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1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章屋蓋結(jié)構(gòu)1、廠房結(jié)構(gòu)的形式和布置2、廠房結(jié)構(gòu)的框架形式3、屋蓋結(jié)構(gòu)4、框架柱設(shè)計(jì)特點(diǎn)5、輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)6、吊車梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)7、墻架體系第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure7.1.1單層廠房鋼結(jié)構(gòu)的組成 單層廠房鋼結(jié)構(gòu)一般是由屋蓋結(jié)構(gòu)、柱、吊車梁、制動(dòng)梁(或制動(dòng)桁架)、各種支撐以及墻架等構(gòu)件組成的空間體系(圖7.1)。這些構(gòu)件按其作用可分為下面幾類: 第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel
2、Structure第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure7.1第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure (1)、橫向框架由柱和它所支承的屋架或屋蓋橫梁組成,是單層廠房鋼結(jié)構(gòu)的主要承重體系,承受結(jié)構(gòu)的自重、風(fēng)、雪荷載和吊車的豎向與橫向荷載,并把這些荷載傳遞到基礎(chǔ)。(2)、屋蓋結(jié)構(gòu)承擔(dān)屋蓋荷載的結(jié)構(gòu)體系,包括橫向框架的橫梁、托架、中間屋架、天窗架、檁條等。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure (3)、支
3、撐體系包括屋蓋部分的支撐和柱間支撐等,它一方面與柱、吊車梁等組成單層廠房鋼結(jié)構(gòu)的縱向框架,承擔(dān)縱向水平荷載;另一方面又把主要承重體系由個(gè)別的平面結(jié)構(gòu)連成空間的整體結(jié)構(gòu),從而保證了單層廠房鋼結(jié)構(gòu)所必需的剛度和穩(wěn)定。 (4)、吊車梁和制動(dòng)梁(或制動(dòng)桁架)主要承受吊車豎向及水平荷載,并將這些荷載傳到橫向框架和縱向框架上。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure(5)、墻架承受墻體的自重和風(fēng)荷載。 此外,還有一些次要的構(gòu)件如梯子、走道、門窗等。在某些單層廠房鋼結(jié)構(gòu)中,由于工藝操作上的要求,還設(shè)有工作平臺。 第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理
4、Design Principles of Steel Structure7.1.2柱網(wǎng)和溫度伸縮縫的布置一、柱網(wǎng)布置 7.2第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure進(jìn)行柱網(wǎng)布置時(shí),應(yīng)注意以下幾方面的問題:(1)應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝要求。廠房是直接為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的,不同性質(zhì)的廠房具有不同的生產(chǎn)工藝流程,各種工藝流程所需主要設(shè)備、產(chǎn)品尺寸和生產(chǎn)空間都是決定跨度和柱距的主要因素。柱的位置(包括柱下基礎(chǔ)的位置)應(yīng)和地上(地下)設(shè)備、機(jī)械及起重運(yùn)輸設(shè)備等相協(xié)調(diào)。此外,柱網(wǎng)布置尚應(yīng)考慮未來生產(chǎn)發(fā)展和生產(chǎn)工藝的可能變動(dòng)。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理
