工廠管理-單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).doc

1、單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)引 言單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容：1. 單層廠房結(jié)構(gòu)布置；2. 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選型；3. 排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；荷載計(jì)算：恒、屋面活載（或雪載或積灰荷載）、風(fēng)載、吊車荷載；內(nèi)力計(jì)算；內(nèi)力組合；截面設(shè)計(jì)4. 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；5. 其它構(gòu)件設(shè)計(jì)（抗風(fēng)柱、預(yù)埋件等）；6. 施工圖的繪制。以下結(jié)合一具體實(shí)例，詳細(xì)對單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各步驟進(jìn)行講解。例題：某金工車間為雙跨等高無天窗廠房，跨度 24m，柱距為 6m，車間總長為 66m（不考慮伸縮縫）。廠房每跨各設(shè)一臺(tái)20/5t及 5t中級工作制吊車，吊車軌頂標(biāo)高 +9.90m?；撅L(fēng)壓為0.30kN/m2，基本雪壓0.2kN/m2 ，7

2、 度抗震設(shè)防。廠址地形平坦，廠區(qū)地層自上而下為：（ 1）耕土層：厚約0.5m；（ 2）黃土狀亞粘土：可塑稍濕，厚約2m，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值f k = 180kN/m 2 ；（ 3）中砂：中密，很濕，厚約 45m，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 f k = 280kN/m2 ；（ 4）卵石：其顆粒空隙由中砂填充，中密，厚約5 7m， f k = 600kN/m2 ；（ 5）基巖：表層中等風(fēng)化，本層鉆進(jìn)深度 2m。廠區(qū)地層（除表土層）承載能力較高，是建筑的良好地基。廠區(qū)沖積層潛水，據(jù)4 5 份觀測資料，地下水位高程為-8.00m ，根據(jù)調(diào)查及對有關(guān)資料分析，廠區(qū)最高水位為-6.00m，且無腐蝕性。供建廠使用的主要

3、材料有：（1）鋼材：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)所需的鋼筋種類、型鋼及1鋼板可保證供應(yīng)并備有各種規(guī)格。（2）水泥：普通硅酸鹽水泥，可配制C10C40 級混凝土。（3）磚：普通粘土空心磚，強(qiáng)度等級為MU7.5 。（4）其它：如砂石、石灰等地方材料均能按設(shè)計(jì)要求供應(yīng)。柱子可在現(xiàn)場預(yù)制。該項(xiàng)目的施工單位有較高的施工水平，如果設(shè)計(jì)采用國家標(biāo)準(zhǔn)圖及普通作法，其施工質(zhì)量均能達(dá)到設(shè)計(jì)及施工驗(yàn)收規(guī)范的要求。建筑構(gòu)造：（1）屋面：卷材防水屋面，其做法為：三氈四油上鋪小石子防水層80mm 泡沫砼保溫層20mm 厚 1：3 水泥砂漿找平層預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（2）墻體： 240mm 厚磚墻，水泥砂漿粉刷內(nèi)外墻

4、面，鋁合金門窗。（3）地面：室內(nèi)為混凝土地面，室內(nèi)外高差150mm。設(shè)計(jì)任務(wù)：1單層廠房結(jié)構(gòu)布置；2選用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件；3排架柱及柱下基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容：1確定上、下柱的高度及截面尺寸；2選用屋面板、天窗架、屋架、基礎(chǔ)梁、吊車梁及軌道連接件；3計(jì)算排架所承受的各項(xiàng)荷載；4計(jì)算各種荷載作用下排架的內(nèi)力；5柱及牛腿的設(shè)計(jì)，柱下單獨(dú)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；6繪制施工圖（1）結(jié)構(gòu)布置圖（屋架、天窗架、屋面板、屋蓋支撐布置；吊車梁、柱及柱間支撐、墻體布置）；（2）基礎(chǔ)施工圖（基礎(chǔ)平面布置圖及配筋圖）；（3）柱施工圖（柱模板圖、柱配筋圖）。2第一節(jié)單層廠房結(jié)構(gòu)布置一、結(jié)構(gòu)平面布置在結(jié)構(gòu)平面布置中，廠房的跨度在18m 和 18

