3.1概述3.2結構選型與布置3.3橫向框架設計3.4吊車梁設計3.5普通鋼屋架設計3.6鋼屋蓋設計實例第3章普通廠房鋼結構設計(Single-story

Steel

WorkshopBuilding）§3.1概述

(IntroductionofSingle-storySteelBuilding)一、結構形式和適用范圍

普通鋼結構廠房

門式剛架廠房鋼結構◆跨度大,高度大,吊車起重量大◆鋼屋架-大型屋面板結構體系◆鋼屋架-檁條-輕型屋面板結構體系重型廠房重型廠房中型車間：吊車起重量Q=20~100t重型車間：吊車起重量Q=100~350t

是按起重機利用等級和載荷狀態劃分，是表明起重機工作繁重程度的參數。工作制等級

輕級

中級

重級

特重級

工作級別A1～A3A4,A5A6,A7A8吊車的工作制等級與工作級別的對應關系1、橫向平面框架體系：

是單層廠房鋼結構的主要承重體系，承受結構的自重、屋面雪荷載和其他活荷載、吊車的豎向與橫向荷載，橫向風荷載、橫向地震作用等，并把這些荷載傳遞到基礎。

柱和屋架柱和橫梁，屋架

托架

上弦水平支撐

制動桁架

吊車梁

屋架豎向支撐

柱間支撐

框架柱

橫向平面框架

2、縱向框架：由柱、托架、吊車梁、及柱間支撐等組成。

承受結構的縱向水平荷載即：吊車縱向水平制動力、縱向風荷載、縱向地震作用等，并把這些荷載傳遞到基礎。

屋架

托架

上弦水平支撐

制動桁架

吊車梁

屋架豎向支撐

柱間支撐

框架柱

橫向平面框架

3、屋蓋結構體系：

檁條（或大型屋面板）、天窗架、屋架及托架等組成。

承擔屋面豎向荷載及水平荷載，并傳遞至橫向平面框架柱。

屋架

托架

上弦水平支撐

制動桁架

吊車梁

屋架豎向支撐

柱間支撐

框架柱

橫向平面框架

4、支撐體系：

屋蓋支撐、柱間支撐等組成。

一方面與柱、吊車梁等組成單層廠房鋼結構的縱向框架，承擔縱向水平荷載；另一方面又把主要承重體系由個別的平面結構連成空間的整體結構，從而保證了單層廠房鋼結構所必需的剛度和穩定。屋架

托架

上弦水平支撐

制動桁架

吊車梁

屋架豎向支撐

柱間支撐

框架柱

橫向平面框架

5、吊車梁系統：

吊車梁、制動結構及輔助結構等組成。

承擔吊車豎向荷載及水平荷載，并傳遞至橫向平面框架和縱向平面框架。

格構柱吊車梁6、墻架結構體系：

墻梁、墻架柱及抗風桁架等組成。

承擔維護材料重量及風荷載，并傳遞至框架柱和支撐體系。

屋架

托架

上弦水平支撐

制動桁架

吊車梁

屋架豎向支撐

柱間支撐

框架柱

橫向平面框架

吊車荷載豎向輪壓軌道吊車梁鋼柱基礎橫向制動力制動梁或制動桁架鋼柱基礎豎向制動力吊車梁鋼柱及柱間支撐基礎（局部承壓）（彎、剪、局部承壓）（偏壓）（偏壓）（水平受彎、剪）（受彎、剪）（受彎、剪）（受壓、彎）（軸向拉壓）（推力、彎矩）風荷載橫向風載屋面板檁條屋架、梁（長）墻板墻梁基礎縱向風載端墻板（風吸、彎曲）（彎、剪）（彎、剪）（彎曲）（受彎、剪）（拉、彎、剪）（壓）（軸壓、拉）柱墻板抗風柱剛性系桿橫向水平支撐柱間支撐、柱基礎（軸拉、壓）上端下端基礎（彎曲）（彎曲）柱屋面板檁條自重屋蓋支撐、屋架、梁重柱、吊車梁重屋面活荷載積灰荷載屋面板自重防火層保溫層等檁條屋架、梁柱間支撐重（彎曲）吊頂、燈具、電線等重墻梁窗、墻、墻梁重框架柱屋架墻架柱抗風柱墻架梁門梁門柱墻架梁吊車梁檁條剛性系桿柱間支撐拉條斜拉條撐桿橫向支撐屋面板墻面板制動桁架抗風桁架柔性系桿托架

