单层厂房钢结构

单层厂房钢结构

本章主要内容： 吊车梁结构体系 结构体系与结构布置 普通钢屋架设计 横向框架及框架柱设计 1. 结构体系及结构布置 主要结构构件 (1)框架柱 (2)钢屋架 （3） 304不锈钢板 支撑构件 吊车梁 制动梁 天窗架 托架 墙架 抗风柱 … 结构体系 吊车梁结构体系 横向平面框架 纵向平面框架 屋盖结构 支撑系统 墙架结构 1. 结构体系及结构布置 由 框架柱 和 横梁 / 钢屋架 构成 承受全部 竖向荷载 和 横向水平荷载 1. 结构体系及结构布置 横向平面框架 由 框架柱 、 柱间支撑 、 吊车梁 等构成 承受全部 纵向水平荷载 纵向平面框架 由 横梁 / 钢屋架 、 屋盖支撑 、 天窗架 、 天窗支撑 、托架和 檩条 等构成 承受 屋盖竖向荷载 1. 结构体系及结构布置 吊车梁结构体系 屋盖结构 由 吊车梁 和 制动系统 构成 承受 吊车竖向荷载 和 吊车水平荷载 由 屋盖支撑 、 柱间支撑 和 天窗支撑 等构成 保证结构 空间刚度 和 稳定性 支撑系统 由 墙架 / 抗风柱 等构成 承受 山墙墙体重量 和 墙面风荷载 墙架结构 1. 结构体系及结构布置 单层厂房钢结构用钢量 厂房类型（ 吊车起重量 / 轨顶标高 ） 轻型 35~80kg/m 2 中型 75~170kg/m 2 重型 200~400kg/m 2 主要构件用钢量百分比 框架柱 30%~50% 钢屋架 10%~40% 吊车梁 15%~35% 1. 结构体系及结构布置 结构形式与布置 1. 结构体系及结构布置 柱网布置 横向框架形式 屋盖结构型式 支撑体系 墙架布置 吊车梁系统布置 横向框架和纵向框架的柱形成柱网 柱网布置 1. 结构体系及结构布置 工艺要求 地上设备 / 地下设备 / 功能变动 结构要求 所有柱列采用相等柱间距 / 设置托架 ( 标准化 ) 经济要求 纵向柱距 6m/ 方案比选 考虑因素 结构 温度变形 温度变形受到约束产生 温度应力 设置温度缝（横向 / 纵向） 释放温度变形 减小温度应力 1. 结构体系及结构布置 柱网布置 温度缝设置 温度区段长度限值表 1. 结构体系及结构布置 横向温度缝 在温度缝两侧设置两榀横向框架 轴线定位 纵向温度缝 板铰支座 / 活动支座 柱网布置 温度缝做法 1. 结构体系及结构布置 按连接方式 铰接框架 / 刚接框架 / 上刚接下悬臂框架 按框架跨数 单跨 / 双跨 / 多跨 1. 结构体系及结构布置 横向框架形式 横向框架种类 框架柱和横梁、钢屋架构成横向框架 铰接框架 柱脚弯矩大；横向刚度差；受力明确，计算简单；安装方便；对基础沉降适应性强 刚接框架 柱脚弯矩小；横向刚度好；受力复杂；构造麻烦；对基础沉降适应性差 1. 结构体系及结构布置 横向框架形式 铰接框架和刚接框架 在屋架上直接设置大型 钢筋混凝土屋面板 屋架间距 = 屋面板跨度 （ 6m/12m ） 横向刚度大 / 整体性好 / 构造简单 / 耐久性好 / 构件种类少 / 工期短 屋面自重大，结构用钢量大，抗震不利 1. 结构体系及结构布置 屋盖结构形式 无檩体系 屋架上设置 檩条 ，檩条上铺设 轻型屋面材料 屋架间距 = 檩条跨度 檩条间距 = 屋面板跨度 结构用钢量省 / 运输安装方便 屋盖体系构件较多 / 构造复杂 / 刚度较差 1. 结构体系及结构布置 屋盖结构形式 有檩体系 应综合考虑生产工艺 / 建筑造型 / 材料供应 / 施工能力 / 生产维修等 屋架间距根据屋面材料确定， 屋架结构形式应尽量统一 ，可设托架 / 中间屋架 屋架 / 托架应采用桁架式，檩条一般为实腹式 屋盖应设置支撑，保证结构刚度和稳定性 考虑施工要求，方便施工，缩短工期 屋盖结构在运输 / 安装中采取临时加固措施 结构体系及结构布置 屋盖结构形式 屋盖结构选型与布置 屋盖支撑和柱间支撑等构成支撑体系 1. 