第9章单层厂房钢结构

第9章单层厂房钢构造第一节单层厂房钢构造的组成及布置原那么1、单层厂房钢构造的组成单层厂房钢构造普通由屋盖构造、柱、吊车梁、制动梁〔或制动桁架〕、各类支撑及墙架等构件组成的空间体系。按其作用分为：1.横向框架2.屋盖构造3.支撑体系4.吊车梁和制动梁钢屋盖的类别包括：平面钢屋架空间桁架：网架2钢屋盖构造的方式、组成及布置钢屋盖构造通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗等构件组成。根据屋面资料和屋面构造布置情况的不同，可分为无檩屋盖体系和有檩屋盖体系。房屋横向刚度大，整体性、耐久性好；屋面板自艰苦，屋盖及下部构造用料多，对抗震不利。屋架间距灵敏，构件分量轻、施工、安装方便；屋盖构件数量多，整体刚度差。1.无檩屋盖构造体系：2.有檩屋盖构造体系：普通用于预应力混凝土大型屋面板等重型屋面，将屋面板直接放在屋架上。常用于轻型屋面资料的情况。3.天窗架方式4.托架方式图9.4.2无檩屋盖平面屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，不能接受程度荷载。因此，为使屋架构造有足够的空间刚度和稳定性，必需在屋架间设置支撑系统。上弦横向程度支撑下弦横向程度支撑下弦纵向程度支撑垂直支撑系杆组成3钢屋盖支撑1.上弦横向程度支撑组成：屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆作用：保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在平面外计算长度，接受和传送端墙的风荷载。布置：上弦横向程度支撑普通应设置在房屋两端或纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其最大间距为60m，否那么在中间应增设一道或几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端屋架和传送端墙风力。2.下弦横向程度支撑组成：屋架下弦杆、斜杆、系杆作用：山墙抗风柱的支点，接受并传送程度风荷载、悬挂吊车的程度力和地震引起的程度力，减小下弦的平面外计算长度，减小下弦的振动。布置：与上弦横向支撑布置在同一开间，构成稳定的空间体系，其最大间距为60m。屋架下弦设通长纵向支撑时，宜设屋架下弦横向支撑。

3.下弦纵向程度支撑组成：系杆、斜杆作用：添加屋盖空间刚度，接受和传送吊车横向程度制动力。布置：屋架两边，与横向支撑构成封锁框。当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，设有支承中间屋架的托架，或设有重级或大吨位的中级任务制桥式吊车等较大振动设备时，均应在屋架端节间平面内设置纵向程度支撑。普通情况可以省掉。下弦纵向程度支撑组成：系杆、斜杆作用：使相邻屋架构成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。布置位置：屋架的垂直支撑应与上、下弦横向程度支撑设置在同一柱间。每隔4～5个开间布置一道。4.垂直支撑无天窗，跨度l>30m，布置在屋架两端、跨度l/3处。布置原那么:〔1〕梯形或平行弦屋架无天窗，跨度l<30m，布置在屋架两端、跨中。a垂直支撑的布置b垂直支撑的布置

