重型厂房结构设计

1、1 重型厂房结构设计 2 2.1 结构形式和结构布置结构形式和结构布置 2.1.1 一般说明一般说明 1 柱；2 屋架；3 吊车梁；4 天窗架；5 柱间支撑 图2.1 单层厂房构造简图 1 2 3 4 5 3 一般为单层刚(框)架结构形式，也有多层刚架 吊车的工作制等级 8级 A1A8 工作制等级轻级中级重级特重 级 工作级别 A1A3A4，A5A6，A7A8 吊车的工作制等级与工作级别的对应关系 4 2.1.1.1 柱网布置和计算单元柱网布置和计算单元 柱网布置的要求 满足生产工艺流程的要求（包括预期的扩建和工艺设备更新 的需求）。涉及到设备基础，地下管沟等与柱基础的协调布置 满足结构上的要

2、求（必需的刚度和强度） 柱距的选取 加大柱距，可减少处理地基的费用和基础的造价，但将使 布置在柱距间的构件的材料增加。 合理的柱网布置原则: 使总的经济效应最佳 一般地，取12m，6m柱距。若采用轻型围护结构，则取大柱距15m， 18m及24m较适宜。位于软弱地基上的重型厂房，应采用较大柱距。 5 温度缝的设置要求 托架或托梁 作用：上承屋架(或其它屋面结构)，下传柱子，一般为 简支受弯构件。 截面形式及尺寸： 托梁 焊接工字型截面， 横向温度区段 (屋架或构架跨度方向) 结 构 情 况 纵向温度区段 (垂直屋架或构架 跨度方向) 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

3、暖地区的非采暖房屋 露天结构 220 180 120 120 100 150 125 6 截面高度h （1/101/8）L， 翼缘宽度b （1/51/2.5）h， 箱形截面： 双腹板之间的距离（1/41/2）h，且不宜小于400m 托架： 高度（1/101/5）L，节间距可取3m。 与屋架的连接：叠接和平接 叠接：构造简单，便于施工，但存在使托梁或托架受 扭的缺点； 平接：可有效地减轻托梁或托架受扭的不利影响，较 常用。 7 计算单元 阴影部分即为 l p i j k m n A C B T1 8 厂房高度及跨度的确定 吊车外论廓线 a300400 b=7501000 c80100 图2.3

4、吊车外轮廓线与临近构件的净距 要求 Lc(吊车跨度) 9 横向框架形式 分为铰接框架和刚接框架 (a) (b) (c) 铰接、刚接指横梁与柱子的连接方式，柱脚均为刚接 2.1.1.2 横向框架及其截面选择横向框架及其截面选择 10 柱子类型 阶形柱 分为单阶柱和双阶柱 上柱 实腹式和格构式 下柱 格构式 用于厂房高度不大或吊车起吊吨位不大的情况 分离式柱 用于厂房高度大或吊车起吊吨位大（超过 100吨 ） 分为吊车肢和屋盖肢。通常用水平板做成柔性连接。 优点：减小两肢在框架平面内的计算长度； 两肢分别单独承担吊车荷载和屋盖（包括围护 结构）荷载。 11 11 1 1 1 1 2 2 3 3 2

5、2 33 (a) 具有分离式柱脚的格构式柱 (b) 分离式柱 柔性连接板 吊车肢 屋盖肢 12 双肢格构柱的截面形式 厂房纵向刚度的保证 依靠柱的支撑来保证 防腐蚀及隔热 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 双肢格构式柱 13 肩梁 作用：将柱各阶段连在一起以形成整体 分类：单腹壁和双腹壁 22 11 腹板 下盖板 上盖板 上柱内翼缘 1 1 2 2 a)单腹壁肩梁 14 双腹壁肩梁刚度大，整体性好，适宜用于柱截面宽度 较大(不小于900mm)的情形。 b)双腹壁肩梁 3 3 33 15 肩梁的截面高度：要满足其与柱翼缘的连接焊缝长度的 要求。 构造：上段柱翼缘开槽口直插到肩梁的下

