑一般布置在屋架跨中和端竖杆平面,1.结构体系及结构布置,支撑体系,屋盖支撑布置原则,厂房较高时可分别设置,上柱支撑,/,下柱支撑,温度区段不很长时，设置在温度区段中部,温度区段较长时，在温度区段中部1/3范围内设置两道柱间支撑,温度区段两端设置上柱支撑传递山墙风荷,1.结构体系及结构布置,支撑体系,柱间支撑布置,屋盖支撑一般按,简支平行弦桁架,计算,柱间支撑可按,悬臂平行弦桁架,计算,支撑受力一般较小，可按,刚度要求,确定构件截面,交叉支撑按拉杆设计,常用截面形式：,角钢/圆钢,（张紧装置）,斜腹杆与弦杆夹角,3060,度,1.结构体系及结构布置,支撑体系,支撑构件的设计,承受墙体自重/墙面风荷载,柱距8m时，可不设墙架柱,墙架柱设置应与横向支撑节点对应，否则设分布梁,端墙墙架不承受屋面竖向荷载，应采用板铰等柔性连接,1.结构体系及结构布置,墙架布置,墙架梁,/,墙架柱,/,水平抗风桁架等构成墙架体系,普通钢屋架为平面桁架，适用跨度1836m,构件一般为双角钢组成的T形截面，采用节点板连接,优点：取材容易/构造简单/制造安装方便/刚度好,缺点：型钢板件较厚，屋架用钢量较大,2.普通钢屋架设计,普通钢屋架,2.普通钢屋架设计,普通钢屋架的形式,选型原则,使用要求,屋架外形与排水坡度相适应,经济要求,屋架外形与弯矩图一致，弦杆内力均匀,杆件长拉短压,腹杆：数量少/总长度短/夹角,3060度,制作安装要求,节点少/构造简单/便于分段,平行弦屋架,三角形屋架,梯形屋架,曲拱形屋架,梭形屋架,2.普通钢屋架设计,普通钢屋架的形式,屋架外形,腹杆等长/杆件类型少/节点构造相同/标准化/工业化,排水困难/桁架高度未随弯矩变化/弦杆内力不均匀,2.普通钢屋架设计,普通钢屋架的形式,平行弦屋架,普通钢屋架的形式,三角形屋架,2.普通钢屋架设计,腹杆受力小/排水坡度大,弦杆内力不均匀/与柱铰接，刚度差,中小跨度、轻型屋面,受力性能好/腹杆较短/可与柱刚接,排水坡度小,普通钢屋架的形式,梯形屋架,2.普通钢屋架设计,受力性能好,制作加工不方便/可改进为折线形,普通钢屋架的形式,梯形屋架,2.普通钢屋架设计,平行弦屋架：,单斜式/菱形/K形/十字交叉形,三角形屋架：芬克式/单斜式,梯形屋架：人字式/再分式,曲拱形屋架：新月式,普通钢屋架的形式,腹杆布置,2.普通钢屋架设计,根据工艺/使用要求确定,考虑屋面板宽度模数,常用跨度：,12m/15m/18m/21m/24m/27m/30m/36m,普通钢屋架主要尺寸,屋架跨度,2.普通钢屋架设计,根据经济/刚度/建筑/屋面坡度/运输条件等条件确定,三角形屋架：（1/61/4）L,梯形屋架：跨中（1/101/6）L；,端部1.62.2m（铰接）/1.82.4m（刚接）,运输高度：3.85m,普通钢屋架主要尺寸,屋架高度,2.普通钢屋架设计,上弦节间尺寸根据屋面做法确定,无檩体系：大型屋面板 1.51.8m,有檩体系：檩条间距 0.83.0m,屋面荷载尽量直接作用在上弦节点上,普通钢屋架主要尺寸,节间尺寸,2.普通钢屋架设计,钢屋架的节点为铰接,节点刚度引起次应力（弯曲应力）,杆件轴线在同一平面内，汇交于节点中心,杆件偏心,荷载作用在屋架节点上，且在屋架平面内,节间荷载,普通钢屋架计算分析,计算假定,2.普通钢屋架设计,永久荷载：,结构及屋面自重,可变荷载：,屋面活荷/积灰/雪荷/风荷/悬挂吊车荷载,普通钢屋架计算分析,荷载类型,2.普通钢屋架设计,普通钢屋架计算分析,荷载组合,2.