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混凝土结构设计DesignofConcreteStructure华中科技大学建筑工程系2013年第12章单层厂房第12章单层厂房结构本章主要内容及重点结构形式结构组成结构布置构件选型与截面设计横向排架结构内力分析柱的设计柱下独立基础设计横向排架结构内力分析柱的设计柱下独立基础设计主要内容：重点：第12章单层厂房结构12.1结构形式混合结构钢筋混凝土结构1.单层厂房的结构形式对无吊车或吊车吨位不超过5t、跨度在15m以内、柱顶标高不超过8m且无特殊工艺要求的小型厂房，可采用混合结构。对有重型吊车、跨度大于36m或有特殊工艺要求的大型厂房，可采用全钢结构或由钢筋混凝土柱与钢屋架组成的结构。————（1）按主要承重材料可分为：钢结构——除上述情况以外的单层厂房均可采用混凝土结构。而且除特殊情况之外，一般均采用装配式钢筋混凝土结构第12章单层厂房结构排架结构门式刚架结构（2）按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构12.1结构形式1.单层厂房的结构形式第12章单层厂房结构12.2结构组成1.结构组成单层厂房结构是由一些构件组成的一个复杂的空间受力体系，可将结构整体分为以下几个子结构体系:单层厂房结构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.柱间支撑第12章单层厂房结构12.2结构组成屋盖结构——有檩体系无檩体系——由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括有天窗架和托架等构件——由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成屋盖结构1.结构组成第12章单层厂房结构12.2结构组成——横向排架结构由横梁、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及横向水平荷载主要通过横向平面排架传至基础及地基横向平面排架组成及荷载图1.结构组成第12章单层厂房结构12.2结构组成——纵向排架结构由连系梁、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、温度应力以及作用在山墙及天窗架端壁并通过屋盖结构传来的纵向风荷载等围护结构——位于厂房的四周，包括纵墙、横墙（山墙）、抗风柱、连系梁、基础梁等构件。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纵向平面排架组成及荷载图1.结构组成第12章单层厂房结构12.2结构组成单层厂房结构中，纵向平面排架和横向平面排架间主要通过屋盖结构和支撑体系相连接而形成空间结构，各构件及其作用为单层厂房结构构件及其作用构件名称构件作用备注屋盖结构屋面板承受屋面构造层自重、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载以及施工荷载等，并将它们传给屋架（屋面梁），具有覆盖、围护和传递荷载的作用支撑在屋架（屋面梁）或檩条上天沟板屋面排水并承受屋面积水及天沟板上的构造层自重、施工荷载等，并将它们传给屋架天窗架形成天窗以便于采光和通风，承受其上屋面板传来的荷载及天窗上的风荷载等，并将它们传给屋架托架当柱距比屋架间距大时，用以支撑屋架，并将荷载传给柱1.结构组成第12章单层厂房结构12.2结构组成构件名称构件作用备注屋盖结构屋架或屋面梁与柱形成横向排架结构，承受屋盖上的全部竖向荷载，并将它们传给柱檩条支撑小型屋面板（或瓦材），承受屋面板传来的荷载，并将它们传给屋架有檩体系屋盖中采用柱排架柱承受屋盖结构、吊车梁、外墙、柱间支撑等传来的竖向和水平荷载，并将它们传给基础同时为横向排架和纵向排架中的构件抗风柱承受山墙传来的风荷载，并将它们传给屋盖结构和基础也是围护结构的一部分支撑体系屋盖支撑加强屋盖结构空间刚度，保证屋架的稳定，将风荷载传给排架结构柱间支撑加强厂房的纵向刚度和稳定性，承受并传递纵向水平荷载至排架柱或基础1.结构组成第12章单层厂房结构12.2结构组成构件名称构件作用备注围护结构外纵墙山墙厂房的围护构件，承受风荷载及其自重连系梁连系纵向柱列，增强厂房的纵向刚度，并将风荷载传递给纵向柱列，同时还承受其上部墙体的重量圈梁加强厂房的整体刚度，防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载引起的不利影响过梁承受门窗洞口上部墙体的重量，并将它们传给门窗两侧墙体基础梁承受围护墙体的重量，并将它们传给基础吊车梁承受吊车竖向和横向或纵向水平荷载，并将它们分别传给横向或纵向排架简支在柱牛腿上基础承受柱、基础梁传来的全部荷载，并将它们传给地基1.结构组成第12章单层厂房结构1.结构组成12.2结构组成第12章单层厂房结构工业设计要求方案设计阶段技术设计阶段施工图阶段确定柱网布置等平面问题1.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。——确定结构形式、标高等剖面问题选择结构构件类型确定结构布置——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——结构布置图（屋面、柱、基础等）构件布置与配筋图节点大样图12.3结构布置第12章单层厂房结构12.3结构布置2.柱网与定位轴线（1）柱网纵向定位轴线间的距离为跨度，横向定位轴线间的距离为柱距。柱网的布置应符合《厂房建筑模数协调标准》GBJ6-68。跨度在18m及以下时，采用扩大模数30M数列（3m的倍数）；跨度在18m以上时，采用扩大模数60M数列（6m的倍数）。柱距一般采用6m，也有采用9m和12m的。抗风柱的柱距一般采用扩大模数15M数列（1.5m的倍数）。第12章单层厂房结构12.3结构布置2.柱网与定位轴线第12章单层厂房结构12.3结构布置2.柱网与定位轴线第12章单层厂房结构2.柱网与定位轴线12.3结构布置（2）纵向定位轴线纵向定位轴线分为封闭式定位轴线和非封闭式定位轴线。具体根据吊车规格、厂房跨度、排架柱截面尺寸确定。