建筑钢结构设计第一章(一)

第一章单层厂房(chǎngfáng)结构§1.1厂房(chǎngfáng)结构的形式和布置§1.2厂房(chǎngfáng)结构的框架形式§1.3框架柱设计特点§1.4屋盖结构§1.5吊车梁设计特点§1.6轻型门式刚架结构§1.7墙架体系精品资料§1.1厂房(chǎngfáng)结构的形式和布置一、厂房结构的组成单层厂房钢结构是由屋盖结构、柱、吊车梁、制动(zhìdònɡ)梁（或桁架）、各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系，详见图1.1。上述构件按其作用分为以下几类：(1)横向框架：柱+屋架；(2)屋盖结构：横梁+托架+中间屋架+天窗架+檩条等；(3)支撑体系：屋盖支撑+柱间支撑；(4)吊车梁和制动(zhìdònɡ)梁（或制动(zhìdònɡ)桁架）；(5)墙架：承受墙体的自重和风荷载。精品资料图1-1厂房结构的组成(zǔchénɡ)实例（a无檩屋盖；b有檩屋盖）精品资料图1-2厂房(chǎngfáng)结构的工程实例精品资料图1-3厂房(chǎngfáng)结构的工程实例精品资料图1-4厂房结构(jiégòu)的工程实例精品资料图1-3a太原理工大土木工程(tǔmùgōngchéng)实验室（无檩体系）精品资料图1-3b太原理工大土木工程(tǔmùgōngchéng)实验室（无檩体系）精品资料图1-3c太原理工大土木工程(tǔmùgōngchéng)实验室（无檩体系）精品资料图1-4重型(zhòngxíng)工业厂房（有檩体系）精品资料二、柱网布置柱网布置是确定单层钢结构厂房承重柱在平面上的排列。进行柱网布置时，应注意以下几方面的问题(wèntí)：(1)应满足生产工艺要求(2)应满足结构的要求(3)应符合经济合理的原则(4)应符合柱距规定要求三、温度伸缩缝温度变化引起结构变形和温度应力，应在厂房的横向和纵向设置温度伸缩缝。精品资料图1-5柱网布置(bùzhì)精品资料温度伸缩缝的布置取决于厂房(chǎngfáng)的纵向和横向长度。规范规定，当温度区段超过表1-1的数值时，应考虑温度应力。结构情况纵向温度区段(垂直屋架或构架跨度方向)横向温度区段(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220120150热车间和采暖地区的非采暖房屋180100125露天结构120----温度(wēndù)区段长度表1-1温度伸缩缝最普遍的做法：设置双柱+单柱温度伸缩缝。精品资料§1.2厂房结构(jiégòu)的框架形式单层厂房的基本承重(chéngzhòng)结构通常采用框架结构体系。横向框架按其静力计算模式分：横梁与柱铰接+横梁与柱刚接两种情况。一般柱脚与基础刚接。按跨度分:单跨、双跨和多跨。一、横向框架主要尺寸和计算简图1.主要尺寸（图1-6）框架跨度（L0）:上部柱中心线间的横向距离。L0=Lk+2S;S=B+D+b1/2框架高度（H）:柱脚底面到横梁下弦底部的距离。H=h1+h2+h3;h1=A+100+（150～200）精品资料H2H1图1-6框架(kuànɡjià)主要尺寸精品资料式中：LK——桥式吊车的跨度；S——由吊车梁轴线至上(zhìshàng)段柱轴线的距离，中型厂房一般采用0.75m或1.0m，重型厂房为1.25m或2.0m；B——吊车桥架悬伸长度；D——吊车外缘和柱内边缘之间的必要空隙；b1——上段柱宽度；h1——吊车轨顶至屋架下弦底面的距离；h2——地面至吊车轨顶的高度，由工艺要求确定；h3——地面至柱脚底面的距离，中型车间约为0.8m～1.0m，重型车间约为1.0m～1.2m；精品资料2.计算简图横向框架梁与柱的连接形式(xíngshì)：刚接框架:（a）、（b）横梁与柱子的刚接连接铰接框架:（c）横梁与柱子的铰接连接。（a）（b）（c）图1-7横向(hénɡxiànɡ)框架的计算简图精品资料图1-8横向框架的高度(gāodù)取值方法精品资料计算简图中两个参数的取值：Ⅰ.计算跨度L0—两上柱轴线之间的距离(jùlí)；Ⅱ.计算高度H—梁柱连接方式（刚接or铰接；上承式or下承式）+横梁刚度是否∞；（1）梁柱刚接+横梁刚度∞：柱脚底面至框架下弦轴线的距离(jùlí)；（2）梁柱刚接+横梁刚度有限：柱脚底面至横梁端部形心的距离(jùlí)；（3）梁柱铰接+横梁上承式：柱脚底面至横梁主要支撑节点间距离(jùlí)；（4）梁柱铰接+横梁下承式：柱脚底面至横梁主要支撑节点间距离(jùlí)；补充：柱顶刚接，横梁刚度是否∞判别方法：（1）转动刚度S判别法：（1-1）精品资料式中：—横梁在A点的抗弯刚度，即当横梁远端固定，使近端A点转动单位转角时在A点所需施加的弯矩值；—柱在A点的抗弯刚度，即使柱子转动单位转角时在A点所需施加的弯矩值；满足(mǎnzú)上式（1-1）时，横梁可认为无限刚，否则为有限刚。