单层钢结构厂房

1、1 1 单层厂房钢结构设计单层厂房钢结构设计 单层厂房钢结构设计1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置3.3.钢屋架设计钢屋架设计2.2.计算原理计算原理4.4.轻型门式刚架结构轻型门式刚架结构结构形式和结构布置结构形式和结构布置1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置柱柱屋架屋架吊车梁吊车梁天窗架天窗架柱间支撑柱间支撑q 屋屋盖结构体系：盖结构体系：钢屋架钢屋架大型屋面板结构体系大型屋面板结构体系钢屋架钢屋架檩条檩条轻型屋面板结构体系轻型屋面板结构体系横梁横梁檩条檩条轻型屋面板结构体系轻型屋面板结构体系q吊车的工作制等级与工作级别的对应关系吊车的工作制等级与工作级别的对应关系（按照

2、吊车使用的频繁程度）（按照吊车使用的频繁程度）1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置柱网布置和计算单元柱网布置和计算单元1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置1.影响柱网布置因素：影响柱网布置因素： 1）生产工艺流程要求：）生产工艺流程要求： 2）结构上的要求：在保证厂房具有必需的刚）结构上的要求：在保证厂房具有必需的刚度和强度和强 度的同时，注意柱距和跨度的类别尽量少些，度的同时，注意柱距和跨度的类别尽量少些，以以 利施工。利施工。 3）经济要求）经济要求 4）模数要求：柱距）模数要求：柱距L的取值的取值: 一般地，在跨度一般地，在跨度不小于不小于 30m、高度不小于、高度不小于

3、14m、吊车额定起重量不、吊车额定起重量不小于小于 50t时，柱距取时，柱距取12m较为经济；参数较小的厂较为经济；参数较小的厂房取房取 6m柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取则取 大柱距大柱距15m，18m及及24m较适宜。较适宜。柱网布置柱网布置计算单元计算单元1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置横向框架及其截面选择 横向框架梁与柱的连接形式：横向框架梁与柱的连接形式：刚接框架：（刚接框架：（a)a)、（、（b b）横梁与柱子的刚接连接）横梁与柱子的刚接连接铰接框架：（铰接框架：（c c）横梁与柱子的铰接连接）横梁与柱子的铰接连接。（a a

4、）（b b）（c c）1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置 柱脚刚接：可以削减上柱柱顶的弯矩值， 增大横向框架的刚度。 铰接框架：横梁与柱子铰接，适用于吊车起 重量不很大的轻型维护结构。 刚接框架：横梁与柱子刚接。适用于设有 双层吊车，装备硬钩吊车等的 单跨重型厂房。1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置阶梯形柱：上段柱：实腹式,格构式。 下段柱：缀条格构式。分离式柱：吊车肢,屋盖肢 优点：减小两肢在框架平面内的计算优点：减小两肢在框架平面内的计算长度长度, ,两肢分别单独承担荷载两肢分别单独承担荷载 。1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置阶梯形柱的常见截面形式：双肢格构

5、式柱双肢格构式柱阶形柱的上柱阶形柱的上柱起重量较小的边柱起重量较小的边柱起重量起重量50t50t的中柱的中柱起重量起重量50t50t的中柱的中柱起重量较大的边柱起重量较大的边柱特大型厂房的下柱特大型厂房的下柱1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置 A6一A8级吊车的单跨厂房 柱子与基础柱子与基础刚性连接刚性连接 纵向刚度纵向刚度 横向刚度横向刚度 柱间柱间支撑支撑 屋架与柱子屋架与柱子刚性连接刚性连接 1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置下层柱间支撑：柱间支撑柱间支撑q上层柱间支撑：上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑吊车梁上部的柱间支撑刚性系杆刚性系杆刚性系杆刚性系杆下层柱间支撑

6、下层柱间支撑上层柱间支撑上层柱间支撑垂直垂直支撑支撑1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置柱间支撑的布置： 1）每列柱都要设柱间支撑。 2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱 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。 1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置 柱间支撑的作用： 1）承受并传递纵向水平荷载： 作用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、 纵向地震力等。 2）减少柱在平面外的计算长度。 3) 保

7、证厂房的纵向刚度。1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置 柱间支撑的形式：柱间支撑的形式：(a)(a)单层十字形；单层十字形；(b)(b)人字形；人字形；(c)(c)门形门形; (d); (d)双层十字形双层十字形下层柱间下层柱间 支撑的形式支撑的形式(a)(a)十字形；十字形； (b)(b)人字形；人字形； (c)V(c)V字形字形上层柱间上层柱间 支撑的形式支撑的形式1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应力在截面上均匀分布，桁架用料经济，结构的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途

