1、设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.1 7.1 厂房结构的形式和布置厂房结构的形式和布置 7.2 7.2 厂房结构的框架形式厂房结构的框架形式7.3 7.3 屋盖结构屋盖结构 7.4 7.4 框架柱设计特点框架柱设计特点7.5 7.5 轻型门式刚架结构轻型门式刚架结构 7.6 7.6 吊车梁设计特点吊车梁设计特点7.7 7.7 墙架体系墙架体系1.1.熟悉单层厂房结构形式及布置，钢屋盖结构构造和设熟悉单层厂房结构形式及布置，钢屋盖结构构造和设计计算。计计算。2.2.了解轻型门式刚架的构造和设计。了解轻型门式刚架
2、的构造和设计。3.3.了解吊车梁的构造与设计。了解吊车梁的构造与设计。4.4.掌握框架柱的设计。掌握框架柱的设计。本章目录本章目录基本要求基本要求设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构第第7.17.1节节 厂房结构的形式和布置厂房结构的形式和布置1.1.厂房结构的组成厂房结构的组成2.2.厂房结构的设计步骤厂房结构的设计步骤3.3.柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置1.1.了解厂房结构的组成了解厂房结构的组成2.2.了解厂房的设计步骤及柱网伸缩缝的布置了解厂房的设计步骤及柱网伸缩缝的布置本节目录本节目录基本要求基本要求设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构
3、单层厂房结构7.1.1 7.1.1 厂房结构的组成厂房结构的组成(b)(b)有檩屋盖有檩屋盖屋架屋架柱间支撑柱间支撑檩条檩条拉条拉条上弦横向支撑上弦横向支撑柱间支撑柱间支撑图图7.1.1 厂房结构的组成厂房结构的组成垂直支撑垂直支撑大型屋面板大型屋面板柱间支撑柱间支撑上弦横向支撑上弦横向支撑天窗架天窗架屋架屋架(a)(a)无檩屋盖无檩屋盖设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构其构件按作用可分为：其构件按作用可分为：横向框架横向框架 由柱和屋架组成由柱和屋架组成,是厂房的主要承重体系。是厂房的主要承重体系。屋盖结构屋盖结构 承担屋盖荷载，包括横向框架的横梁、托承担屋盖荷载，包
4、括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。架、中间屋架、天窗架、檩条等。支撑体系支撑体系 包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等，作用包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等，作用有二：承担纵向水平荷载；把主要承重体系连成空间的整体有二：承担纵向水平荷载；把主要承重体系连成空间的整体结构，保证厂房结构必需的刚度和稳定。结构，保证厂房结构必需的刚度和稳定。吊车梁和制动梁吊车梁和制动梁(或制动桁架或制动桁架)主要承受吊车竖向及水主要承受吊车竖向及水平荷载。平荷载。墙架墙架 承受墙体的自重和风荷载。承受墙体的自重和风荷载。次要的构件：梯子、走道、门窗等。在某些厂房中，次要的构件：梯子、走道、门窗等。在某些厂房
5、中，还有工作平台。还有工作平台。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.1.2 7.1.2 厂房结构的设计步骤厂房结构的设计步骤 （1 1）规划厂房的建筑和结构）规划厂房的建筑和结构 （2 2）静力计算）静力计算 （3 3）构件及连接设计）构件及连接设计 （4 4）绘制施工图）绘制施工图7.1.3 7.1.3 柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置7.1.3.1 7.1.3.1 柱网布置柱网布置 进行柱网布置时，应注意以下几方面的问题：进行柱网布置时，应注意以下几方面的问题：满足生产工艺的要求满足生产工艺的要求 满足结构的要求满足结构的要求 尽可能将柱布置在同一的横
6、向尽可能将柱布置在同一的横向轴线上。轴线上。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 符合经济合理的要求符合经济合理的要求 确定方案时应进行综合比确定方案时应进行综合比较。较。符合柱距规定要求符合柱距规定要求 对厂房横向，当跨度对厂房横向，当跨度L18m时，其跨度宜采用时，其跨度宜采用3m的倍数；当厂房跨度的倍数；当厂房跨度L18m时，其时，其跨度宜采用跨度宜采用6m的倍数。对厂房纵向，以前基本柱距一般的倍数。对厂房纵向，以前基本柱距一般采用采用6m或或12m，现在采用压型钢板作屋面和墙面材料的，现在采用压型钢板作屋面和墙面材料的厂房日益广泛，常以厂房日益广泛，常以18m甚至