结构体系及结构布置 支撑体系 支撑的作用 增大结构 纵向刚度 ，承担纵向水平荷载 增大结构 横向刚度 ，协调横向框架受力 减小屋架弦杆 / 框架柱的 平面外计算长度 维持托架及中间屋架的 稳定性 保证安装过程中结构 稳定性 ，防止倾倒 增大结构的 抗扭刚度 平面屋架 + 檩条 + 屋面板 + 屋盖支撑 构成具有空间刚度的稳定结构体系 两端相邻两榀屋架间设置支撑，其余屋架通过系杆或檩条与之相连，纵向长度较大时，中间应加设支撑 结构体系及结构布置 支撑体系 屋盖支撑 上弦横向支撑 下弦横向支撑 下弦纵向支撑 竖向支撑（垂直支撑） 系杆 天窗支撑 1. 结构体系及结构布置 支撑体系 屋盖支撑种类 厂房两端设置上、下弦横向支撑和竖向支撑 屋架两边布置下弦纵向支撑，形成封闭体系 横向及竖向支撑间距不应超过 60m 竖向支撑一般布置在屋架跨中和端竖杆平面 1. 结构体系及结构布置 支撑体系 屋盖支撑布置原则 厂房较高时可分别设置 上柱支撑 / 下柱支撑 温度区段不很长时，设置在温度区段中部 温度区段较长时，在温度区段中部 1/3 范围内设置两道柱间支撑 温度区段两端设置上柱支撑传递山墙风荷 1. 结构体系及结构布置 支撑体系 柱间支撑布置 屋盖支撑一般按 简支平行弦桁架 计算 柱间支撑可按 悬臂平行弦桁架 计算 支撑受力一般较小，可按 刚度要求 确定构件截面 交叉支撑按拉杆设计 常用截面形式： 角钢 / 圆钢 （张紧装置） 斜腹杆与弦杆夹角 30~60 度 1. 结构体系及结构布置 支撑体系 支撑构件的设计 承受墙体自重 / 墙面风荷载 柱距 <8m 时，可不设墙架柱 墙架柱设置应与横向支撑节点对应，否则设分布梁 端墙墙架不承受屋面竖向荷载，应采用板铰等柔性连接 1. 结构体系及结构布置 墙架布置 墙架梁 / 墙架柱 / 水平抗风桁架等构成墙架体系 普通钢屋架为平面桁架，适用跨度 18~36m 构件一般为双角钢组成的 T 形截面，采用节点板连接 优点：取材容易 / 构造简单 / 制造安装方便 / 刚度好 … 缺点：型钢板件较厚，屋架用钢量较大 2. 普通钢屋架设计 普通钢屋架 2. 普通钢屋架设计 普通钢屋架的形式 选型原则 使用要求 屋架外形与排水坡度相适应 经济要求 屋架外形与弯矩图一致，弦杆内力均匀 杆件长拉短压 腹杆：数量少 / 总长度短 / 夹角 30~60 度 制作安装要求 节点少 / 构造简单 / 便于分段 平行弦屋架 三角形屋架 梯形屋架 曲拱形屋架 梭形屋架 … 2. 普通钢屋架设计 普通钢屋架的形式 屋架外形 腹杆等长 / 杆件类型少 / 节点构造相同 / 标准化 / 工业化 排水困难 / 桁架高度未随弯矩变化 / 弦杆内力不均匀 2. 普通钢屋架设计 普通钢屋架的形式 平行弦屋架 普通钢屋架的形式 三角形屋架 2. 普通钢屋架设计 腹杆受力小 / 排水坡度大 弦杆内力不均匀 / 与柱铰接，刚度差 中小跨度、轻型屋面 受力性能好 / 腹杆较短 / 可与柱刚接 排水坡度小 普通钢屋架的形式 梯形屋架 2. 普通钢屋架设计 受力性能好 制作加工不方便 / 可改进为折线形 普通钢屋架的形式 梯形屋架 2. 普通钢屋架设计 平行弦屋架： 单斜式 / 菱形 /K 形 / 十字交叉形 三角形屋架：芬克式 / 单斜式 梯形屋架：人字式 / 再分式 曲拱形屋架：新月式 普通钢屋架的形式 腹杆布置 2. 普通钢屋架设计 根据工艺 / 使用要求确定 考虑屋面板宽度模数 常用跨度： 12m/15m/18m/21m/24m/27m/30m/36m 普通钢屋架主要尺寸 屋架跨度 2. 普通钢屋架设计 根据经济 / 刚度 / 建筑 / 屋面坡度 / 运输条件等条件确定 三角形屋架：（ 1/6~1/4 ） L 梯形屋架： 跨中（ 1/10~1/6 ） L ； 端部 1.6~2.2m （铰接） /1.8~2.4m （刚接） 运输高度： 3.85m 普通钢屋架主要尺寸 屋架高度 2. 普通钢屋架设计 上弦节间尺寸根据屋面做法确定 无檩体系：大型屋面板 1.5~1.8m 有檩体系：檩条间距 0.8~3.0m 屋面荷载尽量直接作用在上弦节点上 普通钢屋架主要尺寸 节间尺寸 2. 普通钢屋架设计 钢屋架的节点为铰接 节点刚度引起次应力（弯曲应力） 杆件轴线在同一平面内，汇交于节点中心 杆件偏心 荷载作用在屋架节点上，且在屋架平面内 节间荷载 普通钢屋架计算分析 计算假定 2. 