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第七章．单层厂房结构
第一节．厂房结构的形式和布置
1.厂房结构组成：（1）横向框架：柱和它支撑的屋架 （2）屋盖结构：横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条 （3）支撑体系：屋盖支撑和柱间支撑 （4）吊车梁和制动梁 （5）墙架
2.厂房结构设计步骤：（1）对厂房的建筑和结构进行合理规划 （2）确定车间平面及高度方向主要尺寸，布置柱网和温度伸缩缝。选承重框架，确定尺寸 （3）布置屋盖结构、吊车道结构、支撑体系及墙架体系 （4）静力计算，构件及连接设计，绘施工图
3.柱网和温度伸缩缝的布置：（1）柱网：满足生产工艺、结构、经济合理、柱距规定四个要求 （2）温度伸缩缝：①设置双柱（纵向很长，采用横向温度伸缩缝）②设备布置条件不允许时，插入距，将缝两旁柱放在同一基础上
第二节．厂房结构的框架形式
1.横向框架主要尺寸和计算简图
（1）主要尺寸
跨度：上部柱中心线间横向距离。L0=Lk+2S，S对中型厂房取0.75或1m，重型1.25或2
高度：柱脚底面到横梁下弦底部距离。 吊车梁高度：1/5到（1/12）L，L为吊车梁跨度
（2）计算简图：①简化为单个平面框架，每一柱列至少一根柱参加工作，受力最不利柱划入 ②有拔柱计算单元，以最大柱距作标准划分 ③格构式横梁和阶形柱组成的横向框架，惯性矩乘以0.9，简化成实腹式 ④Kab/Kac>=4时，横梁刚度无穷大
2.横向框架的荷载和内力
（1）荷载：①永久1.2，可变1.4 ②积灰与雪荷或屋面均布活荷中较大同时考虑 ③无墙架时，纵墙风力作为均布荷载作用于框架柱；有墙架时，计入墙架柱传给框架柱的集中风荷
（2）内力分析和内力组合：①列出上段柱和下段柱上下端截面的M、N、V，以及柱脚锚固螺栓内力，组合出+Mmax和相应N、V，-Mmax和N、V，Nmax和M、V，柱脚螺栓考虑前两种
②横梁（4种组合）下弦杆压力最大，上弦杆压力最大，腹杆拉力、压力最大 ③内力组合：恒+可变 或者 恒+0.9（可变1+可变2）
3.框架柱的类型
（1）等截面柱：实腹、格构，常用实腹式，其适用于Q<150KN，轻型厂房
（2）阶形柱：实腹式、格构式；单阶柱、双阶柱。对于双阶柱，上段用工字形截面实腹柱，下段边列柱用不对称截面，中列柱用对称，截面高度<=1m时用实腹式，>1m时缀条柱。
（3）分离式柱：屋盖肢和吊车肢，用水平板连接。
4.纵向框架的柱间支撑
（1）柱间支撑的作用和布置：①作用：A.保证厂房纵向刚度 B.承受端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力，纵向地震力 C.减少柱在框架平面外的计算长度.②上层支撑：第一层在屋架端部高度范围内属垂直支撑，第二层在屋架下弦至吊车梁上翼缘间，上层支撑布置在温度区段端部，在柱两侧设有下层则必有上层。下层支撑：与柱和吊车梁一起在纵向形成刚性很大的悬臂桁架，应设在温度区段中部，当温度区段小于90m时，中央设一道下层支撑，大于90时，1/3和2/3点处各设一道。
（2）柱间支撑形式和计算：①十字交叉式、八字式、门架式 ②上层柱间支撑承受端墙传来的风力，下层柱间支撑承受风力和吊车纵向水平荷载。
第三节.屋盖结构
1.屋盖结构的形式