7、甚至24m作为基本柱距。多跨作为基本柱距。多跨厂房的中列柱，常因工艺要求需要厂房的中列柱，常因工艺要求需要“拔柱拔柱”。其柱距为。其柱距为基本柱距的倍数，最大可达基本柱距的倍数，最大可达48m。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 图图7.1.2 柱网布置和温度伸缩缝柱网布置和温度伸缩缝(a)(a)各列柱距相等各列柱距相等(b)(b)中间柱有拔柱中间柱有拔柱asaaaccc计算单元计算单元2aacc计算单元计算单元aaaaaaaa插入距插入距(a)(b)设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.1.3.2 7.1.3.2 温度伸缩缝温度伸缩缝 设置设置
8、温度伸缩缝是温度伸缩缝是为了避免产生过大的温度变形和为了避免产生过大的温度变形和和和温度应力。温度应力。在纵向，常采用温度伸缩缝将厂房分成伸缩时互不影在纵向，常采用温度伸缩缝将厂房分成伸缩时互不影响的温度区段。按规范规定，当温度区段长度不超过表响的温度区段。按规范规定，当温度区段长度不超过表7.17.1时，可不计算温度应力。时，可不计算温度应力。表表7.1 7.1 温度区段长度值温度区段长度值120120露天结构露天结构125125100100180180热车间和采暖地区的非采暖房热车间和采暖地区的非采暖房屋屋150150120120220220采暖房屋和非采暖地区的房屋采暖房屋和非采暖地区的
9、房屋柱顶为铰接柱顶为铰接柱顶为刚接柱顶为刚接横向温度区段（沿屋架或构架跨度方向）横向温度区段（沿屋架或构架跨度方向）纵向温度区段纵向温度区段（垂直于屋架或构架跨度方向）（垂直于屋架或构架跨度方向）温度区段长度（温度区段长度（m m）结构情况结构情况设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 为节约钢材也可采用单柱温度伸缩缝，即在纵向构件为节约钢材也可采用单柱温度伸缩缝，即在纵向构件(如托架、吊车梁等如托架、吊车梁等)支座处设置滑动支座，但构造复杂。支座处设置滑动支座，但构造复杂。当厂房宽度较大时，也应该按规范规定布置纵向温度伸当厂房宽度较大时，也应该按规范规定布置纵向温度伸缩缝
10、。缩缝。温度伸缩缝最普通的做法是设置双柱。即在缝的两旁布温度伸缩缝最普通的做法是设置双柱。即在缝的两旁布置两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩缝的中置两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩缝的中线和定位轴线重合；在设备布置条件不允许时，可采用线和定位轴线重合；在设备布置条件不允许时，可采用“插插入距入距”的方式。的方式。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构第第7.27.2节节 厂房结构的框架形式厂房结构的框架形式1.1.横向框架主要尺寸和计算简图横向框架主要尺寸和计算简图2.2.横向框架的荷载和内力横向框架的荷载和内力3.3.框架柱的类型框架柱的类型4.4.
11、纵向框架的柱间支撑纵向框架的柱间支撑1.1.了解厂房框架柱的类型及柱间支撑了解厂房框架柱的类型及柱间支撑2.2.掌握横向框架的计算掌握横向框架的计算本节目录本节目录基本要求基本要求设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.2.1 7.2.1 横向框架主要尺寸和计算简图横向框架主要尺寸和计算简图7.2.1.1 7.2.1.1 主要尺寸主要尺寸 框架的主要尺寸见图框架的主要尺寸见图7.2.17.2.1。框架的跨度，一。框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的般取为上部柱中心线间的横向距离，可由下式定出：横向距离，可由下式定出：SLL2k0 桥式吊车的跨度；桥式吊车的跨度；式中式中k
12、L图图7.2.1 横向框架的主要尺寸横向框架的主要尺寸h2h1h3H2HH1SL0Lx设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构D 车外缘和柱内边缘之间的车外缘和柱内边缘之间的必要空隙：当吊车起重量不大于必要空隙：当吊车起重量不大于500kN时，不宜小于时，不宜小于80mm；当；当吊车起重量大于或等于吊车起重量大于或等于750kN时，时，不宜小于不宜小于100mm；当在吊车和柱；当在吊车和柱之间需要设置安全走道时，则之间需要设置安全走道时，则D不得小于不得小于400mm；S由吊车梁轴线至上段柱轴由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离，应满足下式要求线的距离，应满足下式要求B吊车桥架悬伸
