第八章钢结构设计原理单层厂房钢结构
第八章单层刚架结构 ppt课件
• 4、结构构造对结构受力的影响 – 用以减少刚架横梁的跨中弯矩及截面高度。
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5、温度变化
❖对静定结构（三铰刚架）无影响
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6、支座位移
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8.2 单层刚架结构的型式
• 按构件布置和支座约束条件分类
– 无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架
• 按结构材料分类
– 胶合木结构刚架、钢筋砼刚架、钢结构刚 架
门式刚架刚度较差，受荷载后产生跨变，当用于工
业厂房时，吊车起重量不宜超过100kN。但与拱结构
相比，刚架仍然属于以受弯为主的结构，材料强度不
能充分发挥作用，结构自重较大，跨度受限。
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门式刚架
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排架
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钢框架
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• 门式刚架的外形选择主要考虑建筑排水和建筑造型的需要 主要分为：单跨，双跨，多跨，带毗屋，带挑檐等形式
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单层刚架结构的截面形式 刚架杆件的截面应随其内力大小而相应变化
（截面h变化），这样，可以充分发挥材料性 能，节约材料，减轻自重，外形美观。
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钢 刚 架 节 点 构 造
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砼 刚 架 节 点 连 构 造
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顶铰节点的构造
刚 架 铰 节 点 构 造
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钢柱脚-铰支座形式
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浇入素混凝土 保护地脚锚栓
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3、 门式刚架的高跨比对结构受力的影响 高跨比越大，支座推力越小。
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• 门式刚架的跨度与柱高的比例问题，即高跨比h/L，从结 构观点看，由于柱高的减少将使推力增大，从推力线来看， 对三铰门架来说，最好的形式是高度大于跨度；但对两铰 门架来说，由于跨中弯矩的存在，跨度稍大于高度就成为 合理的了。总的来说，高跨比H/L=0.75是比较合理的。
单层工业厂房钢结构概论
❖ 2.1.1 结构构件及结构体系
❖ 2.1.2 柱网布置和计算单元
❖ 2.1.3 横向框架及其截面选择 结构
❖ 2.1.4 柱间支撑
形式 与
❖ 2.1.5 屋架外形及腹杆形式 布置
❖ 2.1.6 屋盖支撑
2.1 结构形式和结构布置
2.1.1 结构构件和结构体系
1.厂房钢结构形式： 单层刚(框)架 多层刚架
变截面梁、柱 铰接柱脚门式刚架
加劲板 柱脚螺栓
刚接柱脚工程实例
铰接柱脚工程实例
横向框架形式 铰接框架和刚接框架
横向框架形式 铰接框架和刚接框架
横向框架形式 铰接框架和刚接框架
2.1.3 横向框架及其截面选择 横向框架形式 铰接框架和刚接框架
2.铰接框架 下柱弯矩大；横向刚度差；受力明 确，计算简单；安装方便；对基础沉降适应性 强。适用于多跨厂房、厂房高度不大刚度容易 满足或吊车起重量不大的轻型厂房或维护结构。
托架h： (1 ~1)l 10 5
托架与屋架的连接
叠接：构造简单，便于施工，但托架（托梁）受扭。
平接：可以有效地减轻托架（托梁）受扭的不利影 响，较常用。
2.1 结构形式和结构布置
2.1.3 横向框架及其截面选择
✓ 框架柱和横梁、钢屋架构成横向框架
• 横向框架形式 横向框架种类 –按连接方式
• 铰接框架：横梁与柱子的铰接连接 • 刚接框架：横梁与柱子的刚接连接
图 2.2 柱网布置
