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1、 建筑钢结构设计 一教学目的与要求一教学目的与要求 掌握屋盖结构形式，支撑布置原则及杆件截面的选型，掌握屋盖结构形式，支撑布置原则及杆件截面的选型，能够能够设计一般形式的桁架，并绘制施工图。设计一般形式的桁架，并绘制施工图。二二 教学主要内容及学时分配教学主要内容及学时分配 1 1-1-1厂房结构形式与布置厂房结构形式与布置 （2 2学时）学时）1-21-2厂房结构的框架形式厂房结构的框架形式 （1 1学时）学时）1-31-3支撑体系支撑体系 （1 1学时）学时）1-41-4屋盖结构屋盖结构 （2 2学时）学时）1-51-5厂房柱设计厂房柱设计 （1 1学时）学时）1-6 1-6 普通钢屋架设
2、计普通钢屋架设计 （3 3学时）学时）三教学方法与手段三教学方法与手段 多媒体教学与课堂讨论结合多媒体教学与课堂讨论结合 进行屋架的课程设计进行屋架的课程设计 （一周）（一周）第第1 1章章单层厂房结构单层厂房结构 1-1厂房结构形式与布置厂房结构形式与布置1.1.1 厂房结构组成厂房结构组成 屋盖结构、柱、吊车梁（或桁架）、各种支撑以及墙架屋盖结构、柱、吊车梁（或桁架）、各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系等构件组成的空间体系（1）横向框架由柱和它所支承的屋架组成，它是厂房的）横向框架由柱和它所支承的屋架组成，它是厂房的主要承重体系，承受结构的自重、风、雪荷载和吊车主要承重体系，承受结构的自
3、重、风、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载，并把这些荷载传递到基础。的竖向与横向荷载，并把这些荷载传递到基础。（2）屋盖结构由檀条、天窗架、屋架、托架和屋盖支撑）屋盖结构由檀条、天窗架、屋架、托架和屋盖支撑所构成，承受屋面荷载。所构成，承受屋面荷载。（3）支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑，其作用是将单）支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑，其作用是将单独的平面框架连成空间体系，从而保证了结构的刚度独的平面框架连成空间体系，从而保证了结构的刚度和稳定，同时也承受风荷载和吊车的制动力。和稳定，同时也承受风荷载和吊车的制动力。（4）吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要承受吊车竖向）吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要承受
4、吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵向框架及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵向框架上。上。（5）墙架承受墙体的自重和风荷载。）墙架承受墙体的自重和风荷载。136435111210987121 屋架2 托 架3 上 弦 横 向 支 撑4 制动 桁 架5 横 向 平 面 框 架6 吊 车 梁7 屋 架 坚 向 支 撑8 檩 条9、10 柱 间 支 撑11 框 架 柱12 中 间 柱13 墙 架 梁图图1.1 厂房结构示例厂房结构示例1.1.2厂房结构的设计步骤厂房结构的设计步骤第一步，要对厂房的建筑和结构进行合理的规划，使其第一步，要对厂房的建筑和结构进行合理的规划，使其满足工艺
5、和使用要求，并考虑将来可能发生的生产流满足工艺和使用要求，并考虑将来可能发生的生产流程变化和发展。程变化和发展。第二步，根据工艺设计确定车间平面及高度方向的主要第二步，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。架的形式，并确定框架的主要尺寸。第三步，布置屋盖结构、吊车道结构、支撑体系及墙架第三步，布置屋盖结构、吊车道结构、支撑体系及墙架体系。按设计资料进行静力计算、构件及连接设计。体系。按设计资料进行静力计算、构件及连接设计。第四步，绘制施工图，设计时应尽量采用构件及连接构
