重型廠房和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).ppt

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1、第九章重型廠房和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 重型廠房的顯著特點(diǎn)：跨度大、高度大、噸位大.,結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置 計(jì)算原理 鋼屋架設(shè)計(jì) 吊車梁設(shè)計(jì),第一節(jié) 結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置 一、概述 1、結(jié)構(gòu)形式和吊車的工作級(jí)別 1）結(jié)構(gòu)形式 重型廠房一般取單層剛(框)架結(jié)構(gòu)形式，但也有 一部分為多層剛架者。根據(jù)屋面材料的不同,屋蓋體系 可分為有檁屋蓋體系和無(wú)檁屋蓋體系.,房屋橫向剛度大，整體性、耐久性 好；屋面板自重大，屋蓋及下部結(jié)構(gòu)用料多，對(duì)抗震不利。,屋架間距靈活，構(gòu)件重量輕、施工、安裝方便；屋蓋構(gòu)件數(shù)量多，整體剛度差。,一般用于預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板等重型屋面，將屋面板直接放在屋架上。,常用于輕型屋面材料的情況。,2）

2、吊車的工作級(jí)別 劃分依據(jù)：按照吊車使用的繁重程度(亦即吊車的利用 次數(shù)和荷載大小)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB3811)將其分為八個(gè)工作級(jí)別，稱為A1A8。在相 當(dāng)多的文獻(xiàn)中，習(xí)慣將吊車以輕、中、重和特重四個(gè)工 作制等級(jí)來(lái)劃分，它們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2-1。 2、柱網(wǎng)布置和計(jì)算單元 1）、柱網(wǎng)布置 布置原則：廠房的柱網(wǎng)布置要綜合考慮工藝、結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)等諸多因素來(lái)確定，同時(shí)還應(yīng)注意符合標(biāo)準(zhǔn)化模數(shù)的要求。,生產(chǎn)工藝：柱網(wǎng)布置首先要滿足生產(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。這些要求往往涉及到設(shè)備基礎(chǔ)，地下管溝等與柱基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)布置. 結(jié)構(gòu)：柱網(wǎng)布置必須滿足結(jié)構(gòu)上的要求，在保證廠房

3、具有必需的剛度和強(qiáng)度的同時(shí)，注意柱距和跨度的類別盡量少些，以利施工。 經(jīng)濟(jì)：柱柜的大小，直接影響著布置在柱距間的構(gòu)件(如檁條，吊車梁等)的截面大小。加大柱距一般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。 合理柱網(wǎng)尺寸：合理的柱網(wǎng)布置應(yīng)使總的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)最佳。一般地，在跨度不小于30m、高度不小于14m、吊車額定起重量不小于50t時(shí),柱距取12m較為經(jīng)濟(jì)；,參數(shù)較小的廠房取6m柱距較為合適。如果采用輕型圍 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。 溫度收縮縫的設(shè)置： 規(guī)范要求:在廠房的縱向或橫向的尺度較大時(shí),一般應(yīng) 按

4、表9.1.1在平面布置中設(shè)置溫度收縮縫，以避免結(jié)構(gòu) 中衍生過(guò)大的溫度應(yīng)力。 雙柱溫度收縮縫或單柱溫度收縮縫原則上皆可采 用，不過(guò)在地震域區(qū)宜布置雙柱收縮縫。 托梁（架）的設(shè)置： 托梁（架）的作用：在拔柱處設(shè)置一構(gòu)件,上承屋架(或 其他屋面結(jié)構(gòu))，下傳柱子，該構(gòu)件為實(shí)腹式時(shí)稱為托 梁，桁架式時(shí)稱為托架。,2）、計(jì)算單元 單元寬度一般是 相鄰柱距的平均值。 對(duì)于等柱距且無(wú)拔柱 的平面布置，顯然只 需取一個(gè)計(jì)算單元。,3）、吊車外輪廓線與臨近構(gòu)件的凈距要求 a:吊車外輪廓與屋架下弦下表面之間的凈距; b:吊車大輪的中心線與柱縱向定位軸線之 間的凈距離; c:吊車外輪廓與柱體內(nèi)表面之間的凈距離.

5、 4）、橫向框架及其截面選擇 橫向框架結(jié)構(gòu)形式 廠房結(jié)構(gòu)形式的選取不僅要考慮 吊車的起重量,而且要考慮吊車的工作級(jí)別及吊鉤類型. 柱腳：重型廠房的柱腳通常做成剛接，這不僅可以削減 柱段的彎矩絕對(duì)值且可增大橫向框架的剛度。,,,橫梁與柱子的連接：可以是鉸接(如圖2-4c)或剛接(如 圖2-4a，b)，相應(yīng)地，稱橫向框架為鉸接框架或剛接 框架。對(duì)一些剛度要求較高的廠房(如設(shè)有雙層吊車， 裝備硬鉤吊車等)，尤其是單跨重型廠房，宜采用剛接 框架。在多跨時(shí)，特別在吊車起重量不很大和采用輕 型圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，適宜采用鉸接框架(如圖2-4c)。 橫向框架截面形式 實(shí)腹式柱：實(shí)腹式等截面柱的構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工制

