1、8.1.1厂房结构的组成1横向框架由柱和它所支撑的屋架组成，是厂房的主要承重体系，承受结构的自重、风、雪荷载和吊车梁的竖向和横向荷载，并把这些荷载传递到基础。2 屋盖结构 承担屋盖荷载的结构体系，包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。3 支撑体系包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等，它一方面与柱、吊车梁等组成厂房的纵向框架，承担纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空间的整体结构，从而保证了厂房结构所必需的刚度和稳定。4 吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要承受吊车梁竖向及水平荷载，并将这些荷载传导横向框架和纵向框架上。5 墙架承受墙体的自重和风荷载。8.1.2厂房结构
2、的设计步骤1、建筑方面首先要对厂房的建筑和结构进行合理的规划，使其满足工艺和施工要求，并考虑将来可能发生的生产流程变化和发展，然后根据工艺设计确定车间平面及高度方向的主要尺寸，同时布置柱网和温度伸缩缝，选择主要承重框架的形式，并确定框架的主要尺寸；布置屋盖结构、支撑体系及墙架体系。2、结构设计方面结构方案确定以后，即可按设计资料进行静力计算、构件及连接设计，最后绘制施工图，设计时应尽量采用构件及连接的标准图集。8.1.3柱网和温度伸缩缝的布置进行柱网布置时,应注意以下几方面的问题：满足生产工艺的要求满足结构的要求符合经济合理的要求符合柱距规定要求温度伸缩缝温度变化将引起结构变形，使厂房结构产生
3、温度应力。故当厂房平面尺寸较大时，为避免产生过大的温度变形和温度应力，应在厂房的横向或纵向设置温度伸缩缝。温度伸缩缝的布置决定与厂房的纵向和横向长度。8.2厂房结构的框架形式厂房的主要承重结构通常采用框架体系，因为框架体系的横向刚度较大，且能形成矩形的内部空间，便于桥式吊车运行，能满足使用上的要求。框架的跨度L0框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的横向距离，可由下式定出：L0=LK+2S 式中LK桥式吊车的跨度S 由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离，应满足下式要求： S=B+D+ b1 /2 B 吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查得；D 吊车外缘和柱内边缘之间的必要孔隙：b1上段柱宽度。S 的取值：
4、对于中型厂房一般采用0.75m或1m，重型厂房则为1.25m甚至达2.0m。框架的高度H框架高度为柱脚底面到横梁下弦底部的距离： H=h1+h2+h3 (8.3) 式中 h3地面至柱脚底面的距离。 h2 地面至吊车轨顶的高度,由工艺要求决定; h1 吊车轨顶至屋架下弦底面的距离： h1=A+100+(150200)(mm) (8.4) 式（8.4）中A为吊车轨顶至起重小车顶面之间的距离；100mm是为制造、安装误差留出的孔隙；（150200）mm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孔隙。计算单元划分原则 a. 每一纵向柱列至少有一根柱划入计算单元，一般以最大柱距作为划分计算单元的
5、标准； b. 可以采用柱距的中心线作为划分计算单元的界限，也可以采用柱的轴线作为划分计算单元的界限。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半。 c. 在一个计算单元的一列柱不宜超过5个柱距，计算单元的长度不宜大于30m。 计算假定（结构力学假定） 对于由格构式横梁和阶形柱(下部柱为格构柱)所组成的横向框架,一般考虑桁架式横梁和格构式的腹杆或缀条变形的影响,将惯性矩(对高度有变化的桁架式横梁按平均高度计算)乘以折减系数0.9，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KAB/KAC4时,可近似认为横梁刚度为无穷大,否则横梁按有限刚度考虑。框
