建筑单层厂房结构设计实用教案

1、（1 1）工业）工业(gngy)(gngy)厂房的分类厂房的分类 工业厂房由于生产性质、工艺流程、机械设备和产品的不同，按层数分类(fn li)，可分为：单层厂房如冶金或机械厂的炼钢、轧钢、铸造、锻压、金工、装配等车间，一般因设有大型机器或设备，产品较重且轮廓尺寸较大，故宜直接在地面上生产而设计成单层厂房 2.1 2.1 结构类型和结构体系结构类型和结构体系 第1页/共199页第一页，共200页。（1 1）工业厂房）工业厂房(chngfng)(chngfng)的分类的分类 多层厂房(chngfng)层数混合的厂房如精密仪表、电子、食品等工业如化学工业、热电厂等2.1 2.1 结构类型和结构体系

2、结构类型和结构体系 第2页/共199页第二页，共200页。混合结构 （2） 单层厂房的分类（结构(jigu)类型） 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 1） 按生产规模可分为：大型、中型和小型 ；2） 按主要承重材料可分为：混合结构、钢结构、钢筋混凝土结构 第3页/共199页第三页，共200页。钢筋(gngjn)混凝土结构 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 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

3、凝土结构第4页/共199页第四页，共200页。 单层厂房的分类（结构(jigu)体系） 按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构 装配式钢筋混凝土排架结构是单层厂房中应用最广泛的一种结构形式，它是由屋架或屋面梁、柱和基础所组成，柱顶与屋架为铰接，柱底与基础顶面固结。 排架结构可以设计成等高、不等高、单跨或多跨等多种形式。 排架结构的跨度可以超过30m，高度可达2030m或更大，吊车吨位可达1500kN甚至更大。第5页/共199页第五页，共200页。排架结构(jigu)第6页/共199页第六页，共200页。装配式钢筋混凝土门式刚架 是由横梁、柱和基础所组成。与排架结构不同的是，门式刚架结构的柱和

4、横梁刚接为同一构件，而柱和基础一般为铰接，也可以采用刚接。 门式刚架结构适用于屋盖较轻的无吊车或吊车吨位不超过100kN，跨度(kud)不超过18m，檐口高度不超过10m的中小型单层厂房或仓库。第7页/共199页第七页，共200页。 门式刚架结构第8页/共199页第八页，共200页。2.2 结构(jigu)组成及荷载传递 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 1

5、3. 屋架下弦横向水平支撑14.屋架端部垂直支撑 15. 柱间支撑2.2.1 结构的组成结构的组成第9页/共199页第九页，共200页。屋盖结构(jigu) 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1 1屋盖结构屋盖结构 屋盖结构由排架柱顶以上部分构件（包括屋面板、天窗架、屋架、托架等）所组成，其作用主要是围护和承重，以及采光与通风。第10页/共199页第十页，共200页。 屋盖结构(jigu)第11页/共199页第十一页，共200页。横向(hn xin)排架结构 由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面

6、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。2 纵横向平面排架第12页/共199页第十二页，共200页。横向平面排架组成(z chn)及荷载图第13页/共199页第十三页，共200页。纵向(zn xin)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2 纵、横向平面排架纵、横向平面排架 第14页/共199页第十四页，共200页。纵向平面排架组成(z chn)及荷载图第1

7、5页/共199页第十五页，共200页。 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(zhyo)是墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载。3 围护结构围护结构 第16页/共199页第十六页，共200页。 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(xngchng)空间结构，各构件及其作用为: 单层厂房结构构件及其作用 第17页/共199页第十七页，共200页。构件名构件名称称构件作用构件作用备注备注屋屋盖盖结结构构屋面屋面板板承受屋面构造层自重、屋面活荷载、承受屋面构造层自重、屋面活荷载、雪荷载、积灰

8、荷载以及施工荷载等，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覆盖、围护和传递荷载的作用支撑在屋架支撑在屋架（屋面梁）（屋面梁）或檩条上或檩条上天沟天沟板板屋面排水并承受屋面积水及天沟板上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，并将它的构造层自重、施工荷载等，并将它们传给屋架们传给屋架天窗天窗架架形成天窗以便于采光和通风，承受其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，并将它们传给屋架载等，并将它们传给屋架托架托架当柱距比屋架间距大时，用

9、以支撑屋当柱距比屋架间距大时，用以支撑屋架，并将荷载传给柱架，并将荷载传给柱第18页/共199页第十八页，共200页。构件名称构件名称构件作用构件作用备注备注屋屋盖盖结结构构屋架或屋架或屋面梁屋面梁与柱形成横向排架结构，承受屋与柱形成横向排架结构，承受屋盖上的全部竖向荷载，并将它们盖上的全部竖向荷载，并将它们传给柱传给柱檩条檩条支撑小型屋面板（或瓦材），承支撑小型屋面板（或瓦材），承受屋面板传来的荷载，并将它们受屋面板传来的荷载，并将它们传给屋架传给屋架有檩体系屋有檩体系屋盖中采用盖中采用柱柱排架柱排架柱承受屋盖结构、吊车梁、外墙、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柱间支

