第七章重型厂房结构设计

1、第一节第一节 结构形式和结构布置结构形式和结构布置 一一. .结构形式结构形式 单层厂房结构单层厂房结构 重型厂房：重型厂房：跨度大（跨度大（30m30m），高度大（），高度大（6060m m），），起重能力大（几十至几百吨）起重能力大（几十至几百吨）刚（框）架形式刚（框）架形式第七章第七章 重型厂房结构设计重型厂房结构设计厂房构造厂房构造1.1.承重柱承重柱 2.2.钢屋架钢屋架 3.3.吊车梁吊车梁4.4.天窗架天窗架 5.5.柱间支撑柱间支撑屋盖结构：屋盖结构： 钢屋架钢屋架+大型屋面板大型屋面板 钢屋架钢屋架+檩条檩条+轻型屋面板轻型屋面板 吊车工作制等级与级别吊车工作制等级与级别 等

2、级等级 轻级轻级 中级中级 重级重级 特重级特重级级别级别 A A1 1A A3 3 A A4 4 、A A5 5 A A6 6 、A A7 7 A A8 810Qt1550Qt75Qt300Qt柱网布置柱网布置 柱距：柱距：6 6m m、12m12m、15m15m、18m18m、24m 24m 跨度：跨度：1818m m、24m24m、27m27m、30m 30m 模数化模数化设置温度收缩缝，控制温度应力设置温度收缩缝，控制温度应力 有檩屋盖：有檩屋盖：75m 无檩屋盖：无檩屋盖：60m 间距：间距：构件净距要求构件净距要求7501000b 80100c bc300400a a- -吊车顶面

3、至屋架吊车顶面至屋架 下弦间距下弦间距- -吊车轮中心至柱吊车轮中心至柱 定位轴线间距定位轴线间距- -吊车轮廓至柱内吊车轮廓至柱内 表面间距表面间距cab重型厂房柱重型厂房柱 阶梯形柱：阶梯形柱： 下段为缀条格构式，上段为实腹式下段为缀条格构式，上段为实腹式 分离式柱分离式柱 ：屋盖肢屋盖肢+吊车肢，做柔性连接吊车肢，做柔性连接 柱间支撑柱间支撑 垂直支撑、十字形、人字形、垂直支撑、十字形、人字形、K K形、形、八字形、八字形、V V形、与屋盖支撑共同形成形、与屋盖支撑共同形成厂房纵向刚度厂房纵向刚度传递山墙风荷载、吊车纵向水平荷载传递山墙风荷载、吊车纵向水平荷载及纵向地震力及纵向地震力第二

4、节第二节 钢桁架钢桁架 一一. 应用和类型应用和类型 钢屋盖组成：钢屋盖组成： 屋面构件、钢屋架和屋盖支撑屋面构件、钢屋架和屋盖支撑 屋面构件：屋面构件： 檩条、拉杆、小型板材、或钢檩条、拉杆、小型板材、或钢筋混凝土屋面板，用于支撑屋筋混凝土屋面板，用于支撑屋面构造层、防水层、保温层面构造层、防水层、保温层 l钢桁架应用：钢桁架应用： 建筑屋盖、楼盖、吊车梁、桥梁、建筑屋盖、楼盖、吊车梁、桥梁、起重塔架和臂杆、海洋采油平台起重塔架和臂杆、海洋采油平台 承重结构承重结构 钢桁架适用于大跨度钢桁架适用于大跨度 或高大结构的原因：或高大结构的原因： 承受轴心力，应力均匀分布，承受轴心力，应力均匀分布