普通钢屋架设计 永久荷载： 结构及屋面自重 可变荷载： 屋面活荷 / 积灰 / 雪荷 / 风荷 / 悬挂吊车荷载 普通钢屋架计算分析 荷载类型 2. 普通钢屋架设计 普通钢屋架计算分析 荷载组合 2. 普通钢屋架设计 永久荷载 + 可变荷载 永久荷载 + 半跨可变荷载 钢结构自重 + 半跨屋面板 + 半跨屋面活荷 屋面荷载汇集到上弦节点，可按下式计算 屋架结构自重 （ kN/m 2 ）按 经验公式估算并作用在上弦节点： 普通钢屋架计算分析 荷载计算 2. 普通钢屋架设计 吊顶荷载汇集作用在钢屋架下弦节点 屋面坡度小于 30 度时，屋盖承受风吸力的作用，对结构有利，一般可不考虑，风荷载很大时或采用对风荷载较为敏感的轻型屋面时，应按荷载规范计算风荷载 普通钢屋架计算分析 荷载计算 2. 普通钢屋架设计 悬挂吊车荷载根据其与屋架的连接方式具体计算 地震烈度大于 9 度时，按抗震规范采用附加竖向荷载的方式考虑地震荷载。 普通钢屋架计算分析 荷载计算 2. 普通钢屋架设计 按平面桁架计算杆件轴向力： 静定结构； 数解法（节点法，截面法） / 图解法。 普通钢屋架计算分析 内力分析 2. 普通钢屋架设计 上弦杆受节间荷载时，计算局部弯矩：简支梁 M 0 ，端节间正弯矩 0.8M 0 ，其它节间正、负弯矩 0.6M 0 屋架与柱刚接时，还应计算屋架端弯矩引起的屋架杆件内力 普通钢屋架计算分析 内力分析 2. 普通钢屋架设计 屋架平面内： 根据节点中心距离确定， 考虑节点刚度：压杆失稳时将受到拉杆的约束（弹性嵌固），拉杆越多，拉力越大，拉杆线刚度越大，约束作用越强 屋架平面外 侧向支撑点间距 普通钢屋架杆件设计 杆件计算长度 2. 普通钢屋架设计 屋架平面内 受压（上）弦杆 / 支座竖杆 / 端斜杆 l 0x =l ； 其它腹杆 l 0x =0.8l ；（与下弦连接的节点嵌固作用较大） 下弦杆 l 0x =l ； 普通钢屋架杆件设计 杆件计算长度 2. 普通钢屋架设计 屋架平面外 上弦杆 有檩体系 檩条与支撑不连接 l 0y =l 1 ； 檩条与支撑连接 l 0y =l 1 /2 （檩条间距）； 无檩体系 屋面板与屋架 3 点可靠连接时， l 0y =2B 且 <3m ；否则， l 0y =l 1 下弦杆 l 0y =l 1 腹杆 l 0y =l （杆件几何长度） 普通钢屋架杆件设计 杆件计算长度 2. 普通钢屋架设计 侧向支撑点间距为杆件节间长度的 2 倍时，取杆件内力为此二节间内力较大值，杆件计算长度： l 0y = l 1 (0.75+0.25N 2 /N 1 ) 且 l 0y >=0.5 l 1 对双角钢十字形截面和单角钢截面的腹杆，斜平面屈曲， l 0x =0.9l ； 普通钢屋架杆件设计 杆件计算长度 2. 普通钢屋架设计 截面形式选择的原则是与杆件两个方向的计算长度相配合，使杆件两个方向的长细比接近相等，即达到 等稳定 。 普通钢屋架杆件设计 杆件截面形式 2. 普通钢屋架设计 等边角钢 T 型截面 i y ≈(1.3-1.5)i x ，适用于 钢屋架腹杆； 不等边角钢 T 型截面 短肢相连 i y ≈(2.6-2.9)i x ，适用于 钢屋架上下弦杆，平面外支撑间距为节间长度的 2-3 倍； 普通钢屋架杆件设计 杆件截面形式 2. 普通钢屋架设计 不等边角钢 T 型截面 长肢相连 i y ≈(0.75-1.0)i x ， 适用于 钢屋架 端竖杆、端斜杆及有局部弯矩作用的上弦杆； 等边角钢 十字截面 i y ≈i x ， 适用于 有竖向支撑连接的竖腹杆； 普通钢屋架杆件设计 杆件截面形式 2. 普通钢屋架设计 为使两个角钢成为整体，应在两肢间设置垫板，垫板长应伸出角钢肢 15-20mm ，宽 60mm ，与节点板等厚，间距不大于 40i （压杆）和 80i （拉杆），且每根杆件至少两块，十字型截面垫板沿两个方向交错布置。 普通钢屋架杆件设计 垫板设置 2. 