5、 Design Principles of Steel Structure(2)應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的要求。為了保證車間的正常使用,使廠房具有必要的剛度,應(yīng)盡量將柱布置在同一橫向軸線上,以便與屋架或橫梁組成橫向框架,提供盡可能大的橫向剛度。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure(3)應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)合理的原則。柱距大小對結(jié)構(gòu)的用鋼量影響較大,較經(jīng)濟(jì)的柱距可通過具體方案比較確定,例如,在柱子較高、跨度較大而吊車起重量又較小的車間中,采用大柱距可能是經(jīng)濟(jì)合理的。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel S
6、tructure為了降低制作和安裝工作量,應(yīng)盡量實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化,滿足廠房建筑統(tǒng)一化基本規(guī)則的規(guī)定:當(dāng)單層廠房鋼結(jié)構(gòu)跨度小于或等于18m時(shí),應(yīng)以3m為模數(shù),即9m、12m、15m、18m;當(dāng)廠房跨度大于18m時(shí),則以6m為模數(shù),即24m、30m、36m。但是當(dāng)工藝布置和技術(shù)經(jīng)濟(jì)有明顯的優(yōu)越性時(shí),也可采用21m、27m、33m等。廠房的柱距一般采用6m較為經(jīng)濟(jì),當(dāng)工藝有特殊要求時(shí),可局部抽柱,即柱距做成12m;對某些有擴(kuò)大柱距要求的單層廠房鋼結(jié)構(gòu)也可采用9m及12m柱距。 第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure二、溫度
7、伸縮縫 溫度變化將引起結(jié)構(gòu)變形,使廠房鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。故當(dāng)廠房平面尺寸較大時(shí),為避免產(chǎn)生過大的溫度變形和溫度應(yīng)力,應(yīng)在廠房鋼結(jié)構(gòu)的橫向和縱向設(shè)置溫度伸縮縫。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 溫度伸縮縫的布置決定于廠房鋼結(jié)構(gòu)的縱向和橫向長度??v向很長的廠房在溫度變化時(shí),縱向構(gòu)件伸縮的幅度較大,引起整個(gè)結(jié)構(gòu)變形,使構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力,并可能導(dǎo)致墻體和屋面的破壞。為了避免這種不利后果的產(chǎn)生,常采用橫向溫度伸縮縫將單層廠房鋼結(jié)構(gòu)分成伸縮時(shí)互不影響的溫度區(qū)段。按規(guī)范規(guī)定,當(dāng)溫度區(qū)段長度不超過表7.1的數(shù)值時(shí),可不計(jì)算溫度應(yīng)
8、力。 第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure7.1第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure溫度伸縮縫最普遍的做法是設(shè)置雙柱。即在縫的兩旁布置兩個(gè)無任何縱向構(gòu)件聯(lián)系的橫向框架,使溫度伸縮縫的中線和定位軸線重合(圖7. 2,a);在設(shè)備布置條件不允許時(shí),可采用插入距的方式(圖7. 2,b),將縫兩旁的柱放在同一基礎(chǔ)上,其軸線間距一般可采用1m,對于重型廠房由于柱的截面較大,可能要放大到1.5m或2m,有時(shí)甚至到3m,方能滿足溫度伸縮縫的構(gòu)造要求。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)
9、計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 為節(jié)約鋼材也可采用單柱溫度伸縮縫,即在縱向構(gòu)件(如托架、吊車梁等)支座處設(shè)置滑動(dòng)支座,以使這些構(gòu)件有伸縮的余地。不過單柱伸縮縫使構(gòu)造復(fù)雜,實(shí)際應(yīng)用較少。當(dāng)廠房寬度較大時(shí),也應(yīng)該按規(guī)范規(guī)定布置縱向溫度伸縮縫。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure7.2廠房結(jié)構(gòu)的框架形式 廠房的主要承重結(jié)構(gòu)通常采用框架體系,因?yàn)榭蚣荏w系的橫向剛度較大,且能形成矩形的內(nèi)部空間,使于橋式吊車運(yùn)行,能滿足使用上的要求。 廠房橫向框架的柱腳一般與基礎(chǔ)剛接,而柱頂可分為鉸接和剛
