单层工业厂房结构设计教材

第2章单层工业厂房结构设计1本章重点：熟悉单层工业厂房结构的选型与结构布置方法；掌握钢筋混凝土排架的结构分析方法（计算简图、荷载与内力计算方法）、内力组合原则及柱的截面设计方法；熟悉排架柱、牛腿、柱下独立基础的配筋构造要求。2结构类型和结构体系单厂的结构构件选型与支撑布置铰接排架的内力分析与组合单厂排架柱设计牛腿设计柱下单独基础设计3单层厂房的特点：单厂结构的跨度大、高度大、荷载大、内力大、截面尺寸大常承受动力荷载隔墙少，柱是承受屋盖荷载、墙体荷载、吊车荷载以及地震荷载的主要构件4按承重结构的材料分砌体混合结构（无吊车或Q<50kN，l<15m，柱顶标高不超过8m）；钢筋混凝土结构钢结构（重型吊车Q>1500kN，l>36m）按外形分：单跨与多跨、等高与不等高、单层与多层；按结构体系分：排架、刚架2.1结构类型和结构体系5排架结构：由屋面梁或屋架、柱和基础组成。排架的柱与屋架铰接而与基础刚接。根据材料不同可分为：钢-钢筋混凝土排架、钢筋混凝土-砖排架、钢筋混凝土排架。6刚架结构：柱与屋架（梁）刚接而与基础常为铰接。有折线形门式刚架、拱形门式刚架；三铰式、两铰式。简单轻巧，但刚度较差，适用于无吊车或吊车吨位不大于100kN、跨度不超过18m的轻型厂房。72.2结构组成及荷载传递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8单层排架结构组成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）屋架下弦横向支撑14）屋架垂直支撑15）柱间支撑9101112结构组成成屋盖结构构横向平面面排架纵向平面面排架围护结构构承重结构构围护结构构131、屋盖盖结构有檩、无无檩体系系。多用无檩檩体系。组成：屋面板板、檩条条、屋面面梁或屋屋架、天天窗架、、支撑、、托架作用：承重、、围护，，与支撑撑体系将将纵横向向平面排排架连接接成整体体并传递递荷载荷载：屋面活活荷载、、雪荷载载、自重重等142、横向向平面排排架由横梁、、横向柱柱列及其其基础所所组成的的平面骨骨架，是厂房的的基本承承重结构构。厂房承承受的竖竖向荷载载（自重、、屋面活活荷载、、雪荷载载和吊车车竖向荷荷载等））及横向向水平荷荷载（风风、地震震、水平平制动））主要通通过横向向平面排排架传至至基础及及地基。。15横向平面面排架上上竖向荷载载的传力途途径吊车竖向向荷载屋面荷载天窗架屋面板屋架吊车梁柱连系梁纵墙自重基础基础梁地基16横向平面面排架上上横向水平平荷载的传力途途径天窗架屋架吊车横向水平荷载吊车梁柱纵墙基础地基横向风荷载屋面板横向水平地震作用17屋架柱基础纵墙天窗架吊车横向向水平荷荷载横向风荷荷载横向地震震作用屋面板吊车梁横向水平平荷载传传递路线线通过横向排架183、纵向向平面排排架由连系梁梁、吊车车梁、纵纵向柱列列、柱间间支撑和和基础等等构件组组成的纵纵向平面面骨架。。作用是保证厂厂房结构构的纵向向稳定性性和刚度度，承受吊吊车纵向向水平荷荷载、纵纵向水平平地震作作用、以以及作用用在山墙墙传来的的纵向风风荷载等等。纵向向柱列柱柱子数量量较多，，并有吊吊车梁，，连系梁梁，柱间间支撑等等，故杆杆件内力力不大，，不考虑虑地震作作用时，，一般可不不进行纵纵向平面面排架计计算。19屋盖及屋屋盖支撑撑柱基础抗风柱天窗架吊车纵向向水平荷荷载纵向风荷荷载纵向地震震作用天窗端壁壁吊车梁纵向水平平荷载传传递路线线通过纵向排架山墙204、围护护结构组成：纵墙、、山墙、、横墙、、墙梁、、抗风柱柱、连系系梁、基基础梁等等。作用：围护和和承重。。主要承承受墙体体和构件件的自重重以及作作用在墙墙面的风风载。21厂房结构构的设计计步骤一个建设设项目的的设计，，一般包包括工艺艺设计、、建筑设设计、结结构设计计和设备备设计（（如水、、暖、电电等）等等几方面面。就单层厂厂房结构构设计而而言，可可分为方方案设计计、技术术设计和和施工图图绘制等等三个阶阶段。方案设计阶段确定柱网布置等平面问题