普通廠房鋼結構28框架柱墻架柱門梁墻架梁角柱剛架梁山墻斜橫梁撐桿斜拉條檁條橫向支撐屋面板剛性系桿拉條墻面板墻架梁柱間支撐門柱吊車梁抗風柱

門式剛架廠房鋼結構跨度大，30m以上高度大，可達60m以上噸位大，吊車數百噸強侵蝕環境廠房結構的設計步驟:根據工藝設計確定車間平面及高度方向的主要結構尺寸，布置柱網和變形縫；選擇主要承重的框架形式，確定框架主要尺寸；布置屋蓋結構、吊車梁結構、支撐體系、墻架體系；確定計算單元；內力計算；構件及連接設計；繪制施工圖?！?.2結構布置與選型

(LayoutofSingle-story

Steel

WorkshopBuilding)結構布置內容和原則

柱網布置橫向框架形式屋蓋結構型式支撐體系墻架布置吊車梁系統布置設計標準化生產工廠化施工機械化結構布置原則:

建筑工業化產品標準化結構物的標準化構件（運輸單元）的標準化節點連接的標準化模數化定型化統一化配套標準圖集：梯形鋼屋架鋼天窗架鋼托架鋼吊車梁3.2.1柱網布置3.2.1柱網布置1）生產工藝流程要求：2）結構上的要求：在保證廠房具有必需的剛度和強度的同時，注意柱距和跨度的類別盡量少些，以利施工。3）經濟要求：4）模數要求：廠房跨度L≤18m時，以3m為模數廠房跨度L＞18m時，以6m為模數

一般地，對單層多跨輕蓋廠房，柱距一般取7.5~9m;對重型工業廠房，取6~12m;超出表中數值時,應考慮溫度應力和溫度變形。

結構情況縱向溫度區段(垂直屋架或構架跨度方向)橫向溫度區段(屋架或構架跨度方向)柱頂為剛接柱頂為鉸接采暖房屋和非采暖地區的房屋熱車間和采暖地區的非采暖房屋露天結構220120150180100125120----3.2.2溫度伸縮縫

一般從基礎頂面以上將結構構件完全分開或在構造上采取適當措施，且相鄰柱腳間的凈距離不宜小于40mm。雙柱法不加入距方案輕、中型廠房：c=1000m重、特重廠房：c=1500m、2000m/2/2雙柱法加入距方案/2/21、橫向框架類型鉸接框架鉸接:橫向剛度較差。剛接:對不均勻沉降和溫度作用敏感剛接框架

3.2.3橫向框架形式與框架柱類型當廠房較高（H≥18m），吊車梁起重量較大,宜采用剛接框架。等截面柱階形柱分離式柱等截面柱：適用于無吊車吊車起重量Q≤20t，柱距l≤12m的車間。h2、框架柱的類型階形柱：下段柱上段柱階形實腹柱階形格構柱對于下段柱，一般：當柱高≤1000mm，采用實腹式；當柱高＞1000mm，采用格構式。分離式柱：減小兩肢在框架平面內的計算長度；兩肢分別單獨承擔荷載；吊車肢設置靈活。吊車肢屋蓋肢優點：適用情況：①鄰跨為擴建跨；②相鄰兩跨吊車的軌頂標高相差懸殊而低跨吊車起重量比較大；③同跨設兩層吊車，且軌頂標高相差懸殊時。3、主要尺寸h1h2C’Lkm1cS1S2S3HL框架的跨度:式中，d──吊車橋架尾部長度；m1──吊車和柱之間必要的空隙；h1,h2──框架邊柱和中柱上段柱的截面寬度?？缍萳：取為上柱或下柱中心線間的橫向距離高度h：柱腳底面到屋架下弦的距離（剛接）柱腳底面到柱頂面的距離（鉸接）

框架從柱腳底面到屋架下弦底部的距離:h3—室內地面至柱腳底面的距離。中型車間一般為0.6～1.0ｍ，重型車間為1.0～1.5ｍ。h2—地面至吊車軌頂的高度，由工藝決定；h1—吊車軌頂到屋架下弦的距離；h1h2C’Lkm1ch1h2h3HL鋼屋架—大型屋面板結構體系鋼屋架—檁條—輕型屋面板結構體系無檁體系——適用于大型屋面板有檁體系——適用于輕型屋面板3.2.4屋蓋結構組成：無檁體系傳力路線：屋面荷載

