3单层厂房排架结构设计ppt

2014级建筑工程技术专业专业必修课课程代码：JXZ21020混凝土结构设计主讲:张毅二零一七年三月单层厂房排架结构设计项目10单层厂房排架结构◎了解单层厂房排架结构的概念极其结构分类。◎了解单层工业厂房排架结构的组成。◎掌握单层工业厂房排架结构的结构布置及其原则。◎了解单层厂房结构主要构件的结构形式，能够选择合适的构件形式。任务10,1概述10.1.1单层厂房的特点单层厂房是为工业生产服务的，常用于重工业生产中的炼钢、铸造、装配、机修、金工车间和轻工业生产中的纺织车间。这些车间的产品外形尺寸较大，从结构上讲，单层厂房的荷载、跨度和高度都较大，而且还常受动力荷载（如吊车荷载、动力机械设备荷载）的作用。厂房的构件内力大、截面大。单层工业厂房能提供一个大的室内空间，且厂房中一般配有水平和垂直运输工具，因此在工业建筑中得到广泛的应用。单层厂房具有如下特点：(1)可以充分利用地基承载力，在地面上放置较重的或有较大振动的机器；(2)可以设置天窗，用以天然采光和自然通风；(3)扩建、改建比较方便；(4)构件标准化，具有装配式房屋的共性；(5)占地面积大。10.1.2单层厂房的结构分类单层厂房的结构按结构形式分为排架结构和刚架结构两种。排架结构由屋架或屋面梁、柱和基础组成。排架结构柱的上部与屋架（屋面梁）铰接，下部与基础顶面为固接。随着生产工艺及使用要求的不同，排架结构可设计成等高或不等高、单跨或多跨和锯齿形等各种形式(见图10-1)。刚架结构也是由横梁、柱和基础所组成的。与排架结构不同的是，刚架的梁与柱为刚接而柱与基础铰接(见图10-2)。门式刚架种类很多，目前在单层厂房中用得较多的是两铰和三铰两种形式。图10-1排架结构类型图10-2钢筋混凝土门式刚架任务10,2单层厂房的结构组成布置与受力特点10.2.1单层厂房排架结构的组成单层厂房排架结构通常由下列1～15结构构件组成(见图10-3)。图10-3单层厂房结构组成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11.屋盖系统单层厂房的屋盖结构可分为有檩体系（见图10-4）和无檩体系(见图10-5)。有檩体系是小型屋面板铺到檩条上，檩条置于屋架上；而无檩体系是大型屋面板直接铺设在屋架上。屋盖结构包括下列构件：(1)屋面板。屋面板具有承重和围护双重作用，承受屋面上的永久荷载和可变荷载。(2)天窗架。天窗架承受天窗上的荷载，同时将荷载传给屋架。(3)檩条（有檩体系用）。檩条可承受小型屋面板传来的荷载。(4)屋架（屋面大梁）。屋架承受屋盖的全部荷载，并将其传给柱子。(5)托架。有时为满足工艺要求需抽柱时，用托架来支承屋架。图10-4有檩体系图10-5无檩体系2．吊车梁吊车梁支承在排架柱的牛腿上，沿厂房纵向布置，是厂房的纵向连系构件之一。它承受竖向吊车荷载和纵、横向水平制动力并传递荷载给柱子，同时对保证厂房的纵向刚度和稳定性起着重要作用。3．柱(1)排架柱。排架柱承受屋盖、吊车梁、墙传来的竖向荷载和水平荷载，并将荷载传给基础。(2)抗风柱。抗风柱传来的风荷载，并将荷载传给屋盖结构和基础。4．支撑支撑包括屋盖支撑和柱间支撑。其作用是加强厂房结构空间刚度，承受并传递各种水平荷载。5．基础基础承受柱和基础梁传来的荷载，并传至地基。6．围护结构围护结构包括外纵墙和山墙、抗风柱、连系梁和基础梁等。其中外纵墙和山墙承受风荷载，并传给柱子；抗风柱承受山墙风荷载并传给屋盖或地基；连系梁和基础梁承受外纵墙和山墙自重。10.2.2单层厂房的受力特点单层厂房是由许多结构构件相互连接而成的空间结构，为简化计算，一般将厂房结构分成横向排架和纵向排架。横向排架由屋架（或屋面梁）、柱和基础组成，承受厂房的主要荷载（包括屋盖荷载、吊车荷载、纵向风荷载和纵墙自重）如图10-6所示。图10-6横向排架及荷载纵向排架由屋面板、吊车梁、纵向柱列及柱间支撑等组成，如图10-7所示。单层工业厂房荷载传递路线如图10-8所示。10.2.3柱网布置、变形缝设置10.2.3.1柱网布置厂房承重柱或墙的定位轴线在平面上形成的有规律的网格称为柱网。