單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成概述課件

1、第15章 單層工業(yè)廠房 返回總目錄 單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定習(xí) 題本章內(nèi)容 教學(xué)要求：了解單層工業(yè)廠房的組成及傳力途徑；掌握柱網(wǎng)布置原則和模數(shù)要求；掌握定位軸線布置原則。 單層工業(yè)廠房是工業(yè)建筑中最普遍的一種形式，多用于具有重型設(shè)備，產(chǎn)品較重，外形輪廓尺寸較大的生產(chǎn)車間，如煉鋼、鑄造、金工等車間。單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成一、單層工業(yè)廠房的特點 單層工業(yè)廠房不僅要滿足生產(chǎn)工藝的要求，還要滿足布置起重運輸設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備及勞動保護的要求。因而單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)一般承受的荷載大，且跨度大、高度高，構(gòu)件內(nèi)力大、截面大、用料多。廠房還常受動力荷載(如吊車荷載、動力機械設(shè)備荷載)的

2、作用。 二、單層工業(yè)廠房的類型 單層工業(yè)廠房按生產(chǎn)規(guī)模分為大、中、小型；按承重結(jié)構(gòu)所用材料不同分為混合結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。 對于無吊車或吊車噸位不超過5t，且跨度在15m以內(nèi)，柱頂標(biāo)高在8m以下，無特殊工藝要求的小型廠房，通常選用混合結(jié)構(gòu)，即采用磚柱、鋼筋混凝土屋架或木屋架或輕鋼屋架為主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)；對于有重型吊車(起重噸位在150t以上)、跨度較大(跨度在36m以上)，或有特殊工藝要求的大型廠房，通常選用鋼結(jié)構(gòu)；其他大部分廠房均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成三、鋼筋混凝土單層廠房的結(jié)構(gòu)型式 鋼筋混凝土單層廠房的結(jié)構(gòu)型式主要有排架結(jié)構(gòu)和剛架結(jié)構(gòu)。排架屬于超靜定結(jié)構(gòu)，鋼架有

3、靜定結(jié)構(gòu)，超靜定結(jié)構(gòu)兩種。1. 排架結(jié)構(gòu) 排架結(jié)構(gòu)由屋架(或屋面梁)、柱和基礎(chǔ)組成，柱與屋架鉸接，與基礎(chǔ)剛接。根據(jù)廠房生產(chǎn)工藝和使用要求不同，排架結(jié)構(gòu)可做成等高、不等高和鋸齒形等多種形式，如圖15.1所示。 排架結(jié)構(gòu)的剛度較大，傳力明確，構(gòu)造簡單，耐火性和防火性較好，施工也較方便，是目前大多數(shù)廠房所采用的結(jié)構(gòu)型式。圖15.1 排架結(jié)構(gòu)2. 剛架結(jié)構(gòu) 單層工業(yè)廠房的剛架結(jié)構(gòu)是梁柱剛結(jié)、柱與基礎(chǔ)鉸接的結(jié)構(gòu)。剛架頂節(jié)點做成鉸接的稱為三鉸剛架(如圖15.2(a)所示)；做成剛接的稱為兩鉸剛架(如圖15.2(b)所示)。剛架亦可用于多跨廠房(如圖15.2(c)所示)。 剛架結(jié)構(gòu)將梁柱合一，構(gòu)件種類少，制

4、作較簡單，且結(jié)構(gòu)輕巧，當(dāng)跨度和高度較小時(跨度不超過18m，檐口高度不超過10m)，其經(jīng)濟指標(biāo)稍優(yōu)于排架結(jié)構(gòu)。但其剛度較差，承載后會產(chǎn)生跨變，故不適于吊車噸位較大的廠房。單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成圖15.2 剛架形式四、單層廠房的組成和荷載1. 結(jié)構(gòu)組成 單層廠房排架結(jié)構(gòu)通常由下列結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成，并相互連接成整體，如圖15.3所示。 1) 屋蓋結(jié)構(gòu) 屋蓋結(jié)構(gòu)由屋面板(包括天溝板)、屋架或屋面梁(包括屋蓋支撐)組成，有時還設(shè)有天窗架和托架等。屋蓋結(jié)構(gòu)分有檁和無檁兩種結(jié)構(gòu)體系，將大型屋面板直接支承在屋架或屋面梁上的稱為無檁屋蓋體系；將小型屋面板或瓦材支承在檁條上，再將檁條支承在屋架上的稱為有檁屋蓋體系。