5、m 以下，一般取3m 的倍數(shù)（ 30 M 0 ）；在18m 以上，一般取6m 的倍數(shù)（ 60 M 0 ）。必要時(shí)也允許采用21m，27m， 33m 的跨度。廠房的柱距，一般取6m 或 6m 倍數(shù)（ 60 M 0 ），個(gè)別也有取 9m 的柱距。結(jié)構(gòu)平面的主要尺寸都由軸線表示?？缍确较虻妮S線稱為縱向定位軸線，以 A 、B 、C 表示；柱距方向的軸線稱為橫向定位軸線，以、 表示。軸線的尺寸應(yīng)符合上述模數(shù)的規(guī)定。一）定位軸線和軸線劃分緊密相關(guān)的構(gòu)件是屋面板和屋架（屋面梁）。軸線尺寸均采用標(biāo)志尺寸或標(biāo)志尺寸的倍數(shù)。所謂標(biāo)志尺寸是構(gòu)件的實(shí)際尺寸加上兩端必要的構(gòu)造尺寸。例如，大型屋面板的實(shí)際尺寸是14905

6、970mm，標(biāo)志尺寸是 1500 6000mm； 18m 屋面大梁的實(shí)際跨度是 17950mm，標(biāo)志跨度是 18000mm。1、縱向定位軸線屋架（屋面大梁）的標(biāo)志尺寸為3m的倍數(shù)，是與大型屋面板的標(biāo)志寬度相配合的，而縱向定位軸線亦與屋架（屋面大梁）的標(biāo)志尺寸相吻合，如圖1。一般說來，當(dāng)縱向定位軸線和屋架的標(biāo)志尺寸相應(yīng)，屋面板鋪至屋架邊緣 ，屋架的標(biāo)志尺寸與縱墻內(nèi)皮重合時(shí)，這種軸線稱為封閉式縱向定位軸線。但是，縱向定位軸線還與吊車和柱子截面尺寸有關(guān)。為了吊車和柱子間的構(gòu)造連接以及吊車安全行駛的需要，吊車的軌距LK 要小于廠房的標(biāo)志跨度L( L亦即縱向定位軸線的間距），使得吊車軌道中心離開縱向定位

7、軸線一段距離（圖 2a）。工程中大量遇到的吊車軌距多是 L K = L - 1.5m，例如 LK 為 13.5m， 16.5m ， 22.5m 等 ， 吊 車 軌 道 中 心 至 縱 向 定 位 軸 線 的 距 離 為（ L - L K ) / 2=750mm。 如果屋架的跨度較大，屋架上弦斜邊的實(shí)際長度與屋面板寬度方向的標(biāo)志尺寸不相應(yīng)時(shí)，可加鋪寬度小于一般屋面板的嵌板。30大型屋面板5011490外縱墻252517950（構(gòu)件實(shí)際尺寸）18000A（標(biāo)志尺寸 30M。）B圖 14聯(lián)系尺寸插入距封閉軸線非封閉軸線d) 非封閉軸線（有聯(lián)系尺寸）（有插入距）圖 25如圖 2b，c所示，縱向定位軸線

8、能否與縱墻內(nèi)皮重合，則與吊車端部尺寸 B1 （查表 1.1起重運(yùn)輸機(jī)械專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ZQ1 62）、吊車端部和上柱間的最小空隙 B2 以及上柱截面高度 B3三個(gè)值有關(guān)。一般說來，當(dāng)?shù)踯嚻鹬亓?50t時(shí)， B2 80mm ，否則 B2 100mm 。 B3 由排架內(nèi)力分 析得到， 一般采用 400mm，500mm， 。當(dāng) A = B1 + B2 （取最小值） + B3 (估算 )750mm時(shí)，縱向定位軸線可以與外縱墻內(nèi)皮重合，屋面板正好鋪至墻內(nèi)皮，屋面不出現(xiàn)縫隙，這就是封閉式縱向定位軸線（圖2b）。當(dāng) A 750mm時(shí)，柱需外移，以滿足B2 要求，這時(shí)縱向定位軸線位置不變，但外縱墻內(nèi)皮不能和它重合，

9、因而和屋面間將留有一條縫隙，在屋面的構(gòu)造處理上需另補(bǔ)一條異形小板（圖 2c），這時(shí)的軸線稱為非封閉縱向定位軸線。非封閉軸線與外縱墻內(nèi)皮間的距離稱為聯(lián)系尺寸，視吊車起重量的大小，可為 150mm， 250mm或 500mm。當(dāng)廠房為等高多跨時(shí)，中柱的上柱中心線一般與縱向定位軸線重合。當(dāng)相鄰兩跨有高度差時(shí)，縱向定位軸線一般與較高部分廠房柱的外皮重合。但當(dāng)該柱的 A 750mm 時(shí)（圖 2d），必需增設(shè)一條縱向定位軸線。兩條縱向定位軸線間的距離稱為插入距，意思是需要插入軸線間的距離。插入距一般也取150mm， 250mm 等。2、橫向軸線定位一般說來，橫向定位軸線通過柱子的截面幾何中心，所以它們的間