2.1 结构形式和结构布置
2.1.2 柱网布置和计算单元
• 柱网布置 温度缝设置
– 结构温度变形 LtL – 温度变形受到约束产生温度应力 – 设置温度缝（横向/纵向）
单层厂房钢结构
单层厂房钢结构在现代工业建筑中，单层厂房钢结构因其独特的优势而被广泛应用。
它不仅能够提供宽敞的内部空间，满足各类生产工艺的需求，还具有高效的施工速度和良好的结构性能。
接下来，让我们深入了解一下单层厂房钢结构的各个方面。
单层厂房钢结构的主要组成部分包括钢柱、钢梁、屋架、支撑系统等。
钢柱通常采用H型钢或箱型柱，它们承担着整个厂房的竖向荷载，并将其传递至基础。
钢梁则一般为H型钢梁，用于支撑屋面板和吊车梁等。
屋架可以是三角形屋架、梯形屋架或平行弦屋架，其作用是支撑屋面荷载。
支撑系统包括柱间支撑、屋盖支撑等，它们对于增强厂房的整体稳定性和抗震性能起着至关重要的作用。
从结构设计的角度来看，单层厂房钢结构需要考虑多种因素。
首先是荷载，包括恒载（如结构自重、屋面板重量等）、活载（如人员、设备、货物等的重量）、风荷载和雪荷载等。
设计师需要根据厂房所在地区的气象资料和使用要求，准确计算这些荷载，并确保结构在各种荷载组合下都能够安全可靠地工作。
其次是抗震设计，地震作用对于钢结构厂房的影响不可忽视。
通过合理的结构布置和抗震构造措施，可以有效地提高厂房的抗震性能，保障人员和设备的安全。
此外，还需要考虑温度作用、基础不均匀沉降等因素对结构的影响。
在施工方面，单层厂房钢结构具有明显的优势。
钢结构构件通常在工厂预制加工，然后运输到现场进行安装。
这种工厂化的生产方式可以保证构件的质量和精度，提高施工效率。
现场安装主要采用焊接和高强度螺栓连接的方式。
焊接连接具有较高的强度和稳定性，但对施工工艺要求较高；高强度螺栓连接施工方便、易于拆卸，适用于需要经常拆装的结构。
在施工过程中，需要严格控制施工质量，确保构件的安装精度和连接质量符合设计要求。
单层厂房钢结构的屋面和墙面材料也有多种选择。
屋面材料常见的有彩钢板、岩棉夹芯板等，它们具有良好的防水、保温和隔热性能。
墙面材料可以是彩钢板、砌体墙或玻璃幕墙等，根据厂房的功能和美观要求进行选择。
同时，为了保证厂房的采光和通风，还需要合理设置采光窗和通风口。
单层工业厂房钢结构设计内容
单层工业厂房钢结构设计内容
单层工业厂房钢结构设计通常包括以下内容：
1. 结构布局：确定工业厂房的总体布局，包括建筑尺寸、形状和内部分隔等。
要考虑到生产流程和设备布置的需要。
2. 荷载计算：根据相关标准和规范，对工业厂房的荷载进行计算，包括自重、雪荷载、风荷载、地震荷载等。
还需要考虑不同区域的荷载分布情况。
3. 结构材料选择：选择适合工业厂房钢结构的材料，包括钢材的强度、刚度和耐腐蚀性能等。
常用的材料有普通碳素结构钢和高强度低合金结构钢。
4. 结构形式设计：根据工业厂房的功能和荷载要求，确定合适的结构形式，例如桁架结构、刚架结构或组合结构等。
要考虑到结构的稳定性、刚度和变形限制。
5. 连接设计：设计适合工业厂房的连接方法和连接件，包括焊接、螺栓连接、铆接等。
要保证连接的强度和刚度，以及便于施工和维护。
6. 抗震设计：根据地震区划和相关规范，进行抗震设计。
包括选择适当的抗震措施和结构形式，以保证工业厂房在地震中的安全性。
7. 防火设计：考虑到工业厂房的防火要求，进行防火设计。
采用防火涂料、防火板等材料保护结构，确保在火灾发生时能够提供足够的安全时间。
8. 施工图设计：根据上述设计内容，绘制详细的施工图纸，包括构件尺寸、连接方式、材料规格等。
施工图纸是施工过程中的重要参考文件。
以上是单层工业厂房钢结构设计的一般内容，具体设计还需要考虑工业厂房的特殊要求和使用环境，以及国家和地方的相关建筑规范和标准。
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(2) 极限状态分为两类： a.承载能力极限状态: 包括：强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载的 变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。
b.正常使用极限状态:
包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常使
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
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6.理解构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及 构造原则； 7.熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。