13、长度，可由吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查得；行车样本查得；2/1bDBS 图图7.2.2 柱与吊车梁轴线柱与吊车梁轴线 间的净距间的净距 L0Lxh1h2BSDb1b1/2设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构b1上段柱宽度。上段柱宽度。S的取值：对于中型厂房一般采用的取值：对于中型厂房一般采用0.75m或或1m，重，重型厂房则为型厂房则为1.25m甚至达甚至达2.0m。框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离:321hhhH 式中式中:h3地面至柱脚底面的距离。中型车间约为地面至柱脚底面的距离。中型车间约为0.8-1.0，重型车间为重型车间为
14、1.01.2；h2地面至吊车轨顶的高度，由工艺要求定；地面至吊车轨顶的高度，由工艺要求定；设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 mm2001501001 Ah式中：式中：A为吊车轨道顶面至起重小车顶面之间的距离；为吊车轨道顶面至起重小车顶面之间的距离；100mm是为制造、安装误差留出的空隙；是为制造、安装误差留出的空隙；(150200)mm则是考虑屋架的挠度和下弦水平支则是考虑屋架的挠度和下弦水平支撑角钢的下伸等所留的空隙。撑角钢的下伸等所留的空隙。吊车梁的高度可按吊车梁的高度可按(1/51/12)选用，选用，L为吊车梁的为吊车梁的跨度，吊车轨道高度可根据吊车起重量决定。
15、跨度，吊车轨道高度可根据吊车起重量决定。h1吊车轨顶至屋架下弦底面的距离：吊车轨顶至屋架下弦底面的距离：设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.2.1.2 7.2.1.2 计算简图计算简图 通常简化为平面框架计算。通常简化为平面框架计算。框架计算单元应使纵向每列柱至少有一根柱参加框架计算单元应使纵向每列柱至少有一根柱参加框架工作，同时将受力最不利的柱划入计算单元中。框架工作，同时将受力最不利的柱划入计算单元中。对于各列柱距均相等的厂房，只计算一个框架。对于各列柱距均相等的厂房，只计算一个框架。对有拔柱的计算单元，一般以最大柱距作为划分计算对有拔柱的计算单元，一般以最大柱距
16、作为划分计算单元的标准，其界限可以采用柱距的中心线，也可以单元的标准，其界限可以采用柱距的中心线，也可以采用柱的轴线，如采用后者，则对计算单元的边柱只采用柱的轴线，如采用后者，则对计算单元的边柱只应计入柱的一半刚度，作用于该柱的荷载也只计入一应计入柱的一半刚度，作用于该柱的荷载也只计入一半。半。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构图图7.2.3 横向框架的计算简图横向框架的计算简图(a)(a)柱顶刚接柱顶刚接(b)(b)柱顶铰接柱顶铰接H1H2HL(a)H1H2HL1L2(b)设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 对于由格构式横梁和阶形柱对于由格构式
17、横梁和阶形柱(下部柱为格构柱下部柱为格构柱)所组成所组成的横向框架，需要将惯性矩的横向框架，需要将惯性矩(对高度有变化的桁架式横梁按对高度有变化的桁架式横梁按平均高度计算平均高度计算)乘以折减系数乘以折减系数0.9简化成实腹式横梁和实腹简化成实腹式横梁和实腹式柱。对柱顶刚接的横向框架，当满足下式的条件时，可式柱。对柱顶刚接的横向框架，当满足下式的条件时，可近似认为横梁刚度为无穷大：近似认为横梁刚度为无穷大：4ACAB KKABK式中式中横梁在远端固定使近端横梁在远端固定使近端A A点转动单位角时在点转动单位角时在A点所需施加的力矩值；点所需施加的力矩值；柱在柱在A A点转动单位角时在点转动单位
18、角时在A A点所需施加的力点所需施加的力矩值。矩值。ACK 框架的计算跨度框架的计算跨度L(或或L1、L2)取为两上柱轴线之间的距取为两上柱轴线之间的距离。离。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 横向框架的横向框架的计算高度计算高度H：柱顶刚接时：柱顶刚接时,可取为柱脚底面至框可取为柱脚底面至框架下弦轴线的距离架下弦轴线的距离(横梁假定为无限刚性横梁假定为无限刚性)，或柱脚底面至横梁，或柱脚底面至横梁端部形心的距离端部形心的距离(横梁为有限刚性横梁为有限刚性)；柱顶铰接时，应取为柱脚；柱顶铰接时，应取为柱脚底面至横梁主要支承节点间距离。对阶形柱应以肩梁上表面作底面至横梁
19、主要支承节点间距离。对阶形柱应以肩梁上表面作分界线将分界线将H H划分为上部柱高度划分为上部柱高度H1和下部柱高度和下部柱高度H2。图图7.2.4 横向框架的高度取值方法横向框架的高度取值方法H2HH1H2HH1H2HH1H2HH1长圆孔相连长圆孔相连(a)(b)(c)(d)设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.2.2 7.2.2 横向框架的荷载和内力横向框架的荷载和内力7.2.2.1 7.2.2.1 荷载荷载 作用在横向框架上的荷载有永久荷载、可变荷载、施工作用在横向框架上的荷载有永久荷载、可变荷载、施工荷载。荷载。永久荷载永久荷载：屋盖系统、柱、吊车梁系统、墙架、墙