（1）屋盖结构体系：①无檩屋盖，重型屋面，跨度（纵向）常用6m，屋面刚度大，耐久性高，屋盖支撑不可取消。②有檩屋盖，轻型屋面，间距常用6m，柱距>=12m，用托架支撑中间屋架，用彩色压型钢板和压型铝板，与檩条可靠连接，有效传递屋面纵横向水平力，提高屋面整体刚度，称“蒙皮效应”。
（2）屋架形式：①三角形、梯形、平行弦和人字形 ②屋架选形应满足：用途，用材经济，施工方便，与其他构件连接以及刚度，屋面材料要求的排水坡度。外形尽可能与弯矩图接近，长杆受拉，短杆受压，腹杆数目要少，总长度要短，斜腹杆倾角30到60 ③三角形屋架：A.适用于陡坡屋面的有檩屋盖体系，屋架与柱子铰接，整体横向刚度低，弦杆截面不能充分发挥作用，支座上下弦杆交角过小内力较大 B.腹杆布置形式有芬克式（受力合理，可分为两小桁架运输）和人字式（跨度小时用，抗震性能优）④梯形屋架：A.屋面坡度较平缓的无檩屋盖体系，形状与弯矩图接近，弦杆手里均匀，与柱可铰接或刚接 B.单斜式、人字式和再分式，人字式分上承式和下承式，与柱刚接用下承式，铰接上、下均可，上承式使屋架重心降低，支座斜腹杆受拉，安装方便，现多采用。⑤人字形屋架：A.上下弦可平行，坡度为1/20到1/10，多用于较大跨度 B.采用上承式 C.人字形和梯形屋架中部高度（1/10到1/8）
（3）托架、天窗架形式：①支承中间屋架的桁架称为托架，它是平行弦桁架。支承于钢筋混凝土柱上的用下承式，支承于钢柱上用上承式。托架高度取1/5到1/10跨度，节间长度为2或3m，托架与柱铰接 ②天窗：采光和通风，分纵向、横向和井式，一般用纵向。纵向天窗的天窗架形式有多竖杆式、三铰拱式和三支点式。天窗架宽度为1/3厂房跨度，高为宽的1/5到1/2
2.屋盖支撑
（1）支撑作用：①保证空间整体作用 ②避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大振动 ③承担和传递水平荷载 ④保证安装时稳定与方便
（2）支撑布置：①上弦横向水平支撑设在房屋两端或纵向温度区两端 ②下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置于同一柱间，屋架间距<12m时，应在下弦设横向水平支撑，跨度L<18又无吊车时，可不设 ③纵向水平支撑，屋架间距<12m时布置在下弦平面，>12m时在上弦平面 ④垂直支撑，有檩无檩屋盖都应设置，与上下弦横向水平支撑在同一柱间；天窗架垂直支撑应设在天窗架端部几中间有屋架横向支撑的柱间 ⑤系杆，支持未连接支撑的平面屋架和天窗架，保证稳定和传递水平力，分刚性和柔性系杆
3.简支屋架设计
（1）内力分析：①基本假定:荷载集中在节点，各节点理想铰接 ②节间荷载引起局部弯矩：上弦杆有节间荷载时，端节间正弯矩取0.8M0 ，其他节间正负均取0.6M0 ③内力计算与荷载组合：A全跨荷载 B半跨荷载 C轻质屋面材料的屋架，考虑负风压 D轻屋面厂房，Q较大时考虑下弦内力是否增加或变号
（2）计算长度和容许长细比：计算长度，在桁架平面内，弦杆取L ,支座斜杆和支座竖杆取L，其他腹杆0.8L ；桁架平面外，侧向支撑点间距离L1，L，0.9L
（3）杆件截面形式：考虑构造简单、施工方便、易于连接、有一定侧向刚度、取材容易、两主轴等稳定性 ①单壁式屋架杆件：两角钢组成T型或十字形，受力较小的次要杆件用单角钢 ②双壁式屋架杆件：双角钢组成双壁截面，横放H型钢 ③双角钢为保证共同工作，隔一定距离加填板
第四节.框架柱设计特点