10、撑等传来的竖向和水平荷载，并将它们传给基础载，并将它们传给基础同时为横向同时为横向排架和纵向排架和纵向排架中的构排架中的构件件抗风柱抗风柱承受山墙传来的风荷载，并将它承受山墙传来的风荷载，并将它们传给屋盖结构和基础们传给屋盖结构和基础也是围护结也是围护结构的一部分构的一部分第19页/共199页第十九页，共200页。构件名称构件名称构件作用构件作用备注备注支支撑撑体体系系屋盖屋盖支撑支撑加强屋盖结构空间刚度，保证屋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架的稳定，将风荷载传给排架结构构柱间柱间支撑支撑加强厂房的纵向刚度和稳定性，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

11、排架承受并传递纵向水平荷载至排架柱或基础柱或基础第20页/共199页第二十页，共200页。构件名称构件名称构件作用构件作用备注备注围围护护结结构构外纵墙外纵墙山墙山墙厂房的围护构件，承受风荷载及其自重厂房的围护构件，承受风荷载及其自重连系梁连系梁连系纵向柱列，增强厂房的纵向刚度，并连系纵向柱列，增强厂房的纵向刚度，并将风荷载传递给纵向柱列，同时还承受其将风荷载传递给纵向柱列，同时还承受其上部墙体的重量上部墙体的重量圈梁圈梁加强厂房的整体刚度，防止由于地基不均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匀沉降或较大振动荷载引起的不利影响过梁过梁承受门窗洞口上部墙体的重量

12、，并将它们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传给门窗两侧墙体基础梁基础梁承受围护墙体的重量，并将它们传给基础承受围护墙体的重量，并将它们传给基础第21页/共199页第二十一页，共200页。构件名称构件名称构件作用构件作用备注备注吊车梁吊车梁承受吊车竖向和横向或纵向水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平荷载，并将它们分别传给横向或纵向排架向或纵向排架简支简支在柱在柱牛腿牛腿上上基础基础承受柱、基础梁传来的全部荷承受柱、基础梁传来的全部荷载，并将它们传给地基载，并将它们传给地基第22页/共199页第二十二页，共200页。2.2.2 荷载荷载(hzi)传递传递 作

13、用在纵横向平面排架上的荷载可以分为永久荷载和可变荷载。永久荷载包括各种构件、维护结构及固定设备上的自重；可变荷载包括屋面活载、雪荷载、积灰荷载、风荷载和吊车荷载等。第23页/共199页第二十三页，共200页。竖向荷载(hzi)传递第24页/共199页第二十四页，共200页。横向(hn xin)水平荷载传递第25页/共199页第二十五页，共200页。纵向水平(shupng)荷载传递 单层厂房中的横向排架是主要承重结构，而屋架、吊车梁、排架柱和基础是主要承重构件。第26页/共199页第二十六页，共200页。2.3 结构(jigu)布置 在单层厂房的结构类型和结构体系确定之后，即可根据厂房生产工艺等

14、各项要求，进行厂房结构布置、支撑布置和围护结构布置等。2.3.1 厂房平面布置 1. 柱网布置 柱网布置的原则，首先应满足生产工艺及使用要求，在此前提下力求建筑平面和结构方案经济合理；另外，还应遵守厂房建筑统一化基本规则的规定，为厂房设计标准化、生产工厂化合施工机械化创造条件。第27页/共199页第二十七页，共200页。2.3 结构(jigu)布置第28页/共199页第二十八页，共200页。厂房建筑统一化基本规则(guz)规定： 厂房跨度应满足： 当L18m 时，以3 m为模数，即9m、12m、15m、18 m。 当L18 m时，以6 m为模数，即24m、30m、36m。 厂房柱距一般为6 m

15、，当有特殊要求时，可局部抽柱，形成12 m柱距。 第29页/共199页第二十九页，共200页。第30页/共199页第三十页，共200页。 柱网尺寸一经确定，下列因素也随之确定： 厂房跨度指纵向定位轴线之间的尺寸，也就是横向(hn xin)柱距。 厂房柱距指柱子横向(hn xin)定位轴线之间的尺寸。 屋架跨度屋架沿厂房横向(hn xin)布置，支承于柱顶部，所以屋架的跨度就等于厂房跨度。 吊车梁的跨度沿厂房纵向布置，支承于两柱的牛腿之上，故梁跨等于柱距。 第31页/共199页第三十一页，共200页。2 变形缝 厂房的变形缝包括三种：伸缩缝、沉降缝、防震缝。伸缩缝 由于材料的热胀冷缩性质，致使厂

16、房随温度变化而产生变形，如图所示，且厂房平面(pngmin)尺寸越大，积累变形越大，从而产生的结构应力也越大，有可能导致结构开裂或破坏。第32页/共199页第三十二页，共200页。 为避免这种不利影响，可将厂房划分开，用减小长度的方法来减小温度引起(ynq)的变形及应力。在相邻段之间留有一定宽度的缝隙，供膨胀变形用，这个缝即称为伸缩缝。 对于装配式钢筋混凝土排架结构，当有墙体封闭时，伸缩缝的最大间距为100 m，当无墙体封闭处于露天时，缝的最大间距为70 m。 第33页/共199页第三十三页，共200页。2 变形缝沉降缝：单层厂房结构对地基不均匀沉降有较好的适应能力，故在一般的单层厂房中可不(

