单层厂房排架结构设计

第三章单层厂房排架结构同济大学土木工程学院建筑工程系顾祥林一、概述1.单层厂房的应用和类型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。重工业生产中的炼钢、铸造、装配、机修、金工轻工业生产中的纺织一、概述1.单层厂房的应用和类型按生产规模：单层厂房可分为大、中、小型厂房按组成材料：单层厂房可分为混合结构厂房（吊车吨位50kN，跨度15m，柱距6m）钢结构厂房（吊车吨位150kN，跨度36m，柱特殊工艺要求如100kN以上锻锤）钢筋混凝土结构厂房按结构形式：单层厂房可分为排架结构和刚架结构一、概述2.单层厂房的特点生产工艺流程和车间内部运输比较容易组织小型工部中型工部大型工部露天仓库总装配小型工部中型工部大型工部露天仓库总装配一、概述2.单层厂房的特点可以充分利用地基承载力，在地面上放置较重的、有较大振动的机器可以设置天窗，用以天然采光和自然通风扩建、改建比较方便构件标准化。具有装配式房屋的共性占地面积大一、概述3.单层厂房排架结构的设计步骤工艺设计要求方案设计阶段技术设计阶段施工图阶段结构选型和结构布置结构分析和构件设计选择结构构件排架荷载的计算和内力分析结构构件设计结构布置图构件施工图节点大样图定柱网等平面问题定结构形式标高等剖面问题定结构构件类型问题结构布置二、单层厂房组成和结构布置1.单层厂房的组成天窗架屋架屋架下弦水平支撑排架柱基础围护墙屋面板天沟板连系梁天窗架垂直支撑托架抗风柱屋架端部垂直支撑吊车梁柱间支撑基础梁屋盖系统梁柱系统基础支撑系统围护系统二、单层厂房组成和结构布置2.单层厂房的其它形式大型设备高侧窗（采光通风）有坡地面北采光北二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置模数*以100mm为基本单位，用M表示（模数）*厂房建筑构件的截面尺寸，宜取M/2或1M进阶*厂房的跨度18m时，跨度取3m（30M）的倍数*厂房的跨度18m时，跨度取6m（60M）的倍数，当工艺布置有明显的优越性时，跨度亦可用21m、27m、33m*厂房的柱距一般取6m或6m（60M）的倍数，个别亦可采用9m*厂房自室内地坪至柱顶和牛腿面的高度取3M的倍数，二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置横向定位轴线（跨度方向的轴线，用1、2、3、…表示）屋面板屋架吊车梁排架柱600600600060006000600060006000600018765432！！二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置纵向定位轴线（柱距方向的轴线，用A、B、C、…表示）AB3B2B1LkLA750LkL750750AB屋架吊车吊车产品说明书吊车起重量500kN时，B280mm，其它，B2100mm排架内力分析定LAB3B2B1LkA750联系尺寸ac750二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置纵向定位轴线（柱距方向的轴线，用A、B、C、…表示）B1B2B2B1B3B3BA750A750BA750B1B2B2B1B3B3A750C750750ai/2ai/2插入距二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置B2B3A750B1BA750B3CBB2B1750插入距ai纵向定位轴线（柱距方向的轴线，用A、B、C、…表示）二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置抗风柱18000屋架或屋面梁吊车梁排架柱B外墙A1234567600060006000600060006000600600屋面板天沟板天沟板柱网及结构的平面布置图二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置变形缝（伸缩逢、沉降缝和抗震缝）温度区段气温升高时T气温升高时温度区段温度区段伸缩缝TT二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置纵向伸缩缝600600FEDC1011121314横向伸缩缝600060006000600012600600缝宽缝宽DE变形缝（伸缩逢、沉降缝和抗震缝）二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置变形缝（伸缩逢、沉降缝和抗震缝）当相邻跨厂房高度差异悬殊地基土的压缩性有显著差异厂房结构类型明显不同沉降缝当相邻跨厂房高度差异悬殊厂房结构类型明显不同抗震缝防止不同部分结构的变形能力不同而引起的破坏沉降缝的基础处必须断开！！