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1、,第12章 钢筋混凝土单层工业厂房,第12章 钢筋混凝土单层工业厂房,钢筋混凝土单层厂房的结构形式主要有排架结构和刚架结构两种。本章仅介绍混凝土排架结构的组成、结构布置及主要构件的选型、排架荷载计算、内力组合以及柱子和牛腿等主要构件的设计及构造要求。,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,在工业建筑中，单层厂房是最普遍采用的一种结构形式，主要应用于冶金、机械、化工、纺织等工业厂房。这类厂房一般有较重的机械和设备、产品尺寸大且重，大型设备可以直接安装在地面上，便于产品的加工和运输。目前单层厂房已实现定型设计、构配件标准化、通用化、生产工业化、施工机械化。,1.1单层工业厂房的结构形式,
2、1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,单层厂房根据其生产特点、吊车起重能力、跨度和高度的不同，可以选用不同的结构形式。按承重结构所用材料的不同，可以分为混合结构、混凝土结构和钢结构。混合结构的承载结构由砖柱和各种房架组成，一般用于无吊车或吊车起重量不超过5t，跨度小于15m，柱顶标高不超过8m，无特殊工艺要求的小型厂房；对于吊车起重量超过250t，跨度大于36m的大型厂房，或有特殊要求的厂房，一般采用钢屋架、钢筋混凝土柱或全钢结构。除上述两种情况以外的大部分厂房均可采用混凝土结构。 钢筋混凝土单层厂房的结构形式主要有排架结构和刚架结构两种。,1.1单层工业厂房的结构形式,1.单层工业
3、厂房的结构形式、结构组成及受力特点,排架结构由屋架（屋面梁）、柱和基础组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。根据生产和工艺的不同要求，可做成等高、不等高、单跨、多跨等多种形式，如图所示。相对其他结构形式，混凝土排架结构刚度大，其跨度可超过30m，高度可达20m30m乃至更高，吊车吨位可达150t甚至更大，排架结构的构件一般采取现场预制、养护、然后吊装，各构件间多采用预埋铁件焊接以形成结构整体。,1.1单层工业厂房的结构形式,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,锯齿形厂房属于一种特殊的排架结构，多见于昼夜连续生产的纺织类企业，因生产需要稳定的采光并对温度、湿度和通风有严格要求，故该类厂房的
4、设计有较强的专业性。 排架结构传力明确，构造简单，施工方便。,1.1单层工业厂房的结构形式,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,刚架结构目前常用的是装配式钢筋混凝土门式刚架，它的特点是柱与横梁刚接成一个构件，柱与基础通常为铰接。刚架顶节点做成铰接的，称为三铰刚架，如图（a）所示，做成刚接的称为两铰刚架，如图（b）所示。门式刚架属于梁柱合一的结构形式，因而构件种类少，且构件截面还可随内力的变化做成变截面，故结构轻巧。门式刚架一般分段预制，然后通过螺栓或焊接连成整体，也属于预制、装配式施工的结构体系。刚架的缺点是刚度较差，承载后会产生“跨变”现象，梁柱转角处易产生早期裂缝，所以不宜用于
5、较大吨位吊车的工业厂房。,1.1单层工业厂房的结构形式,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,单层厂房通常由屋盖结构、排架柱、吊车梁、支撑、基础及围护结构等结构构件组成，如图所示。,1.2单层工业厂房的结构组成,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,1.屋盖结构 屋盖结构由屋面板、屋架或屋面梁（包括屋盖支撑）组成，有时还设有天窗架、托架等。屋盖结构分无檩屋盖体系和有檩屋盖体系两种，无檩体系是指由“屋架或屋面梁+大型屋面板”组成的屋盖承载体系；有檩体系是指由“屋架或屋面梁+檩条+小型屋面板或瓦材”组成的屋盖承载体系； 显然，无檩体系均由大型构件组成，故屋盖刚度较大，更易形成较
6、大房屋整体结构刚度，应用也更普遍。,1.2单层工业厂房的结构组成,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,2.排架柱 排架柱是排架结构厂房中最主要的受力构件，直接承受屋架、吊车梁、外墙、支撑等传来的荷载，并将它们传给基础。 3.吊车梁 吊车梁主要承受吊车传来的竖向荷载和横、纵向水平制动力，并将它们分别传至横向或纵向平面排架。吊车梁一般为装配式，简支在柱的牛腿上。 4.支撑 单层厂房的支撑包括屋盖支撑和柱间支撑两种，其主要作用是加强厂房结构的空间刚度和整体性，保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全，同时起着把风荷载、吊车水平荷载或水平地震作用传递到相应承重构件上。,1.2单层工业厂房的
