單層工業(yè)廠(chǎng)房鋼結(jié)構(gòu)

1、第七章 單層工業(yè)廠(chǎng)房鋼結(jié)構(gòu)7.1 概述一鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的特點(diǎn)：承載能力大，整體剛度大，抗震性能好，耐熱（但不耐火），制做安裝運(yùn)輸都方便，因此在重型廠(chǎng)房及大型廠(chǎng)房中應(yīng)用很普遍。1大型冶金廠(chǎng)房：煉鋼車(chē)間、軋鋼車(chē)間，如鞍鋼，首鋼，武鋼，寶鋼的主要廠(chǎng)房都是鋼結(jié)構(gòu)。2重型機(jī)械制造廠(chǎng)房，如哈爾濱電機(jī)廠(chǎng)大型電機(jī)裝配車(chē)間，通常大型裝配車(chē)間配有雙層吊車(chē)，這里主要是柱子的計(jì)算及構(gòu)造。3大型造船廠(chǎng)，火力發(fā)電廠(chǎng)，飛機(jī)制造車(chē)間，過(guò)去，通常也做成平面結(jié)構(gòu)，而多年來(lái)，采用平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。二單層廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)的組成1柱屋架平面結(jié)構(gòu)2吊車(chē)梁連接兩平面結(jié)構(gòu)3支撐體系（屋蓋支撐，柱間支撐）4屋蓋：屋架、支撐（上、下橫向弦水平支

2、撐，縱向水平支撐，垂直支撐，系桿）、檁條（屋面板）、天窗。三 廠(chǎng)房設(shè)計(jì)程序1結(jié)構(gòu)選型及整體布置，根據(jù)工藝要求，確定廠(chǎng)房的長(zhǎng)、寬尺寸，確定柱網(wǎng)，確定框架形式及尺寸（屋架），吊車(chē)梁系統(tǒng)及墻架支撐體系。2構(gòu)件設(shè)計(jì)：構(gòu)造、計(jì)算3施工圖（工程師語(yǔ)言）7.2 廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)的整體布置一柱網(wǎng)布置主要取決于工藝要求，另外：1從結(jié)構(gòu)考慮，應(yīng)將柱子設(shè)在同一軸線(xiàn)上，形成框架，保證橫向剛度。2從經(jīng)濟(jì)考慮：增大柱距，吊車(chē)梁跨度增大，需增設(shè)托架，費(fèi)鋼，但柱基礎(chǔ)減少，通過(guò)比較確定。3統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化，跨度以3m為模數(shù)，柱距以6m為模數(shù)。二溫度縫按規(guī)范要求橫向、縱向均應(yīng)設(shè)縫。可以設(shè)單柱，也可以設(shè)雙柱來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度縫構(gòu)造。三屋蓋結(jié)構(gòu)布置有

3、檁體系、無(wú)檁體系無(wú)檁（上鋪大型屋面板）：有6m、12m兩種。其優(yōu)點(diǎn)是橫向剛度大，整體性好，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工快；自重大，抗震不如有檁。有檁：重量輕，用料省，輕便，便于運(yùn)輸、安裝；但構(gòu)件數(shù)量多，型號(hào)多，構(gòu)造復(fù)雜，吊裝次數(shù)多，橫向剛度差。7.3 廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)的支撐體系一屋蓋支撐1分類(lèi)：上、下弦橫向水平支撐，下弦縱向水平支撐，垂直支撐和系桿。2作用：（1）保證鋼屋蓋的空間穩(wěn)定性形成幾何不可變體系。（2）保證屋架受壓上弦平面外穩(wěn)定，同時(shí)減小下弦的受迫震動(dòng)。（3）承受和傳遞縱向水平力：有作用于山墻的風(fēng)荷載，懸掛吊車(chē)縱向剎車(chē)力及安裝使用過(guò)程中的其他縱向力（如地震力）?？v向水平支撐將力傳給柱間支撐最后傳到基礎(chǔ)。（4