普通钢屋架设计 角钢规格不宜小于 L45×4/L56×36×4 ； 角钢规格一般选用 5-6 种。 弦杆尽量采用一种规格，跨度 >24m 时可改变截面一次（等肢厚，变肢宽） 屋架中内力较小的杆件一般可按刚度要求选择截面。 普通钢屋架杆件设计 截面规格 2. 普通钢屋架设计 轴心拉杆： 强度 刚度 λ< [λ]=250~400 普通钢屋架杆件设计 杆件截面验算 2. 普通钢屋架设计 轴心压杆： 稳定性 刚度 λ< [λ]=150~200 净截面强度 普通钢屋架杆件设计 杆件截面验算 2. 普通钢屋架设计 偏心压杆： 强度 刚度 λ< [λ]=150~200 稳定性 普通钢屋架杆件设计 杆件截面验算 2. 普通钢屋架设计 普通钢屋架节点设计 节点设计原则 2. 普通钢屋架设计 a. 杆件形心线应与钢屋架几何轴线重合，并汇交于节点中心 , 避免偏心引起弯矩；弦杆截面变化时，轴线与杆件形心线中线重合。 偏心小于 5% 截面高度时 ，可忽略； 偏心较大时，应计算弯矩 ，并按汇交杆件线刚度分配 普通钢屋架节点设计 节点设计原则 2. 普通钢屋架设计 b. 直接支承大型钢筋混凝土屋面板的上弦角钢应予加强； c. 节点板的外形应尽量简单，矩形 / 梯形 / 平行四边形等； d. 角钢端部切割一般垂直于轴线，可切去部分肢，但不允许完全切去垂直肢； 普通钢屋架节点设计 节点设计原则 2. 普通钢屋架设计 e. 节点中杆件边缘间距：焊接 10-20mm ，螺栓 5-10mm ； f. 单斜杆与弦杆连接，注意避免偏心弯矩； g. 节点板应有足够的强度和刚度，保证弦杆和腹杆的内力传递，同一榀屋架节点板厚度相同，厚度 6-20mm ，支座节点板 +2mm 。 普通钢屋架节点设计 节点构造与计算 2. 普通钢屋架设计 根据杆件内力确定杆件与节点板连接 无缝钢管 焊缝的焊缝高度和长度，根据连接焊缝在节点板上的焊缝布置确定节点板大小。 普通钢屋架节点设计 2. 普通钢屋架设计 * 无节点荷载的下弦节点 腹杆与节点板连接焊缝：承受腹杆轴力 弦杆与节点板连接焊缝：承受弦杆轴力差（内力较小，可按构造设置焊缝） 节点构造与计算 普通钢屋架节点设计 节点构造与计算 2. 普通钢屋架设计 * 有集中荷载的上弦节点（无檩体系） 腹杆与节点板连接焊缝：承受腹杆轴力 上弦杆与节点板连接焊缝：承受弦杆轴力差及集中荷载（坡度较小，集中力对焊缝偏心忽略） 集中力： 焊缝验算： 弦杆轴力差： 普通钢屋架节点设计 节点构造与计算 2. 普通钢屋架设计 * 有集中荷载的上弦节点（有檩体系） 腹杆与节点板连接焊缝：承受腹杆轴力 上弦杆与节点板连接焊缝：承受弦杆轴力差、集中荷载及荷载偏心一起的附加弯矩（坡度较大，集中力对焊缝偏心不能忽略） 普通钢屋架节点设计 节点构造与计算 2. 普通钢屋架设计 * 有集中荷载的上弦节点（有檩体系） 集中力 P 由肢背塞焊缝承受 弦杆轴力差及附加弯矩由肢尖焊缝承受 普通钢屋架节点设计 节点构造与计算 2. 普通钢屋架设计 * 弦杆拼接节点 传递内力，保证刚度 工厂拼接：轴力较小节间； 工地拼接：设在节点； 采用拼接角钢，一般为同号角钢 , 焊接拼接前采用定位螺栓定位； 普通钢屋架节点设计 节点构造与计算 2. 普通钢屋架设计 * 弦杆拼接节点 拼接角钢切肢切棱角以保证焊缝质量及角钢密贴，切肢尺寸： 为减小应力集中，如弦杆肢宽 ≥ 130mm ，应斜切拼接角钢两肢； 拼接角钢需弯角时，可热弯或切肢后冷弯； 拼接角钢长度由所需焊缝长度确定，且不小于 40-60mm ，被拼接角钢间应留 10mm 间隙； 普通钢屋架节点设计 节点构造与计算 2. 普通钢屋架设计 *弦杆拼接节点 角钢之间焊缝 承受所连接弦杆最大轴力，4条焊缝均分； 下弦杆与节点板间焊缝 承受15%弦杆最大轴力，肢尖、肢背焊缝分配； 上弦杆与节点板间焊缝 (屋脊)承受集中荷载P或P-2N 1 sin α 普通钢屋架节点设计 节点构造与计算 2. 普通钢屋架设计 * 支座节点 支座节点由 节点板 、 加劲肋 、 支座底板 及 锚栓 构成。 加劲肋：增强支座节点侧向刚度和支座底板刚度，以便更均匀地传递支座反力，轴线应与支座反力作用线重合。 