20、板及：屋盖系统、柱、吊车梁系统、墙架、墙板及设备管道等的自重。可参考有关资料、表格、公式进行估计。设备管道等的自重。可参考有关资料、表格、公式进行估计。可变荷载可变荷载：风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、：风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、吊车荷载等。可由荷载规范和吊车规格查得。吊车荷载等。可由荷载规范和吊车规格查得。施工荷载施工荷载：考虑在施工中采取临时性措施。：考虑在施工中采取临时性措施。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.2.2.2 7.2.2.2 内力组合分析内力组合分析 框架内力分析可按框架内力分析可按结构力学结构力学的方法进行，也可利用的方法进行，
21、也可利用计算计算图表图表或或计算机程序计算机程序。对于单跨刚架，分别对于单跨刚架，分别以以荷载标准值荷载标准值分析以下工况分析以下工况：永久荷载；永久荷载；屋面活荷载；屋面活荷载；左（或右）风荷载；左（或右）风荷载；吊车左（或右）吊车左（或右）刹车力；刹车力；吊车小车靠近左（或右）时的重力。吊车小车靠近左（或右）时的重力。然后，按照承载能力极限状态或正常使用极限状态组合。然后，按照承载能力极限状态或正常使用极限状态组合。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构最不利的内力组合最不利的内力组合受弯构件最多只需四种内力组合：受弯构件最多只需四种内力组合：:max,MNmax,MN
22、max,VMmax,VM压弯构件最多只需四种内力组合：压弯构件最多只需四种内力组合：:max,MNmax,MNmax,NMmax,NM设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 柱与屋架刚接时，应对横梁的端弯矩和相应的剪力进行组柱与屋架刚接时，应对横梁的端弯矩和相应的剪力进行组合。最不利组合可分为四组：合。最不利组合可分为四组：使屋架下弦杆产生最大压力；使屋架下弦杆产生最大压力；使屋架上弦杆产生最大压力，同时也使下弦杆产生最大使屋架上弦杆产生最大压力，同时也使下弦杆产生最大拉力；拉力；使腹杆产生最大拉力使腹杆产生最大拉力 使腹杆产生最大压力使腹杆产生最大压力 组合时考虑施工情况
23、，只考虑屋面恒载所产生的支座端弯组合时考虑施工情况，只考虑屋面恒载所产生的支座端弯矩和水平力的不利作用，不考虑它的有利作用。矩和水平力的不利作用，不考虑它的有利作用。(a)MHMH(c)MHMH(b)MHMH(d)MHMH图图7.2.5设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.2.3 7.2.3 框架柱的类型框架柱的类型 框架柱按结构形式可分为等截面柱、阶形柱和分离框架柱按结构形式可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱三大类。式柱三大类。等截面柱有实腹式和格构式两种等截面柱有实腹式和格构式两种,通常采用实腹式。通常采用实腹式。等截面柱将吊车梁支于牛腿上，构造简单，但吊车竖向等截面
24、柱将吊车梁支于牛腿上，构造简单，但吊车竖向荷载偏心大，只适用于吊车起重量荷载偏心大，只适用于吊车起重量Q150kN，或无吊，或无吊车且厂房高度较小的轻型厂房中。车且厂房高度较小的轻型厂房中。阶形柱用钢量比等截面柱节省。也分为实腹式和格阶形柱用钢量比等截面柱节省。也分为实腹式和格构式两种。构式两种。框架柱形式见图框架柱形式见图7.2.6 7.2.6。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构图图7.2.6 框架柱的形式框架柱的形式(a)(a)等截面实腹柱；等截面实腹柱；(b)(b)等截面格构柱；等截面格构柱；(c)(c)阶形实腹柱；阶形实腹柱；(d)(d)阶形格构柱；阶形格构柱；
25、(e)(e)双阶柱双阶柱;(f);(f)分离式柱分离式柱(a)H(b)H(c)室内地面标高室内地面标高柱底标高柱底标高(f)室内地面标高室内地面标高柱角底面标高柱角底面标高(e)H3H2H1(d)设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 分离式柱：由支承屋盖结构的屋盖肢和支承吊车梁或吊车分离式柱：由支承屋盖结构的屋盖肢和支承吊车梁或吊车桁架的吊车肢所组成，两柱肢之间用水平板相连接。桁架的吊车肢所组成，两柱肢之间用水平板相连接。屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊车水平荷载，按压弯构屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊车水平荷载，按压弯构件设计；吊车肢在框架平面内的稳定性依靠连在屋盖肢上的
