建筑钢结构设计第一章(一).ppt
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第一章第一章单层厂房结构单层厂房结构1.1厂房结构的形式和布置厂房结构的形式和布置1.2厂房结构的框架形式厂房结构的框架形式1.3框架柱设计特点框架柱设计特点1.4屋盖结构屋盖结构1.5吊车梁设计特点吊车梁设计特点1.6轻型门式刚架结构轻型门式刚架结构1.7墙架体系墙架体系1.1厂房结构的形式和布置一、厂房结构的组成一、厂房结构的组成单层厂房钢结构是由单层厂房钢结构是由屋盖结构屋盖结构屋盖结构屋盖结构、柱柱、吊车梁吊车梁吊车梁吊车梁、制动梁制动梁制动梁制动梁(或桁架)(或桁架)(或桁架)(或桁架)、各种支撑各种支撑各种支撑各种支撑以及以及墙架墙架墙架墙架等构件组成的等构件组成的空间体系空间体系空间体系空间体系,详见详见图1.1。
上述构件按其作用分为以下几类:
(1)
(1)横向框架横向框架横向框架横向框架:
柱:
柱+屋架;屋架;
(2)
(2)屋盖结构屋盖结构屋盖结构屋盖结构:
横梁:
横梁+托架托架+中间屋架中间屋架+天窗架天窗架+檩条等;檩条等;(3)(3)支撑体系支撑体系支撑体系支撑体系:
屋盖支撑:
屋盖支撑+柱间支撑;柱间支撑;(4)(4)吊车梁吊车梁吊车梁吊车梁和和制动梁制动梁制动梁制动梁(或制动桁架);(或制动桁架);(5)(5)墙架墙架墙架墙架:
承受墙体的自重和风荷载。
:
承受墙体的自重和风荷载。
图1-1厂房结构的组成实例(a无檩屋盖;b有檩屋盖)图1-2厂房结构的工程实例图1-3厂房结构的工程实例图1-4厂房结构的工程实例图1-3a太原理工大土木工程实验室(无檩体系)图1-3b太原理工大土木工程实验室(无檩体系)图1-3c太原理工大土木工程实验室(无檩体系)图1-4重型工业厂房(有檩体系)二、柱网布置二、柱网布置柱网布置是确定单层钢结构厂房柱网布置是确定单层钢结构厂房承重柱承重柱承重柱承重柱在在平面上平面上平面上平面上的排的排列。
进行柱网布置时,应注意以下几方面的问题:
列。
进行柱网布置时,应注意以下几方面的问题:
(1)
(1)应满足应满足生产工艺要求生产工艺要求生产工艺要求生产工艺要求
(2)
(2)应满足应满足结构的要求结构的要求结构的要求结构的要求(3)(3)应符合应符合经济合理的原则经济合理的原则经济合理的原则经济合理的原则(4)(4)应符合应符合柱距规定要求柱距规定要求柱距规定要求柱距规定要求三、温度伸缩缝三、温度伸缩缝温度变化引起温度变化引起结构变形结构变形和和温度应力温度应力,应在厂房的,应在厂房的横向横向和和纵向纵向设置设置温度伸缩缝温度伸缩缝。
图1-5柱网布置温度伸缩缝的布置取决于厂房的纵向和横向长度。
温度伸缩缝的布置取决于厂房的纵向和横向长度。
规范规定,当规范规定,当温度区段超过表温度区段超过表1-11-1的数值时,应考虑温度应力。
的数值时,应考虑温度应力。
结构情况结构情况纵向温度区段纵向温度区段(垂直屋架或垂直屋架或构架跨度方向构架跨度方向)横向温度区段横向温度区段(屋屋架或构架跨度方向架或构架跨度方向)柱顶为柱顶为刚接刚接柱顶为柱顶为铰接铰接采暖房屋和非采暖地区的房屋采暖房屋和非采暖地区的房屋220220120120150150热车间和采暖地区的非采暖房屋热车间和采暖地区的非采暖房屋180180100100125125露天结构露天结构120120-温度区段长度温度区段长度表表1-11-1温度伸缩缝最普遍的做法:
设置双柱双柱双柱双柱+单柱温度伸缩缝单柱温度伸缩缝单柱温度伸缩缝单柱温度伸缩缝。
1.21.2厂房结构的框架形式厂房结构的框架形式单层厂房的基本承重结构通常采用单层厂房的基本承重结构通常采用框架结构体系框架结构体系框架结构体系框架结构体系。
横向框架按其静力计算模式分:
横梁与柱横向框架按其静力计算模式分:
横梁与柱铰接铰接铰接铰接+横梁横梁与柱与柱刚接刚接刚接刚接两种情况。
一般柱脚与基础刚接。
两种情况。
一般柱脚与基础刚接。
按跨度分按跨度分:
