1、1重型廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第1頁，共49頁。22.1 結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置 2.1.1 一般說明1 柱；2 屋架；3 吊車梁；4 天窗架；5 柱間支撐圖2.1 單層廠房構(gòu)造簡圖1 2 3 4 5第2頁，共49頁。3 一般為單層剛(框)架結(jié)構(gòu)形式，也有多層剛架吊車的工作制等級(jí) 8級(jí) A1A8工作制等級(jí)輕級(jí)中級(jí)重級(jí)特重級(jí)工作級(jí)別A1A3A4，A5A6，A7A8吊車的工作制等級(jí)與工作級(jí)別的對(duì)應(yīng)關(guān)系 第3頁，共49頁。42.1.1.1 柱網(wǎng)布置和計(jì)算單元 柱網(wǎng)布置的要求 滿足生產(chǎn)工藝流程的要求（包括預(yù)期的擴(kuò)建和工藝設(shè)備更新的需求）。涉及到設(shè)備基礎(chǔ)，地下管溝等與柱基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)布置 滿足結(jié)構(gòu)上的要求（必需的剛度和強(qiáng)

2、度）柱距的選取 加大柱距，可減少處理地基的費(fèi)用和基礎(chǔ)的造價(jià)，但將使布置在柱距間的構(gòu)件的材料增加。 合理的柱網(wǎng)布置原則: 使總的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)最佳 一般地，取12m，6m柱距。若采用輕型圍護(hù)結(jié)構(gòu)，則取大柱距15m，18m及24m較適宜。位于軟弱地基上的重型廠房，應(yīng)采用較大柱距。 第4頁，共49頁。5 溫度縫的設(shè)置要求 托架或托梁 作用：上承屋架(或其它屋面結(jié)構(gòu))，下傳柱子，一般為簡支受彎構(gòu)件。截面形式及尺寸： 托梁 焊接工字型截面，第5頁，共49頁。6 截面高度h （1/101/8）L， 翼緣寬度b （1/51/2.5）h， 箱形截面： 雙腹板之間的距離（1/41/2）h，且不宜小于400m 托架：

3、高度（1/101/5）L，節(jié)間距可取3m。與屋架的連接：疊接和平接 疊接：構(gòu)造簡單，便于施工，但存在使托梁或托架受 扭的缺點(diǎn)； 平接：可有效地減輕托梁或托架受扭的不利影響，較常用。第6頁，共49頁。7 計(jì)算單元 陰影部分即為第7頁，共49頁。8 廠房高度及跨度的確定 吊車外論廓線a300400b=7501000c80100圖2.3 吊車外輪廓線與臨近構(gòu)件的凈距要求Lc(吊車跨度)第8頁，共49頁。9 橫向框架形式 分為鉸接框架和剛接框架鉸接、剛接指橫梁與柱子的連接方式，柱腳均為剛接2.1.1.2 橫向框架及其截面選擇第9頁，共49頁。10 柱子類型 階形柱 分為單階柱和雙階柱 上柱 實(shí)腹式和格

4、構(gòu)式 下柱 格構(gòu)式 用于廠房高度不大或吊車起吊噸位不大的情況 分離式柱 用于廠房高度大或吊車起吊噸位大（超過 100噸 ） 分為吊車肢和屋蓋肢。通常用水平板做成柔性連接。 優(yōu)點(diǎn)：減小兩肢在框架平面內(nèi)的計(jì)算長度； 兩肢分別單獨(dú)承擔(dān)吊車荷載和屋蓋（包括圍護(hù) 結(jié)構(gòu)）荷載。第10頁，共49頁。11第11頁，共49頁。12 雙肢格構(gòu)柱的截面形式 廠房縱向剛度的保證 依靠柱的支撐來保證 防腐蝕及隔熱第12頁，共49頁。13 肩梁 作用：將柱各階段連在一起以形成整體 分類：單腹壁和雙腹壁 第13頁，共49頁。14雙腹壁肩梁剛度大，整體性好，適宜用于柱截面寬度較大(不小于900mm)的情形。第14頁，共49頁

5、。15肩梁的截面高度：要滿足其與柱翼緣的連接焊縫長度的要求。構(gòu)造：上段柱翼緣開槽口直插到肩梁的下翼緣并與其焊接。計(jì)算模型：看作簡支梁，進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算計(jì)算簡圖如下其中a1和a分別為上下段柱的截面高度。第15頁，共49頁。16 作用：抵抗山墻上的風(fēng)荷載、吊車的縱向水平荷載、縱向地震力等，為廠房提供縱向剛度。 布置原則： 1. 每列柱都必須設(shè)置柱間支撐 2.各列柱的柱間支撐布置在同一柱間。 3.下層柱間支撐一般宜布置在溫度區(qū)段的中部，以減少縱向溫度應(yīng)力的影響。 4.上層柱間支撐除了要在下層柱間支撐布置的柱間設(shè)置外，還應(yīng)當(dāng)在每個(gè)溫度區(qū)段的兩端設(shè)置。 5每列柱頂均要布置剛性系桿 2.1.1.3 柱間支撐第