普通钢屋架设计,永久荷载+可变荷载,永久荷载+半跨可变荷载,钢结构自重+半跨屋面板+半跨屋面活荷,屋面荷载汇集到上弦节点，可按下式计算,屋架结构自重,（kN/m,2,）按,经验公式估算并作用在上弦节点：,普通钢屋架计算分析,荷载计算,2.普通钢屋架设计,吊顶荷载汇集作用在钢屋架下弦节点,屋面坡度小于30度时，屋盖承受风吸力的作用，对结构有利，一般可不考虑，风荷载很大时或采用对风荷载较为敏感的轻型屋面时，应按荷载规范计算风荷载,普通钢屋架计算分析,荷载计算,2.普通钢屋架设计,悬挂吊车荷载根据其与屋架的连接方式具体计算,地震烈度大于9度时，按抗震规范采用附加竖向荷载的方式考虑地震荷载。,普通钢屋架计算分析,荷载计算,2.普通钢屋架设计,按平面桁架计算杆件轴向力：,静定结构；,数解法（节点法，截面法）/图解法。,普通钢屋架计算分析,内力分析,2.普通钢屋架设计,上弦杆受节间荷载时，计算局部弯矩：简支梁M,0,，端节间正弯矩0.8M,0,，其它节间正、负弯矩0.6M,0,屋架与柱刚接时，还应计算屋架端弯矩引起的屋架杆件内力,普通钢屋架计算分析,内力分析,2.普通钢屋架设计,屋架平面内：,根据节点中心距离确定，,考虑节点刚度：压杆失稳时将受到拉杆的约束（弹性嵌固），拉杆越多，拉力越大，拉杆线刚度越大，约束作用越强,屋架平面外,侧向支撑点间距,普通钢屋架杆件设计,杆件计算长度,2.普通钢屋架设计,屋架平面内,受压（上）弦杆/支座竖杆/端斜杆 l,0 x,=l；,其它腹杆 l,0 x,=0.8l；（与下弦连接的节点嵌固作用较大）,下弦杆 l,0 x,=l；,普通钢屋架杆件设计,杆件计算长度,2.普通钢屋架设计,屋架平面外,上弦杆,有檩体系 檩条与支撑不连接 l,0y,=l,1,；,檩条与支撑连接 l,0y,=l,1,/2（檩条间距）；,无檩体系 屋面板与屋架3点可靠连接时，l,0y,=2B且=0.5 l,1,对双角钢十字形截面和单角钢截面的腹杆，斜平面屈曲，l,0 x,=0.9l；,普通钢屋架杆件设计,杆件计算长度,2.普通钢屋架设计,截面形式选择的原则是与杆件两个方向的计算长度相配合，使杆件两个方向的长细比接近相等，即达到,等稳定,。,普通钢屋架杆件设计,杆件截面形式,2.普通钢屋架设计,等边角钢 T型截面 i,y,(1.3-1.5)i,x,，适用于 钢屋架腹杆；,不等边角钢 T型截面 短肢相连 i,y,(2.6-2.9)i,x,，适用于 钢屋架上下弦杆，平面外支撑间距为节间长度的2-3倍；,普通钢屋架杆件设计,杆件截面形式,2.普通钢屋架设计,不等边角钢 T型截面 长肢相连 i,y,(0.75-1.0)i,x,，,适用于 钢屋架,端竖杆、端斜杆及有局部弯矩作用的上弦杆；,等边角钢 十字截面 i,y,i,x,，,适用于,有竖向支撑连接的竖腹杆；,普通钢屋架杆件设计,杆件截面形式,2.普通钢屋架设计,为使两个角钢成为整体，应在两肢间设置垫板，垫板长应伸出角钢肢15-20mm，宽60mm，与节点板等厚，间距不大于40i（压杆）和80i（拉杆），且每根杆件至少两块，十字型截面垫板沿两个方向交错布置。,普通钢屋架杆件设计,垫板设置,2.普通钢屋架设计,角钢规格不宜小于L454/L56364；,角钢规格一般选用5-6种。,弦杆尽量采用一种规格，跨度24m时可改变截面一次（等肢厚，变肢宽）,屋架中内力较小的杆件一般可按刚度要求选择截面。,普通钢屋架杆件设计,截面规格,2.普通钢屋架设计,轴心拉杆：,强度,刚度,=250400,普通钢屋架杆件设计,杆件截面验算,2.普通钢屋架设计,轴心压杆：,稳定性,刚度 =150200,净截面强度,普通钢屋架杆件设计,杆件截面验算,2.