钢承重结构的单层厂房包括钢屋盖系统、钢吊车梁系统、钢柱系统和钢墙架系统。各系统的构件见图1。 图1厂房结构图1-屋架；2-支架；3-天窗框架；4-檩条；5-下弦杆的纵向支撑；6-吊车梁；7-刹车结构；8-辅助桁架；9-框架柱；10-竖墙框架柱；1-墙梁(垂直支撑系统未显示)；12-由于钢结构承载能力高，塑性和韧性好，所以轻型屋面适用于厂房高、跨度大、柱距宽或吊车大的冶金厂房。钢结构的特点是:1。制造容易，可以在专业工厂集中制造，精度高。2.自重轻，运输安装方便，可以加快施工速度，缩短工期。3.工地很小。单层钢结构厂房设计的主要内容包括:确定柱网布置和温度段长度(伸缩缝间距)，计算厂房横向框架和纵向传力体系，布置和计算各系统的墙架体系和构件，计算构件的连接和节点，选择构件的材料，构件的除锈和涂装。

在中国，钢结构厂房的采用是随着工业的发展和钢材的供应而发展的。在20世纪80-90年代，我国建造的大面积、大跨度、大柱距的钢结构厂房中，屋顶和墙体大多采用轻质材料，如镀锌钢板、彩色压型钢板、铝合金板等。墙体由压型钢板和隔热夹芯板制成。

一、单层钢结构厂房设计要点

(一)柱网布局

确定柱网时，应首先满足生产工艺和设备布局的要求；同时要考虑技术经济指标，使厂房单位面积的建筑结构成本更低；还需要考虑减少建筑类型和结构构件，提高建筑工业化水平。当各纵向柱的柱距不相等时，应尽可能将柱布置在共同的横向定位轴线上，使厂房具有足够的刚度，以保证厂房的正常使用。当采用1.5m×6m的异型混凝土屋面板时，柱距一般为6m的倍数，跨度一般为3m的倍数。

(2)温度伸缩缝截面长度

当厂房结构的长度或宽度超过设计规范规定的值时，宜设置伸缩缝，将结构分成独立的区段(即温度区段)，使钢柱等构件因温度变化而产生的应力降低到可以忽略的程度。伸缩缝处一般可设置双柱，也可采用单柱，但要保证伸缩缝两侧结构的变形互不制约。在地震地区，有时会缝合伸缩缝，设置防震。

(3)横向框架的计算

横向框架由立柱及其支撑的屋架(梁)组成，是厂房的主要承重结构。它将厂房结构的各种竖向荷载和横向水平荷载及作用传递给基础。框架通过屋顶支撑系统(无檩条的屋顶需要考虑屋面板的作用)、吊车梁系统、柱间支撑相互连接，形成厂房空的结构体系，使厂房具有空的必要刚度。横向框架的高度取决于起重机轨道顶部的标高、起重机高度及其上部所需的网空。

作用在框架上的荷载包括:屋面恒载、雪荷载或屋面均布活荷载、灰尘荷载、墙体荷载、结构自重(如钢吊车梁、钢柱体系的自重等。)、风荷载、吊车垂直荷载和吊车水平荷载(按吊车起重量和小车重量计算)等。位于地震区的厂房也承受地震作用。

(4)纵向力传递系统的计算

纵向传力系统由钢柱、柱间支撑、吊车梁系统、竖向支撑和设置在屋架端部的拉杆等组成。，用于保证厂房的纵向刚度，并将纵向水平荷载和作用传递给基础。作用于其上的水平荷载有:吊车的纵向水平荷载和山墙或天窗端臂的荷载。位于地震区的厂房也承受地震作用。当厂房纵向温度截面超过设计规范规定的长度时，应计算温度变化引起的应力。

