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第10章单层厂房结构多媒体辅助教学课程混凝土结构设计DesignforConcreteStructure第10章单层工业厂房设计Designofindustrialworkshop第10章单层厂房结构本章目录10.1单层厂房的结构组成和布置10.2单层厂房主要结构构件及选型10.3排架的内力分析10.4排架柱的设计10.5柱下独立基础设计10.6吊车梁设计第10章单层厂房结构本章重点1.熟悉单层工业厂房结构的选型与结构布置方法；2.掌握钢筋混凝土排架的荷载与内力计算方法、内力组合原则及柱的截面设计方法；3.熟悉排架柱的配筋构造要求。第10章单层厂房结构§10.1单层厂房的结构组成和布置☺单层厂房依据其跨度、高度和吊车起重量等因素的不同可采用混合结构、钢筋混凝土结构和钢结构。☺单层厂房的结构类型和体系可分为：排架与刚架10.1.1结构特点和结构体系(1)结构特点跨度大，高度大，荷载大：荷载形式多样，常承受吊车、机械设备动力等荷载：结构空旷，柱是主要承力构件：基础受力大，对地质有较高要求。第10章单层厂房结构①排架结构：•刚性排架－－屋架或横梁变形很小，可忽略•柔性排架－－屋架或横梁变形较大，不能忽略单层厂房结构的基本形式跨度≥30m，H=20～30m，吊车吨位可达150t。特点：屋架/屋面梁刚度大柱顶与屋架/屋面梁铰接柱底与基础刚接。第10章单层厂房结构②刚架结构•两铰门式•三铰门式特点：屋架/屋面梁与柱刚接，柱与基础一般为铰接。优点：梁柱合一，结构轻巧，制作简单缺点：刚度较差，产生跨变，梁柱转角易产生裂缝一般适用吊车吨位≤10T，跨度≤18～24m，柱顶标高≤6～8m的金工、机修、装配及喷漆等车间和仓库•两铰门式第10章单层厂房结构1屋面板2天沟板3天窗架5托架6吊车梁7排架柱8抗风柱9基础10连系梁11基础梁12天窗架垂直支撑13屋架下弦横向支撑14屋架垂直支撑15柱间支撑4屋架10.1.2结构组成1.屋盖结构；2.横向平面排架；3.纵向平面排架；4.围护结构第10章单层厂房结构无檩体系：由屋面板、天沟板、天窗架、屋架、托架、及屋盖支撑组成。刚度大。1.屋盖结构屋盖结构可分有檩体系和无檩体系两种。有檩体系：由小型屋面板、檩条及屋盖支撑组成。刚度小。有檩体系无檩体系第10章单层厂房结构2.横向平面排架组成：包括屋架(屋面梁)、横向柱列、基础作用：承受屋盖荷载、吊车荷载、纵墙风荷载、纵墙自重横向平面排架第10章单层厂房结构组成：包括屋面板、纵向柱列、基础、连系梁、吊车架、柱间支撑作用：保证厂房结构的纵向稳定性和刚度；承受纵向水平吊车荷载、地震作用及风荷载等.受力特点及设计：荷载较小，内力较小；构件数量多，刚度大纵向平面排架3.纵向平面排架第10章单层厂房结构组成：包括纵墙、山墙、墙梁、抗风柱、基础梁作用：承受墙体和构件的自重；承受作用在墙面上的风荷载等。4.围护结构山墙及抗风柱第10章单层厂房结构1.荷载种类排架结构的荷载恒载活载吊车竖向荷载吊车横向制动力吊车纵向制动力风荷载施工荷载积灰荷载地震作用其它荷载10.1.3结构荷载与传递路径第10章单层厂房结构2.竖向荷载的载传递路径竖向荷载传递图第10章单层厂房结构横向水平荷载传递图3.横向水平荷载的载传递路径第10章单层厂房结构纵向水平荷载传图4.纵向水平荷载的载传递路径第10章单层厂房结构10.1.4厂房平面布置1.柱网布置柱网布置的一般原则：满足生产工艺和使用要求；建筑平面和结构方案经济合理；在厂房结构形式和施工方法上具有先进性和合理性；符合《厂房建筑统一化基本规则》的有关规定，为厂房设计标准化、生产工厂化和施工机械化创造条件；适应生产发展和技术革新的要求。定位轴线的确定原则：纵向定位轴线，对于边柱一般取柱外侧边，中柱取柱中心；横向定位轴线去柱中心。但对于厂房两端的第一根横向定位轴线，应取山墙内侧边，排架柱分别内移600mm第10章单层厂房结构《厂房建筑模数协调标准》规定：跨度：跨度≤18m：3m的倍数进级(30M)；跨度＞18m：6m的倍数进级(60M)允许21/27/33等30M进级。柱距：采用扩大模数6m的倍数进级(60M)；也可采用9m的柱距；或利用托架扩大柱距。