10、距一般就是柱距。顯然，橫向定位軸線亦是與屋面板的標(biāo)志尺寸相重合的。在廠房盡端，橫向定位軸線與山墻內(nèi)皮重合，將山墻內(nèi)側(cè)第一排柱中心線內(nèi)移600m，并將端部屋面板做成一端伸臂板（圖3）。這樣做的目的是使端屋架和山墻抗風(fēng)柱的位置不發(fā)生沖突，使端部屋面板與中部屋面板的長度相同，使屋面板端頭與山墻內(nèi)皮重合，屋面不留縫隙，以形成封閉式橫向定位軸線。同理，伸縮縫兩邊亦應(yīng)各移 600mm，使伸縮縫中心線與橫向定位軸線重合。二）構(gòu)件的平面布置單層廠房構(gòu)件的平面布置較規(guī)則，它主要與構(gòu)件的型號(hào)有關(guān)，一旦構(gòu)件選定，平面布置即可確定，具體布置詳見下節(jié)。6表 1-1 50500/50kN 一般用途電動(dòng)橋式起重機(jī)基本參數(shù)和

11、尺寸起重運(yùn)輸機(jī)械專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ZQ162起重量跨度尺寸吊車工作級別A4或 A5寬度輪距軌頂以上高度軌道中心至端部距離最大輪壓最小輪壓起重機(jī)總質(zhì)量QL kBKHB1Fp,maxFp,minG+gkN mmmmmmmmmkNkNkN16.5 465035007631164?19.5 85351905022.55150 40001870 23090 4221425.5 1004724428.56400 5250105 6328516.5 555044001152518019.5 12021403220310022.55550 4400230125 4722425.5 13521905027028.564

12、00 5250140 6631516.5 565020502301653424119.5 17044004825515022.555502140 260185 5831625.5 1956038028.56400 5250210 6840016.5 5650440020501653525019.53022.555502150260185 5032125.5 1956036028.56400 5250210 68405小車總質(zhì)量gkN20（單閘）21（雙閘）38（單閘）39（雙閘）53（單閘）55（雙閘）69（單閘）74（雙閘）? G+g+Q=(76+31)2=214k

13、N，G+g =214-Q=164 kN7續(xù)表 1-1 50500/50kN 一般用途電動(dòng)橋式起重機(jī)基本參數(shù)和尺寸起重運(yùn)輸機(jī)械專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZQ162起重量跨度尺寸吊車工作級別 A4 或 A5寬度輪距軌頂以上高度軌道中心至端部距離最大輪壓最小輪壓起重機(jī)總質(zhì)量QL kBKHB1Fp,maxFp,minG+gkN mmmmmmmmmkNkNkN16.5 5650440022002301953025019.5 20535280200/5022.555502300 260215 4532025.5 2305330528.56400 5250240 6541016.5 605046002602705034019

14、.5 28065365300/5022.56150 48002600300290 7042025.5 3107847528.56650 5250320 8851516.5 270039575440500/5019.5 4156350 48003007548022.52750425 8552025.5 4458556028.56800 5250460 95610小車總質(zhì)量gkN75（單閘）78（雙閘）117（單閘）118（雙閘）140（單閘）145（雙閘）8圖 3屋架下弦底標(biāo)高司機(jī)室最高設(shè)備圖 49二、結(jié)構(gòu)剖面布置廠房的高度，指的是屋架下弦下皮（或屋蓋結(jié)構(gòu)最低構(gòu)件的下皮）以及吊車軌頂距室內(nèi)地面的

15、高度，分別是以屋架下弦底面標(biāo)高和軌頂標(biāo)高表示（室內(nèi)地面標(biāo)高為 0.000）。這兩個(gè)數(shù)值是廠房結(jié)構(gòu)剖面設(shè)計(jì)中的兩個(gè)重要參數(shù)，要綜合考慮生產(chǎn)工藝和建筑結(jié)構(gòu)兩方面的因素才能確定。無吊車廠房，屋架下弦底面標(biāo)高由設(shè)備的高度和生產(chǎn)需要的使用高度確定。有吊車廠房，屋架下弦底面標(biāo)高由設(shè)備的高度和吊車需要的高度確定，并可用下式表達(dá)：H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + h6 + h7 ，或H = h1 + h2 + h8 + h5 + h6 + h7取兩個(gè)數(shù)值中的較大者（圖4）。式中， h1 最高設(shè)備的高度，由工藝設(shè)計(jì)人確定，當(dāng)只有個(gè)別高大設(shè)備時(shí)，可采用局部降低該處地面的辦法以減少廠房高度；