(5)墙架系统的布置和计算

根据墙架的位置，可分为竖墙架和山墙架。根据墙面覆盖材料可分为重墙架和轻墙架。前者采用混凝土墙板和砖墙，后者采用压型钢板和波纹铁皮。墙体框架一般由墙体框架柱、墙梁、竖向承重桁架、抗风桁架和支撑组成。竖向墙柱的布置有两种方案:1。位于横向定位轴线上的框架柱支撑墙梁，不设置其他墙柱；2.在定位轴线上的框架柱外再设置一道墙框架柱，支撑墙梁。前者节省钢材，后者便于设置柱间支撑、纵向走道和管道等。墙柱与基础的连接一般只传递竖向力和水平力，有时只传递水平力。梁承受墙的重量和风荷载。混凝土墙板自承，无墙梁支撑。轻质墙体框架的墙梁常采用槽钢，其竖向刚度较小。通常，支撑系统垂直设置，以减少垂直跨度。门洞处采用竖向承重桁架支撑上部墙体框架柱。抗风桁架的作用是作为较高墙体框架柱的中间水平支撑点；作为竖向承重桁架的水平支撑点，并保持上弦平面外的稳定性。支撑用于保证墙框架柱的平面外稳定性。

作用在墙架上的荷载包括墙体重量、墙架结构重量、风荷载等。当抗风结构也用作平台结构时，应计算平台上的活荷载。检查墙架构件的强度、稳定性和变形。

(6)材料选择

一般采用国标碳素结构钢中的Q235沸腾钢或镇静钢，低合金结构钢技术条件中的16Mn钢、15MnV钢、16Mnq钢、15MnVq钢作为轴承钢。常用的钢材种类有钢板、角钢、工字钢、槽钢、钢管和圆钢等。

(七)除锈和涂层

钢结构表面需要除锈和涂装。除锈方法是采用机械喷砂和抛丸，或将构件放入酸洗槽进行酸洗，去除表面的铁锈，露出钢材表面的金属颜色。涂层是在钢材表面涂上涂层，形成一层薄膜，以防止腐蚀。结构表层的颜色应符合建筑要求。

二、钢屋盖系统设计

钢屋面系统包括屋面选型、支撑系统、檩条、钢天窗框架、钢屋架和钢牛腿等。

(一)屋顶选择

根据结构布局和屋面材料，屋面可分为无檩条屋面(图2)和有檩条屋面(图3)。无檩条屋面采用大型混凝土屋面板，具有屋面刚度高、耐久性好的优点。缺点是自重，承重结构需要一定的钢材。檩条屋面的屋面材料为镀锌钢板、彩钢板、铝合金板等轻型屋面材料，或混凝土小型屋面板。使用轻质屋面材料的优点是重量轻，施工快，但成本高。

无檩条的屋架间距一般为6m。柱距较大时，往往设置牛腿，或在吊车梁系统上架设小钢柱，支撑间距6m的屋架。有檩条屋面，柱距短，檩条可以直接支撑在屋架上(图3a)。当列间距较大时，一般的布局方法有:1。用大跨度檩条直接支撑在屋架上(图3a)。2.设置支架减少屋架间距(图3b)，或者从吊车梁系统设置小钢柱支撑屋架，这样就可以使用钢檩条。3.设置支撑次级屋架的支架(图3c)。当有天窗时，在布置支架时应考虑天窗的位置。

(3)钢制天窗框架

一般天窗有垂直和水平两种形式。纵向天窗框架位于车顶框架的上弦杆上方。横向天窗有两种:屋架上弦以上的和屋架高度范围内的；前者的设计与纵向天窗基本相同。对于后者，计算屋架时应考虑天窗的竖向荷载和风荷载对屋架腹杆的影响。为了达到良好的通风效果，往往在纵向天窗的外侧或横向天窗的末端安装挡风板和支撑挡风板的挡风板。

(4)钢屋架

钢屋架和柱子形成一个横向框架。钢屋架由上弦杆、下弦杆和腹板组成。在无檩条屋顶中，屋架之间的间距一般为6m。在檩条屋顶中，屋架之间的间距与结构布置有关，通常模数为6m。必要时，也可以使用其他模块。

