第九章单层厂房钢结构

第九章第九章单层厂房钢结构§9-1单层厂房钢结构的组成及布置原则§9-2横向框架的结构类型及主要尺寸§9-3结构的纵向传力系统§9-4屋盖结构体系§9-5檩条及压型钢板的设计§9-6桁架的形式和截面设计§9-7桁架的节点设计§9-8有吊车的单层工业厂房的设计特点§9-9轻型门式刚架结构的设计特点§9.1单层厂房钢结构的组成及布置原则重型厂房钢结构重型厂房钢结构§9.1单层厂房钢结构的组成及布置原则重型厂房钢结构§9.1单层厂房钢结构的组成及布置原则重型厂房钢结构§9.1单层厂房钢结构的组成及布置原则9.1.1单层厂房钢结构的组成§9.1单层厂房钢结构的组成及布置原则(1)横向框架:柱、屋架或屋盖横梁(2)屋盖结构:横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等;(3)支撑体系:屋盖支撑和柱间支撑等;(4)吊车梁和制动梁（或制动桁架）;(5)墙架:承受墙体的自重和风荷载。一、柱网布置9.1.2柱网和温度伸缩缝的布置二、温度伸缩缝温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。9.2.1框架的类型§9.2横向框架的结构类型及主要尺寸9.2.2主要尺寸9.3.1纵向框架柱间支撑的作用和布置§9.3结构的纵向传力系统9.3.1柱间支撑的形式9.3.3设计计算一、支撑设计荷载计算1．纵向风荷载2．吊车纵向水平荷载3．纵向地震作用4．保证柱子平面外稳定的支撑力二、支撑构件内力计算支撑杆件的内力计算各假设，计算模型。三、支撑构件截面验算1．支撑构件的长细比验算2．支撑构件的强度和稳定性验算9.3.4柱间支撑的连接及构造9.4.1钢屋盖结构的形式、组成及布置§9.4屋盖结构体系一、无檩屋盖结构体系三、天窗架形式二、有檩屋盖结构体系四、托架形式9.4.2钢屋盖支撑(1)上弦横向水平支撑(2)下弦横向水平支撑(3)下弦纵向水平支撑(4)垂直支撑(5)系杆连接节点构造连接节点构造屋盖支撑的作用：(1)保证屋盖形成空间几何不变结构体系，增大其空间刚度。(2)承受屋盖各种纵向、横向水平荷载（如风载、吊车制动力、地震力等），并将其传至屋架支座。(3)为上、下弦杆提供侧向支撑点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，提高其侧向刚度和稳定性。(4)保证屋盖结构安装时的便利和稳定。9.5.1钢檩条设计§9.5檩条及压型钢板的设计一、檩条的形式实腹式檩条常采用槽钢、角钢以及Z形和C形冷弯薄壁型钢二、檩条的计算设计时可不考虑扭矩的影响，而按双向受弯构件计算。（1）．强度)3.2.4(nyyynxxxfWMWM（2）．整体稳定)28.4.4(fWMWMyyyxbx（3）．刚度单跨简支檩条（当有拉条时）：][38454vEIlqxy不设拉条时：][22vvvyx（4）．檩条的连接与构造拉条与檩条、撑杆与檩条的连接构造9.5.1压型钢板的设计一、压型钢板的类型及适用条件二、压型钢板的选用9.6.1桁架的形式和主要尺寸§9.6桁架的形式和截面设计一、桁架的形式二、桁架的主要尺寸1．跨度桁架的高度应根据经济、刚度和建筑等要求，以及屋面坡度、运输条件等因素确定。最大高度取决于运输界限;最小高度根据桁架容许挠度确定，即根据刚度要求确定；经济高度则是根据桁架杆件的总用钢量最少的条件确定。桁架的高度可根据跨度和荷载条件确定。梯形桁架端部高度根据边界条件和荷载条件确定。桁架起拱高度:1/500l02．高度9.6.2桁架的荷载和内力计算一、桁架的荷载计算与荷载组合（1）桁架荷载永久荷载和可变荷载值可由《建筑结构荷载规范》(GB50009)查得或根据材料的规格计算。注：风荷载对轻型屋面、开敞式房屋或风荷载标准值大于0.49kN/m2时采用。屋面均布永久荷载通常按屋面水平投影面上分布的荷载qk计算。（2）节点荷载计算（2）节点荷载计算当无节间荷载时，按下图确定；当有节间荷载时，采用叠加法把节间荷载分配到节点上。（3）荷载组合应考虑以下三种荷载组合：①全跨永久荷载+全跨可变荷载；②全跨永久荷载+半跨可变荷载；③全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载。二、桁架杆件的内力计算计算桁架杆件内力时，通常可近似地采用如下假定：(1)桁架的各节点均视为铰接；(2)桁架的所有杆件的轴线都在同一平面内且在节点处交汇；(3)荷载均在桁架平面内作用于节点上。9.6.3桁架杆件的计算长度和容许长细比一、在桁架平面内的计算长度l0x二、在桁架平面外的计算长度l0y三、斜平面的计算长度l0双角钢组成的十字形截面和单角钢截面腹杆，斜平面的计算长度l0=0.9l。四、桁架杆件的容许长细比9.6.4桁架杆件的截面选择和计算一、截面形式原则：满足杆件等稳定性，即yx二、填板的设置三、节点板的厚度节点板厚度可按规范7.5节的有关强度和稳定计算规定确定，也可以按照下表确定。