5、， 节省材料节省材料 腹杆代替腹板，自重与荷载减轻腹杆代替腹板，自重与荷载减轻 屋盖结构分无檩和有檩：屋盖结构分无檩和有檩： 无檩：由大型屋面板、横梁或钢屋架组成无檩：由大型屋面板、横梁或钢屋架组成 有檩：小型屋面板、檩条、钢屋架有檩：小型屋面板、檩条、钢屋架 轻型屋面板：轻型屋面板： 压型钢板、波形石棉瓦、瓦楞铁皮等压型钢板、波形石棉瓦、瓦楞铁皮等 屋盖作用：屋盖作用： 围护、承重、采光和通风围护、承重、采光和通风 承重：屋盖结构自重，屋面活荷载、风承重：屋盖结构自重，屋面活荷载、风 雪荷载和其他荷载（施工和积灰）雪荷载和其他荷载（施工和积灰） l钢桁架类型：钢桁架类型： 普通钢桁架普通钢桁

6、架 实用一般钢屋架实用一般钢屋架 ，由两角钢组成，由两角钢组成T形形截面截面 ，包括十字形、槽形或圆管形，包括十字形、槽形或圆管形 重型钢桁架重型钢桁架 适用钢桥承重结构，大跨度屋架适用钢桥承重结构，大跨度屋架 ，由，由钢板组成钢板组成H型或箱型截面型或箱型截面 轻型钢桁架轻型钢桁架 适用于跨度较小的轻型屋盖结构，采用适用于跨度较小的轻型屋盖结构，采用小角钢、圆钢、冷弯薄壁方管小角钢、圆钢、冷弯薄壁方管 二二. .钢桁架外形和高度钢桁架外形和高度 外形：三角形、梯形、平行弦和多边形外形：三角形、梯形、平行弦和多边形 三角形：三角形： 屋面坡度较陡，上弦坡度为屋面坡度较陡，上弦坡度为1/21/2

7、1/31/3，与屋面防水相适应与屋面防水相适应 跨度：跨度：18182424米以下米以下高跨比：高跨比：H=H=（1/41/41/61/6）L L l梯形：梯形： 屋面坡度较缓，油毡防水屋面屋面坡度较缓，油毡防水屋面坡度坡度1/101/12 人字形：人字形：再分式：再分式：1跨度：跨度：181836m36m高跨比：高跨比：H=H=（1/61/61/101/10）L L 1三三. .确定桁架形式的原则确定桁架形式的原则 满足使用要求满足使用要求 上弦坡度应适合防水上弦坡度应适合防水 受力合理受力合理 与抛物线弯矩图最接近与抛物线弯矩图最接近 制造简单、运输方便制造简单、运输方便 技术经济效果好技

8、术经济效果好 四四. .屋盖支撑屋盖支撑 连结于屋架之间，保证屋盖结构稳定连结于屋架之间，保证屋盖结构稳定和刚度的构件体系和刚度的构件体系 横向、纵向水平桁架和垂直桁架横向、纵向水平桁架和垂直桁架 ，及系杆，及系杆 （一）屋盖支撑主要作用（一）屋盖支撑主要作用 保证桁架空间几何不变性和稳定保证桁架空间几何不变性和稳定 保证桁架空间刚度和整体性保证桁架空间刚度和整体性 为桁架弦杆提供侧向支撑点为桁架弦杆提供侧向支撑点 承载水平荷载（风、制动、地震）承载水平荷载（风、制动、地震）（二）屋架支撑布置（二）屋架支撑布置上弦和下弦横向水平支撑上弦和下弦横向水平支撑 上弦和下弦横向水平支撑上弦和下弦横向水

9、平支撑 第一开间第一开间 第二开间第二开间 有利抗风柱直接传力有利抗风柱直接传力 屋盖有天窗屋盖有天窗 设在房屋两端设在房屋两端 ：l设在横向伸缩缝两端设在横向伸缩缝两端 横向支撑间距小于等于横向支撑间距小于等于60m（无檩）（无檩）75m（有檩）（有檩）即伸缩缝间距即伸缩缝间距 l下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑 有较大起重量吊车，或有较大空间有较大起重量吊车，或有较大空间刚度要求才设置，形成闭合框架刚度要求才设置，形成闭合框架 l垂直支撑垂直支撑梯形屋架：梯形屋架： 跨度跨度 30lm两端和跨中处共设三道两端和跨中处共设三道 30lm两端和跨中两端和跨中1/31/3处或天窗架侧柱处共设四道

