建筑结构11单层工业厂房结构.ppt

1、11单层工业厂房结构，本章主要介绍：单层工业厂房的组成、传力途径和设计内容；单层厂房的结构布置；排架内力的计算；单层厂房柱设计：单层厂房结构主要构件的选择；组件之间的连接。重点在于组成、应力特性、支撑布置、构件选择、弯曲内力计算以及构件之间的连接。本章概述、本章内容、11.1概述11.2单层工业厂房排架结构的组成、传力路径和设计内容11.3单层工业厂房的结构布置11.4单层工业厂房主要构件的选择11.5单层厂房排架内力的计算11.6单层厂房柱的设计11.7单层工业厂房结构主要构件之间的连接结构11.1概述，(1)厂房必须首先满足生产工艺的要求，为生产创造条件通常在车间中发现，这要求车间中有很大

2、的空间。同时，厂房结构应承受较大的静、动荷载、振动或冲击力等。(3)有些工厂在生产过程中会排放大量的废热、烟尘、有害气体、腐蚀性液体和生产噪音，这就需要良好的通风和照明。11.1.1单层工业厂房的特点，(4)生产过程往往需要各种工程技术管网，如水、热、压缩空气、煤气、氧气管道和电源等。在工厂设计中，应考虑各种管道的铺设要求及其负荷。(5)大量原材料、加工件、半成品、成品和废料需要用电瓶车、汽车或火车运输。在工厂设计中，应考虑所用运输工具的通行。11.1.2单层厂房的结构类型。单层厂房的结构按其承重结构的材料划分，包括混合结构、钢筋混凝土结构和钢结构。混合结构的主要承重结构是墙或带壁柱的墙，屋架

3、可以是钢筋混凝土结构、钢木结构或轻钢结构。大多数中型及以上的车间都是钢筋混凝土结构。11.1.2.1根据材料，单层厂房的结构按其施工方法划分，有两种：组装式和现浇式。目前，除特殊情况外，均采用装配式钢筋混凝土结构。11.1.2.2根据施工方法，1。排架结构装配式单层厂房的主要承重结构是屋架或屋梁、柱和基础。当屋架与柱顶铰接，柱顶面与基础刚刚连接时，这样形成的结构称为排架。排架结构分为钢筋混凝土排架结构、由钢屋架和钢筋混凝土柱组成的排架结构和用砖墙或砖堆代替钢筋混凝土柱的砖排架结构。根据生产工艺和应用要求的不同，排架结构可设计成等高或不等高、单跨或多跨等多种形式(如图11.1所示)。11.1.2

4、.3根据承重结构的形式，2。刚架结构也叫框架结构，它也由梁、柱和基础组成。常用的有钢筋混凝土门式刚架和钢框架结构。(1)钢筋混凝土门式刚架。钢筋混凝土门式刚架的基本特点是柱与屋架(梁)组合成同一个构件，柱与基础之间采用铰接或刚性连接。门式刚架的种类很多，目前单层厂房普遍采用两铰和三铰。同样，门式刚架也可用于多跨厂房。如图11.2所示。(2)钢框架结构。钢框架结构的主要构件，如屋架、柱和吊车梁，都是钢结构。厂房钢柱的上柱升至屋架的上弦，屋架的上下弦与上柱连接，使屋架与厂房的整体结构更加协调，11.2.1单层工业厂房排架结构的组成，图11.4装配式钢筋混凝土单层厂房结构，屋面结构分为无檩条和无檩条

5、两个系统，无檩条系统由大屋面板、屋梁或屋架和屋面支撑组成，如图11.5所示。檩条系统由小屋面板、檩条和屋架(包括屋顶支撑)组成，如图11.6所示。屋顶结构有时有天窗框架和支架，其功能主要是围护和承重(承受屋顶结构的自重、屋顶的活荷载、雪荷载和其他荷载)、照明和通风。墙体围护结构包括外墙、抗风柱、墙梁、基础梁等。其功能主要是封闭和承受荷载。11.2.1.1屋面及墙体围护体系，图11.5无檩条体系，图11.6有檩条体系，水平面排架由屋面梁或屋架、水平柱和基础组成，是厂房的基本承重结构。车间的横向排架承受垂直荷载(如结构自重、屋顶活载、吊车垂直荷载等)。)和水平荷载(如风荷载、起重机的横向制动力和地