7、结构组成,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,5.基础 基础承受排架柱和基础梁传来的荷载，并将它们传至地基。 6.围护结构 围护结构由外墙、连接梁、抗风柱、基础梁等构件组成。外墙一般起围护作用，连系梁和基础梁在厂房纵向起联系作用，提高厂房的纵向稳定性和刚度。这些构件所承受的荷载，主要是墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载。厂房两端的山墙，迎风面比较大，常常需设置抗风柱将墙面风荷载传给屋盖和基础。,1.2单层工业厂房的结构组成,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,配筋式钢筋混凝土单层厂房结构是由横向排架和纵向排架组成的空间结构体系来共同承受各种荷载的，按实际厂房的空间
8、结构进行内力分析是非常复杂的。目前，在设计中都是采用简化的计算方法，按横向平面排架和纵向平面排架分布计算，即假定作用在某一平面排架上的荷载，完全由该排架承担，不考虑对其他结构构件影响。,1.3单层工业厂房结构的受力特点,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,1.横向平面排架 横向平面排架有横梁（屋架或屋面梁）、横向柱列和基础组成，是厂房的基本承重结构。厂房结构承受的竖向荷载、横向水平荷载以及横向水平地震作用都是由横向平面排架承担并传给地基，如图所示。,1.3单层工业厂房结构的受力特点,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,2.纵向平面排架 纵向平面排架有纵向柱列、连系梁、吊
9、车梁、柱间支撑和基础组成，其起作用是保证厂房的纵向稳定性和刚性，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，并将其传给地基，如图所示。此外，纵向平面排架还承受纵向水平地震作用及温度应力等。,1.3单层工业厂房结构的受力特点,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,3.单层工业厂房结构的荷载 单层厂房结构在施工和生产使用期间所承受的主要荷载为： （1）恒载。各种结构构件、围护结构的自重，各种建筑构造层的重量等； （2）吊车竖向荷载。吊车起吊重物在厂房内运行时的移动集中荷载； （3）吊车纵、横向水平制动力。吊车起吊重物时，启动或制动时所产生的水平荷载；
10、（4）风荷载。根据基本风压、风荷载体型系数和风压高度变化系数算得的，作用在厂房各部分表面上的风压（吸）力；,1.3单层工业厂房结构的受力特点,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,3.单层工业厂房结构的荷载 单层厂房结构在施工和生产使用期间所承受的主要荷载为： （5）雪荷载。根据基本雪压、屋面积雪分布系数算得的，作用在厂房屋面上的积雪重量； （6）施工荷载。施工或检修期间作用的荷载； （7）地震作用。地震时作用在厂房结构上的惯性力； （8）其他荷载。如设备工作平台施加于厂房结构的荷载，管道荷载及热加工车间的积灰荷载等。,1.3单层工业厂房结构的受力特点,1.单层工业厂房的结构形式、结
11、构组成及受力特点,3.单层工业厂房结构的荷载 在这些荷载中，恒载、吊车荷载（竖向荷载和横向水平制动力）和风荷载对结构构件内力的影响比较大，在设计时要予以重视。上述主要荷载作用于厂房的位置和方向如图所示。,1.3单层工业厂房结构的受力特点,1.单层工业厂房的结构形式、结构组成及受力特点,4.单层工业厂房结构的传力路径 弄清厂房结构构件间的传力关系，是进行结构受力分析的前提，如图所示的荷载传力路径，表达了常见排架结构构件之间的承力、传力关系。 由荷载的传力路径可以看出，作用在厂房结构上的大部分荷载（屋盖上的竖向荷载，吊车的竖向荷载和横向水平荷载，横向风荷载或横向地震作用，部分墙体和墙梁的自重以及柱
12、上的设备等荷载）都传递给排架柱，再由柱传至基础及地基的，因此，屋架、吊车梁、柱和基础是单层厂房的主要承重构件。,1.3单层工业厂房结构的受力特点,2.单层工业厂房的结构布置,单层厂房设计时，根据其生产特点、构造要求、具体情况（跨度、高度及吊车起重量等），以及当地材料供应、施工条件、技术经济指标等综合因素考虑，处理好工业厂房的结构布置及主要构件的选型事宜。一般情况下，单层厂房的结构布置主要包括屋面结构、柱及柱间支撑、吊车梁、基础及基础梁等结构构件的布置。同时，结合各种构件的国家标准图集，合理地进行结构构件的类型选择。,2.单层工业厂房的结构布置,厂房承载柱的纵向和横向定位轴线，在平面上排列所形成