——确定结构形式、标高等剖面问题进行结构构件选型、初估尺寸技术设计阶段——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）设计施工图阶段——结构布置图（屋面、柱、基础等）构件布置与配筋图节点大样图222.3结结构构布置2.3.1厂厂房平面面布置2.3.2支支撑布置置2.3.3围围护结构构布置232.3.1厂厂房房平面布布置1、柱网网布置2、变形形缝241、柱网网布置横向定位位轴线——定柱柱距、屋屋面板跨跨、吊车车梁跨。。即吊车车梁、连连系梁、、基础梁梁、屋面面板及外外墙板等等一系列列纵向构构件的标标志长度度（实际际尺寸+构造尺尺寸）。。纵向定位位轴线——定跨跨度，即即屋架的的标志长长度。为设计标准准化、生生产工业业化、施施工机械械化，通常有有：柱距一般用6m或6m的倍倍数（局局部抽柱柱）。个个别采用用9m柱柱距。跨度在18m以下的的，采用用3m的的倍数；；18m以上的的采用6m的倍倍数。必必要时采采用21m，27m，，33m。2526横向定位位轴线与柱的关关系在厂房端端部与山山墙内边边缘重合合，须将将山墙内侧第一一排柱中中心内移移600mm；；伸缩缝缝两边的的柱中心心线向两两边移动动600mm。目的是使使端屋架架和山墙墙抗风柱柱的位置置不发生生冲突。。27纵向定位位轴线与边柱的的关系柱距6m，无吊吊车或Q<20t时，，用封闭轴线线。柱距6m、20t<Q<32t时，，采用非封闭轴轴线，D=125mm；；柱距12m或Q>50t时，，采用非封闭轴轴线，D=250、500mm。28纵向定位位轴线与中柱的的关系29等高跨：：上柱中中心线与与纵向轴轴线重合合高低跨：：单柱（高高跨Q<20t，轴线线在高跨跨柱边；；若Q>32T，两条条轴线，，高跨柱柱边向高高跨纵轴轴线外移移插入距距A=D)双柱（Q<20t，，轴线分分别在高高低跨柱柱外侧边边，中间间相隔伸伸缩缝C和封墙墙厚度B；若高高跨Q>32T时，高高跨柱边边还应向向高跨轴轴线外移移D，中中间相隔隔伸缩缝缝C和封封墙厚度度B以以及D。。30吊车轨道道中心至至纵向定定位轴线线的距离离为750mm。吊车上缘缘与屋架架下弦净净空要求求不小于于220mm。。312、变形形缝的布布置伸缩缝为减小温温度应力力，从基基顶开始始将结构构分为若若干区段段。横向向伸缩缝缝采用双柱式、纵向伸伸缩缝采采用滚轴式。最大间距距为70m(露露天),100m(室室内或土土中）沉降缝防止不均均匀沉降降，从基基底到屋屋顶全部部断开。。一般不不设。防震缝从基顶分分开，缝缝宽为100~150mm32332.3.2支支撑布布置屋盖支撑撑：包括上弦弦横向水水平支撑撑、下弦弦横向水水平支撑撑、纵向向水平支支撑、垂垂直支撑撑、纵向向水平系系杆、天天窗架支支撑等。。柱间支撑撑：是纵向平面面排架中中最主要要的抗侧侧力构件件。34支撑的作作用：351、屋盖盖支撑屋架之间间的垂直直支撑和和水平系系杆：保证屋架架侧向稳稳定。在在第一或或二柱间间设垂直直支撑。。上、下弦弦横向水水平支撑撑：保证上上下弦的的侧向稳稳定，并并可靠传传递纵向向水平力力至纵向向排架。。伸缩缝缝区间两两端的第第一二柱柱间。图下弦纵向向水平支支撑：设在下下弦端部部节间，，与横向向水平支支撑形成成封闭体体系，并并将横向向水平力力分散给给横向排排架。图36上弦横向向水平支支撑作用：保证屋架架上弦的的侧向稳稳定性；；增强屋屋盖的整整体刚度度；承受受由山墙墙通过抗抗风柱传传来的风风荷载和和其他纵纵向水平平荷载，，并传至至厂房纵纵向柱列列。位置：设在伸缩缩缝区间间两端的的第一二二柱间。若大型型屋面板板与屋架架连接质质量能保保证，可可不设。。37位置：在伸缩缝区区段两端端的第一一二柱间间设置。。当屋架下下弦设有有悬挂吊吊车，或或厂房内内有较大大振动，，或山墙墙风荷载载通过抗抗风柱传传至屋架架下弦，，应设。。下弦横向向水平支支撑作用：防止屋架架下弦侧侧向振动动；将山山墙风荷荷载及纵纵向水平平荷载传传至纵向向柱列。。38下弦纵向向水平支支撑作用：加强屋盖盖结构的的横向水水平刚度度；保证证横向水水平荷载载的纵向向分布，，加强排排架间的的协同工工作能力力；保证证托架上上弦的侧侧向稳定定。