教学参考书及规范:
1.钢结构 魏明钟 主编 武汉工业大学出版社 2.钢结构设计规范 （GB50017-2003) 3.钢结构工程施工质量验收规范 （GB50205-2001)
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主要分析软件： LUSAS Bridge analysis software
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• 建筑+机械的创举，多学科的融合也许是未来结构发展应 用的一个方向。
作为世界第一个旋转式船舶吊桥，耗资2600万美元的 Falkirk Wheel 的开通使苏格兰中部连接大西洋和北海的 水道再度畅通。旋转吊桥的巨大起重机配备10个水压马达， 能在15分钟内，将4艘船（包括水）起吊到33米高度。与 此同时，另一只吊臂将4艘船放下。转轮位于格拉斯哥和 爱丁堡两个城市的中央，一条100米水渠的顶端 。
（1-4）
在实际工程结构中，可能出现下列三种情况：
Z＞0表示结构处于可靠状态；
Z＝0表示结构处于极限状态
Z＜0表示结构处于失效状态；
判断结构是否可靠，要看结构是否达到极限态，为此，通常将下式：
Z＝g(R，S)＝R－S＝0
建筑结构抗震总复习第八章-钢结构房屋抗震设计
（2）框架部分按刚度分配计算得到的地震层剪力应乘以调 整系数，达到不小于结构底部总地震剪力的25%和框架部分 计算最大层剪力1.8倍二者中的较小值。
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8.2 多高层钢结构民用建筑
8.2.1 多高层钢结构民用建筑的结构体系 8.2.2 结构体系抗震设计的布置要求 8.2.3 地震作用计算 8.2.4 杆件抗震验算 8.2.5 抗震设计对杆件的构造要求 8.2.6 节点和连接的抗震验算及构造要求
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8.2.1 多高层钢结构民用建筑的结构体系
1. 框架结构
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8.3.2 地震作用计算
计算单层钢结构厂房时，一般假定沿厂房横向（跨度 方向）和竖向的地震作用由横向框架承受，沿纵向（柱距 方向）的地震作用由纵向框架承受。 1、结构计算模型的选取 厂房抗震计算时，根据屋盖高差和吊车设置情况，可分别 采用单质点、双质点或多质点的结构计算模型。
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图8.25 单质点模型
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5、框架－偏心支撑结构中的消能梁段 消能梁段是偏心支撑框架中耗散能量的主要构件，为此需要考虑与 相连构件的承载能力相匹配、保证其在反复荷载下具有良好的滞回 性能的各项措施。
消能梁段的钢材不应采用高强度钢，而因采用有良好塑性流幅 的钢材。为此，消能梁段钢材的屈服强度不应超过345MPa。
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8.3 单层钢结构厂房
8.3.1 抗震设计对单层钢结构厂房体系的要求 8.3.2 地震作用计算 8.3.3 杆件验算和构造措施
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8.3.1 抗震设计对单层钢结构厂房体系的要求
钢结构课程设计(单层工业厂房)
钢结构单层工业厂房课程设计指导教师：曹现雷班级：土133班姓名：杨骏学号：139044535日期：2016.4.24目录一、设计资料 (1)二、屋架形式及几何尺寸 (1)三、支撑的布置 (2)四、檩条的布置 (3)五、材料自重及荷载 (4)六、荷载计算 (4)七、杆件截面选择 (5)八、各腹杆的焊缝尺寸计算 (10)九、节点板的设计 (11)一、设计资料：某厂房车间设有两台10吨中级工作制吊车。
车间无腐蚀性介质。
该车间为单跨双坡封闭式厂房，屋架采用梯形桁架式钢屋架，屋架下弦标高9m，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，柱截面尺寸为400㎜×400㎜，混凝土强度等级为C30。
屋面采用压型钢板屋面，C型檩条，檩距为1.2m~2.6m。
屋面恒荷载（包括屋面板、保温层、檩条、屋架及支撑等）取值参考教材2.2.1中规定。
活荷载标准值取0.5kN/mm2；雪荷载标准值取0.2，不考虑积灰荷载和积雪不均匀分布情况。
结构重要性系数为γ0=1.0。
屋架采用Q235B钢，焊条采用E43型。
