单层厂房钢结构设计.pptx

1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2第一节第一节 单层厂房钢结构组成单层厂房钢结构组成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。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。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的重量和风力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；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（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（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2.2、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、温度缝温度缝设置范围温度缝一般从基础顶面或地面开始缝宽净距3060mm14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15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18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 24m19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20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（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：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；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、屋盖支撑分类：上、下弦横向水平支撑;下弦纵向水平支撑;垂直（竖向）支撑和系杆等。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(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；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）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）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；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；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3.2、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)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）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.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）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）2)布置原则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；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40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：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。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3.3、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(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3.4 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。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(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3.5 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。48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1.1 横向框架的形式（1）单层单跨厂房的横向框架50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对于超大跨度和超高厂房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（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（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55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1）跨度L，车间纵向定位轴线间的距离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58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59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2.1 横向框架的计算简图61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 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 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 横梁进一步简化横梁刚度无穷大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 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，基础转角不可忽略，要考虑基础转角产生的附加内力；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 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68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69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：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71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 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；73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74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75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：2）台阶柱：吊车肢柱顶要焊接水平支承板，形成吊车梁平台v 实腹柱v 格构式柱v上下柱拼接应有必要的强度和刚度v 实腹柱：一般采用单壁式拼接v 格构式柱：一般采用双壁式拼接78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：2）台阶柱：79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：3）分离式柱：v 屋盖柱肢与等截面柱一样；v 承受屋盖、墙架荷载和风载，及吊车的横向制动v 吊车柱肢上平台构造与台阶柱类似v 按轴心受压单独计算，有时需要考虑偏心80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3）分离式柱：81第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱3.3 柱截面验算v 柱内主要内力 轴心力N 框架平面内的弯矩W、剪力V 框架平面外弯矩Wv 验算要点：框架平面内稳定，应取柱段的最大弯矩M 验算柱在垂直与框架平面稳定时，取柱间支撑点或纵向杆系间的等效弯矩82第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱3.4 柱脚构造v 一般设计成刚接形式v 尽可能节约材料、简化构造、便于施工v 几种形式：等截面柱脚台阶柱柱脚分离式柱柱脚83第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱3.4 柱脚构造v 等截面柱脚实腹式格构式84第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱3.4 柱脚构造v 台阶柱柱脚实腹式格构式85第四节第四节 横向框架与框架柱横向框架与框架柱3.4 柱脚构造v 分离式柱柱脚86第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构承受横向弯曲荷载，把屋面荷载传递到下部结构当荷载作用于屋架节点时，屋架所有杆件只承受轴心力作用，杆件截面上的应力均匀分布，材料使用充分分类：按受力大小，截面形式可分为三类 1）普通钢屋架（以角钢为主）2）钢管屋架 3）轻型钢屋架87第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构 普通钢屋架：截面形式为双角钢组成的T形或十字形，在杆件汇交处通过节点板相连。取材容易，构造简单，制造安装方便，与支撑体系形成的结构整体刚度大，工作性能可靠。采用型钢，故自重大，用钢量多，跨度太大、太小时都不经济，一般适用跨度为18m36m。88第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构一、钢屋架的类型和尺寸二、钢屋架的计算分析三、钢屋架的杆件设计四、钢屋架的节点设计89第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构一、钢屋架的类型和尺寸1.1 选型和布置原则（1）基本原则：要满足经济，适用，制造、安装方便等原则1)从使用角度看：其外形要与屋面材料相适应，如采用瓦类、铁皮等。要求坡度陡一点，利于排水，一般为1/51/2，当采用卷材防水屋面时，坡度可小一些，一般为 1/121/8 90第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构一、钢屋架的类型和尺寸1.1 选型和布置原则（1）基本原则：2)从经济角度看：外形应尽量和弯矩图相似，杆件应使短杆受压、长杆受拉，杆件夹角3060度，且应使尽可能多的杆件轴心受力3)从施工角度看：制造安装方便，构造合理、简单，节点数目少，杆件型号少，在工厂制作部分应以运输能力而定91第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构1.2 钢屋架外形普通钢屋架的外形主要有四种：92第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构1.3 钢屋架的腹杆形式普通矩形钢屋架腹杆形式主要有四种：93第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构1.3 钢屋架的腹杆形式普通三角形腹杆形式主要有两种：芬克式芬克式94第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构1.3 钢屋架的腹杆形式普通梯形腹杆形式主要有两种：95第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构1.3 钢屋架的腹杆形式普通曲拱形腹杆形式主要有两种：96第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构1.4 钢屋架的主要尺寸跨度高度节间宽度97第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构1.4 钢屋架的主要尺寸1）跨度（l）柱网轴线间距为屋架的标志跨度，一般以3m为模数，计算跨度是屋架两端支座反力的距离对于三角形屋架有檩屋盖结构，跨度尺寸灵活，不受3m模数限制。98第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构1.4 钢屋架的主要尺寸2）高度（h）应根据经济、刚度、建筑要求等确定；三角形屋架：一般高度梯形：上弦坡度1/121/8，跨中高度：跨端高度：当与柱铰接时为1.62.2m，刚接时为1.82.4m。注意：桁架高度应小于运输高度3.85m。