4、）增加廠(chǎng)房的整體剛度。3屋蓋支撐的布置（1）上弦橫向水平支撐在無(wú)檁體系中，盡管有大型屋面板可以作為橫向支撐，但考慮施工中條件不好，焊接質(zhì)量難以保證，加上施工過(guò)程中屋蓋系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性要求，必須設(shè)置。一般設(shè)在第一或第二柱間及溫度縫區(qū)段兩端的第一柱間，且一般不超過(guò)60m要加設(shè)一道，廠(chǎng)房大于66m時(shí)，跨中要設(shè)一道。（2）下弦橫向水平支撐當(dāng)跨度大于18m，或小于18m但有懸掛吊車(chē)，或廠(chǎng)房?jī)?nèi)有震動(dòng)設(shè)備，或山墻抗風(fēng)柱支在下弦上。要設(shè)在與上弦橫向水平支撐的同一柱間。（3）縱向水平支撐1）硬鉤吊車(chē)或抓斗等類(lèi)似吊車(chē)；2）設(shè)有壁行吊車(chē)或雙層吊車(chē)的廠(chǎng)房；3）有5t以上鍛錘的廠(chǎng)房；4）屋蓋有托架和中間屋架時(shí)；5）跨度

5、30m,軌頂標(biāo)高15m，并有大噸位吊車(chē)。（輕、中級(jí)30t，重級(jí)10t），一般設(shè)在兩邊。（4）垂直支撐形成幾何不可變體系的必要構(gòu)件，與上、下橫向水平支撐一起形成“盒子”，作為幾何不可變基本單元。30m時(shí)，兩邊各一道跨中一道。30m時(shí)，除兩邊及中間外，還應(yīng)在端部與中部之間加設(shè)一道。（5）系桿：在橫向水平支撐基礎(chǔ)上使其它屋架形成穩(wěn)定的不可變體系，能承受壓力的為剛性系桿，只能受拉的為柔性系桿，如當(dāng)橫向支撐設(shè)在第二柱間，則在第一柱間應(yīng)設(shè)剛性系桿，以傳遞山墻風(fēng)荷。檁條和大型屋面板都可作為系桿使用，故上弦不另設(shè)系桿，只是在屋脊及兩端加設(shè)以保證屋架直立，所有系桿必須連在橫向支撐節(jié)點(diǎn)上。4屋蓋支撐形式及截面選擇

6、支撐受力很小。因此，通常按容許長(zhǎng)細(xì)比選截面，一般按壓桿設(shè)計(jì)。截面形式可為單角鋼，也可為雙角鋼，與屋架用C級(jí)螺栓相連。二柱間支撐1作用：（1）保證廠(chǎng)房縱向剛度；（2）承受縱向荷載傳遞至基礎(chǔ)；（3）為框架柱提供平面外支撐，減小平面外計(jì)算長(zhǎng)度。2設(shè)置：60m設(shè)一道，其形式與屋蓋支撐一樣要保證交角不小于30。7.4 鋼屋架的設(shè)計(jì)一鋼屋架的受力特點(diǎn)及類(lèi)型1特點(diǎn)：形狀接近于彎矩圖。所有桿件（絕大部分）都為軸心受力，因此截面上應(yīng)力分布均勻，材料使用充分。2分類(lèi)：（1）按受力大小，截面形式可分為三類(lèi)：1）普通鋼屋架：截面形式為雙角鋼組成的T形或十字形，在桿件匯交處通過(guò)節(jié)點(diǎn)板相連。取材容易，構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造安裝方

7、便，與支撐體系形成的結(jié)構(gòu)整體剛度大，工作性能可靠。采用型鋼，故自重大，用鋼量多，跨度太大、太小時(shí)都不經(jīng)濟(jì)，一般適用跨度為18m36m。2）鋼管屋架：采用無(wú)縫或有縫鋼管制成，由于鋼管截面剛度大，抗扭性能、抗壓性能好，相對(duì)角鋼更加合理，與之相比可省鋼20%以上。另外，表面積小，易于防腐。耐久性好，只是過(guò)去焊接工藝、加工工藝有問(wèn)題，阻礙了使用。目前已有自動(dòng)切管機(jī)，管與管的搭接可以直接貫接，不用節(jié)點(diǎn)板。3）輕型鋼屋架：由小于454或56364以下的單角鋼和圓鋼組成，具有用鋼量少，自重輕，抗震性能好等特點(diǎn)。一般跨度小于18m，吊車(chē)起重量不大于5t的輕級(jí)、中級(jí)工作制吊車(chē)。（2）按截面形式分為平面桁架和空間

