第9章單層廠房鋼結(jié)構(gòu)

第9章單層廠房鋼構(gòu)造第一節(jié)單層廠房鋼構(gòu)造的組成及布置原那么1、單層廠房鋼構(gòu)造的組成單層廠房鋼構(gòu)造普通由屋蓋構(gòu)造、柱、吊車梁、制動(dòng)梁〔或制動(dòng)桁架〕、各類支撐及墻架等構(gòu)件組成的空間體系。按其作用分為：1.橫向框架2.屋蓋構(gòu)造3.支撐體系4.吊車梁和制動(dòng)梁鋼屋蓋的類別包括：平面鋼屋架空間桁架：網(wǎng)架2鋼屋蓋構(gòu)造的方式、組成及布置鋼屋蓋構(gòu)造通常由屋面、檁條、屋架、托架和天窗等構(gòu)件組成。根據(jù)屋面資料和屋面構(gòu)造布置情況的不同，可分為無檁屋蓋體系和有檁屋蓋體系。房屋橫向剛度大，整體性、耐久性好；屋面板自艱苦，屋蓋及下部構(gòu)造用料多，對(duì)抗震不利。屋架間距靈敏，構(gòu)件分量輕、施工、安裝方便；屋蓋構(gòu)件數(shù)量多，整體剛度差。1.無檁屋蓋構(gòu)造體系：2.有檁屋蓋構(gòu)造體系：普通用于預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板等重型屋面，將屋面板直接放在屋架上。常用于輕型屋面資料的情況。3.天窗架方式4.托架方式圖9.4.2無檁屋蓋平面屋架在屋架平面外的剛度和穩(wěn)定性很差，不能接受程度荷載。因此，為使屋架構(gòu)造有足夠的空間剛度和穩(wěn)定性，必需在屋架間設(shè)置支撐系統(tǒng)。上弦橫向程度支撐下弦橫向程度支撐下弦縱向程度支撐垂直支撐系桿組成3鋼屋蓋支撐1.上弦橫向程度支撐組成：屋架上弦、斜向桿件、檁條、系桿作用：保證屋架側(cè)向剛度和屋蓋的空間剛度，減小上弦在平面外計(jì)算長度，接受和傳送端墻的風(fēng)荷載。布置：上弦橫向程度支撐普通應(yīng)設(shè)置在房屋兩端或縱向溫度區(qū)段兩端的第一柱間或第二柱間，其最大間距為60m，否那么在中間應(yīng)增設(shè)一道或幾道支撐。有時(shí)可將其布置在第二個(gè)柱間，但在第一個(gè)柱間要設(shè)置剛性系桿以支持端屋架和傳送端墻風(fēng)力。2.下弦橫向程度支撐組成：屋架下弦桿、斜桿、系桿作用：山墻抗風(fēng)柱的支點(diǎn)，接受并傳送程度風(fēng)荷載、懸掛吊車的程度力和地震引起的程度力，減小下弦的平面外計(jì)算長度，減小下弦的振動(dòng)。布置：與上弦橫向支撐布置在同一開間，構(gòu)成穩(wěn)定的空間體系，其最大間距為60m。屋架下弦設(shè)通長縱向支撐時(shí)，宜設(shè)屋架下弦橫向支撐。

3.下弦縱向程度支撐組成：系桿、斜桿作用：添加屋蓋空間剛度，接受和傳送吊車橫向程度制動(dòng)力。布置：屋架兩邊，與橫向支撐構(gòu)成封鎖框。當(dāng)房屋較高、跨度較大、空間剛度要求較高時(shí)，設(shè)有支承中間屋架的托架，或設(shè)有重級(jí)或大噸位的中級(jí)任務(wù)制橋式吊車等較大振動(dòng)設(shè)備時(shí)，均應(yīng)在屋架端節(jié)間平面內(nèi)設(shè)置縱向程度支撐。普通情況可以省掉。下弦縱向程度支撐組成：系桿、斜桿作用：使相鄰屋架構(gòu)成幾何不變的空間體系，保證側(cè)向穩(wěn)定。布置位置：屋架的垂直支撐應(yīng)與上、下弦橫向程度支撐設(shè)置在同一柱間。每隔4～5個(gè)開間布置一道。4.垂直支撐無天窗，跨度l>30m，布置在屋架兩端、跨度l/3處。布置原那么:〔1〕梯形或平行弦屋架無天窗，跨度l<30m，布置在屋架兩端、跨中。a垂直支撐的布置b垂直支撐的布置