设计时，荷载按以下情况组合：a. 恒载+全跨活荷载（或雪荷载）b. 恒载+半跨活荷载（或雪荷载）二、屋架形式及几何尺寸屋架及几何尺寸如图1所示，檩条支承于屋架上弦节点。
檩距为2267.5mm，水平投影距离为2250mm。
屋架坡度为α= arctan = 7.13°。
图1 屋架形式和几何尺寸三、支撑的布置依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001，支撑布置图如图2所示，上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部的同一柱间，并在相应开间的屋架跨中设置竖直支撑，在其余开间的屋架下弦跨中设置一道通长的刚性细杆，上弦通过水平支撑在节点处设置通长的刚性细杆。
下弦两端设纵向水平支撑。
故上弦杆在屋架平面外的计算长度等于横向支撑的节距。
支撑的布置见图2。
上弦水平支撑布置图下弦水平支撑布置图1-1中部垂直支撑布置图2-2 端部垂直支撑布置图图2 支撑的布置图四、檩条布置檩条设置在屋架上弦的每个节点上，间距2267.5mm。
钢结构厂房ppt课件
防腐、防火涂料选用原则
防腐涂料
选用具有良好耐候性、耐化学腐蚀性 和附着力的防腐涂料，以延长钢结构 厂房的使用寿命。
环保性
在满足防腐、防火性能的同时，应优 先选择环保型涂料，减少对环境的影 响。
防火涂料
根据厂房的火灾危险性等级和耐火极 限要求，选用合适的防火涂料，提高 钢结构的耐火时间。
其他辅助材料性能要求
分类
按照用途可分为单层、多层、高 层以及超高层钢结构厂房；按照 结构形式可分为门式钢架、框架 、排架、网架等结构形式。
钢结构厂房优势与局限性
优势
强度高、自重轻、构造严谨、安装方 便、环保无污染、可回收利用、工期 短等。
局限性
耐热不耐火、耐腐蚀性较差，需要定 期维护保养，成本相对较高。
适用范围及发展趋势
谢谢您的聆听
THANKS
连接材料
如螺栓、焊条等，应具有足够的 强度和韧性，保证连接部ຫໍສະໝຸດ 的可靠性。密封材料
如密封胶、防水材料等，应具有良 好的密封性和耐候性，确保厂房的 防水性能。
保温隔热材料
如岩棉、玻璃棉等，应具有较低的 导热系数和良好的隔热效果，提高 厂房的节能性能。
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钢结构厂房施工工艺流程与技术要点
施工前准备工作安排
架、网架等。
布置方案
结合生产工艺流程、设备 布置、使用功能等因素， 确定合理的结构布置方案
。
支撑系统
设置适当的支撑系统，保 证结构的整体稳定性和空
间刚度。
节点设计与连接方式选择
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节点设计
根据结构类型和受力特点 ，进行节点设计，确保节 点传力明确、构造简单、 便于施工。
连接方式选择
根据节点类型和受力要求 ，选择合适的连接方式， 如焊接连接、螺栓连接等 。
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8.1.3 单层钢结构厂房的结构布置
单层钢结构厂房的结构布置包括厂房柱网的布设， 高度的确定，温度伸缩缝的设置等，而确定这些 的依据首先是必须满足生产工艺的要求，其次要 满足结构坚固耐用、经济合理和技术先进，以及 注意符合标准化模数要求等。
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1. 厂房柱网布设 柱网的布设首先要从工艺方面考虑，柱网布设的位置应和厂房内的地上
在结构方案确定后，即可按设计资料进行结构、构 件和连接的设计和计算，完成整个厂房的结构设 计。
最后的步骤即绘制施工图，对于一些构件和连接构 造，也可采用标准图集。
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8.2 单层钢结构厂房的受力特点与柱的 计算长度
单层钢结构厂房横向平面框架的计算简图可分为柱 顶与屋盖结构(屋架或横梁)铰接形式(下图(a))和 柱顶与屋盖结构(屋架或横梁)刚接形式(下图(b))， 厂房内无吊车的轻型门式刚架式结构还可以采用 柱脚铰接的形式(下图(c))。
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2. 可变荷载
单层钢结构厂房的可变荷载包括屋面均布活荷载、 雪荷载、积灰荷载、风荷载、吊车荷载、施工检 修荷载和地震作用等。
屋面竖向均布活荷载按计算单元的水平投影面积计 算，按不上人屋面考虑，其荷载标准值按 0.5kN/m2选取。对于承受荷载的水平投影面积超 过60m2的刚架结构，其竖向均布活荷载标准值 可按0.3kN/m2选取。
