排架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理

1、排架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理 排架結(jié)構(gòu)是相對(duì)簡(jiǎn)單的大跨度結(jié)構(gòu)，一般為單層建筑物。應(yīng)用排架結(jié)構(gòu)最為常見的建筑物是單層工業(yè)廠房，但是在許多民用建筑中，如影劇院、菜市場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)等也可以采用排架結(jié)構(gòu)。排架結(jié)構(gòu)屬于平面超靜定結(jié)構(gòu)，但與框架相比，超靜定次數(shù)較少，手工計(jì)算較為容易。排架計(jì)算一般采用剪力分配法，是力學(xué)中位移法的一種。結(jié)構(gòu)組成排架結(jié)構(gòu)有三個(gè)主要局部組成：形成跨度的屋面結(jié)構(gòu)、豎向支撐結(jié)構(gòu)、根底結(jié)構(gòu)。屋面結(jié)構(gòu)由于排架結(jié)構(gòu)跨度較大，屋面結(jié)構(gòu)多采用桁架體系，鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以減輕屋面結(jié)構(gòu)的重量。較小跨度的排架結(jié)構(gòu)那么多采用鋼筋混凝土屋面梁。由于連接平面排架之間縱向構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為6米，因此排架的柱距也多為6

2、米。屋架之間搭設(shè)屋面板。為了保證屋面結(jié)構(gòu)的整體剛度，屋面板多數(shù)采用重型結(jié)構(gòu)大型預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板無檁體系。有時(shí)也采用輕型屋面結(jié)構(gòu)，以檁條連接屋架，在檁條之上放置小型屋面板或輕型板有檁體系。同時(shí)為了保證屋面體系的剛度，屋架之間還要設(shè)置各種支撐，通常包括上、下弦水平支撐、垂直支撐及縱向水平系桿。屋蓋上、下弦水平支撐是指布置在屋架屋面梁上、下弦平面內(nèi)以及天窗架上弦平面內(nèi)的水平支撐。支撐節(jié)間的劃分應(yīng)與屋架節(jié)間相適應(yīng)。水平支撐一般采用十字交叉的形式。交叉桿件的交角一般為30°60°。屋蓋垂直支撐是指布置在屋架屋面梁間或天窗架包括擋風(fēng)板立柱間的支撐。系桿分剛性壓桿和柔性拉桿兩種。系桿設(shè)

3、置在屋架上、下弦及天窗上弦平面內(nèi)。屋架上弦支撐是指排架每個(gè)伸縮縫區(qū)段端部的橫向水平支撐，它的作用是：在屋架上弦平面內(nèi)構(gòu)成剛性框，增強(qiáng)屋蓋的整體剛度，保證屋架上弦或屋面梁上翼緣平面外的穩(wěn)定，同時(shí)將抗風(fēng)柱傳來的風(fēng)荷載傳遞到縱向排架柱頂。當(dāng)采用鋼筋混凝土屋面梁的有檁屋蓋體系時(shí)，應(yīng)在梁的上翼緣平面內(nèi)設(shè)置橫向水平支撐，并應(yīng)布置在端部第一柱距內(nèi)以及伸縮縫區(qū)段兩端的第一或第二個(gè)柱距內(nèi)。當(dāng)采用大型屋面板且連接可靠、能保證屋蓋平面的穩(wěn)定并能傳遞山墻風(fēng)荷載時(shí)，那么認(rèn)為大型屋面板能起上弦橫向支撐的作用，可不再設(shè)置上弦橫向水平支撐。對(duì)于采用鋼筋混凝土拱形及梯形屋架的屋蓋系統(tǒng)，應(yīng)在每一個(gè)伸縮縫區(qū)段端部的第一或第二個(gè)柱距

