钢筋混凝土结构单层厂房教案

9钢筋混凝土结构单层厂房本章主要介绍单层厂房的类型、结构组成、受力特点、支撑体系以及主要构件的类型。要求了解单层工业厂房的类型及其受力特点，单层工业厂房主要构件的类型及其特点，以及支撑的布置原则；掌握单层厂房结构的组成及其作用，支撑体系的种本章提要根据不同使用要求，工业厂房可设计为单层厂房和多层厂房。按承重结构材料的不同，工业厂房可分为钢筋混凝土结构厂房、钢结构厂房、混合结构厂房。钢筋混凝土结构单层厂房按主要承重结构形式分为排架结构和刚架结构，如图9.1所示。排架结构由屋架（或屋面梁）、柱、基础组成，其中柱与基础刚接，而屋架（或屋面梁）与柱铰接。排架结构按所用材料的不同分为钢屋架与钢筋混凝土柱组成的排架结构、钢筋混凝土排架结构。刚架结构是指梁或屋架与柱刚性连接的结构。常用的刚架结构有钢筋混凝土门式刚架结构和钢框架结构。图9.1钢筋混凝土单层厂房结构的基本类型本章内容9.1单层厂房的结构组成及受力特点9.2单层厂房的支撑体系9.3主要构件的类型及与柱的连接9.1单层厂房的结构组成及受力特点钢筋混凝土排架结构单层厂房通常由屋面板、屋架（或屋面梁）、吊车梁、连系梁、柱和基础等构件组成，如图9.2所示。其中，横向柱列、屋架（或屋面梁）、柱基等构件组成横向承重体系，称为横向排架；纵向柱列、吊车梁、连系梁、柱间支撑、柱基等构件组成纵向承重体系，称为纵向排架。(1)屋盖结构屋盖结构由以下构件组成：屋面板、天窗架、屋架（或屋面梁）、托架。屋盖结构分为有檩体系和无檩体系两种。大型屋面板直接支承（焊接）在屋架或屋面梁上称为无檩体系，而小型屋面板（瓦材）支承在檩条上，檩条又支承在屋架上，称为有檩体系。屋盖的主要作用是承受屋面荷载、雪荷载、积灰荷载、(2)横向排架横向排架是主要承重结构，主要承受竖向荷载（结构自重、屋面活荷载、竖向吊车荷载等）和横向水平力（风荷载、吊车横向制动力、地震作用），如图9.3(3)纵向排架纵向排架一方面承受着纵向水平荷载（屋盖结构传来纵向风荷载、吊车纵向制动力、纵向水平地震力等），另一方面还起着保证结构纵向刚度和稳定的作用，如图9.4。(4)主要承受吊车荷载（包括竖向荷载、横向和纵向水平荷载），并通过牛腿把它传给横向排架或纵(5)包括柱间支撑和屋盖支撑，其主要作用是加强结构的空间刚度和稳定性，同时传递风荷载、吊车(6)连系梁、基础梁和抗风柱连系梁和基础梁一方面承受外墙的荷载，另一方面也起着形成纵向排架的作用。设置在山墙的抗风柱主要作用是将山墙上的风荷载传递给屋盖和基(7)基础承受排架以及基础梁传来的荷载，并将这单层厂房所受的荷载及其传递路线如图9.5图9.2图9.3单层厂房横向平面排架及其荷载示意图图9.4纵向平面排架结构示意图图9.5单层厂房的荷载传递路线9.2单层厂房的支撑体系在装配式单层厂房结构中，支撑不是主要承重构件，但却是联系各主要承重构件以构成整体厂房空间结构的重要组成部分，对厂房的刚度和稳定性起着很重要的作用。支撑的作用是：使厂房形成空间骨架，保证厂房的空间刚度；保证结构构件的稳定；传递水平荷包括屋架上弦、下弦横向水平支撑，屋架纵向水平支撑，垂直支撑和水平系杆(1)屋架垂直支撑及水平系杆屋架垂直支撑是指两个屋架之间沿纵向设置在竖向平面内的支撑，水平系杆是指两个屋架之间沿纵向设置的水平杆，如图9.6。屋架垂直支撑和水平系杆的作用是保证屋架在安装和使用阶段的侧向稳定，增加厂房的整体刚度。9.2.1屋盖支撑①当屋架跨度小于18m，且无天窗时，可不设垂直支撑和水平系杆，有天窗时，可在屋架节点处设置一道水平系杆；当屋架跨度大于18m且不超过30m时，应在屋架跨中设置一道垂直支撑和水平系杆，垂直支撑布置在厂房端部以及伸缩缝的第一或第二柱间，如果不是三角形屋架而是梯形屋架，在支座处也应布置垂直支撑，如图9.6(a)②当屋架跨度大于30m，除按照18～30m跨度布置外，还应在屋架跨度1／3左右节点处设置两道垂直支撑和水平系杆，如图9.6(b)水平系杆布置原则：当采用大型屋面板时，应在未设置支撑的屋架间相应于布置垂直支撑平面的屋架下弦和屋架上弦节点处设置通长的水平系杆。如果为有檩体系，上弦节点处的水平系杆可用檩条代替，仅在下弦设置，如图9.7(3)屋架下弦横向水平支撑屋架下弦横向水平支撑的作用是：将作用在屋架下弦的纵向水平力传递给纵向排架柱，保证屋架当屋架下弦设有悬挂吊车或山墙抗风柱与屋架下弦连接，或吊车吨位大、振动荷载大时，均应设置屋架下弦横向水平支撑，如图9.8(4)屋架纵向水平支撑常设置在屋架下弦的端部节间，并与下弦横向水平支撑组成封闭的支撑体系（图9.8），以利于增强厂房的整体性。