8、。在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架 。屋架外形及腹杆形式屋架外形及腹杆形式1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置芬克式腹杆芬克式腹杆人字式腹杆人字式腹杆豪式腹杆豪式腹杆人字式腹杆人字式腹杆再分式腹杆再分式腹杆人字式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆三角形屋架三角形屋架梯形屋架梯形屋架平行弦屋架平行弦屋架1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置确定桁架形式的原则 三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮, , 坡度一般在坡度一般在1/31/31/21/2 梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，梯

9、形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在坡度一般在1/21/21/81/8 满足使用要求：满足使用要求： 1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置受力合理： 1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大 。 简支屋架外形与均布荷载下的抛物线 形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比 较接近。2 2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数 量宜少，腹杆总长度也应较小。量宜少，腹杆总长度也应较小。1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置再分式腹杆减少受压上弦节间尺寸，避 免节间的附加弯矩,也减少了上 弦杆在屋架平面内的长细比 。交叉式腹杆主要用于可能从不同方

10、向受力 的支撑体系。 再分式腹杆再分式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆 1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置 制造简单及运输与安装方便制造简单及运输与安装方便 杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节 点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合 上述要求。上述要求。 综合技术经济效果好综合技术经济效果好 1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置 跨度 L工艺及使用要求 高度 H经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度： 三角形屋架： 中部高度H(1/61/4)L 梯形屋架 ： 中部高度H(1/101/6)L 端部高度H0(1.

11、82.4m) 桁架主要尺寸的确定桁架主要尺寸的确定 1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置屋盖支撑屋盖支撑 屋盖上弦横向水平支撑屋盖上弦横向水平支撑 屋盖下弦横向水平支撑屋盖下弦横向水平支撑 屋盖下弦纵向水平支撑屋盖下弦纵向水平支撑 竖向支撑竖向支撑 系杆系杆1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置屋盖支撑作用示意图屋盖支撑作用示意图 1 1）保证屋盖结构的几何稳定性。）保证屋盖结构的几何稳定性。 几何可变体几何可变体系屋架侧倾系屋架侧倾几何不变体几何不变体系屋架稳定系屋架稳定屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用 1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置 2）保证屋盖的刚度和空间整体性

12、横向水平支撑是一个水平放置(或接近水平放置)的桁架,支座是柱或垂直支撑 。纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，减少横向水平荷载作用下的变形。1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置 3）为弦杆提供适当的侧向支承点 支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。 4）承担并传递水平荷载 如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。 5）保证结构安装时的稳定与方便 1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置 各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交叉斜杆 。屋盖支撑的杆件

13、及支撑的计算原则屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则竖腹杆：竖杆竖腹杆：竖杆弦杆：相邻屋架弦杆兼作弦杆：相邻屋架弦杆兼作横向支撑桁架的弦杆横向支撑桁架的弦杆腹杆腹杆 支撑支撑桁架桁架 斜腹杆：支撑斜腹杆：支撑1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆件截面常按容许长细比来选 。拉杆单角钢压杆双角钢当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，按图示拉杆（压杆退出工作）计算并据此选择截面。 1.1.结构形式和结构布置结构形式和结构布置荷载计算刚架内力计算2.2.计算原理计算原理计算单元计算单元简化简化单层房单层房屋结构屋结构 平面平面桁架桁架 2.2.计算原理计

14、算原理 1.永久荷载（恒载）屋面恒载屋面恒载檩条自重檩条自重屋架、其它构件自重和围护结构自重屋架、其它构件自重和围护结构自重 2.2.可变荷载（活载）可变荷载（活载） 屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载 及吊车荷载。及吊车荷载。 3.3.施工荷载施工荷载荷载计算荷载计算2.2.计算原理计算原理为简化计算，引入当量惯性矩将格构式拄和屋架换算为实腹式构件进行内力分析。 当量惯性矩：2201122()tk A yA y刚架内力计算刚架内力计算 A A1 1和和A A2 2分别为格构柱两肢（或屋架上下两弦）截面积分别为格构柱两肢（或屋架上下两弦）截面积 y y1

