第七章重型厂房结构设计

第一节结构形式和结构布置一.结构形式•单层厂房结构重型厂房：跨度大（30m），高度大（60m），起重能力大（几十至几百吨）刚（框）架形式第七章重型厂房结构设计•厂房构造1.承重柱2.钢屋架3.吊车梁4.天窗架5.柱间支撑屋盖结构：•钢屋架+大型屋面板•钢屋架+檩条+轻型屋面板•吊车工作制等级与级别等级轻级中级重级特重级级别A1～A3A4、A5A6、A7A810Qt1550Qt75Qt300Qt•柱网布置柱距：6m、12m、15m、18m、24m跨度：18m、24m、27m、30m•模数化设置温度收缩缝，控制温度应力•有檩屋盖：75m•无檩屋盖：60m•间距：•构件净距要求7501000b80100cbc300400aa-吊车顶面至屋架下弦间距-吊车轮中心至柱定位轴线间距-吊车轮廓至柱内表面间距cab•重型厂房柱•阶梯形柱：下段为缀条格构式，上段为实腹式•分离式柱：屋盖肢+吊车肢，做柔性连接•柱间支撑垂直支撑、十字形、人字形、K形、八字形、V形、与屋盖支撑共同形成厂房纵向刚度传递山墙风荷载、吊车纵向水平荷载及纵向地震力第二节钢桁架一.应用和类型•钢屋盖组成：屋面构件、钢屋架和屋盖支撑•屋面构件：檩条、拉杆、小型板材、或钢筋混凝土屋面板，用于支撑屋面构造层、防水层、保温层钢桁架应用：建筑屋盖、楼盖、吊车梁、桥梁、起重塔架和臂杆、海洋采油平台•承重结构•钢桁架适用于大跨度或高大结构的原因：•承受轴心力，应力均匀分布，节省材料•腹杆代替腹板，自重与荷载减轻•屋盖结构分无檩和有檩：•无檩：由大型屋面板、横梁或钢屋架组成•有檩：小型屋面板、檩条、钢屋架轻型屋面板：压型钢板、波形石棉瓦、瓦楞铁皮等•屋盖作用：•围护、承重、采光和通风•承重：屋盖结构自重，屋面活荷载、风雪荷载和其他荷载（施工和积灰）钢桁架类型：•普通钢桁架实用一般钢屋架，由两角钢组成T形截面，包括十字形、槽形或圆管形•重型钢桁架适用钢桥承重结构，大跨度屋架，由钢板组成H型或箱型截面•轻型钢桁架适用于跨度较小的轻型屋盖结构，采用小角钢、圆钢、冷弯薄壁方管二.钢桁架外形和高度外形：三角形、梯形、平行弦和多边形•三角形：屋面坡度较陡，上弦坡度为1/2～1/3，与屋面防水相适应跨度：18～24米以下高跨比：H=（1/4～1/6）L梯形：屋面坡度较缓，油毡防水屋面坡度1/10～1/12人字形：再分式：1跨度：18～36m高跨比：H=（1/6～1/10）L1三.确定桁架形式的原则•满足使用要求上弦坡度应适合防水•受力合理与抛物线弯矩图最接近•制造简单、运输方便•技术经济效果好四.屋盖支撑连结于屋架之间，保证屋盖结构稳定和刚度的构件体系横向、纵向水平桁架和垂直桁架，及系杆（一）屋盖支撑主要作用•保证桁架空间几何不变性和稳定•保证桁架空间刚度和整体性•为桁架弦杆提供侧向支撑点•承载水平荷载（风、制动、地震）（二）屋架支撑布置•上弦和下弦横向水平支撑•上弦和下弦横向水平支撑第一开间第二开间有利抗风柱直接传力屋盖有天窗•设在房屋两端：设在横向伸缩缝两端横向支撑间距小于等于60m（无檩）75m（有檩）即伸缩缝间距下弦纵向水平支撑有较大起重量吊车，或有较大空间刚度要求才设置，形成闭合框架垂直支撑梯形屋架：•跨度30lm两端和跨中处共设三道30lm两端和跨中1/3处或天窗架侧柱处共设四道系杆•纵向水平连接杆（系杆）为上下弦杆提供侧向支撑点•设置在屋架和天窗架两端及垂直支撑上下弦节点、屋脊位置•柔性系杆：受拉•刚性系杆：能受拉力和压力（三）屋盖支撑设计原则•水平支撑方格：66m矩形格：63m•垂直支撑：W，V，X支撑杆件受力较小，一般不作内力计算按容许长细比选择第三节檩条与压型钢板设计一.实腹式檩条由檩条、防水层隔热层构成屋面系统•强度验算：yxenxenyfMMWW有檩屋盖：,xyMM,enxenyWW-对x、y轴弯距-对两形心主轴有效净截面模量•刚度验算45384qLkyvvEIxkyq-沿y轴作用分荷载标准值因檩条有足够侧向支撑，不需验算稳定二.压型钢板及计算•类型轻型屋面压型钢板：起围护屋面和承重结构作用•V—115N型压型钢板厚度：0.4～2.0mm铝板厚度：0.6～1.2mm•W—500型（镀锌、彩镀）V、W型•带加劲压型钢板增强截面刚度咬合型压型钢板相互咬合，防水防渗•低波板：30mm•中波板：30-70mm•高波板：70mm常用波高截面特征•单槽口：中线总长：1232bbbb形心位置：3222ibhbcb•惯性矩：22123323ixithbbbbbbI截面抵抗矩：上：sxxcIWxxxhcIW下：压型钢板验算•抗弯强度xsxMfW2548xxMlvEI•跨中挠度屋面坡度：12012012501200屋面板挠度容许值第四节桁架杆件设计内容：(1)桁架内力计算(2)桁架计算长度确定(3)选择杆件截面形式(4)整体稳定性验算平行弦桁架坡度：2/100～5/100跨度：18～36m高跨比：H=（1/6～1/10）L梯形桁架梯形、平行弦桁架端部高度H0=1.8～2.2m跨度：18～36m高跨比：H=（1/6～1/10）L坡度1/10～1/12一.