第12章 钢筋混凝土单层工业厂房1

第12章钢筋混凝土单层工业厂房第12章钢筋混凝土单层工业厂房2/145第12章钢筋混凝土单层工业厂房钢筋混凝土单层厂房的结构形式主要有排架结构和刚架结构两种。本章仅介绍混凝土排架结构的组成、结构布置及主要构件的选型、排架荷载计算、内力组合以及柱子和牛腿等主要构件的设计及构造要求。第12章钢筋混凝土单层工业厂房3/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点在工业建筑中，单层厂房是最普遍采用的一种结构形式，主要应用于冶金、机械、化工、纺织等工业厂房。这类厂房一般有较重的机械和设备、产品尺寸大且重，大型设备可以直接安装在地面上，便于产品的加工和运输。目前单层厂房已实现定型设计、构配件标准化、通用化、生产工业化、施工机械化。1.1单层工业厂房的结构形式第12章钢筋混凝土单层工业厂房4/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点单层厂房根据其生产特点、吊车起重能力、跨度和高度的不同，可以选用不同的结构形式。按承重结构所用材料的不同，可以分为混合结构、混凝土结构和钢结构。混合结构的承载结构由砖柱和各种房架组成，一般用于无吊车或吊车起重量不超过5t，跨度小于15m，柱顶标高不超过8m，无特殊工艺要求的小型厂房；对于吊车起重量超过250t，跨度大于36m的大型厂房，或有特殊要求的厂房，一般采用钢屋架、钢筋混凝土柱或全钢结构。除上述两种情况以外的大部分厂房均可采用混凝土结构。钢筋混凝土单层厂房的结构形式主要有排架结构和刚架结构两种。1.1单层工业厂房的结构形式第12章钢筋混凝土单层工业厂房5/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点排架结构由屋架（屋面梁）、柱和基础组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。根据生产和工艺的不同要求，可做成等高、不等高、单跨、多跨等多种形式，如图所示。相对其他结构形式，混凝土排架结构刚度大，其跨度可超过30m，高度可达20m~30m乃至更高，吊车吨位可达150t甚至更大，排架结构的构件一般采取现场预制、养护、然后吊装，各构件间多采用预埋铁件焊接以形成结构整体。1.1单层工业厂房的结构形式第12章钢筋混凝土单层工业厂房6/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点锯齿形厂房属于一种特殊的排架结构，多见于昼夜连续生产的纺织类企业，因生产需要稳定的采光并对温度、湿度和通风有严格要求，故该类厂房的设计有较强的专业性。排架结构传力明确，构造简单，施工方便。1.1单层工业厂房的结构形式第12章钢筋混凝土单层工业厂房7/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点刚架结构目前常用的是装配式钢筋混凝土门式刚架，它的特点是柱与横梁刚接成一个构件，柱与基础通常为铰接。刚架顶节点做成铰接的，称为三铰刚架，如图（a）所示，做成刚接的称为两铰刚架，如图（b）所示。门式刚架属于梁柱合一的结构形式，因而构件种类少，且构件截面还可随内力的变化做成变截面，故结构轻巧。门式刚架一般分段预制，然后通过螺栓或焊接连成整体，也属于预制、装配式施工的结构体系。刚架的缺点是刚度较差，承载后会产生“跨变”现象，梁柱转角处易产生早期裂缝，所以不宜用于较大吨位吊车的工业厂房。1.1单层工业厂房的结构形式第12章钢筋混凝土单层工业厂房8/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点单层厂房通常由屋盖结构、排架柱、吊车梁、支撑、基础及围护结构等结构构件组成，如图所示。1.2单层工业厂房的结构组成第12章钢筋混凝土单层工业厂房9/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点1.屋盖结构屋盖结构由屋面板、屋架或屋面梁（包括屋盖支撑）组成，有时还设有天窗架、托架等。屋盖结构分无檩屋盖体系和有檩屋盖体系两种，无檩体系是指由“屋架或屋面梁+大型屋面板”组成的屋盖承载体系；有檩体系是指由“屋架或屋面梁+檩条+小型屋面板或瓦材”组成的屋盖承载体系；显然，无檩体系均由大型构件组成，故屋盖刚度较大，更易形成较大房屋整体结构刚度，应用也更普遍。