17、k b)设沉降缝。当厂房相邻两部分高度相差大于10m，或吊车起重量相差悬殊，地基承载力或下卧层土质有较大差别等，应考虑设置沉降缝。第34页/共199页第三十四页，共200页。2 变形缝防震缝：位于地震区的单层厂房(chngfng)，如因生产工艺或使用要求而使其平、立面布置复杂或结构相邻两部分的刚度和高度相差较大时，应设置防震缝将相邻两部分分开，防震缝的两侧应布置墙或者柱。第35页/共199页第三十五页，共200页。 2.3.2 2.3.2 支撑支撑(zh chng)(zh chng)布置布置（1）上弦横向水平支撑单层厂房支撑分屋盖支撑和柱间支撑两类。 1 屋盖支撑包括：上弦横向水平支撑、下弦横

18、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。 第36页/共199页第三十六页，共200页。 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(fnwi)内设置，并在天窗范围(fnwi)内沿纵向设

19、置13道通长的受压系杆，将天窗范围(fnwi)内各榀屋架与上弦横向水平支撑连系起来。 第37页/共199页第三十七页，共200页。 上弦横向(hn xin)水平支撑布置第38页/共199页第三十八页，共200页。（2）下弦横向水平(shupng)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。 下弦横向水平支撑布置第39页/共199页第三十九页，共200页。（2）下弦(xi xin)横向水平支撑布置：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

20、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第40页/共199页第四十页，共200页。（3）纵向水平(shupng)支撑构成：由交叉角钢、直腹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。 纵向水平支撑布置第41页/共199页第四十一页，共200页。（3）纵向(zn xin)水平支撑布置：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

21、成封闭的水平支撑系统。第42页/共199页第四十二页，共200页。（4）垂直(chuzh)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。 第43页/共199页第四十三页，共200页。（4）垂直(chuzh)支撑布置：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1830m、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

22、节点处设置两道垂直支撑。 第44页/共199页第四十四页，共200页。 垂直(chuzh)支撑和水平系杆布置图第45页/共199页第四十五页，共200页。（5）水平(shupng)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。第46页/共199页第四十六页，共200页。（5）水平(shupng)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

23、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。 第47页/共199页第四十七页，共200页。（6）天窗(tinchung)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 。 第48页/共199页第四十八页，共200页。（6）天窗(tinchung)架支撑布置：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

24、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。 第49页/共199页第四十九页，共200页。天窗架支撑(zh chng)布置第50页/共199页第五十页，共200页。 柱间支撑柱间支撑(zh chng)(zh chng)布置布置 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。柱间支撑作用示意图第51页/共199页第五十一页，共200页。 柱间支撑柱间支撑(zh chng)(zh chng)布置布置 作用：提高厂房的纵向刚度和稳定性

25、；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第52页/共199页第五十二页，共200页。分类(fn li)：对于有吊车的厂房，按其位置可分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑。 形式：十字交叉形；当柱间要通行或放置设备，或柱距较大而不宜采用交叉支撑时，可采用门架式支撑。 门架式柱间支撑 柱间支撑布置柱间支撑布置 第53页/共199页第五十三页，共200页。上柱柱间支撑 ：位于牛腿上部，并在柱顶设置通长的刚性(n xn)系杆；承受作用在山墙及天窗壁端的风荷载，并保证厂房上部的纵向刚度。 下柱柱间支撑 ：位于牛腿下部；承受上部支撑传来的内力、吊车纵向制动力

26、和纵向水平地震作用等，并将其传至基础 。 柱间支撑布置柱间支撑布置 第54页/共199页第五十四页，共200页。布置：当设有A6A8的吊车，或A1A5的吊车起重量10t时或厂房跨度18m，或柱高8m时或厂房每列纵向柱总数7根时或设有3t以上(yshng)的悬挂吊车时或露天吊车栈桥的柱列，应设置柱间支撑。 柱间支撑布置柱间支撑布置 第55页/共199页第五十五页，共200页。上柱柱间支撑设置：一般(ybn)在伸缩缝区段两端与屋盖横向水平支撑相对应的柱间以及伸缩缝区段中央或临近中央的柱间 。 下柱柱间支撑设置：在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应的位置 。 第56页/共199页第五十六页，共200页

27、。优点：纵向水平荷载作用下传力路线(lxin)较短；厂房两端的温度伸缩变形较小；厂房纵向构件的伸缩受柱间支撑的约束较小，所引起的结构温度应力也较小。 柱间支撑与伸缩变形的关系3 3 柱间支撑布置柱间支撑布置 第57页/共199页第五十七页，共200页。.3.3 围护结构布置围护结构布置(bzh)抗风柱与屋架上、下弦连接构造单层厂房的围护结构：包括屋面板，墙体、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁、基础梁等构件。其作用是承受风、积雪、雨水、地震作用，以及地基产生不均匀沉降所引起的内力。第58页/共199页第五十八页，共200页。.3.3 围护结构布置围护结构布置(bzh) 抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦

28、铰接；当屋架设有下弦横向水平支撑时，也可与下弦铰接或同时与上、下弦铰接。抗风柱与屋架的连接应该满足两个条件：水平方向可靠连接、垂直方向允许有一定的相互位移。1 抗风柱抗风柱与屋架上、下弦连接构造第59页/共199页第五十九页，共200页。2 圈梁、连系梁、过梁(u lin)和基础梁 圈梁是设置于墙体内并与柱子连接的现浇钢筋混凝土构件，其作用是将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大的振动荷载对厂房产生不利影响。 连系梁除承受墙体荷载外，还具有连系纵向柱列、增强厂房的纵向刚度、传递纵向水平荷载的作用。第60页/共199页第六十页，共200页。2 圈梁

29、、连系梁、过梁(u lin)和基础梁 当墙体开有门窗洞口时，需设置钢筋混凝土过梁，以支承洞口上部墙体的重量。 在进行围护结构布置时，应尽可能地将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一种梁能兼作两种或三种梁的作用，以简化构造，节约材料，方便施工。 在单层厂房中，一般采用基础梁来承托围护墙体的重量，并将其传至柱基础顶面，而不另做墙基础，以使墙体和柱的沉降变形一致。第61页/共199页第六十一页，共200页。定位(dngwi)轴线 沿厂房跨度方向的轴线称为纵向定位(dngwi)轴线，沿厂房柱距方向的轴线称为横向定位(dngwi)轴线，如图所示。定位(dngwi)轴线可以确定柱的相对位置，以便施工定位(dn

30、gwi)。第62页/共199页第六十二页，共200页。 定位轴线之间的距离与主要构件的标志尺寸是一致的，并且符合建筑模数。标志尺寸是指构件的实际尺寸加上两端的构造尺寸。如大型(dxng)屋面板的实际尺寸为1490 mm5970 mm，标志尺寸为1500 mm6000 mm；18 m屋面梁的实际长度为17950 mm，标志尺寸为18000 mm。第63页/共199页第六十三页，共200页。纵向定位轴线：当纵向定位轴线之间的距离与屋面梁（或屋架）的标志尺寸相一致时，屋面梁的标志尺寸与纵墙内皮重合，这种轴线称为封闭式纵向定位轴线。 为了吊车梁和柱的构造(guzo)连接以及吊车的安全行驶，吊车的轨距L

31、k 应小于厂房跨度L，通常情况下L-Lk=1500mm，故吊车轨道中心至纵向定位轴线的距离为750mm 。 第64页/共199页第六十四页，共200页。 横向定位轴线：一般通过柱截面的几何形心，其间距为柱距。 当横向定位轴线与屋面板的标志尺寸一致时，厂房尽端横向定位轴线与内墙皮重合，将山墙(shnqing)处端柱中心线内移500 mm，这时端部屋面板成为一端悬臂板，其目的是使端屋架和山墙(shnqing)抗风柱的位置不发生冲突，屋面板端部与山墙(shnqing)内皮重合，形成封闭式横向定位轴线。为了与山墙(shnqing)处屋面板的构造统一，伸缩缝两边的柱中心线也必须向内移500 mm，使伸缩

32、缝中心线与横向定位轴线重合。第65页/共199页第六十五页，共200页。作业：1.与民用建筑比较，工业厂房具有哪些特点？2.单层厂房有哪几种结构类型？如何选择？3.单层厂房的结构形式有几种？4.排架结构有哪些优点？5.钢筋混凝土单层厂房结构的设计主要包括哪些内容？6.试述屋面板、屋架、吊车梁、柱子及支撑的作用(zuyng)。7.试说明单层厂房横向平面排架承受的竖向荷载的传力途径。8.单层厂房横向水平排架承受的水平荷载有哪些？它们是如何传递？9.单层厂房纵向平面排架承受哪些水平荷载？写出其传力途径。第66页/共199页第六十六页，共200页。2.4 2.4 构件构件(gujin)(gujin)选

33、型与截面尺寸确定选型与截面尺寸确定 单层厂房结构的主要构件有屋盖结构构件、支撑、吊车梁、墙板、连系梁、基础梁、柱和基础等。除了柱和基础外，这些构件可以根据工程的具体情况，从标准图集中选用合适的标准构件。第67页/共199页第六十七页，共200页。无檩体系屋盖常采用预应力混凝土大型屋面板，它适用于保温或不保温卷材防水屋面，屋面坡度不应大于1/5。无檩体系屋盖还可采用预应力F形屋面板，用于自防水非卷材屋面，以及预应力自防水保温屋面板、钢筋(gngjn)加气混凝土板等。2.4.1 屋盖结构构件 有檩体系屋盖常采用预应力混凝土槽瓦、波形大瓦等小型屋面板。1 屋面板:第68页/共199页第六十八页，共2