1.柱的计算长度
2.柱的截面验算：突缘支座，平板支座
第五节.轻型门式钢架结构（轻型房屋钢结构门式钢架）
1.结构形式和布置
结构形式：单跨、双跨、多跨、带挑檐的和带毗屋的
①屋盖用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型檩条，主刚架用变截面实腹刚架，外墙用压型钢板墙板和冷弯薄壁型钢墙梁 ②屋面坡度取1/8到1/20 ③柱脚多按铰接支撑设计，设一对或两对地脚螺栓；用于工业厂房且有桥式吊车时，柱脚刚接 ④跨度宜为9到36m,以3m为模数，高度宜为4.5到9m，间距宜为6m
2.荷载计算和荷载组合
（1）屋面均布活荷载取0.5KN/m2，风荷Wk=Us*Uz*W0
Uz—风荷载高度变化系数，Us—风荷载体型系数
（2）两种组合：①1.2×永久+0.9×1.4×{积灰+max（屋面均布活荷、雪荷）} +0.9×1.4（风+吊车竖向及水平荷载） ②1×永久+1.4×风荷
3.刚架柱和梁的设计：为保证斜梁在刚架平面外稳定，在下翼缘受压区两侧设隅撑，且用单角钢，用单个螺栓连在斜梁翼缘或腹板上，若腹板上有加劲肋也可焊在加劲肋上，另一端连在檩条上
4.节点设计：斜梁端部与柱的连接节点和斜梁自身的拼接节点，一般在构件端部焊一端板（翼缘与端板用全焊透对接焊缝，腹板与端板用角焊缝），然后用高强度螺栓互相连接。
5.柱脚：（1）一般用平板式铰接柱脚，有桥式吊车时，用刚接 （2）柱脚剪力由底板与基础间的摩擦力传递，超过时设抗剪键
6.檩条设计：（1）实腹式（优先用）：卷边槽型和斜卷边的Z型冷弯薄壁型钢
（2）格构式（跨度>9m）：验算下翼缘稳定，采用平面或空间桁架式
第六节.吊车梁设计特点
（1）支承吊车的受弯构件有吊车梁和吊车桁架，采用简支结构。吊车梁最常用焊接工字形梁，动力性能好，重级工作制适用。吊车桁架对动力作用敏感，跨度大起重量小时运用
（2）吊车梁系统结构组成
①跨度及荷载很小时，用型钢梁，可将吊车梁上翼缘加强 ②大跨度或大起重量的，应设置制动梁或制动桁架，制动桁架是用角钢组成的平行弦桁架 ③跨度>=12m中轻级吊车梁，应设与吊车梁平行的垂直辅助桁架
（3）荷载（纵向、横向水平，竖向）
①竖向动力系数，轻中级及悬挂吊车取1.05，重级取1.1
②横向水平荷载标准值=（横行小车重力g + 起重量Q）×系数 ， 软钩：Q<=100KN 时系数0.12，Q=150到500时0.10，Q>=750时0.08 硬钩取0.20
（4）截面验算：强度、整体稳定、刚度、腹板局部稳定、疲劳。焊接对结构疲劳影响很大，吊车桁架或制动桁架，应优先用高强度螺栓
（5）吊车梁与柱的连接：吊车下翼缘与框架柱的连接，用M20~M26普通螺栓固定，螺栓上垫板厚度取16~18mm
第七节.墙架体系
墙架：厂房维护结构承受由墙体传来荷载并传至基础或厂房框架柱上
墙架结构体系有整体式和分离式
1.墙体类型：（1）砌体自承重墙：砌体本身承受自重并通过基础梁传给基础，水平风荷和地震作用传给墙架柱、框架柱。（2）大型混凝土墙板：预应力和非预应力。（3）轻型墙皮：将压型钢板连于墙架横梁，通过横梁将水平荷载和墙皮自重传给墙架柱、框架柱
2.墙架结构布置：柱距>=12m时，应在柱间设墙架柱且柱距为6m。轻型材料墙体应设墙架横梁。为减少横梁在竖向荷载下计算跨度，可在横梁间设拉条
第八章.大跨度房屋结构
第一节.平面承重的大跨屋盖结构
1.梁式大跨结构