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(3) 屋盖结构——由屋架(或屋面梁)、檩条、托架、天窗架和屋盖支撑等 构成。其作用是承受屋盖结构自重、屋面作用的荷载和屋盖结构上的 吊挂荷载，保证屋盖自身的强度、刚度和稳定性，并将其上作用的荷 载传递到框架柱。
(4) 吊车梁及其制动梁(或制动桁架)——其作用是承受吊车的竖向和水平 荷载作用，保证吊车的正常运行，并将其上作用的荷载传递到框架柱。
(5) 支撑系统——包括屋盖支撑、柱间支撑及其附加支撑。其作用是将 独立的平面框架连成空间体系，以保证结构所必需的刚度和稳定性， 同时也承受风力和吊车制动力的作用。
(6) 墙梁(或墙面檩条)——承受墙体的自重和风荷载，若采用砌筑在基础 梁上的砌体墙时，则不需设墙梁(或墙面檩条)。
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8.1.2 单层钢结构厂房的分类与形式
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(a)
(b)
(c)
横向平面框架的计算简图
8.2.2 单层钢结构厂房的荷载及其荷载组合
1. 永久荷载 单层钢结构厂房的永久荷载是指结构物的自重和吊挂在结构
物上的其他构件的自重。 对于一榀横向框架，结构物的自重主要是指这榀框架的自重
(包括框架柱、屋面梁或屋面桁架、牛腿等)和其计算单元 范围内的屋面结构(包括屋面板、檩条、保温隔热层和屋 面结构支撑体系等)与作用在框架柱上的墙体结构(包括墙 面板、墙架梁和墙体其他附属物等)以及吊车梁系统(包括 吊车梁、制动梁或制动桁架和走道板等)的自重，这些重 量可按有关规范和设计资料选取。
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2. 厂房高度的确定 厂房高度是指室内地面至柱顶(或屋盖斜梁最低点、或屋架
下弦底面)的距离。厂房高度的确定必须满足生产工艺要 求，并应综合考虑空间的合理利用。 3. 温度伸缩缝的设置 平面上一个方向或两个方向长度很长的厂房，在温度变化时， 整个结构的变形会使构件内产生很大的温度应力，可能导 致结构或构件的破坏。为避免产生过大的温度变形和温度 应力，应在厂房的较大长度尺寸方向上设置温度伸缩缝。
钢结构厂房按层数分可分为多层厂房和单层厂房，多层厂房多用于楼 面荷载不大且对跨度要求不高的轻工和电子等行业中，而大量的一般 工业厂房均为单层厂房形式。依据跨度、高度和吊车起吊吨位以及吊 车工作制等级的不同，钢结构厂房可分为轻型、中型、重型和特重型 四类，在厂房结构设计时，一般将跨度不大于30m，高度不超过14m， 起吊重不大于20t，吊车工作制等级为轻级和中级的钢结构厂房按轻 型厂房结构设计，而超过上述范围的钢结构厂房按重型厂房结构设计。 轻型钢结构厂房多采用门式刚架结构，一般不设天窗架，通过在屋面 设置条状或点状透明材料进行采光，通过在屋面近屋脊处设置通风孔 的形式通风；重型钢结构厂房的屋盖多采用桁架结构，构形式多如图 8.1所示。单层钢结构厂房按跨度可分为单跨、双跨结构形式，按屋 面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡结构形式。
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8.1.4 单层钢结构厂房的特点
单层钢结构厂房和钢筋混凝土结构厂房相比，具有 如下特点：
(1) 单位面积质量轻。 (2) 柱网布置比较灵活。 (3) 制作安装简便，施工工期短。 (4) 综合经济效益高。 (5) 制作、安装要求高，维护费用高。
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8.1.5 单层钢结构厂房的设计步骤
首先依据工艺及使用要求，确定厂房结构的方案， 包括确定厂房平面上和高度上的主要尺寸，选择 吊车型号，布设柱网、伸缩缝，确定承重结构、 附属结构形式等，并应考虑生产过程的变动和以 后的改扩建。
第8章 单层厂房钢结构
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8.1 单层钢结构厂房的组成和特点
8.1.1 单层钢结构厂房的组成 组成单层钢结构厂房结构的构件按其作用可归并为下列几个
体系： (1) 横向平面框架——由柱和屋盖结构构成，是厂房结构的
基本承重结构。其作用是承受结构自重、风、雪、吊车等 荷载对厂房结构所产生的横向或竖向作用，保证厂房结构 在横向和竖向上的强度、刚度和稳定性，并将其上作用的 荷载传递到基础。 (2) 纵向平面框架——由柱、吊车梁、托架及柱间支撑等构 成，其作用是承受纵向水平荷载(如纵向风荷载、吊车纵 向水平制动力等)作用，保证厂房结构在纵向上的强度、 刚度和稳定性，同样将其上作用的荷载传递到基础。