34、00页。各种( zhn)形式的屋面板第69页/共199页第六十九页，共200页。第70页/共199页第七十页，共200页。 2 檩条：檩条搁在屋架或屋面梁上，起着支承(zh chn)小型屋面板并将屋面荷载传给屋架的作用。它与屋架间用预埋钢板焊接，并与屋盖支撑一起保证屋盖结构的整体刚度和稳定性。第71页/共199页第七十一页，共200页。3 屋架：屋架是屋盖结构的主要承重构件，它直接承受屋面荷载，有时还承受悬挂吊车、管道(gundo)等吊重，对保证厂房的刚度起重要作用。屋架按形式可分为屋面梁、两铰（或三铰）拱屋架和桁架式屋架三大类。（1）屋面梁：屋面梁的外形有单坡和双坡两种。（2）两铰（或三铰）

35、拱屋架 ：两铰拱的支座节点为铰接，顶节点为刚接；三铰拱的支座节点和顶节点均为铰接。两铰拱的上弦为钢筋混凝土构件，三铰拱的上弦可用钢筋混凝土或预应力混凝土构件。第72页/共199页第七十二页，共200页。（3）桁架式屋架 ：当厂房跨度较大(jio d)时，采用桁架式屋架较经济，它在单层厂房中应用非常普遍。桁架式屋架的矢高和外形对屋架受力均有较大(jio d)影响，一般取高跨比为1/61/8较为合理，其外形有三角形、拱形、梯形、折线形等几种。各种形式屋架的内力（f/L=1/6） 第73页/共199页第七十三页，共200页。4 天窗(tinchung)架和托架 ：天窗架： 天窗架的作用是形成天窗以便

36、采光和通风，同时承受屋面板传来的竖向荷载和作用在天窗上的水平荷载，并将它们传给屋架。天窗架的形式 第74页/共199页第七十四页，共200页。4 天窗(tinchung)架和托架 ：托架： 一般为12m跨度的预应力混凝土三角形或折线形构件，上弦为钢筋混凝土压杆，下弦为预应力混凝土拉杆 。 托架的形式第75页/共199页第七十五页，共200页。2.4.2 吊车梁： 吊车梁除直接承受吊车起重、运行和制动(zh dn)时产生的各种往复移动荷载外，它还具有将厂房的纵向荷载传递至纵向柱列、加强厂房纵向刚度等作用。吊车梁的类型 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。第76

37、页/共199页第七十六页，共200页。2.4.3 2.4.3 柱柱1 柱的形式：按作用主要有排架柱和抗风柱两类。 钢筋混凝土排架柱一般由上柱、下柱和牛腿组成，其结构型式可概括为单肢柱和双肢柱两类。上柱一般为矩形截面(jimin)或环形截面(jimin)；下柱的截面(jimin)形式较多，根据其截面(jimin)形式可分为矩形截面(jimin)柱、I形柱、双肢柱和管柱等几类。 柱的形式第77页/共199页第七十七页，共200页。2.4.3 2.4.3 柱柱 矩形截面的柱缺点是在偏心受压时不能充分发挥截面上混凝土的承载作用，故自重大，费材料(cilio)，但构造简单，施工方便，在小型厂房中使用。截

38、面高度在700mm以内。 工字形截面柱的截面形式合理，能比较充分地发挥截面上混凝土的承载的承载作用，而且整体性好，施工方便，适用范围广。常用柱截面高度为600-1400mm时采用。 当柱的截面高度大于1400mm时，采用平腹杆或斜腹杆双肢柱。抗风柱一般由上柱和下柱组成，无牛腿，上柱为矩形截面，下柱一般为 I形截面。第78页/共199页第七十八页，共200页。（2）柱的截面尺寸： 柱的截面尺寸除应满足承载力的要求外，还应保证具有足够的刚度，以免厂房变形过大，造成吊车轮与轨道(gudo)过早磨损，影响吊车的正常运行，或导致墙体和屋盖产生裂缝，影响厂房的正常使用。 柱的截面尺寸除了考虑吊车起重量和柱

39、的类型两个因素外，还应考虑厂房跨数和高度、柱的型式、围护结构的材料和构造、施工和吊装等。第79页/共199页第七十九页，共200页。2.4.4 2.4.4 基础基础(jch) (jch) 单层厂房的柱下基础一般采用独立基础（也称扩展基础）。按施工方法可分为预制柱下独立基础和现浇柱下独立基础两种。对装配式钢筋混凝土单层厂房排架结构，常见的独立基础形式主要有杯形基础、高杯基础和桩基础等。1 1 基础的类型基础的类型 第80页/共199页第八十页，共200页。2.5 2.5 排架结构排架结构(jigu)(jigu)内力分析内力分析 单层厂房结构方案确定之后，接着就是结构内力分析。单层厂房结构实际上是

40、一个复杂的空间结构体系，目前除对纵向抗震计算采用空间结构计算模型外，一般将其间化为纵、横向平面排架分别计算。第81页/共199页第八十一页，共200页。2.5 2.5 排架结构排架结构(jigu)(jigu)内力分析内力分析 纵向平面排架计算是为了设计柱间支撑。 横向平面排架承受屋面荷载，且厂房的跨度、高度及吊车起重量变化较大，因此必须对横向平面排架进行内力分析。其目的是求出排架柱各控制截面在各种荷载作用下的内力，以此作为设计柱子的依据。第82页/共199页第八十二页，共200页。2.5.1 2.5.1 排架计算排架计算(j sun)(j sun)简图简图1 计算单元：可在结构平面图上由相邻柱

