单层工业厂房钢结构

第七章单层工业厂房钢结构

§7.1 概述

一．钢结构厂房的应用

钢结构厂房的特点：承载能力大，整体刚度大，抗震性能好，耐热（但不耐火），制做安装运输都方便，因此在重型厂房及大型厂房中应用很普遍。

1．大型冶金厂房：

炼钢车间、轧钢车间，如鞍钢，首钢，武钢，宝钢的主要厂房都是钢结构。

2．重型机械制造厂房，如哈尔滨电机厂大型电机装配车间，通常大型装配车间配有双层吊车，这里主要是柱子的计算及构造。

3．大型造船厂，火力发电厂，飞机制造车间，过去，通常也做成平面结构，而多年来，采用平板网架结构。

二．单层厂房结构的组成

1

2．吊车梁——连接两平面结构

3．支撑体系（屋盖支撑，柱间支撑）

4．屋盖：屋架、支撑（上、下横向弦水平支撑，纵向水平支撑，垂直支撑，系杆）、檩条（屋面板）、天窗。

三．厂房设计程序

1．结构选型及整体布置，根据工艺要求，确定厂房的长、宽尺寸，确定柱网，确定框架形式及尺寸（屋架），吊车梁系统及墙架支撑体系。

2．构件设计：构造、计算

3．施工图（工程师语言）

§7.2 厂房结构的整体布置

一．柱网布置——主要取决于工艺要求，另外：

1．从结构考虑，应将柱子设在同一轴线上，形成框架，保证横向刚度。

2．从经济考虑：增大柱距，吊车梁跨度增大，需增设托架，费钢，但柱基础减少，通过比较确定。

§7.3 厂房结构的支撑体系

力及安装使用过程中的其他纵向力（如地震力）。纵向水平支撑将力传给柱间支撑最后传到基础。

（4）增加厂房的整体刚度。

3．屋盖支撑的布置

（1）上弦横向水平支撑

在无檩体系中，尽管有大型屋面板可以作为横向支撑，但考虑施工中条件不好，焊接质量难以保证，加上施工过程中屋盖系统的整体稳定性要求，必须设置。

一般设在第一或第二柱间及温度缝区段两端的第一柱间，且一般不超过60m 要加设一道，厂房大于66m时，跨中要设一道。

（2）下弦横向水平支撑

当跨度大于18m，或小于18m但有悬挂吊车，或厂房内有震动设备，或山墙抗风柱支在下弦上。要设在与上弦横向水平支撑的同一柱间。

（3）纵向水平支撑

1）硬钩吊车或抓斗等类似吊车；

2）设有壁行吊车或双层吊车的厂房；

3）有5t以上锻锤的厂房；

），一般设在两边。

（4）垂直支撑——形成几何不可变体系的必要构件，与上、下横向水平支

檩条和大型屋面板都可作为系杆使用，故上弦不另设系杆，只是在屋脊及两

§7.4 钢屋架的设计

一．钢屋架的受力特点及类型

1．特点：

形状接近于弯矩图。

所有杆件（绝大部分）都为轴心受力，因此截面上应力分布均匀，材料使用充分。

2．分类：

（1）按受力大小，截面形式可分为三类：

1）普通钢屋架：

①截面形式为双角钢组成的T形或十字形，在杆件汇交处通过节点板相连。

②取材容易，构造简单，制造安装方便，与支撑体系形成的结构整体刚度大，工作性能可靠。

③采用型钢，故自重大，用钢量多，跨度太大、太小时都不经济，一般适用跨度为18m～36m。

2）钢管屋架：

采用无缝或有缝钢管制成，由于钢管截面刚度大，抗扭性能、抗压性能好，相对角钢更加合理，与之相比可省钢20%以上。另外，表面积小，易于防腐。耐久性好，只是过去焊接工艺、加工工艺有问题，阻碍了使用。目前已有自动切管机，管与管的搭接可以直接贯接，不用节点板。