6、16頁，共49頁。17第17頁，共49頁。18 支撐的形式 下柱的支撐形式柱截面較大時(shí)（h800mm)，設(shè)為雙片支撐第18頁，共49頁。19上柱的支撐形式 支撐的截面形式：角鋼、槽鋼 連接：焊縫或高強(qiáng)度螺栓第19頁，共49頁。20 外形 三角形、梯形及平行弦 腹桿形式 人字式、芬克式、豪式、再分式及交叉式 2.1.2 屋架外形及腹桿形式 2.1.2.1 桁架的應(yīng)用 用于屋蓋結(jié)構(gòu)外，還用于皮帶運(yùn)輸機(jī)橋、輸電塔架和橋梁等2.1.2.2 桁架的外形及腹桿形式 第20頁，共49頁。21 滿足使用要求 受力合理 制造簡單及運(yùn)輸與安裝方便 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果好 2.1.2.3 確定桁架形式的原則第21頁，共

7、49頁。22 跨度L 由使用和工藝方面的要求決定 高度H 由經(jīng)濟(jì)條件、剛度條件(屋架的撓度限值為L/500)，運(yùn)輸界限(鐵路運(yùn)輸界限高度為3.85m)及屋面坡度等因素來決定 2.1.2.4 桁架主要尺寸的確定 第22頁，共49頁。232.1.3.1 屋蓋支撐的作用 保證屋蓋結(jié)構(gòu)的幾何穩(wěn)定性 保證屋蓋的剛度和空間整體性 為弦桿提供適當(dāng)?shù)膫?cè)向支承點(diǎn) 承擔(dān)并傳遞水平荷載 保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定與方便2.1.3 屋蓋支撐第23頁，共49頁。24第24頁，共49頁。252.1.3.2 屋蓋支撐的布置上弦橫向水平支撐 設(shè)置：房屋的兩端或溫度區(qū)段的兩端。 間距L0以不超過60m為宜 下弦橫向水平支撐 設(shè)置：與

8、上弦橫向水平支撐設(shè)在同一柱間 縱向水平支撐 設(shè)置：與橫向水平支撐形成閉合框 垂直支撐 設(shè)置：考慮跨度，屋架形式，其他支撐形式設(shè)置第25頁，共49頁。26系桿 為沒有參與組成空間穩(wěn)定體的屋架，提供側(cè)向支承點(diǎn) 分類：柔性，剛性 設(shè)置：見書第26頁，共49頁。272.1.3.3 屋蓋支撐的桿件及支撐的計(jì)算原則 般采用交叉斜桿的形式 屋蓋支撐受力比較小時(shí)，一般不進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，按容許長細(xì)比來選擇當(dāng)支撐受力較大時(shí)，支撐桿件除需滿足允許長細(xì)比的要求外，尚應(yīng)按桁架體系計(jì)算內(nèi)力 橫向水平文撐計(jì)算簡圖虛線表示的一組斜桿因受壓屈曲而退出工作 第27頁，共49頁。282.2 計(jì)算原理 2.2.1 荷載計(jì)算化為平面剛架

9、計(jì)算可變荷載：屋面活荷載，雪荷載，積灰荷載，風(fēng)荷載及吊車荷載 永久荷載：屋面恒載、屋架、檁條、墻梁及剛架自重、圍護(hù)結(jié)構(gòu)自重 一般均換算為計(jì)算單元上的均布面荷載(水平投影面上) 按荷載規(guī)范GB50009取值第28頁，共49頁。292.2.2 剛架內(nèi)力計(jì)算當(dāng)量慣性矩 Iyc= (A x2+A x2)式中 A，A格構(gòu)式柱兩肢(或屋架上下兩弦)的截面積， x ，x 格構(gòu)式柱兩肢(或屋架上下兩弦)的截面形心到格構(gòu)式柱截面中性軸的距離， 反映剪力影響和幾何形狀的修正系數(shù)，平行弦，取0.9；上弦坡度1/10時(shí)取0.8；上弦坡度為1/8時(shí)取0.7 將格構(gòu)式柱和屋架換算為實(shí)腹式構(gòu)件 第29頁，共49頁。30內(nèi)力