41、距的中线截出一个典型的区段，作为排架的计算单元。 计算单元和计算模型第83页/共199页第八十三页，共200页。2 基本假定和计算简图 ：为了简化计算，对于钢筋混凝土排架结构通常(tngchng)作如下假定：柱下端与基础顶面为刚接；固定端的位置在基础顶面。柱顶与排架横梁（屋架或屋面梁）为铰接；横梁（即屋架或屋面梁）为轴向刚度很大的刚性连杆。第84页/共199页第八十四页，共200页。横向(hn xin)排架的计算简图排架计算简图排架计算简图第85页/共199页第八十五页，共200页。2.5.2 2.5.2 排架结构排架结构(jigu)(jigu)上的荷载上的荷载 作用在横向排架结构上的荷载有恒

42、载、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载和风荷载等，除吊车荷载外，其它荷载均取自计算单元范围内。永久性荷载包括： 屋盖自重G1，悬墙自重G2；吊车梁、轨道及连接件自重 G3；上柱自重G4；下柱自重G5等。第86页/共199页第八十六页，共200页。2.5.2 2.5.2 排架结构排架结构(jigu)(jigu)上的荷载上的荷载 可变荷载包括：屋面活荷载Q1；吊车竖向荷载 Dmax及Dmin ;吊车横向水平荷载Tmax ；均布风荷载q1 及 q2；屋盖支撑处的集中风荷载Fw 等。 第87页/共199页第八十七页，共200页。屋盖自重G1 ：屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、天窗(tin

43、chung)架、屋面构造层以及屋盖支撑等重力荷载。考虑面荷载的范围：计算单元宽度内屋盖的全部重量。荷载形式：计算单元内的屋盖系统的总重量通过屋架的两端以集中力的形式传至柱顶。第88页/共199页第八十八页，共200页。作用位置：其作用点的位置，根据实际连接情况而定。如采用屋架，屋架端部腹杆与下弦杆中心线的交点垂线即为作用位置。采用屋面梁时，通过梁端垫板中心线作用于柱顶。如图中虚线(xxin)所示。 根据屋架与柱顶连接构造的定型设计要求，无论屋架与柱的形式如何， 作用点均位于厂房定位轴线内侧150 mm处。第89页/共199页第八十九页，共200页。（2）悬墙自重G2 ：计算单元内的纵墙、连系梁

44、及窗的自重,按实际尺寸计算。作用点在墙体形(txng)心处。 对下柱有偏心距为e2 。 第90页/共199页第九十页，共200页。（3）吊车梁及轨道等自重 ： 按设计所选用的型号(xngho)，根据吊车梁标准图集提供的数据确定 ； 作用位置：吊车梁中心线作用于牛腿顶面，一般距纵向定位轴线750mm， 相对于下柱形心的偏心距为 e3。 第91页/共199页第九十一页，共200页。（4）柱自重 上、下柱自重G4与G5按柱体积及标准重度计算。其作用位置(wi zhi)分别沿各自的形心线作用于上、下柱的底部，G4 对下柱的偏心距为e0。 第92页/共199页第九十二页，共200页。2 屋面活荷载(hz

45、i) ：包括屋面均布活荷载(hzi)、屋面雪荷载(hzi)和屋面积灰荷载(hzi)三部分。以竖向集中荷载(hzi)的方式作用于柱顶，作用点同屋盖恒载。屋面均布活荷载 ：屋面水平投影面上的屋面均布活荷载标准值，按下列情况取：不上人的屋面为0.5kN/m2；上人的屋面为2.0kN/m2。屋面雪荷载 ：屋面水平投影面上的雪荷载标准值 (kN/m2) 式中: 为基本雪压 (kN/m2)； 为屋面积雪分布系数。kskr 0ss0sr第93页/共199页第九十三页，共200页。屋面积灰荷载 ：对设计生产中有大量排灰的厂房及其临近建筑时，应考虑屋面积灰荷载的影响(yngxing)。屋面均布活荷载不与雪荷载同

46、时考虑，取两者中的较大值；当有屋面积灰荷载时，积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑。注：第94页/共199页第九十四页，共200页。3 风荷载 ：风荷载的作用范围计算单元范围内的纵墙面及屋盖上。在迎风面产生正压为风压力，在背风面产生负压(f y)为风吸力。 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值 （kN/m2）按下式计算： ks0 zzwwkw第95页/共199页第九十五页，共200页。式中 基本风压值（kN/m2），是以当地比较空旷平坦地面上离地10m高处统计所得的50年一遇10分钟平均最大风速为标准(biozhn)确定的风压值； 高度z处的风振系数，对高度小于30m的

47、单层厂房，取 =1 风压高度变化系数，根据所在地区的地面粗糙程度和离地面高度查表而得 ； 风荷载体型系数。 zzs0wks0 zzwwz第96页/共199页第九十六页，共200页。风荷载的简化：作用在柱顶以下墙面上的水平(shupng)风载近似按均布荷载计算，其风压高度变化系数按柱顶的高度取值。作用在柱顶以上屋盖部分的风荷载，按厂房檐口的高度取值，只计算其水平(shupng)分力并按集中力考虑；当计算屋架斜面上的风荷载时，可根据屋顶（或天窗顶）标高确定。第97页/共199页第九十七页，共200页。第98页/共199页第九十八页，共200页。风荷载体型(txng)系数第99页/共199页第九十九