大型屋面板屋架（或天窗架）

屋架、天窗架、支撐、大型屋面板優點：屋蓋橫向剛度大，整體性好，構造簡單，耐久。缺點：屋面自重較大，抗震不利。屋面荷載

屋面板

檁條

屋架組成：有檁體系傳力路線：輕質屋面板、檁條、拉條、支撐、屋架

優點：構件自重輕，用料省，運輸安裝輕便。缺點：構件較多，構造較復雜，整體剛度差。1、屋架形式和主要尺寸確定桁架形式的原則

屋架的外形1）屋架形式和腹桿體系芬克式腹桿人字式腹桿單向斜桿式腹桿人字式腹桿再分式腹桿三角形屋架梯形屋架

腹桿體系單斜式——短桿拉、長桿壓人字式——減短上弦支承距離，避免上弦受彎芬克式——便于運輸、裝配交叉式——斜桿可用柔性、省材K型式——豎桿計算長度短，弦桿計算長度短再分式——減短弦桿計算長度2）屋架主要尺寸的確定跨度高度（跨中、端部）節間寬度跨度標志跨度柱網軸線間距(18m、21m、24m、27m、30m、36m)

計算跨度是屋架兩端支座反力的距離。高度

應按經濟、剛度、建筑等要求以及運輸界限、屋面坡度等因素來確定。三角形屋架:跨中高度h=(1/6~1/4)l梯形屋架:當上弦坡度為1/8~1/12時，跨中高度一般為h=(1/10~1/6)l

。梯形桁架的端部高度：當桁架與柱鉸接時為1.6~2.2m，剛接時為1.8~2.4m最大高度取決于運輸界限，如鐵路運輸界限為3.85m。節間寬度

屋架上弦節間的劃分應根據屋面材料而定，要盡量使屋面荷載直接作用在屋架節點上，避免上弦桿產生局部彎矩。若采用大型屋面板時，上弦節間長度應等于屋面板的寬度，一般取1.5m或3m；當采用檁條時，根據檁條間距而定，一般取0.8m～3.0m。支撐系統：屋蓋支撐、柱間支撐支撐體系一、屋蓋支撐橫向水平支撐:布置在屋架上、下弦及天窗上弦平面，是沿屋架方向布置的支撐?？v向水平支撐:布置在屋架上或下弦，是垂直屋架方向布置的支撐。垂直支撐:布置在屋架間及天窗間，是豎向布置的支撐。系桿:布置在屋架上、下平面及及天窗架上弦平面內。①保證屋蓋結構的幾何穩定性幾何不變體系屋架穩定幾何可變體系屋架側傾1、屋蓋支撐的作用

平面屋架在其本身平面內．由于弦桿與腹桿構成了三角形的幾何不變鉸接體系而具有較大的剛度，但在垂直于屋架平面方向(通稱屋架平面外)，不設支撐體系的平面屋架卻不能保持其幾何不變。屋架的端視圖，當在屋架端部兩屋架間未設垂直支撐桁架時，雖有檁條和系桿的連系，屋架相互間仍是幾何可變的，在側向力作用下屋架會傾斜；僅當設了垂直支撐桁架和系桿，才能保持各個屋架在平面外的幾何穩定性。

屋架上弦下弦的水平支撐與屋架弦桿組成水平桁架，屋架端部和中央的垂直支撐與屋架豎桿組成豎向桁架，則有足夠的剛度和穩定性。②保證屋蓋結構的空間剛度和空間整體性③為弦桿提供必要的側向支承點

支撐可作為屋架弦桿的側向支承點，減小弦桿在屋架平面外的計算長度，保證受壓上弦桿的側向穩定，并使受拉下弦保持足夠的側向剛度。④承擔并傳遞水平荷載⑤保證結構安裝時的穩定與方便2、屋蓋支撐的布置

①上弦橫向水平支撐上弦橫向水平支撐布置天窗架上弦橫向水平支撐布置

抵抗端墻傳來風載；增加屋蓋橫向剛度；減小屋架上弦計算長度。①各種屋蓋，包括天窗架都要設置②布置在兩端第一或第二柱間③橫向間距不超過60米?！?0米支撐根據：房屋跨度高度柱網布置屋蓋結構形式荷載作用情況進行布置