5、在屋蓋結(jié)構(gòu)中，屋面板起圍護作用并承受作用在板上的荷載，再將這些荷載傳至屋架或屋面梁；屋架或屋面梁是屋面承重構(gòu)件，承受屋蓋結(jié)構(gòu)自重和屋面板傳來的活荷載，并將這些荷載傳至排架柱。天窗架支承在屋架或屋面梁上，也是一種屋面承重構(gòu)件。單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成圖15.3 廠房結(jié)構(gòu)組成1屋面板；2天溝板；3天窗架；4屋架；5托架；6吊車梁；7排架柱； 8抗風(fēng)柱；9基礎(chǔ)；10連系梁；11基礎(chǔ)梁；12天窗架垂直支撐； 13屋架下弦橫向水平支撐；14屋架端部垂直支撐；15柱間支撐單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成 3) 縱向平面排架 縱向平面排架由縱向柱列、連系梁、吊車梁、柱間支撐和基礎(chǔ)等組成，其作用是保

6、證廠房的縱向穩(wěn)定性和剛度，并承受作用在山墻、天窗端壁以及通過屋蓋結(jié)構(gòu)傳來的縱向風(fēng)荷載、吊車縱向水平荷載等，再將其傳至基礎(chǔ)，如圖15.4所示，另外它還承受縱向水平地震作用、溫度應(yīng)力等。圖15.2 剛架形式 4) 吊車梁 吊車梁一般為裝配式的，簡支在柱的牛腿上，主要承受吊車豎向荷載、橫向或縱向水平荷載，并將它們分別傳至橫向或縱向平面排架。吊車梁是直接承受吊車動力荷載的構(gòu)件。 5) 支撐 單層廠房的支撐包括屋蓋支撐、天窗架支撐和柱間支撐，其作用是加強廠房結(jié)構(gòu)的空間剛度，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件在安裝和使用階段的穩(wěn)定和安全，同時將風(fēng)荷載、吊車水平荷載或水平地震作用等傳遞到相應(yīng)的承力構(gòu)件。 6) 基礎(chǔ) 基礎(chǔ)承受柱和

7、基礎(chǔ)梁傳來的荷載并將它們傳至地基。 7) 圍護結(jié)構(gòu) 圍護結(jié)構(gòu)包括縱墻、橫墻(山墻)及由連系梁、抗風(fēng)柱(有時還有抗風(fēng)梁或抗風(fēng)桁架)和基礎(chǔ)梁等組成的墻架。這些構(gòu)件所承受的荷載，主要是墻體和構(gòu)件的自重以及作用在墻面上的風(fēng)荷載等。2. 單層廠房結(jié)構(gòu)的荷載及傳力途徑 作用在廠房上的荷載有永久荷載和可變荷載兩大類，如圖15.5所示。其中，永久荷載(恒載)包括各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件(如屋架、屋面板、柱等)的自重及各種建筑構(gòu)造層的重量等。可變荷載(活載)包括吊車豎向荷載、吊車縱橫向水平制動力、屋蓋活荷載、風(fēng)荷載和地震作 用等。 單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成圖15.5 單層工業(yè)廠房的橫向排架及其荷載示意圖 各種荷載的傳力途徑如

8、圖15.6所示。單層廠房結(jié)構(gòu)所承受的各種荷載，基本上都是傳遞給排架柱，再由柱傳到基礎(chǔ)，因此屋架(或屋面梁)、柱、基礎(chǔ)是單層廠房的主要承重構(gòu)件。在有吊車的廠房中，吊車梁也是主要承重構(gòu)件，設(shè)計時應(yīng)予以重視。單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成圖15.6 單層廠房傳力路線示意單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定一、柱網(wǎng)布置 廠房承重柱或承重墻的定位軸線，在平面上構(gòu)成的網(wǎng)格，稱為柱網(wǎng)。柱網(wǎng)布置就是確定縱向定位軸線之間的尺寸(跨度)和橫向定位軸線之間的尺寸(柱距)。柱網(wǎng)布置既是確定柱的位置，也是確定其他構(gòu)件的跨度及構(gòu)件布置方案的依據(jù)。 柱網(wǎng)布置的一般原則是：符合生產(chǎn)和使用要求；建筑平面和結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟

9、合理；在廠房結(jié)構(gòu)型式和施工方法上具有先進(jìn)性和合理性；符合廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)(GBJ 686)的有關(guān)規(guī)定；適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展和技術(shù)革新的要求。 廠房跨度在18m及以下時，應(yīng)采用擴大模數(shù)30M數(shù)列；在18m以上時，應(yīng)采用擴大模數(shù)60M數(shù)列，如圖15.7所示。當(dāng)跨度在18m以上，工藝布置有明顯優(yōu)越性時，也可采用擴大模數(shù)30M數(shù)列。 廠房的柱距應(yīng)采用擴大模數(shù)60M數(shù)列。圖15.7 跨度和柱距示意圖 從經(jīng)濟指標(biāo)、材料用量和施工條件等方面衡量，采用6m柱距比12m柱距優(yōu)越。但從現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展趨勢來看，擴大柱距對增加廠房有效面積，提高設(shè)備布置和工藝布置的靈活性，機械化施工中減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量和加快施工進(jìn)度等，都是

10、有利的。當(dāng)然，由于構(gòu)件尺寸增加，也會給制作、運輸和吊裝帶來不便。單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定二、變形縫 變形縫包括伸縮縫、沉降縫和抗震縫。 當(dāng)廠房長度和跨度過大時，為防止氣溫變化時結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，使墻面、屋面和構(gòu)件等拉裂，影響使用，可設(shè)置伸縮縫將廠房結(jié)構(gòu)分成若干溫度區(qū)段，如圖15.8所示。伸縮縫應(yīng)從基礎(chǔ)頂面開始，將上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件完全分開，并留出一定寬度的縫隙。溫度區(qū)段的形狀，應(yīng)力求簡單，并應(yīng)使伸縮縫的數(shù)量最少。溫度區(qū)段的長度(伸縮縫之間的距離)，取決于結(jié)構(gòu)類型和溫度變化情況?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大距離做了規(guī)定。圖15.8 溫度變化產(chǎn)生裂縫示意圖單層工業(yè)廠房

11、平面、剖面尺寸的確定 當(dāng)廠房相鄰兩部分高度相差很大(如10m以上)，兩跨間吊車噸位相差懸殊，地基承載力或下臥層土質(zhì)有巨大差別，或廠房各部分的施工時間先后相差很長，地基土的壓縮程度不同等情況時，為避免廠房因基礎(chǔ)不均勻沉降而引起開裂和損壞，需在適當(dāng)部位用沉降縫將廠房劃分成若干各自剛度較一致的單元。沉降縫應(yīng)將建筑物從屋頂?shù)交A(chǔ)全部分開，以使在縫兩邊發(fā)生不同沉降時不致?lián)p壞整個建筑物。沉降縫可兼作伸縮縫。 防震縫是為減輕廠房震害而采取的措施之一。當(dāng)廠房平、立面布置復(fù)雜，結(jié)構(gòu)高度或剛度相差很大及在廠房側(cè)邊貼建有生活間、變電所、爐子間等毗鄰屋時，應(yīng)設(shè)置防震縫將相鄰兩部分基礎(chǔ)以上部分分開。地震區(qū)的伸縮縫和沉降

12、縫均應(yīng)符合防震縫的寬度要求。三、承重構(gòu)件與定位軸線的關(guān)系1. 中間柱與橫向定位軸線的聯(lián)系 除橫向變形縫處及端部排架柱外，中間柱的中心線應(yīng)與橫向定位軸線相重合，如圖15.9所示。此時，屋架端部位于柱中心線通過處。連系梁、吊車梁、基礎(chǔ)梁、屋面板及外墻板等構(gòu)件的標(biāo)志長度皆以柱中心線為準(zhǔn)。 圖15.9 中間柱與橫向定位軸線的聯(lián)系單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定2. 橫向伸縮縫、防震縫處柱與橫向定位軸線的聯(lián)系 在單層廠房中，橫向伸縮縫、防震縫處一般是在一個基礎(chǔ)上設(shè)雙柱、雙屋架。各柱有各自的基礎(chǔ)杯口，雙柱間有一定的間距。橫向變形縫處定位軸線的標(biāo)定采用雙軸線處理。各軸線均由吊車梁和屋面板標(biāo)志尺寸端部通過，兩