15、1和和y y2 2格构式柱两肢（屋架上下两弦）的截面形心到格构式柱两肢（屋架上下两弦）的截面形心到 格构式柱截面中性轴的距离。格构式柱截面中性轴的距离。 k k反映剪力和几何形反映剪力和几何形 状的修正系数。状的修正系数。k=0.9 =0.9 平行弦平行弦k=0.7 =0.7 上弦坡度上弦坡度i = 0.1i = 0.1k=0.65 =0.65 上弦坡度上弦坡度i = 0.125i = 0.1252.2.计算原理计算原理屋架尺寸未定时，可按下式估算其当量惯性矩。 Mmax简支屋架在屋面荷载作用下的跨中弯矩。 f 弦杆抗拉强度设计值。m ax02MhIkIkf2.2.计算原理计算原理内力分析：依

16、叠加原理，内力分析只需针对几种基本类型进行。 单跨刚架：（1）永久荷载；（2）屋面活荷载；（3）左风（右风荷载）；（4）吊车横向水平荷载；（5）吊车竖向荷载。手算或电算2.2.计算原理计算原理 按照建筑结构荷载规范(GB50009)的规定，结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态，依照组合规则进行荷载效应的组合，并取最不利组合进行设计。内力组合原则内力组合原则2.2.计算原理计算原理对于一般的刚对于一般的刚( (框框) )架，按承载能力极限状态设计时，架，按承载能力极限状态设计时，构件和连接可取下列简化公式中的最不利值确定：构件和连接可取下列简化

17、公式中的最不利值确定：S SGKGK、S SQKQK按规范规定的标准值算得的永久荷载效按规范规定的标准值算得的永久荷载效 应和可变荷载效应应和可变荷载效应 G G、Q Q永久荷载分项系数和可变荷载分项系数永久荷载分项系数和可变荷载分项系数niQikQiGkGkQQGkGSSSSSS1119.02.2.计算原理计算原理maxM 内力组合表内力组合表2.2.计算原理计算原理 v桁架的内力计算桁架的内力计算钢屋架设计钢屋架设计v桁架杆件的计算长度桁架杆件的计算长度v杆件截面型式杆件截面型式v一般构造要求与截面选择一般构造要求与截面选择v桁架的节点设计桁架的节点设计1. 荷载分项系数及荷载组合系数按建

18、筑结构荷 载规范选取。2. 按节点荷载作用下的铰接平面桁架分析内力 常用的内力分析方法有图解法、解析法、电 算。具体分析时，可先分别计算全跨和半跨单 位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷载组 合，列表计算。桁架内力计算桁架内力计算3.3.钢屋架设计钢屋架设计 计算内力系数计算内力系数3.3.钢屋架设计钢屋架设计3.节点刚性影响 节点刚性引起杆件次应力，次应力一般较小，不予考虑。但荷载很大的重型桁架有时需要计入次应力的影响。4.杆件的内力变号 屋架中部某些杆件在全跨荷载时受拉，而在半跨荷载时可能受压。 半跨荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧施工3.3.钢屋架设计钢屋架设计直接承受节间荷载的弦杆

19、为压弯构件（直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N N，M M）。）。 局部弯矩局部弯矩M M理论上应按弹性支座上的连续梁计算理论上应按弹性支座上的连续梁计算。M M0 0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。简化计算：简化计算：3.3.钢屋架设计钢屋架设计 计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等效的两端铰接的理想轴心压杆。 (a) (b) (c) 221LEIcrP22)5 . 0(2LEIcrP22)(3LEIcrP杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高 。桁架杆件的计算长度桁架杆件的计算长度3.3.钢屋架设

20、计钢屋架设计 影响钢屋架杆端约束大小的因素：影响钢屋架杆端约束大小的因素： 1 1）杆件轴力性质）杆件轴力性质 拉力使杆拉直，约束作用大，压力使杆拉力使杆拉直，约束作用大，压力使杆 件弯曲，约束作用微不足道。件弯曲，约束作用微不足道。 2 2）杆件线刚度大小）杆件线刚度大小 线刚度越大，约束作用越大，反之，约线刚度越大，约束作用越大，反之，约 束作用越小。束作用越小。 3 3）与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大，）与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大， 较远的杆件作用小。较远的杆件作用小。 受压弦杆和单系腹杆的计算长度受压弦杆和单系腹杆的计算长度3.3.钢屋架设计钢屋架设计 杆件计算长度：杆件计