10、接兩類。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 柱頂鉸接時(shí)下柱的彎矩較大,廠房橫向剛度差,因此,一般用于多跨廠房或廠房高度不大而剛度容易滿足的情況。當(dāng)采用鋼屋架、鋼筋混凝土柱的混合結(jié)構(gòu)時(shí),也常采用鉸接框架形式。 鋼結(jié)構(gòu)的單跨廠房框架常采用柱頂剛接方案。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure7.2.1橫向框架主要尺寸和計(jì)算簡圖7.2.1.1主要尺寸框架的跨度:一般取為上部柱中心線間的橫向距離。如圖:7.3第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principl
11、es of Steel Structure7.2橫向框架的荷載和內(nèi)力作用在橫向框架上的荷載可分為: 永久性荷載 可變荷載兩種第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure7.2.3框架柱的類型 框架柱按結(jié)構(gòu)形式可分為等截面柱、階形柱和分離式柱三大類。等截面柱有實(shí)腹式和格構(gòu)式兩種。(圖7.8(a)(b)階形柱也分為實(shí)腹式和格構(gòu)式兩種。(如圖7.8(c)(d)(e)分離式柱有支撐屋蓋結(jié)構(gòu)的屋蓋肢和支撐吊車梁或吊車桁架肢所組成,兩柱肢之間用水平板相連接。(如圖7.8(f)第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of
12、 Steel Structure7.2.4縱向框架柱間支撐7.2.4.1縱向框架柱間支撐的作用和布置 柱間支撐與廠房鋼結(jié)構(gòu)框架柱相連接,其作用為:(1)、組成堅(jiān)強(qiáng)的縱向構(gòu)架,保證單層廠房鋼結(jié)構(gòu)的縱向剛度;(2)、承受單層廠房鋼結(jié)構(gòu)端部山墻的風(fēng)荷載、吊車縱向水平荷載及溫度應(yīng)力等,在地震區(qū)尚應(yīng)承受縱向地震作用,并將這些力和作用傳至基礎(chǔ)。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure(3)、可作為框架柱在框架平面外的支點(diǎn),減少柱在框架平面外的計(jì)算長度。柱間支撐由兩部分組成:在吊車梁以上的部分稱為上層支撐,吊車梁以下部分稱為下層支撐。下層柱間支
13、撐與柱和吊車梁一起在縱向組成剛性很大的懸臂桁架。為了使縱向構(gòu)件在溫度發(fā)生變化時(shí)能較自由地伸縮,盡量減少溫度應(yīng)力,下層支撐應(yīng)該設(shè)在溫度區(qū)段中部。只有當(dāng)?shù)踯囄恢酶叨囬g總長度又很短(如混鐵爐車間),下層支撐設(shè)在兩端不會產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力,而對廠房縱向剛度卻能提高很多時(shí),放在兩端才是合理的。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure圖7.9第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure7.2.4.2柱間支撐的形式 柱間支撐按結(jié)構(gòu)形式可分為十字交叉式、八字式、門架式等(圖7.10a)
14、。十字交叉支撐的構(gòu)造簡單、傳力直接、用料節(jié)省,使用最為普遍,其斜桿傾角宜為45左右。上層支撐在柱間距較大時(shí)可改用斜桿(圖7.10.d);下層支撐高而不寬者可以用兩個(gè)十字形,高而剛度要求嚴(yán)格者可以占用兩個(gè)開間(圖7.10.c)。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 當(dāng)柱間距較大或十字撐妨礙生產(chǎn)空間時(shí),可采用門架式支撐(圖7.10.d)。圖7.10.e的支撐形式,上層為V形,下層為人字形,它與吊車梁系統(tǒng)的連接應(yīng)做成能傳遞縱向水平力而豎向可自由滑動(dòng)的構(gòu)造。 第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of S