有天窗、跨度l<30m，布置在屋架兩端、跨度l/3處、天窗架兩端。

有天窗、跨度l<30m，布置在屋架兩端、跨中、天窗架兩端。c垂直支撐的布置d垂直支撐的布置〔2〕三角形屋架

跨度小于18m時(shí)，布置在屋架中間?？缍却笥?8m時(shí)，普通視詳細(xì)情況布置兩道。e垂直支撐的布置f垂直支撐的布置

作用：在無支撐的開間處，保證屋架的側(cè)向穩(wěn)定，減小弦桿的計(jì)算長度，傳送程度荷載。系桿分剛性系桿〔既能受拉也能受壓〕和柔性系桿〔只能接受拉力〕兩種。屋架主要支承節(jié)點(diǎn)處的系桿，屋架上弦脊節(jié)點(diǎn)處的系桿均宜用剛性系桿。布置：在橫向支撐或垂直支撐節(jié)點(diǎn)處應(yīng)沿房屋通長設(shè)置系桿。程度橫向支撐設(shè)在第二柱間時(shí)，第一柱間端屋架需與第二榀屋架用剛性系桿銜接，其他設(shè)置剛性或柔性系桿均可。屋脊節(jié)點(diǎn)、屋架支座節(jié)點(diǎn)設(shè)置剛性系桿。5.系桿①保證屋蓋的整體性，提高空間剛度僅由平面桁架、檁條及屋面資料組成的屋蓋構(gòu)造，是一個(gè)不穩(wěn)定的體系，假設(shè)將某些屋架在適當(dāng)部位用支撐連系起來，成為穩(wěn)定的空間體系，其他屋架再由檁條或其他構(gòu)件銜接在這個(gè)空間穩(wěn)定體系上，就保證了整個(gè)屋蓋構(gòu)造的穩(wěn)定。②防止壓桿側(cè)向失穩(wěn)，防止拉桿產(chǎn)生過大的振動(dòng)支撐可作為屋架弦桿的側(cè)向支撐點(diǎn)，減小弦桿出平面外的計(jì)算長度。③承當(dāng)和傳送程度荷載〔如縱向和橫向風(fēng)荷載、懸掛吊車程度荷載和地震作用等〕。④保證構(gòu)造安裝時(shí)的穩(wěn)定與方便屋蓋的安裝首先用支撐將兩相鄰屋架連系起來組成一個(gè)根本空間穩(wěn)定體，在此根底上即可順序進(jìn)展其他構(gòu)件的安裝。6.支撐的作用桁架是由桿件組成的幾何不變體，即是指由直桿在桿端相互銜接而組成的以抗彎為主的格構(gòu)式構(gòu)造。桁架中的桿件大多只接受軸向力，桿件截面上應(yīng)力分布均勻，資料性能發(fā)揚(yáng)較好，從而能節(jié)省鋼材和減輕構(gòu)造自重，特別適用于跨度和高度較大的構(gòu)造。桁架在鋼構(gòu)造中運(yùn)用很廣，分為空間桁架和平面桁架兩類。網(wǎng)架構(gòu)造和各種塔架構(gòu)造為空間桁架，常用的平面桁架如屋架、吊車桁架、支撐、橋梁等。平面簡支桁架的桿件內(nèi)力不受支座沉降和溫度變化的影響，且構(gòu)造簡單、安裝方便最為常用。本節(jié)著重討論平面簡支鋼桁架——屋架的設(shè)計(jì)。第二節(jié)桁架的方式和截面設(shè)計(jì)1、桁架主要尺寸跨度：據(jù)工藝需求定，普通為3m模數(shù)，12、15、18、21、24、27、30、36m等(留意：柱軸線間隔)。l0(桁架兩端支座反力間的間隔)＝l-〔300～400mm〕高度：根據(jù)經(jīng)濟(jì)、剛度和建筑要求，以及屋面坡度，運(yùn)輸條件等確定。三角形跨中h≈〔1/4～1/6〕l