6、翼缘并与其焊 接。 计算模型：看作简支梁，进行强度验算 计算简图如下 F1=N/2M/a1 F2=N/2+M/a1 c)肩梁计算简图 F1 F2 a a1 M N 其中a1和a分别为上下段柱的截面高度。 16 作用：抵抗山墙上的风荷载、吊车的纵向水平荷载、 纵向地震力等，为厂房提供纵向刚度。 布置原则： 1. 每列柱都必须设置柱间支撑 2.各列柱的柱间支撑布置在同一柱间。 3.下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部，以减少 纵向温度应力的影响。 4.上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱间设置 外，还应当在每个温度区段的两端设置。 5每列柱顶均要布置刚性系杆 2.1.1.3 柱间支撑柱间支撑

7、 17 柱间支撑布置图 下层柱间支撑 上层柱间支撑 刚性系杆 垂直支撑 刚性系杆 18 支撑的形式 下柱的支撑形式 (i)双层十字形 (a)单层十字形 (b)人字形 (c)K 形 (d)Y 形 (e)单斜杆形 (f)门形 (g)L 形 (h)刚架形 下层柱间支撑的形式 柱截面较大时（h800mm)，设为双片支撑 19 上柱的支撑形式 上层柱间支撑的形式 (a)十字形 (b)人字形 (c)K 形 (d)八字形 (e)V 形 支撑的截面形式：角钢、槽钢 连接：焊缝或高强度螺栓 20 外形 三角形、梯形及平行弦 腹杆形式 人字式、芬克式、豪式、再分式 及交叉式 2.1.2 屋架外形及腹杆形式屋架外形

8、及腹杆形式 2.1.2.1 桁架的应用桁架的应用 用于屋盖结构外，还用于皮带运输机桥、输电塔架 和桥梁等 2.1.2.2 桁架的外形及腹杆形式桁架的外形及腹杆形式 21 满足使用要求满足使用要求 受力合理受力合理 制造简单及运输与安装方便制造简单及运输与安装方便 综合技术经济效果好综合技术经济效果好 2.1.2.3 确定桁架形式的原则确定桁架形式的原则 22 跨度跨度L L 由使用和工艺方面的要求决定 高度高度H H 由经济条件、刚度条件(屋架的挠度限值为 L/500)，运输界限(铁路运输界限高度为3.85m)及屋面坡 度等因素来决定 2.1.2.4 桁架主要尺寸的确定桁架主要尺寸的确定 23

9、 2.1.3.1 屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用 保证屋盖结构的几何稳定性 保证屋盖的刚度和空间整体性 为弦杆提供适当的侧向支承点 承担并传递水平荷载 保证结构安装时的稳定与方便 2.1.3 屋盖支撑屋盖支撑 24 25 2.1.3.2 屋盖支撑的布置屋盖支撑的布置 上弦横向水平支撑 设置：房屋的两端或温度区段的两端。 间距L0以不超过60m为宜 下弦横向水平支撑 设置：与上弦横向水平支撑设在同一柱间 纵向水平支撑 设置：与横向水平支撑形成闭合框 垂直支撑 设置：考虑跨度，屋架形式，其他支撑形式设置 26 系杆 为没有参与组成空 间稳定体的屋架，提 供侧向支承点 分类：柔性，刚性 设置：见书 2

10、7 2.1.3.3 屋盖支撑的屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则杆件及支撑的计算原则 般采用交叉斜杆的形式 屋盖支撑受力比较小时，一般不进行内力计算，按容 许长细比来选择 当支撑受力较大时，支撑杆件除需满足允许长细比的要 求外，尚应按桁架体系计算内力 横向水平文撑计算简图 虚线表示的一组斜杆因 受压屈曲而退出工作 28 2.2 计算原理计算原理 2.2.1 荷载计算荷载计算 化为平面刚架计算 可变荷载：屋面活荷载，雪荷载，积灰荷载，风荷载及吊 车荷载 永久荷载：屋面恒载、屋架、檩条、墙梁及刚架自重、 围护结构自重 一般均换算为计算单元上的均布面荷载(水平投影面上) 按荷载规范GB50009取值 2

