中重型厂房结构设计小结

中、重型厂房结构设计小结

杜巍 土木093班

学习目标：

1、了解单层厂房钢结构组成、柱网布置

2、熟悉厂房结构横向框架的类型，主要尺寸、横向框架柱形式 3、掌握支撑的作用和布置方式 4、掌握厂房屋盖钢结构设计

小结：

一、 结构形式和结构布置

单层厂房构造简图

A、柱网布置和计算单元

单层厂房的柱网布置要综合考虑工艺、结构和经济等诸多因素来确定，同事还应注意标准化模数要求。其工艺要求主要包括预期的扩建和工艺设备更新；结构上的要求在于保证厂房具有必须的刚度和强度的同时，注意柱距和跨度的类别的尽量少些。经济上则根据屋面板的类型、吊车起重和地基等来改变柱距以实现经济上的更加的合理。

柱网的计算单元是为了进行结构分析明确横向框架所承担的荷载。例如，横向轴线j向左平移二分之一的柱距所得轴线1与向右平移二分之一柱距所得轴线2所组成的面积极为柱网的计算单元。 B、横向框架及截面的选择

横向框架式厂房结构的基本承重结构。

横向框架按照跨度可分为：单跨，双跨喝多跨。

横向框架按照静力图分为梁柱铰接（不抵抗弯矩）和梁柱刚接（抵抗弯矩）；而框架柱脚一般刚性固定于基础上。

梁柱铰接：对于基础的沉降有较大的适应性，安装方便，计算简单，受力明确。缺点是下柱弯矩较大，横向刚度差。

梁柱刚接：适用于沉降有较小的厂房结构，减少下端柱弯矩，提高横向刚度，下段柱可以减少，增加使用面积，主要用于横向刚度较大、单跨重型厂房。

阶梯型柱：上段柱，实腹式，格构式 下段柱，缀条格构式 分离式承重柱：吊车肢和屋盖肢通常用水平板做成柔性连接，优点在于,减小吊车肢在框架平面内的计算长度，又实现了两支分别承担荷载。

双肢格构式住是重型厂房阶型下柱的常见形式。

厂房结构形式的选取不仅要考虑吊车的起重重量，而且还要考虑吊车的工作级别及吊钩的类别。A6-a8及吊车的单跨厂房要求具有大的横向刚度（柱与屋架和基础的刚性连接）和足够大的纵向刚度（柱间支撑）。 C、柱间支撑

作用于厂房山墙上的风荷载、吊车的纵向水平荷载、纵向地震等所要的纵向刚度需要合理的柱间支撑和屋盖支撑的来实现的。

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在同一柱间。 3）下层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。

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。 D、屋架的外形及腹杆形式

桁架：当跨度比较大时用桁架做屋架的承重结构。 屋架外形一般分为三种：三角形，梯形，平行弦

桁架的腹杆形式常用的五种：人字形，芬克型，豪式，再分式，及交叉式。

桁架形式的确定：满足使用要求，受力合理，制造简单及运输与安装方

便（杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合上述要求），综合技术经济效果好。

斜腹杆受拉，竖腹杆受压 合理

斜腹杆受压，竖腹杆受拉 不合理

桁架主要尺寸的确定：主要有他的跨度l和高度h决定。跨度l：由使用

和工艺方面要求决定。高度h：有经济条件、刚度条件，运输界限及屋面坡度等因素决定。

E、屋盖支撑

屋盖支撑的作用：1.保证屋盖结构的几何稳定性2保证屋盖的刚度和空间整体性3.为弦杆提供适当的侧向支撑点4.承担并传递水平荷载5.保证结构安装时的稳定与方便

屋盖支撑的布置：1.上弦横向水平支撑：在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。设置在房屋的两端,一般设在第一个柱间或设在第二个柱间,间距L0≤60m。2.下弦横向水平支撑布置原则：当跨度L≥18m；设有悬挂式吊车起重量大于5吨；厂房内设有较大的振动设备。与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。3.纵向水平支撑布置原则：厂房内设有托架，或有较大吨位的重级、中级工作制的桥式吊车；或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备；以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时。4.垂直支撑布置原则：所有房屋中均应设置垂直支撑。梯形屋架在跨度L≤30m，三角形屋架在跨度L≤24m时，仅在跨度中央设置一道。当跨度大于上述数值时宜在跨度1／3附近或天窗架侧柱外设置两道。梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置一道，当有托架时则由托架代替。垂直支撑与上、下弦横向平支撑布置在同一柱间。5.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。作用：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。布置原则：在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆，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。

屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则：除系杆外各种支撑都是一个平面桁架。

二、 厂房结构的计算原理

A：荷载计算

钢架平面分析中，认为一个钢架仅承受一个计算单元内的各种荷载。这个荷载包括永久荷载（屋面恒载、檩条、屋架及其他构件自重和围护结构自重等）、可变荷载（屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载及吊车荷载）、及偶然荷载。荷载分项系数一般为：永久荷载取1.2，可变荷载取1.4。但是当永久荷载的效应其控制作用时，它的分项系数取1.35.此时荷载效应组合相应地有所改变，可变荷载效应婴孩要乘以主和值系数。（屋面活荷载和雪荷载为0.7，积灰荷载0.9-1.0） B：钢架内力计算

