单层厂房钢结构.ppt

建筑钢结构设计,天津大学钢结构教研室,单层厂房钢结构,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/m2中型75170kg/m2重型200400kg/m2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,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a2=a1/4最大弯矩Mcmax=P(L/2-a2)2/L对应剪力Vc=P(L/2-a2)/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a3=(a2-a1)/6最大弯矩Mcmax=P(L/2-a3)2/LPa1对应剪力Vc=P(L/2-a3)/LP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Vcmax=biP/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：MT=TMcmaxT/P采用制动桁架时吊车梁上翼缘局部弯矩：MT=TTa/3；MT=TTa/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