13、軸線間的距離為縫寬，兩柱中心線各自軸線后退600mm，如圖15.10所示。 圖15.10 橫向伸縮縫、防震縫與橫向定位軸線的聯(lián)系單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定3. 山墻與橫向定位軸線的聯(lián)系 山墻為非承重墻時，墻內(nèi)緣和抗風(fēng)柱外緣應(yīng)與橫向定位軸線相重合。端部排架柱的中心線應(yīng)自橫向定位軸線內(nèi)移600mm，端部實際柱距減少600mm，如圖15.11所示。 山墻為砌體承重時，墻內(nèi)緣與橫向定位軸線間的距離 應(yīng)按砌體的塊料類別分別為半塊或半塊的倍數(shù)或墻厚的一半，如圖15.12所示。圖15.11 端柱、非承重山墻與橫向定位軸線的聯(lián)系 圖15.12 承重山墻與橫向定位軸線的聯(lián)系單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定

14、4. 墻、邊柱與縱向定位軸線的聯(lián)系 縱向定位軸線的標(biāo)定與吊車橋架端頭長度、橋架端頭與上柱內(nèi)緣的安全縫隙寬度以及上柱寬度有關(guān)，如圖15.13所示。 從圖中可以看出，廠房跨度L與吊車跨度Lk之間存在如下關(guān)系：圖15.13 軸線與上柱寬度、吊車橋架端頭及安全縫隙間的關(guān)系 其中e為縱向定位軸線至吊車軌中心線的距離，一般取750mm。當(dāng)?shù)踯嚻鹬亓?0t時或由構(gòu)造要求時，可取1000mm。混合結(jié)構(gòu)的廠房中，當(dāng)采用梁式吊車時允許取500mm。 對于無吊車或只設(shè)懸掛式吊車的廠房及柱距為6m，吊車起重量20/5t的廠房，縱向定位軸線標(biāo)定時，軸線與外墻內(nèi)緣及柱外緣重合，如圖15.14所示。單層工業(yè)廠房平面、剖面尺

15、寸的確定 對于柱距為6m，吊車起重量30/5t的廠房，縱向定位軸線標(biāo)定時，軸線與柱外緣之間應(yīng)增設(shè)連系尺寸c 。c 值應(yīng)為300或其倍數(shù)，當(dāng)墻體為砌體時，可采用50mm或其整倍數(shù)。此標(biāo)定尚須保證屋架在柱上應(yīng)有的支承長度不得小于300mm，如不足則上柱頭應(yīng)伸出牛腿以保證支座長度。（牛腿的破壞形態(tài)主要與牛腿的剪跨比有關(guān)分別是：剪彎破壞、斜壓破壞、剪切破壞）。圖15.14 外墻、邊柱與縱向定位軸線的聯(lián)系單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定 在無吊車或只有懸臂式吊車的廠房中，當(dāng)采用帶有承重壁柱的外墻時，如壁柱較大，足夠支承屋頂承重構(gòu)件，則墻內(nèi)緣與縱向定位軸線相重合，如圖15.15(a)所示；如壁柱較小，不夠

16、支承屋頂承重構(gòu)件，則墻內(nèi)緣與縱向定位軸線間的距離應(yīng)為墻體半塊或半塊的倍數(shù)，如圖15.15(b)所示；當(dāng)采用承重外墻時，墻內(nèi)緣與縱向定位軸線間的距離宜為墻體半塊的倍數(shù)或使墻中心線與定位軸線相重合，如圖15.15(c)所示。 圖15.15 帶承重壁柱的外墻與承重外墻單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定5. 中柱與縱向定位軸線的聯(lián)系 1) 等高跨中柱 等高廠房的中柱，宜設(shè)置單柱和一條縱向定位軸線。定位軸線通過相鄰兩跨屋架的標(biāo)志尺寸端部，并與上柱中心線相重合，如圖15.16(a)所示。由于相鄰跨內(nèi)的橋式吊車起重量、廠房柱距或構(gòu)造等要求需設(shè)插入距 時(插入距為300數(shù)列)，中柱可采用單柱及兩條縱向定位軸線，