普通钢屋架节点设计 节点构造与计算 2. 普通钢屋架设计 * 支座节点 为便于施焊，下弦杆与支座底板间距离 h ，应不小于下弦水平肢宽及 130mm 。 锚栓按构造选用， M20-M25 ，为便于安装，底板开大孔，加垫板。 普通钢屋架节点设计 节点构造与计算 2. 普通钢屋架设计 * 支座节点 底板 可采用方形或矩形，净截面积 短边尺寸≥ 200mm ；底板的厚度根据底板承受的弯矩确定，且 t ≥ 14mm （两邻边支承） 普通钢屋架节点设计 节点构造与计算 2. 普通钢屋架设计 * 支座节点 肋板 厚度取节点板厚度， 肋板与节点板之间的焊缝 按受剪力和弯矩共同作用计算 节点板、加劲肋与底板焊缝 按均匀传递支座反力计算 （加劲肋切角以便焊缝通过） 横向框架的结构体系 框架形式 3. 横向框架和框架柱 * 单层单跨厂房 的横向框架 铰接框架 ：横向刚度差 / 无吊车或有轻型吊车 / 地基不均匀沉降影响小 / 三角形屋架 刚接框架 ：横向刚度好 / 有吊车 / 对地基不均匀沉降敏感 / 梯形屋架 跨度较大框架 / 高度较大框架 横向框架的结构体系 框架形式 3. 横向框架和框架柱 * 单层多跨厂房 的横向框架 等高多跨 / 不等高多跨 *锯齿形厂房的横向框架 采光、通风的玻璃窗 + 屋面板 / 框架式和桁架式 *带有横向天窗的横向框架： 天窗 - 采光通风 / 天窗架、屋架与柱形成横向框架 横向框架的结构体系 框架尺寸 3. 横向框架和框架柱 横向框架的 跨度 ： 厂房纵向定位轴线间的距离，一般采用 6m 的倍数， 12m/18m/24m/30m/36m L = L k +λ 1 +λ 2 其中 L k 为吊车梁的跨度； λ 为柱轴线到吊车轨道中心的距离 λ= A + B + C 横向框架的结构体系 框架尺寸 3. 横向框架和框架柱 横向框架的 高度 ： 厂房室内地坪至屋架下弦的净空尺寸， He = Hu + Hr + (200~300mm) 横向框架的计算 平面框架假定 3. 横向框架和框架柱 横向框架承受结构的竖向力和横向水平力，一般情况下，各榀横向框架受力及位移情况基本相同，结构空间作用不明显，因此，为计算方便， 以平面框架为横向框架计算的基本单元，忽略结构的空间作用 。有必要时，才对结构进行空间分析。 横向框架的计算 计算简图 3. 横向框架和框架柱 纵向柱距相等时，仅需取一榀框架计算 钢屋架可简化为实腹梁 ，等效惯性矩为 I B = ( A 1 y 1 2 + A 2 y 2 2 ) K 格构式框架柱可等效为实腹柱 。等效惯性矩为 I C =0.9I C0 横向框架的计算 荷载种类 3. 横向框架和框架柱 屋面荷载：汇集为线荷载均布在框架横梁上 永久荷载（屋架、支撑、天窗、檩条、悬挂吊车等自重 / 屋面板 / 设备管道等）； 可变荷载（悬挂吊车 / 积灰 / 施工） 下部荷载： 永久荷载（柱、吊车梁系统、墙架等结构自重 / 墙板） 横向框架的计算 荷载种类 3. 横向框架和框架柱 风荷载 墙面风荷载折算为均布荷载作用在框架柱上； 屋架及天窗风荷载按集中力作用在框架柱顶 横向框架的计算 荷载种类 3. 横向框架和框架柱 吊车荷载 竖向荷载 / 横向水平制动荷载 / 纵向水平制动荷载（由支撑系统承受） 一般按两台满载吊车并排运行的最不利情况考虑 横向框架的计算 荷载种类 3. 横向框架和框架柱 吊车荷载 竖向荷载： 最大最小轮压 P kmax /P kmin ： n 1 (P kmax +P kmin ) = Q+G 横向水平制动荷载： T k =K(Q+G)/n 横向框架的计算 荷载种类 3. 横向框架和框架柱 吊车荷载 吊车梁一般简支于框架柱上，作用在框架柱上的最大、最小竖向吊车荷载及横向水平力设计值可根据吊车梁支反力影响线计算： D max =1.4P kmax Σy i ； M max =D max e D min =1.4P kmin Σy i ； M min =D min e T = 1.4 T k Σy i 横向框架的计算 横向框架构件刚度比 3. 