13、的网格，称为柱网。柱网布置就是确定柱子纵向定位轴线之间的距离（跨度）和横向定位轴线之间的距离（柱距）。确定柱网尺寸，既是确定柱的位置，同时也是确定屋面板、屋架（屋面梁）、吊车梁等构件的跨度，同时也涉及到厂房其他结构构件的布置。柱网布置恰当与否，将直接影响工业厂房结构的经济合理性、生产使用性及施工速度。 柱网布置的一般原则是：在符合厂房建筑模数协调标准有关规定和要求的前提下，做到建筑平面和结构方案既经济合理；又满足生产和使用要求；厂房结构形式和施工方法既先进合理，又能适合生产发展和技术革新的要求。,2.1柱网布置,2.单层工业厂房的结构布置,厂房跨度在18m及以下时，应采用扩大模数30M数列；在
14、18m以上时，应采用扩大模数60M数列；厂房柱距应采用扩大模数60M数列，如图12-7所示。当工艺布置和技术经济有明显的优越性时，工业厂房柱距也可采用扩大模数30M数列或其他数值。,2.1柱网布置,2.单层工业厂房的结构布置,目前，工业厂房特别是高度较低的厂房，大多采用6m柱距，因为从经济指标、材料消耗、施工条件等方面综合比较衡量，6m柱距优于12m柱距。但从现在工业发展趋势来看，扩大柱距可以增加车间的有效面积，提高设备布置的灵活性，加快施工进度。在大、小车间相结合时，6m柱距和12m柱距可以配合使用。,2.1柱网布置,2.单层工业厂房的结构布置,2.2变形缝的设置,变形缝包括伸缩缝、沉降缝和
15、防震缝。 1.伸缩缝。 如果厂房长度和宽度过大，当温度变化时，会引起墙面、屋面及其他结构构件的热涨伸缩，从而产生很大的温度应力，严重时会将这些结构构件拉裂，影响正常使用。为了减少结构中温度的应力，可设置伸缩缝将厂房结构分成若干温度区段。温度区段的长度（即伸缩缝之间的距离）取决于结构类型和温度变化情况。规范对混凝土结构伸缩缝的最大距离作了规定，见表。 超过规定或对厂房有特殊要求时，应进行温度应力验算。伸缩缝应从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结构完全断开，并留出一定宽度的缝隙，使温度变化时上部结构可自由伸缩，从而减少温度应力，不致引起房屋开裂。,2.单层工业厂房的结构布置,变形缝包括伸缩缝、沉
16、降缝和防震缝。 1.伸缩缝。 伸缩缝的做法有双柱式和单柱滚轴式，如图所示，双柱式用于沿横向设置的伸缩缝，而单柱滚轴式用于沿纵向设置的伸缩缝。,2.2变形缝的设置,2.单层工业厂房的结构布置,2.沉降缝 为了避免厂房因地基不均匀沉降而引起的开裂和破坏，需在适当部位用沉降缝将厂房划分成若干刚度较一致的单元，使相邻各自单元可以自由沉降，而不影响整体结构。沉降缝一般在下列情况下设置：厂房相邻两部分高差很大；地基承载力或下卧层有巨大差别；两跨间吊车起重量相差悬殊；厂房各部分施工时间先后相差较长；地基土的压缩程度不同等。沉降缝应将建筑物从基础到屋顶全部断开，以确保在缝两边发生不同沉降时引起整个建筑物受损。
17、沉降缝可兼做伸缩缝，但是伸缩缝不能代替沉降缝。,2.2变形缝的设置,2.单层工业厂房的结构布置,3.防震缝 在地震区建造厂房，应考虑地震作用的影响。当厂房体型复杂、结构高度或刚度相差很大，以及在厂房侧边毗邻建筑物或构建物时，应设置防震缝将相邻两部分分开，以适应缝隙两侧结构物不同频率和振幅的振动。地震区的伸缩缝和沉降缝均应符合防震缝的要求。防震缝的要求和做法参见建筑抗震设计规范。 缝隙宽度的要求一般为：防震缝沉降缝伸缩缝，进行多缝合一设计时，对于震区房屋，应满足防震缝宽度要求；当考虑有沉降缝时，必须将基础分开。,2.2变形缝的设置,2.单层工业厂房的结构布置,在排架结构中，支撑系统的作用有两个：
18、 （1）保证厂房的空间刚度以抵抗振动或有效传递水平力； （2）防止结构或构件平面外失稳。 因支撑布置失当造成重大工程事故已有多起，应引起足够的重视。根据支撑布置的位置不同，支撑系统可分两类：屋盖结构支撑系统和柱间支撑系统。,2.3支撑的作用与布置原则,2.单层工业厂房的结构布置,1.屋盖结构支撑系统 屋盖支撑包括屋架（屋面梁）上、下弦水平支撑，垂直支撑及系杆。屋架（屋面梁）上、下弦水平支撑是指布置在屋架（屋面梁）上、下弦平面内以及天窗架上弦平面内水平支撑。垂直支撑是指布置在屋架（屋面梁）间和天窗架之间的支撑。系杆分为刚性（压杆）和柔性（拉杆）两种，设置在屋架（屋面梁）上、下弦及天窗上弦平面内。
19、,2.3支撑的作用与布置原则,2.单层工业厂房的结构布置,1.屋盖结构支撑系统 （1）主要作用 在屋盖安装施工阶段，保证屋架等构件具有足够的平面外稳定性；在房屋使用阶段，保证屋盖结构具有足够的的整体稳定性及其空间刚度，以使屋盖结构可靠的传递水平力；,2.3支撑的作用与布置原则,2.单层工业厂房的结构布置,1.屋盖结构支撑系统 （2）布置原则 支撑系统的布置是以每个温度区段为单元考虑的，其原则是：结合厂房的具体情况，在每个温度区段纵向柱列的第一或第二柱间的相应屋架之间，设置上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、垂直支撑等，这样连同屋架、屋面板一起，构成刚度极大的空间结构，称为一个刚性框。 沿屋盖结