梯形跨中h≈〔1/6～1/10〕l，上弦坡度〔1/8～1/12〕

端部h0≈1.6～2.2m〔鉸接時(shí)〕

h0≈1.8～2.4m〔剛接時(shí)〕

1.桁架的荷載計(jì)算與荷載組合〔1〕桁架荷載永久荷載：屋面資料、保溫層、防水層、檁條、支撐、屋架、天窗架等構(gòu)造自重。第三節(jié)桁架的荷載和內(nèi)力計(jì)算可變荷載：屋面活荷載、積灰荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、懸掛吊車荷載等。屋面活荷載與雪荷載不同時(shí)出現(xiàn)，取兩者中較大值計(jì)算。桁架和支撐自重可按閱歷公式： gWk=(0.12+0.11l)kN/m2 〔2〕節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算桁架上的荷載經(jīng)過檁條和大型屋面板肋以集中力方式作用于桁架節(jié)點(diǎn)①永久荷載＋可變荷載②永久荷載＋半跨可變荷載③屋架、支撐和天窗架自重＋半跨屋面板重＋半跨屋面活荷載〔3〕荷載組合根本假定a.桁架的各節(jié)點(diǎn)均視為鉸接。b.桁架一切桿件的軸線平直且都在同一平面內(nèi)且在節(jié)點(diǎn)處交匯。c.荷載都作用在節(jié)點(diǎn)上，且都在桁架平面內(nèi)。2.桁架桿件的內(nèi)力計(jì)算部分彎矩

上弦有節(jié)間荷載時(shí)，除軸心力外還產(chǎn)生部分彎矩。實(shí)際上應(yīng)按彈性支座的延續(xù)梁進(jìn)展計(jì)算，普通偏于平安地簡化取端部節(jié)間正彎矩M1＝0.8M0，其它節(jié)間的正彎矩和節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩M2＝±0.6M0，M0是把弦桿節(jié)間視為簡支梁求得的最大彎矩。部分彎矩作用的計(jì)算簡圖內(nèi)力計(jì)算用數(shù)解法或圖解法或借助電算，求出節(jié)點(diǎn)荷載作用下屋架各桿件的內(nèi)力0.8M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M0第四節(jié)桁架桿件的計(jì)算長度和允許長細(xì)比弦桿、支座斜桿、支座豎桿l0x=l，中間腹桿l0x=0.8l。1.桁架平面內(nèi)計(jì)算長度l0xa桿件平面內(nèi)的計(jì)算長度b桿件平面外的計(jì)算長度2.桁架平面外計(jì)算長度l0y取決于弦桿側(cè)向支承點(diǎn)間間隔。上弦桿無檁方案:有檁方案:能保證大型屋面板三點(diǎn)與上弦桿焊接時(shí):l0y=2b〔≤3m〕b—屋面板寬度。檁條與支撐點(diǎn)交叉不銜接時(shí)：l0y=l1檁條與支撐點(diǎn)交叉銜接時(shí)：l0y=l1下弦桿：取縱向程度支撐節(jié)點(diǎn)與系桿或系桿與系桿之間的間隔。腹桿：由于節(jié)點(diǎn)在平面外剛度很小，對(duì)桿件嵌固作用較小，故腹桿兩端視為鉸接，那么l0y=l