21、算长度：q 桁架平面内计算长度桁架平面内计算长度 弦杆弦杆 支座斜杆支座斜杆 ( (节件长度）节件长度） 支座竖杆支座竖杆 中间腹杆中间腹杆 xl0llx0llx8 . 003.3.钢屋架设计钢屋架设计 屋架杆件的计算长度屋架杆件的计算长度3.3.钢屋架设计钢屋架设计 桁架平面外计算长度 弦杆 （侧向支撑点间距离） 腹杆 （节间长度 ） 单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆， 绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部 所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。lly0lly9 . 00oyl10lly3.3.钢屋架设计钢屋架设计平面内计算长度平面内计算长度:平面外计算长度：平面外计算长度：dlx0)25

22、. 075. 0(1210NNllydl21变内力压杆的计算长度变内力压杆的计算长度3.3.钢屋架设计钢屋架设计q 交叉腹杆中交叉点处构造：交叉腹杆中交叉点处构造： 1 1）两杆不断开。）两杆不断开。 2 2）一杆不断开，另一杆断开）一杆不断开，另一杆断开 用节点板拼接。用节点板拼接。交叉腹杆中压杆的计算长度交叉腹杆中压杆的计算长度 3.3.钢屋架设计钢屋架设计q 桁架平面内计算长度：桁架平面内计算长度： 无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。q 桁架平面外计算长度：桁架平面外计算长度： 拉杆可作为压杆的平面外支承点，拉杆可作为压杆的平面外支承点， 压

23、杆除非受力较小且不断开，否则不起侧向支点压杆除非受力较小且不断开，否则不起侧向支点 的作用。的作用。 GB50017GB50017规范中交叉腹杆中压杆的平面外计算长度规范中交叉腹杆中压杆的平面外计算长度 计算公式。计算公式。 llx5 . 003.3.钢屋架设计钢屋架设计 杆件截面选取的原则：杆件截面选取的原则： 承载能力高，抗弯强度大，承载能力高，抗弯强度大， 便于连接，用料经济通常便于连接，用料经济通常 选用角钢和选用角钢和T T型钢型钢 等强设计：等强设计： 压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。)(yzyxyz单轴对称截面绕对称轴屈曲时考单轴对称截

24、面绕对称轴屈曲时考虑扭转效应的换算长细比。虑扭转效应的换算长细比。杆件截面型式杆件截面型式截面伸展截面伸展壁厚较薄壁厚较薄外表平整外表平整3.3.钢屋架设计钢屋架设计 角钢杆件截面形式角钢杆件截面形式3.3.钢屋架设计钢屋架设计受压弦杆：受压弦杆：yyyxxxyxxyililll000022yxii有节间荷载时有节间荷载时3.3.钢屋架设计钢屋架设计受拉弦杆受拉弦杆：xyll00支座斜腹杆及竖杆：支座斜腹杆及竖杆：xyll00yxyxii 3.3.钢屋架设计钢屋架设计 屋架构造的一般要求屋架构造的一般要求: : 同一榀屋架中，角钢的规格不超过同一榀屋架中，角钢的规格不超过5 56 6种种 最小

25、角钢最小角钢 L45X4 L56X36X4,L18m L45X4 L56X36X4,L18m 的小角钢屋的小角钢屋 架不受此限。架不受此限。 一般构造要求与截面选择一般构造要求与截面选择3.3.钢屋架设计钢屋架设计 屋架杆件中的填板。屋架杆件中的填板。 作用：保证两角钢共同工作。作用：保证两角钢共同工作。 间距：压杆间距：压杆 拉杆拉杆 数量：不小于数量：不小于2 2个。个。ilz40ilz803.3.钢屋架设计钢屋架设计任务：任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。算。节点的构造应传力路线明确、简

26、捷、制作安装方便。注意：注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力。钢在两弦杆间直接传力。节点设计节点设计3.3.钢屋架设计钢屋架设计 节点设计的一般原则节点设计的一般原则 双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆 轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。 角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切以便角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切以便 使节点紧凑时只能切肢尖。使节

27、点紧凑时只能切肢尖。双角钢截面杆件的节点双角钢截面杆件的节点3.3.钢屋架设计钢屋架设计 如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。iK节点板上各杆件之间的间距节点板上各杆件之间的间距a:a: iiiKKMMeNNM)(21偏心力矩：偏心力矩：- -第第i i杆的线刚度杆的线刚度iiilEIK 当偏心当偏心e e0.05h0.05h时考虑偏心对杆件产生的附加时考虑偏心对杆件产生的附加弯矩：弯矩：受静载时受静载时，2010a受动载时受动载时，50a3.3.钢屋架设计钢屋架设计 2.2.节点板设计：节点板设计： 形状简单、规则，如矩形、梯形形状简单、规则，如矩