横向框架和框架柱 超静定体系内力分布与各构件刚度比有关。设计时一般可假定： 上、下柱截面惯性矩之比为：边柱 I1:I3=4.5~15 ；中柱 I2:I4=8~25 ； 中柱、边柱下柱惯性矩之比： I2:I1=1.2~12 ； 横梁与边柱下柱惯性矩之比： IB:I1=1.2~12 ； 最终选定截面若与初选截面相差较大，应按最终选定截面重新进行内力分析 横向框架的计算 内力分析 3. 横向框架和框架柱 可采用力学方法：力法 / 位移法 / 弯矩分配法 / 矩阵位移法 / 有限元法 / 简化计算方法 … 为便于组合，应对各种荷载作用分别进行内力分析 横向框架的计算 内力组合 3. 横向框架和框架柱 内力组合的目的是确定各构件截面及连接可能的最不利内力。 框架柱设计：考虑控制截面的 最大正弯矩及相应的轴力和剪力； 最大负弯矩及相应的轴力和剪力； 最大轴力及相应的负弯矩和剪力； 最大轴力及相应的正弯矩和剪力； 上下柱连接设计：上柱柱底截面 横向框架的计算 内力组合 3. 横向框架和框架柱 锚拴设计： 锚拴最大拉力 / 柱底截面的小轴力、大弯矩及相应的剪力组合 柱与屋架刚接时，屋架杆件及屋架与柱连接设计： 屋架上弦最大拉力、下弦最大压力； 屋架上弦最大压力、下弦最大拉力； 屋架腹杆最大拉力或压力 横向框架的计算 内力组合 3. 横向框架和框架柱 可变荷载组合应按规范选用组合系数； 两台或以上吊车荷载参与组合时应根据吊车台数和吊车工作制，乘以折减系数，如两台，轻、中， 0.9 ；重， 0.95 ； 任何组合应包括永久荷载，其它荷载当其对所设计构件或连接不利时才加以考虑 横向框架的框架柱 框架柱形式 3. 横向框架和框架柱 等截面柱 ：构造简单，无吊车或吊车起重量 ≤ 20t 阶形柱 ：根据吊车层数分为单阶柱和双阶柱，吊车梁支承在截面改变处，偏心小，构造合理，应用广泛； 分离式柱 ：由屋盖肢和吊车肢构成，前者和横梁形成框架，后者仅承受吊车竖向荷载，按轴心受压构件设计，构造、制作及安装简单方便，但刚度较差，用钢量大，通常在扩建厂房中采用。 横向框架的框架柱 框架柱形式 3. 横向框架和框架柱 框架柱截面 应根据所承受荷载大小确定： 等截面柱 / 阶形柱上柱： H 型钢截面 阶形柱下柱：组合截面，实腹或格构式 边柱外侧平齐便于铺设墙面板 吊车荷载较大时，可采用箱形截面。 横向框架的框架柱 框架柱构造 3. 横向框架和框架柱 等截面柱牛腿连接构造： 实腹柱 / 格构柱； 阶形柱上下柱连接：实腹柱 / 格构柱； 阶形柱与吊车梁的连接：平台板 分离式柱：屋盖肢与等截面柱相同；吊车肢平台构造与阶形柱相同 横向框架的框架柱 框架柱验算 3. 横向框架和框架柱 框架柱一般按 双向受弯的压弯构件 设计 强度、刚度和稳定性 框架柱平面内计算长度 等截面柱： H 0 =μH μ 有侧移框架柱平面内计算长度系数，根据横梁与框架柱线刚度之比（ k 1 =I B /L:I C /H ）及柱脚刚度（铰接 / 刚接 k 2 ）查表确定 横向框架的框架柱 框架柱验算 3. 横向框架和框架柱 框架柱平面内计算长度 单阶柱：上段柱 H 01 =μ 1 H 1 /下段柱 H 02 =μ 2 H 2 ； μ 1 / μ 2 为上/下段柱计算长度系数， μ 1 =μ 2 /η 1 ，μ 2 =ψ s μ； ψ s 阶形柱考虑空间作用计算长度折减系数； μ 上端自由（梁柱铰接）或可移动但不转动（梁柱刚接）单阶柱平面内计算长度系数，根据上下段柱线刚度之比 （k 1 =I 1 /H 1 :I 2 /H 2 ） 及参数 η 1 查表确定 横向框架的框架柱 框架柱验算 3. 横向框架和框架柱 框架柱平面内计算长度 双阶柱： … 框架柱平面外计算长度： 侧（纵）向支撑点间的距离，柱脚 / 吊车梁 / 托梁 / 支撑等 横向框架的框架柱 框架柱验算 3. 横向框架和框架柱 吊车梁与框架柱连接节点不能保证沿柱轴线传递反力时，应考虑可能的 平面外弯矩 对格构式构件，应对吊车肢按轴心受压构件进行 补充验算 ，偏于安全地认为吊车竖向荷载完全由吊车肢承担，吊车肢受到的总压力为 横向框架的框架柱 框架柱柱脚 3. 