6、架的计算跨度取为两上柱轴线间距离。框架的计算高度：柱顶刚接时，取柱脚底面至框架下弦轴线（横梁无限刚性）或柱脚底面至横梁端部形心（横梁有限刚性）；柱顶铰接时，取柱脚底面至横梁主要支承节点间距离。框架柱的类型 按结构形式分：等截面柱、阶形柱、分离式柱柱间支撑的作用1、与框架柱组成刚强的纵向构架，保证厂房的纵向刚度。2、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，并传至基础。3、为框架在框架平面外提供可靠的支承，减少柱在框架平面外的计算长度。柱间支撑的组成屋架端部高度范围内的垂直支撑和上、下系杆；在吊车梁或吊车桁架以上至屋架下弦间设置的上段柱支撑；在吊车
7、梁或吊车桁架以下至柱脚处设置的下段柱支撑和系杆。柱间支撑的布置温度区段小于90m时，中央设置一道下层支撑，大于90m，三分点 处设置。上层支撑设置温度区段两端及下层支撑对应点处。柱间支撑的布置 布置柱间支撑应满足生产净空的要求；要尽可能与屋盖横向水平支撑的布置相协调；考虑温度应力；每一温度区段的每一列柱，一般均应设置柱间支撑。 下段柱支撑的位置是决定纵向结构变形和产生温度应力的大小，因此，应尽可能设在温度区段的中部。 上段柱支撑除在下段柱支撑的柱间布置外，为了满足结构的安装要求、提高厂房结构上部的纵向刚度及传递端部山墙的风荷载，应在温度区段的两端布置。 等截面柱的柱间支撑，一般沿柱的中心线设置
8、单片支撑。柱间支撑的结构形式 十字形交叉支撑。构造简单、传力直接、用料节省，最为普遍。 八字形、人字形支撑。一般用于上段柱的柱间支撑。 门架形支撑。构造复杂、用料多，用于工艺、设备特殊要求处。屋盖结构体系无檩屋盖。大型屋面板直接放在屋架或天窗上。有檩屋盖。常用于轻型屋面材料的情况。屋盖结构的形式 屋架选形首先取决与建筑物的用途，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，再次取决于屋面材料要求的排水坡度。腹杆布置的原则：应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，斜腹杆倾角一般在3060之间,应使荷载作用在结点上,节点构造要求简单合理,便于制造
9、。屋架外形常用的有三角形、平行弦、梯型和人字形等。支承中间屋架的桁架称为托架，一般采用平行弦桁架。托架高度应根据所支撑的屋架端部高度、刚度要求、经济要求以及有利于节点构造的原则来决定。为了采光和通风的要求，厂房中常设置天窗。天窗的形式可分为纵向天窗、横向天窗和井式天窗等。一般采用纵向天窗。纵向天窗的天窗架形式一般有多竖杆式、三铰拱式和三支点式。 屋盖支撑的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。承担和传递水平荷载（如风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载）。保证结构安装时的稳定与方便。支撑的布置上弦横向水平支撑。一般设置在房屋两端或纵向温度区段两端。下弦横向水平支撑。一
10、般与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。纵向水平支撑。设置在屋架端节间平面内。 垂直支撑。应与屋架上、下弦水平支撑设置在同一柱间。系杆。为支持未连支撑的平面屋架和天窗架，保证它们的稳定和传递水平力，应在横向支撑或垂直支撑节点处通长设置系杆。支撑的计算和构造屋架的横向和纵向水平支撑都是平行弦桁架，垂直支撑也是平行弦桁架，支撑中的交叉斜杆以及柔性系杆按拉杆设计；非交叉斜杆、弦杆、横杆以及刚性系杆按压杆设计。屋架的内力分析基本假定 计算屋架内力时，通常将荷载集中到节点上（屋架作用有节间荷载时，可将其分配到相邻的两个节点），并假定节点的所有杆件轴线在同一平面内相交于一点，各节点均为立相铰接。杆件的计算长度
11、和容许长细比桁架平面内：弦杆、支座斜杆和支座竖杆l，其他腹杆0.8l。0.8为考虑拉杆对节点的嵌固作用。桁架平面外：弦杆应取侧向支撑点间距离，腹杆取杆长。斜平面：支座斜杆和支座竖杆l，其他腹杆0.9L.杆件截面形式的确定应考虑构造简单、施工方便、易于连接，使其有一定的侧向刚度且取材容易。对压杆要等稳定。杆件的截面选择原则应优先选用宽而薄的板件或肢件，受压杆应满足局部稳定要求。角钢杆件或T形钢的悬伸肢长不得小于45mm。节点板的厚度选用按表8.4P224执行。跨度24m的桁架弦杆可改变一次。同一屋架的形钢规格不宜过多。当连接支撑等的螺栓孔在节点板范围内且局节点板边缘100mm时，计算杆件强度可不