28、形、梯形 梯形和平行弦屋架的节点板厚度由腹梯形和平行弦屋架的节点板厚度由腹 杆最大内力确定，三角形屋架节点板杆最大内力确定，三角形屋架节点板 厚度由上弦杆内力决定。在一榀屋架中厚度由上弦杆内力决定。在一榀屋架中 支座节点板厚度可以大支座节点板厚度可以大2mm,2mm,其他节点板其他节点板 厚度相同。厚度相同。 3.3.钢屋架设计钢屋架设计节点板的拉剪破坏：节点板的拉剪破坏：fANii)(ii2cos11第第i i段的拉剪折算系数段的拉剪折算系数ii第第i i段破坏线与拉力轴线的夹角段破坏线与拉力轴线的夹角iitlA 第第i i段破坏面的截面积段破坏面的截面积3.3.钢屋架设计钢屋架设计单根腹杆

29、的节点板按下式计算单根腹杆的节点板按下式计算：ftbNeeb节点板的有效宽度，当用螺栓连接时，应取净宽度节点板的有效宽度，当用螺栓连接时，应取净宽度t板件厚度，板件厚度，应力扩散角，取应力扩散角，取3030。3.3.钢屋架设计钢屋架设计 节点的构造与计算节点的构造与计算 3.3.钢屋架设计钢屋架设计 一般节点一般节点 节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。 腹杆与节点板间的传力腹杆与节点板间的传力-两侧角焊缝两侧角焊缝 （L L形围焊缝，三面围焊缝），按受轴形围焊缝，三面围焊缝），按受轴 心力角钢的角焊缝计算。心力角钢的角焊缝计算。 弦杆与节点板间角焊缝只传递差值

30、，弦杆与节点板间角焊缝只传递差值， 按下式计算其焊缝长度。按下式计算其焊缝长度。3.3.钢屋架设计钢屋架设计力分配系数角钢肢背、肢尖焊缝内21,KK寸肢背、肢尖焊缝焊脚尺21,ffhh角焊缝强度设计值wff21NNN11127 . 021fwffwhfhNKl肢背焊缝：肢背焊缝：肢尖焊缝：肢尖焊缝：22227 . 022fwffwhfhNKl3.3.钢屋架设计钢屋架设计有集中荷载的节点有集中荷载的节点q节点板伸出节点板伸出 槽焊缝槽焊缝“K K”假定只传递假定只传递P P力，按两条角焊缝力，按两条角焊缝 （焊脚尺寸为（焊脚尺寸为0.5t0.5t）计算所需的长度。）计算所需的长度。 “A A”焊

31、缝焊缝传递弦杆两端内力差传递弦杆两端内力差N=N1-N2N=N1-N2和偏和偏 心力矩心力矩M=M=N Ne e。焊缝两端的最大。焊缝两端的最大 合成应力：合成应力： 22227 . 027 . 026)(222wffwffwtffflhNlhMf3.3.钢屋架设计钢屋架设计q 节点板部分伸出节点板部分伸出 当当“A A”焊缝强度不足时，采用焊缝强度不足时，采用 节点板伸出方案，节点板伸出方案， 肢尖肢尖“A A” 与肢背与肢背“B B”两条焊缝传递弦杆两条焊缝传递弦杆 与节点板间内力，与节点板间内力， NPNP P较小，近似按只承受轴力时较小，近似按只承受轴力时”焊缝”和“设计和验算“分配到

32、肢尖和肢背，以BAN的肢尖和肢背的分配系数将的肢尖和肢背的分配系数将3.3.钢屋架设计钢屋架设计下弦跨中拼接节点下弦跨中拼接节点 构造：拼接角钢采用与弦杆相同的规格，构造：拼接角钢采用与弦杆相同的规格， 切去竖肢及切去直角边棱，安装螺栓，切去竖肢及切去直角边棱，安装螺栓， 拼接角钢与节点板各焊于不同的连接单元拼接角钢与节点板各焊于不同的连接单元。3.3.钢屋架设计钢屋架设计 焊缝计算焊缝计算 弦杆自身拼接焊缝（弦杆自身拼接焊缝（“C C”焊缝），传递两侧弦焊缝），传递两侧弦 杆内力的较小值杆内力的较小值N,N,考虑到截面形心处的力与拼接考虑到截面形心处的力与拼接 角钢两侧的焊缝近于等距，角钢两