当厂房设有托架或50kN以上的壁行吊车，或吊车吨位大、振动当屋盖结构中设有托架，且没有保证托架上弦稳定的特殊结构措施时，应沿托架的一侧设置下弦纵向水平支撑，如图9.9(5)天窗架支撑天窗架支撑的作用是保证天窗架平面外的稳定性，以将天窗端壁的水平风荷载传递给屋架。天窗架支撑应尽可能与屋架上弦支撑布置在同一柱间，如图9.10。图9.6垂直支撑和水平系杆的布置（a）跨度大于18m小于30m；(b)跨度大于30m图9.6垂直支撑和水平系杆的布置（a）跨度大于18m小于30m；(b)跨度大于30m图9.6垂直支撑和水平系杆的布置（a）跨度大于18m小于30m；(b)跨度大于30m图9.7上弦横向水平支撑(a)有天窗时；（b）无天窗时图9.8屋架下弦水平支撑图9.8屋架下弦水平支撑图9.9托架的下弦纵向水平支撑图9.10天窗架支撑图柱间支撑按位置分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑。前者的作用是抵抗山墙传来的风荷载；后者的作用是承受上部支撑传来的力和吊车的纵向制动力。柱间支撑还起着增强厂房的纵向刚度和稳定性柱间支撑应布置在厂房伸缩缝区段的中部，以减少温度应力，上柱柱间支撑可设置在厂房两端的第一柱间，以便直接传递山墙传来的荷载，如图9.11。9.2.2柱间支撑非地震区的单层厂房，当属下列情况之一时，(1)设有悬臂式吊车，或30kN及以上的悬挂式吊(2)设有重级工作制吊车，或设有中、轻级工作制吊车，其起重量均在100kN(3)厂房的跨度在18m及以上，或柱高在8m以上；(4)厂房纵向列柱在7(5)露天吊车栈桥的柱列。图9.11柱间支撑布置9.3主要构件的类型及与柱的连接(1)屋面板单层厂房常用的屋面板类型和特点见表9.1。其中第1～3种适用于无檩体系屋盖；第4、5种适用于有檩体系屋盖，需配合表9.2的檩条使用。檩条的作用是支撑小型屋面板并把屋面板上的荷载传递到屋架。常见的檩条类型见表9.2。9.3.1主要构件的类型(2)屋架与屋面梁屋架和屋面梁是厂房结构最主要的承重构件之一，常用的屋架形式、跨度、特点及适用条件见表9.3。(3)吊车梁吊车梁是厂房结构中承受吊车荷载的构件，常用的吊车梁及适用条件见表9.4(4)柱柱是单层工业厂房中主要的承重构件，其常用截面形式有矩形截面、工字形截面以及双肢柱截面等，见图9.12。矩形柱外形简单，施工方便，但自重大，浪费材料，仅用于一般小型厂房或上柱，截面高度小于500mm；工字形柱受力合理，节省材料，自重较轻，广泛用于各类中型厂房，截面高度为600～1200mm；双肢柱较工字形柱更节省材料，适用于重型厂房。(5)单层厂房常用柱下独立基础（图9.13），这种基础分为阶形和锥形两种形式。由于其与预制柱的连接部分做成杯口，故也称为杯口基础。由于地质条件的影响，需要基础深埋，但为了方便施工，要求柱子有统一的长度，为此，需将杯口升高，形成高杯口基础。高杯口基础由杯口、短柱、底板组成。当上部荷载较大、地基承载力较低或地质条件不好时，也常采用柱下条形基础或桩基础，如图9.14所示表9.1屋面板类型表表9.2钢筋混凝土檩条类型表9.3钢筋混凝土屋架类型表9.4钢筋混凝土吊车梁类型图9.12（a）矩形截面柱；(b)工字形截面柱；(c)平腹杆双肢柱；(d)图9.13（a）阶形基础；（b）锥形基础；（c）高杯口基础图9.14桩基础(1)屋架与柱的连接方法有焊接和螺栓连接两种，如图9.15。焊接法是在屋架（或屋面梁）端部支承部位的预埋件底部焊上一块垫板，待屋架（或屋面梁）端部就位矫正后，与柱预埋钢板焊接牢固。螺栓连接方式是在柱顶伸出预埋螺栓，在屋架（或屋面梁）端部支承部位焊上带有缺口的支承钢9.3.2构件与柱的连接(2)吊车梁与柱的连接，多采用焊接。为承受吊车横向水平刹车力，吊车梁上翼缘与柱间用钢板或角钢焊接；为承受吊车梁竖向压力，吊车梁底部安装前应焊接上一块垫板（或称支承钢板）与柱牛腿顶面预埋钢板焊牢，如图9.16所示。吊车梁的对头空隙，吊车梁与柱之间的空隙均须用C20(3)抗风柱与屋架的连接抗风柱与屋架之间一般采用有一定刚度的弹簧板连接（图9.17(a)），同时屋架与抗风柱间应留有不小于150mm的空隙。若厂房沉降较大时，则宜采用螺栓连接方式（图9.17(b)）。一般情况下抗风柱顶与屋架上弦连接；当屋架设有下弦横向水平支撑时，(4)连系梁与柱的连接连系梁是柱与柱之间在纵向的水平连系构件。连系梁分为非承重和承重两种情况。非承重连系梁一般用螺栓或钢筋与柱连接，而不将其放在柱的牛腿上，承重连系梁应搁置在牛腿上用焊接或螺栓连接，如图9.18所示图9.15（a）焊接；（b）螺栓连接图9.16吊车梁与柱的连接图9.17抗风柱与屋架的连接图9.18连系梁与柱的连接