第10章单层厂房结构2.变形缝伸缩缝：减少厂房温度应力，从基础顶面至上部结构完全断开。最大间距：室外露天70m；室内或土中100m沉降缝：厂房高度、吊车吨位、土质相差较大时，为防止厂房发生不均匀沉降而设，上、下部结构都要断开。抗震缝：为防止地震区厂房或厂房区段相邻太近地震时发生碰撞而设，从基础顶面至上部结构完全断开，可与伸缩缝、沉降缝合并，缝宽一般为50-70mm。第10章单层厂房结构3.支撑布置支撑的分类(1)屋盖支撑(2)柱间支撑上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑纵向水平支撑垂直支撑纵向水平系杆天窗架支撑等上柱柱间支撑下柱柱间支撑施工阶段和使用阶段保证厂房结构的几何稳定性保证厂房结构的纵横向水平刚度及空间整体性；提供侧向支撑，改善结构的侧向稳定性；传递水平荷载至主要承重构件或基础。支撑的作用第10章单层厂房结构(1)屋盖支撑①上弦横向水平支撑构成：沿跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架上弦杆构成水平桁架作用：保证屋架上弦的侧向稳定性；增强屋盖的整体刚度；承受并传递纵向水平荷载。第10章单层厂房结构有檩体系中的布置布置在伸缩缝区段的两端有时可设在第二柱间无檩体系的布置：有连接可靠的大型屋面板；(可不设)设有通过端部第二柱间或伸缩缝的天窗;(设)采用钢筋砼拱形或梯形屋架。(应设)横向水平支撑第10章单层厂房结构下弦横向及纵向水平支撑②下弦横向水平支撑构成：沿跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架下弦杆构成的水平桁架。作用：将山墙风荷载及纵向水平荷载传至纵向柱列；防止屋架下弦侧向振动。布置：抗风柱与屋架下弦连接传递纵向水平力时；设有硬钩桥吊或≥5T锻锤等振动设备时；设有吊点屋架下弦的纵向或横向运行的悬挂吊车时；l≥18m且下弦设有纵向水平支撑时(形成封闭水平支撑系统)。第10章单层厂房结构③下弦纵向水平支撑构成：由交叉角钢、直杆和屋架下弦第一节间组成的纵向水平桁架。作用：加强屋盖结构的横向水平刚度；保证横向水平荷载的纵向分布，加强厂房的空间工作；保证托架上弦的侧向稳定；传递山墙风荷载及纵向水平荷载。布置：当已设有下弦横向水平支撑时，为保证厂房空间刚度，应尽可能与横向水平支撑连接，以形成封闭的水平支撑系统；当设有软钩桥式吊车且厂房高度大、吊车起重量较大，应在屋架下弦端节间沿厂房纵向通长或局部设置一道；厂房设有托架，应沿托架一侧设置下弦纵向水平支撑。第10章单层厂房结构④垂直支撑及水平系杆垂直支撑作用：保证屋架或天窗架平面外的稳定；将纵向水平力由屋架上弦平面传至屋架下弦平面内。系杆作用：上弦水平系杆是为保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定；下弦水平系杆是为防止在吊车或有其它水平振动时屋架下弦侧向颤动。第10章单层厂房结构垂直支撑及水平系杆设置：垂直支撑与屋架下弦横向水平支撑应布置在同一柱间；当厂房跨度18～30m、屋架间距6m、采用大型屋面板时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨中设置一道垂直支撑；当屋架跨度大于30m时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨度1/3左右的节点处设置两道垂直支撑。伸缩缝区间长度60m时，应在柱间支撑部位增设一道垂直支撑；第10章单层厂房结构(2)柱间支撑柱间支撑作用：由交叉钢杆件组成，交叉倾角宜取45°提高厂房的纵向刚度和稳定性;传递纵向水平力到两侧柱列。适用工况：设有3t以上的悬挂吊车时当设有A6～A8的吊车，或A1～A5的吊车起重量≥10t时厂房跨度≥18m，或柱高≥8m时厂房每列纵向柱总数＜7根时或露天吊车栈桥的柱列第10章单层厂房结构4.围护结构布置1.抗风柱厂房的围护结构包括：屋面板、墙体、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁、基础梁等构件。