柱网布置就是确定纵向定位轴线之间的尺寸（跨度）和横向定位轴线之间的尺寸（柱距），如图10-9所示。跨度是指房纵向定位轴线之间的尺寸；柱距是指厂房横向定位轴线之间的尺寸。图10-8荷载的传递路线柱网布置的原则一般为符合生产和使用要求；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；适应生产发展和技术革新的要求。此外，还应满足数制的要求。图10-9柱网定位轴线图10.2.3,2变形缝变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。1．伸缩缝伸缩缝的作用是减小厂房的温度应力。如果单层厂房的长度或宽度过大，当气温变化时，厂房的地上部分要热胀冷缩，埋在地下的部分受温度变化的影响很小，基本上不产生变形，结构类型施工方法最大间距结构类型施工方法最大间距排架结构装配式100(室内)框架结构现浇55(室内)70(露天时)剪力墙结构现浇45(室内这样就使暴露在大气中的部分伸缩受到限制，在结构内部（指柱、墙、纵向吊车梁、联系梁内部）产生温度应力，严重时可使墙面、屋面、纵梁拉裂，使柱的承载能力降低。为此，可设置伸缩缝将厂房结构分为若干个温度区段，使各个区段内温度应力不至过大，如图10-10所示。《混凝土结构设计规范》对钢筋混凝土结构伸缩缝的最大距离做了规定，见表10-1。表10-1伸缩缝的最大间距(mm)伸缩缝的做法是，从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结构和建筑全部分开，并留有一定的宽度。伸缩缝处应采用双排柱、双屋架（屋面梁），伸缩缝处双柱基础可不分开，做成连在一起的双杯口基础。伸缩缝的构造如图10-11所示。2．沉降缝沉降缝的作用是避免不均匀沉降产生的影响，在单层厂房中一般不需设置。在有些情况下，为避免厂房因基础不均匀沉降而引起开裂和损坏，需在适当部位用沉降缝将厂房划分为若干刚度较一致的单元。如厂房相邻两部分高度相差很大（如10m以上）；两跨间吊车吨位相差悬殊；地基承载力或下卧层土质有较大差别；厂房各部分的施工时间先后相差很大；地基土的压缩程度不同等情况。沉降缝的做法是，将建筑物从基础到屋顶全部分开，使两边成为完全独立的结构，以使在缝两边发生不同沉降时不至损坏整个建筑物。沉降缝可兼作伸缩缝，但伸缩缝不能兼作沉降缝。3．防震缝防震缝是为了减少厂房震害而采取的措施之一，是防止地震时水平振动、房屋相互碰撞而设置的隔离缝。当厂房平、立面布置复杂、结构高度或刚度相差很大，以及在厂房侧边贴建有生活间、变电所、炉子间等房屋时，应设置防震缝，将相邻两部分房屋分开。防震缝的宽度在厂房纵横跨交接处可采用100～150mm，其他情况可采用50～90mm。10.2.4支撑的种类和布置支撑体系的作用是加强厂房结构的空间刚度，使厂房结构形成整体；保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全；传递风荷载、吊车刹车力等水平荷载。支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑两大部分。10.2.4.1屋盖支撑屋盖支撑包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、天窗架支撑、垂直支撑和水平系杆。1．上弦横向水平支撑(1)上弦横向水平支撑的作用。上弦横向水平支撑可以保证屋架上弦的侧向稳定，增强屋盖刚度，将抗风柱传来的风荷载传至纵向柱列。(2)上弦横向水平支撑的布置原则。当无檩体系屋盖采用大型屋面板，并与屋架上弦间至少有三点焊接，且无天窗时，可不设上弦横向支撑。否则，应在伸缩缝区段两端（第一或第二柱间）各设一道上弦横向支撑，如图10-12所示。上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其最大间距为60m，否则在中间应增设一道或几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。