普通钢屋架单层厂房

3.1概述3.2结构选型与布置3.3横向框架设计3.4吊车梁设计3.5普通钢屋架设计3.6钢屋盖设计实例第3章普通厂房钢结构设计(Single-story

Steel

WorkshopBuilding）§3.1概述

(IntroductionofSingle-storySteelBuilding)一、结构形式和适用范围

普通钢结构厂房

门式刚架厂房钢结构◆跨度大,高度大,吊车起重量大◆钢屋架-大型屋面板结构体系◆钢屋架-檩条-轻型屋面板结构体系重型厂房重型厂房中型车间：吊车起重量Q=20~100t重型车间：吊车起重量Q=100~350t

是按起重机利用等级和载荷状态划分，是表明起重机工作繁重程度的参数。工作制等级

轻级

中级

重级

特重级

工作级别A1～A3A4,A5A6,A7A8吊车的工作制等级与工作级别的对应关系1、横向平面框架体系：

是单层厂房钢结构的主要承重体系，承受结构的自重、屋面雪荷载和其他活荷载、吊车的竖向与横向荷载，横向风荷载、横向地震作用等，并把这些荷载传递到基础。

柱和屋架柱和横梁，屋架

托架

上弦水平支撑

制动桁架

吊车梁

屋架竖向支撑

柱间支撑

框架柱

横向平面框架

2、纵向框架：由柱、托架、吊车梁、及柱间支撑等组成。

承受结构的纵向水平荷载即：吊车纵向水平制动力、纵向风荷载、纵向地震作用等，并把这些荷载传递到基础。

屋架

托架

上弦水平支撑

制动桁架

吊车梁

屋架竖向支撑

柱间支撑

框架柱

横向平面框架

3、屋盖结构体系：

檩条（或大型屋面板）、天窗架、屋架及托架等组成。

承担屋面竖向荷载及水平荷载，并传递至横向平面框架柱。

屋架

托架

上弦水平支撑

制动桁架

吊车梁

屋架竖向支撑

柱间支撑

框架柱

横向平面框架

4、支撑体系：

屋盖支撑、柱间支撑等组成。

一方面与柱、吊车梁等组成单层厂房钢结构的纵向框架，承担纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空间的整体结构，从而保证了单层厂房钢结构所必需的刚度和稳定。屋架

托架

上弦水平支撑

制动桁架

吊车梁

屋架竖向支撑

柱间支撑

框架柱

横向平面框架

5、吊车梁系统：

吊车梁、制动结构及辅助结构等组成。

承担吊车竖向荷载及水平荷载，并传递至横向平面框架和纵向平面框架。

格构柱吊车梁6、墙架结构体系：

墙梁、墙架柱及抗风桁架等组成。

承担维护材料重量及风荷载，并传递至框架柱和支撑体系。

屋架

托架

上弦水平支撑

制动桁架

吊车梁

屋架竖向支撑

柱间支撑

框架柱

横向平面框架

吊车荷载竖向轮压轨道吊车梁钢柱基础横向制动力制动梁或制动桁架钢柱基础竖向制动力吊车梁钢柱及柱间支撑基础（局部承压）（弯、剪、局部承压）（偏压）（偏压）（水平受弯、剪）（受弯、剪）（受弯、剪）（受压、弯）（轴向拉压）（推力、弯矩）风荷载横向风载屋面板檩条屋架、梁（长）墙板墙梁基础纵向风载端墙板（风吸、弯曲）（弯、剪）（弯、剪）（弯曲）（受弯、剪）（拉、弯、剪）（压）（轴压、拉）柱墙板抗风柱刚性系杆横向水平支撑柱间支撑、柱基础（轴拉、压）上端下端基础（弯曲）（弯曲）柱屋面板檩条自重屋盖支撑、屋架、梁重柱、吊车梁重屋面活荷载积灰荷载屋面板自重防火层保温层等檩条屋架、梁柱间支撑重（弯曲）吊顶、灯具、电线等重墙梁窗、墙、墙梁重框架柱屋架墙架柱抗风柱墙架梁门梁门柱墙架梁吊车梁檩条刚性系杆柱间支撑拉条斜拉条撑杆横向支撑屋面板墙面板制动桁架抗风桁架柔性系杆托架

普通厂房钢结构28框架柱墙架柱门梁墙架梁角柱刚架梁山墙斜横梁撑杆斜拉条檩条横向支撑屋面板刚性系杆拉条墙面板墙架梁柱间支撑门柱吊车梁抗风柱

门式刚架厂房钢结构跨度大，30m以上高度大，可达60m以上吨位大，吊车数百吨强侵蚀环境厂房结构的设计步骤:根据工艺设计确定车间平面及高度方向的主要结构尺寸，布置柱网和变形缝；选择主要承重的框架形式，确定框架主要尺寸；布置屋盖结构、吊车梁结构、支撑体系、墙架体系；确定计算单元；内力计算；构件及连接设计；绘制施工图。§3.2结构布置与选型

(LayoutofSingle-story

Steel

WorkshopBuilding)结构布置内容和原则

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设计标准化生产工厂化施工机械化结构布置原则:

