大学课件_单层厂房结构设计培训讲义第4.1版3.pdf

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1、3.6.1 概述3.6 厂房屋盖设计3.6 厂房屋盖设计大型屋面板屋架（屋面梁），有时带天窗无檩体系大型屋面板屋架（屋面梁），有时带天窗无檩体系檩条檩条屋架（屋面梁、刚架梁）屋架（屋面梁、刚架梁）有檩体系有檩体系瓦（瓦楞铁皮、波形钢板、钢丝网水泥板）瓦（瓦楞铁皮、波形钢板、钢丝网水泥板）屋盖支撑屋盖支撑屋盖支撑屋盖支撑带有天窗架的屋架天窗架天窗3.6.2 屋架设计一、屋架种类混凝土屋架混凝土屋架预应力混凝土屋架三角形屋架折线型屋架梯形屋架预应力混凝土屋架三角形屋架折线型屋架梯形屋架钢屋架钢屋架组合屋架（钢组合屋架（钢混凝土、钢混凝土、钢木）木）三角形梯形平行弦拱形三角形梯形平行弦拱形按是否施加

2、预应力按形状普通钢筋混凝土屋架普通钢筋混凝土屋架钢筋混凝土及组合屋架a)b)c)d)e)f)g)h)i)钢屋架屋架、屋面梁的结构型式确定的原则：屋架、屋面梁的结构型式确定的原则：?外形与屋面排水坡度相适应；?在制作简单的前提下，外形尽量与其弯矩图相接近；?尽可能使荷载作用于节点；?腹杆的布置应尽量使长杆受拉，短杆受压。二、屋架的几何尺寸 跨度跨度当屋架与柱铰接时，当屋架与柱铰接时，L0=L-2150mm；当屋架与柱（钢柱）刚接时，计算跨度取钢柱内侧之间的距离。；当屋架与柱（钢柱）刚接时，计算跨度取钢柱内侧之间的距离。高度高度三角形屋架的高跨比一般采用（三角形屋架的高跨比一般采用（1/41/6）

3、，梯形和折线形屋架的高跨比一般采用），梯形和折线形屋架的高跨比一般采用1/101/6。节间长度节间长度?混凝土屋架的上弦节间长度一般采用混凝土屋架的上弦节间长度一般采用3m、4.5m；下弦节间长度一般采用；下弦节间长度一般采用4.5m和和6m，个别的采用，个别的采用3m，第一节间长度宜一律采用，第一节间长度宜一律采用4.5m。?钢屋架的上弦节间长度一般采用钢屋架的上弦节间长度一般采用1.5m或或3.0m，对于有檩体系根据檩条间距取，对于有檩体系根据檩条间距取0.8m3m；下弦一般取；下弦一般取3m。杆件尺寸杆件尺寸?混凝土：上弦不小于200180；下弦不小于200 140；腹杆不小于100 1

4、00；长细比不大于40（拉）、35（压）。混凝土：上弦不小于200180；下弦不小于200 140；腹杆不小于100 100；长细比不大于40（拉）、35（压）。?钢屋架杆件一般采用双角钢拼成的钢屋架杆件一般采用双角钢拼成的T形截面，对于正中竖杆常采用双角钢十字形截面；角钢规格不宜小于形截面，对于正中竖杆常采用双角钢十字形截面；角钢规格不宜小于505或或75505；所有受压和压弯杆件的长细比不应大于；所有受压和压弯杆件的长细比不应大于150；受拉和拉弯杆件的长细比不应不大于；受拉和拉弯杆件的长细比不应不大于350，有重级工作制吊车的厂房不应大于，有重级工作制吊车的厂房不应大于250。三、屋架内