4、內(nèi)布置上弦橫向水平支撐。當(dāng)排架設(shè)置天窗時(shí)可根據(jù)屋架上弦桿件的穩(wěn)定條件，在天窗范圍內(nèi)沿排架縱向設(shè)置連系桿。屋架屋面梁下弦支撐包括下弦橫向水平支撐和縱向水平支撐兩種。下弦橫向水平支撐的作用是承受垂直支撐傳來的荷載，并將山墻風(fēng)荷載傳遞至兩旁柱上。當(dāng)排架跨度l≥18m時(shí)，下弦橫向水平支撐應(yīng)布置在每一伸縮縫區(qū)段端部的第一個(gè)柱距內(nèi)。當(dāng)l排架結(jié)構(gòu)的柱排架結(jié)構(gòu)的柱截面可以采用多種形式，但不管哪種形式，在建筑跨度方向上的尺度均應(yīng)大于長(zhǎng)度方面的尺度；目前常用的有實(shí)腹矩形柱、工字形柱、雙肢柱等。實(shí)腹矩形柱的外形簡(jiǎn)單，施工方便，但混凝土用量多，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差。工字形柱的材料利用比擬合理，目前在單層廠房中應(yīng)

5、用廣泛，但其混凝土用量比雙肢柱多，特別是當(dāng)截面尺寸較大如截面高度h≥1600mm時(shí)更甚，同時(shí)自重大，施工吊裝也較困難，因此使用范圍也受到一定限制。雙肢柱有平腹桿和斜腹桿兩種，前者構(gòu)造較簡(jiǎn)單，制作也較方便，在一般情況下受力合理，而且腹部整齊的矩形孔洞便于布置工藝管道。當(dāng)承受較大水平荷載時(shí)宜采用具有桁架受力特點(diǎn)的斜腹桿雙肢柱。但其施工制作較復(fù)雜，假設(shè)采用預(yù)制腹桿那么制作條件將得到改善。雙肢柱與工形柱相比擬，混凝土用量少，自重較輕，柱高大時(shí)尤為顯著，但其整體剛度差些，鋼筋構(gòu)造也較復(fù)雜，用鋼量稍多。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，目前對(duì)預(yù)制柱可按截面高度h確定截面型式：當(dāng)h≤600mm時(shí)，宜

6、采用矩形截面；當(dāng)h600800mm時(shí)，采用工字形或矩形；當(dāng)h9001400mm時(shí)，宜采用工字形；當(dāng)h>1400mm時(shí)，宜采用雙肢柱。對(duì)設(shè)有懸臂吊車的柱宜采用矩形柱；對(duì)易受撞擊及設(shè)有壁行吊車的柱宜采用矩形柱或腹板厚度≥120mm、翼緣高度≥150mm的工字形柱，當(dāng)采用雙肢柱時(shí)，那么在安裝吊車的局部區(qū)段宜做成實(shí)腹柱。實(shí)踐說明，矩形、工字形和斜腹桿雙肢柱的側(cè)移剛度和受剪承載力都較大，因此?建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?規(guī)定，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為8度和9度時(shí)，廠房宜采用矩形，工字形截面和斜腹桿雙肢柱，不宜采用薄壁工字形柱、腹板開孔柱、預(yù)制腹板的工字形柱和管柱；柱底至室內(nèi)地坪以上500

7、mm范圍內(nèi)和階形柱的上柱宜采用矩形截面。柱上有牛腿，可以承當(dāng)?shù)踯嚵?、?lián)系梁，這些梁均與柱成鉸接狀態(tài)；一般排架柱以吊車梁牛腿為界，分上下兩段，分別稱為上柱與下柱；在排架結(jié)構(gòu)的縱向上，采用柱間支撐來保證結(jié)構(gòu)縱向的穩(wěn)定性與剛度，同時(shí)傳遞縱向荷載。為了防止溫度應(yīng)力的作用，有利于在溫度變化或混凝土收縮，結(jié)構(gòu)可以較自由變形而不致產(chǎn)生較大的溫度或收縮應(yīng)力，柱間支撐一般設(shè)置在結(jié)構(gòu)縱向的中間區(qū)域，并在柱頂設(shè)置通長(zhǎng)剛性連系桿來傳遞荷載。柱間支撐一般包括上部柱間支撐、中部及下部柱間支撐。柱間支撐通常宜采用十字交叉形支撐；它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳力直接和剛度較大等特點(diǎn)。交叉桿件的傾角一般在35°50°之間。在特殊情況下，因生產(chǎn)工藝的要求及結(jié)構(gòu)空間的限制，可以采用其他型式的支撐如采用人字形支撐、八字形支撐等。柱間支撐的作用是保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向剛度和穩(wěn)定，并將水平荷載包括天窗端壁部和廠房山墻上的風(fēng)荷載、吊車縱向水平制動(dòng)力以及作用于廠房縱向的其他荷載傳至根底。凡屬以下情況