8、桁架兩種二鋼屋架的外形、腹桿布置及尺寸1基本原則：要滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)、適用、制造、安裝方便等原則。（1）從使用角度：其外形要與屋面材料相適應(yīng)，如采用瓦類(lèi)、鐵皮等。要求坡度陡一點(diǎn)，利于排水，一般為，當(dāng)采用卷材防水屋面時(shí)，坡度可小一些，一般為。（2）從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)：外形應(yīng)盡量和彎矩圖相似，桿件應(yīng)使短桿受壓、長(zhǎng)桿受拉，桿件夾角為3060度，且應(yīng)使盡可能多的桿件軸心受力。（3）制造安裝方便：構(gòu)造合理、簡(jiǎn)單、節(jié)點(diǎn)數(shù)目少、桿件型號(hào)少，在工廠(chǎng)制作部分應(yīng)以運(yùn)輸能力而定。2屋架外形：三角形、梯形、平等弦、三鉸拱（1）三角形：一般用于陡坡情況，有檁屋蓋。缺點(diǎn)：弦桿內(nèi)力不均勻，支座內(nèi)力大，跨中很小。（2）梯形屋架：優(yōu)點(diǎn)：外

9、形與彎矩圖相近，因而弦桿內(nèi)力沿跨度內(nèi)分布較均勻，用料經(jīng)濟(jì)。按腹桿布置可分為人字式和再分式，原則是使上弦桿不受節(jié)間荷載，在跨度較大的時(shí)候必須這樣做。（3）平行弦屋架：常用作單坡屋面及托架，規(guī)格統(tǒng)一，構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于制造，但弦桿內(nèi)力很不均勻。（4）三鉸拱屋架，主要用于輕型鋼屋架，跨度18m。3屋架的主要尺寸：跨度、跨中高度及端度高度（梯形）（1）跨度：柱網(wǎng)軸線(xiàn)間距為屋架的標(biāo)志跨度，一般以3m為模數(shù)，計(jì)算跨度是屋架兩端支座反力的距離。封閉結(jié)合的屋架簡(jiǎn)支于鋼筋混凝土或磚柱時(shí)，考慮屋架一定的構(gòu)造尺寸，非封閉結(jié)合、屋架簡(jiǎn)支于柱上，。封閉結(jié)合且屋架與柱剛接。上柱寬度。非封閉結(jié)合且屋架與柱剛接，兩側(cè)內(nèi)移尺寸。（

10、2）高度：建筑要求及運(yùn)輸要求（3.85m）使桁架桿件總重最小的高度方法：1）確定端高：陡坡梯形屋架為0.51m緩坡梯形屋架：1.82.1m剛接時(shí)一般不小于，一般1.82.4m2）跨中高度：，坡度一般梯形屋架和平行弦屋架：三角形屋架：（3）起拱：為了防止變形過(guò)大影響正常使用，對(duì)于15m的三角形屋架和24m梯形和平行弦屋架，采用起拱，一般為。三鋼屋架桿件設(shè)計(jì)1桿件靜力計(jì)算（1）荷載匯集：永久荷載：屋面構(gòu)造（屋面板、保溫、防水、檁條等）屋架及支撐天窗及吊頂?shù)淖灾乜勺兒奢d：使用活荷（懸掛吊車(chē)、屋面活荷、積灰）風(fēng)荷載雪荷載匯集后的荷載為面荷載，將其化為節(jié)點(diǎn)荷載荷載標(biāo)準(zhǔn)值；荷載分項(xiàng)因數(shù)1）對(duì)永久荷載的分項(xiàng)