12、考虑截面的消弱。单面连接的单角钢杆件，按轴心构件计算应考虑偏心影响，其强度设计值应乘以相应的折减系数。桁架的节点设计桁架应以杆件的形心线为轴线并在节点处交于一点，宜避免杆件偏心受力。当弦杆截面沿长度由改变时，为便于拼接和防止屋面材料，一般将拼接处两侧弦杆表面对齐，宜用受力大的杆件形心线为轴线。节点处，各杆件之间的孔隙大于1520mm，焊缝的净距应大于10mm。角钢端部的切割一般垂直于其轴线。节点板的外形应尽可能简单而规则。节点板边缘与杆件轴线的夹角不应小于15。支承大型屋面板的上弦杆，支撑处荷载过大时应加强。 柱的计算长度柱在框架平面内的计算长度应根据柱的形式及两端支撑情况而定。等截面柱的计算
13、长度按第7章定。对于阶形柱，其计算长度是分段而定的。各段的计算长度应等于各段的几何长度乘以相应的计算长度系数1和2，单各段的计算长度系数1和2之间有一定联系。当柱上端与梁铰接时，将柱视为上端自由的独立柱；当柱上端与横梁刚接时，将柱视为上端可移动但不能转动的独立柱。柱的截面验算单节柱的上柱，一般为实腹工字形截面，选最不利的内力组合按压弯构件进行截面验算。阶形柱的下段柱一般为格构式压弯构件，需要验算框架平面内的整体稳定以及屋盖肢与吊车肢的单肢稳定。肩梁的构造和计算阶形柱支承吊车处，是上、下柱连接和传递吊车梁支反力的重要部位，它由上盖板、下盖板、腹板及垫板组成，也称肩梁。肩梁有单壁式和双壁式两种。托
14、架与柱的连接托架通常支承于钢柱的腹板上。钢柱上应设置支托板和加劲肋以承受托架的垂直反力，连接托架与柱的螺栓数，按构造上的需求决定。轻型门式刚架结构轻型门式刚架结构专指主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、可以设置起重量不大于200KN的中、轻级工作制桥式吊车30KN悬挂式起重机的单层房屋钢结构。 结构形式门式刚架分为单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的和带毗屋的刚架等形式。多跨刚架中间柱于刚架斜梁的连接，可采用铰接。建筑尺寸门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离。宜为936M，以3M为模数。边柱的宽度不相等时，基处侧要对齐。门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点
15、的高度。宜为4.59M，必要时可适当加大。门式刚架的间距，即柱网轴线在纵向的距离宜为6M，也可采用7.5M或9M，最大可用12M。跨度较小时可用4.5M。结构平面布置门式刚架轻型房屋钢结构的纵向温度区段长度不大于300M，横向温度区段长度不大于150M。当需要设置伸缩缝时，可在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔并使该处屋面板在构造上允许胀缩；或者设置双柱。在多跨刚架局部抽掉中柱处，可布置托架。山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙架组成的山墙墙架，或直接采用门式刚架。墙梁布置门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型及规格而定，但不应大于计算确定的值
16、。外墙在抗震设防烈度不高于6度的情况下，可采用砌体；当为7度、8度时，不宜采用嵌砌砌体；9度时宜采用与柱柔性连接的轻质墙板。支撑布置在每个温度区段或者分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。柱间支撑的间距根据安装条件确定，一般取30M40M，不大于60M。房屋高度较大时，柱间支撑要分支设置。在设置柱间支撑的开间应同时设置屋盖横向支撑以组成几何不变体系。端部支撑宜设在温度区段端部的第二个开间，这种情况下，在第一开间的相应位置宜设置刚性系杆。刚架转折处（如柱顶和屋脊）也宜设置刚性系杆，由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑，可由檩条兼作；若刚度或承载力不足，可在