二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置h7h6h5最高设备吊车屋架重物h8h2h4h3h2h1H2H176582176543211maxhhhhhhhhhhhhhH厂房的高度超越高度500mm安全行驶高度220mm7612hhHH厂房的高度还应考虑统一的模数二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置210018001500厂房的高度横向天窗二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置天窗的布置BA123456760006000600060006000600060060018000纵向天窗天窗架天窗扇屋架或屋面梁屋面板屋架或屋面梁天窗扇屋面板二、单层厂房组成和结构布置3.承重结构构件的布置基础的布置60060006000600060006000600060018000基础梁基础梁边柱基础边柱基础抗风柱基础抗风柱基础基础梁基础梁BA1234567二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置屋盖支撑横向水平支撑纵向水平支撑垂直支撑系杆二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置横向水平支撑（上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑）*由交叉的角钢和屋架上、下弦组成的水平桁架*一般布置在厂房温度区段的两端*作用是加强屋盖纵向水平面内的刚性，传递山墙和抗风柱传来的水平荷载二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置上弦横向水平支撑*当屋面为大型屋面板，且板与梁或或屋架上弦有三点焊接，屋面板纵肋的空隙用C15~C20细石混凝土灌实，能传递山墙传来的水平力时，可以不设上弦水平支撑二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置上弦横向水平支撑（有下列情况之一时，应设上弦横向水平支撑）*有檩体系或跨度较大的无檩体系，当屋面板与屋架焊接点的质量不能保证，且抗风柱与屋架上弦连接时*纵向天窗通到厂房端部第二柱间或通过伸缩缝时，在第一或第二柱间的天窗架范围内设上弦横向水平支撑，并在天窗架范围内沿纵向设置一至三道通长的受压系杆。二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置下弦横向水平支撑（有下列情况之一时，应设下弦横向水平支撑）*山墙抗风柱与屋架下弦连接时*有吊点设在屋架下弦的纵向运行的悬挂式吊车（或电葫芦）时*厂房内有较大的振动源，如设有硬钩吊车或50kN以上的锻锤时二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置纵向水平支撑*由交叉的角钢和屋架下弦组成的水平桁架*一般布置在屋架的第一节间和屋架的中部*作用是加强屋盖横向水平面内的刚度二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置纵向水平支撑（有下列情况之一时，应设纵向水平支撑）*厂房内设有托架时，托架所在柱间及两端各延伸一个柱间*厂房内设有软钩桥式吊车，但厂房高大，吊车的起重量较大时（厂房柱高15~18m以上，中级工作制吊车，起重量在300kN以上），等高多跨厂房可沿边柱列屋架下弦端部各布置一道通长的纵向水平支撑，跨度较小的单跨厂房可沿下弦中部布置一道通长的纵向水平支撑84托架48二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置纵向水平支撑（有下列情况之一时，应设纵向水平支撑）*厂房内设有硬钩桥式吊车或50kN级以上锻锤时，可沿中间柱列适当增加纵向水平支撑*纵向水平支撑及横向水平支撑应尽量连接成封闭的水平支撑系统8448二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置垂直支撑*由交叉的角钢和屋架的直腹杆或天窗架立柱组成的垂直桁架*一般布置在厂房温度区