建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計第一章(一)

第一章單層廠房(chǎngfáng)結(jié)構(gòu)§1.1廠房(chǎngfáng)結(jié)構(gòu)的形式和布置§1.2廠房(chǎngfáng)結(jié)構(gòu)的框架形式§1.3框架柱設(shè)計特點§1.4屋蓋結(jié)構(gòu)§1.5吊車梁設(shè)計特點§1.6輕型門式剛架結(jié)構(gòu)§1.7墻架體系精品資料§1.1廠房(chǎngfáng)結(jié)構(gòu)的形式和布置一、廠房結(jié)構(gòu)的組成單層廠房鋼結(jié)構(gòu)是由屋蓋結(jié)構(gòu)、柱、吊車梁、制動(zhìdònɡ)梁（或桁架）、各種支撐以及墻架等構(gòu)件組成的空間體系，詳見圖1.1。上述構(gòu)件按其作用分為以下幾類：(1)橫向框架：柱+屋架；(2)屋蓋結(jié)構(gòu)：橫梁+托架+中間屋架+天窗架+檁條等；(3)支撐體系：屋蓋支撐+柱間支撐；(4)吊車梁和制動(zhìdònɡ)梁（或制動(zhìdònɡ)桁架）；(5)墻架：承受墻體的自重和風(fēng)荷載。精品資料圖1-1廠房結(jié)構(gòu)的組成(zǔchénɡ)實例（a無檁屋蓋；b有檁屋蓋）精品資料圖1-2廠房(chǎngfáng)結(jié)構(gòu)的工程實例精品資料圖1-3廠房(chǎngfáng)結(jié)構(gòu)的工程實例精品資料圖1-4廠房結(jié)構(gòu)(jiégòu)的工程實例精品資料圖1-3a太原理工大土木工程(tǔmùgōngchéng)實驗室（無檁體系）精品資料圖1-3b太原理工大土木工程(tǔmùgōngchéng)實驗室（無檁體系）精品資料圖1-3c太原理工大土木工程(tǔmùgōngchéng)實驗室（無檁體系）精品資料圖1-4重型(zhòngxíng)工業(yè)廠房（有檁體系）精品資料二、柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置是確定單層鋼結(jié)構(gòu)廠房承重柱在平面上的排列。進行柱網(wǎng)布置時，應(yīng)注意以下幾方面的問題(wèntí)：(1)應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝要求(2)應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的要求(3)應(yīng)符合經(jīng)濟合理的原則(4)應(yīng)符合柱距規(guī)定要求三、溫度伸縮縫溫度變化引起結(jié)構(gòu)變形和溫度應(yīng)力，應(yīng)在廠房的橫向和縱向設(shè)置溫度伸縮縫。精品資料圖1-5柱網(wǎng)布置(bùzhì)精品資料溫度伸縮縫的布置取決于廠房(chǎngfáng)的縱向和橫向長度。規(guī)范規(guī)定，當(dāng)溫度區(qū)段超過表1-1的數(shù)值時，應(yīng)考慮溫度應(yīng)力。結(jié)構(gòu)情況縱向溫度區(qū)段(垂直屋架或構(gòu)架跨度方向)橫向溫度區(qū)段(屋架或構(gòu)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(qū)的房屋220120150熱車間和采暖地區(qū)的非采暖房屋180100125露天結(jié)構(gòu)120----溫度(wēndù)區(qū)段長度表1-1溫度伸縮縫最普遍的做法：設(shè)置雙柱+單柱溫度伸縮縫。