26、水件设计；吊车肢在框架平面内的稳定性依靠连在屋盖肢上的水平连系板保证。吊车肢仅承受吊车的竖向荷载，当吊车梁采用平连系板保证。吊车肢仅承受吊车的竖向荷载，当吊车梁采用突缘支座时，按轴心受压构件设计，当采用平板支座时，仍按突缘支座时，按轴心受压构件设计，当采用平板支座时，仍按压弯构件设计。压弯构件设计。分离式柱构造简单，制作和安装比较方便，但用钢量比阶分离式柱构造简单，制作和安装比较方便，但用钢量比阶形柱多，且刚度较差，只宜用于吊车轨顶标高低于形柱多，且刚度较差，只宜用于吊车轨顶标高低于10m、且吊、且吊车起重量车起重量Q750kN，或者相邻两跨吊车的轨顶标高相差很悬殊，或者相邻两跨吊车的轨顶标高
27、相差很悬殊，而低跨吊车起重量而低跨吊车起重量Q500kN。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.2.4 7.2.4 纵向框架的柱间支撑纵向框架的柱间支撑7.2.4.1 7.2.4.1 柱间支撑的作用和布置柱间支撑的作用和布置 柱间支撑的作用为：柱间支撑的作用为：组成坚强的纵向构架，保证厂房的纵向刚度；组成坚强的纵向构架，保证厂房的纵向刚度；承受厂房端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载承受厂房端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力等，在地震区尚应承受厂房纵向的地震力，及温度应力等，在地震区尚应承受厂房纵向的地震力，并传至基础。并传至基础。可作为框架柱在框架平面外的支点
28、，减少柱在框可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度。架平面外的计算长度。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 柱间支撑由两部分组成：在吊车梁以上的部分称为柱间支撑由两部分组成：在吊车梁以上的部分称为上层支撑。吊车梁以下部分称为下层支撑，下层柱间支撑上层支撑。吊车梁以下部分称为下层支撑，下层柱间支撑与柱、吊车梁在纵向组成刚性很大的悬臂桁架。为了使纵与柱、吊车梁在纵向组成刚性很大的悬臂桁架。为了使纵向构件在温度发生变化时能较自由地伸缩，下层支撑应该向构件在温度发生变化时能较自由地伸缩，下层支撑应该设在温度区段中部。只有当吊车位置高而车间总长度又很设在温度
29、区段中部。只有当吊车位置高而车间总长度又很短短(如混铁炉车间如混铁炉车间)时，下层支撑设在两端才是合理的。时，下层支撑设在两端才是合理的。当温度区段小于当温度区段小于90m时，在它的中央设置一道下层支时，在它的中央设置一道下层支撑撑图图7.2.7(a)；如果温度区段长度超过；如果温度区段长度超过90m，则在它的，则在它的1/3点处各设一道支撑点处各设一道支撑图图7.2.7(b)。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构图图7.2.7 柱间支撑的布置柱间支撑的布置(b)(a)设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 上层柱间支撑又分为两层，第一层在屋架端部高度
30、上层柱间支撑又分为两层，第一层在屋架端部高度范围内属于屋盖垂直支撑。第二层在屋架下弦至吊车梁范围内属于屋盖垂直支撑。第二层在屋架下弦至吊车梁上翼缘范围内。上翼缘范围内。为了传递风力，上层支撑需要布置在温度区段端部。为了传递风力，上层支撑需要布置在温度区段端部。此外，在有下层支撑处也应设置上层支撑。上层柱间支此外，在有下层支撑处也应设置上层支撑。上层柱间支撑宜在柱的两侧设置，只有在无人孔而柱截面高度不大撑宜在柱的两侧设置，只有在无人孔而柱截面高度不大的情况下才可沿柱中心设置一道。下层柱间支撑应在柱的情况下才可沿柱中心设置一道。下层柱间支撑应在柱的两个肢的平面内成对设置；与外墙墙架有联系的边列的两
31、个肢的平面内成对设置；与外墙墙架有联系的边列柱可仅设在内侧，但重级工作制吊车的厂房外侧也同样柱可仅设在内侧，但重级工作制吊车的厂房外侧也同样设置支撑。设置支撑。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.2.4.2 7.2.4.2 柱间支撑的形式和组成柱间支撑的形式和组成 柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字式、柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字式、门架式等，如图门架式等，如图7.2.87.2.8 。图图7.2.8 柱间支撑的形式柱间支撑的形式(a)(b)(c)(d)(e)设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 上层柱间支撑承受端墙传来的风力；下