横向框架和框架柱 厂房框架柱一般设计为刚接柱脚，传递轴力、弯矩和剪力。 实腹柱柱脚： 单臂式靴梁 / 靴梁上顶板 / 锚栓 / 柱腹板水平加劲肋 / 肋板或隔板 格构柱柱脚： 双臂式靴梁 / 靴梁上角钢 / 锚栓 / 加劲肋 / 隔板 剪力由摩擦力或抗剪件传递 吊车的基本知识 吊车利用等级 4. 吊车梁结构体系 利用等级（ U0~U9 ） 0-3: 不经常使用； 4 ：经常清闲地使用； 5 ：经常中等地使用； 6 ：不经常繁忙地使用； 7-9 ：繁忙地使用 吊车的基本知识 吊车荷载状态 4. 吊车梁结构体系 荷载状态（ Q1-Q4 ） Q1 轻：很少起升额定荷载； Q2 中：有时起升额定荷载； Q3 重：经常起升额定荷载； Q4 特重：频繁起升额定荷载； 吊车的基本知识 吊车工作级别 4. 吊车梁结构体系 吊车工作级别（ A1~A8 ） 1-4 ：轻级工作制； 4-6 ：中级工作制； 6-7 ：重级； 8 ：特重级 吊车的基本知识 吊车规格 4. 吊车梁结构体系 100t 及以下吊车规格： 5t ； 10t ； 16/3t ； 20/5t ； 32/5t ； 50/10t ； 75/20t ； 100/20t * 副钩起重量 / 主钩起重量 吊车梁结构体系 结构体系 4. 吊车梁结构体系 吊车梁体系由吊车梁（或吊车桁架）、制动结构、辅助桁架及支撑等构件组成。 吊车梁或吊车桁架一般设计为简支结构， 一般采用焊接结构，也可采用栓焊结构； 吊车梁结构体系 吊车梁 / 桁架的形式 4. 吊车梁结构体系 吊车梁： 型钢梁、组合梁、 Y 形梁和箱形梁； 焊接工字梁最常用 吊车桁架： 桁架式、撑杆式和托架吊车梁合一式 吊车梁的荷载 4. 吊车梁结构体系 吊车竖向荷载 标准值为吊车最大轮压； 吊车横向水平荷载 可按小车重量和额定最大起重量百分数确定 （ 软钩 / 硬钩 4-10 % ） ，计算重级或特重级工作制吊车梁或桁架及其制动结构的强度、稳定性以及连接的强度时，应乘以增大系数 α T ； 吊车纵向水平荷载 按一侧轨道所有刹车轮的最大轮压之和的 10% 采用； 主要荷载 吊车梁的荷载 4. 吊车梁结构体系 吊车梁或桁架走道板活荷载 2.kN/m 2 / 积灰荷载 0.3-1.0kN/m 2 ； 结构自重 ( 吊车梁或桁架 / 轨道 / 制动系统 / 连接件等 ) 的影响可通过采用弯矩和剪力的放大系数 β w 近似地考虑； 吊车梁承受的其它荷载，如悬挂其它设备、隔热板、露天栈桥的风、雪荷载及设备振动引起的荷载动力效应等。 次要荷载 吊车梁的荷载 4. 吊车梁结构体系 计算吊车梁或桁架的强度、稳定性或连接的强度时，应采用荷载设计值并乘以动力系数（ 1.05/1.1 ）；变形和疲劳计算采用荷载标准值，且不乘动力系数 荷载动力系数 4. 吊车梁结构体系 一般按两台吊车的最大起重量进行设计，有可靠根据时按实际情况设计； 设计应根据工艺提供的资料确定吊车工作级别； 吊车梁或桁架的形式应根据吊车起重量大小、吊车梁或桁架跨度及吊车工作级别确定，对重级工作制吊车宜设置制动结构； 吊车梁设计 一般设计规定 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 重级和特重级工作制吊车的吊车梁与制动结构及柱的连接、大跨度吊车梁现场拼接应优先采用高强螺栓； 跨度 >=24m 的吊车梁或桁架，制作时宜按跨度的 1/1000 起拱；分段制作、工地地面拼装、整根吊装。 