1.2单层工业厂房的结构组成第12章钢筋混凝土单层工业厂房10/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点2.排架柱排架柱是排架结构厂房中最主要的受力构件，直接承受屋架、吊车梁、外墙、支撑等传来的荷载，并将它们传给基础。3.吊车梁吊车梁主要承受吊车传来的竖向荷载和横、纵向水平制动力，并将它们分别传至横向或纵向平面排架。吊车梁一般为装配式，简支在柱的牛腿上。4.支撑单层厂房的支撑包括屋盖支撑和柱间支撑两种，其主要作用是加强厂房结构的空间刚度和整体性，保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全，同时起着把风荷载、吊车水平荷载或水平地震作用传递到相应承重构件上。1.2单层工业厂房的结构组成第12章钢筋混凝土单层工业厂房11/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点5.基础基础承受排架柱和基础梁传来的荷载，并将它们传至地基。6.围护结构围护结构由外墙、连接梁、抗风柱、基础梁等构件组成。外墙一般起围护作用，连系梁和基础梁在厂房纵向起联系作用，提高厂房的纵向稳定性和刚度。这些构件所承受的荷载，主要是墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载。厂房两端的山墙，迎风面比较大，常常需设置抗风柱将墙面风荷载传给屋盖和基础。1.2单层工业厂房的结构组成第12章钢筋混凝土单层工业厂房12/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点配筋式钢筋混凝土单层厂房结构是由横向排架和纵向排架组成的空间结构体系来共同承受各种荷载的，按实际厂房的空间结构进行内力分析是非常复杂的。目前，在设计中都是采用简化的计算方法，按横向平面排架和纵向平面排架分布计算，即假定作用在某一平面排架上的荷载，完全由该排架承担，不考虑对其他结构构件影响。1.3单层工业厂房结构的受力特点第12章钢筋混凝土单层工业厂房13/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点1.横向平面排架横向平面排架有横梁（屋架或屋面梁）、横向柱列和基础组成，是厂房的基本承重结构。厂房结构承受的竖向荷载、横向水平荷载以及横向水平地震作用都是由横向平面排架承担并传给地基，如图所示。1.3单层工业厂房结构的受力特点第12章钢筋混凝土单层工业厂房14/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点2.纵向平面排架纵向平面排架有纵向柱列、连系梁、吊车梁、柱间支撑和基础组成，其起作用是保证厂房的纵向稳定性和刚性，并承受作用在山墙、天窗端壁以及通过屋盖结构传来的纵向风荷载、吊车纵向水平荷载等，并将其传给地基，如图所示。此外，纵向平面排架还承受纵向水平地震作用及温度应力等。1.3单层工业厂房结构的受力特点第12章钢筋混凝土单层工业厂房15/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点3.单层工业厂房结构的荷载单层厂房结构在施工和生产使用期间所承受的主要荷载为：（1）恒载。各种结构构件、围护结构的自重，各种建筑构造层的重量等；（2）吊车竖向荷载。吊车起吊重物在厂房内运行时的移动集中荷载；（3）吊车纵、横向水平制动力。吊车起吊重物时，启动或制动时所产生的水平荷载；（4）风荷载。根据基本风压、风荷载体型系数和风压高度变化系数算得的，作用在厂房各部分表面上的风压（吸）力；1.3单层工业厂房结构的受力特点第12章钢筋混凝土单层工业厂房16/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点3.单层工业厂房结构的荷载单层厂房结构在施工和生产使用期间所承受的主要荷载为：（5）雪荷载。根据基本雪压、屋面积雪分布系数算得的，作用在厂房屋面上的积雪重量；（6）施工荷载。施工或检修期间作用的荷载；（7）地震作用。地震时作用在厂房结构上的惯性力；（8）其他荷载。如设备工作平台施加于厂房结构的荷载，管道荷载及热加工车间的积灰荷载等。1.3单层工业厂房结构的受力特点第12章钢筋混凝土单层工业厂房17/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点3.