32、层柱间支撑除上层柱间支撑承受端墙传来的风力；下层柱间支撑除承受端墙传来的风力以外，还承受吊车的纵向水平荷载。承受端墙传来的风力以外，还承受吊车的纵向水平荷载。在同一温度区段的同一柱列设有两道或两道以上的柱间支在同一温度区段的同一柱列设有两道或两道以上的柱间支撑时，则全部纵向水平荷载撑时，则全部纵向水平荷载(包括风力包括风力)由该柱列所有支撑由该柱列所有支撑 十字交叉支撑使用最为普遍，其斜杆倾角宜为十字交叉支撑使用最为普遍，其斜杆倾角宜为4545。左左右。上层支撑在柱间距大时可改用斜撑杆；下层支撑高而右。上层支撑在柱间距大时可改用斜撑杆；下层支撑高而不宽者可以用两个十字形，高而刚度要求严格者可以
33、占用不宽者可以用两个十字形，高而刚度要求严格者可以占用两个开间。两个开间。当柱间距较大或十字撑妨碍生产空间时，可采用门架当柱间距较大或十字撑妨碍生产空间时，可采用门架式支撑。式支撑。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构共同承受。当在柱的两个肢的平面内成对设置时，在吊车共同承受。当在柱的两个肢的平面内成对设置时，在吊车肢的平面内设置的下层支撑，除承受吊车纵向水平荷载外，肢的平面内设置的下层支撑，除承受吊车纵向水平荷载外，还承受与屋盖肢下层支撑按轴线距离分配传来的风力；靠还承受与屋盖肢下层支撑按轴线距离分配传来的风力；靠墙的外肢平面内设置的下层支撑，只承受端墙传来的风力墙的外
34、肢平面内设置的下层支撑，只承受端墙传来的风力与吊车肢下层支撑按轴线距离分配受力。与吊车肢下层支撑按轴线距离分配受力。交叉杆、上层斜撑杆、门形交叉杆、上层斜撑杆、门形下层支撑下层支撑的主要杆件一般的主要杆件一般按柔性杆按柔性杆(拉杆拉杆)设计设计，交叉杆趋向于受压的杆件不参与工，交叉杆趋向于受压的杆件不参与工作，其他的非交叉杆以及水平横杆按压杆设计。某些重型作，其他的非交叉杆以及水平横杆按压杆设计。某些重型车间，对下层柱间支撑的刚度要求较高，往往交叉杆的两车间，对下层柱间支撑的刚度要求较高，往往交叉杆的两杆均按压杆设计。杆均按压杆设计。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构第
35、第7.37.3节节 屋盖结构屋盖结构1.1.屋盖结构的形式屋盖结构的形式2.2.屋盖支撑屋盖支撑3.3.简支屋架设计简支屋架设计4.4.刚接屋架（框架横梁）设计特点刚接屋架（框架横梁）设计特点1.1.了解屋盖的形式和支撑了解屋盖的形式和支撑2.2.掌握简支屋架的设计掌握简支屋架的设计本节目录本节目录基本要求基本要求设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.3.1 7.3.1 屋盖的结构形式屋盖的结构形式7.3.1.1 7.3.1.1 屋盖结构体系屋盖结构体系(1)(1)无檩屋盖无檩屋盖 无檩屋盖一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型无檩屋盖一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型
36、屋面，将屋面板直接放在屋架或天窗架上。屋面，将屋面板直接放在屋架或天窗架上。预应力混凝土大型屋面板的跨度通常采用预应力混凝土大型屋面板的跨度通常采用6m，有，有条件时也可采用条件时也可采用12m。当柱距大于所采用的屋面板跨度时，。当柱距大于所采用的屋面板跨度时，可采用托架可采用托架(或托梁或托梁)来支承中间屋架。来支承中间屋架。采用无檩屋盖的厂房，屋面刚度大，耐久性也高。采用无檩屋盖的厂房，屋面刚度大，耐久性也高。由于大型屋面板与屋架上弦杆的焊接常常得不到保证，只由于大型屋面板与屋架上弦杆的焊接常常得不到保证，只能有限地考虑它的空间作用，屋盖支撑不能取消。能有限地考虑它的空间作用，屋盖支撑不能
37、取消。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构(2)(2)有檩屋盖有檩屋盖 有檩屋盖常用于轻型屋面材料的情况。如压型钢有檩屋盖常用于轻型屋面材料的情况。如压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮等。板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮等。对石棉瓦和瓦楞铁皮屋面，屋架间距通常为对石棉瓦和瓦楞铁皮屋面，屋架间距通常为6m；当柱距大于或等于当柱距大于或等于12m时时,则用托架支承中间屋架。对则用托架支承中间屋架。对于压型钢板和压型铝合金板屋面、屋架间距常大于或于压型钢板和压型铝合金板屋面、屋架间距常大于或等于等于12m，当屋架间距为，当屋架间距为1218m时，宜将檩条直接时，宜将檩条
