单层工业厂房的结构组成概述

第15章

单层工业厂房

目录.ppt单层工业厂房的结构组成单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定习题本章内容教学要求：了解单层工业厂房的组成及传力途径；掌握柱网布置原则和模数要求；掌握定位轴线布置原则。单层工业厂房是工业建筑中最普遍的一种形式，多用于具有重型设备，产品较重，外形轮廓尺寸较大的生产车间，如炼钢、铸造、金工等车间。单层工业厂房的结构组成一、单层工业厂房的特点单层工业厂房不仅要满足生产工艺的要求，还要满足布置起重运输设备、生产设备及劳动保护的要求。因而单层工业厂房结构一般承受的荷载大，且跨度大、高度高，构件内力大、截面大、用料多。厂房还常受动力荷载(如吊车荷载、动力机械设备荷载)的作用。二、单层工业厂房的类型单层工业厂房按生产规模分为大、中、小型；按承重结构所用材料不同分为混合结构、钢筋混凝土结构和钢结构。对于无吊车或吊车吨位不超过5t，且跨度在15m以内，柱顶标高在8m以下，无特殊工艺要求的小型厂房，通常选用混合结构，即采用砖柱、钢筋混凝土屋架或木屋架或轻钢屋架为主要构件的结构；对于有重型吊车(起重吨位在150t以上)、跨度较大(跨度在36m以上)，或有特殊工艺要求的大型厂房，通常选用钢结构；其他大部分厂房均采用钢筋混凝土结构。单层工业厂房的结构组成三、钢筋混凝土单层厂房的结构型式钢筋混凝土单层厂房的结构型式主要有排架结构和刚架结构。排架属于超静定结构，钢架有静定结构，超静定结构两种。1.排架结构排架结构由屋架(或屋面梁)、柱和基础组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。根据厂房生产工艺和使用要求不同，排架结构可做成等高、不等高和锯齿形等多种形式，如图15.1所示。排架结构的刚度较大，传力明确，构造简单，耐火性和防火性较好，施工也较方便，是目前大多数厂房所采用的结构型式。图15.1排架结构2.刚架结构单层工业厂房的刚架结构是梁柱刚结、柱与基础铰接的结构。刚架顶节点做成铰接的称为三铰刚架(如图15.2(a)所示)；做成刚接的称为两铰刚架(如图15.2(b)所示)。刚架亦可用于多跨厂房(如图15.2(c)所示)。刚架结构将梁柱合一，构件种类少，制作较简单，且结构轻巧，当跨度和高度较小时(跨度不超过18m，檐口高度不超过10m)，其经济指标稍优于排架结构。但其刚度较差，承载后会产生跨变，故不适于吊车吨位较大的厂房。单层工业厂房的结构组成图15.2刚架形式四、单层厂房的组成和荷载1.结构组成单层厂房排架结构通常由下列结构构件组成，并相互连接成整体，如图15.3所示。1)屋盖结构屋盖结构由屋面板(包括天沟板)、屋架或屋面梁(包括屋盖支撑)组成，有时还设有天窗架和托架等。屋盖结构分有檩和无檩两种结构体系，将大型屋面板直接支承在屋架或屋面梁上的称为无檩屋盖体系；将小型屋面板或瓦材支承在檩条上，再将檩条支承在屋架上的称为有檩屋盖体系。在屋盖结构中，屋面板起围护作用并承受作用在板上的荷载，再将这些荷载传至屋架或屋面梁；屋架或屋面梁是屋面承重构件，承受屋盖结构自重和屋面板传来的活荷载，并将这些荷载传至排架柱。天窗架支承在屋架或屋面梁上，也是一种屋面承重构件。单层工业厂房的结构组成图15.3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—柱间支撑单层工业厂房的结构组成单层工业厂房的结构组成3)纵向平面排架纵向平面排架由纵向柱列、连系梁、吊车梁、柱间支撑和基础等组成，其作用是保证厂房的纵向稳定性和刚度，并承受作用在山墙、天窗端壁以及通过屋盖结构传来的纵向风荷载、吊车纵向水平荷载等，再将其传至基础，如图15.4所示，另外它还承受纵向水平地震作用、温度应力等。图15.2刚架形式4)吊车梁吊车梁一般为装配式的，简支在柱的牛腿上，主要承受吊车竖向荷载、横向或纵向水平荷载，并将它们分别传至横向或纵向平面排架。吊车梁是直接承受吊车动力荷载的构件。