6、第四步，绘制施工图，设计时应尽量采用构件及连接构造的标准图集。造的标准图集。1.1.3柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置1.1.3.1柱网布置柱网布置满足生产工艺的要求满足生产工艺的要求 满足结构方面的要求满足结构方面的要求 符合经济合理的要求符合经济合理的要求 符合柱距规定要求符合柱距规定要求1.1.3.2温度伸缩缝布置温度伸缩缝布置为避免产生过大的温度变形和温度应力，应在厂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。见房的横向或纵向设置温度伸缩缝。见p3表表1.11.2厂房结构的框架形式厂房结构的框架形式 厂房横向框架的厂房横向框架的柱脚一般与基础柱脚
7、一般与基础刚接，而柱顶可刚接，而柱顶可分为铰接和刚接分为铰接和刚接两类。两类。1.2.1横向框架主横向框架主要尺寸和计算简要尺寸和计算简图图 图图1.3横向框架的主要尺寸横向框架的主要尺寸 图图1.4柱与吊车梁轴线间的净空柱与吊车梁轴线间的净空02kLLS（1-1）1/2SBDb（1-2）框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离：框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离：123Hhhh（1-3）1100(150 200)()hAmm（1-4）1.2.1.2计算简图计算简图 HH1H2LHH1H2L1L2(a)(b)图图1.5横向框架的计算简图横向框架的计算简图（a）柱顶刚接；（）柱顶刚接；（b）柱顶铰接）
8、柱顶铰接框架的计算跨度框架的计算跨度L（或（或L1、L2）取为两上柱轴线之间的距离。）取为两上柱轴线之间的距离。横向框架的计算高度横向框架的计算高度H：柱顶刚接时，可取为柱脚底面至框架下弦轴线的距离（横梁假定为无限刚性），或柱脚底面至横梁端部形心的距离（横梁为有限刚性）图1.6（a）、（b）；柱顶铰接时，应取为柱脚底面至横梁主要支承节点间距离图1.6（c）、（d）。对阶形柱应以肩梁上表面作分界线将H划分为上部柱高度H1和下部柱高度H2。横向框架的计算高度横向框架的计算高度H：H1H2HH1H2HH1H2HH1H2H长圆孔相连(a)(b)(c)(d)图图1.6横向框架的高度取值方法横向框架的高度
9、取值方法（a）柱顶刚接，横梁视为无限刚性；（）柱顶刚接，横梁视为无限刚性；（b）柱顶刚接，横梁视为有限刚性；）柱顶刚接，横梁视为有限刚性；（c）柱顶铰接，横梁为上承式；（）柱顶铰接，横梁为上承式；（d）柱顶铰接，横梁为下承式）柱顶铰接，横梁为下承式1.2.2横向框架的荷载和内力横向框架的荷载和内力永久荷载永久荷载：屋盖各级组织主、柱、吊车梁系统、墙架、屋盖各级组织主、柱、吊车梁系统、墙架、墙板及设备管道和的自重。（这些重量可参考有关资墙板及设备管道和的自重。（这些重量可参考有关资料、表格、公式进行估计）。永久荷载的荷载分项系料、表格、公式进行估计）。永久荷载的荷载分项系数为数为 可变荷载：可变
10、荷载：风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、吊车荷载、地震荷载等。（这些荷载可由荷载规范和吊车荷载、地震荷载等。（这些荷载可由荷载规范和吊车规格查得）吊车规格查得）。可变荷载的荷载分项系数可变荷载的荷载分项系数1.2G4.1Q雪荷载一般不与层面均布活荷载同时考虑，积灰荷载与雪荷载雪荷载一般不与层面均布活荷载同时考虑，积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载两者中的较大者同时考虑。或屋面均布活荷载两者中的较大者同时考虑。1.2.2.2内力分析和内力组合内力分析和内力组合 为了计算框架构件的截面，必须将框架在为了计算框架构件的截面，必须将框架在各种荷载作用下所产生的内
11、力进行最不利组合。各种荷载作用下所产生的内力进行最不利组合。要列出上段柱和下段柱的上下端截面中的弯矩要列出上段柱和下段柱的上下端截面中的弯矩M、轴向力、轴向力N和剪力和剪力V。此外还应包括柱脚锚。此外还应包括柱脚锚固螺栓的计算内力。每个截面必须组合出固螺栓的计算内力。每个截面必须组合出Mmax和相应的和相应的N、V；Mmax和相应的和相应的N、V；Nmax和相应的和相应的M、V；对柱脚锚栓则应组；对柱脚锚栓则应组合出可能出现的最大拉力：即合出可能出现的最大拉力：即Mmax和相应的和相应的N、V；Mmax和相应的和相应的N、V。1.2.3 框架柱的类型框架柱的类型 XXIIIII室 内 地 面
