钢筋混凝土结构设计-工业厂房h2

混凝土结构设计——单层厂房主讲：霍兵勇许昌学院土木工程学院2//55重点、难点•重点：单层工业厂房的组成，结构构件选型，荷载计算及各种荷载下的内力分析，内力组合，柱截面及牛腿截面设计，基础设计。•难点：内力分析，内力组合。3//55本章提要•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，结构的组成及其作用,结构类型及其受力特点，单层工业厂房主要构件的类型及其特点;•支撑的布置原则,支撑体系的种类及其作用;•掌握单层厂房基本构件与柱连接方式。4//551.单层厂房的类型（层数，规模，结构材料）•单层厂房:设备、产品重，尺寸大，如冶金、机械等。特点：跨度、净空较大;荷载大;有吊车和机械设备的振动;利于构件设计标准化;一般采用装配式结构。•多层厂房:如精密仪表、电子、食品等。•单多层混合厂房：化工、热电厂等。5//55•大型：重型吊车(250t，工作级别A4、A5),跨度36m，或有特殊工艺要求(如锻锤、高温）；•中型：介于大型和小型之间；•小型：无吊车或起重量5t，跨度15m柱顶标高8m，无特殊工艺要求；6//55•混合结构：砖柱+RC屋架或木或轻钢屋架，用于小型厂房•混凝土结构：混凝土柱+RC屋架或钢屋架,用于大型厂房•钢结构：钢结构柱+钢屋架，用于大中型厂房7//552.结构体系•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；•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。8//559//5510//55•钢结构柱+钢屋架11//553.结构组成•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12//553.1.屋盖结构•组成：屋面板,天沟板,天窗架,屋架,檩条,屋盖支撑,托架•作用：围护,承重,采光、通风•分类：有檩体系——特点：构件小而轻；便于吊装和运输；构造、荷载传递较复杂;整体性、刚度较差；适用于一般中、小型厂房；•无檩体系——特点：屋面刚度大；整体性好；构件数量和种类较少；施工速度快，适用于大、中或重型厂房，应用较广。13//553.2.横向平面排架•组成：由横梁(屋架或屋面梁)、横向柱列及其基础等构件组成的平面骨架，是厂房的基本承重结构。•作用：承受竖向荷载、横向水平荷载。14//55•0横向平面排架及荷载15//553.3.纵向平面排架•组成：由连系梁/吊车梁/纵向柱列/柱间支撑/基础等构件组成的纵向平面骨架。•作用：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/纵向地震作用/风荷载等。纵向平面排架及荷载16//553.4.围护结构•组成：由纵墙/横墙(山墙)/抗风柱/连系梁/基础梁/过梁/圈梁等构件组成。•作用：主要承受墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载。17//553.5.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，保证厂房的空间整体刚度；保证结构构件的稳定；传递水平荷载；•单层厂房分屋盖支撑、柱间支撑两类；18//55•屋盖支撑包括屋架上弦、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，天窗架支撑；•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的作用；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；19//554.传力路线（力的传递过程）•荷载种类•纵向水平荷载、横向水平荷载、竖向荷载；•横荷载、活荷载、动力荷载；纵向风荷载吊车纵向水平荷载纵向地震作用天窗端壁纵向水平荷载吊车梁屋盖天窗架纵向排架柱及柱间支撑吊车梁基础地基屋盖山墙抗风柱20//55屋面活（雪、积灰）荷载吊车竖向荷载纵墙自重屋面板竖向荷载吊车梁牛腿连系梁屋架天窗架排架柱基础地基风荷载横向吊车水平荷载横向水平地震作用屋面板横向水平荷载吊车梁屋盖屋架天窗架排架柱吊车梁纵墙基础地基21//5522//555.结构布置（与构件选型）厂房结构的三个设计阶段柱网布置等平面设计确定结构形式、标高等剖面问题选择结构构件类型结构布置确定结构计算简图荷载计算及排架内力分析构件布置配筋图节点大样图结构构件(柱、基础等)设计结构布置图(屋面、柱、基础等)方案设计阶段技术设计阶段施工图阶段工艺设计要求23//555.1.结构平面与剖面布置•柱网：承重柱的纵向和横向定位轴线所形成的网络。