抗风柱与屋架相连必须满足两个条件：水平方向可靠连接垂直方向允许有一定的相对位移第10章单层厂房结构抗风柱及其连接抗风柱与其他构件的连接：一般与基础刚接，与屋架上弦铰接；当屋架设有下弦横向水平支撑时，可与下弦铰接；抗风柱与屋架之间采用弹簧板连接：竖向可移动、水平刚度较大的；如厂房沉降量较大时，宜采用槽形孔螺栓连接。第10章单层厂房结构2.圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置圈梁：加强厂房的整体刚度，以防止地基不均匀沉降对建筑物的危害。连系梁：连系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度，传递风荷载。过梁：在砌体中(围护结构)承担洞口上的荷载。基础梁：承受围护墙体的重量。梁底部距土的表面预留100mm左右的间隙，使梁可以随柱基础一起沉降。第10章单层厂房结构§10.2单层厂房主要结构构件及选型10.2.1结构构件的选型原则经济合理：减少材料用量、减轻自重；工艺和建筑设计要求；荷载作用情况施工条件和构件供应情况；各种构件的适应范围和技术经济指标。第10章单层厂房结构10.2.2屋盖结构构件1.屋面板无檩：大型屋面板(1.5m6.0m)，F型屋面板、单肋板、空心板有檩：檩条、小型屋面板（槽瓦、波形大瓦等）序号构件名称形式特点1PC屋面板水平刚度好;适用于中、重型和振动较大、对屋面要求较高的厂房;卷材防水最大坡度1/5，非卷材防水1/42PCF型屋面板材料省，水平刚度、防水效果较预应力混凝土屋面板差；适用于中、轻型非保温厂房，坡度1/4-1/83PC夹心保温屋面板承重、保温、防水三重作用；适用于一般保温厂房；坡度1/8-1/124PC槽瓦材料省，屋面轻，但刚度差。适用于非保温、积灰少的中小型厂房；坡度1/3-1/5第10章单层厂房结构2.檩条檩条搁置在屋架上，支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架。作用：起着支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架的作用；它与屋架间用预埋钢板焊接，并与屋盖支撑一起保证屋盖结构的整体刚度和稳定性。第10章单层厂房结构屋架及屋面梁的选用:3.屋架拱式(三铰拱/两铰拱)：适用于≤15m以下的厂房。桁架式(三角形/梯形/折线形/拱形)：适用于18~36m的厂房。抗震要求：优先采用低重心或重量轻的PC屋架/钢屋架/轻钢屋架。第10章单层厂房结构4.天窗架和托架托架天窗架采光和通风要求。削弱屋盖的整体刚度，应加强支撑，宜采用钢结构。主要有M形和W形两种。第10章单层厂房结构吊车梁的类型10.2.3吊车梁吊车梁的作用：直接承受吊车起重、运行和制动时产生的各种往复移动荷载它还具有将厂房的纵向荷载传递至纵向柱列、加强厂房纵向刚度等作用。吊车梁的选型依据：吊车的起重量；工作级别；台数；厂房的跨度；柱距等第10章单层厂房结构10.2.4柱1.柱的形式矩形、工字形、双肢柱。柱的形式第10章单层厂房结构2.柱的截面尺寸设计柱子的截面尺寸时不仅考虑承载力，还需考虑厂房柱的刚度要求。截面尺寸：h≦500mm采用矩形实腹柱；h＝600～800mm采用工字形或矩形柱；h＝900～1200mm采用工字形柱；h＝1300～1500mm采用工字形或双肢柱。第10章单层厂房结构10.2.5基础1.基础的类型单层厂房一般采用预制柱下基础，其主要形式有杯形基础（分梯形和锥形）、高杯基础、爆扩桩基础和预制桩基础。基础类型第10章单层厂房结构§10.3排架结构内力分析10.3.1排架计算简图目的：确定柱和基础的内力。内容：确定计算简图、荷载计算、内力分析和内力组合。在跨度方向按横向平面排架计算，在柱距方向按纵向平面排架计算。纵向平面排架的柱列较多、抗侧移刚度较大，一般不考虑该方向柱列承受弯矩的影响，因此最终简化成横向平面排架进行计算。第10章单层厂房结构1.计算单元根据结构布置和受力状况，在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的区段，作为横向排架的计算单元