6、作費(fèi)用低，較少單獨(dú)采用，一般用作階梯形柱的上柱。只有當(dāng)廠房高度不超過(guò)10m且吊車額定起重量不超過(guò)20t時(shí)采用。 格構(gòu)式柱：是重型廠房階形下柱的常見型式，圖2-6是其截面的常見類型。,分離式承重柱:廠房高度不 大，但吊車額 定起重量超過(guò) 100t，或吊車 噸位不大而廠 房高度較大 (有剛度要求) 時(shí)，宜采用分 離式承重柱。,,,階梯形柱：階形柱的上柱截面通常取實(shí)腹式等截面焊接 工字形或類型(a)。下柱截面類型要依吊車起重量的大 小確定：類型(b)常見于吊車起重量較小的邊列柱截面; 吊車起重量不超過(guò)50t的中列柱可選取(c)類截面，否則 需做成(d)類截面;顯然,截面類型(e)適合于吊車起重量 較

7、大的邊列柱;特大型廠房的下柱截面可做成(f)類截面. 階梯形柱各段連接構(gòu)造如圖27。 3、柱間支撐 目的：柱間支撐與屋蓋支撐一起傳遞并承擔(dān)作用于廠房 山墻上的風(fēng)荷載、吊車的縱向水平荷載、縱向地震力等 荷載，提高廠房縱向剛度。,分類：上層柱間支撐和下層柱間支撐 上層柱間支撐:吊車梁上部的柱間支撐. 下層柱間支撐:吊車梁下部的柱間支撐. 設(shè)置規(guī)定： 每列柱都必須設(shè)置柱間支撐，多跨廠房的中列柱的柱間支撐宜與其邊列柱的柱間支撐布置在同一柱間； 每列柱頂均要布置剛性系桿。,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。當(dāng)溫度區(qū)段長(zhǎng)度大于150m或抗 震設(shè)防烈度為8度、類場(chǎng)地和9

8、度時(shí)，應(yīng)當(dāng)增設(shè)一 道下層柱間支撐，且兩道下層柱間支撐的距離不應(yīng)超過(guò) 72m。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。 形式：柱間支撐按結(jié)構(gòu)形式可分為十字交叉式、八字 式、門架式等（圖9.3.2）.十字交叉支撐的構(gòu)造簡(jiǎn)單、 傳力直接、用料節(jié)省，使用最為普遍，其斜桿傾角宜為 45左右.上層支撐在柱間距較大時(shí)可改用斜桿(圖d); 下層支撐高而不寬者可以用兩個(gè)十字形,高而剛度要求 嚴(yán)格者可以占用兩個(gè)開間(圖c).當(dāng)柱間距較大或十字撐 妨礙生產(chǎn)空間時(shí),可采用門架式支撐(圖d).圖e的支撐形 式,上層為V形,下層為人字形.,采用角鋼時(shí)，柱間支撐的截面不宜小于L7

9、56;采用槽鋼時(shí)，不宜小于12。 下層柱間支撐一般設(shè)置為雙片,分別與吊車肢和屋蓋肢相連，雙片支撐之間以綴條相連,綴條常采單角鋼,控制其長(zhǎng)細(xì)比不大于200，且不小于L755。 上層柱間支撐一般設(shè)置為單片,如果上柱設(shè)有人孔或截面高度過(guò)大(800mm)，亦應(yīng)采用雙片。 支撐的連接可采用焊縫或高強(qiáng)度螺栓。采用焊縫時(shí)，焊腳尺寸不應(yīng)小于6mm，焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于80mm,同時(shí)要在連接處設(shè)安裝螺栓,一般不小于M16。,計(jì)算：按桁架計(jì)算（見后面屋蓋支撐計(jì)算） 構(gòu)造要求:除計(jì)算要求外,還應(yīng)在構(gòu)造上滿足以下要求:,滿足制造、安裝和運(yùn)輸要求 構(gòu)造簡(jiǎn)單，桿件夾角3060； 桿件與節(jié)點(diǎn)數(shù)量少； 分段制造，便于運(yùn)輸與安裝；

10、,確定屋架形式的原則： 滿足使用要求 屋架外形應(yīng)與屋面材料的排水要求相適應(yīng)。,二.屋架的形式及腹桿形式,滿足經(jīng)濟(jì)要求 屋架外形應(yīng)盡量和彎矩圖接近，使上下弦桿 內(nèi)力沿跨度方向分布較均勻，腹桿受力較小； 腹桿的布置宜使短桿受壓，長(zhǎng)桿受拉； 荷載布置在節(jié)點(diǎn)上，減少弦桿局部受彎。, 按腹桿布置方式不同有： 芬克式,特點(diǎn)：長(zhǎng)腹桿受拉，短腹桿受壓，受力合理，應(yīng) 用廣泛。,1三角形屋架,桿件數(shù)量少，節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，受壓桿較長(zhǎng)，但抗震性能優(yōu)于芬克式屋架，適用于跨度小于18m的屋架。, 單斜式,腹桿和節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，長(zhǎng)腹桿受拉，但夾角小，適用于下弦設(shè)置天棚的屋架。,人字式, 適用范圍：跨度小，坡度大、采用輕型屋面

