15、单层工业厂房构造

第2章单层工业厂房结构设计本章重点：熟悉单层工业厂房结构的选型与结构布置方法；掌握钢筋混凝土排架的结构分析方法（计算简图、荷载与内力计算方法）、内力组合原则及柱的截面设计方法；熟悉排架柱、牛腿、柱下独立基础的配筋构造要求。结构类型和结构体系单厂的结构构件选型与支撑布置铰接排架的内力分析与组合单厂排架柱设计牛腿设计柱下单独基础设计单层厂房的特点：单厂结构的跨度大、高度大、荷载大、内力大、截面尺寸大常承受动力荷载隔墙少，柱是承受屋盖荷载、墙体荷载、吊车荷载以及地震荷载的主要构件按承重结构的材料分砌体混合结构（无吊车或Q50kN，l15m，柱顶标高不超过8m）；钢筋混凝土结构钢结构（重型吊车Q1500kN，l36m）按外形分：单跨与多跨、等高与不等高、单层与多层；按结构体系分：排架、刚架2.1结构类型和结构体系排架结构：由屋面梁或屋架、柱和基础组成。排架的柱与屋架铰接而与基础刚接。根据材料不同可分为：钢-钢筋混凝土排架、钢筋混凝土-砖排架、钢筋混凝土排架。刚架结构：柱与屋架（梁）刚接而与基础常为铰接。有折线形门式刚架、拱形门式刚架；三铰式、两铰式。简单轻巧，但刚度较差，适用于无吊车或吊车吨位不大于100kN、跨度不超过18m的轻型厂房。2.2结构组成及荷载传递1.屋面板2.天沟板3.天窗架4.屋架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.屋架下弦横向水平支撑14.屋架端部垂直支撑15.柱间支撑结构组成屋盖结构横向平面排架纵向平面排架围护结构承重结构围护结构1、屋盖结构有檩、无檩体系。多用无檩体系。组成：屋面板、檩条、屋面梁或屋架、天窗架、支撑、托架作用：承重、围护，与支撑体系将纵横向平面排架连接成整体并传递荷载荷载：屋面活荷载、雪荷载、自重等2、横向平面排架由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面骨架，是厂房的基本承重结构。厂房承受的竖向荷载（自重、屋面活荷载、雪荷载和吊车竖向荷载等）及横向水平荷载（风、地震、水平制动）主要通过横向平面排架传至基础及地基。横向平面排架上竖向荷载的传力途径吊车竖向荷载屋面荷载天窗架屋面板屋架吊车梁柱连系梁纵墙自重基础基础梁地基横向平面排架上横向水平荷载的传力途径天窗架屋架吊车横向水平荷载吊车梁柱纵墙基础地基横向风荷载屋面板横向水平地震作用3、纵向平面排架由连系梁、吊车梁、纵向柱列、柱间支撑和基础等构件组成的纵向平面骨架。作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，承受吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、以及作用在山墙传来的纵向风荷载等。纵向柱列柱子数量较多，并有吊车梁，连系梁，柱间支撑等，故杆件内力不大，不考虑地震作用时，一般可不进行纵向平面排架计算。纵向水平荷载传力途径4、围护结构组成：纵墙、山墙、横墙、墙梁、抗风柱、连系梁、基础梁等。作用：围护和承重。主要承受墙体和构件的自重以及作用在墙面的风载。厂房结构的设计步骤一个建设项目的设计，一般包括工艺设计、建筑设计、结构设计和设备设计（如水、暖、电等）等几方面。就单层厂房结构设计而言，可分为方案设计、技术设计和施工图绘制等三个阶段。方案设计阶段确定柱网布置等平面问题——确定结构形式、标高等剖面问题进行结构构件选型、初估尺寸技术设计阶段——确定结构计算简图荷载计算及排架内力分析结构构件（柱、基础等）设计施工图阶段——结构布置图（屋面、柱、基础等）构件布置与配筋图节点大样图2.3结构布置2.3.1厂房平面布置2.3.2厂房支撑布置2.3.3围护结构布置2.3.1厂房平面布置1、柱网布置2、变形缝1、柱网布置横向定位轴线——定柱距、屋面板跨、吊车梁跨。