根据形状，钢屋架可分为梯形、平行弦形和三角形(见图4)。按坡向可分为双坡(图4a。)和单斜率(图4d，E)。梯形屋架适用于各种屋面，平行弦屋架适用于有檩条屋面或跨度较短的单坡无檩条屋面。下弦杆断开的单坡钢屋架(图4e)适用于跨度较大的屋面。三角形屋架适用于屋面坡度较大的檩条屋面。

屋顶桁架弦杆的斜度取决于屋顶材料。有油毡防水层的无檩条屋面，屋面坡度一般为1/10，有时为1/20。有檩条屋面的屋面坡度(或屋架上弦的坡度)与屋面板的固定长度和板缝的处理有关，一般为1/10-1/6。使用长定长板时，有时是1/20。

三。钢吊车梁系统的设计

钢吊车梁系统包括:钢吊车梁、制动结构、辅助桁架(或侧梁)、下部水平支撑、垂直支撑、吊车轨道连接和挡车器等。，如图5所示。

钢吊车梁系统应根据吊车类型、起重量和工作系统、最大轮压、轮距、横移小车重量和吊车总重量进行设计。系统的部件通常是焊接的。根据具体情况，它们与立柱的连接分别采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接或螺栓连接。当构件外形尺寸超过运输限制时，应分段制作，现场拼接应采用摩擦型高强度螺栓。

(1)钢吊车梁的设计

1.吊车梁计算。作用在吊车梁上的荷载包括:吊车的竖向荷载、吊车的水平和竖向荷载、吊车维修平台上的活载、吊车梁系统相关部位的自重、吊车梁系统支撑的屋面结构和墙架结构。

2.吊车梁的形式。按截面形式可分为实心腹式吊车梁和桁架式吊车梁。腹板吊车梁包括工字钢、工字钢和箱型梁(图6c)。工字形钢梁制作简单，便于运输和安装，适用于跨度和吊车起重量较小的中、轻型吊车梁(图6a)。由上下翼缘板和腹板组成的工字钢(图6b)是吊车梁的主要形式，制造简单。箱形梁刚度大，抗扭性能好，适用于各种跨度大、重量重的起重机主梁(图6c)。箱形梁可以减少翼缘板的厚度和梁的高度。但梁的制作复杂，施工条件差，焊接变形不易控制和矫正。桁架吊车梁由刚性上弦杆、下弦杆、立杆和腹杆组成(图6d)。一般采用焊接，或采用焊接刚性缠绕，与立杆或腹杆连接采用摩擦型高强度螺栓，适用于大跨度、小吊车起重量、中轻型或重型软钩吊车。

制动结构的功能是:1 .承受吊车小车制动、安全走道上均匀恒载和活载等因素产生的横向力；2.保持吊车梁的整体稳定性、辅助桁架上弦的平面外稳定性或边梁的整体稳定性；3.增加吊车梁的横向刚度；4.用作起重机维修平台或安全走道。制动器结构有制动梁和制动桁架两种形式，可根据起重机工作系统和制动器结构的宽度进行选择。

(3)起重机轨道连接

起重机轨道有四种类型:小截面方钢、铁路轨道、起重机轨道和大截面方钢，一般根据起重机制造商建议的类型采用。轨道拼接包括对焊(即焊接长钢轨)和双鱼尾板夹紧(小断面方钢除外)；轨道伸缩缝处的拼接应满足伸缩缝两侧轨道的伸缩互不约束，起重机能平稳运行的要求。截面较小的方形钢轨可直接焊接在吊车梁上。铁轨一般通过钩栓或垫板、压板和螺栓与吊车梁连接。采用吊车轨或大截面方钢，一般用垫铁、压板、螺栓与吊车梁连接(图7a)。为了减少吊车的冲击，有时会在轨道下铺设全长的特殊复合橡胶板。

挡车器设置在车间或起重机行驶范围内的轨道末端，其高度应与起重机缓冲器的高度相适应。为了减少起重机对停车器的冲击，在起重机缓冲器的高度设置一个橡胶块(图7b)。挡车器和吊车梁通过焊接或摩擦型高强度螺栓连接。焊缝尺寸和高强度螺栓的数量应通过计算确定。