11、材料的有檁體系。, 特點(diǎn)： 外形和彎矩圖不相適應(yīng)，弦桿內(nèi)力分布不均勻，近支座處內(nèi)力大，近跨中處小，橫向剛度小。 上下弦交角小，端節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。, 按腹桿布置方式不同有： 人字式,2梯形屋架,特點(diǎn)：腹桿總長(zhǎng)度短，節(jié)點(diǎn)少。,按支座斜桿與弦桿組成的支承點(diǎn)在下弦或在上弦又可分為下承式和上承式兩種。,上承式,下承式, 再分式,特點(diǎn)：可避免節(jié)間直接受荷（非節(jié)點(diǎn)荷載）。, 單斜桿式 特點(diǎn)：多數(shù)腹桿受壓，桿件數(shù)量多，總長(zhǎng)大，應(yīng)用少。, 特點(diǎn) 外形和彎矩圖比較接近，弦桿內(nèi)力沿跨度分布較均勻，用料經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用廣泛。 適用范圍 適用于屋面坡度平緩且跨度較大時(shí)的無(wú)檁屋蓋結(jié)構(gòu)。 屋架高度 梯形屋架的中部高度一般為（1/1

12、01/8）L，與柱剛接的梯形屋架，端部高度一般為（1/161/12）L，通常取為2.02.5m。 與柱鉸接的梯形屋架，端部高度可按跨中經(jīng)濟(jì)高度和上弦坡度決定。,3平行弦屋架 上、下弦桿水平，桿件和節(jié)點(diǎn)規(guī)格化、便于制造。 屋架的外形和彎矩圖分布不接近，弦件內(nèi)力分布不均勻。 一般用于托架和支撐體系。,屋架主要尺寸 跨度： 標(biāo)志跨度l：柱網(wǎng)橫向軸線的間距,一般為3m模數(shù). 計(jì)算跨度l0：屋架兩端支座反力的距離. 封閉結(jié)合的屋架簡(jiǎn)支于鋼筋混凝土或磚柱時(shí), 應(yīng)慮屋架一定的構(gòu)造尺寸。,高度：指跨中的最大高度，由經(jīng)濟(jì)、剛度、建筑要求及 運(yùn)輸界限等幾個(gè)方面決定，屋架的最小高度取決于剛度 條件。最大高度取決于

13、運(yùn)輸界限，經(jīng)濟(jì)高度根據(jù)屋架上 下弦及腹桿的總重量最小的條件決定。一般可按下列規(guī) 定取值： 三角形： H（1/41/6）L 梯 形： 跨中 H（1/61/10）L 端部 H01.62.2m（鉸接時(shí)） H01.82.4m（剛接時(shí)） 屋架上弦節(jié)間：據(jù)屋面材料定，盡可能使荷載直接作用 在屋架節(jié)點(diǎn)上.,平面屋架在屋架平面外的剛度和穩(wěn)定性很差，不能承受水平荷載。因此，為使屋架結(jié)構(gòu)有足夠的空間剛度和穩(wěn)定性，必須在屋架間設(shè)置支撐系統(tǒng)。,三 屋蓋支撐,,上弦橫向水平支撐 下弦橫向水平支撐 下弦縱向水平支撐 垂直支撐 系桿,組成,檁條屋面板, 保證屋蓋的整體性，提高空間剛度 僅由平面桁架、檁條及屋面

14、材料組成的屋蓋結(jié)構(gòu)，是一個(gè)不穩(wěn)定的體系，如果將某些屋架在適當(dāng)部位用支撐連系起來(lái)，成為穩(wěn)定的空間體系，其余屋架再由檁條或其他構(gòu)件連接在這個(gè)空間穩(wěn)定體系上，就保證了整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。 避免壓桿側(cè)向失穩(wěn)，防止拉桿產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng) 支撐可作為屋架弦桿的側(cè)向支撐點(diǎn)，減小弦桿出平面外的計(jì)算長(zhǎng)度。 承擔(dān)和傳遞水平荷載（如縱向和橫向風(fēng)荷載、懸掛吊車水平荷載和地震作用等）。 保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定與方便 屋蓋的安裝首先用支撐將兩相鄰屋架連系起來(lái)組成一個(gè)基本空間穩(wěn)定體，在此基礎(chǔ)上即可順序進(jìn)行其他構(gòu)件的安裝。,1. 支撐的作用,2.屋蓋支撐的布置 1）上弦橫向水平支撐 組成： 屋架上弦、斜向桿件、檁條、系桿 布置：