桁架荷载和杆件内力面荷载变成节点集中荷载1.屋面恒荷载•屋面和屋面板重量标准值21,qKNm如波形石棉水泥瓦、加气混凝土屋面板，按材料比重和厚度计算或查产品规格屋面倾斜，对水平投影面积，竖直方向荷载：1cosq-屋面倾角2.雪荷载、屋面活荷载、积灰荷载•檩条重量：按型钢（槽钢）规格计算，KNm按水平投影面积计算其标准值•雪荷载0rSS2KNm水平面标准值-基本雪压0S2KNmr-积雪分布系数屋面坡度：0.15～0.750,125r0,050r中间插值活荷载屋面维修：人、工具、屋面材料不上人屋面：0.25～0.72KNm上人屋面：1.52KNm水平面标准值积灰荷载水平面标准值0.3～1.02KNm并乘以积灰分布系数025045取1取0中间插值3.风荷载1230-基本风压00.25～0.82KNm-高度变化系数12-屋盖体型系数3-风振系数屋面坡度：030屋盖受风吸力030受风压力4.屋架和支撑自重g=（0.12+0.011L）2KNmL-屋架跨度，m水平面标准值•屋架上弦节点荷载：cosQGskhkPSaSaqqrrGrQr、-荷载分项系数永久荷载1.2可变荷载1.4()KN-按屋面投影分布的荷载标准值hkqskq屋面材料-按屋面水平投影分布的荷载标准值雪荷载、活荷载、屋架与支撑自重-屋架间距S-上弦节间水平投影长度a-屋面倾角•内力系数乘以各项相应节点荷载值，得到杆件内力•上弦节点荷载计算后，先按单位荷载作用于各节点，查建筑结构设计手册得到内力系数节点单位荷载内力组合（1）组合一：全跨恒、活荷载（2）组合二：（取活荷载和雪荷载的较大值）全跨恒荷载+左或右半跨活荷载（取活荷载和雪荷载的较大值）（3）组合三：全跨屋架重+左或右半跨檩条、屋面板重量和施工时活荷载（取施工活荷载和雪荷载的较大值）二.杆件截面型式钢屋架杆件主要形式：双角钢常用跨度：15～42m1、上、下弦杆xy•截面类型选择应使2oyyoxxlili2oylloxll选短肢相并不等边角钢2.支座腹杆oyoxlll0.9yxii选长肢相并不等边角钢3.一般腹杆0.8oxll1.25oyyxoxiilloyll选等肢相并角钢4.双角钢十字形截面用于桁架中竖杆，刚度大传力没有偏心四.桁架杆件截面选择和计算1.截面选择一般要求•角钢最小规格：505L75505L或•受力小的桁架:404L56364L或上、下弦杆采用通长等截面杆•适当归并相邻规格，控制在5～6种以下2.容许长细比•桁架：轴心受压150轴心受拉350250（对直接承受动载）•支撑系统：压杆拉杆2004003.截面选择方法（1）截面积NAf（2）选择双角钢截面oyyoxxlili弦杆肢厚大体为节点板厚（3）截面验算（型钢）•验算强度•验算长细比•验算桁架平面内、外整体稳定性第五节吊车梁设计双向受弯一.吊车梁荷载1.吊车最大轮压maxmaxbQPrPQr-活载分项系数1.4-动力系数：中轻级1.05重级1.1maxbP-吊车最大竖向标准荷载2.横向水平力刹车力和制动卡轨力：1QTrKTQr-活载分项系数1.4K-卡轨增大系数（按吊车查表）1T-横向水平荷载标准值一个车轮横向水平力QrTQQgnn-为吊车轮数-规定换算百分比按软硬钩及Q选取Q-额定最大起重能力Q-小车重量g-重力加速度3.纵向水平荷载LT经吊车梁传给立柱，对截面影响很小，计算时不需要考虑--吊车纵向刹车力二.吊车梁截面组成与受力分析•组成：吊车梁与制动梁•吊车梁：工字型截面，承受竖向荷载P•制动梁：由吊车梁上翼缘、钢板和槽钢组成，承受横向水平荷载T受力分析1yxPT1危险点A三.吊车梁截面验算1.强度验算•无制动结构竖向荷载全部由吊车梁承受横向水平荷载全部由上翼缘承受yxnxnyfMMWW上xMyM-P、T产生的弯矩设计值nxW-吊车梁截面对x轴净截面抵抗矩nyW上-吊车梁上翼缘截面对y轴净截面抵抗矩、有制动梁：竖向荷载全部由吊车梁承受横向水平力全部由制动梁承受吊车梁上翼缘为制动梁的一部分1yxnxnfyMMWW1nyW-制动梁截面对的净抵抗矩1y2.整体稳定验算•吊车梁：（无制动结构）yxyxfbMMWWb-弯矩绕x轴整体稳定系数xW-吊车梁对x轴毛截面抵抗矩yW上-吊车梁上翼缘对y轴毛截面抵抗矩3.刚度验算吊车梁：近似计算•竖向刚度210bxxMLEI•水平刚度21102200byyMLlEI