四。钢柱系统设计

钢柱体系由钢柱和柱间支撑组成，传递纵向水平荷载和作用。

(1)钢柱

根据厂房的特点，选择钢柱的类型和截面形式，并对钢柱进行计算。

1、柱型和断面形式。钢柱按其形状可分为等截面柱、阶梯柱和分离柱(图8)。等截面柱的截面沿其高度不变，适用于无吊车或吊车起重量较小的车间。立柱沿其高度截面分段变化，适用于大型吊车吊装的厂房。分离柱是独立的肢支撑吊车梁，与框架柱(阶梯柱或等截面柱)仅通过水盘连接。分离柱适用于预留扩大跨度的中柱和吊车轨顶不在同一标高，吊车起重量大。钢柱按截面可分为实腹柱和格构柱。实心柱由翼缘和腹板组成，其截面有多种形式。最常用的工字形截面实心腹板柱由两个翼缘板和一个腹板组成(图8中的截面1-1和上部柱)；当竖向荷载较大时，有时会使用由两块翼缘板和两块腹板组成的箱形柱，这种柱的制作很复杂。格构柱由肢和木条组成(图8，剖面图2-2 ~ 4-4)。四肢通常呈工字形或槽形。起重机的厂房柱多为上柱实腹下柱格构的阶梯柱。在确定柱的外形和截面尺寸时，应考虑柱与线的关系、荷载传递和结构要求。对于上柱，需要考虑是否设置人孔和吊车行驶所需的网空。对于下柱，使起重机臂的腹板中心线与起重机轨道的中心线重合。

2.钢柱的设计和施工。钢柱承受的荷载有:屋面恒载、屋面活载、吊车荷载、墙体荷载、平台荷载、钢柱自重、风荷载等。位于地震区的厂房钢柱也承受地震作用。钢柱包括肩梁、柱脚、人孔和支架等。

(1)肩梁。连接阶梯柱的上下柱的构件。它把上柱的轴力和弯矩传递给下柱。肩部一般包括腹板(单腹板或双腹板)、上板和下板三部分。

(2)柱脚。与柱基础的连接部分有两种类型:整体式和分离式。整体柱脚一般用于宽度较小的实腹柱。对于宽度较大的实心腹板柱，可以使用整体式或分离式柱脚。前者钢材较贵，结构复杂。对于格构柱，通常使用分离式柱脚。此外，还有一种插入式柱脚，即钢柱(或肢)直接插入杯口。必要时，在钢柱上焊接锚固件。

(3)人孔。人孔是柱腹板上供人通过的洞。由于net 空的要求，当柱侧的安全走道无法连接时，应在柱腹板上设置人孔以方便通行。人孔底标高与吊车梁顶标高一致。人孔网空:宽度400mm，高度不小于1800mm。人孔周围的腹板用钢板加固。

(4)支架(图8a，B)。支架用于支撑吊车梁、平台梁和墙梁。一般由上下翼缘板和腹板组成。

(2)柱间支撑

设计包括支架形式的确定和支架计算。柱间支撑一般由上部柱间支撑(屋架下弦至吊车梁顶部的支撑)、下部柱间支撑(吊车梁底至柱脚的支撑)和中部柱间支撑(设置在相邻两个不同标高吊车梁或中间柱双层吊车梁之间的支撑)(图9)。屋顶桁架末端的垂直支撑和系杆、支架和吊车梁系统也参与传递纵向水平荷载和功能。

柱间支撑的布置应考虑生产工艺对net 空和厂房纵向刚度的要求。下部柱间支撑和中部柱间支撑应设置在温度区段的中间。根据纵向水平力的大小和刚度，可设置一根或两根立柱。对于上部柱间支撑，应设置在温度区段的两端和具有下部柱间支撑的柱之间。

柱间支撑的形式主要有十字支撑、人字支撑、倒人字支撑、带横杆的人字支撑和门支撑(图9a-D)。交叉支撑结构简单，传力直接，在工程中应用广泛。有时，由于柱距较大或工艺要求，当不能或不宜采用十字支撑时，会采用带横杆的人字支撑、门式支撑或其他支撑。门形支撑仅用于下柱支撑。