17、刚架斜梁间设置钢管、H型 钢或其他截面形式的杆件。门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，宜采用张紧的十字交叉圆钢组成，用特制的连接件与梁柱腹板相连。连接件应能适应不同的夹角。圆钢端部都应有丝扣，校正定位后将拉条张紧固定。变截面刚架内力计算变截面门式刚架应采用弹性方法确定内力。仅在构件为等截面时才允许采用塑性分析方法进行设计。变截面门式刚架宜按平面结构分析内力，可采用有限元法（直接刚度法），计算时宜将构件分为若干段，每段的几何特征可视为常量，还可以采用楔形单元。地震作用效应可采用底部剪力法分析确定。变截面刚架侧移计算变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。当单跨变截面刚架斜梁上缘坡度不大于15时
18、，在柱顶水平力作用下的侧移u，可按下列公式计算：柱脚铰接刚架： 柱脚刚接刚架： 式中 h、H分别为刚架柱高度和刚架跨度；Ic、Ib分别为柱和横梁的平均惯性矩；H 刚架柱顶等效水平力；t刚架柱与刚架梁的线刚度比值。变截面刚架构件计算构件最大宽厚比和屈曲后强度利益的规定工字形截面构件受压翼缘自由外伸宽度b与其厚度t之比：bt工字形截面梁、柱构件腹板计算的高度h0与其厚度tw之比： h0 /tw工字形截面腹板屈曲后强度计算公式见CECS102：98。钢架构件的强度计算和加劲肋设置规定工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M共同作用下的强度，应符合：V0.5Vd时， MMe0.5VdVVd时， MMf+(M
19、eMf)1(2V/Vd1)2式中 Mf两翼缘所承受的弯矩，对双轴对称截面：Mf=Af(hw+t)f;Me构件有效截面所承担的弯矩，Me=WefWe构件有效截面最大受压纤维的截面模量；Af构件翼缘截面面积；Vd腹板抗剪承载力设计值，Vd=hwtwfv变截面柱在刚度平面内的稳定计算式中 NE=2EAe0/(1.12)参数，计算时，回转半径i0以小头为准； N0小头的轴向压力设计值； Ae0小头的有效截面面积； We1大头有效截面最大受压纤维的截面模量； M1大头的弯矩设计值； x杆件轴心受压稳定系数变截面柱在刚架平面外的稳定计算 式中 y轴线受压构件弯矩平面外稳定系数；b均匀弯曲楔形受弯构件整体稳
20、定系数；N0小头轴向压力设计值；M1大头的弯矩设计者；t等效弯矩系数。 变截面柱下端铰接时，应验算柱端的抗剪承载力。如不满足应加强该处腹板。斜梁和隅撑设计规定实腹式刚架斜梁在平面内和平面外均应按压弯构件计算强度及稳定。当实腹式刚架斜梁下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置隅撑作为斜梁的侧向支撑，隅撑的另一端连接在檩条上。隅撑应按轴心受压构件设计，轴压力N按下式计算：式中 A实腹斜梁被支撑翼缘的截面面积；隅撑与檩条轴线的夹角。等截面刚架按弹性设计时，其构件可按变截面刚架构件计算。等截面刚架按塑性设计时，按规范有关塑性设计规定计算。檩条设计檩条宜优先采用实腹式构件，跨度大于9m适宜采用格构式构件并应
21、验算其下翼缘的稳定性。实腹式檩条宜采用卷边槽形和带斜卷边的Z型冷弯薄壁型钢，也可以采用直卷边的Z型冷弯薄壁型钢。格构式檩条可采用平面桁架式或空间桁架式。在屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转的情况下，檩条在风正压力下的强度计算公式： 当屋面不能阻止檩条侧向失稳和扭转的情况下，檩条在风正压力下的稳定计算公式： 计算檩条时，不应考虑隅撑的影响。墙架构件设计轻型墙体结构的墙梁宜采用卷边槽形或Z型的冷弯薄壁型钢。墙梁可设计成简支或连续构件，两端支承在刚架柱上。当墙梁有一定竖向承载力且墙板落地及与墙板间有可靠连接时，可不设中间柱，并可不考虑自重引起的弯矩和剪力。当墙梁需承受墙板及自重时，应考虑双向弯曲。当墙梁跨