10、分析 利用疊加原理 ，先針對(duì)幾種基本荷載類型（恒載作用，屋面可變荷載，左(或右)風(fēng)荷載，吊車左(或右)剎車力，吊車小車靠近左(或右)時(shí)的重力）以荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，然后再組合 2.2.3內(nèi)力組合原則 按荷載規(guī)范GB50009的規(guī)定進(jìn)行組合。對(duì)于一般剛（框）架，由可變荷載控制的組合可用簡化公式取兩式之最不利者第30頁，共49頁。31組合的目的： 找到構(gòu)件和連接的最不利組合情形，并據(jù)此設(shè)計(jì)對(duì)于受彎構(gòu)件，需作下列四種內(nèi)力組合：內(nèi)力組合表 對(duì)于壓彎構(gòu)件 ，需作下列四種內(nèi)力組合：恒載必須參加組合 第31頁，共49頁。322.3 鋼屋架設(shè)計(jì) 將面荷載轉(zhuǎn)化為集中荷載計(jì)算內(nèi)力 一般先求出單位節(jié)點(diǎn)荷載作用下

11、的內(nèi)力(稱作內(nèi)力系數(shù))，然后根據(jù)不同的荷載及組合，列表進(jìn)行計(jì)算 2.3.1 桁架的內(nèi)力計(jì)算 有節(jié)間荷載作用下，上弦為壓彎構(gòu)件步驟：1）把節(jié)間荷載分配在相鄰的節(jié)點(diǎn)上，計(jì)算各桿內(nèi)力；2）直接承受節(jié)間荷載的弦桿按算得的軸線內(nèi)力與節(jié)間荷載產(chǎn)生的局部彎矩M共同作用下的壓彎桿設(shè)計(jì) 。中間節(jié)間正彎矩及節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩為 M=0.6M0 ，端節(jié)間正彎矩為M =0.8M0 ，M0為將上弦節(jié)間視為簡支梁所得跨中彎矩 僅節(jié)點(diǎn)荷載作用下 ，桿件均為軸心受力桿第32頁，共49頁。33荷載組合： 使用階段：組合一，全跨永久荷載全跨可變荷載 組合二，全跨永久荷載半跨可變荷載 施工階段：組合三，全跨屋架及支撐自重半跨屋面板自重 半

12、跨屋面活荷載屋架中部某些斜桿，在全跨荷載時(shí)受拉而在半跨荷載時(shí)可能變成受壓，第33頁，共49頁。342.3.5 桁架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和施工圖節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：見上冊(cè)第7 章施工圖：加工制造的主要依據(jù) 。 索引圖：桁架簡圖 繪于圖紙左上角。 起拱，以避免在豎向荷載作用下屋架跨中下垂。畫在索引圖中 施工詳圖：正面圖，上、下弦的平面圖，必要的側(cè)面圖，及節(jié)點(diǎn)，零 件的大樣圖，還應(yīng)有材料表 比例：桿件軸線 1:201:30 節(jié)點(diǎn)(包括桿件截面，節(jié)點(diǎn)板) 1:101:15 注明各零件的型號(hào)和尺寸 （尤其定位尺寸） 編號(hào) 材料表 說明第34頁，共49頁。352.4.1 吊車梁的荷載及工作性能 吊車最大輪壓Pk,max 由吊車

13、產(chǎn)品規(guī)格中直接查得； Q=1.4； 動(dòng)力系數(shù)，以考慮吊車的動(dòng)力作用 對(duì)懸掛吊車或A1A5級(jí)軟鉤， 1.05 對(duì)A6A8的軟鉤和硬鉤吊車 1.1則作用在吊車梁上的最大輪壓設(shè)計(jì)值為 Pmax=1.4Pk,max 2.4 吊車梁設(shè)計(jì)第35頁，共49頁。36吊車橫向水平力T 由小車及所吊重物決定 橫行小車重量Q 額定起重量Q 重力加速度g 百分?jǐn)?shù)： 軟鉤吊車：額定起重量Q不大于10t，取=12； 額定起重量Q為1550t，取=10； 額定起重量Q不小于75 t，取=8； 硬鉤吊車：取=20； 橋式吊車的總輪數(shù) n GB50009規(guī)定每個(gè)車輪上的橫向水平力為 T=1.4g(Q+Q)/n 第36頁，共49

14、頁。37 GB50017規(guī)范規(guī)定，對(duì)于A6A8級(jí)吊車，吊車運(yùn)行時(shí)擺動(dòng)引起的水平力比剎車力更為不利，此時(shí)作用于每個(gè)輪壓處的水平力標(biāo)準(zhǔn)值改按下式計(jì)算 T=1Pk,max 系數(shù)1，對(duì)一般軟鉤吊車取0.1， 抓斗或磁盤吊車宜采用0.15， 硬鉤吊車宜采用0.2 吊車縱向水平力TL TL=0.1Pmax Pmax 作用于一側(cè)軌道上，兩臺(tái)起重量最大的吊車所有剎車輪的最大輪壓之和。 第37頁，共49頁。382.4.2 吊車梁的截面組成 吊車梁（實(shí)腹式） 分類：加強(qiáng)上翼緣：Q30t，跨度l6m，工作級(jí)別為A1A5 ； 上翼緣平面內(nèi)設(shè)置制動(dòng)梁或制動(dòng)桁架 ； 制動(dòng)結(jié)構(gòu)的作用 輔助桁架 垂直支撐吊車桁架 （空腹式）