•布置原则：满足生产工艺、使用要求；•建筑平面和结构方案经济合理；•符合模数（保证构件标准化和定型化）；•适当考虑施工条件；•考虑生产发展、技术革新要求；24//55采用30M数列（1M=100mm)，25//555.2.定位轴线•作用：划分主要承重构件和确定其相互位置的基准线；是施工放线和设备定位的依据；•分类：封闭式定位轴线，非封闭定位轴线；封闭式纵向定位轴线26//55•无吊车或起重量≤30t时，边柱外缘和纵墙内缘应与纵向定位轴线相重合，形成封闭结合。•起重量＞30t时，纵向定位轴线还与吊车的起重量和柱截面尺寸有关。纵向定位轴线之间的距离L和吊车轨距Lk之间一般有如下的关系：eLL2ke为吊车轨道中心线至纵向定位轴线间的距离，一般取750mm;当吊车起重量大于75t时，宜取为1000mm。321BBBe27//551322k31k纵向定位轴线与吊车的关系e750e≤75028//55kk1221331211k23122k3纵向定位轴线与吊车的关系e750e≤75029//552112kk321312纵向定位轴线与吊车的关系30//555.3.横向定位轴线•为了使端部屋架与抗风柱和山墙的位置不发生冲突，山墙处端柱中心线内移600mm，伸缩缝两侧的柱中心线向两边各600mm，伸缩缝中心线与横向定位轴线重合。厂房的横向定位轴线31//555.4.变形缝设置伸缩缝沉降缝防震缝设缝条件缝宽断开位置当需要设置伸缩缝、沉降缝和防震缝时，三缝宜合一，并应符合防震缝的宽度。32//55伸缩缝•当房屋很长时，将产生很大的温度应力，导致构件开裂，影响使用；•设置伸缩缝将房屋分成几个温度区段，减小温度应力；•温度区段长度取决于结构类型、施工方法和结构所处的环境等因素；•伸缩缝应从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结构构件完全分开;33//55•沉降缝——排架结构一般不设沉降缝。•当相邻两部分高差＞10m，或相邻两跨吊车起重量相差悬殊，或地基承载力或下卧层土质有较大差别时，应考虑设置沉降缝。•沉降缝应从屋顶到基础完全分开。•防震缝——当平、立面布置复杂，或相邻两部分的刚度和高度相差较大，或厂房侧边布置附属用房时，应设置防震缝。•防震缝应沿厂房全高设置，基础可不设缝。34//555.5.厂房剖面设计•无吊车时，屋架下弦底面标高由设备高度和生产需要确定。•有吊车时，根据起吊需要的净空确定吊车轨顶标高确定屋架下弦底面标高确定吊车轨道顶面标高35//555821543212maxhhhhhhhhhH7621hhHH按模数要求厂房剖面高度示意36//555.6.支撑布置•作用：保证施工、使用过程中厂房结构的稳定性和整体性，并可靠地传递水平荷载。•联系各主要承重构件以构成厂房结构空间骨架。•设置原则：根据厂房跨度、高度、屋架形式、有无天窗、吊车起重量和工作制、有无振动设备以及抗震设防等情况合理布置。37//555.7.围护结构布置承受风/积雪/雨水/地震作用/地基不均匀沉降引起的内力屋面板和墙体抗风柱圈梁连系梁过梁基础梁38//55抗风柱•山墙风荷载传递路线(抗风柱的作用）——靠近纵向柱列，直接传给纵向柱列；•靠近抗风柱上端，经抗风柱上端通过屋盖系统传至纵向柱列；•靠近抗风柱下端，经抗风柱下端传至基础。•类型——当厂房高度及跨度不大时，可在山墙设置砖壁柱作为抗风柱；•当厂房高度和跨度较大时，采用RC抗风柱，柱外侧再贴砌山墙。39//55当厂房高度很大时，为减小抗风柱的截面尺寸，山墙内侧设置水平抗风梁或钢抗风桁架，作为抗风柱的支座。一般设在吊车梁的水平面上，两端与吊车梁上翼缘连接，使一部分风荷载通过吊车梁传递给纵向柱列。抗风柱的支座连接方式：一般与基础刚接，与屋架上（下）弦铰接。连接要求：水平方向能有效地传递风荷载，竖向能允许两者之间产生相对位移抗风柱的连接抗风柱的布置40//55抗风柱及其连接构造41//556.构件选型•构件的选型，尽可能节约材料，降低造价。•柱和基础一般应进行设计，其它构件可选用标准图集。•国家建设部批准的全国通用标准图集，适用于全国各地；•某地区（省、市）审定的通用图集，适用于该地区（省、•市）所属的部门；•某设计院审定的定型图集，适用于该院所设计的工程。•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、•钢材用量表。42//55图9.13柱下独立基础的形式（a）阶形基础；（b）锥形基础；（c）高杯口基础43//55阶形杯形基础锥形杯形基础双杯基础高杯基础爆扩桩基础桩基础44//5545//5546//5547//5548//5549//5550//5551//5552//5553//5554//55感谢大家！55//55