99第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构1.4 钢屋架的主要尺寸3）节间宽度根据屋面材料来确定的采用大型屋面板时，一般1.51.8m；有檩条时，一般0.83.0m 100第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构二、钢屋架的计算分析2.1 计算假定1)钢屋架的节点为铰接；2)所有杆件的轴线都在同一平面内，且相交与节点的中心；3)荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内；101第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构二、钢屋架的计算分析2.2 荷载（1）荷载类型和组合荷载可分为永久荷载和可变荷载；永久荷载：屋面材料、檩条、支撑、屋架等的自重；可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载及吊车荷载等102第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构2.2 荷载（1）荷载类型和组合屋架内力应根据使用过程中可能出现的最不利荷载组合计算，一般有三种组合1)永久荷载可变荷载；2)永久荷载半跨可变荷载；3)屋架、支撑和天窗架自重半跨屋面板重半跨屋面活荷载。103第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构2.2 荷载（1）荷载类型和组合屋架上、下弦杆和靠近支座的腹杆按第一种组合计算；跨中附近的腹杆采用第二、三种组合中可能内力最大的；104第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构2.2 荷载（2）荷载计算qk每平方米屋面水平投影上的标准荷载值每平方米屋面水平投影上的标准荷载值a屋架弦杆节间的水平长度；屋架弦杆节间的水平长度；s屋架的间距；屋架的间距；荷载分项系数，永久荷载分项系数，永久1.2，可变，可变1.4105第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构2.2 荷载（2）荷载计算屋架及支撑自重经验公式：L屋架的跨度屋架的跨度106第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构2.2 荷载（2）荷载计算107第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构2.3 内力分析（1）轴向力可用数解法或图解法（2）上弦局部弯矩产生原因：节间荷载当有均布荷载时，可先按简支梁计算弯矩M0，然后再进行系数调整；端节间端节间：其他节间其他节间：108第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构三、钢屋架的杆件设计3.1 杆件的计算长度什么是计算长度：由于节点具有一定刚度，阻碍杆件屈曲或转动，杆件设计时要考虑其影响，所以提出计算长度。有多长？可以自由转动的两端截面间距嵌固作用：刚性阻碍（转动、失稳）相当于弹性嵌固影响因素：拉杆拉杆越多，拉力和拉杆的线刚度越大，嵌固程度也越大；?109第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构三、钢屋架的杆件设计3.1 杆件的计算长度平面内计算长度：平面外计算长度：计算长度系数，与节点嵌固程度有关计算长度系数，与节点嵌固程度有关L 杆件实际长度杆件实际长度110第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构三、钢屋架的杆件设计3.1 杆件的计算长度一般情况下，腹杆对弦杆起不了嵌固作用，而弦杆对腹杆起一定嵌固作用，故弦杆值要大于腹杆1)弦杆 L1支撑节点间距离；L1/2檩距；檩条不与支撑交点相连；檩条不与支撑交点相连；檩条与支撑交点相连檩条与支撑交点相连111第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构三、钢屋架的杆件设计3.1 杆件的计算长度2)支撑竖杆和腹杆（端斜杆）3)其它腹杆 112第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构三、钢屋架的杆件设计3.1 杆件的计算长度4)中央竖杆（十字形截面，一般用于屋脊竖杆)113第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构三、钢屋架的杆件设计3.1 杆件的计算长度5)特殊情况平面外计算长度屋架弦杆侧向支撑点间的距离为节间长度的两倍，且弦杆内力不等：114第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构三、钢屋架的杆件设计3.2 截面形式组成：等肢或不等肢双角钢组成T型或截面选取原则：组合截面的两个主轴回转半径与杆件在屋架平面内和平面外的计算长度相配合，使两个方向的长细比比较接近，可以达到材料经济、连接方便；115第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构三、钢屋架的杆件设计3.2 截面形式1）等边角钢相并：特点：yy回转半径大于xx；适用于腹杆，使两个方向的长细比基本相等116第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构三、钢屋架的杆件设计3.2 截面形式2）不等边角钢，短肢相并：特点：yy回转半径大于xx；适用于上下弦杆平面外计算长度为平面内计算长度的23倍时。iy=（2.62.9）ixl0y（23）l0 x117第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构三、钢屋架的杆件设计3.2 截面形式3）不等边角钢，长肢相并：特点：yy回转半径小于xx；适用于端斜杆、端竖杆，长细比基本接近iy=（0.751.0）ixl0yl0 x118第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构三、钢屋架的杆件设计3.2 截面形式4）十字形截面：特点：yy回转半径等于xx；适用于中央竖杆iyixl0yl0 x119第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构3.2 截面形式注意：角钢相并肢间应焊上垫板，其与节点板等厚，宽度一般取60mm，长度应伸出角钢肢1520mm120第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构3.3 截面选择和计算选择原则：稳定，具有一定刚度（满足长细比）；强度满足要求；一般原则：a.选肢宽壁薄的角钢，但须保证局部稳定 b.普通屋架不小于L454或L56364 c.一榀屋架角钢种类不宜过多，一般为56种；d.