1、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柱屋架 平面结构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
2、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。3统一化、标准化，跨度以 3m 为模数，柱距以 6m 为模数。二温度缝按规范要求横向、纵向均应设缝。 通 过 椭 圆 孔 滑 动 通 过 槽
3、钢 夹 板 滑 动可以设单柱，也可以设双柱来实现温度缝构造。三屋盖结构布置有檩体系、无檩体系无檩（上铺大型屋面板）：有 6m、12m 两种。其优点是横向刚度大，整体性好，构造简单，施工快；自重大，抗震不如有檩。有檩：重量轻，用料省，轻便，便于运输、安装；但构件数量多，型号多，构造复杂，吊装次数多，横向刚度差。7.3 厂房结构的支撑体系一屋盖支撑1分类：上、下弦横向水平支撑，下弦纵向水平支撑，垂直支撑和系杆。2作用：（1）保证钢屋盖的空间稳定性形成几何不可变体系。檩 条 屋 架 倾 斜 下 弦 横 向 水 平 支 撑上 弦 横 向 水 平 支 撑 垂 直 支 撑a)b)（2）保证屋架受压上弦平面
4、外稳定，同时减小下弦的受迫震动。（3）承受和传递纵向水平力：有作用于山墙的风荷载，悬挂吊车纵向刹车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
5、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；4）屋盖有托架和中间屋架时； 横 向 水 平 支 撑纵 向 水 平 支 撑 刚 性 系 杆系 杆 系 杆托 架中 间 屋 架 中 间 屋 架5）跨度30m,轨顶标高15m，并有大吨位吊车。 （轻、中级30t，重级10t） ，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、下横向水平支撑一起形成“ 盒子” ，作为几何不可变基本单元。30m 时，两边各一道跨中一道。l30m 时，除两边及中间外，还应在端部与中部之间
6、加设一道。 434 3a)b)c)d)二柱间支撑 60m1作用：（1）保证厂房纵向刚度；（2）承受纵向荷载传递至基础；（3）为框架柱提供平面外支撑，减小平面外计算长度。2设置：60m 设一道，其形式与屋盖支撑一样要保证交角不小于 30。a)b)c)W+TW+TF7.4 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：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。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，
7、工作性能可靠。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 18m36m。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454 或56364 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、中级工作制吊车。（2）按截面形式分为平面桁架和空间桁架两种 上 弦下 弦
8、腹 杆a)b二钢屋架的外形、腹杆布置及尺寸1基本原则：要满足经济、适用、制造、安装方便等原则。（1）从使用角度：其外形要与屋面材料相适应，如采用瓦类、铁皮等。要求坡度陡一点，利于排水，一般为 ，当采用卷材防水屋面时，坡度可2/15小一些，一般为 。8/12（2）从经济角度出发：外形应尽量和弯矩图相似，杆件应使短杆受压、长杆受拉，杆件夹角为 3060 度，且应使尽可能多的杆件轴心受力。（3）制造安装方便：构造合理、简单、节点数目少、杆件型号少，在工厂制作部分应以运输能力而定。2屋架外形：三角形、梯形、平等弦、三铰拱d)ae)bc)fihgjk（1）三角形：一般用于陡坡情况，有檩屋盖。缺点：弦杆内
9、力不均匀，支座内力大，跨中很小。（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，便于制造，但弦杆内力很不均匀。（4）三铰拱屋架，主要用于轻型钢屋架，跨度18m。a)b)cde)3屋架的主要尺寸：跨度、跨中高度及端度高度（梯形）（1）跨度：柱网轴线间距为屋架的标志跨度，一般以 3m 为模数，计算跨度是屋架两端支座反力的距离。封闭结合的屋架简支于钢筋混凝土或砖柱时，考虑屋架一定的构造尺寸， 。40)m(30l非封闭结合
10、、屋架简支于柱上， 。l0封闭结合且屋架与柱刚接。 上柱宽度。l非封闭结合且屋架与柱刚接， 两侧内移尺寸。0l015 2l联 系 尺 寸 0l0内 移 尺 寸a)bc)（2）高度：建筑要求及运输要求（3.85m）maxh inv使桁架杆件总重最小的高度e方法：1）确定端高：陡坡梯形屋架为 0.51m缓坡梯形屋架：1.82.1m刚接时一般不小于 ，一般 1.82.4m01/)8(l2）跨中高度： ， 坡度ilh)1/2(0一般梯形屋架和平行弦屋架： lh)6/(三角形屋架： l)/46(（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 。50/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