15、端部第一或第二開間。當(dāng)布置在第二開間時(shí)，端屋架需與橫向支撐用系桿剛性連接，確保端屋架的穩(wěn)定和風(fēng)荷載傳遞。 橫向支撐間距大于60m時(shí)，中間增設(shè)。 屋面為大型屋面板，且屋面板有三點(diǎn)與屋架上弦牢固連接時(shí)，可不設(shè)。但一般高空作業(yè)較難保證，還是設(shè)上弦橫向支撐，大型屋面板起系桿的作用。有天窗架時(shí)，上弦橫向支撐仍需布置。 2）下弦橫向水平支撐 組成：屋架下弦桿、斜桿、系桿,布置：與上弦橫向支撐布置在同一開間： 屋架跨度大于18m時(shí)； 屋架下弦設(shè)有懸掛吊車時(shí)； 抗風(fēng)柱支承在屋架下弦時(shí)； 屋架下弦設(shè)通長(zhǎng)縱向支撐時(shí),宜設(shè)屋架下弦橫向支撐. 3）下弦縱向水平支撐 組成：系桿、斜桿 布置： 屋架兩邊第一節(jié)間，與橫向支

16、撐形成封閉框。 有振動(dòng)設(shè)備、屋架下弦有吊軌、有托架時(shí)； 有重級(jí)工作制吊車或起重量較大的中輕工作制吊車; 房屋跨度較大、空間剛度要求較高時(shí)，均需設(shè)置下弦縱向水平支撐。,4）垂直支撐 組成：系桿、斜桿 布置：設(shè)有上弦橫向支撐的 開間內(nèi)，每隔45個(gè)開間布 置一道。 垂直支撐聯(lián)系屋架上、 下弦水平支撐，并和屋架 水平支撐一起形成幾何不變的屋蓋空間結(jié)構(gòu)，是上弦橫 向水平支撐的支承點(diǎn)，在屋蓋安裝過(guò)程中保證屋蓋穩(wěn) 定。,布置原則: （1）梯形或平行弦屋架 無(wú)天窗，跨度l30m，布置在 屋架兩端、跨度l/3處; 有天窗,跨度l30m，布置在 屋架兩端、跨度l/3處、天窗架兩端,（2）三角形屋架 跨度

17、小于18m時(shí)，布置在 屋架中間; 跨度大于18m時(shí)，一般視 具體情況布置兩道; 5）系桿：系桿分剛性和柔性 作用：系桿能保證無(wú)橫向水平支撐的所有屋架在上弦桿平面外的穩(wěn)定和安裝時(shí)屋架的穩(wěn)定，第一柱間的剛性系桿能將山墻的風(fēng)荷載傳到橫向水平支撐。 布置： 垂直支撐平面內(nèi)設(shè)上下通長(zhǎng)系桿； 水平橫向支撐在第二開間時(shí)，端屋架需與第二榀屋架用剛性系桿連接； 屋脊節(jié)點(diǎn)及主要支承點(diǎn)處需設(shè)置剛性系桿；,3、形式、計(jì)算、構(gòu)造： 支撐一般呈平行弦桁架，受力較小，按容許長(zhǎng)細(xì)比 和構(gòu)造要求是： 拉桿：=400 壓桿：=200 當(dāng)屋架下弦標(biāo)高大于15m，基本風(fēng)壓大于0.5kN/m2 時(shí)，與抗風(fēng)柱連接的水平支撐承受和傳遞

18、風(fēng)荷載。(計(jì) 算簡(jiǎn)圖如圖)假定壓桿不起作用， 變?yōu)殪o定桁架，簡(jiǎn)化計(jì)算。 支撐連接的構(gòu)造力求簡(jiǎn)單,安 裝方便。一般用M20粗制螺栓連接，桿件每端至少2個(gè) 螺栓。圓鋼作柔性支撐桿件時(shí)，采用花籃螺栓，將桿 件張緊。,第二節(jié)計(jì)算原理 計(jì)算簡(jiǎn)圖：將單層房屋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為平面剛架，該剛架承擔(dān)一個(gè)計(jì)算單元內(nèi)的荷載，荷載以集中力方式作用于該剛架上。 一、荷載計(jì)算 荷載種類：永久荷載、可變荷載和偶然荷載 永久荷載：包括屋面恒載、屋架、檁條、墻梁及剛 架自重、圍護(hù)結(jié)構(gòu)自重等。一般換算為計(jì)算單元上的 均布面荷載（水平投影面）。 屋面恒載的標(biāo)準(zhǔn)值可按表2-4取值。 可變荷載：包括屋面活荷載，雪荷載，積灰荷載， 風(fēng)荷載