5)支撑单层厂房的支支撑包括屋盖盖支撑、天窗窗架支撑和柱间支撑，其作用是加加强厂房结构构的空间刚度度，保证结构构构件在安装装和使用阶段段的稳定和安安全，同时将将风荷载、吊吊车水平荷载或水水平地震作用用等传递到相应的承力力构件。6)基础基础承受柱和和基础梁传来来的荷载并将将它们传至地地基。7)围护结结构围护结构包括括纵墙、横墙墙(山墙)及及由连系梁、、抗风柱(有有时还有抗风风梁或抗风桁桁架)和基础础梁等组成的的墙架。这些些构件所承受受的荷载，主主要是墙体和和构件的自重重以及作用在在墙面上的风风荷载等。2.单层厂厂房结构的荷荷载及传力途途径作用在厂房上上的荷载有永永久荷载和可可变荷载两大大类，如图15.5所示示。其中，永永久荷载(恒恒载)包括各各种结构构件件(如屋架、、屋面板、柱柱等)的自重重及各种建筑筑构造层的重重量等。可变变荷载(活载载)包括吊车车竖向荷载、、吊车纵横向向水平制动力力、屋盖活荷荷载、风荷载载和地震作用用等。单层工业厂房房的结构组成成图15.5单单层工业业厂房的横向向排架及其荷荷载示意图各种荷载的传传力途径如图图15.6所所示。单层厂厂房结构所承承受的各种荷荷载，基本上上都是传递给给排架柱，再再由柱传到基基础，因此屋屋架(或屋面面梁)、柱、、基础是单层层厂房的主要要承重构件。。在有吊车的的厂房中，吊吊车梁也是主主要承重构件件，设计时应应予以重视。。单层层工工业业厂厂房房的的结结构构组组成成图15.6单单层层厂厂房房传传力力路路线线示示意意单层层工工业业厂厂房房的的结结构构组组成成单层层工工业业厂厂房房平平面面、、剖剖面面尺尺寸寸的的确确定定一、、柱网网布布置置厂房房承承重重柱柱或或承承重重墙墙的的定定位位轴轴线线，，在在平平面面上上构构成成的的网网格格，，称称为为柱柱网网。。柱柱网网布布置置就就是是确确定定纵纵向向定定位位轴轴线线之之间间的的尺尺寸寸(跨跨度度)和和横横向向定定位位轴轴线线之之间间的的尺尺寸寸(柱柱距距)。。柱柱网网布布置置既既是是确确定定柱柱的的位位置置，，也也是是确确定定其其他他构构件件的的跨跨度度及及构构件件布布置置方方案案的的依依据据。。柱网网布布置置的的一一般般原原则则是是：：符符合合生生产产和和使使用用要要求求；；建建筑筑平平面面和和结结构构方方案案经经济济合合理理；；在在厂厂房房结结构构型型式式和和施施工工方方法法上上具具有有先先进进性性和和合合理理性性；；符符合合《《厂厂房房建建筑筑模模数数协协调调标标准准》》(GBJ6－－86)的的有有关关规规定定；；适适应应生生产产发发展展和和技技术术革革新新的的要要求求。。厂房房跨跨度度在在18m及及以以下下时时，，应应采采用用扩扩大大模模数数30M数数列列；；在在18m以以上上时时，，应应采采用用扩扩大大模模数数60M数数列列，，如如图图15.7所所示示。。当当跨跨度度在在18m以以上上，，工工艺艺布布置置有有明明显显优优越越性性时时，，也也可可采采用用扩扩大大模模数数30M数数列列。。厂房房的的柱柱距距应应采采用用扩扩大大模模数数60M数数列列。。图15.7跨跨度度和和柱柱距距示示意意图图从经经济济指指标标、、材材料料用用量量和和施施工工条条件件等等方方面面衡衡量量，，采采用用6m柱柱距距比比12m柱柱距距优优越越。。但但从从现现代代工工业业发发展展趋趋势势来来看看，，扩扩大大柱柱距距对对增增加加厂厂房房有有效效面面积积，，提提高高设设备备布布置置和和工工艺艺布布置置的的灵灵活活性性，，机机械械化化施施工工中中减减少少结结构构构构件件的的数数量量和和加加快快施施工工进进度度等等，，都都是是有有利利的的。。当当然然，，由由于于构构件件尺尺寸寸增增加加，，也也会会给给制制作作、、运运输输和和吊吊装装带带来来不不便便。。单层层工工业业厂厂房房平平面面、、剖剖面面尺尺寸寸的的确确定定二、、变形形缝缝变形形缝缝包包括括伸伸缩缩缝缝、、沉沉降降缝缝和和抗抗震震缝缝。。