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。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。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。2.2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.柱间支撑结构构组组成成屋盖盖结结构构横向向平平面面排排架架纵向向平平面面排排架架围护护结结构构承重重结结构构围护护结结构构1、、屋屋盖盖结结构构有檩檩、、无无檩檩体体系系。。多用用无无檩檩体体系系。组成成：屋屋面面板板、、檩檩条条、、屋屋面面梁梁或或屋屋架架、、天天窗窗架架、、支支撑撑、、托托架架作用用：承承重重、、围围护护，，与与支支撑撑体体系系将将纵纵横横向向平平面面排排架架连连接接成成整整体体并并传传递递荷荷载载荷载载：屋屋面面活活荷荷载载、、雪雪荷荷载载、、自自重重等等2、、横横向向平平面面排排架架由横横梁梁、、横横向向柱柱列列及及其其基基础础所所组组成成的的平平面面骨骨架架，，是厂厂房房的的基基本本承承重重结结构构。厂厂房房承承受受的的竖竖向向荷荷载载（自自重重、、屋屋面面活活荷荷载载、、雪雪荷荷载载和和吊吊车车竖竖向向荷荷载载等等））及及横横向向水水平平荷荷载载（（风风、、地地震震、、水水平平制制动动））主主要要通通过过横横向向平平面面排排架架传传至至基基础础及及地地基基。。横向向平平面面排排架架上上竖向向荷荷载载的传传力力途途径径吊车车竖竖向向荷荷载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横向向平平面面排排架架上上横向向水水平平荷荷载载的传传力力途途径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3、、纵纵向向平平面面排排架架由连连系系梁梁、、吊吊车车梁梁、、纵纵向向柱柱列列、、柱柱间间支支撑撑和和基基础础等等构构件件组组成成的的纵纵向向平平面面骨骨架架。。作用用是保保证证厂厂房房结结构构的的纵纵向向稳稳定定性性和和刚刚度度，承承受受吊吊车车纵纵向向水水平平荷荷载载、、纵纵向向水水平平地地震震作作用用、、以以及及作作用用在在山山墙墙传传来来的的纵纵向向风风荷荷载载等等。。纵纵向向柱柱列列柱柱子子数数量量较较多多，，并并有有吊吊车车梁梁，，连连系系梁梁，，柱柱间间支支撑撑等等，，故故杆杆件件内内力力不不大大，，不不考考虑虑地地震震作作用用时时，，一般般可可不不进进行行纵纵向向平平面面排排架架计计算算。。纵向向水水平平荷荷载载传力力途途径径4、、围围护护结结构构组成成：纵纵墙墙、、山山墙墙、、横横墙墙、、墙墙梁梁、、抗抗风风柱柱、、连连系系梁梁、、基基础础梁梁等等。。作用用：围围护护和和承承重重。。主主要要承承受受墙墙体体和和构构件件的的自自重重以以及及作作用用在在墙墙面面的的风风载载。。厂房房结结构构的的设设计计步步骤骤一个个建建设设项项目目的的设设计计，，一一般般包包括括工工艺艺设设计计、、建建筑筑设设计计、、结结构构设设计计和和设设备备设设计计（（如如水水、、暖暖、、电电等等））等等几几方方面面。。就单单层层厂厂房房结结构构设设计计而而言言，，可可分分为为方方案案设设计计、、技技术术设设计计和和施施工工图图绘绘制制等等三三个个阶阶段段。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2.3结结构构布布置置2.3.1厂厂房房平平面面布布置置2.3.2厂厂房房支支撑撑布布置置2.3.3围围护护结结构构布布置置2.3.1厂厂房房平平面面布布置置1、、柱柱网网布布置置2、、变变形形缝缝1、、柱柱网网布布置置横向向定定位位轴轴线线———定定柱柱距距、、屋屋面面板板跨跨、、吊吊车车梁梁跨跨。。