38、直接支承于钢屋架上；当屋架间距大于支承于钢屋架上；当屋架间距大于18m时时,以纵横方向以纵横方向的次桁架的次桁架(或梁或梁)来支承檩条较为合适。来支承檩条较为合适。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.3.1.2 7.3.1.2 屋架的形式屋架的形式 屋架外形常用的有三角形、梯形、平行弦和人字形等。屋架外形常用的有三角形、梯形、平行弦和人字形等。屋架的外形首先取决于建筑物的用途，其次应考虑用料屋架的外形首先取决于建筑物的用途，其次应考虑用料经济施工方便、与其他构件的连接以及结构的刚度等问题。经济施工方便、与其他构件的连接以及结构的刚度等问题。此外，还取决于屋面材料要求的
39、排水坡度。此外，还取决于屋面材料要求的排水坡度。在制造简单的条件下，在制造简单的条件下，桁架外形应尽可能与其弯矩图接桁架外形应尽可能与其弯矩图接近近，这样能使弦杆受力均匀，腹杆受力较小。腹杆的布置应，这样能使弦杆受力均匀，腹杆受力较小。腹杆的布置应使内力分布趋于合理，尽量用长杆受拉、短杆受压，腹杆的使内力分布趋于合理，尽量用长杆受拉、短杆受压，腹杆的数目宜少，总长度要短，斜腹杆的倾角一般在数目宜少，总长度要短，斜腹杆的倾角一般在30。60。之之间，腹杆布置时应注意使荷载都作用在桁架的节点上间，腹杆布置时应注意使荷载都作用在桁架的节点上(石棉石棉瓦等轻屋面的屋架除外瓦等轻屋面的屋架除外)，避免由
40、于节间荷载而使弦杆承受，避免由于节间荷载而使弦杆承受局部弯矩，节点构造要求简单合理，便于制造。局部弯矩，节点构造要求简单合理，便于制造。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构三角形桁架三角形桁架 用于陡坡屋面用于陡坡屋面(i1 13)3)的有檩屋盖体系的有檩屋盖体系 特点：通常与柱子只能铰接，房屋的整体横向刚度较特点：通常与柱子只能铰接，房屋的整体横向刚度较低；对简支屋架来说，外形与荷载作用下的弯矩图相差悬殊，低；对简支屋架来说，外形与荷载作用下的弯矩图相差悬殊，致使这种屋架弦杆受力不均，支座处内力较大，跨中内力较致使这种屋架弦杆受力不均，支座处内力较大，跨中内力较小，弦杆
41、的截面不能充分发挥作用；支座处上、下弦杆交角小，弦杆的截面不能充分发挥作用；支座处上、下弦杆交角过小内力较大，使支座节点构造复杂。过小内力较大，使支座节点构造复杂。三角形屋架的腹杆布置常用的几种形式三角形屋架的腹杆布置常用的几种形式:图图7.3.1 三角形屋架的形式三角形屋架的形式(a)(c)(b)(d)设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构梯形屋架梯形屋架 用于屋面坡度较为平缓的无檩屋盖体系用于屋面坡度较为平缓的无檩屋盖体系 特点：特点：它与简支受弯构件的弯矩图形比较接近，弦杆它与简支受弯构件的弯矩图形比较接近，弦杆受力较为均匀。梯形屋架与柱的连接可以做成铰接也可以做成受
42、力较为均匀。梯形屋架与柱的连接可以做成铰接也可以做成刚接。刚性连接可提高建筑物的横向刚度。刚接。刚性连接可提高建筑物的横向刚度。梯形屋架的腹杆体系可采用单斜式、人字式和再分式。梯形屋架的腹杆体系可采用单斜式、人字式和再分式。一般情况下，与柱刚接的屋架宜采用下承式；与柱铰接时则采一般情况下，与柱刚接的屋架宜采用下承式；与柱铰接时则采用上承式下承式均可。用上承式下承式均可。图图7.3.2 梯形屋架梯形屋架3000300030001500(a)(b)(c)(d)设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 人字形屋架人字形屋架,上、下弦可以平行上、下弦可以平行;也可以有不同坡度也可以有
43、不同坡度,或者或者下弦有一水平段。如图下弦有一水平段。如图7.3.3所示。坡度常为所示。坡度常为1/201/10，屋架，屋架中部高度一般为中部高度一般为2.02.5m，跨度大于，跨度大于36m时可取较大高度，时可取较大高度，但不宜超过但不宜超过3m。端部高度一般为跨度的。端部高度一般为跨度的1/181/12。图图7.3.3 人字形屋架和平行弦桁架人字形屋架和平行弦桁架(a)(c)(b)(d)(e)(f)(g)设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 平行弦桁架在构造方面有突出的优点，弦杆及腹杆分平行弦桁架在构造方面有突出的优点，弦杆及腹杆分别等长、节点形式相同、能保证桁架的杆
44、件重复率最大，别等长、节点形式相同、能保证桁架的杆件重复率最大，且可使节点构造形式统一，便于制作工业化。且可使节点构造形式统一，便于制作工业化。平行弦桁架还可用于单坡屋架、吊车制动桁架、栈桥平行弦桁架还可用于单坡屋架、吊车制动桁架、栈桥和支撑构件等。腹杆布置通常采用人字式，用作支撑桁架和支撑构件等。腹杆布置通常采用人字式，用作支撑桁架时腹杆常采用交叉式。时腹杆常采用交叉式。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.3.1.3 7.3.1.3 托架、天窗架的形式托架、天窗架的形式 支承中间屋架的桁架称为托架。支承中间屋架的桁架称为托架。托架一般采用平行弦桁架，腹杆采用带竖杆的