11、9 2.2.2 刚架内力计算刚架内力计算 当量惯性矩 Iyc= (A x2+A x2) 式中 A，A格构式柱两肢(或屋架 上下两弦)的截面积， x ，x 格构式柱两肢(或屋架 上下两弦)的截面形心到格构式柱截面 中性轴的距离， 反映剪力影响和几何形状的 修正系数，平行弦，取0.9；上弦坡度 1/10时取0.8；上弦坡度为1/8时取0.7 x y x x 肢 a 肢 b 将格构式柱和屋架换算为实腹式构件 30 内力分析 利用叠加原理 ，先针对几种基本荷载类型（恒载作 用，屋面可变荷载，左(或右)风荷载，吊车左(或右)刹车 力，吊车小车靠近左(或右)时的重力）以荷载标准值进行 内力计算，然后再组合

12、 2.2.3内力组合原则内力组合原则 按荷载规范GB50009的规定进行组合。 对于一般刚（框）架，由可变荷载控制的组合可用简化公式 n i QikQiGkG kQQGkG SSS SSS 1 11 (2.5) 9 . 0 (2.4) 取两式之最不利者 31 组合的目的： 找到构件和连接的最不利组合情形，并据此设计 对于受弯构件，需作下列四种内力组合： 内力组合表 MVIVMVIIIVMIIVMI,: , , : , , : , , : maxmaxmaxmax 对于压弯构件 ，需作下列四种内力组合： MNIVMNIIINMIINMI,: , , : , , : , , : maxmaxmax

13、max 恒载必须参加组合 32 2.3 2.3 钢屋架设计钢屋架设计 将面荷载转化为集中荷载计算内力 一般先求出单位节点荷载作用下的内力(称作内力系数)，然后根 据不同的荷载及组合，列表进行计算 2.3.1 桁架的内力计算桁架的内力计算 有节间荷载作用下，上弦为压弯构件 步骤：1）把节间荷载分配在相邻的节点上，计算各杆内力；2）直接承 受节间荷载的弦杆按算得的轴线内力与节间荷载产生的局部弯矩M共同 作用下的压弯杆设计 。 中间节间正弯矩及节点负弯矩为 M=0.6M0 ， 端节间正弯矩为M =0.8M0 ，M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩 仅节点荷载作用下 ，杆件均为轴心受力杆 33 荷载

14、组合： 使用阶段：组合一，全跨永久荷载全跨可变荷载 组合二，全跨永久荷载半跨可变荷载 施工阶段：组合三，全跨屋架及支撑自重半跨屋面板自重 半跨屋面活荷载 屋架中部某些斜杆，在全跨荷载时受拉而在半跨荷载时可能变成受压， 34 2.3.5 桁架节点设计和施工图桁架节点设计和施工图 节点设计：见上册第7 章 施工图：加工制造的主要依据 。 索引图：桁架简图 绘于图纸左上角。 起拱，以避免在竖向荷载作用下屋架跨中下垂。画在索引图中 施工详图：正面图，上、下弦的平面图，必要的侧面图，及节点，零 件的大样图，还应有材料表 比例：杆件轴线 1:201:30 节点(包括杆件截面，节点板) 1:101:15 注

15、明各零件的型号和尺寸 （尤其定位尺寸） 编号 材料表 说明 35 2.4.1 吊车梁的荷载及工作性能吊车梁的荷载及工作性能 吊车最大轮压Pk,max 由吊车产品规格中直接查得； Q=1.4； 动力系数，以考虑吊车的动力作用 对悬挂吊车或A1A5级软钩， 1.05 对A6A8的软钩和硬钩吊车 1.1 则作用在吊车梁上的最大轮压设计值为 Pmax=1.4Pk,max 2.4 2.4 吊车梁设计吊车梁设计 36 吊车横向水平力T 由小车及所吊重物决定 横行小车重量Q 额定起重量Q 重力加速度g 百分数： 软钩吊车：额定起重量Q不大于10t，取=12； 额定起重量Q为1550t，取=10； 额定起重量