即吊车梁、连系梁、基础梁、屋面板及外墙板等一系列纵向构件的标志长度（实际尺寸+构造尺寸）。纵向定位轴线——定跨度，即屋架的标志长度。为设计标准化、生产工业化、施工机械化，通常有：柱距一般用6m或6m的倍数（局部抽柱）。个别采用9m柱距。跨度在18m以下的，采用3m的倍数；18m以上的采用6m的倍数。必要时采用21m，27m，33m。横向定位轴线与柱的关系在厂房端部与山墙内边缘重合，须将山墙内侧第一排柱中心内移600mm；伸缩缝两边的柱中心线向两边移动600mm。目的是使端屋架和山墙抗风柱的位置不发生冲突。联系尺寸插入距封闭轴线非封闭轴线（有联系尺寸）d)非封闭轴线（有插入距）纵向定位轴线与边柱的关系柱距6m，无吊车或Q20t时，用封闭轴线。柱距6m、20tQ32t时，采用非封闭轴线，D=125mm；柱距12m或Q50t时，采用非封闭轴线，D=250、500mm纵向定位轴线与中柱的关系联系尺寸插入距封闭轴线非封闭轴线（有联系尺寸）d)非封闭轴线（有插入距）等高跨：上柱中心线与纵向轴线重合高低跨：单柱（高跨Q20t，轴线在高跨柱边；若Q32T，两条轴线，高跨柱边向高跨纵轴线外移插入距A=D)双柱（Q20t，轴线分别在高低跨柱外侧边，中间相隔伸缩缝C和封墙厚度B；若高跨Q32T时，高跨柱边还应向高跨轴线外移D，中间相隔伸缩缝C和封墙厚度B以及D。吊车轨道中心至纵向定位轴线的距离为750mm。吊车上缘与屋架下弦净空要求不小于220mm。2、变形缝的布置伸缩缝为减小温度应力，从基顶开始将结构分为若干区段。横向伸缩缝采用双柱式、纵向伸缩缝采用滚轴式。最大间距为70m(露天),100m(室内或土中）沉降缝防止不均匀沉降，从基底到屋顶全部断开。一般不设。防震缝从基顶分开，缝宽为100~150mm2.3.2支撑的布置屋盖支撑：包括上弦横向水平支撑、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。柱间支撑：是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。支撑的作用：1、屋盖支撑屋架之间的垂直支撑和水平系杆：保证屋架侧向稳定。在第一或二柱间设垂直支撑。上、下弦横向水平支撑：保证上下弦的侧向稳定，并可靠传递纵向水平力至纵向排架。伸缩缝区间两端的第一二柱间。图下弦纵向水平支撑：设在下弦端部节间，与横向水平支撑形成封闭体系，并将横向水平力分散给横向排架。图上弦横向水平支撑作用：保证屋架上弦的侧向稳定性；增强屋盖的整体刚度；承受由山墙通过抗风柱传来的风荷载和其他纵向水平荷载，并传至厂房纵向柱列。位置：设在伸缩缝区间两端的第一二柱间。若大型屋面板与屋架连接质量能保证，可不设。位置：在伸缩缝区段两端的第一二柱间设置。当屋架下弦设有悬挂吊车，或厂房内有较大振动，或山墙风荷载通过抗风柱传至屋架下弦，应设。下弦横向水平支撑作用：防止屋架下弦侧向振动；将山墙风荷载及纵向水平荷载传至纵向柱列。下弦纵向水平支撑作用：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，加强排架间的协同工作能力；保证托架上弦的侧向稳定。位置：在屋架下弦端节间沿厂房纵向通长或局部设置一道；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。垂直支撑作用：保证屋架受荷后在平面外的稳定，防止侧向颤动；传递纵向水平力。位置：应与下弦横向水平支撑布置在同一柱间内（伸缩缝区段两端）。垂直支撑和水平系杆布置图水平系杆作用：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，减小压杆的计算长度；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。