单层厂房结构设计.ppt

1、第一章单层厂房的结构设计，1.1厂房结构的形式和布置，1.1.1厂房结构的组成厂房结构一般是由屋顶结构、柱子、吊车梁(或桁架)、各种支撑和墙体框架组成的空间体系，如图1.1所示。根据其功能，这些构件可分为以下几类：横向框架屋面结构支撑系统(屋面局部支撑和柱间支撑：承重连接)、吊车梁和制动梁(或制动桁架)墙体框架、厂房结构演示、1屋架2支架3上弦横向支撑4制动桁架5横向平面框架6吊车梁7屋架竖向支撑8檩条9、 10柱间支撑11框架柱12中柱13墙框架梁，图1.1植物结构实例，1.1.2植物结构设计步骤决定植物的功能：建筑方案由工艺要求和建筑要求决定。 结构设计：结构布置荷载计算及构件内力分析设计

2、及施工图1.1.3柱网及温度伸缩缝布置1.1.3.1柱网布置满足生产工艺要求，满足结构要求，满足经济合理要求，满足柱距要求(根据建筑统一基本规则及建筑统一模数制规定：结构构件的统一及标准化可减少生产及安装工作量。对于车间的横向，当车间跨度为L18m时，跨度应为3m的倍数。当车间跨度为L18m时，跨度应为6m的倍数。只有当生产工艺有特殊要求时，跨度为21m、27m和33m。对于工厂的纵向，基本柱间距通常为6m或12m；如今，压型钢板被广泛用作屋面和墙体材料，18米甚至24米通常被用作基本柱间距。在多跨厂房的中间柱中，由于工艺要求，经常需要“拔柱”，其柱距是基本柱距的倍数，最大可达48m。1.1.

3、3.2当温度伸缩缝的平面尺寸较大时，上部结构会因温度变化而产生横向和纵向变形，这将导致柱产生弯曲应力，并可能导致屋面和墙体开裂。因此，为了避免过度的温度变形和应力，温度伸缩缝应设置在工厂的横向或纵向。布局主要由工厂的纵向和横向长度决定。根据使用经验和理论分析，钢结构设计规范规定，当温度截面长度不超过表1.1的数值时，不得计算温度应力。温度伸缩缝最常见的方式是设置双柱。表1.1和1.2温度区长度值，车间主要承重结构通常采用框架体系，难以形成矩形内部空间，便于桥式起重机操作，能满足使用要求。一般来说，厂房横向框架的柱脚可分为铰链和刚性连接两种类型，对地基不均匀沉降和温度的敏感性很小。节点结构易于处

4、理，屋架端部不产生弯矩，下弦杆始终处于受拉状态。柱顶铰接时，柱的弯矩大，厂房的侧向刚度差，刚接厂房高，吊车的提升能力大。当厂房刚度较高时，钢结构单跨厂房往往采用刚接柱顶的方案。1.2.1横向框架的主要尺寸和1.2.1.1主要尺寸的计算图如图1.3所示。框架的跨度一般取中间桥式起重机的跨度，上柱中心线之间的横向距离为(1.1)；吊车梁轴线到上柱轴线的距离(图1.4)应满足以下公式的要求：(1.2)起重机桥架的悬垂长度可从驱动样品中找到；d .起重机外缘与立柱内缘之间的必要间隙：当起重机的起重量不超过500千牛时，应从地面到起重机轨道顶部的高度由工艺要求决定；1.2.1.2计算简图吊车轨道顶部至屋

5、架下弦底部的距离单层厂房框架由柱和屋架(梁)组成，屋面板或檩条、支架、屋架等纵向构件相互连接，因此框架实际上是一个空间工作结构，应根据空间工作进行计算，以便合理、经济。然而，由于计算复杂、工作量大，通常将其简化为横向框架的两种计算图，分为四种情况：铰接横向框架和带柱顶刚性横向框架的计算高度。详见图1.6，框架的计算跨度L(或L2 L1)以线作为两个上部柱之间的距离。1.2.2横向框架的荷载和作用在横向框架上的内力1.2.2.1荷载可分为永久荷载和可变荷载。永久荷载包括：主体结构自重、立柱自重、吊车梁系统自重、墙体框架自重、墙板自重、设备管道自重等。这些权重可参考相关数据、表格和公式进行估算。可