15、 第38頁，共49頁。392.4.3 吊車梁的連接 原則：應(yīng)傳力可靠直接，施工方便，減少焊接應(yīng)力，避免截面削弱 工地連接宜采用高強(qiáng)螺栓連接分類：簡支梁，連續(xù)梁吊車梁自身板件間的連接 梁腹板與翼緣的連接 輕中級(jí)：連續(xù)直角角焊縫（計(jì)算見上冊(cè)） 重級(jí)： 上翼，焊透二級(jí) 下翼，自動(dòng)半自動(dòng)連續(xù)角焊縫 梁支座加勁肋與腹板的連接 支座加勁肋焊縫全長傳遞R，角焊縫 對(duì)于重級(jí)突緣式：T形對(duì)接焊縫或K形焊透 梁支座加勁肋與翼緣的連接 第39頁，共49頁。40平板式：刨平頂緊，焊，若特重級(jí)，焊透突緣式：與上翼：鏟除焊根后補(bǔ)焊 與下翼：對(duì)重級(jí)空出40mm不焊梁端處上翼緣與柱的連接及制動(dòng)板與上翼緣的連接 上翼緣與柱的連

16、接要求：在橫向，保證可靠的傳遞梁端橫向水平力 在縱向，保證傳遞縱向水平力，在其余柱距開間內(nèi)宜帶有縱向微 滑移性 高強(qiáng)螺栓連接：宜用于重級(jí)，抗疲勞性好，轉(zhuǎn)角小 橫向高強(qiáng)螺栓數(shù)按傳遞全部支座水平反力計(jì)算， 縱向高強(qiáng)螺栓數(shù)可按一個(gè)吊車輪最大水平制動(dòng)力計(jì)算 高強(qiáng)螺栓直徑一般在2024mm之間。 板鉸連接 ：較好地體現(xiàn)了簡支的設(shè)計(jì)思想。宜用于重級(jí)，轉(zhuǎn)角大第40頁，共49頁。41 板鉸宜按傳遞全部支座水平反力的軸心受力構(gòu)件計(jì)算 鉸栓直徑按抗剪和承壓計(jì)算，一般在3680mm之間。 焊接連接：宜用于輕中級(jí)，但制動(dòng)板與柱仍用螺栓 制動(dòng)板與上翼緣的連接 高強(qiáng)螺栓連接：宜用于重級(jí)，螺栓直徑1822mm 現(xiàn)場焊接：宜

17、用于輕中級(jí)第41頁，共49頁。42第42頁，共49頁。43梁梁連接及梁與牛腿的連接梁梁連接：傳遞一定縱向力的構(gòu)造，保證傳遞縱向力的連續(xù)性及下柱平面外的計(jì)算長度第43頁，共49頁。44第44頁，共49頁。452.4.4 吊車梁的截面驗(yàn)算 強(qiáng)度驗(yàn)算 假定：豎向荷載由吊車梁承受 橫向水平荷載由制動(dòng)結(jié)構(gòu)承受 忽略橫向水平荷載所產(chǎn)生的偏心作用 加強(qiáng)上翼緣的吊車梁 受壓翼緣的正應(yīng)力（A點(diǎn) ）驗(yàn)算 受拉翼緣的正應(yīng)力驗(yàn)算 有制動(dòng)梁的吊車梁 僅驗(yàn)算受壓翼緣的正應(yīng)力（A點(diǎn) ）第45頁，共49頁。46 采用制動(dòng)桁架的吊車梁 僅驗(yàn)算受壓翼緣的正應(yīng)力（A點(diǎn) ） Mx 豎向荷載所產(chǎn)生的最大彎矩設(shè)計(jì)值；My 橫向水平荷載所產(chǎn)生的最大彎矩設(shè)計(jì)值，其荷載位置與計(jì)算Mx致；My 吊車梁上翼緣作為制動(dòng)桁架的弦桿，由橫向水平力所產(chǎn)生的局部彎矩，可近似取My =Td/3，T根據(jù)具體情況按(2.20)式或(2.21)式計(jì)算；N1 吊車粱上翼緣作為制動(dòng)桁架的弦桿，由My作用所產(chǎn)生的軸力，N1= My /b1； Wnx 吊車梁截面對(duì)x軸的凈截面抵抗矩(上或下翼緣最外纖維)； Wny 吊車梁上翼緣截面對(duì)y軸的凈截面抵抗矩； Wny1 制動(dòng)梁截面(圖b所示影線部分截面)對(duì)其形心軸y1的凈截面抵抗