33、侧的焊缝近于等距，N N力由两根拼接角钢力由两根拼接角钢 的四条焊缝平分传递。弦杆和连接角钢连接一的四条焊缝平分传递。弦杆和连接角钢连接一 侧的焊缝长度为：侧的焊缝长度为：fwffhfhNl27 . 041blL12拼接角钢长度为拼接角钢长度为3.3.钢屋架设计钢屋架设计内力较大一侧的下弦杆与节点板间的焊缝传内力较大一侧的下弦杆与节点板间的焊缝传递弦杆内力之差递弦杆内力之差N,N,如如N N过小则取弦杆较大过小则取弦杆较大内力的内力的15%15%，内力较小一侧弦杆与节点板间焊，内力较小一侧弦杆与节点板间焊缝参照传力一侧采用。缝参照传力一侧采用。弦杆与节点板一侧的焊缝强度验算：弦杆与节点板一侧的

34、焊缝强度验算：wfwfflhNK7 . 0215. 0max1肢背焊缝：wfwfflhNK7 . 0215. 0max2肢尖焊缝：3.3.钢屋架设计钢屋架设计 上弦跨中拼接节点上弦跨中拼接节点 构造：拼接角钢的弯折角用热弯形成。构造：拼接角钢的弯折角用热弯形成。 计算：弦杆和拼接角钢间焊缝算法与下弦跨中节点计算：弦杆和拼接角钢间焊缝算法与下弦跨中节点 相同，弦杆和节点板间焊缝算法与上弦节点相同，弦杆和节点板间焊缝算法与上弦节点 相同。相同。3.3.钢屋架设计钢屋架设计支座节点支座节点 屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。3.3.钢屋架设计钢屋架设计屋架与

35、柱的刚接：屋架与柱的刚接：刚接节点连接焊缝刚接节点连接焊缝传递内力由以下两传递内力由以下两部分组成：部分组成：屋面荷载产生的屋面荷载产生的横梁端反力，横梁端反力，横梁端弯矩在上横梁端弯矩在上下弦轴线处产生的下弦轴线处产生的附加水平力、附加附加水平力、附加竖向反力，下弦处竖向反力，下弦处的水平力中还应包的水平力中还应包括框架内力组合的括框架内力组合的相应水平剪力。相应水平剪力。3.3.钢屋架设计钢屋架设计梯形屋架支座节点梯形屋架支座节点节点板节点板加劲肋加劲肋底板底板锚栓锚栓加劲肋作用：加劲肋作用：提高支座节点的侧向刚提高支座节点的侧向刚度，使支座底板受力均度，使支座底板受力均匀，减少底板弯矩匀

36、，减少底板弯矩3.3.钢屋架设计钢屋架设计支座节点力的传递路线为：支座节点力的传递路线为： 节点板节点板 H H形焊缝形焊缝底底板板 屋架杆件屋架杆件合力合力R RL L形焊缝形焊缝加劲肋加劲肋 3.3.钢屋架设计钢屋架设计 支座节点的计算：支座节点的计算： 底板：底板： 底板面积：底板面积：00AfRAAAcn锚栓孔面积0A 底板厚度：按均布荷载下板的抗弯计算，将底板厚度：按均布荷载下板的抗弯计算，将 基础反力看成均布荷载基础反力看成均布荷载q,q,底板被节点板和加底板被节点板和加 劲肋分成劲肋分成4 4块两相邻边支撑的板，其单位宽度块两相邻边支撑的板，其单位宽度 的弯矩为：的弯矩为：21q

37、aMnARq 底板下的平均压应力：fMt6底板厚度：3.3.钢屋架设计钢屋架设计加劲肋：加劲肋：按悬臂梁计算，固端截面的剪力按悬臂梁计算，固端截面的剪力4RV 固端截面弯矩固端截面弯矩eVM加劲肋与节点板间竖向焊缝加劲肋与节点板间竖向焊缝L:L:焊缝受力：焊缝受力：4RV eVMwffwffwtffflhNlhMf7 . 027 . 026)(222焊缝验算：焊缝验算：3.3.钢屋架设计钢屋架设计支座节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝：支座节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝： 传递全部反力传递全部反力R R。wfwffflhR7 . 0的水平焊缝总长度节点板、加劲肋与底板wl3.3.钢屋架设计