精品資料§1.2廠房結(jié)構(gòu)(jiégòu)的框架形式單層廠房的基本承重(chéngzhòng)結(jié)構(gòu)通常采用框架結(jié)構(gòu)體系。橫向框架按其靜力計算模式分：橫梁與柱鉸接+橫梁與柱剛接兩種情況。一般柱腳與基礎(chǔ)剛接。按跨度分:單跨、雙跨和多跨。一、橫向框架主要尺寸和計算簡圖1.主要尺寸（圖1-6）框架跨度（L0）:上部柱中心線間的橫向距離。L0=Lk+2S;S=B+D+b1/2框架高度（H）:柱腳底面到橫梁下弦底部的距離。H=h1+h2+h3;h1=A+100+（150～200）精品資料H2H1圖1-6框架(kuànɡjià)主要尺寸精品資料式中：LK——橋式吊車的跨度；S——由吊車梁軸線至上(zhìshàng)段柱軸線的距離，中型廠房一般采用0.75m或1.0m，重型廠房為1.25m或2.0m；B——吊車橋架懸伸長度；D——吊車外緣和柱內(nèi)邊緣之間的必要空隙；b1——上段柱寬度；h1——吊車軌頂至屋架下弦底面的距離；h2——地面至吊車軌頂?shù)母叨?，由工藝要求確定；h3——地面至柱腳底面的距離，中型車間約為0.8m～1.0m，重型車間約為1.0m～1.2m；精品資料2.計算簡圖橫向框架梁與柱的連接形式(xíngshì)：剛接框架:（a）、（b）橫梁與柱子的剛接連接鉸接框架:（c）橫梁與柱子的鉸接連接。（a）（b）（c）圖1-7橫向(hénɡxiànɡ)框架的計算簡圖精品資料圖1-8橫向框架的高度(gāodù)取值方法精品資料計算簡圖中兩個參數(shù)的取值：Ⅰ.計算跨度L0—兩上柱軸線之間的距離(jùlí)；Ⅱ.計算高度H—梁柱連接方式（剛接or鉸接；上承式or下承式）+橫梁剛度是否∞；（1）梁柱剛接+橫梁剛度∞：柱腳底面至框架下弦軸線的距離(jùlí)；（2）梁柱剛接+橫梁剛度有限：柱腳底面至橫梁端部形心的距離(jùlí)；（3）梁柱鉸接+橫梁上承式：柱腳底面至橫梁主要支撐節(jié)點間距離(jùlí)；（4）梁柱鉸接+橫梁下承式：柱腳底面至橫梁主要支撐節(jié)點間距離(jùlí)；補充：柱頂剛接，橫梁剛度是否∞判別方法：（1）轉(zhuǎn)動剛度S判別法：（1-1）精品資料式中：—橫梁在A點的抗彎剛度，即當(dāng)橫梁遠端固定，使近端A點轉(zhuǎn)動單位轉(zhuǎn)角時在A點所需施加的彎矩值；—柱在A點的抗彎剛度，即使柱子轉(zhuǎn)動單位轉(zhuǎn)角時在A點所需施加的彎矩值；滿足(mǎnzú)上式（1-1）時，橫梁可認為無限剛，否則為有限剛。（2）慣性矩I判別法：式中：I0、I1—橫梁和柱下段的慣性矩；H、L—框架的計算高度和跨度。當(dāng)H/L〉1.0時，按H/L=1.0計算。滿足(mǎnzú)上式（1-2）時，橫梁可認為無限剛，否則為有限剛。上述兩種方法，第二種較為簡便。（1-2）精品資料二、橫向框架的荷載(hèzài)和內(nèi)力1.荷載(hèzài)a.永久荷載(hèzài):結(jié)構(gòu)自重+屋蓋+墻面等自重；b.可變荷載(hèzài):屋面活荷載(hèzài)、風(fēng)、雪、積灰、吊車荷載(hèzài)及地震荷載(hèzài)。注:Ⅰ.荷載(hèzài)分項系數(shù)取值；Ⅱ.風(fēng)荷載(hèzài)的簡化；Ⅲ.吊車的組合等。2.內(nèi)力分析和內(nèi)力組合a.分析原則：各種荷載(hèzài)作用應(yīng)分別進行框架內(nèi)力分析，后組合；b.構(gòu)件內(nèi)力組合：Ⅰ.框架柱：上柱上端和下段+下柱上端和下端—4個控制截面;3組內(nèi)力組合:+Mmax,N,V；-Mmax,N,V；Nmax,M,V。Ⅱ.