22、度l为46m时，宜在跨中设一道拉条，当跨度l 6m时，宜在跨间三分点处各设一道拉条，在最上层墙梁处宜设斜拉条将拉力传至承重柱或墙架柱。单侧挂墙板的墙梁，应计算其强度和稳定。支撑构件设计门式刚架轻型房屋钢结构中的交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计。屋面板和墙板设计墙板应根据所受荷载计算其强度和变形。压型钢板应采用预涂层彩色钢板制作。连接和节点设计焊接当连接板的最小厚度大于4mm时，其对接焊缝、角焊缝和部分熔透对接焊缝的强度，应按钢结构规范计算。当最小厚度不大于4mm时，f取1.0。节点设计门式刚架斜梁与柱的连接可采用端板竖放、端板平放和端板斜放。斜梁拼接时宜使端板与构件边缘垂直。端板连接应按所受最大
23、内力设计。当内力较小时，应按能承受不小于较小被连接截面承载力的一半设计。隅撑宜采用单角钢制作。可连接在腹板或下翼缘上。通常以单个螺栓连接，计算时应考虑承载力折减系数。圆钢支撑与刚架构件的连接，一般不设连接板，可直接在刚架构件腹板上靠外侧设孔连接。屋面板之间的连接及面板与檩条或墙梁的连接，宜采用带橡皮垫圈的自钻自攻螺丝。间距不大于300mm。门式刚架轻型钢结构的柱脚，宜采用平板式铰接柱脚，当有必要时，也可采用刚性柱脚。吊车梁设计特点直接支承吊车的受弯构件有吊车梁和吊车桁架，一般设计成简支结构。因为简支结构传力明确、构造简单、施工方便，且对支座沉陷不敏感。吊车梁系统结构的组成根据吊车梁所承受的荷载
24、，必须将吊车梁上翼缘加强或设置制动系统以承担吊车的横向水平力。制动结构有制动梁和制动桁架。制动结构不但用以承受横向水平荷载，保证吊车梁的整体稳定，并可以作为检修走道。吊车梁的荷载吊车梁直接承受由吊车产生的三个方向的荷载：竖向荷载、横向水平荷载和纵向水平荷载。竖向荷载包括吊车系统和起重物的自重以及吊车梁系统的自重。横向水平荷载则有卡轨力产生。吊车梁的内力计算首先按结构力学中的影响线的方法确定各内力所需吊车荷载的最不利位置，在按此求出吊车梁的最大弯矩及其对应的剪力，支座处最大剪力、以及横向水平荷载作用下在水平方向所承受的最大弯矩。吊车梁的截面验算强度验算（正应力、剪应力、局部压应力及折算应力）整体
25、稳定验算刚度验算翼缘与腹板连接焊缝腹板的局部稳定验算疲劳验算大跨度房屋结构大跨度房屋结构常用于公共建筑。公共建筑如大会堂、影剧院、音乐厅、体育馆、加盖体育场、火车站、航空港等，受使用要求和建筑造型要求所制约，具有大的跨度。它们是为了满足人类社会文化生活不断丰富的需求而产生的。大跨度房屋结构也用于工业建筑。特别是在航空工业和造船工业中，更多地采用大跨度房屋结构如飞机制造厂的总装配车间、飞机库，造船厂的船体结构车间等。大跨度建筑物的用途，其使用条件以及对其建筑造型方面要求的差异性，决定了采用结构方案的多样性梁式的、框架式的、拱式的、空间式的以及悬挂悬索式的。9.1.1 梁式大跨结构在支座不能承受水
26、平推力的情况下，如屋盖支承于墙体、砌体或钢筋混凝柱一时，可采用梁式大跨结构。跨度大时，梁式体系比框架体系及拱式体系重，但制造和安装较为简单。梁式大跨体系主要用于公共建筑里，如影剧院、音乐厅、体育建筑。跨度在5070M及更大时，桁架按常规是梁式体系的主要承重构件，大跨实复梁从用钢量看是不合适的。大跨屋盖的外形及腹杆体系，决定于跨度、屋面型式及公共建筑物里通常设置的吊天棚结构。按重量最优的屋架高度跨比为1/61/8，大跨度（大于40M50M）屋架按运输条件不合乎轮廓尺寸的要求（h 3.85M）；当采用短尺寸屋面材料以及需要吊棚时，必须具有较小节间而设置复杂的再分式腹杆体系。预应力三角形截面的桁架便
27、于制造、运输和安装，给设置大跨梁式结构体系以良好的基础。铺设于屋架上的钢筋混凝土屋面板可参与受压的共同工作，采用管材（方管、圆管）杆架以及施加预应力都使这种结构体系钢材用量比较经济。跨度大于3545M时，梁式结构的支座之一必须做成可移动的，以便排除向支承墙体或支柱传递横向反力的可能性，该横向反力由屋架下弦的弹性变形产生。吊天棚一般相对天屋架下弦要下降一些，以便完全可以接近屋架进行检修、维护、涂装等。 9.1.2.1框架的体系及形式覆盖大跨度常用两铰及无铰框架。无铰框架刚度更好，用钢量省、便于安装，但这种框架需要强大的基础及密实的地基，并对湿度作用比较敏感。大跨屋盖中既采用实腹式框架，也采用格构