16、h2 超越安全高度（ 500mm）； h3最高吊物高度， h4 吊索最小高度（ h3 、 h4 均由工藝設(shè)計(jì)人確定）；h5、h6吊車底、頂至吊車軌頂高度（查表1-1）； 7吊h車行駛安全高度（ 220mm）； h8 司機(jī)室底至吊車底高度（查表1-1）。吊車軌頂標(biāo)高由屋架下弦底面標(biāo)高減去（h6 + h7 ）得到，一般由工藝設(shè)計(jì)人向土建設(shè)計(jì)人提供。吊車軌頂標(biāo)高減去吊車軌道連接高度和吊車梁梁端高度（均可查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圖集），即為柱的牛腿頂面標(biāo)高（圖 4）。在確定屋架下弦底面標(biāo)高和牛腿頂面標(biāo)高時(shí)，都應(yīng)按照廠房建筑統(tǒng)一化基本規(guī)則，考慮統(tǒng)一模數(shù)的要求。當(dāng)外墻采用大型板材時(shí)，還應(yīng)與板材的尺寸相適應(yīng)。對于連續(xù)多跨

17、廠房，如果相鄰各跨根據(jù)各自的工藝需要所決定的廠房高度參差不一時(shí)，會(huì)使得構(gòu)造復(fù)雜，計(jì)算麻煩，構(gòu)件規(guī)格增多，不利于工業(yè)化施工。這時(shí)最好做成等高廠房，可以增加廠房結(jié)構(gòu)的剛度，簡化構(gòu)造處理。一般可按下列規(guī)定處理：（1）當(dāng)高跨一側(cè)僅有一個(gè)低跨時(shí)，如高度差2.10m，可不設(shè)高低跨；10（2）當(dāng)高跨一側(cè)連續(xù)有兩個(gè)低跨時(shí)，如高度差1.80m，可不設(shè)高低跨；（3）當(dāng)高跨一側(cè)連續(xù)有三個(gè)低跨（或更多）時(shí)，如高度差1.50m，可不設(shè)高低跨。確定廠房高度的原則是，在滿足生產(chǎn)工藝前提下，盡可能合理地降低廠房高度，以便減小柱的內(nèi)力，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積，降低造價(jià)；同時(shí)還要考慮減少構(gòu)件種類，簡化連接構(gòu)造，保證施工方便等因素?？傊?/p>

18、，應(yīng)結(jié)合具體工程特點(diǎn)，進(jìn)行全面分析來確定。三、 外墻1、圈梁設(shè)置圈梁的目的是將墻體和柱、抗風(fēng)柱等箍在一起，以增加廠房的整體剛性，防止由于地基發(fā)生過大的不均勻沉降或較大的振動(dòng)荷載對廠房產(chǎn)生不利影響。圈梁為現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)件，埋設(shè)在墻體內(nèi)，和柱子連續(xù)，在平面上盡可能沿整個(gè)廠房交圈。它在受力上主要起拉結(jié)作用，不承受墻體重量，所以柱子上不必設(shè)置支承圈梁的牛腿。圈梁的布置與墻體高度、對廠房剛度的要求以及地基情況有關(guān)。對無橋式吊車的廠房檐高不足 8m 時(shí)，應(yīng)在檐口附近設(shè)置一道圈梁；當(dāng)檐高大于 8m 時(shí)，宜在墻體適當(dāng)部位增設(shè)一道圈梁。對有橋式吊車的廠房，除在檐口附近或窗頂處設(shè)置一道圈梁外，沿應(yīng)在吊車梁標(biāo)高處

19、或墻體適當(dāng)部位增設(shè)一道圈梁；當(dāng)外墻高度在 15m 以上時(shí)，還應(yīng)根據(jù)墻體高度適當(dāng)增設(shè)。對于有振動(dòng)設(shè)備的廠房，除滿足上述要求外，每隔 4m 距離，應(yīng)有一道圈梁。圈梁應(yīng)盡可能連續(xù)設(shè)置在墻體的同一平面內(nèi)，除伸縮縫處不得不切斷外，其余部分應(yīng)沿整個(gè)廠房形成封閉狀。當(dāng)圈梁被門窗洞口切斷時(shí)，應(yīng)在洞口上部設(shè)置一道附加圈梁（課本圖1321）與圈梁搭接，附加圈梁的截面尺寸不應(yīng)小于被切斷的圈梁，搭接長度應(yīng)不小于圈梁與附加圈梁高差的兩倍。圈梁的寬度宜與墻體厚度等同，當(dāng)墻厚d240mm 時(shí)，不宜小于 2 d 。圈梁3的高度不應(yīng)小于120mm，縱向鋼筋一般可采用410412, 箍筋不少于6300,混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C1