单跨、双跨和多跨单跨、双跨和多跨单跨、双跨和多跨单跨、双跨和多跨。
一、横向框架主要尺寸和计算简图一、横向框架主要尺寸和计算简图1.主要尺寸(图1-6)框架跨度框架跨度框架跨度框架跨度(LL00):
上部柱中心线上部柱中心线上部柱中心线上部柱中心线间的横向距离横向距离。
L0=Lk+2S;S=B+D+b1/2框架高度框架高度框架高度框架高度(HH):
柱脚底面柱脚底面柱脚底面柱脚底面到到到到横梁下弦底部横梁下弦底部横梁下弦底部横梁下弦底部的的的的距离距离。
H=h1+h2+h3;h1=A+100+(150200)H2H1图1-6框架主要尺寸式中:
LK桥式吊车的跨度;S由吊车梁轴线吊车梁轴线吊车梁轴线吊车梁轴线至上段柱轴线上段柱轴线上段柱轴线上段柱轴线的距离,中型厂房一般采用0.75m或1.0m,重型厂房为1.25m或2.0m;B吊车桥架悬伸长度;D吊车外缘吊车外缘吊车外缘吊车外缘和柱内边缘柱内边缘柱内边缘柱内边缘之间的必要空隙;b1上段柱宽度;h1吊车轨顶吊车轨顶吊车轨顶吊车轨顶至屋架下弦底面屋架下弦底面屋架下弦底面屋架下弦底面的距离;h2地面地面地面地面至吊车轨顶吊车轨顶吊车轨顶吊车轨顶的高度,由工艺要求确定;h3地面地面地面地面至柱脚底面柱脚底面柱脚底面柱脚底面的距离,中型车间约为0.8m1.0m,重型车间约为1.0m1.2m;2.计算简图计算简图横向框架梁与柱的连接形式:
横向框架梁与柱的连接形式:
刚接框架刚接框架刚接框架刚接框架:
(aa)、()、(bb)横梁与柱子的横梁与柱子的刚接刚接刚接刚接连接连接铰接框架铰接框架铰接框架铰接框架:
(cc)横梁与柱子的横梁与柱子的铰接铰接铰接铰接连接。
连接。
(a)(b)(c)图1-7横向框架的计算简图图1-8横向框架的高度取值方法计算简图中两个参数的取值:
计算简图中两个参数的取值:
计算简图中两个参数的取值:
计算简图中两个参数的取值:
.计算跨度计算跨度LLLL0000两两两两上柱轴线之间上柱轴线之间上柱轴线之间上柱轴线之间的距离;的距离;的距离;的距离;.计算高度计算高度计算高度计算高度HHHH梁柱连接方式梁柱连接方式梁柱连接方式梁柱连接方式(刚接刚接刚接刚接orororor铰接;上承式铰接;上承式铰接;上承式铰接;上承式orororor下承式)下承式)下承式)下承式)+横梁刚度是否横梁刚度是否横梁刚度是否横梁刚度是否;(1111)梁柱刚接)梁柱刚接)梁柱刚接)梁柱刚接+横梁刚度横梁刚度横梁刚度横梁刚度:
柱脚底面柱脚底面柱脚底面柱脚底面至至至至框架下弦轴线框架下弦轴线框架下弦轴线框架下弦轴线的距离;的距离;的距离;的距离;(2222)梁柱刚接)梁柱刚接)梁柱刚接)梁柱刚接+横梁刚度横梁刚度横梁刚度横梁刚度有限:
有限:
有限:
有限:
柱脚底面柱脚底面柱脚底面柱脚底面至至至至横梁端部形心横梁端部形心横梁端部形心横梁端部形心的距离;的距离;的距离;的距离;(3333)梁柱铰接)梁柱铰接)梁柱铰接)梁柱铰接+横梁上承式横梁上承式横梁上承式横梁上承式:
柱脚底面柱脚底面柱脚底面柱脚底面至横梁主要支撑节点间至横梁主要支撑节点间至横梁主要支撑节点间至横梁主要支撑节点间距离;距离;距离;距离;(4444)梁柱铰接)梁柱铰接)梁柱铰接)梁柱铰接+横梁下承式横梁下承式横梁下承式横梁下承式:
柱脚底面柱脚底面柱脚底面柱脚底面至横梁主要支撑节点间至横梁主要支撑节点间至横梁主要支撑节点间至横梁主要支撑节点间距离;距离;距离;距离;补充:
柱顶刚接,横梁刚度是否补充:
柱顶刚接,横梁刚度是否补充:
柱顶刚接,横梁刚度是否补充:
柱顶刚接,横梁刚度是否判别方法:
判别方法:
判别方法:
判别方法:
(1111)转动刚度)转动刚度)转动刚度)转动刚度SSSS判别法:
判别法:
判别法:
判别法:
(1-1-11)式中:
横梁横梁横梁横梁在A点的抗弯刚度抗弯刚度抗弯刚度抗弯刚度,即当横梁远端固定远端固定远端固定远端固定,使近端近端近端近端AA点点点点转动单位转角单位转角单位转角单位转角时在A点所需施加的弯矩值;柱柱柱柱在A点的抗弯刚度抗弯刚度抗弯刚度抗弯刚度,即使柱子转动单位转角时在A点所需施加的弯矩值;满足上式满足上式(1-1)时,横梁可认为时,横梁可认为无限刚无限刚无限刚无限刚,否则为,否则为有限刚有限刚有限刚有限刚。