28、式框架。实腹式框架采用较少且仅在跨度不太大时（L=5060M）采用。它的优点是用工量较少。可装运性好，还能降低房屋高度。实腹框架常设计成双铰的。为了减轻支座结构，可以在地板水平之下的支座铰处置拉杆，以承受框架的横向水平力。张紧拉杆可以使框架横梁卸载。由于框架支座弯矩的卸载作用使实腹框架的横梁高度不大，可取跨度的1/301/40。格构式框架可以是双铰的铰设在横梁与柱连接处或设在基础水平顶部，也可以是无铰的。为使结构重量最小。格构式框架横梁的高跨比在1/121/20范围内选取。框架中垂直荷载产生的内力不大，而风的侧压力却有很重要的影响。计算原则及构造特点为了简化静力计算，格构式普通框架可以折算成与
29、其等效的实腹框架。大跨框架的挠度仅用可变荷载求得，永久荷载产生的挠度由相应的结构起拱来求得抵消。横梁与柱连接的框架节点风角弯折处应做成平缓曲线以避免应力集中。9.1.3.1 拱的体系及形式两铰拱是最常用的体系，这种拱的优点除经济外，安装和制造也较简单。因为铰可自由转动的特性，两铰拱易于适应变形，在温度作用或产生支座沉降情况下应力不会显著地增加。三铰拱与两铰拱相比无突出的优点，在拱结构有足够的变形适应性情况下，其静定性没有实质性意义。无铰拱对于弯矩沿跨度的分配最为有利，因而也最轻，但它不得不设置更强大的基础，而且要计算温度的作用。拱支承在墙体上时，横向反力也可用在支座铰水平设置拉杆的办法加以解决
30、。拱的外形要选择得接近于压力曲线。对于自重很大的高拱，宜采用悬链外形。拱的构造特点两铰实腹拱经常设计成平行弦，格构式拱可作平行弦，或做成折线形外弦，在支座上有一垂直段。实腹式拱的截面高度一般为跨度的1/501/80，格构式拱的截面高度则为跨度的1/301/60。拱截面高度可以取这样小，说明拱的弯矩值不大。实腹式拱通常设计成焊接的宽翼缘工字钢截面或轧制H型钢截面，格构式拱的构造通常类似于轻型桁架。拱式结构可以成功地采用预应力来调整内力。拱式结构中最复杂的构造节点，与框架一样也是支座铰及拱钥铰。风荷载是拱结构计算中一项非常重要的荷载。当采光和通风设计的洞口，对风压值影响很大。拱本身为一受压曲杆需要
31、验算稳定。拱出平面的稳定，由横向支撑及檩条体系提供保证。空间网架屋盖结构空间网架结构是空间网格结构的一种。一般有大致相同的格子或尺寸较小的单元（重复）组成。人们常常将平板型的空间网格结构称为网架，将曲面形的空间网格结构简称为网壳。空间结构的特性优越的力学性能良好的经济性、安全性与适用性平板式空间网架的形式按结构组成分类:双层网架三层网架按支承情况分类:周边支承网架点支承网架周边支承于点支承混合网架三边支承或两边支承网架按网格组成分类交叉桁架体系两向正交正放网架两向正交斜放网架三向网架四角锥体系正放四角锥网架正放抽空四角锥网架斜放四角锥网架网架结构的设计特点9.2.3.1 计算方法要点一般计算原
32、则网架结构上作用的外荷载按静力等效原则，将节点所辖区域内的荷载汇集到该节点上，结构分析时可忽略节点刚度的影响而假定节点为铰接，杆件只受轴向力。计算方法及其特点空间桁架位移法空间桁架位移法又称为矩阵位移法。它取网架结构的各杆件作为基本单元，以节点三个位移作为基本未知量，先对杆件单元进行分析，根据虎克定律建立内力与位移的关系，形成单元刚度矩阵；然后进行整体分析，形成结构总刚度矩阵和结构总刚度方程。这样的结构总刚度方程是以一组节点位移为未知量的线性代数方程组。引进边界条件，求得位移值进而求得内力值。差分法与拟夹层板法差分法经惯性矩折算，将网架简化为交叉梁系进行差分计算，它适用于跨度L40m由平面桁架
33、系组成的网架、正放四角锥网架。一般按图表计算，其计算误差20。拟夹层板法将网架简化成正交异性或各向同性的平板进行计算，它适用于跨度L40m由平面桁架系或角锥体组成的网架。一般按图表计算，其计算误差10。 一般设计规定选型网格尺寸及网架高度网架结构体系的屋面网架杆件杆件截面杆件材料杆件的计算长度l0杆件的长细比限值杆件最小截面规格网架节点设计与构造要求焊接空心球节点螺栓球节点支座节点网架的挠度限值网架自重估算的经验公式：悬挂式屋盖简介跨间承重结构的基本构件受拉工作的屋盖，称为悬挂式屋盖。受拉构件中高强材料能得到最充分地利用，因为受拉构件的承载能力决定于强度而不是稳定性。悬挂式屋盖突出的特点是它的