位置：在未设置垂直支撑的屋架间，在相应于垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节点处，设置通长的水平系杆。2、柱间支撑作用：保证厂房纵向排架的刚度和稳定。将纵向水平荷载传给基础。位置：上部支撑通常设在伸缩缝区段两端及中央或附近；下部支撑通常在伸缩缝区段中部和上柱支撑相对应的位置。柱间支撑在以下情况设置：（1）厂房内设置重级工作制吊车，或中、轻级工作制吊车起重量在10吨以上；（2）厂房跨度在18米及18米以上，或柱高在8米以上；（3）纵向柱的总数每排在7根以下；（4）设有3吨及3吨以上吊车；（5）露天吊车的柱列。支撑常见形式3、天窗架支撑作用：保证天窗架上弦的侧向稳定；将天窗端壁上的风荷载传给屋架。2.3.3围护结构布置1、抗风柱的布置2、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置1、抗风柱的布置抗风柱其外边缘与厂房横向封闭轴线重合，离屋架中心线600mm。为了避免抗风柱与端屋架相碰，应将抗风柱的上部截面高度适当减小，形成变截面柱。作用：将山墙分成几个区段，使风荷载一部分直接传给纵向柱列，另一部分经抗风柱上端通过屋盖传给纵向柱列，下端传给基础。设置方式：与基础刚接，与屋架下弦或同时与上下弦铰接，与屋架间可有相对竖向移动但水平方向应可靠连接。常采用弹簧板或长圆孔螺栓。抗风柱的布置2、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置砖砌体作围护墙时，要设圈梁、连系梁、过梁和基础梁。可结合在一起。圈梁的作用是将墙体与厂房柱箍在一起，加强刚度，防止不均匀沉降。连系梁的作用是连系纵向柱列，以增强纵向刚度，还承受其上的墙体的重力。过梁承担门窗洞口上部墙体的重力。基础梁承受围护墙体的重力。可不另做墙基础。基础梁的布置2.4构件选型与截面尺寸确定2.4.1屋盖结构构件2.4.2吊车梁2.4.3柱2.4.4基础主要承重构件有屋面板、屋架、吊车梁、柱、基础。屋面板、屋架、吊车梁及大部分构件均有标准图集。柱和基础一般需计算确定。2.4.1屋盖结构构件1、屋面板：无檩体系:常用预应力砼大型屋面板（1.5*6，3*9)。有檩体系：檩条、小型屋面板（槽瓦、波形大瓦等）2、屋面梁和屋架屋面梁有预应力混凝土单坡或双坡薄腹工形梁及空腹梁。屋架有拱式和桁架式。拱形与折线形屋架的杆件内力较均匀，腹杆内力很小，但拱形端部坡度大，不利于卷材防水屋面的施工，而折线形屋架弥补了这一缺点，应用广泛。3.天窗架和托架天窗架托架2.4.2吊车梁T形、工形。RC、PC。跨度一般为6m。吊车梁一般根据吊车的起重量、工作级别、台数、厂房的跨度和柱距等因素选用。吊车工作制频繁程度轻级A1~A3运行时间占全部生产时间不足15%中级A4、A5运行时间占全部生产时间在15-45%之间重级A6、A7运行时间占全部生产时间超过45%附表62.4.3柱常用形式有矩形、I形、管柱、双肢柱等采用双肢柱时采用工形或双肢柱时采用工形时采用矩形或工形时时采用矩形截面,1600,1500~1300,1200~900,800~600500mmhmmhmmhmmhmmh要求刚度及截面最小尺寸要求还应满足结构承载力的)(,2.4.4基础取决于上部结构荷载的性质、大小及工程地质条件。单层厂房常用预制柱下单独基础，称为杯口基础，有阶形和锥形基础。若基础深埋而为了使柱长一致可采用高杯口基础。若上部结构荷载很大，或地质条件差，为防止柱基的不均匀沉降，可采用条形基础；持力层很深时，可用桩基。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。构件代号屋面板：YWB；屋架：YWJ；空心板：YKB；槽形板：YCB；基础：J；基础梁：JL；支撑：ZC；过梁：GL；圈梁：QL；连系梁：LL