45、人字形体托架一般采用平行弦桁架，腹杆采用带竖杆的人字形体系。直接支承于钢筋混凝土柱上的托架常用下承式，支于钢系。直接支承于钢筋混凝土柱上的托架常用下承式，支于钢柱上的托架常用上承式。柱上的托架常用上承式。托架高度应根据所支承的屋架端部高度、刚度要求、经托架高度应根据所支承的屋架端部高度、刚度要求、经济要求以及有利于节点构造的原则来决定。一般取跨度的济要求以及有利于节点构造的原则来决定。一般取跨度的1/51/51/101/10，托架的节间长度一般为，托架的节间长度一般为2m或或3m。当托架跨度大于当托架跨度大于18m时，可做成双壁式，此时，上下弦时，可做成双壁式，此时，上下弦杆采用平放的杆采用平
46、放的H H型钢型钢,以满足平面外刚度要求。托架与柱的连以满足平面外刚度要求。托架与柱的连接通常做成铰接，屋架与托架的连接宜采用铰支的平接。接通常做成铰接，屋架与托架的连接宜采用铰支的平接。设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构图图7.3.4 托架形式托架形式(a)(a)上承式托架；上承式托架；(b)(b)下承式托架；下承式托架；(c)(c)双壁式桁架截面；双壁式桁架截面；(d)(d)单壁式桁架截面；单壁式桁架截面；n3000n3000n3000n3000n3000n3000n3000n3000n30003200032000n3000(a)(b)(c)(d)设计设计钢结构钢结
47、构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 厂房中天窗的形式可分为纵向天窗、横向天窗和井式天窗等。厂房中天窗的形式可分为纵向天窗、横向天窗和井式天窗等。纵向天窗的天窗架形式一般有竖杆式、三角拱式和三支点式。纵向天窗的天窗架形式一般有竖杆式、三角拱式和三支点式。见图见图7.3.5 。图图7.3.5 天窗架形式天窗架形式(a)(c)90009000600012000(b)600060009000设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7.3.2 7.3.2 屋盖支撑屋盖支撑 为使屋架结构有足够的空间刚度和稳定性，必须在为使屋架结构有足够的空间刚度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。
48、屋架间设置支撑系统。(1)(1)支撑的作用支撑的作用 保证结构的空间整体作用；保证结构的空间整体作用；避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动；避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动；承担和传递水平荷载承担和传递水平荷载(如风荷载、悬挂吊车水平如风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载等荷载和地震荷载等)；保证结构安装时的稳定与方便保证结构安装时的稳定与方便 设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 图图7.3.6 屋盖支撑作用示意图屋盖支撑作用示意图(a)檩条或檩条或屋面板屋面板屋架屋架下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑垂直支撑垂直支撑(b)设计设
49、计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构(2)(2)支撑的布置支撑的布置 图图7.3.7 有檩屋盖的支撑布置有檩屋盖的支撑布置(a)(a)屋架间距为屋架间距为6m6m时；时；(b)(b)屋架间距为屋架间距为12m12m时；时；7008006000屋架上弦平面屋架上弦平面横向水平支撑横向水平支撑1160m60m檩条檩条屋架下弦平面屋架下弦平面垂直支撑垂直支撑系杆系杆1-1(a)纵向水平支撑纵向水平支撑12000300060002260m60m垂直支撑垂直支撑檩条檩条隔撑隔撑2-2(b)设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 图图7.3.8 无檩屋盖的支撑布置无檩屋
50、盖的支撑布置(a)(a)屋架间距为屋架间距为6m6m无天窗架的屋盖支撑布置时；无天窗架的屋盖支撑布置时；(b)(b)天窗未到尽端的屋盖支撑布置；天窗未到尽端的屋盖支撑布置；6000屋架上弦平面屋架上弦平面1212屋架下弦平面屋架下弦平面1-12-2(a)6000屋架上弦平面屋架上弦平面33屋架下弦平面屋架下弦平面天窗架上弦平面天窗架上弦平面3-3(b)设计设计钢结构钢结构第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构 屋盖支撑系统可分为：横向水平支撑、纵向水平支撑、屋盖支撑系统可分为：横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。垂直支撑和系杆。上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑 设置在屋架上弦和天窗架上