6、震作用等。)。如图11.7所示。11.2.1.2横向排架结构体系，图11.7单层厂房荷载，纵向排架结构体系由纵向柱、基础、连接梁和柱间支撑组成。其功能是保证厂房结构的纵向稳定性和承重，厂房的纵向排架主要承受纵向水平荷载，如纵向风荷载、吊车纵向制动力、纵向地震作用和温度应力等。如图11.8所示。11.2.1.3纵向排架结构体系，图11.8厂房纵向排架，1风力；2起重机的纵向制动力；3系梁；4柱间支撑；5吊车梁；6柱，11.2.2荷载传递，永久荷载是长期作用在厂房结构上的恒载(恒载)，如各种结构构件、围护结构和设备的自重等。11.2.2.1永久荷载，可变荷载是作用在植物结构上的活载，主要包括：(1

7、)雪荷载，植物每个屋顶上雪的重量由基本雪压力计算。(2)风荷载，由基本风压计算出的厂房各部分表面的风压(吸力)。(3)吊车荷载，吊车在厂房内起吊重物时的移动集中荷载包括吊车的垂直荷载和水平荷载。(4)积灰荷载，对于有大量排灰的厂房及其邻近建筑物应予以考虑。(5)施工负荷，施工或维护期间车间的负荷。11.2.2.2变荷载，作用在单层厂房结构上的所有荷载根据其作用方向可分为竖向荷载、横向水平荷载和纵向水平荷载。荷载传递，尤其是水平荷载传递，实际上非常复杂，而不是简单的直接传递。为了清楚起见，上面分析的负载转移路线被整合到一个图表中来表达，如图11.9所示。在一般的单层厂房中，横向排架是主要的承重结

8、构，而屋架、吊车梁、立柱和基础是厂房的主要承重构件。11.2.2.3意外荷载，图11.9荷载传递路线图，单层工业厂房的结构设计是基于建筑设计数据和坚固性、适用性、技术先进性、经济合理性的原则。单层厂房结构设计的主要内容如下：(1)确定结构方案，安排结构；(2)确定主要承重构件；(3)弯曲内力的分析和组合；(4)排架柱的设计；(5)确定主要部件之间的连接结构。11.2.3单层工业厂房的结构设计内容，11.3单层工业厂房的结构布置，单层工业厂房承重柱的纵向和横向定位轴线在平面上形成的规则网格称为柱网。立柱纵向定位轴线之间的距离称为跨度，横向定位轴线之间的距离称为立柱间距。当确定柱网的尺寸时，生产工

9、艺要求，尤其是工艺eq的布局11.3.1柱网布置，(1)单层厂房跨度小于18m时，应采用30M系列(1M=100mm)，即9m、12m、15m和18m；当大于18m时，应采用60M系列的膨胀模量，即24m、30m、36m等。如图11.10所示。(2)柱与单层厂房柱间距为60M系列，模数加大，如图11.10所示。单层厂房山墙抗风柱的柱距宜采用15M系列的加大模数。图11.10是跨度和柱间距的示意图。(1)可设置膨胀节以降低厂房结构的温度应力，并将厂房结构分成几个温度段。伸缩缝的一般做法是将相邻温度段的上部结构与基础顶面完全分开，并在伸缩缝两侧设置平行的双排柱和双屋架，基础可做成双杯基础，将双排柱

10、连接在一起。11.3.2变形缝的设置，(2)沉降缝由于单层厂房结构主要由简支构件组装而成，且由于地基不均匀沉降而在构件中产生的附加内力不大，因此除了主厂房结构与客厅及其他附属建筑之间的接缝外，沉降缝很少用于单层厂房结构。沉降缝应从基础到屋顶分开，这样沉降缝两侧的不同沉降就不会相互影响。(3)抗震缝中的抗震缝是减少地震破坏的措施之一。当厂房平面和立面复杂，结构高度或刚度差异较大，且辅助用房布置在厂房一侧时，如客厅、变电站、炉膛等，设置抗震缝将相邻部分隔开。在厂房的垂直和水平跨度的连接处，抗震接缝的宽度可以是100150毫米，在其他情况下可以是5090毫米。从图11.11中带檩条屋面系统的厂房的支

11、撑布置可以看出，如果没有支撑，山墙上的风力W将从点A传递到点B，这不仅会使厂房的整体刚度变差，而且很难保证其稳定性。如果提供支撑，山墙上的风w将从点A传递到123456，然后传递到柱之间的支撑，最后传递到基础。支撑的主要功能是：(1)保证厂房结构的纵向和横向水平刚度；(2)保证结构构件在施工和使用过程中的稳定性；(3)将一些水平荷载转移到主承重结构或基础上。11.3.3支架布局。图11.11为檩条屋面系统厂房支撑功能示意图。屋顶支撑包括上弦杆水平支撑、下弦杆水平支撑、下弦杆纵向水平支撑、垂直支撑和系杆等。1.横向水平支撑是由十字角钢和屋顶上弦杆或下弦杆组成的水平桁架。其作用是加强屋顶结构在纵向