位置：在屋架下弦端节节间沿厂房纵纵向通长长或局部部设置一一道；当当已设有有下弦横横向水平平支撑时时，为保保证厂房房空间刚刚度，应尽可能能与横向向水平支支撑连接接，以形形成封闭闭的水平平支撑系系统。39垂直支撑撑作用：保证屋架架受荷后后在平面面外的稳稳定，防防止侧向向颤动；；传递纵纵向水平平力。位置：应与下弦弦横向水水平支撑撑布置在在同一柱柱间内（伸缩缝缝区段两两端）。。垂直支撑撑和水平平系杆布布置图40水平系杆杆作用：上弦水平平系杆是为保证证屋架上上弦或屋屋面梁受受压翼缘缘的侧向向稳定，，减小压压杆的计计算长度度；下弦水平平系杆是为防止止在吊车车或有其其它水平平振动时时屋架下下弦侧向向颤动。。位置：在未设置垂垂直支撑撑的屋架架间，在相应应于垂直直支撑平平面内的的屋架上上弦和下下弦节点点处，设设置通长长的水平平系杆。。412、柱间间支撑作用：保证厂房房纵向排排架的刚刚度和稳稳定。将将纵向水水平荷载载传给基础础。位置：上部支撑撑通常设在在伸缩缝缝区段两两端及中中央或附附近；下部支撑撑通常在伸伸缩缝区区段中部部和上柱柱支撑相相对应的的位置。。42柱间支撑撑在以下情情况设置置：（1）厂厂房内设设置重级级工作制制吊车，，或中、、轻级工工作制吊吊车起重重量在10吨以以上；（2）厂厂房跨度度在18米及18米以以上，或或柱高在在8米以以上；（3）纵纵向柱的的总数每每排在7根以下下；（4））设有有3吨吨及3吨以以上吊吊车；；（5））露天天吊车车的柱柱列。。43支撑常见形式443、天天窗架架支撑撑作用：保证天天窗架架上弦弦的侧侧向稳稳定；；将将天窗窗端壁壁上的的风荷荷载传传给屋屋架。。45462.3.3围围护结结构布布置1、抗抗风柱柱的布布置2、圈圈梁、、连系系梁、、过梁梁和基基础梁梁的布布置471、抗抗风柱柱的布布置抗风柱柱其外外边缘缘与厂厂房横横向封封闭轴轴线重重合，，离屋屋架中中心线线600mm。为了了避免免抗风风柱与与端屋屋架相相碰，，应将将抗风风柱的的上部部截面面高度度适当当减小小，形形成变变截面面柱。。作用：：将山墙墙分成成几个个区段段，使使风荷荷载一一部分分直接接传给给纵向向柱列列，另另一部部分经经抗风风柱上上端通通过屋屋盖传传给纵纵向柱柱列，，下端端传给给基础础。设置方方式：：与基础础刚接接，与与屋架架下弦弦或同同时与与上下下弦铰铰接，，与屋架架间可可有相相对竖竖向移移动但但水平平方向向应可可靠连连接。常采采用弹弹簧板板或长长圆孔孔螺栓栓。4849抗风柱柱的布布置502、圈圈梁、、连系系梁、、过梁梁和基基础梁梁的布布置砖砌体体作围围护墙墙时，，要设设圈梁梁、连连系梁梁、过过梁和和基础础梁。。可结结合在在一起起。圈梁的作用用是将将墙体体与厂厂房柱柱箍在在一起起，加加强刚刚度，，防止止不均均匀沉沉降。。连系梁梁的作用用是连连系纵纵向柱柱列，，以增增强纵纵向刚刚度，，还承承受其其上的的墙体体的重重力。。过梁承担门门窗洞洞口上上部墙墙体的的重力力。基础梁梁承受围围护墙墙体的的重力力。可可不另另做墙墙基础础。51基础梁梁的布布置522.4构构件件选型型与截截面尺尺寸确确定2.4.1屋屋盖结结构构构件2.4.2吊吊车梁梁2.4.3柱柱2.4.4基基础主要承承重构构件有屋面面板、、屋架架、吊吊车梁梁、柱柱、基基础。。屋面面板、、屋架架、吊吊车梁梁及大大部分分构件件均有有标准图图集。柱和基基础一一般需需计算算确定定。532.4.1屋盖结结构构构件1、屋屋面板板：无檩体体系:常用用预应应力砼砼大型型屋面面板（（1.5*6，，3*9)。有檩体体系：：檩条、、小型型屋面面板（（槽瓦瓦、波波形大大瓦等等）5455562、屋屋面梁梁和屋屋架屋面梁梁有预应应力混混凝土土单坡坡或双双坡薄薄腹工工形梁梁及空空腹梁梁。屋架有拱式式和桁桁架式式。57拱形与与折线线形屋屋架的的杆件件内力力较均均匀，，腹杆杆内力力很小小，但但拱形形端部部坡度度大，，不利利于卷卷材防防水屋屋面的的施工工，而而折线形形屋架弥弥补了了这一一缺点点，应用广广泛。5859603.天天窗窗架和和托架架天窗架架61托架622.4.2