钢结构设计原理2钢结构厂房

第二章§2－1厂房结构的形式和布置一．钢结构厂房的应用特点：承载能力大，整体刚度大，抗震性能好，耐热（但不耐火），制做安装运输方便，二、厂房结构的组成1、横向框架2、屋盖结构3、支撑体系4、吊车梁系统5、墙架体系6、维护结构三、厂房的结构设计步骤1、结构选型及整体布置：根据工艺要求，确定厂房的长、宽尺寸，确定柱网，确定框（排）架形式及尺寸（屋架），吊车梁系统、支撑体系、墙架体系。3、构件设计：构造、计算4、绘制施工图2、荷载及内力计算与组合四、柱网和温度伸缩缝布置1、柱网布置原则：工艺要求：生产、设备、流程、发展结构要求：稳定、强度、刚度经济合理：综合分析确定柱距规定（统一化规则、统一模数化）等柱距柱网不等柱距柱网2、温度伸缩缝按规范要求横向、纵向均应设缝（见书表2.2）。可以设单柱，也可以设双柱来实现温度缝构造§2－2厂房结构的框架形式一、横向框架主要尺寸和计算简图1、主要尺寸跨度：Lo=Lk+2S其中：S=B+D+b1/2Lo=Lk+2SS=B+D+b1/2框架由柱脚底面到横梁下弦距离H：基顶地面轨顶肩梁柱顶321hhhH)mm)(200~150(1001Ah由工艺条件确定—2hmm1200~8003—h2、计算简图柱顶刚接柱顶铰接横向框架的计算高度H确定：EI刚接cEI刚接铰接二、横向框架的荷载和内力1、荷载恒载（永久荷载）活荷载（可变荷载）可变荷载按设备现行荷载规范和吊车重量（及起重量）取用2、内力分析和内力组合三、框架柱的类型等截面实腹等截面格构阶形实腹阶形格构双阶柱分离式柱四、纵向框架的柱间支撑1、柱间支撑的作用和布置作用：（1）保证厂房纵向刚度；（2）承受纵向荷载并传递至基础；（3）为框架柱提供平面外支撑，减小平面外计算长度。柱间支撑的布置2、柱间支撑的形式§2-3屋盖结构一、屋盖结构的形式无檩体系有檩体系1、屋盖结构体系2.屋架的形式d)a)e)b)i)f)c)k)g)h)j)3.托架、天窗架形式中间屋架托架横向水平支撑纵向水平支撑系杆中间屋架系杆刚性系杆托架天窗架二、屋盖支撑1.支撑系统的组成上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑垂直支撑a)檩条屋架倾斜b)2、支撑的作用（1）保证钢屋盖的空间稳定性—形成几何不可变体系上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑垂直支撑a)檩条屋架倾斜b)（2）保证屋架受压上弦平面外稳定，同时减小下弦的受迫震动（3）承受和传递纵向水平力（4）增加厂房的整体刚度3、支撑的布置及要求（1）上弦横向水平支撑在无檩体系中，尽管有大型屋面板可以作为横向支撑，但考虑施工中条件不好，焊接质量难以保证，加上施工过程中屋盖系统的整体稳定性要求，必须设置。一般设在第一或第二柱间及温度缝区段两端的第一柱间，且其间距一般不超过60m，当厂房纵向大于66m时，跨中要增设一道。（2）下弦横向水平支撑要设在与上弦横向水平支撑的同一柱间。当屋架跨度大于18m小于18m但有悬挂吊车厂房内有震动设备山墙抗风柱支在下弦上满足其一即要设置（3）纵向水平支撑沿纵向柱列设在屋架端节间平面内1）硬钩吊车或抓斗等类似吊车；2）设有壁行吊车或双层吊车的厂房；3）有5t以上锻锤的厂房；4）屋盖有托架和中间屋架时；5）跨度≥30m,轨顶标高≥15m，并有大吨位吊车。（4）垂直支撑——形成几何不可变体系的必要构件，与上、下横向水平支撑一起形成“盒子”，作为几何不可变基本单元。L≤30m时，两边各一道跨中一道。L＞30m时，除两边及中间外，还应在端部与中部之间加设一道。≤18m≤30mc)la)12mld)＞18ml＞30m≥12mb)l垂直支撑的布置（5）系杆：在横向水平支撑基础上使其它屋架形成稳定的几何不变体系，能承受压力的为刚性系杆，只能受拉的为柔性系杆，如当横向支撑设在第二柱间，则在第一柱间应设刚性系杆，以传递山墙风荷。檩条和大型屋面板都可作为系杆使用，故上弦不另设系杆，但在屋脊及屋架两端加设系杆，以保证屋架直立,且所有系杆必须连在横向支撑节点上。4．屋盖支撑形式及截面选择支撑受力很小。因此，通常按容许长细比（刚度）选截面，一般按压杆设计。截面形式可为单角钢，也可为双角钢，与屋架用C级螺栓相连。c)d)3000～4000≤3000≤300060006000a)b)400060006000c)d)3000～4000≤3000≤300060006000a)b)400060006000三、钢屋架设计ll0150～200l联系尺寸l0l0l内移尺寸a)b)c)（一）屋架的要尺寸（1）跨度：柱网轴线间距为屋架标志跨度l计算跨度是屋架两端支座反力的距离0l（2）高度a.建筑要求及运输要求(≤3.85m）b.刚度要求v≤[v]c.