即即吊吊车车梁梁、、连连系系梁梁、、基基础础梁梁、、屋屋面面板板及及外外墙墙板板等等一一系系列列纵纵向向构构件件的的标志志长长度度（实实际际尺尺寸寸+构构造造尺尺寸寸））。。纵向向定定位位轴轴线线———定定跨跨度度，，即即屋架架的的标标志志长长度度。为设计计标标准准化化、、生生产产工工业业化化、、施施工工机机械械化化，通通常常有有：：柱距距一般般用用6m或或6m的的倍倍数数（（局局部部抽抽柱柱））。。个个别别采采用用9m柱柱距距。。跨度度在18m以以下下的的，，采采用用3m的的倍倍数数；；18m以以上上的的采采用用6m的的倍倍数数。。必必要要时时采采用用21m，，27m，，33m。。横向定定位轴轴线与柱的的关系系在厂房房端部部与山山墙内内边缘缘重合合，须须将山山墙内侧第第一排排柱中中心内内移600mm；伸伸缩缝缝两边边的柱柱中心心线向向两边边移动动600mm。目的是是使端端屋架架和山山墙抗抗风柱柱的位位置不不发生生冲突突。纵向定定位轴轴线与边柱柱的关关系柱距6m，，无吊吊车或或Q<20t时时，用用封闭轴轴线。柱距6m、、20t<Q<32t时时，采采用非封闭闭轴线线，D=125mm；柱距12m或Q>50t时，，采用用非封闭闭轴线线，D=250、500mm纵向定定位轴轴线与中柱柱的关关系等高跨跨：上上柱中中心线线与纵纵向轴轴线重重合高低跨跨：单柱（（高跨跨Q<20t，，轴线线在高高跨柱柱边；；若Q>32T，两两条轴轴线，，高跨跨柱边边向高高跨纵纵轴线线外移移插入入距A=D)双柱（（Q<20t，轴轴线分分别在在高低低跨柱柱外侧侧边，，中间间相隔隔伸缩缩缝C和封封墙厚厚度B；若若高跨跨Q>32T时时，高高跨柱柱边还还应向向高跨跨轴线线外移移D，，中间间相隔隔伸缩缩缝C和封封墙厚厚度B以以及D。吊车轨轨道中中心至至纵向向定位位轴线线的距距离为为750mm。。吊车上上缘与与屋架架下弦弦净空空要求求不小小于220mm。2、变变形缝缝的布布置伸缩缝缝为减小小温度度应力力，从从基顶顶开始始将结结构分分为若若干区区段。。横向向伸缩缩缝采采用双柱式式、纵向向伸缩缩缝采采用滚轴式式。最大间间距为为70m(露天天),100m(室室内或或土中中）沉降缝缝防止不不均匀匀沉降降，从从基底底到屋屋顶全全部断断开。。一般般不设设。防震缝缝从基顶顶分开开，缝缝宽为为100~150mm2.3.2支支撑撑的布布置屋盖支支撑：包括上上弦横横向水水平支支撑、、下弦弦横向向水平平支撑撑、纵纵向水水平支支撑、、垂直直支撑撑、纵纵向水水平系系杆、、天窗窗架支支撑等等。柱间支支撑：是纵向平平面排排架中中最主主要的的抗侧侧力构构件。。支撑的的作用用：1、屋屋盖支支撑屋架之之间的的垂直直支撑撑和水水平系系杆：保证屋屋架侧侧向稳稳定。。在第第一或或二柱柱间设设垂直直支撑撑。上、下下弦横横向水水平支支撑：保证证上下下弦的的侧向向稳定定，并并可靠靠传递递纵向向水平平力至至纵向向排架架。伸缩缝缝区间间两端端的第一一二柱柱间。。图下弦纵纵向水水平支支撑：设在在下弦弦端部部节间间，与与横向向水平平支撑撑形成成封闭闭体系系，并并将横横向水水平力力分散散给横横向排排架。。图上弦横横向水水平支支撑作用：：保证屋屋架上上弦的的侧向向稳定定性；；增强强屋盖盖的整整体刚刚度；；承受受由山山墙通通过抗抗风柱柱传来来的风风荷载载和其其他纵纵向水水平荷荷载，，并传传至厂厂房纵纵向柱柱列。。位置：：设在伸伸缩缝缝区间间两端端的第第一二二柱间间。若大大型屋屋面板板与屋屋架连连接质质量能能保证证，可可不设设。位置：：在伸缩缝缝区段段两端端的第第一二二柱间间设置置。当屋架架下弦弦设有有悬挂挂吊车车，或或厂房房内有有较大大振动动，或或山墙墙风荷荷载通通过抗抗风柱柱传至至屋架架下弦弦，应应设。。