19、及吊車荷載。,按照建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB 5009)中的荷載組合 規(guī)則，屋面活荷載不和屋面雪荷載同時(shí)考慮，因此只 需在屋面活荷載與雪荷載的標(biāo)準(zhǔn)值中取較大者計(jì)算。 二、剛架內(nèi)力計(jì)算 1、手算 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常引用當(dāng)量慣性矩將格構(gòu)式柱和 屋架換算為實(shí)腹式構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)力分析。當(dāng)量慣性矩的 一般表達(dá)式為： 式中： ---分別為格構(gòu)式柱兩肢（或 屋架上下弦）的截面積； ---分別為格構(gòu)式柱兩肢(或屋架上 下弦）的截面形心到其中性軸的距離；,,,,, 反映剪力影響和幾何形狀的修正系數(shù)； 平行弦情形，可取0.9； 上弦坡度為110時(shí)取0.8； 上弦坡度為18時(shí)取0.7; 對(duì)于屋

20、架，其當(dāng)量慣性矩可直接表達(dá)為： 式中：h上下兩弦截面形心之間的距離。 當(dāng)屋架的幾何尺寸未定時(shí)，可依下式估算其當(dāng)量慣 性矩：,,,根據(jù)位移線性結(jié)構(gòu)的疊加原理，內(nèi)力分析一般只需 針對(duì)幾種基本類型進(jìn)行。如對(duì)于單跨剛架，只需分別 分析： (1)恒載作用； (2)屋面可變荷載； (3)左(或右)風(fēng)荷載； (4)吊車左(或右)剎車力； (5)吊車小車靠近左(或右)時(shí)的重力。 這些分析均以荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行，以便組合。 2、電算 計(jì)算機(jī)軟硬件的普及，使得在絕大多數(shù)情況下，平 面剛(框)架的內(nèi)力分析都用計(jì)算機(jī)進(jìn)行。計(jì)算機(jī)內(nèi)力分 析應(yīng)該是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首選手段。,三、內(nèi)力組合原則 按照建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB 50

21、09)的規(guī)定，結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)使用過(guò)程結(jié)構(gòu)上可能同時(shí)出現(xiàn)的荷載，按承 載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，依照組合規(guī)則進(jìn) 行荷載效應(yīng)的組合，并取最不利組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。在鋼結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)中，承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)一般考慮荷載效應(yīng) 的基本組合(包括由可變荷載效應(yīng)的組合和由永久荷載 效應(yīng)控制的組合)，必要時(shí)考慮荷載效應(yīng)的偶然組合。 對(duì)于一般的剛(框)架，按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)， 構(gòu)件和連接可取下列簡(jiǎn)化公式中的最不利值確定： 當(dāng)只有一個(gè)可變荷載時(shí)： 當(dāng)有多個(gè)可變荷載時(shí)：,,,第三節(jié)鋼屋架設(shè)計(jì) 一、屋架的內(nèi)力計(jì)算 1、基本假定 屋架的節(jié)點(diǎn)為鉸接。 所有桿件的軸線平直且都在同一平面內(nèi)匯交于節(jié)點(diǎn)的中心。

22、荷載都作用在節(jié)點(diǎn)上，且都在屋架平面內(nèi)。 2、屋架上的荷載 永久荷載： 屋面材料、保溫層、防水層、吊車頂、檁條、支撐、 屋架、天窗架等結(jié)構(gòu)自重。 屋架及支撐自重經(jīng)驗(yàn)公式：,,可變荷載： 屋面活荷載、積灰荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、懸掛吊 車荷載等。屋面活荷載與雪荷載不同時(shí)出現(xiàn)，取兩者 中較大值計(jì)算。 3、桿件內(nèi)力計(jì)算及組合 將屋面荷載化為節(jié)點(diǎn)荷載: qk每平方米屋面水平投影 面上的標(biāo)準(zhǔn)荷載，由于屋面構(gòu)造層的重量沿屋 面分布，應(yīng)化簡(jiǎn)為：,,桿件內(nèi)力計(jì)算：采用圖解法 按比例繪出桁架； 將各荷載（桿力）之間劃分區(qū)間，作用單位力； 首先作外力平衡； 通過(guò)節(jié)點(diǎn)平衡推出各桿力； 確定桿力系數(shù)大小及方向

23、（拉、壓）。 荷載組合：原則組合出可能的最不利的桿件內(nèi)力。 全跨永久荷載全跨可變荷載 全跨永久荷載半跨可變荷載 屋架、支撐和天窗架自重半跨屋面板重半跨 屋面活荷載 屋架上、下弦桿和靠近支座的腹桿由作用時(shí)會(huì)引起桿件的最不利內(nèi)力； 跨中附近的腹桿可能由兩種荷載組合控制。,,上弦桿局部彎矩計(jì)算 取端跨： 中跨： 二、桿件設(shè)計(jì) 1.鋼屋架桿件的計(jì)算長(zhǎng)度 壓桿計(jì)算長(zhǎng)度見第五章第一節(jié)。 2.桿件的剛度要求 受壓構(gòu)件 =150 桁架中壓桿 =200 支撐中壓桿,,,,受拉構(gòu)件 =350 無(wú)吊車或輕、中級(jí)工作制吊車的桁 架中拉桿 =400 支撐中拉桿 =250 直接承受動(dòng)荷載桁架中拉桿 3.桿件設(shè)