当厂厂房房长长度度和和跨跨度度过过大大时时，，为为防防止止气气温温变变化化时时结结构构内内部部产产生生很很大大的的温温度度应应力力，，使使墙墙面面、、屋屋面面和和构构件件等等拉拉裂裂，，影影响响使使用用，，可可设设置置伸伸缩缩缝缝将将厂厂房房结结构构分分成成若若干干温温度度区区段段，，如如图图15.8所所示示。。伸伸缩缩缝缝应应从从基基础础顶顶面面开开始始，，将将上上部部结结构构构构件件完完全全分分开开，，并并留留出出一一定定宽宽度度的的缝缝隙隙。。温温度度区区段段的的形形状状，，应应力力求求简简单单，，并并应应使使伸伸缩缩缝缝的的数数量量最最少少。。温温度度区区段段的的长长度度(伸伸缩缩缝缝之之间间的的距距离离)，，取取决决于于结结构构类类型型和和温温度度变变化化情情况况。。《《混混凝凝土土结结构构设设计计规规范范》》对对钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构伸伸缩缩缝缝的的最最大大距距离离做做了了规规定定。。图15.8温温度度变变化化产产生生裂裂缝缝示示意意图图单层层工工业业厂厂房房平平面面、、剖剖面面尺尺寸寸的的确确定定当厂厂房房相相邻邻两两部部分分高高度度相相差差很很大大(如如10m以以上上)，，两两跨跨间间吊吊车车吨吨位位相相差差悬悬殊殊，，地地基基承承载载力力或或下下卧卧层层土土质质有有巨巨大大差差别别，，或或厂厂房房各各部部分分的的施施工工时时间间先先后后相相差差很很长长，，地地基基土土的的压压缩缩程程度度不不同同等等情情况况时时，，为为避避免免厂厂房房因因基基础础不不均均匀匀沉沉降降而而引引起起开开裂裂和和损损坏坏，，需需在在适适当当部部位位用用沉沉降降缝缝将将厂厂房房划划分分成成若若干干各各自自刚刚度度较较一一致致的的单单元元。。沉沉降降缝缝应应将将建建筑筑物物从从屋屋顶顶到到基基础础全全部部分分开开，，以以使使在在缝缝两两边边发发生生不不同同沉沉降降时时不不致致损损坏坏整整个个建建筑筑物物。。沉沉降降缝缝可可兼兼作作伸伸缩缩缝缝。。防震震缝缝是是为为减减轻轻厂厂房房震震害害而而采采取取的的措措施施之之一一。。当当厂厂房房平平、、立立面面布布置置复复杂杂，，结结构构高高度度或或刚刚度度相相差差很很大大及及在在厂厂房房侧侧边边贴贴建建有有生生活活间间、、变变电电所所、、炉炉子子间间等等毗毗邻邻屋屋时时，，应应设设置置防防震震缝缝将将相相邻邻两两部部分分基基础础以以上上部部分分分分开开。。地地震震区区的的伸伸缩缩缝缝和和沉沉降降缝缝均均应应符符合合防防震震缝缝的的宽宽度度要要求求。。三、、承重重构构件件与与定定位位轴轴线线的的关关系系1.中中间间柱柱与与横横向向定定位位轴轴线线的的联联系系除横横向向变变形形缝缝处处及及端端部部排排架架柱柱外外，，中中间间柱柱的的中中心心线线应应与与横横向向定定位位轴轴线线相重重合合，，如如图图15.9所所示示。。此此时时，，屋屋架架端端部部位位于于柱柱中中心心线线通通过过处处。。连连系系梁梁、、吊车梁、基基础梁、屋屋面板及外外墙板等构构件的标志志长度皆以以柱中心线线为准。图15.9中间间柱与横向向定位轴线线的联系单层工业厂厂房平面、、剖面尺寸寸的确定2.横向向伸缩缝、、防震缝处处柱与横向向定位轴线线的联系在单层厂房房中，横向向伸缩缝、、防震缝处处一般是在在一个基础础上设双柱柱、双屋架架。各柱有有各自的基基础杯口，，双柱间有有一定的间间距。横向向变形缝处处定位轴线线的标定采采用双轴线线处理。各各轴线均由由吊车梁和和屋面板标标志尺寸端端部通过，，两轴线间间的距离为为缝宽，两两柱中心线线各自轴线线后退600mm，，如图15.10所所示。图15.10横横向伸缩缝缝、防震缝缝与横向定定位轴线的的联系单层工业厂厂房平面、、剖面尺寸寸的确定3.山墙墙与横向定定位轴线的的联系山墙为非承承重墙时，，墙内缘和和抗风柱外外缘应与横横向定位轴轴线相重合合。端部排排架柱的中中心线应自自横向定位位轴线内移移600mm，端部部实际柱距距减少600mm，，如图15.11所所示。山墙为砌体体承重时，，墙内缘与与横向定位位轴线间的的距离应应按砌体的的块料类别别分别为半半块或半块块的倍数或或墙厚的一一半，如图图15.12所示。。