（1）支座不能承受水平推力时，用梁式大跨结构。梁式体系比框架体系及拱式体系重，但制造和安装简单。桁架是梁式体系主要承重构件
（2）跨度大于35~40m时，梁式结构支座之一必须做成移动①的
2.框架结构
（1）框架的体系和形式：①两铰及无铰框架，后者需强大基础及密实的地基，且对温度作用敏感 ②框架横梁高度可比屋架高度小 ③实腹式、格构式框架。实腹式框架设计成双铰，在地板水平之下的支座铰处设拉杆。格构式框架可以是双铰，也可是无铰。当跨度在120~150m时用无铰 ④格构式框架横梁高垮比1/12~1/20
（2）计算原则及构造特点：①格构式普通框架可折算成与其等效的实腹框架 ②横梁与柱连接的框架节点内角弯折处应做成平缓曲线 ③大跨格构式框架，杆件内力>=2000KN时，按重型桁架设计，杆件截面设计成双腹板 ④折线形横梁的格构式框架，弦杆通常要切口并弯折成型后对接焊缝连接，再以钢盖板补强
3.拱式结构
（1）拱的体系和形式：①拱在竖向均布荷载作用下处受压状态 ②两铰拱，三铰拱，无铰拱 ③两铰拱最常用，经济，安装和制造简单，易于适应变形 ④无铰拱对弯矩沿跨度分配最有利，因而最轻但得设置更强大的基础，要计算温度作用
（2）拱的构造特点：①两铰实腹拱、格构式拱设计成平行弦，拱高较大时做成折线形外弦，支座之上有一垂直段 ②实腹式拱截面高度为1/50~1/80跨度，格构式1/30~1/60 ③实腹式拱设计成焊接的宽翼缘工字型钢或轧制H型钢截面 ④拱式结构可用预应力来调整内力，拱在支座上就位后，令支座节点受迫向外偏移
（3）拱的计算特点：①风荷载很重要 ②拱本身为一受压曲杆要验算稳定
第二节.空间网架屋盖结构
空间网架结构是许多杆件按一定规律布置通过节点连接而成的网格状结构体系，网架结构是大跨空间结构采用最多的。
1.空间结构的特性
（1）优越的力学性能：①空间结构以整个结构的形体承受外来荷载，无平面结构体系中构件间的主次关系 ②荷载作用下为三向受力，呈空间工作状态，以面内力或轴力为主，有良好的抗震性能
（2）良好的经济性、安全性、适用性
2.平板式空间网架的形式
（1）按结构组成分：双层网架和三层网架
（2）按支撑情况分：周边支承、点支承、周边支承与点支承混合、三边或两边支承
（3）按网格组成分：①交叉桁架体系：两向正交正放、两向正交斜放（两个方向的竖向平面桁架垂直交叉，与边界成45）、三向 ②四角锥体系（以四角锥为组成单元，无竖杆，只有斜杆）：A.正放四角锥网架 B.正放抽空四角锥网架 C.斜放四角锥网架
3.网架结构的设计特点
（1）一般计算原则：外荷载按静力等效，将节点所辖区域荷载汇集到该节点上，假定节点铰接，杆件只受轴向力
（2）计算方法及特点：A.空间桁架位移法 B.差分法和拟夹层板法
第三节.网壳结构
1.圆柱面网壳
2.球面网壳：肋环形，肋环斜杆形，扇形三向网格、短程线型
3.椭圆抛物面网壳
4.双曲抛物面网壳
第四节.悬索结构
1.悬索结构以受拉钢索为主要承重构件
2.悬索结构变形比其他类型穹结构大
3.支承结构承受竖向力和拉索传来的横向力，要求它有较强的侧向刚度
4.分四类：单层索系、双层索系、横向加劲索系、索网
第五节.膜结构
空气膜结构、悬挂膜结构、骨架支承膜结构、复合膜结构
第九章.多高层房屋结构
1.采用钢结构特点：自重轻，抗震性能好，有效使用面积高，建造速度快，防火性差
2.高层建筑钢结构的结构体系：框架结构、框架—剪力墙结构、框架—支撑结构、框架—核心筒结构体系、筒体体系