5、力分析1.计算模型1.计算模型按多跨折线连续梁计算上弦弯矩（主弯矩）；按多跨折线连续梁计算上弦弯矩（主弯矩）；按铰接桁架计算杆件轴力。按铰接桁架计算杆件轴力。1R2R3R1R2R11RP=22RP=22RP=11RP=33RP=2.荷载自重（建筑层、屋面板、屋架、支撑）活载（屋面活载、雪载、积灰荷载）施工荷载2.荷载自重（建筑层、屋面板、屋架、支撑）活载（屋面活载、雪载、积灰荷载）施工荷载2/5.0mkN3.荷载组合3.荷载组合?全跨永久荷载全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨可变荷载?全跨永久荷载全跨永久荷载+半跨可变荷载半跨可变荷载?全跨屋架、支撑自重全跨屋架、支撑自重+半跨屋面板自重半跨屋面板

6、自重+半跨屋面施工荷载半跨屋面施工荷载4.内力计算方法4.内力计算方法上弦的弯矩可采用力矩分配法计算；上弦的弯矩可采用力矩分配法计算；杆件轴力可采用截面法或节点法计算。杆件轴力可采用截面法或节点法计算。5.分析模型讨论分析模型讨论?节点非理想铰接，各杆件中存在节点的分配弯矩（对腹杆的影响不大）节点非理想铰接，各杆件中存在节点的分配弯矩（对腹杆的影响不大）?上弦节点为不动铰支座上弦节点为不动铰支座实际上，由于腹杆的变形，使上弦节点产生位移（相当于连续梁的支座沉降），从而使在上弦杆中引起附加弯矩，称为次弯矩实际上，由于腹杆的变形，使上弦节点产生位移（相当于连续梁的支座沉降），从而使在上弦杆中引起附

7、加弯矩，称为次弯矩(按计算模型得到的内力称为按计算模型得到的内力称为“主内力主内力”)。?措施：将上弦杆和端部斜杆的截面（钢结构）或配筋量（混凝土结构）适当增加。措施：将上弦杆和端部斜杆的截面（钢结构）或配筋量（混凝土结构）适当增加。四、钢屋架构件设计2.杆件的计算长度平面内杆件的计算长度平面内弦杆、支座斜杆、支座竖杆弦杆、支座斜杆、支座竖杆llx=0其他腹杆其他腹杆llx8.00=平面外平面外弦杆弦杆1 0lly=支座斜杆、支座竖杆和其他腹杆支座斜杆、支座竖杆和其他腹杆lly=0斜平面斜平面支座斜杆、支座竖杆支座斜杆、支座竖杆ll=0其他腹杆其他腹杆ll9.00=（侧向支承点间距）（侧向支承

8、点间距）?受压腹杆按轴心受压构件进行强度和稳定计算，并验算其刚度（长细比限值）；受压腹杆按轴心受压构件进行强度和稳定计算，并验算其刚度（长细比限值）；?上弦杆按压弯构件进行强度、平面内稳定和平面外稳定计算，并验算其刚度。上弦杆按压弯构件进行强度、平面内稳定和平面外稳定计算，并验算其刚度。?受拉腹杆和下弦杆按轴心受拉构件进行强度计算；受拉腹杆和下弦杆按轴心受拉构件进行强度计算；1.计算内容1.计算内容当弦杆侧向支承点间的距离为两倍节间长度，且两个节间杆件的内力不等时，平面外计算长度按下式取：当弦杆侧向支承点间的距离为两倍节间长度，且两个节间杆件的内力不等时，平面外计算长度按下式取：)25.075

9、.01210NNll+=（支撑支撑1l1N2N1l1N2N1N2N较大的压力，取正号；较大的压力，取正号；较小的压力或拉力，拉力取负号。较小的压力或拉力，拉力取负号。，105.0 ll 3.截面选型3.截面选型?屋架上弦：屋架上弦：平面外计算长度一般为平面内计算长度的两倍，如无局部弯矩，故宜采用短肢相拼的T形截面，平面外计算长度一般为平面内计算长度的两倍，如无局部弯矩，故宜采用短肢相拼的T形截面，?支座斜杆：支座斜杆：因平面内和平面外计算长度相等，采用长肢相拼的T形截面比较合理。因平面内和平面外计算长度相等，采用长肢相拼的T形截面比较合理。9.26.2/xyii如有较大的局部弯矩，可采用长肢相