为节约用钢量，对跨度大于的屋架，可根据内力大小，在适当节间处改变弦杆截面，但以改变一次为宜121第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构3.3 截面选择和计算（1）轴心拉杆强度验算N轴心拉力；轴心拉力；An杆件的净截面面积；杆件的净截面面积；122第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构3.3 截面选择和计算（2）轴心压杆强度验算同轴心拉杆；稳定验算为N轴向压力；轴向压力；A杆件的毛截面面积；杆件的毛截面面积；轴心压杆稳定系数；轴心压杆稳定系数；123第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构3.3 截面选择和计算（2）轴心压杆一般步骤：先根据内力和材料强度计算所需截面积；然后选择角钢型号；再进行强度和稳定验算；例如：例如：1）假定长细比（）假定长细比（）；）；2）查查 表，带入稳定公式，求面积表，带入稳定公式，求面积A；3）再根据回转半径再根据回转半径 选择角钢型号；选择角钢型号；4）最后用实际）最后用实际A，回转半径验算稳定性；回转半径验算稳定性；124第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构3.3 截面选择和计算（2）轴心压杆所有杆件应满足容许长细比要求：双角钢组成双角钢组成T形截面形截面单角钢或十字形截面单角钢或十字形截面125第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构3.3 截面选择和计算（3）偏心压杆1）存在偏心弯矩，考虑其塑性的发展截面塑性发展系数；截面塑性发展系数；M弦杆中的正弯矩或支座负弯矩；弦杆中的正弯矩或支座负弯矩；W弯矩作用平面内最大净截面抵抗矩；弯矩作用平面内最大净截面抵抗矩；注意：此公式只适用于承受静力荷载和间接动力荷载注意：此公式只适用于承受静力荷载和间接动力荷载126第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构3.3 截面选择和计算（3）偏心压杆2）存在偏心弯矩，不考虑其塑性的发展截面塑性发展系数，此时截面塑性发展系数，此时1；M弦杆中的正弯矩或支座负弯矩；弦杆中的正弯矩或支座负弯矩；W弯矩作用平面内最大净截面抵抗矩；弯矩作用平面内最大净截面抵抗矩；注意：此公式只适用于直接承受动力荷载注意：此公式只适用于直接承受动力荷载127第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构3.3 截面选择和计算（3）偏心压杆3）稳定验算，需考虑弯矩平面内和平面外W1x弯矩作用平面内最大受压毛截面抵抗矩；弯矩作用平面内最大受压毛截面抵抗矩；NEx欧拉临界力；欧拉临界力；mx等效弯矩系数等效弯矩系数平平面面内内128第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构3.3 截面选择和计算（3）偏心压杆3）稳定验算，需考虑弯矩平面内和平面外y 弯矩作用平面外轴心受压杆件稳定系数；弯矩作用平面外轴心受压杆件稳定系数；b受压构件整体稳定系数；受压构件整体稳定系数；调整系数；箱形调整系数；箱形0.7、其他、其他1.0平平面面外外129第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构3.3 截面选择和计算（3）偏心压杆屋架中内力很小的腹杆和按构造需要设置的杆件，一般可按容许长细比来选择截面，不必验算。130第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4 钢屋架的节点设计4.1节点设计原则1)各杆件的重心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩2)角钢肢背至屋架轴线的距离取5mm的模数3)螺栓连接，以靠近杆件重心线的螺栓准线为轴线；4)弦杆截面变化时，应使两角钢重心线之间的中线与屋架轴心重合，并使肢背平齐；131第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.1节点设计原则132第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.1节点设计原则5)偏心较大时，需计算偏心弯矩，将此弯矩分配于各杆133第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.1节点设计原则6)上弦杆直接搁置大型钢筋混凝土屋面板时的加强方式134第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.1节点设计原则7)节点板形式简单，应优先采用矩形、梯形、平行四边形，避免凹角8)角钢端部的切割一般垂直于它的轴线，可切去部分肢，但绝不允许垂直肢完全切去而留下平行的斜切肢135第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.1节点设计原则9)焊接或螺栓连接的屋架节点两杆间最小距离要求136第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.1节点设计原则10)斜杆与弦杆连接，尽可能避免较大的偏心137第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.1节点设计原则11)节点板应有足够的强度，厚度一般620mm，同一榀屋架所有节点板应采用同一厚度（除支座处节点板比其他节点板厚2mm），节点板不能作为主要传力杆件138第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.2 上、下弦节点的计算和构造主要内容：确定节点构造；计算焊缝；确定节点板形状和尺寸；139第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.2 上、下弦节点的计算和构造（1）无节点荷载的下弦节点140第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.2 上、下弦节点的计算和构造（1）无节点荷载的下弦节点 相邻节间内力差：相邻节间内力差：141第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.2 上、下弦节点的计算和构造（2）有集中荷载的节点无檩屋架上弦节点无檩屋架上弦节点142第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.2 上、下弦节点的计算和构造（2）有集中荷载的节点 无檩屋架上弦节点：无檩屋架上弦节点：N作用下，肢背与节点板间的剪应力作用下，肢背与节点板间的剪应力P作用下，上弦杆与节点板间四条焊缝平均受力作用下，上弦杆与节点板间四条焊缝平均受力143第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.2 上、下弦节点的计算和构造（2）有集中荷载的节点 有檩屋架上弦节点：有檩屋架上弦节点：假定：假定：K只承受只承受P；A承受承受N和偏和偏心弯矩；心弯矩；144第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.2 上、下弦节点的计算和构造（2）有集中荷载的节点 有檩屋架上弦节点：有檩屋架上弦节点：K 承受承受P作用作用 A 承受承受N作用作用145第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.2 上、下弦节点的计算和构造（2）有集中荷载的节点 有檩屋架上弦节点：有檩屋架上弦节点：除了承受除了承受N、P作用外，还要承受偏心弯作用外，还要承受偏心弯矩矩Pe的作用。的作用。146第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.2 上、下弦节点的计算和构造（3）弦杆的拼接节点两种拼接方式：1）工厂拼接：接头不大、受力较小2）工地拼接：接头较大、运输困难拼接位置一般在节点处147第六节第六节 单层厂房的普通钢屋架结构单层厂房的普通钢屋架结构4.2 上、下弦节点的计算和构造（3）弦杆的拼接