有天窗、跨度l<30m，布置在屋架两端、跨度l/3处、天窗架两端。

有天窗、跨度l<30m，布置在屋架两端、跨中、天窗架两端。c垂直支撑的布置d垂直支撑的布置〔2〕三角形屋架

跨度小于18m时，布置在屋架中间。跨度大于18m时，普通视详细情况布置两道。e垂直支撑的布置f垂直支撑的布置

作用：在无支撑的开间处，保证屋架的侧向稳定，减小弦杆的计算长度，传送程度荷载。系杆分刚性系杆〔既能受拉也能受压〕和柔性系杆〔只能接受拉力〕两种。屋架主要支承节点处的系杆，屋架上弦脊节点处的系杆均宜用刚性系杆。布置：在横向支撑或垂直支撑节点处应沿房屋通长设置系杆。程度横向支撑设在第二柱间时，第一柱间端屋架需与第二榀屋架用刚性系杆衔接，其他设置刚性或柔性系杆均可。屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。5.系杆①保证屋盖的整体性，提高空间刚度仅由平面桁架、檩条及屋面资料组成的屋盖构造，是一个不稳定的体系，假设将某些屋架在适当部位用支撑连系起来，成为稳定的空间体系，其他屋架再由檩条或其他构件衔接在这个空间稳定体系上，就保证了整个屋盖构造的稳定。②防止压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。③承当和传送程度荷载〔如纵向和横向风荷载、悬挂吊车程度荷载和地震作用等〕。④保证构造安装时的稳定与方便屋盖的安装首先用支撑将两相邻屋架连系起来组成一个根本空间稳定体，在此根底上即可顺序进展其他构件的安装。6.支撑的作用桁架是由杆件组成的几何不变体，即是指由直杆在杆端相互衔接而组成的以抗弯为主的格构式构造。桁架中的杆件大多只接受轴向力，杆件截面上应力分布均匀，资料性能发扬较好，从而能节省钢材和减轻构造自重，特别适用于跨度和高度较大的构造。桁架在钢构造中运用很广，分为空间桁架和平面桁架两类。网架构造和各种塔架构造为空间桁架，常用的平面桁架如屋架、吊车桁架、支撑、桥梁等。平面简支桁架的杆件内力不受支座沉降和温度变化的影响，且构造简单、安装方便最为常用。本节着重讨论平面简支钢桁架——屋架的设计。第二节桁架的方式和截面设计1、桁架主要尺寸跨度：据工艺需求定，普通为3m模数，12、15、18、21、24、27、30、36m等(留意：柱轴线间隔)。l0(桁架两端支座反力间的间隔)＝l-〔300～400mm〕高度：根据经济、刚度和建筑要求，以及屋面坡度，运输条件等确定。三角形跨中h≈〔1/4～1/6〕l

梯形跨中h≈〔1/6～1/10〕l，上弦坡度〔1/8～1/12〕

端部h0≈1.6～2.2m〔铰接时〕

h0≈1.8～2.4m〔刚接时〕

1.桁架的荷载计算与荷载组合〔1〕桁架荷载永久荷载：屋面资料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、天窗架等构造自重。第三节桁架的荷载和内力计算可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊车荷载等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值计算。桁架和支撑自重可按阅历公式： gWk=(0.12+0.11l)kN/m2 〔2〕节点荷载计算桁架上的荷载经过檩条和大型屋面板肋以集中力方式作用于桁架节点①永久荷载＋可变荷载②永久荷载＋半跨可变荷载③屋架、支撑和天窗架自重＋半跨屋面板重＋半跨屋面活荷载〔3〕荷载组合根本假定a.桁架的各节点均视为铰接。b.桁架一切杆件的轴线平直且都在同一平面内且在节点处交汇。c.荷载都作用在节点上，且都在桁架平面内。2.桁架杆件的内力计算部分弯矩

上弦有节间荷载时，除轴心力外还产生部分弯矩。实际上应按弹性支座的延续梁进展计算，普通偏于平安地简化取端部节间正弯矩M1＝0.8M0，其它节间的正弯矩和节点负弯矩M2＝±0.6M0，M0是把弦杆节间视为简支梁求得的最大弯矩。部分弯矩作用的计算简图内力计算用数解法或图解法或借助电算，求出节点荷载作用下屋架各杆件的内力0.8M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M0第四节桁架杆件的计算长度和允许长细比弦杆、支座斜杆、支座竖杆l0x=l，中间腹杆l0x=0.8l。1.桁架平面内计算长度l0xa杆件平面内的计算长度b杆件平面外的计算长度2.桁架平面外计算长度l0y取决于弦杆侧向支承点间间隔。上弦杆无檩方案:有檩方案:能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时:l0y=2b〔≤3m〕b—屋面板宽度。檩条与支撑点交叉不衔接时：l0y=l1檩条与支撑点交叉衔接时：l0y=l1下弦杆：取纵向程度支撑节点与系杆或系杆与系杆之间的间隔。腹杆：由于节点在平面外刚度很小，对杆件嵌固作用较小，故腹杆两端视为铰接，那么l0y=l