34、变形比较大。其原因在于钢索的弹性模量比轧制钢材的弹性模量要小。悬挂式屋盖有较高的变形性，还因为大多数悬挂式屋盖体系是瞬时刚性体系，个别情况下是几何可变体系，即仅在承受平衡荷载时是弹性工作体系，而又不平衡荷载时，体系中除弹性变形外，还出现运动学位移。悬挂式屋盖常用的有：单层悬索体系、双层悬索体系、金属薄壳膜、鞍状应力索网等。多、高层房屋结构高层建筑采用钢结构具有良好的综合经济效益和力学性能，其特点主要表现在：自重轻/抗震性能好/有效使用面积高/造速度快/防火性能差。常用的高层建筑钢结构的结构体系主要有：框架结构体系、框架剪力墙结构体系、框架支撑结构体系、框架核心筒体系及筒体体系。框架结构结构体系
35、框架剪力墙结构体系框架支撑结构体系框架核心筒结构体系筒体结构体系一般计算原则高层建筑钢结构的抗震设计采用两阶段设计方法，即第一阶段设计应按多遇地震计算地震作用，第二阶段设计应按罕遇地震计算地震作用。第一阶段设计时，地震作用应考虑下列原则：通常情况下，应在结构的两个主轴方向分别记入水平地震作用，各方向的水平地震作用全由该方向的抗侧力构件承担；当有斜交抗侧力构件，宜分别记入个抗侧力构件方向的水平地震作用；质量、刚度明显不均匀、不对称的结构应记入水平地震作用的扭转效应；按9度设防的高层钢结构，或者按8度和9度抗震设防的大跨度和长悬臂构件，应记入竖向地震作用。高层钢结构的设计反应谱高层建筑钢结构的设计
36、反应谱，采用阻尼比为0.02的地震影响系数曲线表示。水平地震作用计算底部剪力法底部剪力法适用于总高度60m且平面和竖向较规则的高层建筑。底部剪力法根据建筑物的总重力荷载计算结构底部的总剪力，按一定比例分至各楼层，得到各楼层的水平地震作用后，按静力方法计算结构的内力。图出屋面的小塔楼有鞭梢效应。振型分解反应谱法不符合底部剪力法使用条件的其他高层钢结构，宜采用振型分解反应谱法。时程分析法竖向特别不规则的建筑及高度较大的建筑，宜采用时程分析法补充验算。结构设计一般原则高层建筑钢结构的内力与位移一般采用弹性方法计算。高层建筑钢结构通常采用现浇组合楼盖，其在自身平面内刚度是相当大的，一般可假定楼面在自身
37、平面内为绝对刚性。由于楼板与钢梁连接在一起，弹性分析时，按组合结构考虑，应保证可靠连接。高层建筑钢结构的计算模型应视具体结构形式和计算内容而定。高层建筑钢结构梁柱的跨高比较小，计算结构内力和位移时，除考虑梁柱的弯曲变形和柱的轴向变形外，还需考虑梁柱的剪切变形。钢框架剪力墙体系中，应记入墙的弯曲、剪切及轴向变形。柱间支撑两段应为刚性连接，单可按两端铰接连接计算。若采用偏心支撑，由于耗能段在大震时首先屈服，计算取单独单元。内力与位移计算高层建筑钢结构在进行结构的静、动力分析时，一般都应借助电子计算机来完成。在初级联阶段也可采用一些近似计算方法，如分层法、D值法、空间协同工作分析 、等效角柱法、等效
38、截面法以及展开平面框架等。当进行高层钢结构的内力与位移分析时，应注意以下几个问题：（1）高层建筑钢结构的梁 、柱杆件一般采用H型和箱型，梁柱连接节点域的剪彩切变形对内力的影响较小时，计算时可以不考虑。但是，此剪切变形对结构水平位移的影响较大，一般可达10%20%。因此，分析时应计入梁柱节点域剪切对高层建筑钢结构侧移的影响。（2）高层建筑钢结构的P效应较强，一般应验算结构的整体稳定性。承载力验算高层建筑钢结构构件承载力应满足下式的要求：非抗震设计时：0SR抗震设计时: SR/RE位移限制高层建筑钢结构不考虑地震作用时，结构在风荷载作用下,顶点质心位置的侧移不宜超过建筑高度的1/500，质心层间位
39、移不宜超过楼层高度的1/400。结构平面端部构件最大侧移不得超过质心侧移的1.2倍。高层建筑钢结构的第一阶段抗震设计，其层间侧移标准值不得超过结构层高的1250。高层建筑钢结构的第二阶段抗震设计，其层间侧移标准值不得超过结构层高的170。压型钢板组合楼（屋）盖结构在高层钢结构中，确定楼盖结构方案时，应考虑以下要求：保证楼盖有足够的平面整体刚度；减轻结构的自重及减小结构层的高度；有利于现场安装方便及快速施工；较好的防火、隔音性能，并便于管线的敷设。高层建筑钢结构的常用楼面做法有：压型钢板组合楼板、预制楼板、叠合楼板和普通现浇楼板等。组合楼板的设计要求压型钢板组合楼板的主要特点除有利于各种复杂管线