48、页，共200页。4 吊车(dioch)荷载 ：第100页/共199页第一百页，共200页。大车的最不利位置与吊车竖向荷载Dmax 和Dmin 对某一个柱子而言，当吊车行驶到某一位置时，柱上受到的竖向荷载最大，这一位置就是大车的最不利位置。 设计时，一般考虑两台吊车并行，如图所示。排架柱所受到的压力即为该柱所支承的吊车梁受到的反力。由影响线原理可知，两台并行吊车，当其中一台的一个最大轮压P1max作用在某柱轴线处，而另一台与它紧靠(jn ko)并行时，即为两台吊车相对于该柱的最不利位置。第101页/共199页第一百零一页，共200页。大车(dch)的最不利位置与吊车竖向荷载Dmax 和Dmin

49、此时在Pmax作用的一侧,产生Dmax。由于Pmax 与Pmin同时出现，并分别作用于左右两侧的吊车梁上，所以，当一侧柱受Dmax作用时，另一侧柱则相应地由Pmin产生Dmin 。maxmaxiiDPyminminiiDPy第102页/共199页第一百零二页，共200页。吊车竖向荷载(hzi)Dmax 和Dmin 的计算 根据影响线原理，吊车竖向荷载(hzi)的设计值可按下式计算：第103页/共199页第一百零三页，共200页。吊车竖向荷载Dmax 和Dmin 的计算(j sun)式中P1max 、P2max 两台起重量不同的吊车的最大轮压，且P1maxP2max 。 P1min 、P2min

50、 两台起重量不同的吊车的最小轮压，且P1minP2min 。 yi 与吊车轮压相对应的梁支座反力影响线的竖标。该值表示在对应点作用单位集中力P时，在排架柱上产生的压力。由图可知， y1 =1，按比例关系可求出其 yi值。 第104页/共199页第一百零四页，共200页。吊车竖向荷载Dmax 和Dmin 的作用位置(wi zhi) Dmax 和Dmin沿吊车梁的中线作用于牛腿顶面。如图(a)所示。它们相对于下柱截面形心具有偏距e3 。将偏心压力换算为作用在下柱顶面的轴心压力和弯矩的组合，如图(b)所示。 第105页/共199页第一百零五页，共200页。吊车竖向荷载(hzi)Dmax 和Dmin

51、的作用位置 由于Dmax可以发生在左柱，也可以发生在右柱，因此计算时应考虑两种情况。第106页/共199页第一百零六页，共200页。（2）吊车横向水平荷载 指载有额定最大起重量的小车在行驶中突然刹车在排架柱上产生(chnshng)的水平制动力。 的作用位置在吊车梁顶面。如图所示。 有正反两个方向。 第107页/共199页第一百零七页，共200页。（2）吊车横向水平荷载 计算 时与Dmax 一样，考虑2台吊车作用，并且按大车行驶到最不利位置时小车同时刹车的情况考虑。根据(gnj)大车轮子所产生的水平推力T 可下式计算 。式中T1、T2 两台起重量不同的吊车单个大车轮子产生的水平制动力标准值，且T

52、1T2。 第108页/共199页第一百零八页，共200页。为了计算(j sun)方便，可将横向水平制动力在两边轨道上平均分配，即每边轨道上的横向水平制动力为，对于一般四轮桥式吊车，每一轮子作用在轨道上的横向水平制动力为：式中： Q为吊车的额定起重量的重力荷载，g为小车的重力荷载。12Qg14TQg第109页/共199页第一百零九页，共200页。式中：横向水平制动力系数按下列规定(gudng)取值。软钩吊车：当额定起重量不大于100kN时，应取0.12；当额定起重量为160-500kN时，应取0.10；当额定其重量不小于750kN时，应取0.08。硬钩吊车：取0.2。14TQg第110页/共19

53、9页第一百一十页，共200页。(3) 吊车纵向水平荷载： 吊车纵向水平荷载标准值T0，按作用在一边(ybin)轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用，即式中，n为施加在一边(ybin)轨道上所有刹车轮数之和，对于一般的四轮吊车，n=1。0,max10pTnF第111页/共199页第一百一十一页，共200页。当厂房纵向有柱间支撑时，全部吊车纵向水平荷载(hzi)由柱间支撑承受，当厂房无柱间支撑时，全部吊车纵向水平荷载(hzi)由同一伸缩缝区段内的全部柱承受。无论单跨或多跨厂房，在计算吊车纵向水平荷载(hzi)时，一侧的整个纵向排架上最多只能考虑2台吊车。注：第112页/共199页第一百一十二

