建筑钢结构设计推选文档

1、建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档本章主要内容：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 1.结构体系及结构布置 主要结构构件(1)框架柱 (2)钢建筑钢结构设计推选文档 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 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.

2、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 纵向平面框架由框架柱和横梁/钢屋架构成1.结构体系及结构布置 横向平面框由横梁/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横梁/钢屋架、屋盖支撑、天窗架、1.结构体系及结构布置 吊由屋盖支撑、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由屋盖支撑、柱间支撑和天窗支撑等构成 支撑系统由墙架/

3、抗风柱 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 单层厂房钢结构用钢量厂房类型（吊车起重量/轨顶标高）1.结 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 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(

4、标准化)经济要求纵向柱距6m/方案比选考虑因素横向框架和纵向框架的柱形成柱网 柱网布置1.结构体系及结构布建筑钢结构设计推选文档为柱轴线到吊车轨道中心的距离= A + B + C支撑受力一般较小，可按刚度要求确定构件截面最大负弯矩及相应的轴力和剪力；He = Hu + Hr + (200300mm)MT=T Ta/3；屋架中内力较小的杆件一般可按刚度要求选择截面。根据杆件内力确定杆件与节点板连接焊缝的焊缝高度和长度，根据连接焊缝在节点板上的焊缝布置确定节点板大小。轻型 3580kg/m2悬挂吊车荷载根据其与屋架的连接方式具体计算屋架上设置檩条，檩条上铺设轻型屋面材料屋架/托架应采用桁架式，檩条

5、一般为实腹式常用截面形式：角钢/圆钢（张紧装置）三角形屋架：（1/61/4）L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为柱轴线到吊车轨道中心的距离= A + B + C结构温 结构情况 纵向温度区段横向温度区段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暖地区的非采暖房屋露天结构 220m120m150m180m100m125m120m- 温度区段长度限值表1.结构体系及结构布置 柱顶为刚接柱顶为铰接采暖房屋和非采暖地区的房屋220m建筑钢结构设计推选文档横向温度缝在温度缝两侧设置两榀横向框架

6、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横向温度缝 柱网布置温度缝做法1.结构体系及结构布置建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档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按连接方式1.结构体系及结构布置 横向框架形式横向框架种类框建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档铰接框架 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；

7、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铰接框架1.结构体系及结构布置 横向框架形式铰接框架和刚接框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在屋架上直接设置大型钢筋混凝土屋面板1.结构体系及结构布置 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屋架上

8、设置檩条，檩条上铺设轻型屋面材料1.结构体系及结构布置建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档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

9、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 支撑建筑钢结构设计推选文档平面屋架+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上弦横向支撑1.结构

10、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两端设置上、下弦横向支撑和竖向支撑1.结构体系及结构布置建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档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厂房较高时可分别设置上柱支撑/下柱支撑1.结构体系及结

11、构布置建筑钢结构设计推选文档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屋盖支撑一般按简支平行弦桁架计算1.结构体系及结构布置 支撑建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档承受墙体自重/墙面风荷载柱距8m时，可不设墙架柱墙架柱设置应与横向支撑节点对应，否则设分布梁端墙墙架不承受屋面竖向荷载，应采用板铰等柔性连接1.结构体系及结构布置 墙架布置墙架梁/墙架柱/水平抗风桁架等构成墙架体系承

12、受墙体自重/墙面风荷载1.结构体系及结构布置 墙架布置墙架建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档普通钢屋架为平面桁架，适用跨度1836m构件一般为双角钢组成的T形截面，采用节点板连接优点：取材容易/构造简单/制造安装方便/刚度好缺点：型钢板件较厚，屋架用钢量较大2.普通钢屋架设计 普通钢屋架普通钢屋架为平面桁架，适用跨度1836m2.普通钢屋架设计2.普通钢屋架设计 普通钢屋架的形式选型原则使用要求屋架外形与排水坡度相适应经济要求屋架外形与弯矩图一致，弦杆内力均匀杆件长拉短压腹杆：数量少/总长度短/夹角3060度制作安装要求节点少/构造简单/便于分段2.普通钢屋架设计 普通钢屋架的形式选

13、型原则使用要求平行弦屋架三角形屋架梯形屋架曲拱形屋架梭形屋架2.普通钢屋架设计 普通钢屋架的形式屋架外形平行弦屋架2.普通钢屋架设计 普通钢屋架的形式屋架外形建筑钢结构设计推选文档腹杆等长/杆件类型少/节点构造相同/标准化/工业化排水困难/桁架高度未随弯矩变化/弦杆内力不均匀2.普通钢屋架设计 普通钢屋架的形式平行弦屋架腹杆等长/杆件类型少/节点构造相同/标准化/工业化2.普通钢 普通钢屋架的形式三角形屋架2.普通钢屋架设计腹杆受力小/排水坡度大弦杆内力不均匀/与柱铰接，刚度差中小跨度、轻型屋面 普通钢屋架的形式三角形屋架2.普通钢屋架设计腹杆受力小/排受力性能好/腹杆较短/可与柱刚接排水坡度