38、钢屋架设计 轻型门式刚架结构与一般普通钢结构相比轻型门式刚架结构与一般普通钢结构相比具有以下技术特征：具有以下技术特征： 1.1.结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，建筑造型美观利用建筑空间，降低房屋的高度，建筑造型美观。 2.2.门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以组装，为制作、运输、安装提供了有利条件可以组装，为制作、运输、安装提供了有利条件。 3.3.屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的1/5-1/101/5-1/10，是一种经济可靠的结构形式。，

39、是一种经济可靠的结构形式。4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房门式刚架工程实例门式刚架工程实例山墙抗风柱山墙抗风柱吊车梁吊车梁天窗架天窗架4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房主要承重骨架门式刚架主要承重骨架门式刚架 檩条、墙梁檩条、墙梁 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢 屋面、墙面屋面、墙面 压型金属板、彩钢夹芯板压型金属板、彩钢夹芯板 屋面及墙面保温芯材屋面及墙面保温芯材 聚苯乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、 聚氨酯泡沫塑料、岩棉等聚氨酯泡沫塑料、岩棉等 支撑支撑 屋面支撑、柱间支撑屋面支撑、柱间支撑门式刚架结构的组成门式刚架结构的组成4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架

40、单层厂房门式刚架结构的组成门式刚架结构的组成4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房重量轻重量轻工业化程度高、施工周期短工业化程度高、施工周期短柱网布置灵活柱网布置灵活综合经济效益高综合经济效益高4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房1.1.门式刚架屋面体系的整体性可以依靠檩门式刚架屋面体系的整体性可以依靠檩条、隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量条、隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。，同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。门式刚架结构性能门式刚架结构性能4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房2.2.门式刚架的梁、柱门式刚架的梁

41、、柱多采用变截面杆件，可以多采用变截面杆件，可以节省材料。节省材料。 3.3.组成构件的杆件较组成构件的杆件较薄，对制作、涂装、运输薄，对制作、涂装、运输、安装的要求高。、安装的要求高。 4.4.构件的抗弯刚度、构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小，结构的抗扭刚度比较小，结构的整体刚度也比较柔。整体刚度也比较柔。 4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房门式刚架结构的应用情况门式刚架结构的应用情况 1.1.我国门式刚架设计规程：我国门式刚架设计规程：门式刚架轻型房门式刚架轻型房屋钢结构技术规程屋钢结构技术规程(CECS102:2002)(CECS102:2002) 2.2.应用范围：轻型厂房

42、、物流中心、大型超市应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。 3.3.应用规模：国内每年有几千万平方米的轻钢应用规模：国内每年有几千万平方米的轻钢结构结构 建筑物竣工。建筑物竣工。4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房4.4.轻型门式刚架的适用范围及截面形式：轻型门式刚架的适用范围及截面形式：(1).(1).屋面荷载较小，横向跨度为屋面荷载较小，横向跨度为9 924m24m，柱高，柱高为为4.54.59m9m，(2).(2).没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。房。(

43、3).(3).当厂房横向跨度不超过当厂房横向跨度不超过15m15m，柱高不超过，柱高不超过6m6m时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向跨度大于房横向跨度大于15m15m，柱高超过，柱高超过6m6m时，宜采用变时，宜采用变截面刚架形式。截面刚架形式。4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房5.5.变截面刚架与等截面刚架的对比变截面刚架与等截面刚架的对比: :柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图形附合较好，受力合理、节省材料。形附合较好，受力合理、节省材料。变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等

44、变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等截面方便。截面方便。6.6.柱脚形式柱脚形式: : 门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形式。式。4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房 刚接柱脚详图刚接柱脚详图 铰接柱脚详图铰接柱脚详图 刚接柱脚门式刚架刚接柱脚门式刚架 铰接柱脚门式刚架铰接柱脚门式刚架变截面梁变截面梁变截面梁、柱变截面梁、柱4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房加劲板加劲板地脚螺栓地脚螺栓4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房变截面变截面刚架梁刚架梁 等截面等截面刚架柱刚架柱4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂

45、房结构形式和结构布置门式刚架的各种结构形式 门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。 结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位及建筑尺寸等因素单跨单坡单跨单坡单跨双坡单跨双坡多跨（中间摇摆柱）多跨（中间摇摆柱）高低跨高低跨双坡双跨双坡双跨门式刚架的各种结构形式门式刚架的各种结构形式多跨（梁柱刚结）多跨（梁柱刚结）四坡双跨四坡双跨摇摆柱摇摆柱4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房1.柱网布置与定位轴线 柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，一般为6m，也可取7.5m、9m、或12m 跨度：一般为9-36m，以3