当受压弦杆侧向支承点间距为2倍节间长度，且两个节间弦杆内力不同，那么弦杆平面外的计算长度：杆件内力变化时在桁架平面外的计算长度

当l0<0.5l1时，取l0=0.5l1，N1为较大的压力，取“＋〞，N2为较小的压力或拉力，压力取“＋〞，拉力取“－〞。芬克式屋架、再分式腹杆受压杆件在平面外计算长度同上，平面内计算长度为节点长度。l1——屋架弦杆侧向支承点之间的间隔。4.桁架杆件允许长细比受压构件 ≤[]＝150受拉构件

≤[]＝350无吊车或轻、中级任务制吊车。

≤[]＝300有重级任务制吊车。

≤[]＝250直接接受动荷载。、[]——分别为杆件的长细比和允许长细比。杆件长细比过大，在运输和安装过程中容易因刚度缺乏而产生弯曲，在动力荷载作用下振幅较大，在自重作用下有可见挠度

，因此应控制杆件的允许长细比。3.斜平面的计算长度l0单面衔接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，受力后有能够斜向失稳，由于两端节点有一定的嵌固作用，故斜平面计算长度略作折减(支座斜杆和支座竖杆除外〕，l0=0.9l桁架各杆件在平面内和平面外的计算长度l0查表。原那么：使两个主轴方向的长细比接近，以到达经济的目的。第五节桁架杆件的截面选择和计算1.截面方式普通钢屋架的杆件通常采用双角钢拼成的T形截面或十字形截面。杆件截面组合方式二不等边角钢短肢相并iy≈〔2.6～2.9〕ix计算长度l0y较大的上、下弦杆L0y≥2l0x，iy≈2ix截面方式用途二不等边角钢长肢相并iy≈〔0.7～1.0〕ix端斜杆、端竖杆、受较大弯矩作用的弦杆l0y＝l0x，iy≈ix杆件截面组合方式截面方式用途二等边角钢相并其他腹杆、下弦杆二等边角钢组合成的十字形截面与竖向支撑相连的屋架竖杆单角钢轻型钢屋架中内力较小的杆件iy≈〔1.3～1.5〕ixl0x＝0.8l0y，iy≈1.25ixl0x＝l0y＝0.9l，iy≈ixiy≈1.0ix2.填板的设置为了使两个角钢组成的截面可以整体任务，需在角钢相并肢之间每隔一定间距，焊一块填板。桁架杆件的填板在受压杆件两侧向支承点之间填板数不得少于2个。40～603.节点板的厚度i=iyi=iy0对于梯形普通钢桁架按受力最大的腹杆内力确定。见表9.6.4 轴拉杆按强度确定杆件所需的截面面积：

轴压杆按稳定条件计算所需的毛截面面积：

先假定，弦杆80左右，腹杆100左右，查表，算出A，选定资料规格，再验算。4.截面选择思索以下根本要求：同一榀屋架中规格不宜过多，5～6种。角钢尺寸不宜过小，普通不小于L45×4或L56×36×4。对压杆，选择回转半径大的资料。屋架弦杆至多变一次截面，变肢宽不变肢厚，跨度小于30m的梯形屋架和跨度小于24m的三角形屋架普通不变。5.截面计算轴心受拉杆件应验算强度和长细比要求。轴心受压杆件和压弯构件要计算强度、整体稳定、部分稳定和长细比。第六节桁架的节点设计1节点设计步骤和普通设计原那么

〔1〕节点设计步骤

①据屋架几何方式定出节点的轴线关系，杆件按比例画出，弦杆肢尖与腹杆间隔满足前述根本要求。

②计算腹杆焊缝，普通腹杆焊缝厚度同肢厚，图中作出定位点。

③计算弦杆与节点板的焊缝，假定焊缝厚度，计算长度，图中作出定位点。

④画出节点板，将各定位点都包括在内。

⑤适当调整焊缝厚度、长度，重新验算。

①各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于节点中心，以防止由于偏心而产生节点附加弯矩。但思索制造上的方便，通常把角钢肢背到屋架轴线的间隔调整为5mm的倍数。

②弦杆资料规格沿长度变化时，屋架轴线取在两种资料的重心线中间，偏心不超越较大弦杆截面高度的5％。弦杆截面改动时的轴线位置③节点板方式简单，应优先采用矩形、梯形、平行四边形，防止凹角。节点板的外形〔2〕节点设计原那么④角钢端部的切割普通垂直于它的轴线，可切去部分肢，但绝不允许垂直肢完全切去而留下平行的斜切肢。角钢端部的切割节点板焊缝的位置