16、Q不小于75 t，取=8； 硬钩吊车：取=20； 桥式吊车的总轮数 n GB50009规定每个车轮上的横向水平力为 T=1.4g(Q+Q)/n 37 GB50017规范规定，对于A6A8级吊车，吊车运行时摆动引起的水 平力比刹车力更为不利，此时作用于每个轮压处的水平力标准值改按 下式计算 T=1Pk,max 系数1，对一般软钩吊车取0.1， 抓斗或磁盘吊车宜采用0.15， 硬钩吊车宜采用0.2 吊车纵向水平力TL TL=0.1Pmax Pmax 作用于一侧轨道上，两台起重量最大的吊车所有刹车轮的 最大轮压之和。 38 2.4.2 吊车梁的截面组成吊车梁的截面组成 吊车梁（实腹式） 分类：加强上

17、翼缘：Q30t，跨度l6m，工作级别为A1A5 ； 上翼缘平面内设置制动梁或制动桁架 ； 制动结构的作用 辅助桁架 垂直支撑 图 吊车梁及制动结构的组成 1 一吊车梁，2 一制动梁，3 一制动桁架， 4 一辅助桁架，5 一水平支撑，6 一垂直支撑 吊车桁架 （空腹式） 39 2.4.3 吊车梁的连接吊车梁的连接 原则：应传力可靠直接，施工方便，减少焊接应力，避免截面削弱 工地连接宜采用高强螺栓连接 分类：简支梁，连续梁 吊车梁自身板件间的连接 梁腹板与翼缘的连接 轻中级：连续直角角焊缝（计算见上册） 重级： 上翼，焊透二级 下翼，自动半自动连续角焊缝 梁支座加劲肋与腹板的连接 支座加劲肋焊缝全

18、长传递R，角焊缝 对于重级突缘式：T形对接焊缝或K形焊透 梁支座加劲肋与翼缘的连接 40 平板式：刨平顶紧，焊，若特重级，焊透 突缘式：与上翼：铲除焊根后补焊 与下翼：对重级空出40mm不焊 梁端处上翼缘与柱的连接及制动板与上翼缘的连接 上翼缘与柱的连接 要求：在横向，保证可靠的传递梁端横向水平力 在纵向，保证传递纵向水平力，在其余柱距开间内宜带有纵向微 滑移性 高强螺栓连接：宜用于重级，抗疲劳性好，转角小 横向高强螺栓数按传递全部支座水平反力计算， 纵向高强螺栓数可按一个吊车轮最大水平制动力计算 高强螺栓直径一般在2024mm之间。 板铰连接 ：较好地体现了简支的设计思想。宜用于重级，转角大

19、 41 板铰宜按传递全部支座水平反力的轴心受力构件计算 铰栓直径按抗剪和承压计算，一般在3680mm之间。 焊接连接：宜用于轻中级，但制动板与柱仍用螺栓 制动板与上翼缘的连接 高强螺栓连接：宜用于重级，螺栓直径1822mm 现场焊接：宜用于轻中级 42 图 吊车梁上翼缘的连接 制动结构 板铰 板铰连接 高强螺栓连接 纵向高强螺栓 横向高强螺栓 43 梁梁连接及梁与牛腿的连接 梁梁连接：传递一定纵向力的构造， 保证传递纵向力的连续性及下柱平 面外的计算长度 加劲肋上下 端刨平顶紧 单 侧 连 接 板 h 0.3h 防 松 螺 栓 a)平板支座 防松螺栓 1 2 带垫板的 高强螺栓 防 松 螺 栓 40 b)突缘支座 填板 2 1 传力板 防松 螺栓 留 40mm 长不焊 铲焊根 后补焊 44 顶板 加劲肋上下 端刨平顶紧 c)中间连续支座 防松 螺栓 45 2.4.4 吊车梁的截面验算吊车梁的截面验算 强度验算 假定：竖向荷载由吊车梁承受 横向水平荷载由制动结构承受 忽略横向水平荷载所产生的偏心作用 加强上翼缘的吊车梁 受压翼缘的正应力（A点 ）验算 受拉翼缘的正应力验算 有制动梁的吊车梁 仅验算受压翼缘的正应力（A点 ） 1 f W M W M ny y nx x 2 f W M nx x 1 f