普通钢屋架设计,偏心压杆：,强度,刚度 =24m的吊车梁或桁架，制作时宜按跨度的1/1000起拱；分段制作、工地地面拼装、整根吊装。,一般设计规定,吊车梁设计,4.吊车梁结构体系,吊车荷载为动荷载；,首先应确定对应各内力的吊车荷载的最不利位置，再计算吊车梁的最大弯矩和对应剪力、支座最大剪力以及横向荷载作用下的最大弯矩（制动梁）或吊车梁上翼缘的局部弯矩（制动桁架）等,吊车梁内力计算,吊车梁设计,4.吊车梁结构体系,对简支吊车梁，最不利荷载位置及对应内力最大值：,最大弯矩：,两个轮子作用在梁上,最不利位置 a,2,=a,1,/4,最大弯矩 M,cmax,=P(L/2-a,2,),2,/L,对应剪力 V,c,=P(L/2-a,2,)/L,吊车梁内力计算,吊车梁设计,4.吊车梁结构体系,对简支吊车梁，最不利荷载位置及对应内力最大值：,最大弯矩：,三个轮子作用在梁上,最不利位置 a,3,=(a,2,-a,1,)/6,最大弯矩 M,cmax,=P(L/2-a,3,),2,/L Pa,1,对应剪力 V,c,=P(L/2-a,3,)/L P,四个轮子/六个轮子,吊车梁内力计算,吊车梁设计,4.吊车梁结构体系,对简支吊车梁，最不利荷载位置及对应内力最大值：,最大剪力-梁端支座处,吊车竖向荷载应尽量靠近支座布置,最大剪力 V,cmax,=b,i,P/L+P,吊车梁内力计算,吊车梁设计,4.吊车梁结构体系,对简支吊车梁，最不利荷载位置及对应内力最大值：,吊车横向水平荷载,吊车梁最大水平弯矩：,M,T,=,T,M,cmax,T/P,采用制动桁架时吊车梁上翼缘局部弯矩：,M,T,=,T,Ta/3,；,M,T,=,T,Ta/4,吊车梁内力计算,吊车梁设计,4.吊车梁结构体系,焊接工字形吊车梁：,变高度梁/变宽度梁,加强上翼缘：厚度/宽度,截面初选（组合梁设计）,梁高/腹板厚度/翼缘宽度/翼缘厚度,吊车梁截面选择,吊车梁设计,4.吊车梁结构体系,最大弯矩截面的正应力,上翼缘的正应力计算,吊车梁强度验算,吊车梁设计,4.吊车梁结构体系,最大弯矩截面的正应力,下翼缘的正应力计算,吊车梁强度验算,吊车梁设计,4.吊车梁结构体系,支座截面的剪应力,吊车梁强度验算,平板式支座：,突缘式支座：,吊车梁设计,4.吊车梁结构体系,腹板计算高度上边缘局部压应力,吊车梁强度验算,腹板计算高度上边缘折算应力,吊车梁设计,4.吊车梁结构体系,整体稳定,设有制动结构不用验算整体稳定性,吊车梁稳定性验算,局部稳定,翼缘宽厚比,腹板高厚比/加劲肋设置,吊车梁设计,4.吊车梁结构体系,挠度计算,v,=,v,疲劳计算,吊车梁应进行疲劳验算，可按常幅疲劳考虑,吊车梁刚度及疲劳验算,吊车梁连接与构造,4.吊车梁结构体系,对接焊缝，质量等级二级，与母材等强，不必验算,角焊缝：上翼缘和腹板的连接,翼缘与腹板的连接,下翼缘和腹板的连接,吊车梁连接与构造,4.吊车梁结构体系,支座加劲肋与梁腹板,突缘式支座：,平板,式支座：,吊车梁连接与构造,4.吊车梁结构体系,横向加劲肋与上翼缘连接处应切角；,横向加劲肋上端应与上翼缘刨平顶紧后焊接，下端宜在距受拉翼缘50-100mm处断开，不与受拉翼缘焊接，焊缝应采用连续的围焊或回焊，避免起、落弧；,横向加劲肋与腹板连接焊缝不宜在加劲肋下端起、落弧；,同时采用横向和纵向加劲肋时，纵向加劲肋断开并切斜角；,加劲肋构造,吊车梁连接与构造,4.吊车梁结构体系,机械加工：砂轮打磨、刨铲,需机械加工的部位：,对接焊缝引弧板切割处,重级工作制吊车梁受拉翼缘/腹板对接焊缝表面,重级工作制吊车梁受拉翼缘板边缘,机械加工部位,吊车梁连接与构造,4.吊车梁结构体系,受拉翼缘上不宜采用焊接连接其它构件,受拉翼缘,