10、拼的T形截面，以提高平面内的抗弯能力，此时如有较大的局部弯矩，可采用长肢相拼的T形截面，以提高平面内的抗弯能力，此时0.175.0/xyii?屋架下弦：屋架下弦：平面外计算长度一般很大，故宜采用短肢相拼的T形截面。平面外计算长度一般很大，故宜采用短肢相拼的T形截面。计算长度范围内的垫板数不应少于2块。计算长度范围内的垫板数不应少于2块。?其他腹杆：其他腹杆：因因xyll0025.1=T形截面，T形截面，5.13.1/xyii与竖向支撑相连的竖腹杆宜采用等肢角钢组成的十字形截面，使节点连接不偏心；轴力特别小的腹杆也可采用单角钢。，宜采用等肢角钢组成的与竖向支撑相连的竖腹杆宜采用等肢角钢组成的十字

11、形截面，使节点连接不偏心；轴力特别小的腹杆也可采用单角钢。，宜采用等肢角钢组成的5080152040i(80i)IIII五、钢屋架节点设计?一般要求一般要求?各杆件的形心线应尽量与屋架几何轴线重合，并汇交于节点中心，考虑到施工方便，肢背到轴线的距离可取5mm的倍数；各杆件的形心线应尽量与屋架几何轴线重合，并汇交于节点中心，考虑到施工方便，肢背到轴线的距离可取5mm的倍数；?对变截面弦杆，宜采用肢背平齐的连接方式，变截面的两部分形心线的中线应与屋架几何轴线重合；对变截面弦杆，宜采用肢背平齐的连接方式，变截面的两部分形心线的中线应与屋架几何轴线重合；杆件形心线杆件形心线杆件形心线屋架轴线杆件形心线

12、屋架轴线?节点板上各杆件之间的净距不宜小于20mm；节点板上各杆件之间的净距不宜小于20mm；?杆件端部宜采用直切，即切割面与轴线垂直，为了减小节点板也可采用斜切。杆件端部宜采用直切，即切割面与轴线垂直，为了减小节点板也可采用斜切。允许的斜切形式允许的斜切形式不允许的斜切形式不允许的斜切形式?设计步骤设计步骤选定节点板厚度选定节点板厚度节点板厚度：根据最大内力选用。计算焊缝长度计算焊缝长度确定节点板大小确定节点板大小?一般节点一般节点20202020201015N1N2N3N4N5取杆件的最大内力来（取杆件的最大内力来（N3、N4、N5)计算腹杆与节点板之间的连接焊缝；计算腹杆与节点板之间的连

13、接焊缝；弦杆只需取二节间之间的最大内力差（弦杆只需取二节间之间的最大内力差（N1-N2）来计算弦杆与节点板之间的连接焊缝。）来计算弦杆与节点板之间的连接焊缝。杆件内力按分配系数分配给肢背焊缝和肢尖焊缝。杆件内力按分配系数分配给肢背焊缝和肢尖焊缝。内力分配系数内力分配系数角钢拼接形式角钢拼接形式K1K2等边角钢等边角钢0.70.3不等边角钢短肢相拼不等边角钢短肢相拼0.750.25不等边角钢长肢相拼不等边角钢长肢相拼0.650.35wffwfhNNKl=7.02)(1肢背：肢背：wffwfhNNKl=7.02)(2 肢尖：肢尖：?有集中荷载的节点有集中荷载的节点FN2N1N3N4e(0.61)t