24、計(jì) 1）桿件截面形式及選擇 截面形式：以雙角鋼拼成一根構(gòu)件。 選擇原則：等穩(wěn)定 。 桿件截面選擇參考表 2）桿件設(shè)計(jì)的構(gòu)造要求,,,,,,,,,,,,,,由雙角鋼組成的T形或十字形截面桿件按實(shí)腹式桿件進(jìn)行計(jì)算，必須每隔一定距離在兩個(gè)角鋼間加設(shè)填板。,雙角鋼桿件的填板：,填板的間距對(duì)壓桿l140i1，拉桿l180 i1；在T形截面中，i1為一個(gè)角鋼對(duì)平行于填板自身形心軸的回轉(zhuǎn)半徑；在十字形截面中，填板應(yīng)沿兩個(gè)方向交錯(cuò)放置，i1為一個(gè)角鋼的最小回轉(zhuǎn)半徑，在壓桿的桁架平面外計(jì)算長(zhǎng)度范圍內(nèi)，至少應(yīng)設(shè)置兩塊填板。,填板的寬度一般取5080mm；填板的長(zhǎng)度：對(duì)T形截面應(yīng)比角鋼肢伸出1020mm，對(duì)十字形

25、截面則從角鋼肢尖縮進(jìn)1015mm。填板的厚度與桁架節(jié)點(diǎn)板相同。,材料選擇要求 同一榀屋架中規(guī)格不宜過(guò)多，56種。 角鋼尺寸不宜過(guò)小,一般不小于L454或L56364 對(duì)壓桿，選擇回轉(zhuǎn)半徑大的材料。 屋架弦桿至多變一次截面，變肢寬不變肢厚，跨度小于30m的梯形屋架和跨度小于24m的三角形屋架一般不變截面。 節(jié)點(diǎn)板厚度 節(jié)點(diǎn)板應(yīng)力復(fù)雜，計(jì)算時(shí)根據(jù)梯形屋架腹桿的最大內(nèi)力或三角 形屋架弦桿的最大內(nèi)力查表2-8。中間節(jié)點(diǎn)板受力比支座節(jié)點(diǎn)板 小，可減薄2mm。 3）桿件的截面計(jì)算 軸心受拉桿件應(yīng)驗(yàn)強(qiáng)度和長(zhǎng)細(xì)比要求。 軸心受壓桿件和壓彎構(gòu)件要計(jì)算強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和長(zhǎng)細(xì)比。 三、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),1.節(jié)點(diǎn)設(shè)

26、計(jì)的一般要求 以桁架桿件的形心線為軸線并在節(jié)點(diǎn)處相交于一點(diǎn)，肢背至軸線的距離為5mm的倍數(shù)。,節(jié)點(diǎn)處，腹桿與弦桿或腹桿與腹桿之間焊縫的凈距，不宜小于10mm，或者桿件之間的空隙不小于1520mm。,角鋼端部的切割一般垂直于其軸線。有時(shí)允許切去一肢的部分，但不允許將一個(gè)肢完全切去而另一肢伸出的斜切。,節(jié)點(diǎn)板的外形應(yīng)簡(jiǎn)單而規(guī)則，至少宜有兩邊平行，如矩形、平行四邊形和直角梯形等。節(jié)點(diǎn)板邊緣與桿件軸線的夾角不應(yīng)小于15。,節(jié)點(diǎn)板的平面尺寸，一般應(yīng)根據(jù)桿件截面尺寸和腹桿端部焊縫長(zhǎng)度畫出大樣圖來(lái)確定。,2. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) （1）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)步驟 據(jù)屋架幾何形式定出節(jié)點(diǎn)的軸線關(guān)系，桿件按比例畫出，弦桿肢尖與腹桿距離

27、滿足前述基本要求。 計(jì)算腹桿焊縫，一般腹桿焊縫厚度同肢厚，圖中作出定位點(diǎn)。 根據(jù)構(gòu)造要求畫出節(jié)點(diǎn)板，并將各定位點(diǎn)都包括在內(nèi)。 量出弦桿與節(jié)點(diǎn)板間焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度,驗(yàn)算弦桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫。 如果驗(yàn)算不滿足,適當(dāng)調(diào)整焊縫厚度、長(zhǎng)度，重新驗(yàn)算。 （2）節(jié)點(diǎn)計(jì)算 無(wú)集中力的上弦節(jié)點(diǎn),肢背焊縫： ,腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫按角鋼角焊縫承受軸心力方法計(jì)算。,節(jié)點(diǎn)板應(yīng)伸出弦桿1015mm以便焊接。,弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)考慮承受弦桿相鄰節(jié)間內(nèi)力之差，按下式計(jì)算:,通常因N很小，實(shí)際所需的焊腳尺寸可由構(gòu)造要求確定，并沿節(jié)點(diǎn)板全長(zhǎng)滿焊。,肢尖焊縫： ,為便于大型屋面板或檁條的放置，常將節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)上弦角鋼背，縮進(jìn)