一般设计规定 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 吊车荷载为动荷载； 首先应确定对应各内力的吊车荷载的最不利位置，再计算吊车梁的最大弯矩和对应剪力、支座最大剪力以及横向荷载作用下的最大弯矩（制动梁）或吊车梁上翼缘的局部弯矩（制动桁架）等 吊车梁内力计算 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 对简支吊车梁，最不利荷载位置及对应内力最大值： 最大弯矩： 两个轮子作用在梁上 最不利位置 a 2 =a 1 /4 最大弯矩 M cmax =ΣP(L/2-a 2 ) 2 /L 对应剪力 V c =ΣP(L/2-a 2 )/L 吊车梁内力计算 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 对简支吊车梁，最不利荷载位置及对应内力最大值： 最大弯矩： 三个轮子作用在梁上 最不利位置 a 3 =(a 2 -a 1 )/6 最大弯矩 M cmax =ΣP(L/2-a 3 ) 2 /L – Pa 1 对应剪力 V c =ΣP(L/2-a 3 )/L – P 四个轮子 / 六个轮子 … 吊车梁内力计算 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 对简支吊车梁，最不利荷载位置及对应内力最大值： 最大剪力 - 梁端支座处 吊车竖向荷载应尽量靠近支座布置 最大剪力 V cmax =Σb i P/L + P 吊车梁内力计算 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 对简支吊车梁，最不利荷载位置及对应内力最大值： 吊车横向水平荷载 吊车梁最大水平弯矩： M T = α T M cmax T/P 采用制动桁架时吊车梁上翼缘局部弯矩： M T ’= α T Ta/3 ； M T ’= α T Ta/4 吊车梁内力计算 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 焊接工字形吊车梁： 变高度梁 / 变宽度梁 加强上翼缘：厚度 / 宽度 截面初选（组合梁设计） 梁高 / 腹板厚度 / 翼缘宽度 / 翼缘厚度 吊车梁截面选择 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 最大弯矩截面的正应力 上翼缘的正应力计算 吊车梁强度验算 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 最大弯矩截面的正应力 下翼缘的正应力计算 吊车梁强度验算 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 支座截面的剪应力 吊车梁强度验算 平板式支座： 突缘式支座： 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 腹板计算高度上边缘局部压应力 吊车梁强度验算 腹板计算高度上边缘折算应力 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 整体稳定 设有制动结构不用验算整体稳定性 吊车梁稳定性验算 局部稳定 翼缘宽厚比 腹板高厚比 / 加劲肋设置 吊车梁设计 4. 吊车梁结构体系 挠度计算 v =<[ v ] 疲劳计算 吊车梁应进行疲劳验算，可按常幅疲劳考虑 吊车梁刚度及疲劳验算 吊车梁连接与构造 4. 吊车梁结构体系 对接焊缝，质量等级二级，与母材等强，不必验算 角焊缝：上翼缘和腹板的连接 翼缘与腹板的连接 下翼缘和腹板的连接 吊车梁连接与构造 4. 吊车梁结构体系 支座加劲肋与梁腹板 突缘式支座： 平板 式支座： 吊车梁连接与构造 4. 吊车梁结构体系 横向加劲肋与上翼缘连接处应切角； 横向加劲肋上端应与上翼缘刨平顶紧后焊接，下端宜在距受拉翼缘 50-100mm 处断开，不与受拉翼缘焊接，焊缝应采用连续的围焊或回焊，避免起、落弧； 横向加劲肋与腹板连接焊缝不宜在加劲肋下端起、落弧； 同时采用横向和纵向加劲肋时，纵向加劲肋断开并切斜角； 加劲肋构造 吊车梁连接与构造 4. 吊车梁结构体系 机械加工：砂轮打磨、刨铲 需机械加工的部位： 对接焊缝引弧板切割处 重级工作制吊车梁受拉翼缘 / 腹板对接焊缝表面 重级工作制吊车梁受拉翼缘板边缘 机械加工部位 吊车梁连接与构造 4. 吊车梁结构体系 受拉翼缘上不宜采用焊接连接其它构件 受拉翼缘