20、5.2、連系梁單層廠房的外墻一般做成自承重墻，不宜設(shè)置墻梁（亦稱連系梁）。當(dāng)墻的高度超過一定限度（例如15m 以上），墻體的砌體強(qiáng)度不足以承11受本身自重時(shí)，需要在墻下布置連系梁。連系梁兩端支承在柱牛腿上，并通過牛腿將墻體荷載傳給柱子。連系梁除支承墻體重量外，還起到連系縱向柱列、增強(qiáng)廠房縱向剛度、傳遞縱向水平荷載的作用。連系梁與柱之間采用螺栓或焊接連續(xù)。3、基礎(chǔ)梁當(dāng)墻體的砌體強(qiáng)度足以承受墻體自重時(shí)，可采用基礎(chǔ)梁將墻體重量傳給柱基，而不另作墻體基礎(chǔ)。這是因?yàn)橹暮奢d較大，而自承重墻的重量較輕，兩者基礎(chǔ)的沉降值往往相差較多，如果構(gòu)造處理不當(dāng)，會(huì)使墻面開裂，影響生產(chǎn)使用。外墻基礎(chǔ)梁一般設(shè)置在邊柱的外

21、側(cè)，基礎(chǔ)梁頂面至少低于室內(nèi)地面 50mm?；A(chǔ)梁底部距土層表面應(yīng)預(yù)留100mm左右空隙，使基礎(chǔ)梁可以隨柱一起沉降。基礎(chǔ)梁一般不要與柱連接，將梁直接放置在柱基礎(chǔ)的杯口上即可。當(dāng)基礎(chǔ)埋置較深時(shí)，可將基礎(chǔ)梁放在混凝土墊塊上面。4、過梁當(dāng)墻上有門窗洞口時(shí)，要設(shè)置鋼筋混凝土過梁承托門窗洞口上部的墻體重量。單獨(dú)設(shè)置的過梁宜采用預(yù)制構(gòu)件，兩端擱置在墻體上的支承長度不宜小于 240mm。在進(jìn)行廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的布置時(shí)，應(yīng)盡可能地將圈梁、連系梁和過梁結(jié)合起來，使一種梁能起到兩種梁甚至三種梁的作用，以簡化構(gòu)造，節(jié)約材料，方便施工。四、例題結(jié)構(gòu)布置一）定位軸線1、橫向定位軸線：本廠房長度為66m，小于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

22、（GB50010-2002）規(guī)定的70 m，可不設(shè)溫度縫，同時(shí)本結(jié)構(gòu)也不需設(shè)沉降縫，因此，除端柱需內(nèi)移600mm 外，橫向定位軸線均通過柱截面幾何中心。2、縱向定位軸線：查表1-1起重運(yùn)輸機(jī)械專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZQ1 62可得，B1=0.25m，L k=22.5m， B20.08m。邊柱： B3=0.4m，B1+B2 +B3=0.25+0.08+0.4=0.73 m0.75 m，因此采用封閉式縱向定位軸線，圖5、圖 10(a)；中柱： B3=0.3m，B1+B2 +B3=0.25+0.08+0.3=0.63 m0.75 m，中柱的上柱中心線與縱向定位軸線重合，圖5、圖 10(a)。本例的定位軸線見圖6。

23、12二）柱高由 工 藝要 求 ， 軌 頂 標(biāo) 志 高度 為 +9.9m ， 吊 車 最 大 為20/5t ， L k =24-1.5=22.5m，中級工作制，查表 1-1起重運(yùn)輸機(jī)械專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ZQ162可得軌頂至吊車頂距 H=2.136m，故：柱頂標(biāo)高=軌頂標(biāo)高+H+ 吊車頂端與柱頂?shù)膬艨粘叽?9.900+2.136+0.220=12.216m。由牛腿頂面標(biāo)高及模數(shù)要求，吊車梁高度為 1.2m，軌頂墊高取 0.2m，故牛腿頂面高 =軌頂標(biāo)高一吊車梁高一軌頂墊高 =9.900 1.2000.200=8.500m。為滿足 模數(shù)要求，牛腿頂面標(biāo)高取為 8.700m，柱 頂標(biāo)高為 12.600m，上 柱高 H1=12.600-8.700=3.900m ， 全 柱 高 H2= 柱 頂 標(biāo) 高 + 基 頂 至 +0.000 高 度=12.600+0.