28、距離不宜小于(0.5t+2)mm，也不宜大于節(jié)點(diǎn)板厚度t。,角鋼桁架有集中荷載的節(jié)點(diǎn),角鋼背凹槽的塞焊縫可假定只承受屋面集中荷載，按下式計(jì)算其強(qiáng)度：,式中：Q 節(jié)點(diǎn)集中荷載垂直于屋面的分量； 焊腳尺寸，取 0.5t； 正面角焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)。一般因Q不大，按構(gòu)造滿焊,計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮偏心彎矩MNe（e為角鋼肢尖至弦桿軸線距離），按下列公式計(jì)算：,式中 肢尖焊縫的焊腳尺寸。,弦桿角鋼肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫承受弦桿相鄰節(jié)間的內(nèi)力差,,當(dāng)節(jié)點(diǎn)板向上伸出不妨礙屋面構(gòu)件的放置，或因相鄰弦桿節(jié)間內(nèi)力差N較大，肢尖焊縫不滿足強(qiáng)度要求時(shí)，可將節(jié)點(diǎn)板部分向上伸出或全部向上伸出。,此時(shí)弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫應(yīng)按下列公

29、式計(jì)算： 肢背焊縫：,肢尖焊縫：,式中： 、 伸出肢背的焊縫焊腳尺寸和計(jì)算長(zhǎng)度；,弦桿的拼接節(jié)點(diǎn)（工地拼接 ） 拼接角鋼型號(hào)：同弦桿 拼接角鋼切肢： 拼接角鋼長(zhǎng)度： 其中： 屋脊拼接節(jié)點(diǎn) 拼接角鋼單邊長(zhǎng)度計(jì)算： 拼接角鋼實(shí)際長(zhǎng)度： (Lw+10)2b,且不小于600mm 上弦與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫： 集中荷載P由上弦角鋼肢背處槽 焊縫承受。,,,,肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫承受上弦內(nèi)力的15（按經(jīng) 驗(yàn)），并考慮附加彎矩作用M0.15Ne。 上述計(jì)算基于屋架上弦坡度較小的基礎(chǔ)。坡度較大 時(shí)，拼接角鋼與上弦桿之間的連接焊縫按上弦內(nèi)力的水 平分力計(jì)算。上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的連接焊縫，取上弦 內(nèi)力的

30、豎向分力與節(jié)點(diǎn)荷載的合力,和上弦內(nèi)力的15 兩者中的較大值來(lái)計(jì)算。,下弦拼接節(jié)點(diǎn) a）中拼接角鋼端部直切，下弦內(nèi)力傳遞時(shí)，由于力線轉(zhuǎn)折引起較大的應(yīng)力集中。 b）中角鋼肢寬大于125mm，將拼接角鋼的肢端斜切，使內(nèi)力均勻傳遞。 拼接角鋼與下弦連接 焊縫長(zhǎng)度： 下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接 焊縫計(jì)算時(shí)，荷載N為：,支座節(jié)點(diǎn) 支座節(jié)點(diǎn)有鉸接和剛接兩大類。 鉸接:連接于磚或鋼筋混凝土柱頂； 剛接:連接于鋼柱上。 底板面積： 底板厚度： 加勁肋與支座節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫： 支座節(jié)點(diǎn)板、加勁肋與支座底板的水平連接焊縫：,四、屋架施工圖繪制 施工圖需明確：屋架幾何尺寸，各部分詳圖，相關(guān)尺寸，構(gòu)件所用鋼材的鋼號(hào)、材料

31、規(guī)格，連接材料的強(qiáng)度指標(biāo)、規(guī)格，焊條型號(hào)，焊縫長(zhǎng)度、厚度，防腐處理等。 比例：軸線圖與節(jié)點(diǎn)圖可取不同比例，如軸線可用1:301:20，桿件截面和節(jié)點(diǎn)尺寸可用1:151:10，以使節(jié)點(diǎn)畫清楚些。 起拱：跨度較大的屋架，特別是荷載較大時(shí)，中間撓度較大，因此為確保安全使用和外部美觀，一般跨度大于等于24m的梯形屋架和跨度大于等于15m的三角形屋架，中間起拱約為跨度的1/500。,第四節(jié)吊車梁設(shè)計(jì) 一、吊車梁荷載及工作性能 吊車梁承受橋式吊車產(chǎn)生的三個(gè)方向荷載作用，吊 車豎向荷載P,吊車橫向水平荷載（剎車力及卡軌力）T 和縱向水平荷載（剎車力）TL.其中TL沿吊車軌道方向, 通過(guò)吊車梁傳給柱間支撐，對(duì)