20、构纵向，在屋架上弦和下弦平面内，设置一道或几道通长系杆，将中间各榀屋架与两端刚性框联系起来，形成完整的屋盖结构支撑系统。,2.3支撑的作用与布置原则,2.单层工业厂房的结构布置,1.屋盖结构支撑系统 （3）布置要点 屋架（屋面梁）上弦横向水平支撑 屋架上弦横向水平支撑的作用是：在屋架上弦平面内构成刚性框，增强屋盖整体刚度，并可将抗风柱传来的风荷载传递到纵向柱列，同时为屋架上弦提供不动的侧向支点，保证屋架上弦或屋面梁上翼缘平面外的稳定。 当采用钢筋混凝土屋面梁的有檩屋盖体系时，应在梁的上翼缘平面内设置横向水平支撑，并应布置在端部第一个柱间内以及伸缩缝区段两端的第一个或第二个柱距内，如图所示。,2
21、.3支撑的作用与布置原则,2.单层工业厂房的结构布置,1.屋盖结构支撑系统 （3）布置要点 屋架（屋面梁）上弦横向水平支撑 当采用大型屋面板且与屋架（屋面梁）有可靠连接（三点焊接），能保证屋盖平面的稳定并能传递山墙风荷载时，则认为大型屋面板能起到上弦横向水平支撑作用，可不再设置上弦横向水平支撑。对于采用钢筋混凝土拱形及梯形屋架（屋面梁）的屋盖体统，应在每一个伸缩缝区段端部的第一或第二个柱距内布置上弦横向水平支撑。,2.3支撑的作用与布置原则,2.单层工业厂房的结构布置,1.屋盖结构支撑系统 （3）布置要点 屋架（屋面梁）下弦横向水平支撑 屋架下弦横向水平支撑的作用是承受垂直支撑传来的荷载，并将
22、山墙风荷载传递至两旁柱列。 当工业厂房跨度l18m时，下弦横向水平支撑应布置在每一个伸缩缝区段端部的第一个柱距内，如图所示。当跨度l18m且山墙上的风荷载由屋架上弦水平支撑传递时，可不设置屋架下弦横向水平支撑。,2.3支撑的作用与布置原则,2.单层工业厂房的结构布置,1.屋盖结构支撑系统 （3）布置要点 屋架（屋面梁）下弦纵向水平支撑 屋架下弦纵向水平支撑能提高厂房的空间刚度，保证横向水平力的纵向分布，增强排架间的空间作用。当厂房柱距为6m，且厂房内设有普通桥式吊车，吊车吨位大于12t时，应设置下弦纵向水平支撑。当厂房有托架时，必须设置下弦纵向水平支撑。 当设有屋架下弦纵向水平支撑时，为了保证
23、厂房的空间刚度，必须同时设置相应的下弦横向水平支撑，并应与下弦纵向水平支撑形成封闭的支撑体系，如图所示。,2.3支撑的作用与布置原则,2.单层工业厂房的结构布置,1.屋盖结构支撑系统 （3）布置要点 垂直支撑和水平系杆 屋架之间的垂直支撑及水平系杆的作用是保证屋架的整体稳定以及防止吊车工作时（或其他振动）屋架下弦侧向颤动；上弦水平系杆还能保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定。 当屋架跨度l18m，且无天窗时，一般可不设垂直支撑和水平系杆；当跨度l18m时，应厂房端部及伸缩缝的第一或第二柱间设置一道（l30m）或二道（l30m）垂直支撑，并在下弦设置通长的水平系杆。当为梯形屋架时，因其端部高度
24、较大，故应增设端部垂直支撑和水平系杆。当为屋面大梁时，因其高度较屋架小，一般可不设置垂直支撑与水平系杆，但应对梁在支座处进行抗倾覆验算。,2.3支撑的作用与布置原则,2.单层工业厂房的结构布置,1.屋盖结构支撑系统 （3）布置要点 天窗架支撑 天窗架支撑的作用是将由天窗架组成的平面结构连接成空间受力体系，增加天窗系统的空间刚度，并将天窗壁板传来的风荷载传递给屋盖系统。天窗架支撑包括天窗横向水平支撑和天窗端垂直支撑，如图所示，它们尽可能和屋架上弦横向水平支撑设于同一个柱间内。,2.3支撑的作用与布置原则,2.单层工业厂房的结构布置,2.柱间支撑 柱间支撑主要作用是保证厂房的纵向刚度和稳定，将屋盖
25、系统传来的山墙水平风力和吊车梁传来的纵向刹车力传至基础。对于一般的厂房，柱间支撑分成上、下部支撑；上部支撑位于牛腿以上的排架柱上，下部支撑则布置于排架柱的牛腿以下至基顶附近范围内。柱间支撑在下属情况之一时设置： 设有悬臂吊车或设有3t的悬挂式吊车； 设有重级工作制吊车，或设有中级、轻级工作制吊车，起重量12t； 厂房跨度18m，或柱高8m； 厂房纵向柱列的总数每排少于7根； 露天吊车栈桥的柱列。,2.3支撑的作用与布置原则,2.单层工业厂房的结构布置,2.柱间支撑 柱间支撑应布置在伸缩缝区段的中央或临近中央的柱间（上部柱间支撑在厂房两端第一个柱距内也应同时设置），这样有利于在温度变化或混凝土收