下弦横横向水水平支支撑作用：：防止屋屋架下下弦侧侧向振振动；；将山山墙风风荷载载及纵纵向水水平荷荷载传传至纵纵向柱柱列。。下弦纵纵向水水平支支撑作用：：加强屋屋盖结结构的的横向向水平平刚度度；保保证横横向水水平荷荷载的的纵向向分布布，加加强排排架间间的协协同工工作能能力；；保证证托架架上弦弦的侧侧向稳稳定。。位置：：在屋架架下弦端端节间间沿厂房房纵向向通长长或局局部设设置一一道；；当已已设有有下弦弦横向向水平平支撑撑时，，为保保证厂厂房空空间刚刚度，，应尽可可能与与横向向水平平支撑撑连接接，以以形成成封闭闭的水水平支支撑系系统。垂直支支撑作用：：保证屋屋架受受荷后后在平平面外外的稳稳定，，防止止侧向向颤动动；传传递纵纵向水水平力力。位置：：应与下下弦横横向水水平支支撑布布置在在同一一柱间间内（伸缩缩缝区区段两两端））。垂直支支撑和和水平平系杆杆布置置图水平系系杆作用：：上弦水水平系系杆是为保保证屋屋架上上弦或或屋面面梁受受压翼翼缘的的侧向向稳定定，减减小压压杆的的计算算长度度；下弦水水平系系杆是为防防止在在吊车车或有有其它它水平平振动动时屋屋架下下弦侧侧向颤颤动。。位置：：在未设置置垂直直支撑撑的屋屋架间间，在相相应于于垂直直支撑撑平面面内的的屋架架上弦弦和下下弦节节点处处，设设置通通长的的水平平系杆杆。2、柱柱间支支撑作用：：保证厂厂房纵纵向排排架的的刚度度和稳稳定。。将纵纵向水水平荷荷载传给基基础。。位置：：上部支支撑通常设设在伸伸缩缝缝区段段两端端及中中央或或附近近；下部支支撑通常在在伸缩缩缝区区段中中部和和上柱柱支撑撑相对对应的的位置置。柱间支支撑在以下下情况况设置置：（1））厂房房内设设置重重级工工作制制吊车车，或或中、、轻级级工作作制吊吊车起起重量量在10吨吨以上上；（2））厂房房跨度度在18米米及18米米以上上，或或柱高高在8米以以上；；（3）纵纵向柱的的总数每每排在7根以下下；（4）设设有3吨吨及3吨吨以上吊吊车；（5）露露天吊车车的柱列列。支撑常见形式3、天窗窗架支撑撑作用：保证天窗窗架上弦弦的侧向向稳定；；将天天窗端壁壁上的风风荷载传传给屋架架。2.3.3围围护结构构布置1、抗风风柱的布布置2、圈梁梁、连系系梁、过过梁和基基础梁的的布置1、抗风风柱的布布置抗风柱其其外边缘缘与厂房房横向封封闭轴线线重合，，离屋架架中心线线600mm。为了避避免抗风风柱与端端屋架相相碰，应应将抗风风柱的上上部截面面高度适适当减小小，形成成变截面面柱。作用：将山墙分分成几个个区段，，使风荷荷载一部部分直接接传给纵纵向柱列列，另一一部分经经抗风柱柱上端通通过屋盖盖传给纵纵向柱列列，下端端传给基基础。设置方式式：与基础刚刚接，与与屋架下下弦或同同时与上上下弦铰铰接，与屋架间间可有相相对竖向向移动但但水平方方向应可可靠连接接。常采用用弹簧板板或长圆圆孔螺栓栓。抗风柱的的布置2、圈梁梁、连系系梁、过过梁和基基础梁的的布置砖砌体作作围护墙墙时，要要设圈梁梁、连系系梁、过过梁和基基础梁。。可结合合在一起起。圈梁的作用是是将墙体体与厂房房柱箍在在一起，，加强刚刚度，防防止不均均匀沉降降。连系梁的作用是是连系纵纵向柱列列，以增增强纵向向刚度，，还承受受其上的的墙体的的重力。。过梁承担门窗窗洞口上上部墙体体的重力力。基础梁承受围护护墙体的的重力。。可不另另做墙基基础。基础梁的的布置2.4构构件件选型与与截面尺尺寸确定定2.4.1屋屋盖结构构构件2.4.2吊吊车梁2.4.3柱柱2.4.4基基础主要承重重构件有屋面板板、屋架架、吊车车梁、柱柱、基础础。屋面面板、屋屋架、吊吊车梁及及大部分分构件均均有标准图集集。柱和基础础一般需需计算确确定。2.4.1屋盖结构构构件1、屋面板：无檩体系系:常用用预应力力砼大型型屋面板板（1.5*6，3*9)。