14、小 普通钢屋架的形式梯形屋架2.普通钢屋架设计受力性能好/腹杆较短/可与柱刚接 普通钢屋架的形式梯形屋架2受力性能好制作加工不方便/可改进为折线形 普通钢屋架的形式梯形屋架2.普通钢屋架设计受力性能好 普通钢屋架的形式梯形屋架2.普通钢屋架设计平行弦屋架： 单斜式/菱形/K形/十字交叉形三角形屋架：芬克式/单斜式梯形屋架：人字式/再分式曲拱形屋架：新月式 普通钢屋架的形式腹杆布置2.普通钢屋架设计平行弦屋架： 普通钢屋架的形式腹杆布置2.普通钢屋架设计建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档根据工艺/使用要求确定考虑屋面板宽度模数常用跨度：12m

15、/15m/18m/21m/24m/27m/30m/36m 普通钢屋架主要尺寸屋架跨度2.普通钢屋架设计根据工艺/使用要求确定 普通钢屋架主要尺寸屋架跨度2.普通钢根据经济/刚度/建筑/屋面坡度/运输条件等条件确定三角形屋架：（1/61/4）L梯形屋架： 跨中（1/101/6）L； 端部1.62.2m（铰接）/1.82.4m（刚接）运输高度：3.85m 普通钢屋架主要尺寸屋架高度2.普通钢屋架设计根据经济/刚度/建筑/屋面坡度/运输条件等条件确定 普通钢屋上弦节间尺寸根据屋面做法确定无檩体系：大型屋面板 1.51.8m有檩体系：檩条间距 0.83.0m屋面荷载尽量直接作用在上弦节点上 普通钢屋架

16、主要尺寸节间尺寸2.普通钢屋架设计上弦节间尺寸根据屋面做法确定 普通钢屋架主要尺寸节间尺寸2.钢屋架的节点为铰接节点刚度引起次应力（弯曲应力）杆件轴线在同一平面内，汇交于节点中心杆件偏心荷载作用在屋架节点上，且在屋架平面内节间荷载 普通钢屋架计算分析计算假定2.普通钢屋架设计钢屋架的节点为铰接 普通钢屋架计算分析计算假定2.普通钢屋架永久荷载： 结构及屋面自重可变荷载： 屋面活荷/积灰/雪荷/风荷/悬挂吊车荷载 普通钢屋架计算分析荷载类型2.普通钢屋架设计永久荷载： 普通钢屋架计算分析荷载类型2.普通钢屋架设计 普通钢屋架计算分析荷载组合2.普通钢屋架设计永久荷载+可变荷载永久荷载+半跨可变荷

17、载钢结构自重+半跨屋面板+半跨屋面活荷 普通钢屋架计算分析荷载组合2.普通钢屋架设计永久荷载+可变屋面荷载汇集到上弦节点，可按下式计算屋架结构自重（kN/m2）按经验公式估算并作用在上弦节点： 普通钢屋架计算分析荷载计算2.普通钢屋架设计屋面荷载汇集到上弦节点，可按下式计算屋架结构自重（kN/m2吊顶荷载汇集作用在钢屋架下弦节点屋面坡度小于30度时，屋盖承受风吸力的作用，对结构有利，一般可不考虑，风荷载很大时或采用对风荷载较为敏感的轻型屋面时，应按荷载规范计算风荷载 普通钢屋架计算分析荷载计算2.普通钢屋架设计吊顶荷载汇集作用在钢屋架下弦节点 普通钢屋架计算分析荷载计算悬挂吊车荷载根据其与屋架

18、的连接方式具体计算地震烈度大于9度时，按抗震规范采用附加竖向荷载的方式考虑地震荷载。 普通钢屋架计算分析荷载计算2.普通钢屋架设计悬挂吊车荷载根据其与屋架的连接方式具体计算 普通钢屋架计算分建筑钢结构设计推选文档按平面桁架计算杆件轴向力：静定结构；数解法（节点法，截面法）/图解法。 普通钢屋架计算分析内力分析2.普通钢屋架设计按平面桁架计算杆件轴向力： 普通钢屋架计算分析内力分析2.普上弦杆受节间荷载时，计算局部弯矩：简支梁M0，端节间正弯矩0.8M0，其它节间正、负弯矩0.6M0屋架与柱刚接时，还应计算屋架端弯矩引起的屋架杆件内力 普通钢屋架计算分析内力分析2.普通钢屋架设计上弦杆受节间荷载