支撐布置在第一節間時屋架上弦橫向水平支撐布置圖②下弦橫向水平支撐

抵抗端墻傳來風載；增加屋蓋橫向剛度；減小屋架下弦計算長度。當跨度L≥18m；屋架下弦設有懸掛（Q>5t），有起重量較大的橋式吊車；屋架下弦設有通長的縱向水平支撐；與上弦橫向水平支撐布置在同一柱間?！?0米上弦支撐布置下弦支撐布置③下弦（或上弦）縱向水平支撐

形成封閉體系，增加屋蓋縱向剛度；承受和傳遞吊車橫向水平制動力。①有重級工作制或大噸位吊車或鍛錘等振動設備時設；②屋架下弦有縱向或橫向吊車軌道時設；③有托架時設；④屋架跨度或房屋高度較高時設；⑤設在下弦端節間，與下弦橫向水平支撐構成封閉支撐系統。≤60米④垂直支撐

使相鄰兩屋架形成幾何不變空間體系，維持屋架端部及中間截面的豎向穩定。①設在有橫向支撐的柱間；②對梯形屋架，至少設三道，跨度大于30米或有天窗時增設；③對三角形屋架，跨度≤24m時中間設一道，超過24m設兩道≤60米當l＞30m時在兩端以及跨度l／3處或天窗架側柱處共設四道。l/3l/3l/3k⑤系桿f—柔性系桿k—剛性系桿(為沒有參與組成空間穩定體的屋架提供上下弦的側向支承點)在垂直支撐的平面內一般設置上下弦通長系桿；屋脊節點及支座節點處設置通長剛性系桿，天窗側柱處及下弦跨中或跨中附近設置柔性系桿；當屋架橫向支撐設在端部第二柱間時，第一柱間所有系桿均應為剛性系桿。剛性系桿：能承受拉力也能承受壓力的系桿。柔性系桿：只能承受拉力的系桿。屋蓋支撐的布置

(a)上弦橫向水平支撐布置(b)下弦橫向與縱向水平支撐布置(c)天窗架上弦橫向水平支撐(d)屋架支座與跨中垂直支撐(e)天窗架側豎桿垂直支撐作業：

某單跨廠房，跨度36m，長180m，柱距6m，廠房內設有一臺起重量為50t的中級工作制橋式吊車，屋面材料為大型屋面板，屋面坡度為1/4，試繪出該屋蓋的支撐布置圖。36000各種支撐都是一個平面桁架，桁架的腹桿一般采用交叉斜桿。三、屋蓋支撐的形式，計算和構造豎腹桿：豎桿弦桿：相鄰屋架弦桿兼作橫向支撐桁架的弦桿腹桿

支撐桁架

斜腹桿：支撐≤60米屋蓋支撐的設計原則拉桿——單角鋼（交叉斜桿和柔性系桿）壓桿——雙角鋼（非交叉斜桿、弦桿、剛性系桿）一般不進行內力計算，桿件截面常按容許長細比來選。拉桿的設計可按[λ]＝400控制；壓桿的設計可按[λ]=200控制上、下弦橫向和縱向水平支撐的交叉斜桿通常連于屋架上、下弦桿，其橫桿則常做成與剛性系桿完全相同，連接也相同。a.上弦支撐b.下弦支撐屋蓋支撐的構造柔性系桿剛性系桿支撐連接板

柱間支撐的作用：①與廠房柱形成縱向框架，保證廠房的縱向剛度。②為框架柱在框架平面，減少柱在框架平面外的計算長度。③承受并傳遞縱向水平荷載：作用于山墻上的風荷載、吊車縱向水平荷載、縱向地震力等。下段柱間支撐：吊車梁下部的柱間支撐上段柱間支撐：吊車梁上部的柱間支撐二、柱間支撐

柱間支撐的布置：①每縱列柱都要設柱間支撐，每列柱頂均要布置剛性系桿。②對于有吊車的廠房，以吊車梁為分界設置上柱支撐和下柱支撐。③下段柱間支撐一般宜布置在溫度區段的中部，以減少縱向溫度應力的影響。當溫度區段>90m時，則在1/3處各設置一道下段柱間支撐。④上段柱間支撐除了要在下層柱間支撐布