15、teel Structure圖7.10第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure7.3屋蓋結(jié)構(gòu)7.4.1鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的形式鋼屋蓋結(jié)構(gòu)通常由屋面、檁條、屋架、托架和天窗架等構(gòu)件組成。根據(jù)屋面材料和屋面結(jié)構(gòu)布置情況的不同,可分為無檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系和有檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系。 第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure一、無檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系無檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系(圖7.1.a)中屋面板通常采用鋼筋混凝土大型屋面板。屋架的間距應(yīng)與屋面板的長度配合一致,通常為6m。這種屋面板上一般采用卷材防水屋面,通
16、常適用于較小屋面坡度,常用坡度為1:81:12,因此常采用梯形屋架做為主要承重構(gòu)件。無檁體系屋蓋屋面構(gòu)件的種類和數(shù)量少,構(gòu)造簡單,安裝方便,施工速度快,且屋蓋剛度大,整體性能好;但屋面自重大,常要增大屋架桿件和下部結(jié)構(gòu)的截面,對抗震也不利。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure二、有檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系有檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系(圖7.1.b)常用于輕型屋面材料的情況。如壓型鋼板、壓型鋁合金板、石棉瓦、瓦楞鐵皮等。屋架間距通常為6m;當(dāng)柱距大于或等于12m時(shí),則用托架支承中間屋架,一般適用于較陡的屋面坡度以便排水,常用坡度為1:21:3,因此常
17、采用三角形屋架做為主要承重構(gòu)件。當(dāng)采用較好的防水措施用壓型鋼板做屋面時(shí),屋面坡度也可做到1:12或更小,此時(shí)也可用H型鋼梁做為主要承重構(gòu)件。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 有檁體系屋蓋可供選用的屋面材料種類較多,屋架間距和屋面布置較靈活,自重輕,用料省,運(yùn)輸和安裝較輕便;但構(gòu)件的種類和數(shù)量多,構(gòu)造較復(fù)雜。在選用屋蓋結(jié)構(gòu)體系時(shí),應(yīng)全面考慮房屋的使用要求、受力特點(diǎn)、材料供應(yīng)情況以及施工和運(yùn)輸條件等,以確定最佳方案。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure三、天窗
18、架形式在工業(yè)廠房中,為了滿足采光和通風(fēng)等要求,常需在屋蓋上設(shè)置天窗。天窗的形式有縱向天窗、橫向天窗和井式天窗三種。后兩種天窗的構(gòu)造較為復(fù)雜,較少采用。最常用的是沿房屋縱向在屋架上設(shè)置天窗架(圖7.1.5),該部分的檁條和屋面板由屋架上弦平面移到天窗架上弦平面,而在天窗架側(cè)柱部分設(shè)置采光窗。天窗架支承于屋架之上,將荷載傳遞到屋架。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure7.1.5第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure四、托架形式在工業(yè)廠房的某些部位,常因放置設(shè)備或交通
19、運(yùn)輸要求而需局部少放一根或幾根柱。這時(shí)該處的屋架(稱為中間屋架)就需支承在專門設(shè)置的托架上(如下圖)。托架兩端支承于相鄰的柱上,跨中承受中間屋架的反力。鋼托架一般做成平行弦桁架,其跨度一般不大,但所受荷載較重。鋼托架通常做在與屋架大致同高度的范圍內(nèi),中間屋架從側(cè)面連接于托架的豎桿,構(gòu)造方便且屋架和托架的整體性、水平剛度和穩(wěn)定性都好。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 當(dāng)鋼屋蓋以平面桁架作為主要承重構(gòu)件時(shí),各個(gè)平面桁架(屋架