12、标 高室 内 地 面 标 高柱 底 标 高柱 脚 底 面 标 高(a)(b)(c)(d)(e)(f)图图1.8框架柱的形式框架柱的形式（a）等截面实腹柱；（）等截面实腹柱；（b）等截面格构柱；（）等截面格构柱；（c）阶形实腹柱；（）阶形实腹柱；（d）阶形格构柱；（）阶形格构柱；（e）双阶柱；（）双阶柱；（f）分离式柱）分离式柱1.3支撑体系厂房（屋盖支撑和柱间支撑）支撑体系厂房（屋盖支撑和柱间支撑）1.3.1.1屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用(1)提高结构的整体刚度、发挥结构的空间作用；提高结构的整体刚度、发挥结构的空间作用；(2)保证结构的几何稳定及受压构件的侧向稳定；保证结构的几何稳定及受压
13、构件的侧向稳定；(3)防止构件在动力荷载作用下产生较大的振动；防止构件在动力荷载作用下产生较大的振动；(4)承担和传递房屋所受水平荷载（如风荷载、悬挂吊车承担和传递房屋所受水平荷载（如风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载等）；水平荷载和地震荷载等）；(5)保证结构安装时的稳定与方便。保证结构安装时的稳定与方便。1.3.1.2 屋盖支撑的种类屋盖支撑的种类(1)横向水平支撑上弦横向水平支撑和下弦横横向水平支撑上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑。向水平支撑。(2)纵向水平支撑设于屋架的上弦或下弦平面。纵向水平支撑设于屋架的上弦或下弦平面。(3)垂直支撑垂直支撑(4)系杆系杆 屋盖支撑作用示意图屋盖支
14、撑作用示意图 屋架檩条或屋面板下弦横向水平支撑上弦横向水平支撑垂直支撑1.3.2 屋盖支撑的布置屋盖支撑的布置1.3.2.1横向水平支撑横向水平支撑(1)上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑 横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段两端（图两端（图1.10，图，图1.11）。有时在山墙承重，或设有纵）。有时在山墙承重，或设有纵向天窗但此天窗又未到温度区段尽端而退一个柱间断开向天窗但此天窗又未到温度区段尽端而退一个柱间断开时，为了与天窗支撑配合，可将屋架的横向水平支撑布时，为了与天窗支撑配合，可将屋架的横向水平支撑布置在第二个柱间，但在第一个柱间要
15、设置刚性系杆以支置在第二个柱间，但在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力（图持端屋架和传递端墙风力（图1.11）。两道横向水平支）。两道横向水平支撑间的距离不宜大于撑间的距离不宜大于60m，当温度区段长度较大时，尚，当温度区段长度较大时，尚应在中部增设支撑，以符合此要求。应在中部增设支撑，以符合此要求。垂直支撑下弦横向支撑下弦纵向支撑上弦横向支撑系杆梯形屋架的支撑典型布置梯形屋架的支撑典型布置垂直支撑的布置和形式垂直支撑的布置和形式返回(2)下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑l当屋架间距当屋架间距12m时，尚应在屋架下弦设置横向水平时，尚应在屋架下弦设置横向水平支撑，但当屋架跨度比
16、较小（支撑，但当屋架跨度比较小（L18m）又无吊车或其）又无吊车或其他振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。他振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。l下弦横向水平支撑一般和上弦横向水平支撑布置在同下弦横向水平支撑一般和上弦横向水平支撑布置在同一开间，它们和相邻的两个屋架组成一个空间桁架体一开间，它们和相邻的两个屋架组成一个空间桁架体系系图图1.10(a)、图、图1.11。l当屋架间距当屋架间距12m时，由于在屋架下弦设置支撑不便，时，由于在屋架下弦设置支撑不便，可不必设置下弦横向水平支撑，但上弦支撑应适当加可不必设置下弦横向水平支撑，但上弦支撑应适当加强，并应用隅撑或系杆对屋架下弦侧向加以支承强，并应用隅撑或系杆对屋架下弦侧向加以支承图图1.10(b)。l当屋架间距当屋架间距18m时，如果仍采用上述方案则檩条跨时，如果仍采用上述方案则檩条跨度过大，此时宜设置纵向次桁架，使主桁架（屋架）度过大，此时宜设置纵向次桁架，使主桁架（屋架）与次屋架组成纵横桁架体系，次桁架间再设置檩条或与次屋架组成纵横桁架体系，次桁架间再设置檩条或设置横梁及檩条，同时，次桁架还对屋架下弦平面外设置横梁及檩条，同时，次