當(dāng)受壓弦桿側(cè)向支承點(diǎn)間距為2倍節(jié)間長度，且兩個(gè)節(jié)間弦桿內(nèi)力不同，那么弦桿平面外的計(jì)算長度：桿件內(nèi)力變化時(shí)在桁架平面外的計(jì)算長度

當(dāng)l0<0.5l1時(shí)，取l0=0.5l1，N1為較大的壓力，取“＋〞，N2為較小的壓力或拉力，壓力取“＋〞，拉力取“－〞。芬克式屋架、再分式腹桿受壓桿件在平面外計(jì)算長度同上，平面內(nèi)計(jì)算長度為節(jié)點(diǎn)長度。l1——屋架弦桿側(cè)向支承點(diǎn)之間的間隔。4.桁架桿件允許長細(xì)比受壓構(gòu)件 ≤[]＝150受拉構(gòu)件

≤[]＝350無吊車或輕、中級(jí)任務(wù)制吊車。

≤[]＝300有重級(jí)任務(wù)制吊車。

≤[]＝250直接接受動(dòng)荷載。、[]——分別為桿件的長細(xì)比和允許長細(xì)比。桿件長細(xì)比過大，在運(yùn)輸和安裝過程中容易因剛度缺乏而產(chǎn)生彎曲，在動(dòng)力荷載作用下振幅較大，在自重作用下有可見撓度

，因此應(yīng)控制桿件的允許長細(xì)比。3.斜平面的計(jì)算長度l0單面銜接的單角鋼和雙角鋼組成的十字形桿件，受力后有能夠斜向失穩(wěn)，由于兩端節(jié)點(diǎn)有一定的嵌固作用，故斜平面計(jì)算長度略作折減(支座斜桿和支座豎桿除外〕，l0=0.9l桁架各桿件在平面內(nèi)和平面外的計(jì)算長度l0查表。原那么：使兩個(gè)主軸方向的長細(xì)比接近，以到達(dá)經(jīng)濟(jì)的目的。第五節(jié)桁架桿件的截面選擇和計(jì)算1.截面方式普通鋼屋架的桿件通常采用雙角鋼拼成的T形截面或十字形截面。桿件截面組合方式二不等邊角鋼短肢相并iy≈〔2.6～2.9〕ix計(jì)算長度l0y較大的上、下弦桿L0y≥2l0x，iy≈2ix截面方式用途二不等邊角鋼長肢相并iy≈〔0.7～1.0〕ix端斜桿、端豎桿、受較大彎矩作用的弦桿l0y＝l0x，iy≈ix桿件截面組合方式截面方式用途二等邊角鋼相并其他腹桿、下弦桿二等邊角鋼組合成的十字形截面與豎向支撐相連的屋架豎桿單角鋼輕型鋼屋架中內(nèi)力較小的桿件iy≈〔1.3～1.5〕ixl0x＝0.8l0y，iy≈1.25ixl0x＝l0y＝0.9l，iy≈ixiy≈1.0ix2.填板的設(shè)置為了使兩個(gè)角鋼組成的截面可以整體任務(wù)，需在角鋼相并肢之間每隔一定間距，焊一塊填板。桁架桿件的填板在受壓桿件兩側(cè)向支承點(diǎn)之間填板數(shù)不得少于2個(gè)。40～603.節(jié)點(diǎn)板的厚度i=iyi=iy0對(duì)于梯形普通鋼桁架按受力最大的腹桿內(nèi)力確定。見表9.6.4 軸拉桿按強(qiáng)度確定桿件所需的截面面積：