柱腳錨栓：2組內(nèi)力組合:+Mmax,N,V；-Mmax,N,V；精品資料Ⅲ.剛接屋架：4組內(nèi)力組合:（1）屋架下弦產(chǎn)生最大壓力；（2）屋架上弦產(chǎn)生最大壓力，同時(tóngshí)下弦桿產(chǎn)生最大拉力；（3）屋架腹桿產(chǎn)生最大拉力；（4）屋架腹桿產(chǎn)生最大壓力；圖1-9框架(kuànɡjià)橫梁端彎矩最不利組合精品資料三、框架柱的類型1.結(jié)構(gòu)形式分：等截面柱、階形柱和分離式柱；2.截面形式分：實腹式柱和格構(gòu)式柱；四、縱向框架柱的柱間支撐上層柱間支撐：吊車梁上部的柱間支撐；下層柱間支撐：吊車梁下部的柱間支撐；1.柱間支撐布置(bùzhì)：1）每列柱都要設(shè)柱間支撐；2）多跨廠房的中列柱的柱間支撐要與邊列柱的柱間支撐布置(bùzhì)在同一柱間；3）下層柱間支撐一般宜布置(bùzhì)在溫度區(qū)段的中部，以減少縱向溫；精品資料柱間支撐下層柱間支撐上層柱間支撐圖1-10柱間支撐(zhīchēng)精品資料溫度應(yīng)力的影響。4）上層柱間支撐除了要在下層柱間支撐布置的柱間設(shè)置外,還應(yīng)、當(dāng)在每個溫度區(qū)段的兩端設(shè)置。5）每列柱頂均要布置剛性系桿。2.柱間支撐作用1）承受并傳遞縱向水平荷載：風(fēng)荷載、吊車縱向水平荷載、縱向地震力等。2）減少柱在平面外的計算長度。3）保證廠房(chǎngfáng)的縱向剛度。3.柱間支撐形式精品資料(a)單層十字形(b)人字形(c)門形(d)雙層十字形下層(xiàcéng)柱間支撐的形式(a)十字形(zìxínɡ)(b)人字形(zìxínɡ)(c)V字形(zìxínɡ)上層柱間支撐的形式圖1-11柱間支撐形式精品資料§1.3框架(kuànɡjià)柱設(shè)計特點一、柱的計算長度等截面柱—6.5節(jié)確定?！兑?guī)范》5.3.4條：單層廠房框架下段剛性固定的階形柱，下段柱的計算長度系數(shù)取決于上段柱和下段柱的線剛度(ɡānɡdù)比值和臨界力參數(shù)。1.單階柱—平面內(nèi)計算長度a.下段柱的計算長度系數(shù)：當(dāng)柱上端與橫梁鉸接時，按規(guī)范（柱上端為自由的單階柱）的數(shù)值×折減系數(shù)；當(dāng)柱上端與橫梁剛接時，按規(guī)范（柱上端可移動但不轉(zhuǎn)動的單階柱）的數(shù)值×折減系數(shù)；精品資料b.上段柱的計算長度系數(shù)：2.雙階柱—平面內(nèi)計算長度a.下段柱的計算長度系數(shù)：當(dāng)柱上端與橫梁鉸接時，按規(guī)范（柱上端為自由的雙階柱）的數(shù)值(shùzí)×折減系數(shù)；當(dāng)柱上端與橫梁剛接時，按規(guī)范（柱上端可移動但不轉(zhuǎn)動的雙階柱）的數(shù)值(shùzí)×折減系數(shù)；b.上段柱和中段柱的計算長度系數(shù)和：精品資料3.框架柱—平面外計算長度阻止框架平面外位移的側(cè)向支承點之間的距離(jùlí)。注：側(cè)向支承點—柱間支撐的節(jié)點；與此節(jié)點相連的縱向構(gòu)件（如吊車梁、制動結(jié)構(gòu)、輔助桁架、托架、縱梁和剛性系桿等）；柱在框架平面外處，柱腳和連接節(jié)點可視為鉸接。二、柱的截面驗算上段柱—實腹式壓彎構(gòu)件；下段柱—格構(gòu)式壓彎構(gòu)件：平面內(nèi)整體穩(wěn)定+分肢穩(wěn)定；三、肩梁的構(gòu)造和計算肩梁—上、下柱連接和傳遞吊車梁支反力的重要部位；分單壁式和雙壁式兩種。由上蓋板、下蓋板、腹板及墊板組成。精品資料構(gòu)造要求：肩梁慣