20、)要用各種支撐及縱向桿件(系桿)連成一個(gè)空間幾何不變的整體結(jié)構(gòu),才能承受荷載。這些支撐及系桿統(tǒng)稱為屋蓋支撐。它由上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、下弦縱向水平支撐、垂直支撐及系桿組成下面分別介紹各類支撐及系桿的位置、組成、形式及計(jì)算和構(gòu)造。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure(1)、上弦橫向水平支撐上弦橫向水平支撐一般布置在屋蓋兩端(或每個(gè)溫度區(qū)段的兩端)的兩榀相鄰屋架的上弦桿之間,位于屋架上弦平面沿屋架全跨布置,形成一平行弦桁架,其節(jié)間長度為屋架節(jié)間距的24倍。它的弦桿即屋架的上弦桿,腹桿由交叉的斜桿及豎桿組成。交叉的斜桿
21、一般用單角鋼或圓鋼制成(按拉桿計(jì)算),豎桿常用雙角鋼的T型截面。當(dāng)屋架有檁條時(shí),豎桿由檁條兼任。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure(2)、下弦橫向水平支撐下弦橫向水平支撐布置在與上弦橫向水平支撐同一開間,它也形成一個(gè)平行弦桁架,位于屋架下弦平面。其弦桿即屋架的下弦,腹桿也是由交叉的斜桿及豎桿組成,其形式和構(gòu)造與上弦橫向水平支撐相同。橫向水平支撐的間距不宜大于60m,當(dāng)溫度區(qū)段長度較長時(shí),應(yīng)在中部增設(shè)上下弦橫向水平支撐。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure(3
22、)、下弦縱向水平支撐它位于屋架下弦兩端節(jié)間處,位于屋架下弦平面,沿房屋全長布置,也組成一個(gè)具有交叉斜桿及豎桿的平行弦桁架,它的端豎桿就是屋架端節(jié)間的下弦。下弦縱向水平支撐與下弦橫向水平支撐共同構(gòu)成一個(gè)封閉的支撐框架,以保證屋蓋結(jié)構(gòu)有足夠的水平剛度。 一般情況下,屋架可以不設(shè)置下弦縱向水平支撐,僅在房屋有較大起重量的橋式吊車、壁行吊車或鍛錘等較大振動(dòng)設(shè)備,以及房屋高度或跨度較大或空間剛度要求較大時(shí),才設(shè)置下弦縱向水平支撐。此外,在房屋設(shè)有托架處,為保證托架的側(cè)向穩(wěn)定,在托架范圍及兩端各延伸一個(gè)柱間應(yīng)設(shè)置下弦縱向水平支撐。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of S
23、teel Structure(4)、垂直支撐垂直支撐位于上、下弦橫向水平支撐同一開間內(nèi),形成一個(gè)跨長為屋架間距的平行弦桁架。它的上、下弦桿分別為上、下弦橫向水平支撐的豎桿,它的端豎桿就是屋架的豎桿(或斜腹桿)。垂直支撐中央腹桿的形式由支撐桁架的高跨比決定,一般常采用W形或雙節(jié)間交叉斜桿等形式。腹桿截面可采用單角鋼或雙角鋼形截面。 跨度小于30m的梯形屋架通常在屋架兩端和跨度中央各設(shè)置一道垂直支撐。當(dāng)跨度大于30m時(shí),則在兩端和跨度1/3處分別共設(shè)四道。一般情況下,跨度小于18m的三角形屋架只需在跨度中央設(shè)一道垂直支撐,大于18m時(shí)則在1/3跨度處共設(shè)兩道。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Des
24、ign Principles of Steel Structure(5)、在沿廠房縱向每間隔46個(gè)屋架應(yīng)設(shè)置垂直支撐,以保證屋架安裝時(shí)的穩(wěn)定性。系桿在未設(shè)橫向支撐的開間,相鄰平面屋架由系桿連接。系桿通常在屋架兩端,有垂直支撐位置的上、下弦節(jié)點(diǎn)以及屋脊和天窗側(cè)柱位置,沿房屋縱向通長布置。系桿對屋架上、下弦桿提供側(cè)向支承,因此必要時(shí),還應(yīng)根據(jù)控制這些弦桿長細(xì)比的要求按一定距離增設(shè)中間系桿。對于有檁屋蓋,檁條可兼作系桿。系桿中只能承受拉力的稱為柔性系桿,設(shè)計(jì)時(shí)可按容許長細(xì)比400(有重級工作制吊車的廠房為350)控制,常采用單角鋼或張緊的圓鋼拉條(此時(shí)不控制長細(xì)比);能承受壓力的稱剛性系桿,設(shè)計(jì)時(shí)可