軸壓桿按穩(wěn)定條件計(jì)算所需的毛截面面積：

先假定，弦桿80左右，腹桿100左右，查表，算出A，選定資料規(guī)格，再驗(yàn)算。4.截面選擇思索以下根本要求：同一榀屋架中規(guī)格不宜過多，5～6種。角鋼尺寸不宜過小，普通不小于L45×4或L56×36×4。對(duì)壓桿，選擇回轉(zhuǎn)半徑大的資料。屋架弦桿至多變一次截面，變肢寬不變肢厚，跨度小于30m的梯形屋架和跨度小于24m的三角形屋架普通不變。5.截面計(jì)算軸心受拉桿件應(yīng)驗(yàn)算強(qiáng)度和長細(xì)比要求。軸心受壓桿件和壓彎構(gòu)件要計(jì)算強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、部分穩(wěn)定和長細(xì)比。第六節(jié)桁架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)步驟和普通設(shè)計(jì)原那么

〔1〕節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)步驟

①據(jù)屋架幾何方式定出節(jié)點(diǎn)的軸線關(guān)系，桿件按比例畫出，弦桿肢尖與腹桿間隔滿足前述根本要求。

②計(jì)算腹桿焊縫，普通腹桿焊縫厚度同肢厚，圖中作出定位點(diǎn)。

③計(jì)算弦桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫，假定焊縫厚度，計(jì)算長度，圖中作出定位點(diǎn)。

④畫出節(jié)點(diǎn)板，將各定位點(diǎn)都包括在內(nèi)。

⑤適當(dāng)調(diào)整焊縫厚度、長度，重新驗(yàn)算。

①各桿件的形心線應(yīng)盡量與屋架的幾何軸線重合，并交于節(jié)點(diǎn)中心，以防止由于偏心而產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)附加彎矩。但思索制造上的方便，通常把角鋼肢背到屋架軸線的間隔調(diào)整為5mm的倍數(shù)。

②弦桿資料規(guī)格沿長度變化時(shí)，屋架軸線取在兩種資料的重心線中間，偏心不超越較大弦桿截面高度的5％。弦桿截面改動(dòng)時(shí)的軸線位置③節(jié)點(diǎn)板方式簡單，應(yīng)優(yōu)先采用矩形、梯形、平行四邊形，防止凹角。節(jié)點(diǎn)板的外形〔2〕節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原那么④角鋼端部的切割普通垂直于它的軸線，可切去部分肢，但絕不允許垂直肢完全切去而留下平行的斜切肢。角鋼端部的切割節(jié)點(diǎn)板焊縫的位置

⑤斜桿與弦桿銜接，盡能夠防止較大的偏心。

⑥繪制大樣〔1:10～1:5〕腹桿與節(jié)點(diǎn)板的銜接焊縫按角鋼角焊縫接受軸心力方法計(jì)算。節(jié)點(diǎn)板應(yīng)伸出弦桿10～15mm以便焊接。弦桿與節(jié)點(diǎn)板的銜接焊縫，應(yīng)思索接受弦桿相鄰節(jié)間內(nèi)力之差，按下式計(jì)算:1.上弦節(jié)點(diǎn)

上弦節(jié)點(diǎn)常有大型屋面板或檁條傳來的集中荷載，在計(jì)算時(shí)需思索上弦桿節(jié)間的內(nèi)力差ΔN與集中荷載F的共同作用。

假定集中荷載為F，對(duì)梯形屋架上弦節(jié)點(diǎn)計(jì)算時(shí)，忽略坡度的影響，以為F垂直于上弦。因上弦節(jié)點(diǎn)上擱置屋面板或檁條，節(jié)點(diǎn)板需縮進(jìn)角鋼肢背，縮進(jìn)的間隔〔0.6～1.0〕t，節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)后用槽焊縫銜接，計(jì)算時(shí)槽焊縫可作為兩條焊縫(hf＝t/2)，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。屋架上弦節(jié)點(diǎn)F2節(jié)點(diǎn)計(jì)算和構(gòu)造