单层工业厂房结构的荷载在这些荷载中，恒载、吊车荷载（竖向荷载和横向水平制动力）和风荷载对结构构件内力的影响比较大，在设计时要予以重视。上述主要荷载作用于厂房的位置和方向如图所示。1.3单层工业厂房结构的受力特点第12章钢筋混凝土单层工业厂房18/1451.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点4.单层工业厂房结构的传力路径弄清厂房结构构件间的传力关系，是进行结构受力分析的前提，如图所示的荷载传力路径，表达了常见排架结构构件之间的承力、传力关系。由荷载的传力路径可以看出，作用在厂房结构上的大部分荷载（屋盖上的竖向荷载，吊车的竖向荷载和横向水平荷载，横向风荷载或横向地震作用，部分墙体和墙梁的自重以及柱上的设备等荷载）都传递给排架柱，再由柱传至基础及地基的，因此，屋架、吊车梁、柱和基础是单层厂房的主要承重构件。1.3单层工业厂房结构的受力特点第12章钢筋混凝土单层工业厂房19/1452.单层工业厂房的结构布置单层厂房设计时，根据其生产特点、构造要求、具体情况（跨度、高度及吊车起重量等），以及当地材料供应、施工条件、技术经济指标等综合因素考虑，处理好工业厂房的结构布置及主要构件的选型事宜。一般情况下，单层厂房的结构布置主要包括屋面结构、柱及柱间支撑、吊车梁、基础及基础梁等结构构件的布置。同时，结合各种构件的国家标准图集，合理地进行结构构件的类型选择。第12章钢筋混凝土单层工业厂房20/1452.单层工业厂房的结构布置厂房承载柱的纵向和横向定位轴线，在平面上排列所形成的网格，称为柱网。柱网布置就是确定柱子纵向定位轴线之间的距离（跨度）和横向定位轴线之间的距离（柱距）。确定柱网尺寸，既是确定柱的位置，同时也是确定屋面板、屋架（屋面梁）、吊车梁等构件的跨度，同时也涉及到厂房其他结构构件的布置。柱网布置恰当与否，将直接影响工业厂房结构的经济合理性、生产使用性及施工速度。柱网布置的一般原则是：在符合《厂房建筑模数协调标准》有关规定和要求的前提下，做到建筑平面和结构方案既经济合理；又满足生产和使用要求；厂房结构形式和施工方法既先进合理，又能适合生产发展和技术革新的要求。2.1柱网布置第12章钢筋混凝土单层工业厂房21/1452.单层工业厂房的结构布置厂房跨度在18m及以下时，应采用扩大模数30M数列；在18m以上时，应采用扩大模数60M数列；厂房柱距应采用扩大模数60M数列，如图12-7所示。当工艺布置和技术经济有明显的优越性时，工业厂房柱距也可采用扩大模数30M数列或其他数值。2.1柱网布置第12章钢筋混凝土单层工业厂房22/1452.单层工业厂房的结构布置目前，工业厂房特别是高度较低的厂房，大多采用6m柱距，因为从经济指标、材料消耗、施工条件等方面综合比较衡量，6m柱距优于12m柱距。但从现在工业发展趋势来看，扩大柱距可以增加车间的有效面积，提高设备布置的灵活性，加快施工进度。在大、小车间相结合时，6m柱距和12m柱距可以配合使用。2.1柱网布置第12章钢筋混凝土单层工业厂房23/1452.单层工业厂房的结构布置2.2变形缝的设置变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。1.伸缩缝。如果厂房长度和宽度过大，当温度变化时，会引起墙面、屋面及其他结构构件的热涨伸缩，从而产生很大的温度应力，严重时会将这些结构构件拉裂，影响正常使用。为了减少结构中温度的应力，可设置伸缩缝将厂房结构分成若干温度区段。温度区段的长度（即伸缩缝之间的距离）取决于结构类型和温度变化情况。《规范》对混凝土结构伸缩缝的最大距离作了规定，见表。超过规定或对厂房有特殊要求时，应进行温度应力验算。伸缩缝应从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结构完全断开，并留出一定宽度的缝隙，使温度变化时上部结构可自由伸缩，从而减少温度应力，不致引起房屋开裂。第12章钢筋混凝土单层工业厂房24/1452.单层工业厂房的结构布置变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。1.伸缩缝。伸缩缝的做法有双柱式和单柱滚轴式，如图所示，双柱式用于沿横向设置的伸缩缝，而单柱滚轴式用于沿纵向设置的伸缩缝。2.2变形缝的设置第12章钢筋混凝土单层工业厂房25/1452.单层工业厂房的结构布置2.沉降缝为了避免