10、处或天窗架侧柱处共设四道 l系杆系杆 纵向水平连接杆（系杆）为上下纵向水平连接杆（系杆）为上下弦杆提供侧向支撑点弦杆提供侧向支撑点 设置在屋架和天窗架两端及垂直设置在屋架和天窗架两端及垂直支撑上下弦节点、屋脊位置支撑上下弦节点、屋脊位置 柔性系杆：受拉柔性系杆：受拉 刚性系杆：能受拉力和压力刚性系杆：能受拉力和压力 （三）屋盖支撑设计原则（三）屋盖支撑设计原则 水平支撑水平支撑 方格：方格： 6 6m矩形格：矩形格： 6 3m 垂直支撑：垂直支撑： W W，V V，X X支撑杆件受力较小，一般不作内力计算支撑杆件受力较小，一般不作内力计算 按容许长细比选择按容许长细比选择第三节第三节 檩条与压

11、型钢板设计檩条与压型钢板设计 一一. .实腹式檩条实腹式檩条 由檩条、防水层隔由檩条、防水层隔热层构成屋面系统热层构成屋面系统 强度验算：强度验算： yxenxenyfMMWW有檩屋盖：有檩屋盖：,xyMM,enxenyWW-对对x、y轴弯距轴弯距-对两形心主轴有效净截面模量对两形心主轴有效净截面模量 刚度验算刚度验算 45384qLkyvvEIxkyq-沿沿y轴作用分荷载标准值轴作用分荷载标准值因檩条有足够侧向支撑，因檩条有足够侧向支撑，不需验算稳定不需验算稳定二二. 压型钢板及计算压型钢板及计算 类型类型 轻型屋面压型钢板：轻型屋面压型钢板： 起围护屋面和承重结构作用起围护屋面和承重结构作

12、用 V115N型型 压型钢板厚度：压型钢板厚度：0.42.0mm 铝板厚度：铝板厚度：0.61.2mm W W500500型型 （镀锌、彩镀）（镀锌、彩镀）lV、W型型 带加劲压型钢板带加劲压型钢板增强截面刚度增强截面刚度l咬合型压型钢板咬合型压型钢板相互咬合，防水防渗相互咬合，防水防渗 低波板：低波板： 70mm常用常用波高波高l截面特征截面特征 单槽口：单槽口： 中线总长：中线总长： 1232bbbb形心位置：形心位置： 3222ibh bcb 惯性矩：惯性矩： 221 23323ixithbbbbbbI截面抵抗矩：截面抵抗矩： 上：上： sxxcIWxxxhcIW下：下：l压型钢板验算压

13、型钢板验算 抗弯强度抗弯强度 xsxMfW 2548xxM lvEI 跨中挠度跨中挠度 屋面坡度：屋面坡度：12012012501200屋面板挠度屋面板挠度容许值容许值第四节第四节 桁架杆件设计桁架杆件设计 l内容：内容：(1) (1) 桁架内力计算桁架内力计算(2) (2) 桁架计算长度确定桁架计算长度确定(3) (3) 选择杆件截面形式选择杆件截面形式(4) (4) 整体稳定性验算整体稳定性验算l平行弦桁架平行弦桁架 坡度：坡度：2/1002/1005/100 5/100 跨度：跨度：18183636m m高跨比：高跨比：H =H =（1/61/61/101/10）L L l梯形桁架梯形桁