25、按200控制,常用雙角鋼形或十字形截面。一般在屋架下弦端部及上弦屋脊處需設(shè)置剛性系桿,其它可設(shè)柔性系桿。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure從前述屋蓋支撐的布置及組成不難理解,屋蓋支撐雖不是主要承重構(gòu)件,但它對保證主要承重構(gòu)件屋架正常工作起著重要作用。具體地說,這些作用是:(1)保證屋蓋形成空間幾何不變結(jié)構(gòu)體系,增大其空間剛度。(2)承受屋蓋各種縱向、橫向水平荷載(如風(fēng)載、吊車制動(dòng)力、地震力等),并將其傳至屋架支座。(3)為上、下弦桿提供側(cè)向支撐點(diǎn),減小弦桿在屋架平面外的計(jì)算長度,提高其側(cè)向剛度和穩(wěn)定性。(4)保證屋蓋結(jié)構(gòu)安裝
26、時(shí)的便利和穩(wěn)定。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure7-5輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 門式剛架尺寸應(yīng)符合下列規(guī)定:(1)、門式剛架的跨度,應(yīng)取橫向剛架柱軸線間的距離。(2)、門式剛架的高度,應(yīng)取地坪至柱軸線與斜梁軸線交點(diǎn)的高度。門式剛架的高度,應(yīng)根據(jù)使用要求的室內(nèi)凈高確定,設(shè)有吊車的廠房應(yīng)根據(jù)軌頂標(biāo)高和吊車凈高要求而定。(3)、柱的軸線可取通過柱下端(較小端)中心的豎向軸線。工業(yè)建筑邊柱的定位軸線宜取柱外皮。斜梁的軸線可取通過變截面梁段最小端中心與斜梁上表面平行的軸線。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Princi
27、ples of Steel Structure (4)、門式剛架輕型房屋的建筑尺寸:其檐口高度,應(yīng)取地坪至房屋外側(cè)檁條上緣的高度;其最大高度,應(yīng)取地坪至屋蓋頂部檁條上緣的高度;其寬度,應(yīng)取房屋側(cè)墻墻梁外皮之間的距離;其長度,應(yīng)取兩端山墻墻梁外皮之間的距離。(5)、門式剛架的跨度,宜為936m,以3m為模數(shù)。邊柱的寬度不相等時(shí),其外側(cè)要對齊。(6)、門式剛架的高度,宜為4.59.0m,必要時(shí)可適當(dāng)加大。當(dāng)有橋式吊車時(shí)不宜大于12m。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure(7)、門式剛架的間距,即柱網(wǎng)軸線在縱向的距離宜為6m,也可采
28、用7.5m或9m,最大可用12m??缍容^小時(shí)可用4.5m。(8)、挑檐長度可根據(jù)使用要求確定,宜采用0.51.2m,其上翼緣坡度宜與斜梁坡度相同。門式剛架的形式分為單跨雙坡、雙跨單坡、多跨雙坡以及帶挑檐和帶毗屋的剛架(圖9.9.1)等。多跨剛架中間柱與剛架斜梁的連接,可采用鉸接。多跨剛架宜采用雙坡或單坡屋蓋,必要時(shí)也可采用由多個(gè)雙坡單跨相連的多跨剛架形 第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure7.5結(jié)構(gòu)形式和布置 一、結(jié)構(gòu)形式
29、門式剛架的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的。按構(gòu)件體系分,有實(shí)腹式與格構(gòu)式;按截面形式分,有等截面與變截面;按結(jié)構(gòu)選材分,有普通型鋼和薄壁型鋼。實(shí)腹剛架的截面一般為工字形;格構(gòu)式剛架的整體截面為矩形或三角形。門式剛架的橫梁與柱為剛接,柱腳與基礎(chǔ)宜采用鉸接;當(dāng)水平荷載較大,檐口標(biāo)高較高或剛度要求較高時(shí),柱腳與基礎(chǔ)可采用剛接。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure變截面與等截面相比,前者可適應(yīng)變矩變化,節(jié)約材料,但在構(gòu)造連接及加工制造方面,不如等截面方便,故當(dāng)剛架跨度較大或房屋較高時(shí)才設(shè)計(jì)成變截面。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design