26、缩时，厂房可较自由变形而不致产生较大的温度或收缩应力。 柱间支撑一般采用十字交叉式，支撑杆件和柱之间的夹角通常在3555之间，若不能采用交叉式时，可采用门架式支撑，如图所示。支撑构件一般采用钢结构，杆件截面应进行承载力和稳定性验算。,2.3支撑的作用与布置原则,2.单层工业厂房的结构布置,单层厂房的山墙受风荷载面积较大，一般需要设置抗风柱将其分成若干区格，使墙面受到的风荷载一部分直接传至纵向柱列，另一部分经抗风柱下端直接传至基础和经上端屋盖系统传至纵向柱列。 当厂房的跨度和高度均不大（跨度不大于12m，柱顶标高不超过8m）时，可在山墙中设砖壁柱作为抗风柱；当跨度和高度均较大时，一般设置钢筋混凝
27、土抗风柱，柱外侧再贴砌山墙，柱与山墙间要用钢筋拉结。在很高的厂房中，为不使抗风柱的截面尺寸过大，可加设水平抗风梁或钢抗风桁架作为抗风柱的中间铰支点，如图（a）所示。,2.4抗风柱的布置,2.单层工业厂房的结构布置,抗风柱下端一般与基础刚接，上端与屋架（屋面梁）上弦铰接。根据具体情况，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要满足两个要求：一是在水平方向必须与屋架（屋面梁）有可靠的连接，以保证有效地传递风荷载；二是在竖向脱开，且二者之间允许一定的相对位移，以防厂房与抗风柱沉降不均匀产生的不利影响。因而抗风柱与屋架（屋面梁）一般采用竖向可以移动、水平方向又有较大刚度的弹簧板连接，如图
28、（b）所示；若不均匀沉降可能性较大时，宜采用螺栓连接，如图（c）所示。,2.4抗风柱的布置,2.单层工业厂房的结构布置,抗风柱的上柱宜采用矩形截面，其截面尺寸bh不宜小于350mm350mm，下柱宜采用工字型或矩形截面，当柱较高时也可用双肢柱。,2.4抗风柱的布置,2.单层工业厂房的结构布置,当用砌体作为厂房围护墙时，一般要设圈梁、连系梁、过梁和基础梁。 圈梁将墙体与厂房柱箍在一起，其作用是增加房屋的整体刚度，防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋引起的不利影响。圈梁设在墙内，并与柱用钢筋拉接。圈梁不承受墙体重力，故柱上不需设置支承圈梁的牛腿。,2.5圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置,2
29、.单层工业厂房的结构布置,圈梁的布置与墙体高度、对厂房刚度的要求以及地基情况有关。一般单层厂房可参照下列原则布置： （1）对无桥式吊车的厂房，当砖墙厚度240mm，檐口标高为5m8m时，应在檐口设置一道圈梁；当檐口标高大于8m时，宜适当增设圈梁。 （2）对无桥式吊车的工业厂房，当砌块及料石砌体厚度240mm，檐口标高为4 m5m时，应在檐口标高处设置圈梁一道；当檐口标高大于5m时，宜适当增设。 （3）对有桥式吊车或较大振动设备的单层厂房，除在檐口或窗顶标高处设置圈梁外，还应在吊车梁标高处或其他适当位置增设。,2.5圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置,2.单层工业厂房的结构布置,圈梁宜连续地设在同
30、一水平面上，并形成封闭状；当圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁，附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其中到中心线到圈梁中心线垂直间距的2倍，且不得小于1m，如图所示。具体要求可参见砌体结构教材。,2.5圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置,2.单层工业厂房的结构布置,在一般厂房中，通常用基础梁来承托围护墙体的重力，而不另作墙基础。基础梁底部距土层表面预留120mm空隙，使梁可随柱基础一起沉降而不受地基土的约束。当基础梁下有冻胀土时，应在梁下铺一层干砂、碎砖或矿渣等松散材料，并留50mm150mm的空隙，以防止土冻胀时将梁顶裂。基础梁与柱一般可不连接，直接搁置在基础杯口上，如图（a
31、）、所示。当基础埋置较深时，则放置在基础顶面的混凝土垫块上，如图（c）所示。施工时，基础梁支承处应坐浆。基础梁一般设置在室内地坪以下50 mm标高处。 连系梁、过梁和基础梁均有全国通用图集，可供设计时选用。,2.5圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置,2.单层工业厂房的结构布置,单层铰接排架结构厂房在我国已应用好多年，除排架柱及柱基外，均已制定出了国家标准图集，如屋面板、檩条、屋架、吊车梁结构构件。单层厂房设计时，可根据厂房的具体参数和基本要求，并考虑当地材料供应、施工条件和技术经济指标等因素，合理进行选择。,2.6单层厂房主要构件的选型,2.单层工业厂房的结构布置,1.屋盖结构构件 屋盖结构构件