经济要求使桁架杆件总重最小的高度①端部高度刚接时一般不小于跨度的1/18～1/10，一般为1.8～2.4m缓坡梯形屋架：1.8～2.1m陡坡梯形屋架为0.5～1m一般梯形屋架和平行弦屋架：Lh)6/1~10/1(三角形屋架：Lh)1/4~1/6(②中央高度iLhh002/1i—坡度③起拱对于≥15m的三角形屋架和≥24m梯形和平行弦屋架，采用起拱，一般为L/500。(二）内力分析1、荷载汇集assaP/2aaPPaPaaPPaPPP/2屋架2、荷载组合（1）全部恒载+全部活载（2）全部恒载+半跨活载（3）半跨屋面板+半跨活载3、内力计算（1）计算假定:a.杆轴汇交于节点中心；b.节点为铰接；c.荷载集于节点（节间荷载向两相邻节点分配）（2）计算方法：a.电算；b.手算：图解法（几何不规则屋架）解析法（几何规则屋架）（3）节间荷载引起的局部弯矩0.800.6000.800.600.6000.600.600.600.600.600.600.600.600.600.600.600.600.600.600.600.60（三）杆件截面选择1、截面选择的原则（1）选择合理的截面形式（2）规格尽可能统一（3）经济、构造简单、施工方便2、杆件计算长度上弦：两块大型屋面板的宽度（保证三点焊接）下弦：平面外支撑间的长度端斜杆：(节点拉杆少，压力大)中央竖杆：（斜截面绕主轴）一般腹杆：0y0x,lll0y0x,llllll0y0xll0.90llll0y0x0.8，端斜杆端竖杆上弦杆上弦杆中央竖杆下l1N2N1l1N1N2l1N1N2abcabcabc11210y0x5.0)0.250.75(lNNllll，另：3、杆件的截面形式钢管，轻型钢屋架不加节点板，嵌固作用小llloyoxoxoy2ll上弦杆：故：xy2ii选（b）或（f）oxoyll下弦杆：故：xyii选（b）或（f）oxoyll故：xyii选（a）或（g）oxoy25.1ll一般腹杆：故：xy25.1ii选（a）连垂直支撑的竖杆，为保证连接不偏心，选（d）oxoyll支座斜杆：故：xyii选（a）或（c）4、杆件截面设计（1）拉杆：按净截面强度要求选择截面，并进行刚度验算；查100~70当压力较小时可按刚度要求选择截面fNAx(y)lilioyyoxx（2）压杆：按稳定要求选择截面，可假设：5、双角钢填板ld10~15ld50~80ld1111b)a)ld10~15拉杆：ld≤80i1且不少于1块压杆：ld≤40i1且不少于2块6、最小角钢要求（1）等肢角钢不小于∟45×4、不等肢角钢不小于∟56×36×4（2）承受集中荷载角钢肢最小厚度支承处总集中荷载（kN）25405575Q235角钢厚度（mm）8101214不满足时的处理办法：7、节点板厚度梯形钢屋架腹杆最大内力设计值（kN）≤180181~300301~500501~700Q235支座节点板厚度(mm)10101214Q235中间节点板厚度(mm)6～881012四、节点设计节点设计包括：上弦、下弦一般节点；屋脊节点（拼接节点）；下弦中央节点（拼接节点）；支座节点。≥N510~15mme15~20mm100mm100mmN2N3eeN4N1≥≥1）各杆的形心线应在节点上汇交于一点；2）角钢肢背至形心线的距离取5mm的模数；3）节点上腹杆与腹杆、腹杆与弦杆之间的净距不小于15～20mm；1、节点设计的一般要求4）通常节点板伸出弦杆角钢10～15mm；N2e15~20mm≥N15）有檩设计时，节点板缩进弦杆角钢背5～10mm；6）角钢切角（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）7）节点板的形状应尽量归整，一般至少有两条边平行。8）角钢截面改变N1N2eM=N1eiiiKKMM2、角钢屋架的节点设计（1）一般节点≥N510~15mme15~20mm100mm100mmN2N3eeN4N1≥≥1423（2）上弦节点（3）拼接节点弦杆与拼接角钢之间的焊缝：wffw7.0fhNlN—两侧弦杆内里较大值。弦杆与节点板之间的焊缝计算同前，但应注意△N的取值（4）支座节点ba加劲肋底板节点板切口cea.底板毛面积：0AfRbaAcb.底板厚度：mm166且fMtba加劲肋底板节点板切口cec.加劲肋—悬臂梁wf2f2f2wf7.02)4()4(67.024flhbRlhRw高度取决于节点板的尺寸，厚度略小于节点板厚度。与节点板件的焊缝：4Rba加劲肋底板节点板切口cewffwff7.0flhRd.底板与节点板件和加劲肋间的焊缝承担总反力R，则焊缝验算公式为：wl图示所有焊缝总长度，并应考虑切角及起落弧点缺陷。五、屋架施工图1、支撑布置图2、钢屋架施工图测试二N5N2N3N4N11601001010066361006(+597kN)(+1235kN)(+559kN)(-97kN)(-355kN)45°50°按下图所示条件，试设计该节点，并画出施工图。