（2）惯性矩I判别法：式中：I0、I1—横梁和柱下段的惯性矩；H、L—框架的计算高度和跨度。当H/L〉1.0时，按H/L=1.0计算。满足(mǎnzú)上式（1-2）时，横梁可认为无限刚，否则为有限刚。上述两种方法，第二种较为简便。（1-2）精品资料二、横向框架的荷载(hèzài)和内力1.荷载(hèzài)a.永久荷载(hèzài):结构自重+屋盖+墙面等自重；b.可变荷载(hèzài):屋面活荷载(hèzài)、风、雪、积灰、吊车荷载(hèzài)及地震荷载(hèzài)。注:Ⅰ.荷载(hèzài)分项系数取值；Ⅱ.风荷载(hèzài)的简化；Ⅲ.吊车的组合等。2.内力分析和内力组合a.分析原则：各种荷载(hèzài)作用应分别进行框架内力分析，后组合；b.构件内力组合：Ⅰ.框架柱：上柱上端和下段+下柱上端和下端—4个控制截面;3组内力组合:+Mmax,N,V；-Mmax,N,V；Nmax,M,V。Ⅱ.柱脚锚栓：2组内力组合:+Mmax,N,V；-Mmax,N,V；精品资料Ⅲ.刚接屋架：4组内力组合:（1）屋架下弦产生最大压力；（2）屋架上弦产生最大压力，同时(tóngshí)下弦杆产生最大拉力；（3）屋架腹杆产生最大拉力；（4）屋架腹杆产生最大压力；图1-9框架(kuànɡjià)横梁端弯矩最不利组合精品资料三、框架柱的类型1.结构形式分：等截面柱、阶形柱和分离式柱；2.截面形式分：实腹式柱和格构式柱；四、纵向框架柱的柱间支撑上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑；下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑；1.柱间支撑布置(bùzhì)：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(bùzhì)在同一柱间；3）下层柱间支撑一般宜布置(bùzhì)在温度区段的中部，以减少纵向温；精品资料柱间支撑下层柱间支撑上层柱间支撑图1-10柱间支撑(zhīchēng)精品资料温度应力的影响。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.柱间支撑作用1）承受并传递纵向水平荷载：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）保证厂房(chǎngfáng)的纵向刚度。3.柱间支撑形式精品资料(a)单层十字形(b)人字形(c)门形(d)双层十字形下层(xiàcéng)柱间支撑的形式(a)十字形(zìxínɡ)(b)人字形(zìxínɡ)(c)V字形(zìxínɡ)上层柱间支撑的形式图1-11柱间支撑形式精品资料§1.3框架(kuànɡjià)柱设计特点一、柱的计算长度等截面柱—6.5节确定。《规范》5.3.4条：单层厂房框架下段刚性固定的阶形柱，下段柱的计算长度系数取决于上段柱和下段柱的线刚度(ɡānɡdù)比值和临界力参数。1.单阶柱—平面内计算长度a.下段柱的计算长度系数：当柱上端与横梁铰接时，按规范（柱上端为自由的单阶柱）的数值×折减系数；当柱上端与横梁刚接时，按规范（柱上端可移动但不转动的单阶柱）的数值×折减系数；精品资料b.上段柱的计算长度系数：2.双阶柱—平面内计算长度a.下段柱的计算长度系数：当柱上端与横梁铰接时，按规范（柱上端为自由的双阶柱）的数值(shùzí)×折减系数；当柱上端与横梁刚接时，按规范（柱上端可移动但不转动的双阶柱）的数值(shùzí)×折减系数；b.上段柱和中段柱的计算长度系数和：精品资料3.框架柱—平面外计算长度阻止框架平面外位移的侧向支承点之间的距离(jùlí)。注：侧向支承点—柱间支撑的节点；与此节点相连的纵向构件（如吊车梁、制动结构、辅助桁架、托架、纵梁和刚性系杆等）；柱在框架平面外处，柱脚和连接节点可视为铰接。二、柱的截面验算上段柱—实腹式压弯构件；下段柱—格构式压弯构件：平面内整体稳定+分肢稳定；三、肩梁的构造和计算肩梁—上、下柱连接和传递吊车梁支反力的重要部位；分单壁式和双壁式两种。由上盖板、下盖板、腹板及垫板组成。精品资料构造要求：肩梁惯