32、起到围护、支撑双重作用，主要有屋面板（瓦或檩条）、屋架、屋面梁组成。 厂房中的屋面板，作用有大型屋面板和小型屋面板。大型屋面板适用于无檩体系屋盖，规格为1.5m6m0.24m，又称双肋槽板。小型屋面板、瓦材用于有檩体系屋盖，檩条跨度为4m6m，搁置于相邻屋架上，檩条与屋架之间设预埋铁件焊接，垂直与檩条方向安装瓦材，如图所示。,2.6单层厂房主要构件的选型,2.单层工业厂房的结构布置,屋面梁常做成预应力混凝土梁，屋架常做成拱式和桁架式两种，如图所示。,2.6单层厂房主要构件的选型,2.单层工业厂房的结构布置,2.吊车梁 吊车梁是有吊车厂房的重要构件，它承受吊车荷载（竖向和纵向、横向水平制动力）、
33、吊车轨道和吊车梁自重，并将它们传给柱。吊车梁通常做成T形截面，也可以根据需要做成薄腹式、鱼腹式、折线式、桁架式、组合式等，如图所示。吊车梁的选用，可参照标准图集并按吊车的起重能力、跨度和吊车工作制的不同，选用适当的形式。,2.6单层厂房主要构件的选型,2.单层工业厂房的结构布置,3.排架柱 排架柱是单层厂房中的主要承重构件。单层厂房常用柱的形式有实腹矩形柱、工字形柱、双肢柱等，如图所示。实腹矩形柱的外形简单，施工方便，但混凝土用量多，经济效益较差；工字形柱的材料利用比较合理，目前在单层厂房中应用广泛，但其混凝土用量比双肢柱多，施工吊装也比较困难；双肢柱混凝土用量较少，自重较轻，柱高大时尤为显著
34、，但其整体刚度差些，钢筋构造也较复杂，用钢量稍多。,2.6单层厂房主要构件的选型,2.单层工业厂房的结构布置,3.排架柱 一般当厂房跨度、高度和吊车起重量不大、柱截面尺寸较小时，多采用矩形或工字形截面单肢柱；当跨度、高度、起重量较大时，宜采用双肢柱。根据工程经验，对预制柱也可按截面高度h确定截面形式：当高度h600mm时，宜采用矩形截面；当h=600mm800mm时，宜采用工字型或矩形截面；当h=900mm 1400mm时，宜采用工字型截面；当h1400mm时，宜采用双肢柱。,2.6单层厂房主要构件的选型,2.单层工业厂房的结构布置,4.基础和基础梁 单层厂房柱常用的基础形式是柱下单独基础，这
35、种基础有阶梯形和锥形两种，如图(a)、(b)所示，由于它们与预制柱的连接部分做成杯口形式，故统称为杯形基础。当柱下基础与设备基础或地坑冲突，以及地质条件差等原因需要深埋时，为不使预制柱过长，且能与其他柱长一致，也可做成高杯口基础，如图(c)所示。 基础梁位于墙底部，应优先采用矩形截面，必要时才采用梯形截面。,2.6单层厂房主要构件的选型,3. 单层厂房排架的计算,单层厂房排架结构是由横向排架和纵向排架组成的空间结构。为了计算方便，通常简化成平面排架进行计算。在跨度方向按横向平面排架计算，在长度方向按纵向平面排架计算，并且近似地认为，各个横向平面排架之间以及各个纵向平面排架之间都是互不影响，各自
36、独立工作的。由于纵向平面排架的柱较多，抗侧刚度较大，每根柱承受的水平力较小，一般不必计算。横向平面排架柱较少，承受厂房的主要荷载，所以必须对其进行内力计算。本节仅介绍横向平面排架的计算。 排架计算的目的是为柱和基础设计提供内力数据，主要内容为：确定排架计算简图、荷载计算、柱控制截面的内力分析和内力组合。必要时，还应验算排架的水平位移值。,3. 单层厂房排架的计算,3.1计算单元和计算简图 1.计算单元 在不考虑排架空间作用的情况下，对一般单层厂房，柱距相等，每一个中间的横向排架所承担的荷载及受力情况相同。因此，可从任意两个相邻的柱距中线截取一个典型区段，该区段称为计算单元，如图（a）所示。除吊
37、车移动集中荷载外，斜线阴影部分就是排架的负荷载范围，或称为荷载从属面积。,3. 单层厂房排架的计算,3.1计算单元和计算简图 2.计算简图 为了简化排架的分析计算，根据构造特点和实际经验，作如下假定： （1）柱上端与屋架（屋面梁）铰接，柱下端固接于基础顶面。 （2）屋架（屋面梁）为没有轴向变形的刚性连杆。 在计算简图中，柱的计算轴线分别取上、下柱截面的形心线，屋架（屋面梁）用一根没有轴向变形的刚杆表示，单跨排架的计算简图如图（b）所示。,3. 单层厂房排架的计算,3.1计算单元和计算简图 2.计算简图 其中： 柱子全高H=柱顶标高+基础顶面标高的绝对值（通常取室外地坪以下500mm）； 上柱高
38、Hu=柱顶标高吊车轨顶标高+轨道构造高度+吊车梁高； 下柱高Hl =HHu。 上、下柱截面的抗弯刚度EcIu、EcIl，根据混凝土强度等级和初步选定的柱截面形状和尺寸确定。其中，Iu、Il分别为上、下柱的截面惯性矩。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载的计算 作用在横向排架柱上的荷载分永久荷载和可变荷载两种，如图所示。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载的计算 1. 分永久荷载 （1）屋盖自重P1 屋盖自重包括各构造层、屋面板、天沟板、屋架、天窗架、屋盖支撑以及与屋架连接的设备管道等自重，其值可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定；标准构件可从标准图集中查得。常用材料与