11、系數(shù)：當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.2；對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.35； 當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)一般情況下取1.0；對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取0.9。2）對(duì)可變荷載分項(xiàng)系數(shù)：一般情況下應(yīng)取1.4；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于4的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載應(yīng)取1.3。而屋架及支撐自重可按經(jīng)驗(yàn)估算。標(biāo)志跨度，單位m（2）桿件內(nèi)力計(jì)算及組合1）桿力計(jì)算：理想直桿，各桿匯交于節(jié)點(diǎn)，全部鉸接，采用圖解法（不起拱）方法：按比例繪出桁架；將各荷載（桿力）之間劃分區(qū)間，作用單位力；首先作外力平衡；通過(guò)節(jié)點(diǎn)平衡推出各桿力；確定桿力系數(shù)大小及方向（拉、壓）。2）桿力組合：原則組合出可能的最

12、不利的桿件內(nèi)力。全跨永久荷載全跨可變荷載屋架自重單跨屋面板半跨施工荷載全跨永久荷載半跨雪荷2桿件計(jì)算長(zhǎng)度和容許長(zhǎng)細(xì)比（有節(jié)點(diǎn)板的情況）（1）桁架弦桿和單系腹桿：表桁架弦桿和單系腹桿的計(jì)算長(zhǎng)度項(xiàng)次彎曲方向弦桿腹桿支座斜桿和支座豎桿其它腹桿1在桁架平面內(nèi)0.82在桁架平面外3斜平面0.9（2）為兩個(gè)節(jié)間長(zhǎng)度時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度取為：式中較大的壓力，計(jì)算時(shí)取正值。較小的壓力或拉力，壓力取正，拉力取負(fù)。（3）再分式腹桿體系與K形腹桿體系：再分式腹桿體系的受壓主斜桿與K形腹桿體系的豎桿，平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)中心間距離。平面外仍取，式中符號(hào)意義同前。（4）交叉腹桿的計(jì)算長(zhǎng)度平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度取為節(jié)點(diǎn)中心到交叉點(diǎn)間的距離；平面

13、外按下表取值：項(xiàng)次桿件類(lèi)別桿件相交情況平面外的計(jì)算長(zhǎng)度1壓桿相交的另一桿受壓，兩桿在交叉點(diǎn)均不中斷2相交的另一桿受拉，兩桿中有一桿在交叉點(diǎn)中斷，但以節(jié)點(diǎn)板搭接3相交的另一桿受拉，兩桿在交叉點(diǎn)均不中斷4相交的另一桿受拉，此拉桿在交叉點(diǎn)中斷，但以節(jié)點(diǎn)板搭接5拉桿對(duì)于鋼管，輕型鋼屋架等不加節(jié)點(diǎn)板的結(jié)構(gòu)，由于弦桿的嵌固作用小，故取計(jì)兩個(gè)方向的計(jì)算長(zhǎng)度3截面形式和選擇（1）形式截面形式：原則等穩(wěn)定通常選用雙角鋼組成字形截面，前面已經(jīng)確定了各桿件的平面內(nèi)及平面外的長(zhǎng)細(xì)比，通過(guò)等穩(wěn)定原則，可以確定各桿件的截面形式，有時(shí)為了解決構(gòu)造問(wèn)題，再進(jìn)行必要調(diào)整，如下弦桿為了連接支撐，采用不等肢角鋼短肢相并，端豎桿，應(yīng)用不等肢角鋼長(zhǎng)肢相并，為了連接垂直支撐，通常用等肢角鋼，等等。（2）截面選擇：1）按強(qiáng)度及穩(wěn)定選擇截面（按第四章），同時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足容許長(zhǎng)細(xì)比的要求。對(duì)于拉桿應(yīng)考慮螺柱孔的削弱，當(dāng)孔距節(jié)點(diǎn)板邊緣大于100mm時(shí)，可不考慮截面削弱。2）為了保證兩個(gè)角鋼共同工作要求在兩處角鋼之間加設(shè)墊板，且每桿兩固定支撐點(diǎn)間不少于2塊墊板。（壓桿）（拉桿）3）為了便于下料制作，桿件種類(lèi)一般不超過(guò)56種。（3）高度：即跨中最大高度，由經(jīng)濟(jì)、剛度及建筑要求及運(yùn)輸界限（3.85m）最小高度由而定。4節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）一般