2-1中、重型厂房结构设计-结构形式和结构布置解读

2021/2/1712.1结构形式和结构布置2.2计算原理2.3钢屋架设计2.4吊车梁设计一般说明屋架外形及腹杆形式屋盖支撑2.1结构形式和结构布置2.1.1一般说明重型厂房的组成：柱、屋架、吊车梁、天窗架、支撑。（图2-1示）重型厂房结构形式：单层刚(框)架多层刚架柱屋架吊车梁天窗架柱间支撑屋盖结构体系：钢屋架—大型屋面板结构体系钢屋架—檩条—轻型屋面板结构体系横梁—檩条—轻型屋面板结构体系吊车的工作制等级与工作级别的对应关系工作制等级轻级中级重级特重级工作级别A1～A3A4,A5A6,A7A8（按照吊车使用的频繁程度）1.影响柱网布置因素：1）生产工艺流程要求：2）结构上的要求：在保证厂房具有必需的刚度和强度的同时，注意柱距和跨度的类别尽量少些，以利施工。3）经济要求：4）模数要求：柱距L的取值:一般地，在跨度不小于30m、高度不小于14m、吊车额定起重量不小于50t时，柱距取12m较为经济;参数较小的厂房取6m柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取大柱距15m，18m及24m较适宜。2.1.1.1柱网布置和计算单元图2-2柱网布置计算单元2.温度收缩缝:超出表2-2中数值时,应考虑温度应力和温度变形的影响结构情况纵向温度区段(垂直屋架或构架跨度方向)横向温度区段(屋架或构架跨度方向)柱顶为刚接柱顶为铰接采暖房屋和非采暖地区的房屋热车间和采暖地区的非采暖房屋露天结构220120150180100125120----温度区段长度表(m)表2-2拔柱：由于工艺要求或其它原因，有时需要将柱距局部加大。如图2．2中，在纵向轴线B与横向轴线L相交处不设柱子，因而导致轴线k和m之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。托架（托梁）：上承屋架，下传柱子。lblh)5.2151()81~101(托梁：lh)51~101(托架：托架与屋架的连接叠接：构造简单，便于施工，但托架（托梁）受扭。平接：可以有效地减轻托架（托梁）受扭的不利影响，较常用。托梁与屋架的连接2.1.1.2横向框架及其截面选择横向框架梁与柱的连接形式：刚接框架：（a)、（b）横梁与柱子的刚接连接铰接框架：（c）横梁与柱子的铰接连接。（a）（b）（c）柱脚刚接：可以削减上柱柱顶的弯矩值，增大横向框架的刚度。铰接框架：横梁与柱子铰接，适用于吊车起重量不很大的轻型维护结构。刚接框架：横梁与柱子刚接。适用于设有双层吊车，装备硬钩吊车等的单跨重型厂房。阶梯形柱：上段柱：实腹式,格构式。下段柱：缀条格构式。分离式柱：吊车肢,屋盖肢优点：减小两肢在框架平面内的计算长度,两肢分别单独承担荷载。阶梯形下柱的常见截面形式：图2-6双肢格构式柱阶形柱的上柱起重量较小的边柱起重量≤50t的中柱起重量＞50t的中柱起重量较大的边柱特大型厂房的下柱A6一A8级吊车的单跨厂房柱子与基础刚性连接纵向刚度横向刚度柱间支撑屋架与柱子刚性连接双臂肩梁：刚度大，整体性好，适宜用于柱截面宽度较大（不小于900mm)的情形。肩梁：将各阶柱段连在一起。肩梁单臂肩梁（图2-7a）双臂肩梁（图2-7a）构造要求：肩梁惯性矩宜大于上柱的惯性矩，其线刚度与下柱单肢线刚度之比一般宜不小于25，其高跨比可控制在0.35～0.5之间。下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑2.1.1.3柱间支撑上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑刚性系杆刚性系杆下层柱间支撑上层柱间支撑垂直支撑1.柱间支撑的布置：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。吊车梁工程实例格构柱吊车梁格构柱吊车梁吊车梁2.柱间支撑的作用：1）承受并传递纵向水平荷载：作用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、纵向地震力等。2）减少柱在平面外的计算长度。3)保证厂房的纵向刚度。3.柱间支撑的形式：(a)单层十字形；(b)人字形；(c)门形;(d)双层十字形下层柱间支撑的形式(a)十字形；(b)人字形；(c)V字形上层柱间支撑的形式桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应力在截面上均匀分布，桁架用料经济，结构的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途。在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架。2.1.2屋架外形及腹杆形式2.1.2.1桁架的应用2.1.2.2桁架的外形及腹杆形式芬克式腹杆人字式腹杆豪式腹杆人字式腹杆再分式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆三角形屋架梯形屋架平行弦屋架2.1.2.3.确定桁架形式的原则三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮,坡度一般在1/3～1/2梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在1/2～1/81.满足使用要求：2.受力合理：1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大。简支屋架外形与均布荷载下的抛物线形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比较接近。2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数量宜少，腹杆总长度也应较小。单向斜杆式：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再分式腹杆∶减少受压上弦节间尺寸，避免节间的附加弯矩也减少了上弦杆在屋架平面内的长比。交叉式腹杆∶主要用于可能从不同方向受力的支撑体系。再分式腹杆交叉式腹杆3.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。4.综合技术经济效果好三角形屋架下弦下沉，弦杆交角增大，方便制造，屋架重心降低，提高了稳定性。可有效降低屋架对支撑结构的推力。根据不同的条件桁架形式可以有很多变化跨度L—工艺及使用要求高度H—经济、刚度、运输、坡度等各种屋架中部高度：三角形屋架：中部高度H≈(1/6～1/4)L梯形屋架：中部高度H≈(1/10～1/6)L端部高度H0≈(1.8～2.1m)2.1.2.4桁架主要尺寸的确定2.1.3屋盖支撑屋盖上弦横向水平支撑屋盖下弦横向水平支撑屋盖下弦纵向水平支撑竖向支撑系杆图2．16屋盖支撑作用示意图1.保证屋盖结构的几何稳定性。几何可变体系屋架侧倾几何不变体系屋架稳定2.1.3.1屋盖支撑的作用2.保证屋盖的刚度和空间整体性横向水平支撑是一个水平放置(或接近水平放置)的桁架,支座是柱或垂直支撑。纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，减少横向水平荷载作用下的变形。3.为弦杆提供适当的侧向支承点支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。4.承担并传递水平荷载如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。5.保证结构安装时的稳定与方便2.1.3.2屋盖支撑的布置1.上弦横向水平支撑布置原则: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。上弦横向水平支撑布置图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。下弦水平支撑布置图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、下弦横向水平支撑布置在同一柱间。屋盖支撑布置图(e)(b)(a)(c)(d)(f)(g)屋架的垂直支撑布置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。各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交叉斜杆。2.1.3.3屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则竖腹杆：竖杆弦杆：相邻屋架弦杆兼作横向支撑桁架的弦杆腹杆支撑桁架斜腹杆：支撑屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆件截面常按容许长细比来选。拉杆——单角钢压杆——双角钢当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，按图示拉杆（压杆退出工作）计算并据以选择截面。