四、截面选择的一般原则选择截面时应考虑下列要求：(1)优先选用宽肢薄壁的角钢，以增加截面的回转半径。(2)角钢规格不宜小于L45×4或L56×36×4。有螺栓孔时，角钢的肢宽须满足附录10的要求。放置屋面板时，上弦角钢水平肢宽须满足搁置尺寸要求。(3)角钢规格应尽量统一，一般宜调整到不超过5~6种。应尽量避免使用同一肢宽而厚度相差不大的角钢，厚度差不宜小于2mm。(4)桁架弦杆一般沿全跨采用等截面，但对跨度大于24m的三角形桁架和跨度大于30m的梯形桁架，可改变弦杆截面，但半跨内只宜改变一次，且只改变肢宽而保持厚度不变，以便拼接的构造处理。五、截面计算1．轴心拉杆2．轴心压杆3．拉弯或压弯杆对拉弯杆只须验算强度和刚度；对压弯杆除强度和刚度外，还须验算弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的稳定性。4．按刚度条件验算和选择杆件截面9.7.1节点设计步骤和一般设计原则§9.7桁架的节点设计(1)布置桁架杆件时，原则上应使杆件形心线与桁架几何轴线重合，以免杆件偏心受力。(2)根据按一定比例画出的杆件轴线，按放大一倍的比例尺画出各杆件的角钢轮廓线。(3)根据事先计算好的各腹杆与节点的连接焊缝（包括角钢肢背和肢尖两者）尺寸，进行焊缝布置并绘于图上，而后定出节点板的外形。(4)根据已有节点板的尺寸，布置弦杆与节点板间的连接焊缝。当弦杆在节点处改变截面，则还应在节点处设计弦杆拼接。(5)绘制节点大样（比例尺为1/10～1/5），确定每一节点上都需标明的尺寸，为今后绘制施工详图时提供必要的数据。9.7.2节点计算和构造节点计算的步骤1.上弦节点在计算上弦与节点板的连接焊缝时，应考虑上弦杆内力差与集中荷载的共同作用，对焊缝的计算常作下列近似假设：(1)肢背的槽焊缝承受节点荷载F(2)弦杆角钢肢尖的两条焊缝承担DN和由其引起的附加弯矩DM2.下弦节点①当节点上无外荷载时,可按构造要求确定；②当节点上有集中荷载作用时，需计算：P3.屋脊节点(1)脊拼接角钢与弦杆的连接计算及拼接角钢总长度的确定(2)弦杆与节点板的连接焊缝(1)下弦拼接角钢与弦杆的连接计算及拼接角钢总长度的确定4.下弦的拼接节点(2)下弦杆与节点板的连接角焊缝5.支座节点9.7.2桁架施工图9.8.1吊车的工作级别§9.8有吊车的单层工业厂房的设计特点(1)平面计算简图(2)计算单元9.8.2计算简图9.8.3横向框架的荷载永久荷载：屋盖系统、柱、吊车梁系统、墙架、墙板及设备管道等的自重。可变荷载：风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、吊车荷载、地震作用等。温度作用和地基沉降9.8.4内力分析和内力组合框架内力分析方法内力进行最不利组合①柱段截面：+Mmax、N、V-Mmax、N、VNmax、M、V②柱脚锚栓的最不利组合：Mmax、N、V和-Mmax、N、V③横梁端弯矩和剪力（柱与桁架刚接）：(a)下弦杆产生最大压力；(b)上弦杆产生最大压力，同时下弦杆产生最大拉力；(c)和(d)腹杆产生最大拉力或最大压力。(e)考虑施工情况，只考虑屋面恒载所产生的支座端弯矩和水平力的不利作用。内力进行最不利组合内力组合《建筑结构荷载规范》GB50009-2001偶然组合9.8.5框架柱的类型及其截面选择等截面柱阶形柱分离式柱双肢格构式柱厂房结构形式(框架柱)的选取:•吊车的起重量•吊车的工作级别及吊钩类型•侵蚀性环境中工作的厂房设计，要选择耐腐蚀性的钢材，应寻求有利于防侵蚀的结构形式和构造措施。•高热环境中工作的厂房，考虑对结构的隔热防护，亦应采用有利于隔热的结构形式和构造措施。9.8.6框架柱设计特点框架的稳定分析方法框架柱的计算长度《规范》规定：阶形柱的计算长度系数应根据表9.8.2乘以折减系数，以反映阶形柱在框架平面内承载力的提高。对截面均匀变化的楔形柱，其框架平面内的计算长度的取值参见《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018的附表A.3.2。厂房柱在框架平面外的计算长度：①柱间支撑的节点（可靠侧向支承点），②相连的纵向构件亦可视为侧向支承点，③在柱脚和连接节点处可视为铰接。具体的取法是：当设有吊车梁和柱间支撑而无其他支承构件时，上段柱的计算长度可取制动结构顶面至屋盖纵向水平支撑或托架支座之间柱的高度；下段柱的计算长度可取柱脚底面至肩梁顶面之间柱的高度。单阶柱的上柱，一般为实腹工字形截面阶形柱的下段柱一般为格构式压弯构件考虑到格构式柱的缀材体系传递两肢间的内力情况还不十分明确，为了确保安全，还需按吊车肢单独承受最大吊车垂直轮压Dmax进行补充验算。验算时应考虑吊车梁支座的不同形式的影响阶形柱的变截面处是上、下柱相连并支撑吊车梁关键部位，必须仔细设计。9.8.7柱的截面验算和构造设计