建筑工业化产品标准化结构物的标准化构件（运输单元）的标准化节点连接的标准化模数化定型化统一化配套标准图集：梯形钢屋架钢天窗架钢托架钢吊车梁3.2.1柱网布置3.2.1柱网布置1）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度和强度的同时，注意柱距和跨度的类别尽量少些，以利施工。3）经济要求：4）模数要求：厂房跨度L≤18m时，以3m为模数厂房跨度L＞18m时，以6m为模数

一般地，对单层多跨轻盖厂房，柱距一般取7.5~9m;对重型工业厂房，取6~12m;超出表中数值时,应考虑温度应力和温度变形。

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热车间和采暖地区的非采暖房屋露天结构220120150180100125120----3.2.2温度伸缩缝

一般从基础顶面以上将结构构件完全分开或在构造上采取适当措施，且相邻柱脚间的净距离不宜小于40mm。双柱法不加入距方案轻、中型厂房：c=1000m重、特重厂房：c=1500m、2000m/2/2双柱法加入距方案/2/21、横向框架类型铰接框架铰接:横向刚度较差。刚接:对不均匀沉降和温度作用敏感刚接框架

3.2.3横向框架形式与框架柱类型当厂房较高（H≥18m），吊车梁起重量较大,宜采用刚接框架。等截面柱阶形柱分离式柱等截面柱：适用于无吊车吊车起重量Q≤20t，柱距l≤12m的车间。h2、框架柱的类型阶形柱：下段柱上段柱阶形实腹柱阶形格构柱对于下段柱，一般：当柱高≤1000mm，采用实腹式；当柱高＞1000mm，采用格构式。分离式柱：减小两肢在框架平面内的计算长度；两肢分别单独承担荷载；吊车肢设置灵活。吊车肢屋盖肢优点：适用情况：①邻跨为扩建跨；②相邻两跨吊车的轨顶标高相差悬殊而低跨吊车起重量比较大；③同跨设两层吊车，且轨顶标高相差悬殊时。3、主要尺寸h1h2C’Lkm1cS1S2S3HL框架的跨度:式中，d──吊车桥架尾部长度；m1──吊车和柱之间必要的空隙；h1,h2──框架边柱和中柱上段柱的截面宽度。跨度l：取为上柱或下柱中心线间的横向距离高度h：柱脚底面到屋架下弦的距离（刚接）柱脚底面到柱顶面的距离（铰接）

框架从柱脚底面到屋架下弦底部的距离:h3—室内地面至柱脚底面的距离。中型车间一般为0.6～1.0ｍ，重型车间为1.0～1.5ｍ。h2—地面至吊车轨顶的高度，由工艺决定；h1—吊车轨顶到屋架下弦的距离；h1h2C’Lkm1ch1h2h3HL钢屋架—大型屋面板结构体系钢屋架—檩条—轻型屋面板结构体系无檩体系——适用于大型屋面板有檩体系——适用于轻型屋面板3.2.4屋盖结构组成：无檩体系传力路线：屋面荷载

大型屋面板屋架（或天窗架）

屋架、天窗架、支撑、大型屋面板优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久。缺点：屋面自重较大，抗震不利。屋面荷载

屋面板

檩条

屋架组成：有檩体系传力路线：轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架

优点：构件自重轻，用料省，运输安装轻便。缺点：构件较多，构造较复杂，整体刚度差。1、屋架形式和主要尺寸确定桁架形式的原则

屋架的外形1）屋架形式和腹杆体系芬克式腹杆人字式腹杆单向斜杆式腹杆人字式腹杆再分式腹杆三角形屋架梯形屋架

腹杆体系单斜式——短杆拉、长杆压人字式——减短上弦支承距离，避免上弦受弯芬克式——便于运输、装配交叉式——斜杆可用柔性、省材K型式——竖杆计算长度短，弦杆计算长度短再分式——减短弦杆计算长度2）屋架主要尺寸的确定跨度高度（跨中、端部）节间宽度跨度标志跨度柱网轴线间距(18m、21m、24m、27m、30m、36m)

计算跨度是屋架两端支座反力的距离。高度

应按经济、刚度、建筑等要求以及运输界限、屋面坡度等因素来确定。三角形屋架:跨中高度h=(1/6~1/4)l梯形屋架:当上弦坡度为1/8~1/12时，跨中高度一般为h=(1/10~1/6)l

。梯形桁架的端部高度：当桁架与柱铰接时为1.6~2.2m，刚接时为1.8~2.4m最大高度取决于运输界限，如铁路运输界限为3.85m。节间宽度

屋架上弦节间的划分应根据屋面材料而定，要尽量使屋面荷载直接作用在屋架节点上，避免上弦杆产生局部弯矩。若采用大型屋面板时，上弦节间长度应等于屋面板的宽度，一般取1.5m或3m；当采用檩条时，根据檩条间距而定，一般取0.8m～3.0m。支撑系统：屋盖支撑、柱间支撑支撑体系一、屋盖支撑横向水平支撑:布置在屋架上、下弦及天窗上弦平面，是沿屋架方向布置的支撑。纵向水平支撑:布置在屋架上或下弦，是垂直屋架方向布置的支撑。垂直支撑:布置在屋架间及天窗间，是竖向布置的支撑。系杆:布置在屋架上、下平面及及天窗架上弦平面内。①保证屋盖结构的几何稳定性几何不变体系屋架稳定几何可变体系屋架侧倾1、屋盖支撑的作用