6、变荷载包括：风雪荷载、灰尘荷载、屋顶均布活荷载、吊车荷载、地震荷载等。这些载荷可以通过载荷规格和起重机规格找到。内力组合框架的1.2.2.2内力分析和内力分析可以按照结构力学的方法进行，也可以用现成的图表或计算机程序来分析框架的内力。为了计算框架构件的截面，必须以最不利的方式组合框架在各种载荷下的内力。列出上下柱上下截面的弯矩m、轴力n和剪力v。此外，它还包括柱脚地脚螺栓的计算内力。每个部分必须与Mmax和相应的n和v相结合；Mmax和相应的n和v；Nmax和相应的m和v。对于柱脚的地脚螺栓，可能的最大拉力应合并：Mmax和相应的n和v；当柱和屋架刚连接时，梁的端弯矩和相应的剪力应合并。最不利

7、组合可分为四组：第一组对屋架下弦产生最大压力图1.7(a)；第二种组合使屋架的上弦产生最大压力，也使下弦产生最大张力。图1.7(b)；第三和第四组的组合使腹杆产生最大的张力或压力。图1.7(c)和(d)。在内力组合中，简化规则受可变荷载效应控制：当只有一个可变荷载参与组合时，组合值系数为1.0，即恒定可变荷载；当两个或多个可变负载参与组合时，组合值系数为0.9，即常数0.9(可变负载1可变负载2)。偶然组合应参照地震区建筑抗震设计规范。对于单层起重机车间，当两台或多台起重机的垂直和水平载荷合并时，应根据参与合并的起重机数量及其工作系统乘以相应的折减系数。1.2 .3框架柱类型框架柱按结构形式可

8、分为三类：等截面柱、阶梯柱和分离柱。详见图1.8和图1.3。平面屋架的刚度和稳定性在屋架平面外较差，不能承受水平荷载。因此，为了使屋架结构具有足够的空间刚度和稳定性，有必要在屋架之间设置支撑系统。(图1.9)。厂房支撑系统可分为两部分：屋面支撑和柱间支撑：1 . 3 . 1 1.3.1.1屋面支撑的类型和功能1.3.1.2屋面支撑的功能保证了屋面的整体性，提高了空间刚度。由平面桁架、檩条和屋面材料组成的屋面结构是一个不稳定系统。如果一些屋盖框架在适当的位置与支架连接，它将成为一个稳定的空间系统，其余的将被上弦杆水平支撑下弦杆水平支撑下弦杆纵向水平支撑垂直支撑系杆代替，以避免结构的横向不稳定承受

9、和传递水平荷载(如纵向和横向风荷载、吊机水平荷载和地震作用等)。)以确保屋顶安装的稳定性和便利性。首先将相邻的两个屋架用支架连接起来，形成一个基本的空间稳定体，然后依次安装其他构件。1.3.2屋架1.3.2.1上弦横向支撑布置图(见图1.10)组成：屋架上弦、斜杆、檩条和拉杆功能：保证屋架的横向刚度和屋顶的空间刚度，减少计算出的上弦平面外长度，承担和传递端墙的风荷载。排列：末端的第一个或第二个隔间。当布置在第二跨时，端部屋架应与横向支撑拉杆刚性连接，以保证端部屋架的稳定性和风荷载的传递。(有时，天窗框架从第二个隔间开始。)当横向支撑间距大于60m时，将在中间增加。屋顶是一个大屋面板，屋面板有三

10、个点与屋架的上弦连接牢固。但是，高空作业很难保证，所以必须设置上弦横向支撑，大屋面板起到拉杆的作用。当有天窗框架时，仍需设置上弦横向支撑。1.3.2.2下弦横向水平支撑(见图1.10):屋架下弦、斜杆和拉杆的作用：山墙抗风柱的支点承受并传递水平风荷载、吊机水平力和地震引起的水平力，从而减小下弦平面外计算长度和下弦振动。布置：当屋面跨度大于18米时，屋面下弦杆设置吊机，当抗风柱支撑在屋面下弦杆上时，当屋面下弦杆设置长纵向支撑时，宜设置屋面下弦杆横向支撑，如图1.10所示。 上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑，以及1.3.2.3下弦纵向水平支撑(见图1.11):拉杆和斜杆的作用：增加屋面的空间刚度

11、，承载和传递吊车布置：屋架两侧与横向支撑形成封闭框架。 当屋架下弦上有重型起重机或重型、中、轻型起重机、振动设备、吊轨和支架时，当房屋跨度大、空间刚度大时，需要下弦的纵向水平支撑。1.3.2.3竖向支撑(见图1.12)由拉杆和斜杆组成：使相邻的屋架形成一个几何形状不变的空间体系。布置位置：在有上弦横向支撑的隔间内，每隔45个隔间布置一个。布置原则： (1)梯形或平行弦屋架无天窗，跨度为l30m，布置在屋架两端，跨度为l/3。带天窗，跨度l30m，布置在屋架两端、中跨和天窗框架两端。有跨度为l30m的天窗，布置在屋架的两端、跨度的1/3处以及天窗框架的两端。(2)当三角形屋架跨度小于18m时，应