39、构件自重见附录1中附表1.1。这些荷载总和P1通过屋架的支点作用于柱顶，作用点位于距柱外边缘150mm处，因而P1对上、下柱截面的几何中心分别有偏心距e1和e1+e2，如图所示。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载的计算 1. 分永久荷载 （2）上柱自重P2、下柱自重P3、吊车梁及轨道自重P4 上柱自重P2沿上柱中心线作用，按上柱截面尺寸和柱高计算；下柱自重P3沿下柱中心线作用，按下柱截面尺寸和柱高计算，有牛腿时，可计入下柱自重；吊车梁及轨道自重P4按标准图采用，作用线与吊车梁轨道中心线相重合。一般吊车梁中心线到边柱外缘或中柱中心线为750mm。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载
40、的计算 2.可变荷载 （1）屋面活荷载Q1 屋面活荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载三种，均按屋面的水平投影计算。屋面活荷载Q1与屋盖自重P1一样，以集中力形式通过屋架支点作用于柱顶，如图所示。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载的计算 2.可变荷载 （1）屋面活荷载Q1 1）屋面均布活荷载 水平投影面上的屋面均布活荷载按附录1中附表1.4采用。 2）雪荷载 荷载规范规定，屋面水平投影面上的雪荷载标准值按下式计算： （12-1） 式中：sk雪荷载标准值（kN/m2）； r屋面积雪分布系数； s0基本雪压(kN/m2)。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载的计算 2.可变荷载
41、（1）屋面活荷载Q1 基本雪压s0是以一般空旷平坦地面上统计得50年一遇的最大积雪自重给出的。根据全国各地区气象台站的长期气象观测资料，制定了全国基本雪压分布图和全国各城市雪压表，具体参见荷载规范附录D。例如，上海的基本雪压为0.20 kN/m2，济南为0.30 kN/m2，北京为0.40 kN/m2，而新疆塔城的最大雪压则达到了1.35kN/m2。 屋面积雪分布系数r是指屋面水平投影面积上的雪荷载与基本雪压的比值它与屋面形式、朝向及风力等均有关。通常情况下，屋面积雪分布系数应根据不同类别的屋面形式确定，具体见荷载规范表6.2.1，常用的见表12-2。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载
42、的计算 2.可变荷载 （1）屋面活荷载Q1 雪荷载的组合值系数可取0.7，频遇值系数可取0.6。考虑我国各地区寒冷时间长短不同，积雪消融时间有较大差异，有些地区甚至长期积雪，准永久值系数按、和分区的不同，分别取0.5、0.2和0，雪荷载准永久值系数分区图按荷载规范附图D.5.2采用。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载的计算 2.可变荷载 （1）屋面活荷载Q1 3）积灰荷载 设计生产中有大量排灰的厂房及其临近建筑时，对于具有一定除尘设施和保证清灰制度的机械、冶金、水泥等的厂房屋面，其水平投影面上的屋面积灰荷载，应分别按附录1中附表1.5和附表1.6采用。 排架计算时，屋面均布荷载不与雪荷
43、载同时考虑，仅取两者中的较大值。屋面积灰荷载应与雪荷载和屋面均布活荷载两者中的大值同时考虑。 屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重按局部荷载考虑，同时其等效均布荷载不低于5.0 kN/m2，具有液压轮胎起落架的直升机的动力系数可取1.4，且其动力荷载只传至楼板和梁。荷载的组合值系数应取0.7，频遇值系数应取0.6，准永久值系数应取0。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载的计算 2.可变荷载 （2）风荷载 作用在建筑物或构筑物表面上计算用的风压，称为风荷载。当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算： （12-2） 式中 风荷载标准值（kN/m2）； z 高度Z处的