32、吊車梁的截面受力影響 很小,可不考慮。因此,吊車梁按雙向受彎桿件設(shè)計(jì)。 1.吊車最大輪壓 吊車豎最大輪壓標(biāo)準(zhǔn)值； 動(dòng)力系數(shù),,,2.吊車橫向水平荷載 吊車橫向水平荷載可取小車重量g與額定最大起重能 力Q的總和乘以重力加速度g，并乘以下列規(guī)定的百分 數(shù) ： 軟鉤吊車：額定起重量Q不大于10t,取 額定起重量Q為1550t,取 額定起重量Q不小于75t,取 硬鉤吊車：取 每個(gè)車輪上的橫向水平力為： GB50017規(guī)定：吊車工作級(jí)別為A6A8時(shí)，吊車運(yùn)行 時(shí)擺動(dòng)引起的水平力比剎車力更不利，此時(shí)作用于每 個(gè)輪壓處的水平力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)改為：,,二、吊車梁的截面組成 分為實(shí)腹式和

33、桁架式。其中實(shí)腹式又分為加強(qiáng)受壓 翼緣型和設(shè)置制動(dòng)結(jié)構(gòu)的截面。 1、加強(qiáng)受壓翼緣型：（圖a） 用于吊車起重能力Q30t，跨度l6m，工作級(jí)別為 A1A5的吊車梁。 2、設(shè)有制動(dòng)結(jié)構(gòu)的吊車梁： 當(dāng)?shù)踯嚻鹬啬芰30t或跨度l6m時(shí)常在吊車梁 的上翼緣設(shè)置制動(dòng)梁(圖b)或制動(dòng)桁架(圖c),用于承受 橫向水平荷載。 制動(dòng)梁:由吊車梁的上翼緣、鋼板和槽鋼組成，主要 承受橫向水平荷載，吊車梁則主要承擔(dān)豎向荷載作用。,制動(dòng)桁架：由兩角鋼和吊車梁的上翼緣構(gòu)成制動(dòng)桁架 的二弦桿，中間連于角鋼腹桿。 制動(dòng)結(jié)構(gòu)不僅用于承受橫向水平荷載，保證吊車梁 的整體穩(wěn)定，同時(shí)還作為人行走道和檢修平臺(tái)。其寬度 應(yīng)根據(jù)吊車

34、起重量、柱寬以及剛度要求確定，一般不小 于0.75m。當(dāng)寬度 1.2m時(shí)，常用制 動(dòng)梁，超過(guò)1.2m時(shí) 宜采用制動(dòng)桁架.但 對(duì)于硬鉤吊車的吊車 梁,因動(dòng)力荷載較大， 均宜采用制動(dòng)梁。,,1、吊車梁 2、制動(dòng)梁 3、制動(dòng)桁架 4、輔 助桁架 5、水平支撐 6、垂直支撐,三、吊車梁的連接 原則：吊車梁上翼緣的連接應(yīng)以能夠可靠地與柱傳遞水 平力，而又不改變吊車梁簡(jiǎn)支條件。 構(gòu)造：左側(cè)連接方式稱為高強(qiáng)螺栓連接，右側(cè)連接方式 稱為板鉸連接。板鉸連接較好地體現(xiàn)了不改變吊車梁簡(jiǎn) 支條件的設(shè) 計(jì)思想。,四、焊接實(shí)腹吊車梁的截面驗(yàn)算 焊接實(shí)腹吊車梁初選截面的方法與普通焊接梁相似， 但吊車梁為雙向彎曲。初選

35、截面時(shí)，可只按吊車豎向荷 載計(jì)算，但把鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.9，然后按實(shí)際 的截面尺寸進(jìn)行驗(yàn)算。 1強(qiáng)度驗(yàn)算 作強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算時(shí)， 按兩臺(tái)吊車滿載的最大 豎向，橫向荷載設(shè)計(jì)值， 作豎向撓度計(jì)算，采用 上述荷載標(biāo)準(zhǔn)值。,,1）加強(qiáng)受壓翼緣型 受壓翼緣： 受拉翼緣： 2）設(shè)有制動(dòng)梁的吊車梁 3）設(shè)有制動(dòng)桁架的吊車梁 2、整體穩(wěn)定驗(yàn)算 對(duì)設(shè)有制動(dòng)結(jié)構(gòu)的吊車梁不用驗(yàn)算整體穩(wěn)定，對(duì)加強(qiáng) 受壓翼緣型的吊車梁，按下式驗(yàn)算整體穩(wěn)定：,,,,,,3、剛度驗(yàn)算 驗(yàn)算吊車梁的剛度時(shí)，應(yīng)按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，且不需 乘以動(dòng)力系數(shù)。 豎向剛度： 對(duì)重級(jí)工作制吊車梁除計(jì)算豎向的剛度外，還應(yīng)按下 式驗(yàn)算其水平方向的剛度： 4、疲勞驗(yàn)算 計(jì)算疲勞和水平撓度，按起重量最大的吊車（一臺(tái)） 荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。 驗(yàn)算公式：,,,,驗(yàn)算部位： 受拉翼緣的連接焊縫處； 受拉區(qū)加勁肋的端部和受拉翼緣與支撐連接處的主 體金屬與角焊縫。,