2．下弦横向水平支撑(1)下弦横向水平支撑的作用。下弦横向水平支撑可以保证屋架下弦侧向稳定，将作用在屋架下弦的纵向水平力传至纵向排架柱。(2)下弦横向水平支撑的布置原则。当屋架的下弦设有悬挂吊车，或山墙抗风柱与屋架下弦相连，或厂房吊车起重量大、振动荷载大时，均应设置下弦横向水平支撑，如图10-13所示。图10-12上弦横向水平支撑图10-13下弦横向水平支撑3.下弦纵向水平支撑(1)下弦纵向水平支撑的作用。下弦纵向水平支撑可以增强屋盖的侧向刚度，保证横向水平荷载的纵向分布，增强横向排架的空间工作。(2)下弦纵向水平支撑的布置原则。有托架时必须设置下弦纵向水平支撑；若同时设置屋架下弦横向及纵向水平支撑时，尽可能形成封闭的支撑系统，如图10-14所示。图10-14纵向水平支撑4．垂直支撑及水平系杆(1)垂直支撑及水平系杆的作用。垂直支撑可以保证屋架的整体稳定、防止倾覆：上弦水平系杆可以保证屋架上弦的侧向稳定、防止局部失稳；下弦水平系杆可防止由吊车或其他振动影响产生的下弦侧向颤动，如图10-15所示。(2)垂直支撑及水平系杆的布置原则。1)屋架的垂直支撑应与上、下弦横向水平支撑设置在同一柱间。2)当屋架跨度大于18m时，伸缩缝区段两端（第一或第二柱间）设一道跨中垂直支撑，3)当屋架跨度大于30m时，间距为6m时，应在屋架跨度的1/3左右节点处设置两道垂直支撑和水平系杆。10.2.4.2柱间支撑1.柱间支撑的作用柱间支撑的作用是保证厂房的纵向刚度和稳定性，吊车纵向制动力和山墙纵向风荷载及纵向地震力经屋盖系统传递到纵向柱列上去。2．柱间支撑的布置原则柱间支撑布置位置。柱间支撑一般设置在温度区段的中央或临近中央的柱间，下柱柱间中部，如图10-16所示。凡属下列情况之一的一般厂房需设置柱间支撑：(1)设有重级工作制吊车或中轻级工作制吊车，起重量大于等于10t时；(2)厂房跨度大于等于18m，或柱高大于、等于8m时；(3)纵向柱的总数在7根以下；(4)设有3t及3t以上悬挂吊车时；。任务10.3单层厂房结构主要构件选型10.3.1单层厂房结构构件选型方法工业厂房结构构件标准图集有三类：经国家有关部委审定的全国通用标准图集，适用于全国各地；经某地区或某工业部门审定的通用图集，适用于该地区或该部门所属单位；经某设计单位审定的定。型图集适用于该单位。这些图集一般包括设计和施工说明、构件选用表、结构布置图、连接大样图、模板图、配筋图、预埋件详图、钢筋及钢材用量表等几个部分，均属结构施工图范畴。10.3.2屋面构件选型10.3.2.1无檩体系屋面构件无檩体系采用大型屋面板，适用于大中型单层厂房。各种无檩体系屋盖的类型、特点、尺寸、允许均布荷载及适用条件如表10~2所示。10.3.2,2有檩体系屋面板有檩体系屋面板类型、尺寸、特点及适用条件如表10-3所示。10.3.2.3檩条檩条与屋架上弦的连接一般采用焊接。钢筋混凝土檩条类型、跨度等如表10-4所示。10.3.3屋架选型屋架或屋面梁直接承受屋面荷载；有些厂房的屋架（或屋面梁）还承受悬挂吊车、管道或其他工艺设备及天窗架等荷载，并和屋盖支撑系统一起，保证屋盖水平和垂直方向的刚度和稳定性。目前常用的钢筋混凝土屋架的形式及其适用条件如表10—5所示。10．3．4吊车梁选型吊车粱是有吊车厂房的重要承重构件，它直接承受吊车起重、运行、制动时产生的各种往复移动荷载。为此吊车梁除了要满足一般梁的强度、抗裂度、刚度等要求外，还要满足疲劳强度的要求。同时，吊车梁还传递厂房纵向荷载（如山墙上的风荷载）。吊车梁的选用一般按吊车的起重能力、跨度和吊车工作制的不同，可采用不同形式。常用钢筋混凝土吊车梁如表10-6所示。10.3.5常用柱选型柱主要承受屋盖和吊车梁等竖向荷载、风荷载及吊车产生的纵向和横向水平荷载，有时还承受墙体、管道设备等荷载。所以柱应具有足够的抗压和抗弯能力。柱的类型如图10-17所示。图10-17柱的截面形式(a)矩形截面柱；(b)工字形截面柱；(c)平腹杆双肢柱；(d)斜腹杆双肢柱10.3.6基础选型基础支