平面屋架在其本身平面内．由于弦杆与腹杆构成了三角形的几何不变铰接体系而具有较大的刚度，但在垂直于屋架平面方向(通称屋架平面外)，不设支撑体系的平面屋架却不能保持其几何不变。屋架的端视图，当在屋架端部两屋架间未设垂直支撑桁架时，虽有檩条和系杆的连系，屋架相互间仍是几何可变的，在侧向力作用下屋架会倾斜；仅当设了垂直支撑桁架和系杆，才能保持各个屋架在平面外的几何稳定性。

屋架上弦下弦的水平支撑与屋架弦杆组成水平桁架，屋架端部和中央的垂直支撑与屋架竖杆组成竖向桁架，则有足够的刚度和稳定性。②保证屋盖结构的空间刚度和空间整体性③为弦杆提供必要的侧向支承点

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⑤保证结构安装时的稳定与方便2、屋盖支撑的布置

①上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑布置天窗架上弦横向水平支撑布置

抵抗端墙传来风载；增加屋盖横向刚度；减小屋架上弦计算长度。①各种屋盖，包括天窗架都要设置②布置在两端第一或第二柱间③横向间距不超过60米。≤60米支撑根据：房屋跨度高度柱网布置屋盖结构形式荷载作用情况进行布置

支撑布置在第一节间时屋架上弦横向水平支撑布置图②下弦横向水平支撑

抵抗端墙传来风载；增加屋盖横向刚度；减小屋架下弦计算长度。当跨度L≥18m；屋架下弦设有悬挂（Q>5t），有起重量较大的桥式吊车；屋架下弦设有通长的纵向水平支撑；与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。≤60米上弦支撑布置下弦支撑布置③下弦（或上弦）纵向水平支撑

形成封闭体系，增加屋盖纵向刚度；承受和传递吊车横向水平制动力。①有重级工作制或大吨位吊车或锻锤等振动设备时设；②屋架下弦有纵向或横向吊车轨道时设；③有托架时设；④屋架跨度或房屋高度较高时设；⑤设在下弦端节间，与下弦横向水平支撑构成封闭支撑系统。≤60米④垂直支撑

使相邻两屋架形成几何不变空间体系，维持屋架端部及中间截面的竖向稳定。①设在有横向支撑的柱间；②对梯形屋架，至少设三道，跨度大于30米或有天窗时增设；③对三角形屋架，跨度≤24m时中间设一道，超过24m设两道≤60米当l＞30m时在两端以及跨度l／3处或天窗架侧柱处共设四道。l/3l/3l/3k⑤系杆f—柔性系杆k—刚性系杆(为没有参与组成空间稳定体的屋架提供上下弦的侧向支承点)在垂直支撑的平面内一般设置上下弦通长系杆；屋脊节点及支座节点处设置通长刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆；当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间所有系杆均应为刚性系杆。刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。柔性系杆：只能承受拉力的系杆。屋盖支撑的布置

(a)上弦横向水平支撑布置(b)下弦横向与纵向水平支撑布置(c)天窗架上弦横向水平支撑(d)屋架支座与跨中垂直支撑(e)天窗架侧竖杆垂直支撑作业：

某单跨厂房，跨度36m，长180m，柱距6m，厂房内设有一台起重量为50t的中级工作制桥式吊车，屋面材料为大型屋面板，屋面坡度为1/4，试绘出该屋盖的支撑布置图。36000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。三、屋盖支撑的形式，计算和构造竖腹杆：竖杆弦杆：相邻屋架弦杆兼作横向支撑桁架的弦杆腹杆

支撑桁架

斜腹杆：支撑≤60米屋盖支撑的设计原则拉杆——单角钢（交叉斜杆和柔性系杆）压杆——双角钢（非交叉斜杆、弦杆、刚性系杆）一般不进行内力计算，杆件截面常按容许长细比来选。拉杆的设计可按[λ]＝400控制；压杆的设计可按[λ]=200控制上、下弦横向和纵向水平支撑的交叉斜杆通常连于屋架上、下弦杆，其横杆则常做成与刚性系杆完全相同，连接也相同。a.上弦支撑b.下弦支撑屋盖支撑的构造柔性系杆刚性系杆支撑连接板

柱间支撑的作用：①与厂房柱形成纵向框架，保证厂房的纵向刚度。②为框架柱在框架平面，减少柱在框架平面外的计算长度。③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。下段柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑上段柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑二、柱间支撑

柱间支撑的布置：①每纵列柱都要设柱间支撑，每列柱顶均要布置刚性系杆。②对于有吊车的厂房，以吊车梁为分界设置上柱支撑和下柱支撑。③下段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。当温度区段>90m时，则在1/3处各设置一道下段柱间支撑。④上段柱间支撑除了要在下层柱间支撑布