12、水平面上的刚度，并将山墙抗风柱所承受的纵向水平力传递给两侧的柱，这些柱布置在温度区的两端。设置在屋架弦平面上的称为弦横向水平支撑；设置在屋架下弦平面内的称为下弦横向水平支撑。11.3.3.1屋面支撑，(1)上弦横向水平支撑。当屋面结构的纵向平面刚度不足，且有下列情况之一时，应设置上弦横向水平支撑：当屋面板与屋架连接点的焊接质量不能保证，山墙抗风柱与屋架上弦连接时；工厂大楼装有天窗。当天窗穿过厂房两端的第二根立柱或穿过伸缩缝时，此时应在第一根或第二根立柱之间的天窗内设置上弦横向水平支撑，并在天窗内沿纵向设置一根或三根全长的压杆，以保证屋架上弦的横向稳定性。(2)下弦杆为水平支撑它的作用是加强屋顶

13、结构在纵向水平面上的刚度；当屋顶设置支架时，可以保证支架上缘的侧向稳定性，支架区域的侧向水平风力可以有效地传递到相邻的柱子上。在下列情况下，应提供纵向水平支撑。(1)当车间提供支架时，带支架的柱之间和两端相邻柱之间必须提供下弦杆纵向水平支撑，如图11.13(a)所示。(2)厂房内有软钩桥式起重机，当厂房较高且起重机吨位较大时(如单跨厂房柱高大于1518米，中间工作起重机大于30t)。如图11.13(b)、(3)所示，当车间内有5t以上的硬钩桥式起重机或锻锤时，其布置要求如图11.13(b)所示。当起重机吨位较大或对车间刚度有特殊要求时，可沿中间立柱适当增加纵向和横向支撑，如图11.13(c)所

14、示。当下弦水平支撑已在车间设置时，纵向水平支撑应尽可能与水平支撑连接，形成一个封闭的水平支撑系统，如图11.13(a)和(b)所示。3.竖向支撑和水平拉杆竖向支撑一般是由角钢构件和屋架直腹构件或天窗框架立柱组成的竖向桁架。屋架的竖向支撑根据屋架的不同高度做成十字形或W形天窗框架，竖向支撑一般做成斜叉状。竖向支撑的作用是保证屋架和天窗框架承受荷载后的平面外稳定性；并且传递纵向水平力，所以垂直支撑与横向水平支撑配合。屋架的竖向支撑应按以下要求布置：(1)当屋架跨度大于18米小于30米时，竖向支撑应布置在车间末端第二根立柱之间和伸缩缝两侧第二根立柱之间，屋架跨度内应设置竖向支撑和水平拉杆。(2)当屋

15、架跨度大于30m时，应在屋架跨度约三分之一的节点处设置两个竖向支撑和水平拉杆。(3)除按上述要求布置支撑外，在立杆较高的折叠或梯形屋架之间的屋架端部应增加竖向支撑和水平拉杆。(4)当屋架配有轻型吊机时，可在吊机的节点位置设置对角垂直支撑，如图11.14所示。4。天窗框架支撑天窗框架支撑包括天窗上弦水平支撑和天窗框架垂直支撑。天窗支撑的作用是提高整体刚度，保证系统的空间稳定性，并将端墙上的水平风荷载传递给屋架。天窗框架支架一般布置在天窗框架的两端，如图11.15所示。图11.12横向水平支撑布置图，图11.13纵向水平支撑布置图，图11.14斜向垂直支撑图，图11.15天窗框架上弦为横向，柱间支撑一般由交叉的钢斜杆组成。横向倾角在3555之间，最好是45，钢筋的截面尺寸应通过强度和稳定性计算确定(如图11.16(a)所示)。当因交通、设备布置或柱间柱距大而不能采用交叉斜撑时，可做成门式斜撑，如图11.16(b)所示。柱间支撑的作用是保证厂房的纵向刚度和稳定性，吊车的纵向制动力、山墙的纵向风荷载和纵向地震力通过屋面系统传递给两个纵向柱。11.3.3.2柱间支撑及柱间支撑的布置：一般来说，上部柱间支撑布置在对应于屋顶横向水平支撑的温度区两侧的柱之间，以及温度区中心处或附近的柱之间，下部柱间