(2222)惯性矩)惯性矩)惯性矩)惯性矩IIII判别法:
判别法:
判别法:
判别法:
式中:
I0、I1横梁和横梁和横梁和横梁和柱下段柱下段柱下段柱下段的惯性矩的惯性矩的惯性矩的惯性矩;HH、LL框架的框架的框架的框架的计算高度计算高度计算高度计算高度和和和和跨度跨度跨度跨度。
当当当当H/LH/LH/LH/L1.01.01.01.0时,按时,按时,按时,按H/L=1.0H/L=1.0H/L=1.0H/L=1.0计算。
计算。
计算。
计算。
满足上式满足上式(1-2)时,横梁可认为时,横梁可认为无限刚无限刚无限刚无限刚,否则为,否则为有限刚有限刚有限刚有限刚。
上述两种方法,第二种较为简便。
(1-1-22)二、横向框架的荷载和内力二、横向框架的荷载和内力1.1.荷载荷载a.a.永久荷载永久荷载:
结构自重结构自重+屋盖屋盖+墙面等自重;墙面等自重;b.b.可变荷载可变荷载:
屋面活荷载、风、雪、积灰、吊车荷载及地震荷载。
屋面活荷载、风、雪、积灰、吊车荷载及地震荷载。
注注:
.荷载分项系数取值;荷载分项系数取值;.风荷载的简化;风荷载的简化;.吊车的组合等。
吊车的组合等。
2.2.内力分析和内力组合内力分析和内力组合a.a.分析原则:
分析原则:
各种荷载作用各种荷载作用应分别应分别进行框架内力分析,后组合;进行框架内力分析,后组合;b.b.构件内力组合:
构件内力组合:
.框架柱:
框架柱:
上柱上端和下段上柱上端和下段+下柱上端和下端下柱上端和下端44个控制截面个控制截面;33组内力组合组内力组合:
+Mmax,N,VMmax,N,V;-Mmax,N,VMmax,N,V;Nmax,M,VNmax,M,V。
.柱脚锚栓:
柱脚锚栓:
22组内力组合组内力组合:
+Mmax,N,VMmax,N,V;-Mmax,N,VMmax,N,V;.刚接屋架:
刚接屋架:
44组内力组合组内力组合:
(11)屋架)屋架下弦下弦产生最大产生最大压力压力;(22)屋架)屋架上弦上弦产生最大产生最大压力压力,同时,同时下弦下弦杆产生最大杆产生最大拉力拉力;(33)屋架)屋架腹杆腹杆产生最大产生最大拉力拉力;(44)屋架)屋架腹杆腹杆产生最大产生最大压力压力;图1-9框架横梁端弯矩最不利组合三、框架柱的类型三、框架柱的类型1.结构形式分:
等截面柱等截面柱、阶形柱阶形柱和分离式柱分离式柱;2.截面形式分:
实腹式柱实腹式柱和格构式柱格构式柱;四、纵向框架柱的柱间支撑四、纵向框架柱的柱间支撑上层上层柱间支撑:
吊车梁上部吊车梁上部的柱间支撑;下层下层柱间支撑:
吊车梁下部吊车梁下部的柱间支撑;1.柱间支撑布置:
1)每列柱都要设柱间支撑每列柱都要设柱间支撑;2)多跨厂房的中列柱中列柱的柱间支撑要与边列柱边列柱的柱间支撑布置在同同一柱间一柱间;3)下层柱间支撑一般宜宜布置在温度区段的中部中部,以减少纵向温;柱间支撑柱间支撑下层柱间支撑下层柱间支撑上层柱间支撑上层柱间支撑图1-10柱间支撑温度应力的影响。
4)上层上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱间设置外,还应、当在每个温度区段的两端设置两端设置。
5)每列柱顶均要布置刚性系杆每列柱顶均要布置刚性系杆。
2.柱间支撑作用1)承受承受并传递纵向传递纵向水平荷载:
风荷载、吊车纵向水平荷载、纵向地震力等。
2)减少减少柱在平面外平面外的计算长度。
3)保证保证厂房的纵向刚度纵向刚度。
3.柱间支撑形式(a)单层十字形(b)人字形(c)门形(d)双层十字形下层柱间下层柱间支撑的形式支撑的形式(a)十字形(b)人字形(c)V字形上层柱间上层柱间支撑的形式支撑的形式图1-11柱间支撑形式1.31.3框架柱设计特点框架柱设计特
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