⑤斜杆与弦杆衔接，尽能够防止较大的偏心。

⑥绘制大样〔1:10～1:5〕腹杆与节点板的衔接焊缝按角钢角焊缝接受轴心力方法计算。节点板应伸出弦杆10～15mm以便焊接。弦杆与节点板的衔接焊缝，应思索接受弦杆相邻节间内力之差，按下式计算:1.上弦节点

上弦节点常有大型屋面板或檩条传来的集中荷载，在计算时需思索上弦杆节间的内力差ΔN与集中荷载F的共同作用。

假定集中荷载为F，对梯形屋架上弦节点计算时，忽略坡度的影响，以为F垂直于上弦。因上弦节点上搁置屋面板或檩条，节点板需缩进角钢肢背，缩进的间隔〔0.6～1.0〕t，节点板缩进后用槽焊缝衔接，计算时槽焊缝可作为两条焊缝(hf＝t/2)，强度设计值乘以0.8的折减系数。屋架上弦节点F2节点计算和构造

节点设计时，根据腹杆截面和内力确定衔接焊缝的焊脚尺寸和长度，然后再根据焊缝长度和施工误差确定节点板的外形和尺寸。上弦杆可按下述的近似方法进展计算：集中荷载F由肢背槽焊缝接受，上弦节点相邻节间的内力差N1－N2由角钢肢尖与节点板的角焊缝接受，思索偏心力矩M＝Ne的作用。肢背:肢尖:

肢尖:

上弦节点的腹杆与节点的的衔接焊缝长度肢背:2.下弦节点

腹杆与节点板的衔接按肢尖、肢背分配力后计算焊缝长度和焊缝厚度。弦杆与节点板的衔接，无节点荷载时，按相邻节间内力差ΔN＝N1－N2，在肢尖、肢背上分配力计算，往往ΔN较小，所以按构造确定焊缝。屋架下弦节点有节点荷载作用时弦杆与节点板的衔接焊缝应按以下公式计算：肢背焊缝：肢尖焊缝：式中:

N——相邻上弦节间中较大的内力。拼接角钢实践长度L＝2(lw+10)+b，b是两弦杆端的空隙，3.屋脊节点

留意施工顺序，拼接角钢的型号与弦杆一样，需刨角切肢。拼接角钢与弦杆的衔接焊缝通常按被衔接弦杆的最大内力计算，每条焊缝的计算长度：图屋脊节点a)无天窗b)有天窗〔9.7.8〕肢尖与节点板的衔接焊缝接受上弦内力的15％〔按阅历〕，并思索附加弯矩作用M＝0.15Ne。上弦与节点板衔接焊缝：集中荷载F由上弦角钢肢背处槽焊缝接受。〔4〕下弦拼接节点下弦拼接角钢与下弦衔接焊缝长度计算：Af——下弦杆最大抗拉承载力，节点焊缝计算时与杆件等强度设计。图下弦拼接节点

图a〕中拼接角钢端部直切，下弦内力传送时，由于力线转机引起较大的应力集中。

图b〕中角钢肢宽大于125mm，将拼接角钢的肢端斜切，使内力均匀传送。

N1，N2为节点两侧杆件的内力。当下弦节点有竖向荷载P作用时，同时思索P、N的作用。下弦与节点板的衔接焊缝计算时，荷载N为：〔5〕支座节点支座节点由节点板、加劲肋、支座底板和锚栓等部分组成。分铰接和刚接两大类。铰接：衔接于砖或钢筋混凝土柱顶；刚接：衔接于钢柱上。铰接屋架支座a〕底板所需的净截面面积：式中：R——屋架支座反力；fc——混凝土轴心抗压强度设计值；An——支座底板净面积。底板所需的毛截面面积ΔA——锚栓孔的面积。衔接锚栓的直径普通取20～25mm，为便于安装，锚栓孔的直径取〔2～2.5〕d，通常取40～60mm。b〕底板厚度两相邻边支承矩形板的弯矩系数式中M——两相邻支承边支座底板单位宽度上的最大弯矩；——系数