54、页，共200页。 由于多台吊车同时满载的可能性较小，所以当多台吊车参与组合时，其内力应乘以相应(xingyng)的荷载折减系数。参与组合的吊车台数吊车工作级别A1A5A6A720.900.9530.850.9040.800.85第113页/共199页第一百一十三页，共200页。作业题 1、某金工车间，外形尺寸及各部分风载体型系数如图所示，已知柱顶标高为10.5m，h1=2.3，h2=1.4，排架计算宽度B=6m。该地区(dq)基本风压 ，地面粗糙度为B类，分项系数为1.4。求作用在排架上的风荷载设计值？ 200.35kN/ m第114页/共199页第一百一十四页，共200页。第115页/共19

55、9页第一百一十五页，共200页。 2、有一单跨厂房，跨度24m，柱距6 m，设计时考虑(kol)两台中级工作制桥式软钩吊车，起重量为100kN的吊车的参数有：轮距为4400mm，吊车宽度为5550mm，最大轮压为125kN，最小轮压为47kN；起重量为150kN的吊车的参数有：轮距为4400mm，吊车宽度为5550mm，最大轮压为185kN，最小轮压为58kN；求排架柱上吊车梁最大支座反力标准值Dmax,Dmin？ 第116页/共199页第一百一十六页，共200页。2.5.3 2.5.3 等高排架内力等高排架内力(nil)(nil)分析分析 排架内力分析就是求排架结构在各种荷载作用下柱各截面的

56、弯矩和剪力，而只要求出排架柱顶剪力，问题就变成静定悬臂柱的内力分析。 求柱顶剪力有两种基本方法：一种是先求横梁内力，再求柱顶剪力，这就是力法，此法可用来计算各种排架结构的内力；另一种方法是直接求柱顶剪力，即剪力分配法，它只适用于计算等高排架的内力。第117页/共199页第一百一十七页，共200页。2.5.3 2.5.3 等高排架内力等高排架内力(nil)(nil)分析分析 等高排架是指在荷载作用下各柱柱顶侧移全部相等的排架。用剪力分配法分析任意荷载作用下等高排架内力时，需要用到单阶超静定柱在各种荷载作用下的柱顶反力。1 单阶一次超静定柱在任意荷载作用下的桩顶反力PR0PR 根据变形条件可得：第

57、118页/共199页第一百一十八页，共200页。2 柱顶水平(shupng)集中力作用下等高排架内力分析 ： 在柱顶水平集中力F作用下，等高排架各柱顶侧移相等，沿横梁与柱的连接处将各柱的柱顶切开，在各柱顶的切口上作用一对相应的剪力 。则有：iV12inFVVVV平衡条件第119页/共199页第一百一十九页，共200页。2 柱顶水平集中力作用(zuyng)下等高排架内力分析 ： 由于假定横梁为无轴向变形的刚性杆件，故有下列变形条件：12in 第120页/共199页第一百二十页，共200页。2 柱顶水平集中力作用下等高排架内力(nil)分析 ： 根据形常数的物理意义，可得下列物理条件：111iii

58、niiVFFiiiV i第121页/共199页第一百二十一页，共200页。111iinii1ii式中 第 i 根排架柱的抗侧移刚度（或抗剪刚度），即悬臂柱柱顶产生单位侧移所需施加的水平力 第 i 根排架柱的剪力分配(fnpi)系数，按下式计算： 求得柱顶剪力Vi 后，用平衡条件可得排架柱各截面的弯矩和剪力。111iiiniiVFF第122页/共199页第一百二十二页，共200页。剪力分配系数(xsh)必满足 。 1i 各柱的柱顶剪力Vi仅与F 的大小有关，而与其作用在排架左侧或右侧柱顶处位置无关，但F 的作用位置对横梁内力有影响。111iinii111iiiniiVFF 当排架结构柱顶作用水平

59、集中力F时，各柱的剪力按其抗剪刚度与各柱抗剪刚度总和的比例关系进行分配，故称剪力分配法。第123页/共199页第一百二十三页，共200页。3 任意荷载作用下等高排架内力分析 等高排架在任意荷载作用下，无法用上述的剪力分配法直接求解柱顶剪力。考虑到受荷载柱将一部分荷载通过自身受力直接传递给基础，另一部分荷载则通过横梁传给其他柱，因此，为了利用剪力分配法求解，通常可采用以下(yxi)三个步骤来进行这种情况下的排架内力分析。第124页/共199页第一百二十四页，共200页。（1）对承受(chngshu)任意荷载作用的排架，先在排架柱顶部附加一个不动铰支座以阻止其侧移，则各柱为单阶一次超静定柱，应用柱

60、顶反力系数可求得各柱反力Ri及相应的柱端剪力，柱顶假想的不动铰支座总反力为 。iRR第125页/共199页第一百二十五页，共200页。（2）撤除假想的附加不动铰支座，将支座总反力R反向作用于排架柱顶，应用剪力分配(fnpi)法可求出柱顶水平力R作用下各柱顶剪力 。iRiiRR第126页/共199页第一百二十六页，共200页。iR（3）将前面的计算结果相叠加，可得到在任意荷载作用(zuyng)下排架柱顶剪力 ，然后可求出各柱的内力。 iiRR第127页/共199页第一百二十七页，共200页。2.5.4 2.5.4 不等高排架内力不等高排架内力(nil)(nil)分析分析 不等高排架在任意荷载作用