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)腹桿截面和內(nèi)力確定銜接焊縫的焊腳尺寸和長度，然后再根據(jù)焊縫長度和施工誤差確定節(jié)點(diǎn)板的外形和尺寸。上弦桿可按下述的近似方法進(jìn)展計(jì)算：集中荷載F由肢背槽焊縫接受，上弦節(jié)點(diǎn)相鄰節(jié)間的內(nèi)力差N1－N2由角鋼肢尖與節(jié)點(diǎn)板的角焊縫接受，思索偏心力矩M＝Ne的作用。肢背:肢尖:

肢尖:

上弦節(jié)點(diǎn)的腹桿與節(jié)點(diǎn)的的銜接焊縫長度肢背:2.下弦節(jié)點(diǎn)

腹桿與節(jié)點(diǎn)板的銜接按肢尖、肢背分配力后計(jì)算焊縫長度和焊縫厚度。弦桿與節(jié)點(diǎn)板的銜接，無節(jié)點(diǎn)荷載時(shí)，按相鄰節(jié)間內(nèi)力差ΔN＝N1－N2，在肢尖、肢背上分配力計(jì)算，往往ΔN較小，所以按構(gòu)造確定焊縫。屋架下弦節(jié)點(diǎn)有節(jié)點(diǎn)荷載作用時(shí)弦桿與節(jié)點(diǎn)板的銜接焊縫應(yīng)按以下公式計(jì)算：肢背焊縫：肢尖焊縫：式中:

N——相鄰上弦節(jié)間中較大的內(nèi)力。拼接角鋼實(shí)踐長度L＝2(lw+10)+b，b是兩弦桿端的空隙，3.屋脊節(jié)點(diǎn)

留意施工順序，拼接角鋼的型號(hào)與弦桿一樣，需刨角切肢。拼接角鋼與弦桿的銜接焊縫通常按被銜接弦桿的最大內(nèi)力計(jì)算，每條焊縫的計(jì)算長度：圖屋脊節(jié)點(diǎn)a)無天窗b)有天窗〔9.7.8〕肢尖與節(jié)點(diǎn)板的銜接焊縫接受上弦內(nèi)力的15％〔按閱歷〕，并思索附加彎矩作用M＝0.15Ne。上弦與節(jié)點(diǎn)板銜接焊縫：集中荷載F由上弦角鋼肢背處槽焊縫接受?！?〕下弦拼接節(jié)點(diǎn)下弦拼接角鋼與下弦銜接焊縫長度計(jì)算：Af——下弦桿最大抗拉承載力，節(jié)點(diǎn)焊縫計(jì)算時(shí)與桿件等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。圖下弦拼接節(jié)點(diǎn)

圖a〕中拼接角鋼端部直切，下弦內(nèi)力傳送時(shí)，由于力線轉(zhuǎn)機(jī)引起較大的應(yīng)力集中。

圖b〕中角鋼肢寬大于125mm，將拼接角鋼的肢端斜切，使內(nèi)力均勻傳送。

N1，N2為節(jié)點(diǎn)兩側(cè)桿件的內(nèi)力。當(dāng)下弦節(jié)點(diǎn)有豎向荷載P作用時(shí)，同時(shí)思索P、N的作用。下弦與節(jié)點(diǎn)板的銜接焊縫計(jì)算時(shí)，荷載N為：〔5〕支座節(jié)點(diǎn)支座節(jié)點(diǎn)由節(jié)點(diǎn)板、加勁肋、支座底板和錨栓等部分組成。分鉸接和剛接兩大類。鉸接：銜接于磚或鋼筋混凝土柱頂；剛接：銜接于鋼柱上。鉸接屋架支座a〕底板所需的凈截面面積：式中：R——屋架支座反力；fc——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；An——支座底板凈面積。底板所需的毛截面面積ΔA——錨栓孔的面積。銜接錨栓的直徑普通取20～25mm，為便于安裝，錨栓孔的直徑取〔2～2.5〕d，通常取40～60mm。b〕底板厚度兩相鄰邊支承矩形板的彎矩系數(shù)式中M——兩相鄰支承邊支座底板單位寬度上的最大彎矩；——系數(shù)