3）轻型钢屋架：

由小于∠45×4或∠56×36×4以下的单角钢和圆钢组成，具有用钢量少，自重轻，抗震性能好等特点。一般跨度小于18m，吊车起重量不大于5t的轻级、

（2

1

（1

（2

（3

2

（2）梯形屋架：

优点：外形与弯矩图相近，因而弦杆内力沿跨度内分布较均匀，用料经济。 按腹杆布置可分为人字式和再分式，原则是使上弦杆不受节间荷载，在跨度较大的时候必须这样做。

（3）平行弦屋架：常用作单坡屋面及托架，规格统一，构造简单，便于制0非封闭结合且屋架与柱刚接，l l =0－两侧内移尺寸。

max min h ——v ≤[]v

e h ——使桁架杆件总重最小的高度

方法：

1）确定端高：陡坡梯形屋架为0.5~1m

缓坡梯形屋架：1.8~2.1m

刚接时一般不小于01/10)~1/18(l ，一般1.8~2.4m

2）跨中高度：i l h h ?+=)1/2(0，i ——坡度

一般梯形屋架和平行弦屋架：l h )6/1~10/1(= 三角形屋架：l h )1/4~1/6(=

（3）起拱：为了防止变形过大影响正常使用，对于≥15m 的三角形屋架和≥24m 梯形和平行弦屋架，采用起拱，一般为500/l 。

三．钢屋架杆件设计

1．杆件静力计算 （1）荷载汇集：

永久荷载：屋面构造（屋面板、保温、防水、檩条等）

屋架及支撑 天窗及吊顶的自重

可变荷载：使用活荷（悬挂吊车、屋面活荷、积灰）

风荷载 雪荷载

k i γ——荷载分项因数

1）对永久荷载的分项系数：

①当其效应对结构不利时

对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2； 对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35； ② 当其效应对结构有利时

一般情况下取1.0；

对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。

2）对可变荷载分项系数： 一般情况下应取1.4；

对标准值大于42kN/m 的工业房屋楼面结构的活荷载应取1.3。 而屋架及支撑自重可按经验估算。

2k kN/m 0.0110.117　l q +=

l ——标志跨度，单位m （2）杆件内力计算及组合

1）杆力计算：理想直杆，各杆汇交于节点，全部铰接，采用图解法（不起拱）

方法：

①按比例绘出桁架；

②将各荷载（杆力）之间划分区间，作用单位力；

③首先作外力平衡； ④通过节点平衡推出各杆力；

⑤确定杆力系数大小及方向（拉、压）。

2）杆力组合：原则——组合出可能的最不利的杆件内力。 全跨永久荷载＋全跨可变荷载

屋架自重＋单跨屋面板＋半跨施工荷载 全跨永久荷载＋半跨雪荷

2．杆件计算长度和容许长细比（有节点板的情况） （1）桁架弦杆和单系腹杆：

表桁架弦杆和单系腹杆的计算长度0l

11

2

105.0)25

.075.0(l N N l l ≥+= 式中 1N ——较大的压力，计算时取正值。

对于钢管，轻型钢屋架等不加节点板的结构，由于弦杆的嵌固作用小，故取计两个方向的计算长度l l l ==oy ox 3．截面形式和选择

（1）形式

截面形式：原则——等稳定

通常选用双角钢组成Ｔ字形截面，前面已经确定了各杆件的平面内及平面外的长细比，通过等稳定原则，可以确定各杆件的截面形式，有时为了解决构造问题，再进行必要调整，如下弦杆为了连接支撑，采用不等肢角钢短肢相并，端竖

杆l l l ==oy ox ，应用不等肢角钢长肢相并，为了连接垂直支撑，通常用等肢角钢，等等。

（2）截面选择：

最小高度由v ≤[]v 而定。

4．节点设计 （1）一般要求

1）各杆的重心线应在节点上汇交于一点；

2）角钢肢背至重心线的距离取5mm的模数；

3）节点上腹杆与腹杆、腹杆与弦杆之间的净距不小于15~20mm；

3）确定节点板形状及尺寸。

5．施工图的绘制

当屋架对称时，可只绘半个屋架施工图；大型屋架则需按运输单元绘制。