40、系统的铺设外，在施工过程是，还具有无传统模板支模拆模的繁琐作业，楼板浇灌混凝土可独立进行不影响钢结构施工，浇灌混凝土事很快形成其他后续工程的作业等优点。根据在楼盖结构体系中的作用，压型钢板可以有三种形式。即压型钢板只作为永久性模板使用；压型钢板既是模板又作为底面受拉配筋，即组合楼板；压型钢板承受全部静荷载和活荷载。施工阶段压型钢板的验算施工阶段压型钢板作为浇注混凝土的模板，应净弹性设计方法验算压型钢板的强度和刚度。若不满足要求，应考虑设置临时支撑。施工阶段作用于压型钢板的荷载有压型钢板自重、施工荷载附加荷载。抗弯强度计算刚度验算 使用阶段压型钢板的验算在使用阶段，压型钢板与混凝土面层结合为整体
41、组合板，应验算组合板在全部荷载作用下的强度和刚度。组合楼板的强度计算抗弯强度计算斜截面抗弯强度计算抗冲切强度计算组合楼板的刚度及裂缝宽度验算组合梁的设计要求压型钢板上现浇混凝土翼板并通过抗剪彩连接与钢梁组合成整体后，钢梁与楼板成为共同受力的组合梁结构。组合梁能更好她发挥钢和混凝土各自的材质特点，较多地节约钢材，提高稳定性和抗扭性能，增大刚度，增强防锈和耐火性能，从而取得较大的经济效益。组合梁的组成及其工作原理压型钢板组合梁通常由三部分组成，即：钢筋混凝土翼板、抗剪连接件和钢梁。组合梁截面的基本假定组合梁截面变形符合平面假定，即截面受弯后仍保持平面；钢梁与混凝土翼板之间的相互连接是可靠的，虽然有
42、微小的相对位移，但可忽略不计；钢材与混凝土均为理想的弹塑性体。忽略钢筋混凝土翼板受压区中钢筋的作用；假定剪力全部由钢梁承受，同时，不考虑剪力组合梁抗弯承载力的影响。混凝土翼板的有效宽度组合梁的截面设计组合梁的截面高度一般为跨度的1/151/16，为使钢梁抗剪强度与组合梁的抗弯强度相协调，钢梁截面高度不宜小于组合梁截面总高度h的1/2.5。组合梁的截面计算有弹性分析法和塑性分析法两种。组合梁的承载能力一般用塑性分析法计算。组合梁的计算一般分为两个阶段，即施工阶段和使用阶段。10.3.2.4 组合梁的连接件的设计组合梁的连接件主要传递钢筋混凝土翼板与钢梁间的纵向水平剪力，并承受竖向掀拉力。连接件可
43、以采用圆柱头栓钉、槽钢或弯起钢筋。组合梁 连接件的数量通过计算确定，设计时，一般假定钢梁与混凝土翼板之间的纵向水平剪力全部由连接件承受，求出一个连接件的抗剪承载力设计值，即可根据截面内力大小确定所需连接件数量。 梁的设计多、高层房屋结构中的钢框架梁一般采用工字形截面或窄翼缘H型钢截面。当按非抗震设计时，应遵守第六章的规定；当按抗震设计时，应满足以下各方面的要求。梁的抗弯强度梁的整体稳定梁的局部稳定柱的设计多、高层建筑钢结构中的框架柱截面可以采用H型、箱型、十字型及圆型等，箱型截面柱中与梁的连接较简单，受力性能与经济效果也较好，因而是应用最广的一种柱截面形式。在箱形或圆形钢管中浇注混凝土而形成的
44、钢管混凝土组合柱，可大大提高柱的承载能力且避免管壁局部失稳。抗侧力结构的设计高层建筑的抗侧力结构包括各种竖向支撑体系、钢筋混凝土剪力墙以及钢板剪力墙等。沿高层建筑高度方向布置的垂直支撑，其工作状态类似于一竖向桁架系统。结构体系中的立柱即为桁架的弦杆，斜腹杆则需专门设置。中心支撑的设计特点中心支撑的形式可以采用十字交叉斜杆、单斜杆、人字形斜杆或V字形斜杆体系。偏心支撑的设计特点偏心支撑在构造上设计为使支撑斜杆的轴线偏离梁 和柱轴线的交点，其优点是当水平荷载较小时具有足够的刚度，而在遇大震严重超载时又具有良好的延性。节点设计的一般要求多、高层建筑钢结构的节点设计应满足传力可靠、构造简单、具有抗震延性及施工方便的要求。10.4.4.2 节点的连接多、高层钢结构的节点连接可采用焊接、高强度螺栓连接、也可以采用焊接与高强度螺栓的连接。10.4.4.3 梁与柱的连接多、高层钢结构中梁与柱的连接一般采用刚性连接，其构造形式有柱贯通式和梁贯通式两种，一般采用柱贯通式。10.4.4.4 柱与柱的连接柱的连接主要指工地拼接，常用的连接方法有对齐坡口焊接以及高强度螺栓与焊缝的混合连接。10.4.4.5 梁与梁的连接梁与梁的连接主要指主梁的工地接头和主梁与次梁的连接。主梁的工地接头主要采用柱带悬臂梁段与梁的连接形式。次梁与主梁的连接宜采用铰接连接。