段的两端的屋架端部或跨中*作用是保证屋架出平面的稳定，传递纵向水平荷载二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置垂直支撑*屋架端部（或天窗架）的高度（外包尺寸）大于1.2m时，屋架（天窗架）两端各设一道垂直支撑*屋架中部的垂直支撑，按教材中表3-2的规定设置，表中L=屋架的跨度1200二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置系杆*单根的联系杆件，受拉系杆为柔性系杆，一般为钢构件，受压系杆为刚性，可为钢杆件也可为钢筋混凝土杆件*一般通长布置，一端最终连接在垂直支撑或上、下弦横向水平支撑的结点上*作用是保证屋架及其杆件的稳定，避免屋架下弦产生过大的振动二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置系杆*有上弦横向水平支撑时，设上弦受压系杆*有下弦横向水平支撑或纵向水平支撑时，设下弦受压系杆*屋架中部有垂直支撑时，在垂直支撑同一铅垂面设通长的上弦受压系杆和通长的下弦受拉系杆*当屋架横向水平支撑设置在端部第二柱间时，第一柱间的所有系杆均为刚性系杆*屋架端部有垂直支撑时，在垂直支撑同一铅垂面设通长的受压系杆二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置555666666434433111222666666444333555111222III-IIIII12005554444444444455562626262626233333333311177711122222255566666II－II68484托架481=上弦横向水平支撑；2=上弦受压系杆；3=下弦横向水平支撑；4=下弦受压系杆；5=垂直支撑；6=下弦受拉系杆；7=天窗架支撑；8=纵向水平支撑。二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置柱间支撑*由交叉的钢斜杆或钢门架组成，分上柱和下柱支撑*上柱支撑一般布置在厂房温度区段的两端与横向水平支撑相应的位置及温度区段中央，下柱支撑布置在温度区段中央*作用是帮助纵向柱列共同抵御水平力二、单层厂房组成和结构布置4.支撑的布置柱间支撑（有下列情况之一时，应设柱间支撑）*设有重级工作制的吊车或中、轻级工作制吊车但起重量100kN*厂房跨度18m，或柱高8m*纵向柱的总数每排在7根以下*设有起重量30kN的悬挂吊车*露天吊车的柱列上柱柱间支撑横向水平支撑下柱柱间支撑门架式下柱柱间支撑二、单层厂房组成和结构布置5.围护结构的布置墙体*沿厂房四周均匀布置，墙体中还设有圈梁、过梁和墙梁二、单层厂房组成和结构布置5.围护结构的布置圈梁（圈梁系一封闭的钢筋混凝土梁，作用是增加厂房的整体性）对无桥式吊车的厂房，按下列原则布置：*房屋檐口高度不足8m时，应在檐口附近设一道圈梁*房屋檐口高度大于8m时，宜在墙体适当部位增设一道圈梁二、单层厂房组成和结构布置5.围护结构的布置圈梁（圈梁系一封闭的钢筋混凝土梁，作用是增加厂房的整体性）对有桥式吊车的厂房，按下列原则布置：*除在檐口附近设一道圈梁外，应在吊车梁标高或墙体适当部位增设一道圈梁*外墙高度大于15m时，根据墙体的高度适当增设圈梁*有振动设备的厂房，除满足上述要求外，每隔4m应有一道圈梁二、单层厂房组成和结构布置5.围护结构的布置圈梁的构造要求2h，且1000门窗圈梁附加圈梁h120圈梁宽2d/34104126@300墙厚d二、单层厂房组成和结构布置5.围护结构的布置墙梁和过梁*当房屋的高度超过一定限度（如15m）时，宜设置墙梁，以承受上部墙体的重量*门窗洞口处应设置过梁，过梁在墙体上的支承长度不宜小于240mm*圈梁、过梁和墙梁应尽量三梁合一地基反力墙梁基础梁柱下独立基础天窗架自重三、排架荷载计算及内力分析1.排架结构单层厂房所受的荷载和传力路径横向平面排架所受的荷载屋面板荷载雪荷载或积灰荷载风吸力风压力水平地震作用屋架自重吊车横向水平制动力墙重墙重基础及土自重设备重（作为吊车的竖向荷载的一部分传给吊车梁）吊车竖向荷载柱重三、排架荷载计算及内力分析1.排架结构单层厂房所受的荷载和传力路径横向平面排架荷载的传递路径竖向荷载雪（灰）、屋面荷载屋面板屋架天窗架吊车轮压吊车梁牛腿墙体重量墙梁排架柱基础地基基础梁三、排架荷载计算及内力分析1.排架结构单层厂房所受的荷载和传力路径横向平面排架荷载的传递路径水平荷载风荷载墙体、屋盖地震吊车横向水平制动力吊车梁排架柱基础地基屋盖屋盖结构柱间支撑屋盖横向