14、t集中荷载集中荷载F由塞焊缝承担；上弦角钢肢尖焊缝承担弦杆内力差由塞焊缝承担；上弦角钢肢尖焊缝承担弦杆内力差N（=N1-N2）和由此产生的偏心力矩）和由此产生的偏心力矩Ne。将节点板缩入角钢肢背（将节点板缩入角钢肢背（0.61.0t），并采取塞焊连接；），并采取塞焊连接；塞焊缝按两条塞焊缝按两条hf=t/2的角焊缝对待，其强度设计值乘以的角焊缝对待，其强度设计值乘以0.8的折减系数；的折减系数；wfwfflhF8.07.02肢背塞焊缝肢尖角焊缝wffMfNff+22)/()(7.02ffNflhN=6/7.022 ffMflhNe=?弦杆的拼接节点弦杆的拼接节点(a)上弦拼接节点FNeN安装螺

15、栓rt拼接角钢t+hf+5(b)下弦拼接节点连接横向水平支撑的螺栓孔tt+hf+5拼接角钢r拼接角钢与弦杆的连接焊缝长度：拼接角钢与弦杆的连接焊缝长度：上弦按弦杆最大内力确定：上弦按弦杆最大内力确定：wffwfhNl7.04=wffwfhAfl7.04=对于上弦假定集中荷载由肢背的塞焊缝承担，肢尖焊缝承担上弦内力的15%，并考虑此力产生的偏心弯矩。对于上弦假定集中荷载由肢背的塞焊缝承担，肢尖焊缝承担上弦内力的15%，并考虑此力产生的偏心弯矩。弦杆与节点板的焊缝长度：弦杆与节点板的焊缝长度：对于下弦按两侧下弦较大内力的15%和两侧下弦的内力差两者中的大值计算；对于下弦按两侧下弦较大内力的15%和

16、两侧下弦的内力差两者中的大值计算；下弦按下弦截面面积等强度确定：下弦按下弦截面面积等强度确定：拼接角钢采用与弦杆相同的截面。拼接角钢的长度应按拼接角钢与弦杆的连接焊缝长度确定，拼接角钢采用与弦杆相同的截面。拼接角钢的长度应按拼接角钢与弦杆的连接焊缝长度确定，l2(lw+2hf)+弦杆杆端空隙弦杆杆端空隙。?支座节点支座节点?支座底板所需净面积的确定方法同柱脚底板。当采用混凝土排架柱时，底板的尺寸由混凝土局部受压承载力确定，厚度一般取为支座底板所需净面积的确定方法同柱脚底板。当采用混凝土排架柱时，底板的尺寸由混凝土局部受压承载力确定，厚度一般取为20mm；?节点板的大小由杆件与节点板的连接焊缝长

17、度确定，下弦杆和支座底板间应留有不小于下弦水平肢宽且不小于节点板的大小由杆件与节点板的连接焊缝长度确定，下弦杆和支座底板间应留有不小于下弦水平肢宽且不小于130mm的距离的距离h；?加劲肋与节点板的垂直焊缝可假定其承担支座反力的加劲肋与节点板的垂直焊缝可假定其承担支座反力的25%计算，并考虑焊缝为偏心受力；加劲肋与底板的水平焊缝可按均匀传递支座反力计算。计算，并考虑焊缝为偏心受力；加劲肋与底板的水平焊缝可按均匀传递支座反力计算。?锚栓预埋于支承构件的混凝土中，常用锚栓预埋于支承构件的混凝土中，常用M20M24；底板上的锚栓孔直径一般为锚栓直径的；底板上的锚栓孔直径一般为锚栓直径的22.5倍，或开成倍，或开成U形缺口。形缺口。h支座底板加劲肋锚栓垫板3.6.3 屋面其他构件一、屋面板一、屋面板(一般采用标准尺寸的屋面板一般采用标准尺寸的屋面板)二、檩条二、檩条(檩条将屋面荷载传递到屋架檩条将屋面荷载传递到屋架)三、拉条与撑杆三、拉条与撑杆四、隅撑四、隅撑