46、m为模数 边柱的外边缘与纵向定位轴线重合 多跨中柱的中心线与纵向定位轴线重合 端部柱的中心线自横向定位轴线向内移600mm2.剖面布置 高度：取室内地面至立柱轴线与横梁轴线交点高度，宜取 4.5-9m，有桥式吊车时不大于12m门式刚架的结构布置门式刚架的结构布置4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房 3.檩条和墙梁的布置 檩条：应等间距布置。在屋脊处，应沿屋脊两侧各布置一道檩条，使得屋面板的外伸宽度不要太长(一般小于200mm)，在天沟附近应布置一道檩条，以便于天沟的固定。确定檩条间距时，应综合考虑屋面材料、檩条规格等因素按计算确定。 屋面檁条布置屋面檁条布置实例实例4.4.轻型门式

47、刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房屋面檁条布置实例屋面檁条布置实例4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房 墙梁：墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。 墙梁布置实例墙梁布置实例4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房4.屋面支撑和刚性系杆的布置原则： 在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。 在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。 端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房5.柱间支撑的布置原则： 柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及

48、安装条件确定，厂房无吊车时，宜取3045m；厂房有吊车时，宜设置在温度区段中部，间距不大于60m 当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房荷载及荷载组合刚架的内力和侧移计算刚架柱和梁的设计刚架设计刚架设计4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房永久荷载：包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。 可变荷载：屋面活荷载 、屋面雪荷载和积灰荷载 吊车荷载 、地震作用 、风荷载。 荷载及荷载组合荷载及荷载组合4.4.轻型门式刚架单层厂房轻

49、型门式刚架单层厂房 荷载组合原则： 屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值； 积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑； 施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑； 多台吊车的组合应符合荷载规范的规定； 当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。 4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房内力计算原则： 根据不同荷载组合下内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。控制截面的内力组合主要有： 最大轴压力Nmax和同时出现的M及V的较大值。 最大弯矩Mmax和同时出现的V及N的

50、较大值。 最大负弯矩Mmax和同时出现的V及N的较大值。 最小轴压力Nmin和相应的M及V，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。刚架内力和侧移计算刚架内力和侧移计算4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房侧移计算原则： 变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。 如果最后验算时刚架的侧移不满足要求，即需要采用下列措施之一进行调整： 放大柱或梁的截面尺寸； 改铰接柱脚为刚接柱脚； 把多跨框架中的摇摆柱改为上端和梁刚接的节点连接形式。4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房梁、柱板件的宽厚比限值： 工字形截面构件受压翼缘

51、板的宽厚比：工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比：yftb235151ywwfth235250刚架柱和梁的设计刚架柱和梁的设计4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房刚架梁、柱构件的强度计算刚架内力分析在横向均布荷载作用下，刚架弯矩图如下刚架弯矩图刚架弯矩图刚架荷载计算简图刚架荷载计算简图q4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房在水平风荷载作用下，刚架弯矩图如下：荷载计算简图荷载计算简图 刚架弯矩图刚架弯矩图q4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房 轻型钢结构是以构件边缘最大压应力达到钢材屈服点作为临界状态，没有考虑塑性发展的影响，所以门式刚架一般按弹性理论设计。 考虑

52、各种荷载组合内力分析结果，取出最大荷载值控制设计，对初选截面梁柱按压弯构件进行验算。4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房正应力验算：剪应力验算：fWMWMANefnyyefnxxefnvfthV0max23 式中：式中： 构件有效净截面面积；构件有效净截面面积； 、 对主轴对主轴x x和和y y的有效净截面抵抗矩；的有效净截面抵抗矩； 、 对主轴对主轴x x和和y y的弯矩。的弯矩。efnAefnxWefnyWxMyM4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房弯矩作用平面内：弯矩作用平面外：fWNNMANefxxEXxmefx1fWMANefxbxefx4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房 工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M 共同作用下的强度应符合下列要求： 当 时 当 时 当截面为双轴对称时2110.5feufuVMMMMV0.5uuVVV0.5uVVeuMMffwMAht f4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算: 变截面柱在刚架平面内的整体稳定按下列公式 计算：fWNNMANexExmxex100100120201 . 1eExEAN4.4.轻型门式刚架单层厂房轻型门式刚架单层厂房 对于变截面柱，变化截面高度的目的是为了适应弯矩的变化，合理的截面变化方式应使两端截