厂房跨度：式中，B1为吊车轨道中心线至吊车桥架外边缘的距离，根据吊车规格确定；k1232LLeeBBB，B2为吊车桥架外边缘至上柱内边缘的净宽，Q≤50t时，取B2≥80mm，Q50t时，取B2≥80mm；B3为上柱截面高度（边柱）或上柱截面高度的1/2（中柱）。第12章单层厂房结构2.柱网与定位轴线12.3结构布置当e≤750mm时，采用封闭式定位轴线；并取e=750mm。当e750mm时，采用非封闭式定位轴线。采用非封闭式定位轴线时，联系尺寸Q≤50t时，D=150mm，Q50t时，取D=250mm（或D=500mm）。D封闭式定位轴线非封闭式定位轴线第12章单层厂房结构2.柱网与定位轴线12.3结构布置（3）横向定位轴线厂房中间部位：轴线与柱中心线重合。端部：轴线位于山墙内边缘，端柱中心线内移500mm（或600mm）。伸缩缝部位：轴线与伸缩缝中心线重合，两侧柱中心线内移500mm（或600mm）。500端部山墙处轴线定位500500伸缩缝处轴线定位第12章单层厂房结构2.柱网与定位轴线12.3结构布置（4）变形缝变形缝包括伸缩缝、沉降缝和抗震缝。伸缩缝：伸缩缝宽度通常取100mm，对混凝土排架结构，伸缩缝的最大间距为100m（室内或土中）或70m（露天）。沉降缝：沉降缝宽度通常取50mm。当相邻部位高差很大、相邻跨吊车起重量悬殊、下卧土层有很大变化、各部分施工时间相差很长时应设置沉降缝。抗震缝：当厂房平、立面布置复杂或结构高度、刚度相差很大时宜设置抗震缝。抗震缝的宽度与房屋高度有关，最小宽度为100mm。地震区的伸缩缝和沉降缝均应符合抗震缝的要求。第12章单层厂房结构12.3结构布置3.屋盖支撑布置（1）上弦横向水平支撑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。构成：沿厂房跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架上弦杆构成的水平桁架。作用：保证屋架上弦的侧向稳定性；增强屋盖的整体刚度；作为山墙抗风柱的顶端水平支座，承受由山墙传来的风荷载和其他纵向水平荷载，并传至厂房纵向柱列。布置：当屋盖为有檩体系，或屋盖为无檩体系，但屋面板与屋架的连接质量不能保证且抗风柱与屋架上弦连接，每一伸缩缝区段端部第一或第二柱间布置；当设有天窗，且天窗通过厂房端部的第二柱间或通过伸缩缝，应在第一或第二柱间的天窗范围内设置，并在天窗范围内沿纵向设置1～3道通长的受压系杆，将天窗范围内各榀屋架与上弦横向水平支撑连系起来。第12章单层厂房结构上弦横向水平支撑布置3.屋盖支撑布置12.3结构布置第12章单层厂房结构（2）下弦横向水平支撑构成：沿厂房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：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，应在每一伸缩缝区段两端的第一或第二柱间设置，宜与上弦横向水平支撑设置在同一柱间。下弦横向水平支撑布置3.屋盖支撑布置12.3结构布置第12章单层厂房结构（3）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。布置：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；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。纵向水平支撑布置3.屋盖支撑布置12.3结构布置第12章单层厂房结构（4）垂直支撑构成：由角钢杆件与屋架直腹杆组成的垂直桁架，形式为十字交叉形或W形。作用：保证屋架受荷后在平面外的稳定；传递纵向水平力。布置：应与下弦横向水平支撑布置在同一柱间内。当厂房跨度小于18m且无天窗时，一般可不设垂直支撑和水平系杆；当厂房跨度18～30m、屋架间距为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。3.屋盖支撑布置12.3结构布置第12章单层厂房结构垂直支撑和水平系杆布置图3.屋盖支撑布置12.3结构布置第12章单层厂房结构（5）水平系杆构成：分为上弦水平系杆和下弦水平系杆。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；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。布置：当屋盖设置垂直支撑时，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。刚性系杆（压杆）：凡设在屋架端部主要支承节点处和屋架上弦屋脊节点处的通长水平系杆，均应采用刚性系杆；当屋架横向水平支撑设在伸缩缝区段两端的第二柱间内时，第一柱间内的水平系杆均应采用刚性系杆。柔性系杆（拉杆）：其余均可采用柔性系杆。3.屋盖支撑布置12.3结构布置第12章单层厂房结构（6）天窗架支撑构成：包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架间的垂直支撑和水平系杆。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。布置：纵向位置（柱间）：一般天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均设置在天窗端部第一柱间内。横向位置（道）：一般垂直支撑设置在天窗两侧。水平系杆：在未设置上弦横向水平支撑的天窗架间设置；应在上弦节点处设置柔性系杆；对有檩屋盖体系，檩条可以代替柔性系杆。3.屋盖支撑布置12.3结构布置第12章单层厂房结构天窗架支撑布置3.屋盖支撑布置12.3结构布置第12章单层厂房结构4.柱间支撑布置构成：由交叉钢杆件组成，交叉倾角宜取45°，支撑钢构件的截面尺寸需经承载力和稳定计算确定。柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。作用：提高厂房的纵向刚度和稳定性；将吊车纵向水平制动力、山墙及天窗端壁的风荷载、纵向水平地震作用等传至基础。柱间支撑作用示意图12.3结构布置第12章单层厂房结构分类：