图15.11端端柱、非承承重山墙与与横向定位位轴线的联联系图15.12承承重山墙与与横向定位位轴线的联联系单层工业厂厂房平面、、剖面尺寸寸的确定4.墙、、边柱与纵纵向定位轴轴线的联系系纵向定位轴轴线的标定定与吊车桥桥架端头长长度、桥架架端头与上上柱内缘的的安全缝隙隙宽度以及及上柱宽度度有关，如如图15.13所示示。从图中可以以看出，厂厂房跨度L与吊车跨跨度Lk之间存在如如下关系：：图15.13轴轴线与上柱柱宽度、吊吊车桥架端端头及安全全缝隙间的的关系其中e为纵纵向定位轴轴线至吊车车轨中心线线的距离，，一般取750mm。当吊车车起重量＞＞50t时时或由构造造要求时，，可取1000mm。混合结结构的厂房房中，当采采用梁式吊吊车时允许许取500mm。对于无吊车车或只设悬悬挂式吊车车的厂房及及柱距为6m，吊车车起重量≤≤20/5t的厂房房，纵向定定位轴线标标定时，轴轴线与外墙墙内缘及柱柱外缘重合合，如图15.14所示。单层工业厂厂房平面、、剖面尺寸寸的确定对于柱距为为6m，吊吊车起重量量≥30/5t的厂厂房，纵向向定位轴线线标定时，，轴线与柱柱外缘之间间应增设连连系尺寸ααc。αc值应为300或其倍倍数，当墙墙体为砌体体时，可采采用50mm或其整整倍数。此此标定尚须须保证屋架架在柱上应应有的支承承长度不得得小于300mm，，如不足则则上柱头应应伸出牛腿腿以保证支支座长度。（牛腿的的破坏形态态主要与牛牛腿的剪跨跨比有关分分别是：剪剪弯破坏、、斜压破坏坏、剪切破破坏）。图15.14外外墙、边柱柱与纵向定定位轴线的的联系单层工业厂厂房平面、、剖面尺寸寸的确定在无吊车或或只有悬臂臂式吊车的的厂房中，，当采用带带有承重壁壁柱的外墙墙时，如壁壁柱较大，，足够支承承屋顶承重重构件，则则墙内缘与与纵向定位位轴线相重重合，如图图15.15(a)所示；如如壁柱较小小，不够支支承屋顶承承重构件，，则墙内缘缘与纵向定定位轴线间间的距离应应为墙体半半块或半块块的倍数，，如图15.15(b)所示示；当采用用承重外墙墙时，墙内内缘与纵向向定位轴线线间的距离离宜为墙体体半块的倍倍数或使墙墙中心线与与定位轴线线相重合，，如图15.15(c)所示示。图15.15带带承重壁柱柱的外墙与与承重外墙墙单层工业厂厂房平面、、剖面尺寸寸的确定5.中柱柱与纵向定定位轴线的的联系1)等高高跨中柱等高厂房的的中柱，宜宜设置单柱柱和一条纵纵向定位轴轴线。定位位轴线通过过相邻两跨跨屋架的标标志尺寸端端部，并与与上柱中心心线相重合合，如图15.16(a)所所示。由于于相邻跨内内的桥式吊吊车起重量量、厂房柱柱距或构造造等要求需需设插入距距时(插插入距为300数列列)，中柱柱可采用单单柱及两条条纵向定位位轴线，如如图15.16(b)所示。。图15.16等等高跨中柱柱单层工业厂厂房平面、、剖面尺寸寸的确定2)高低低跨处中柱柱高低跨处采采用单柱时时，如高跨跨吊车起重重量≤20/5t，，则高跨上上柱外缘与与封墙内缘缘宜与纵向向定位轴线线相重合，，如图15.17(a)所示示。当高跨跨吊车起重重量较大，，如≥30/5t时时，其上柱柱外缘与纵纵向定位轴轴线间宜设设连系尺寸寸αc，这时应采采用两条纵纵向定位轴轴线，两线线间距为插插入距αi，且αc=αi，如图15.17(b)所示示。图15.17高高低跨处中中柱单层工业厂厂房平面、、剖面尺寸寸的确定6.纵向向伸缩缝、、防震缝处处柱与纵向向定位轴线线的联系等高厂房需需设纵向伸伸缩缝时，，可采用单单柱并设两两条纵向定定位轴线。。伸缩缝一一侧的屋架架或屋面大大梁搁置在在活动支座座上，如图图15.18所示。。若需设防防震缝时，，应设双柱柱、双定位位轴线，两两单位轴线线之间设插插入距αi。图15.18等等高厂房纵纵向伸缩缝缝单层工业厂厂房平面、、剖面尺寸寸的确定不等高厂房房需设纵向向伸缩缝时时，一般设设在高低跨跨处。当采采用单柱处处理时，低低跨屋架或或屋面梁可可搁置在设设有活动支支座的牛腿腿上，高低低跨处应采采用两条纵纵向定位轴轴线，如图图15.19所示。。当采用双