19、时，计算局部弯矩：简支梁M0，端节间正弯矩0建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档屋架平面内：根据节点中心距离确定，考虑节点刚度：压杆失稳时将受到拉杆的约束（弹性嵌固），拉杆越多，拉力越大，拉杆线刚度越大，约束作用越强屋架平面外侧向支撑点间距 普通钢屋架杆件设计杆件计算长度2.普通钢屋架设计屋架平面内： 普通钢屋架杆件设计杆件计算长度2.普通钢屋架设屋架平面内受压（上）弦杆/支座竖杆/端斜杆 l0 x=l；其它腹杆 l0 x=0.8l；（与下弦连接的节点嵌固作用较大）下弦杆 l0 x=l； 普通钢屋架杆件设计杆件计算长度2.普通钢屋架设计屋架平面内 普通钢屋架杆件设计杆件计算长度2.普通

20、钢屋架设计屋架平面外上弦杆有檩体系 檩条与支撑不连接 l0y=l1； 檩条与支撑连接 l0y=l1/2（檩条间距）；无檩体系 屋面板与屋架3点可靠连接时，l0y=2B且=0.5 l1对双角钢十字形截面和单角钢截面的腹杆，斜平面屈曲，l0 x=0.9l； 普通钢屋架杆件设计杆件计算长度2.普通钢屋架设计侧向支撑点间距为杆件节间长度的2倍时，取杆件内力为此二节间内建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档建筑钢结构设计推选文档截面形式选择的原则是与杆件两个方向的计算长度相配合，使杆件两个方向的长细比接近相等，即达到等稳定。 普通钢屋架杆件设计杆件截面形式2.普通钢屋架设计截面形式选择的原则是与杆

21、件两个方向的计算长度相配合，使杆件两等边角钢 T型截面 iy(1.3-1.5)ix，适用于 钢屋架腹杆；不等边角钢 T型截面 短肢相连 iy(2.6-2.9)ix，适用于 钢屋架上下弦杆，平面外支撑间距为节间长度的2-3倍； 普通钢屋架杆件设计杆件截面形式2.普通钢屋架设计等边角钢 T型截面 iy(1.3-1.5)ix，适用于 钢不等边角钢 T型截面 长肢相连 iy(0.75-1.0)ix，适用于 钢屋架端竖杆、端斜杆及有局部弯矩作用的上弦杆；等边角钢 十字截面 iyix，适用于 有竖向支撑连接的竖腹杆； 普通钢屋架杆件设计杆件截面形式2.普通钢屋架设计不等边角钢 T型截面 长肢相连 iy(0

22、.75-1.0)i建筑钢结构设计推选文档为使两个角钢成为整体，应在两肢间设置垫板，垫板长应伸出角钢肢15-20mm，宽60mm，与节点板等厚，间距不大于40i（压杆）和80i（拉杆），且每根杆件至少两块，十字型截面垫板沿两个方向交错布置。 普通钢屋架杆件设计垫板设置2.普通钢屋架设计为使两个角钢成为整体，应在两肢间设置垫板，垫板长应伸出角钢肢建筑钢结构设计推选文档角钢规格不宜小于L454/L56364；角钢规格一般选用5-6种。弦杆尽量采用一种规格，跨度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.普通钢屋架设计角钢规格不

23、宜小于L454/L56364； 普通钢屋架杆轴心拉杆：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拉杆：刚度 普通钢屋架杆件设计杆件截面验算2.普通钢屋架轴心压杆：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.普通钢屋架设计轴心压杆：稳定性刚度 =150200 净偏心压杆：强度刚度 =150200 稳定性 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.吊车梁结构体系重级和特重级工作制吊车的吊车

24、梁与吊车梁设计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.吊车梁结构体系吊车荷载为动荷载；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建筑钢结构设计推选文档吊

25、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/L Pa1对应剪力 Vc=P(L/2-a3)/L P 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建筑钢结构设计推选文档吊车梁设计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吊车梁设计4.

26、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=TMcmax T/P采用制动桁架时吊车梁上翼缘局部弯矩： MT=T Ta/3；MT=T Ta/4 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建筑钢结构设计推选文档吊车梁设计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.吊车梁结构体系焊接工字形吊车梁：吊车梁截面选择建筑钢结构设计推选文档吊车梁设计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吊车梁强度验建筑钢结构设计推选文档吊车梁设计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.吊车梁结构体系最大弯矩截面的正应力吊车梁强度验吊车梁设计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.吊车梁结构体系支座截面