为简化计算，引入当量惯性矩将格构式柱和屋架换算为实腹式构件

进行内力分析。当量惯性矩：

依叠加原理，内力分析只需针对几种基本类型进行。以荷载标准值进行。（1）永久荷载；（2）屋面活荷载；（3）左风（右风荷载）；（4）吊车左（右）刹车力；（5）吊车小车靠近左（右）时的重力。

C：内力组合原则

按照《建筑结构荷载规范》(GB50009)的规定，结构设计应根据使过

程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态，依照组合规则进行荷载效应的组合，并取最不利组合进行设计。

对于一般的刚(框)架，按承载能力极限状态设计时，构件和连接可

取下列简化公式中的最不利值确定：

荷载效应组合的目的：找到最不利组合情形对构件和连接进行校核。

就构件校核条件中出现的内力，寻求它们分别取可能的最大值时的组合进行校核

三、 钢屋架设计

A：桁架的内力计算和组合

荷载：1.永久荷载：防水层、找平层、保温隔热层、屋面板、檩条、

屋架和支撑、天窗和吊顶等自重。2.可久荷载：屋面活载、风荷载、雪荷载、积灰荷载、悬挂吊车荷载、地震荷载等。

荷载组合：

1、全跨永久荷载+全跨屋面活载或雪载(较大值)+全跨积灰荷载 2、全跨永久荷载+半跨屋面活载或雪载(较大值)+半跨积灰荷载 3、屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 1、2是使用阶段，3是施工阶段

屋架内力组合的一个特点：当恒载较大时，需要通过计算比较来确定 是永久荷载还是可变荷载其控制作用。

B：桁架杆件的计算长度 计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等效的两端铰接的理想轴心

压杆。杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高。

C：杆件的截面形式

应该保证杆件具有较大的承载力、较大的抗弯刚度，同时应该便于

相互连接切用料经济。则需要截面扩展，壁厚较薄，表面平整。压杆

应该对于界面的两个主轴具有相等的或接近的稳定性。

D：一般构造要求与截面选择

1. 同一榀屋架中，角钢的规格不超过5～6种最小角钢L45X4

L56X36X4,L<18m 的小角钢屋架不受此限。2.屋架杆件中的填板。作用：保证两角钢共同工作。桁架杆件界面选择：先确定截面形式，然后根据轴线受拉、轴线受压和受弯的不同受力情况，按照轴心受力构件或压弯构件计算确定。拉杆：强度，刚度；压杆：强度，稳定，刚度；压弯构件：强度，稳定，刚度。

E：桁架节点设计和施工图：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力

的计算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力。

四、 吊车梁设计

A：吊车梁的荷载及工作性能，吊车梁承受桥式吊车产生的三个方向的

荷载作用：竖向荷载p，横向荷载t，纵向水平荷载Tl。其中Tl沿吊车轨道方向通过吊车梁传给柱间支撑，很小一般不考虑，吊车梁按双向受弯构件设计。1.吊车最大轮压

2.吊车横向

水平力。吊车工作级别为A6 ～ A8时，吊车运行时摆动引起的水平力比刹车更为不利,钢结构设计规范

(GB50017)规定：吊车横向水平力标准值：。

B：吊车梁的截面组成

单轴对称工字形截面、带制动梁的吊车梁（竖向荷载-吊车梁，横

向荷载制动梁）、带制动桁架的吊车梁。

C:吊车梁的连接

1.吊车梁上翼缘与柱的连接。高强螺栓连接，抗疲劳性能好，施工

方便；板铰连接，保证吊车梁为简支。 2.吊车梁上翼缘与制动结构连接。

D:吊车梁的截面验算

1.强度验算：受压区受拉区。带制动梁

的吊车梁。带制动桁架的吊车梁

? 2.整体稳定验算：设有制动结构的吊车梁，侧向弯曲刚度很大，整

体稳定得到保证，不需验算。加强上翼缘的吊车梁，应按下式验

算其整体稳定。

3.刚度验算：按效应最大的一台吊车的荷载标准值计算，且不乘

动力系数。竖向挠度：水平挠度：。

4.疲劳验算：选用合适的钢材标号和冲击韧性要求。构造细部选用

疲劳强度高的连接形式。A6～A8级吊车梁应进行疲劳验算1.受拉翼缘的连接焊缝处2.受拉区加劲肋端部3.受拉翼缘与支撑连接处的主体金属4.连接的角焊缝。采用一台起重量最大吊车的荷载标准值，不计动力系数，按常幅疲劳问题计算。αfΔσ≤[Δσ]

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