12、布置在屋架中间。当跨度大于18m时，一般根据具体情况布置两个跨度。图1.11下弦杆纵向水平支撑，图1.12竖向支撑布置及形式，1.3.2.4竖向支撑功能：在无支撑的开间，保证屋架的横向稳定性，减少计算弦长，传递水平荷载。布局：垂直支撑平面配有各种长度的拉杆。当水平横向支撑位于第二跨时，端部屋架应通过刚性系杆与第二屋架连接，其余部分可设置刚性或柔性系杆。应为车顶接缝和车顶支撑接缝提供刚性系杆。系杆分为刚性和柔性。1.3.3柱间支撑1.3.3.1柱间支撑与厂房的框架柱连接。其功能是形成一个坚固的纵向框架，以保证厂房的纵向刚度；承受厂房末端山墙的风荷载、吊车的纵向水平荷载和温度应力等。并承受地震区内

13、厂房的纵向地震力和t为了传递风力，上支架应该设置在温度段的末端，上支架也应该设置在有下支架的地方。下支架应位于温度区的中间(当起重机处于高处且车间总长度较短时，下支架不会在两端产生很大的温度应力，但可以大大改善车间的纵向风格)。当温度区小于90米时，应在其中心设置一个较低的支撑图形1.13(a)。如果温度区超过90米，应在其三分之一的点设置支撑图1.13(b)，以避免力传递距离过长。1.4屋面结构，1.4.1屋面结构体系1.4.1.1屋面结构体系无檩条屋面：无檩条屋面一般用于重屋面，如预应力混凝土大屋面板，直接置于屋架或天窗框架上。的形式和布局如图1.14所示：屋架、天窗框架、支撑(水平支撑和

14、垂直支撑)、大屋面板传力路线：屋面荷载大屋面板屋架(或天窗框架)特点：屋面刚度大，整体性好，施工方便，但重量大，抗震性能差。它可用于屋架坡度较小的屋顶。图1.14无檩条但有檩条的屋面形式和布置图：见图1.15组成：轻型屋面板、檩条、支撑、屋架传力路线：屋面荷载屋面板檩条屋架特点：屋面材料轻，整体性和刚度差，有张力，可用于屋架坡度较大的屋面。支撑：的作用是减少檩条的横向变形和扭转，檩条通常位于檩条腹杆的受压区域。带檩条屋面的单层厂房吊装过程动画、图1.15檩条屋面的形式和布置、屋架的1.4.1.2形式确定屋架形式的原则：1。满足使用要求：屋架的形状应与屋面材料的排水要求相适应。2.满足经济要求的

15、屋架形状应尽可能接近弯矩图，使上下弦杆内力沿跨度方向均匀分布，腹杆应力小；腹杆的排列应使短杆受压，长杆受拉；载荷布置在节点上，以减少弦的局部弯曲。3.结构简单，满足制造、安装和运输的要求，杆件的夹角为3060；杆和节点的数量很少；分段制造，便于运输和安装；常用的屋架形状有三角形、梯形、平行弦形和人字形。1三角形屋架类型：芬克型：特点：长腹杆受拉，短腹杆受压，受力合理，应广泛使用。人字架：特点：构件少、节点少、压杆长，但抗震性能优于芬克屋架，适用于跨度小于18m的屋架。单对角线：腹杆和节点较多，长腹杆受拉，但夹角较小，适用于下弦有顶棚的屋架。三角形屋架的特点是：形状与弯矩图不协调，弦杆内力分布不均匀，支座附近内力大，近跨中部小，横向刚度小。上弦杆和下弦杆的交角较小，端节点结构复杂。上弦杆或下弦杆可以变成虚线或陡峭的梯形，以改善应力和连接结构。三角形屋架适用范围：小跨度、大坡度、轻型屋面材料的檩条体系。2.梯形屋架型人字：根据支架的对角线和弦形成的支撑点可分为下弦或上弦的下穿式和上穿式两种。特点：网络成员的总长度短，节点少。重分，特点：可避免节点间的直接载荷(非节点载荷)。单对角型，特点：大部分腹杆承受压力，构件数量多，总长度少，适用范围广。梯形屋架的特点是：形状和弯矩图接近，弦杆内力沿跨度均匀分布，材料经济，造价低上下弦杆可以平行，坡度为1/201/10，节点结构相对统