44、风振系数，对单层厂房结构，取z=1.0； 风荷载体型系数； 风压高度变化系数； w0 基本风压（kN/m2）。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载的计算 2.可变荷载 （2）风荷载 风荷载体型系数s 风荷载体型系数s是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与基本风压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关，按荷载规范表7.3.1的规定采用。表12-3给出了部分常用建筑物的风荷载体型系数。注意：正值表示该表面风力为压力，负值为吸力（拉力）。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载的计算 2.可变荷
45、载 （2）风荷载 风压高度变化系数z 在大气边界层内，风速随离地面高度的增大而增大，风速增大的规律主要取决于地面粗糙度，通常认为在离地面高度超过300m500m以后，风速才不再受地面粗糙度的影响。根据地面地貌情况，荷载规范将地面粗糙度分为A、B、C、D四类： A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类指田野、乡村、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区； C类值有密集建筑群的城市市区； D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。 对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表12-3取用。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载的计算 2.可变荷载 （2）风荷载 风压
46、高度变化系数z 对于山区的建筑物，风压高度变化系数可按平坦地面的粗糙度类别，由表12-3取值后，还应考虑地形条件进行修正；对于远海海面和海岛的建筑物和构筑物，风压高度变化系数可按A类粗糙度类别，由表12-4取值后，还应考虑离海岸距离进行修正。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载的计算 2.可变荷载 （2）风荷载 基本风压w0 基本风压w0是以当地空旷平坦地面上10m高度处10min的平均风速观测数据，经概率统计得到的50年一遇的最大风速 （ ），按 确定的风压 ， 为空气的重力密度（t/m3），可按荷载规范附录D确定。 基本风压应按荷载规范中全国基本风压分布图和附录D给出的数据采用，但不
47、得小于0.3kN/m2。,3. 单层厂房排架的计算,3.2排架荷载的计算 2.可变荷载 （2）风荷载 基本风压w0 因此，计算公式（12-2）的思路是：以房屋所在地的基本风压w0为基准，对房屋高度、体型加以修正，得出房屋距室外地坪高度Z点的风载标准值（kN/m2）。为简化计算，可假定单厂风荷载沿高度分段均布，为此，对z偏安全地取： 柱顶以下：风压高度变化系数按柱顶标高取值； 柱顶以上：有天窗时，按天窗檐口标高取值；无天窗时，按厂房檐口标高取值；风荷载按作用于柱顶的水平集中力W计算。 房屋设计时，还应考虑房屋受到两种可能的作用方向：左风和右风，即迎风面为q1，背风面为q2。,3. 单层厂房排架的
48、计算,例12-1 某市郊厂房，外形尺寸及风载体型系数如图所示，基本风压w0=0.4kN/m2，排架计算单元宽度 ，求左来风时作用在排架上荷载的设计值？,3. 单层厂房排架的计算,解：（1）柱上线荷载计算 风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度12+0.3= 12.3m取值。查表12-3，按地面粗糙程度B类，用插入法计算z 迎风面: 背风面:,3. 单层厂房排架的计算,（2）柱顶集中风荷载计算 风压高度变化系数按天窗檐口离室外天然地坪的高度17.92 + 0.3 = 18.22 m取值。用插入法计算z,3. 单层厂房排架的计算,（3）吊车荷载 吊车荷载是一种特殊的活荷载，作用方向既有竖向，又
49、有水平方向，水平方向又分沿厂房横向和纵向两种。 起重机设计规范GB381183按吊车荷载达到其额定值的频繁程度分成轻、中、重、特重4个载荷状态，并称为吊车的轻、中、重、特重4级工作制；另外又按吊车在使用期内要求的总工作循环次数分成12个利用等级。根据要求的利用等级和载荷状态，确定吊车的工作级别，共分8个级别作为吊车设计的依据。,工作制与工作级别的对应关系,3. 单层厂房排架的计算,（3）吊车荷载 吊车荷载是一种特殊的活荷载，作用方向既有竖向，又有水平方向，水平方向又分沿厂房横向和纵向两种。 起重机设计规范GB381183按吊车荷载达到其额定值的频繁程度分成轻、中、重、特重4个载荷状态，并称为吊车的轻、中、重、特重4级工作制；另外又按吊车在使用期内要求的总工作循环次数分成12个利用等级。根据要求的利用等级和载荷状态，确定吊车的工作级别，共分8个级别作为吊车设计的依据。 满载机会少、运行不频繁的吊车，称为轻级工作制吊车；满载机会多、运行频繁的吊车，称为重级或特重级工作制吊