14、架 梯形、平行弦桁架端部高度梯形、平行弦桁架端部高度 H H0 0=1.8=1.82.2m2.2m跨度：跨度：18183636m m高跨比：高跨比：H=H=（1/61/61/101/10）L L 坡度坡度1/101/101/12 1/12 一一. . 桁架荷载和杆件内力桁架荷载和杆件内力 面荷载变成节点集中荷载面荷载变成节点集中荷载 1. 屋面恒荷载屋面恒荷载 屋面和屋面板重量标准值屋面和屋面板重量标准值 21,q KN m如波形石棉水泥瓦、加气混凝土屋面板，如波形石棉水泥瓦、加气混凝土屋面板，按材料比重和厚度计算或查产品规格按材料比重和厚度计算或查产品规格 屋面倾斜，对水平投影面积，竖直屋面

15、倾斜，对水平投影面积，竖直方向荷载：方向荷载：1cosq- -屋面倾角屋面倾角 2. 雪荷载、屋面活荷载、积灰荷载雪荷载、屋面活荷载、积灰荷载 檩条重量：檩条重量： 按型钢（槽钢）规格计算，按型钢（槽钢）规格计算， KNm按水平投影面积计算其标准值按水平投影面积计算其标准值 雪荷载雪荷载 0rSS2KNm水平面标准值水平面标准值 - -基本雪压基本雪压0S2KNmr- -积雪分布系数积雪分布系数 屋面坡度屋面坡度 ：0.150.150.750.750,125r0,050r中间插值中间插值 l活荷载活荷载 屋面维修：人、工具、屋面材料屋面维修：人、工具、屋面材料 不上人屋面：不上人屋面：0.25

16、0.250.7 0.7 2KNm上人屋面：上人屋面：1.5 1.5 2KNm水平面标准值水平面标准值 l积灰荷载积灰荷载 水平面标准值水平面标准值 0.30.31.0 1.0 2KNm并乘以积灰分布系数并乘以积灰分布系数 025045取取 1 1取取 0 0中间插值中间插值 3. 3. 风荷载风荷载 1230 - -基本风压基本风压 00.250.250.8 0.8 2KNm- -高度变化系数高度变化系数 12- -屋盖体型系数屋盖体型系数 3- -风振系数风振系数 屋面坡度：屋面坡度： 030屋盖受风吸力屋盖受风吸力 030受风压力受风压力 4. 4. 屋架和支撑自重屋架和支撑自重 g =g

17、 =（0.12+0.011L0.12+0.011L） 2KNmL-L-屋架跨度，屋架跨度，m m 水平面标准值水平面标准值 屋架上弦节点荷载：屋架上弦节点荷载： cosQGskhkPS aS aqqrrGrQr 、- -荷载分项系数荷载分项系数永久荷载永久荷载 1.21.2可变荷载可变荷载 1.41.4()KN- - 按屋面投影分布的荷载标准值按屋面投影分布的荷载标准值 hkqskq屋面材料屋面材料- - 按屋面水平投影分布的荷载标准值按屋面水平投影分布的荷载标准值 雪荷载、活荷载雪荷载、活荷载 、屋架与支撑自重、屋架与支撑自重 - - 屋架间距屋架间距 S- - 上弦节间水平投影长度上弦节间

18、水平投影长度 a- - 屋面倾角屋面倾角 内力系数乘以各项相应节点荷载值，内力系数乘以各项相应节点荷载值，得到杆件内力得到杆件内力 上弦节点荷载计算后，先按单位荷上弦节点荷载计算后，先按单位荷载作用于各节点，查建筑结构设计手载作用于各节点，查建筑结构设计手册得到内力系数册得到内力系数l节点单位荷载节点单位荷载l内力组合内力组合 （1 1）组合一）组合一： 全跨恒、活荷载全跨恒、活荷载 （2 2）组合二：）组合二： （取活荷载和雪荷载的较大值）（取活荷载和雪荷载的较大值） 全跨恒荷载全跨恒荷载+ +左或右半跨活荷载左或右半跨活荷载 （取活荷载和雪荷载的较大值）（取活荷载和雪荷载的较大值） （3