17、如圖15.16(b)所示。圖15.16 等高跨中柱單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定 2) 高低跨處中柱 高低跨處采用單柱時，如高跨吊車起重量20/5t，則高跨上柱外緣與封墻內(nèi)緣宜與縱向定位軸線相重合，如圖15.17(a)所示。當(dāng)高跨吊車起重量較大，如30/5t時，其上柱外緣與縱向定位軸線間宜設(shè)連系尺寸c，這時應(yīng)采用兩條縱向定位軸線，兩線間距為插入距i，且c =i ，如圖15.17(b)所示。圖15.17 高低跨處中柱 單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定6. 縱向伸縮縫、防震縫處柱與縱向定位軸線的聯(lián)系 等高廠房需設(shè)縱向伸縮縫時，可采用單柱并設(shè)兩條縱向定位軸線。伸縮縫一側(cè)的屋架或屋面大梁擱置在活動支

18、座上，如圖15.18所示。若需設(shè)防震縫時，應(yīng)設(shè)雙柱、雙定位軸線，兩單位軸線之間設(shè)插入距i 。 圖15.18 等高廠房縱向伸縮縫單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定 不等高廠房需設(shè)縱向伸縮縫時，一般設(shè)在高低跨處。當(dāng)采用單柱處理時，低跨屋架或屋面梁可擱置在設(shè)有活動支座的牛腿上，高低跨處應(yīng)采用兩條縱向定位軸線，如圖15.19所示。當(dāng)采用雙柱時，應(yīng)采用兩條縱向定位軸線，并設(shè)插入距。柱與縱向定位軸線的定位規(guī)定可分別按各自的邊柱處理，如圖15.20所示。 圖15.19 不等高廠房縱向伸縮縫(單柱)圖15.20 不等高廠房縱向伸縮縫(雙柱)單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定四、廠房標(biāo)高的確定 廠房高度是由地平面到

19、屋頂承重結(jié)構(gòu)下表面的垂直距離。如屋頂承重結(jié)構(gòu)是傾斜的，則廠房高是由地平面到屋頂承重結(jié)構(gòu)最低點的垂直距離。 對于無吊車廠房，柱頂標(biāo)高是根據(jù)最大生產(chǎn)設(shè)備的高度與其安裝、檢修時所需的凈空高度，并考慮使用、衛(wèi)生、建筑模數(shù)等要求確定的。 對于有吊車廠房，柱頂標(biāo)高應(yīng)按下式計算(如圖15.21所示)：式中，H柱頂標(biāo)高，應(yīng)符合3M數(shù)列； H1吊車軌頂標(biāo)高，由工藝設(shè)計人員提出； H軌頂至吊車上小車頂部的高度，根據(jù)吊車起重量由吊車規(guī)格表中查出； Ch屋架下弦底面至吊車小車頂面的安全空隙，按國家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)吊車起重量可取 300mm、400mm及500mm。如屋架下弦懸掛有管線等其他設(shè)施時，此空隙尺寸 還需另加必要的

20、尺寸。單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定 從圖15.21可知，H1=H2+H3 ；H2為柱牛腿標(biāo)高，H3為吊車梁高、吊車軌高及墊層厚度之和。 為適應(yīng)設(shè)備更新和重新組織生產(chǎn)工藝流程，提高廠房的通用性，常把廠房高度有意提高一些，以資儲備。圖15.21 廠房標(biāo)高的確定單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定習(xí) 題15-1 排架結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土單層工業(yè)廠房由哪幾部分組成？試述單層廠房結(jié)構(gòu)的傳力途徑。15-2 什么是柱網(wǎng)？柱網(wǎng)尺寸如何確定？15-3 單層廠房的定位軸線如何確定？15-4 廠房標(biāo)高如何確定？水不撩不知深淺，人不拼怎知輸贏。7月-227月-22Tuesday, July 26, 2022堅持下去，成功就在下一個街角處等著你。22:21:0022:21:0022:217/26/2022 10:21:00 PM人，一簡單就快樂，但快樂的人寥寥無幾；一復(fù)雜就痛苦，可痛苦的人卻熙熙攘