30、Principles of Steel Structure二、結(jié)構(gòu)平面布置 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的縱向溫度區(qū)段不大于300m,橫向溫度區(qū)段長度不大于150m,當(dāng)有計(jì)算依據(jù)時(shí),溫度區(qū)段長度可適當(dāng)增大。當(dāng)需要設(shè)置伸縮縫時(shí),可在搭接檁條的螺栓連接處采用長圓孔并使該處屋面板在構(gòu)造上允許脹縮;或者設(shè)置雙柱。在多跨剛架局部抽掉中柱處,可布置托架。山墻處可設(shè)置由斜梁、抗風(fēng)柱和墻架組成的山墻墻架,或直接采用門式剛架。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure三、墻梁布置 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)側(cè)墻墻梁的布置,應(yīng)考慮設(shè)置門窗、挑檐、遮雨篷等構(gòu)件和圍
31、護(hù)材料的要求。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的側(cè)墻,在采用壓型鋼板作圍護(hù)面層時(shí),墻梁宜布置在剛架的外側(cè),其間距隨墻板板型及規(guī)格而定,但不應(yīng)大于計(jì)算要求的值。外墻在坑震設(shè)防烈度不高于6度的情況時(shí),可采用輕型鋼墻板或砌體;當(dāng)為7度、8度時(shí),可采用輕型鋼墻板或非嵌砌砌體;當(dāng)為9度時(shí),宜采用輕型鋼墻板或與柱柔性連接的輕質(zhì)墻板。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure四、支撐布置 屋蓋橫向支撐宜設(shè)在溫度區(qū)間端部的第一或第二個(gè)開間。當(dāng)端部支撐設(shè)在第二個(gè)開間時(shí),在第一開間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿。 當(dāng)不允許設(shè)置交叉柱間支撐時(shí),可設(shè)置其它形式的支撐,當(dāng)不
32、允許設(shè)置任何支撐時(shí),可設(shè)置縱向剛架。 第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure作用效應(yīng)計(jì)算 一、變截面剛架內(nèi)力計(jì)算 變截面門式剛架應(yīng)采用彈性分析方法確定各種內(nèi)力。僅在構(gòu)件全部為等截面時(shí)才允許采用塑性分析方法,并按GB50017規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。變截面門式剛架宜按平面結(jié)構(gòu)分析內(nèi)力,一般不考慮受力蒙皮效應(yīng)。當(dāng)有必要且有條件時(shí),可考慮屋面板的受力蒙皮效應(yīng)。內(nèi)力分析可采用有限元法(直接剛度法)計(jì)算,計(jì)算時(shí)應(yīng)將構(gòu)件分為若干段,每段可視為等截面,還可以采用楔形單元。地震作用效應(yīng)可采用底部剪力法分析確定。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Des
33、ign Principles of Steel Structure二、變截面剛架側(cè)移計(jì)算 7.3.47.3.57.3.6第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure中間柱為搖擺柱的兩跨或多跨剛架(圖),柱頂側(cè)移可按式(7.3.4
34、)或式(7.3.5)計(jì)算,但式(7.3.6)中的L應(yīng)以雙坡斜梁全長2S代替,S為單跨坡面長度(圖)。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure7.3.77.3.87.3.67.4.0第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure框架柱設(shè)計(jì)特點(diǎn) 柱在框架平面內(nèi)的計(jì)算長度應(yīng)通過對整個(gè)框架的穩(wěn)定分析確定,但由于框架實(shí)際上是一空間體系,而構(gòu)件內(nèi)部又存在殘余應(yīng)力,要確定臨界荷載比較復(fù)雜。因此,目前對框架的分析,不論是等截
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