19、3）组合三：）组合三： 全跨屋架重全跨屋架重+ +左或右半跨檩条、屋左或右半跨檩条、屋面板重量和施工时活荷载面板重量和施工时活荷载 （取施工活荷载和雪荷载的较大值）（取施工活荷载和雪荷载的较大值） 二二. . 杆件截面型式杆件截面型式 钢屋架杆件主要形式钢屋架杆件主要形式 ：双角钢：双角钢 常用跨度：常用跨度：15154242m m 1、上、下弦杆、上、下弦杆 xy 截面类型选择应使截面类型选择应使 2oyyoxxlili2oylloxll选短肢相并不等边角钢选短肢相并不等边角钢 2.2.支座腹杆支座腹杆 oyoxlll0.9yxii选长肢相并不等边角钢选长肢相并不等边角钢 3. 3. 一般腹

20、杆一般腹杆 0.8oxll1.25oyyxoxiilloyll选等肢相并角钢选等肢相并角钢 4. 4. 双角钢十字形截面双角钢十字形截面 用于桁架中竖杆，刚用于桁架中竖杆，刚度大传力没有偏心度大传力没有偏心 四四. . 桁架杆件截面选择和计算桁架杆件截面选择和计算 1. 截面选择一般要求截面选择一般要求 角钢最小规格角钢最小规格 ：50 5L75 50 5L或或 受力小的桁架受力小的桁架 :40 4L56 36 4L或或 l上、下弦杆采用通长等截面杆上、下弦杆采用通长等截面杆 适当归并相邻规格，控制在适当归并相邻规格，控制在56种以下种以下 2. 2. 容许长细比容许长细比 桁架：桁架： 轴心

21、受压轴心受压 150轴心受拉轴心受拉 350 250（对直接承受动载（对直接承受动载 ） 支撑系统：支撑系统： 压杆压杆 拉杆拉杆 200 4003. 3. 截面选择方法截面选择方法 （1 1）截面积）截面积 NAf（2 2）选择双角钢截面）选择双角钢截面 oyyoxxlili弦杆肢厚大体为节点板厚弦杆肢厚大体为节点板厚 （3 3）截面验算（型钢）截面验算（型钢） 验算强度验算强度 验算长细比验算长细比 验算桁架平面内、外整体稳定性验算桁架平面内、外整体稳定性 第五节第五节 吊车梁设计吊车梁设计l双向受弯双向受弯一一. . 吊车梁荷载吊车梁荷载 1. 1. 吊车最大轮压吊车最大轮压 maxma

22、xbQPrPQr- - 活载分项系数活载分项系数1.4 1.4 - 动力系数：中轻级动力系数：中轻级 1.05 1.05 重级重级 1.1 1.1 maxbP- - 吊车最大竖向标准荷载吊车最大竖向标准荷载 2. 2. 横向水平力横向水平力 刹车力和制动卡轨力：刹车力和制动卡轨力： 1QTr KTQr- - 活载分项系数活载分项系数1.4 1.4 K- -卡轨增大系数（按吊车查表）卡轨增大系数（按吊车查表） 1T- - 横向水平荷载标准值横向水平荷载标准值 l一个车轮横向水平力一个车轮横向水平力QrTQQ gnn - n - 为吊车轮数为吊车轮数 - - 规定换算百分比规定换算百分比 按软硬钩及按软硬钩及Q Q选取选取 Q- - 额定最大起重能力额定最大起重能力 Q- - 小车重量小车重量 g - g - 重力加速度重力加速度 3. 3. 纵向水平荷载纵向水平荷载 LT经吊车梁传给立柱，对截面影响经吊车梁传给立柱，对截面影响很小，计算时不需要考虑很小，计算时不需要考虑 -吊车纵向刹车力吊车纵向刹车力二二. 吊车梁截面组