單層廠房結構

8.1單層廠房結構的組成和布置

8.1.1單層廠房的結構組成

1、承重結構承重結構構件包括屋面板、天窗架、屋架、柱、吊車梁和基礎等，這些構件又分別組成屋蓋結構、橫向平面排架、縱向平面排架結構。8.1單層廠房結構的組成和布置第1頁/共63頁8.1單層廠房結構的組成和布置第2頁/共63頁

圖8-3單層廠房的結構組成

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—抗風柱；9—基礎；10—連系梁；11—基礎梁；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8.1單層廠房結構的組成和布置第3頁/共63頁⑴屋蓋結構屋蓋結構分為有檁體系和無檁體系。有檁體系由小型屋面板、檁條、和屋架（包括屋蓋支撐）組成；無檁體系由大型屋面板、屋架或屋面梁（包括屋蓋支撐）組成，有時為滿足工藝要求需抽柱時，還設有托架。單層廠房中多采用無檁屋蓋。屋蓋結構的主要作用是承受屋面活荷載、雪載、自重以及其他荷載，并將這些荷載傳給排架柱。

8.1單層廠房結構的組成和布置第4頁/共63頁⑵橫向平面排架橫向平面排架由橫梁（屋架或屋面梁）、橫向柱列和基礎組成，承擔著廠房的主要荷載，包括屋蓋荷載（屋蓋自重、雪荷載及屋面活荷載等）、吊車荷載（豎向荷載及橫向水平荷載）、橫向風荷載及縱橫墻（或墻板）的自重等，并將其傳至基礎和地基。

8.1單層廠房結構的組成和布置第5頁/共63頁⑶縱向平面排架縱向平面排架由縱向柱列、連系梁、吊車梁、柱間支撐和基礎等組成，其作用是保證廠房結構的縱向剛度和穩(wěn)定性，并承受屋蓋結構（通過山墻和天窗端壁）傳來的縱向風荷載、吊車縱向制動力、縱向地震作用等，再將其傳至地基。

8.1單層廠房結構的組成和布置第6頁/共63頁2、圍護結構圍護結構由縱墻、橫墻（山墻）、連系梁、抗風柱（有時設抗風梁或桁架）和基礎梁等構件組成，兼有圍護和承重作用。主要是承受自重及作用在墻面上的風荷載。8.1單層廠房結構的組成和布置第7頁/共63頁8.1.2單層廠房結構的傳力途徑單層廠房結構所承受的荷載分為豎向荷載和水平荷載兩大類。豎向荷載包括屋面上的恒載、活載、各承重結構構件及圍護結構等非承重構件自重、吊車自重及吊車豎向活荷載等。水平荷載包括橫向及縱向風載、吊車的橫向水平荷載和縱向水平荷載以及水平地震作用等。單層廠房結構的傳力途徑見單層廠房傳力路線示意圖

8.1單層廠房結構的組成和布置第8頁/共63頁8.1單層廠房結構的組成和布置第9頁/共63頁8.1.3單層廠房的結構布置1、柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置就是確定柱子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)布置的一般原則是：符合生產工藝和正常使用的要求；建筑和結構方案經(jīng)濟合理；在施工方法上具有先進性和合理性；符合廠房建筑統(tǒng)一化標準化的基本原則；適應生產發(fā)展和技術進步的要求。8.1單層廠房結構的組成和布置第10頁/共63頁廠房跨度在18m及以下時，應采用3m的倍數(shù)；在18m以上時，應采用6m的倍數(shù)。廠房柱距一般采用6m或6m的倍數(shù)。當工藝布置和技術經(jīng)濟有明顯的優(yōu)越性時，也可擴大柱距，采用21m、27m和33m跨度和9m柱距或其他柱距2、變形縫變形縫包括伸縮縫、沉降縫和防震縫三種。⑴伸縮縫當房屋的長度或寬度過大時，為減小房屋結構中的溫度應力，應設置伸縮縫。8.1單層廠房結構的組成和布置第11頁/共63頁沿廠房的橫向伸縮縫應從基礎頂面開始，將相鄰兩個溫度區(qū)段的上部結構構件完全分開，并留出一定寬度的縫隙，使上部結構在溫度變化時，沿縱向可自由變形。伸縮縫處應采用雙排柱、雙屋架（屋面梁），伸縮縫處雙柱基礎可不分開，做成連在一起的雙杯口基礎。8.1單層廠房結構的組成和布置第12頁/共63頁8.1單層廠房結構的組成和布置第13頁/共63頁⑵沉降縫當相鄰廠房高度相差懸殊（10m以上）、地基土的壓縮性有顯著差異、廠房結構（或基礎）類型有明顯不同、廠房各部分的施工時間先后相差較長時，為避免由于地基不均勻沉降在結構中產生附加應力使結構破壞，應設置沉降縫。沉降縫應從屋頂至基礎完全分開，以使縫兩側結構發(fā)生不同沉降時互不影響，從而保證房屋的安全和使用功能。沉降縫的最小寬度不得小于50mm，沉降縫可兼做伸縮縫。8.1單層廠房結構的組成和布置第14頁/共63頁⑶防震縫防震縫是為了減輕地震震害而采取的措施之一，當相鄰跨廠房高度相差懸殊、廠房結構類型和剛度有明顯不同時，應設置防震縫將房屋劃分為簡單規(guī)則的結構單元，使其在地震作用下互不影響。8.1單層廠房結構的組成和布置第15頁/共63頁3、支撐布置支撐的主要作用是加強廠房結構的空間剛度，保證結構構件在安裝和使用階段的穩(wěn)定和安全，有效傳遞縱向水平荷載（風荷載、吊車縱向水平荷載及地震作用等）；同時還起著把風荷載、吊車水平荷載和水平地震作用等傳遞到相應承重構件的作用。單層廠房的支撐體系包括屋蓋支撐和柱間支撐。8.1單層廠房結構的組成和布置第16頁/共63頁⑴屋蓋支撐屋蓋支撐系統(tǒng)包括上、下弦橫向水平支撐、下弦縱向水平支撐、垂直支撐、天窗架支撐以及縱向水平系桿。屋蓋上弦橫向水平支撐系指布置在屋架上弦（或屋面梁上翼緣）平面內的水平支撐，是由交叉角鋼和屋架上弦桿組成的水平桁架，布置在廠房端部及溫度區(qū)段兩端的第一或第二柱間8.1單層廠房結構的組成和布置第17頁/共63頁8.1單層廠房結構的組成和布置第18頁/共63頁②屋蓋下弦水平支撐屋蓋下弦水平支撐系指布置在屋架下弦平面內的水平支撐，包括下弦橫向水平支撐和下弦縱向水平支撐。③垂直支撐及水平系桿垂直支撐是指在相鄰兩榀屋架之間由角鋼與屋架的直腹桿組成的垂直桁架。8.1單層廠房結構的組成和布置第19頁/共63頁第20頁/共63頁⑵柱間支撐柱間支撐是由交叉的型鋼和相鄰兩柱組成的立面桁架，柱間支撐按其位置分為上柱柱間支撐和下柱柱間支撐。分別位于吊車梁上部和下部。柱間支撐一般設置在伸縮縫區(qū)段兩端與屋蓋橫向水平支撐相對應的柱距以及伸縮縫區(qū)段中央或臨近中央的柱距，并在柱頂設置通長的剛性連系桿以傳遞水平作用力。8.1單層廠房結構的組成和布置第21頁/共63頁4、圍護結構布置抗風柱設置在山墻內側，承受山墻傳來的風荷載。圈梁的作用是將墻體與廠房柱箍在一起，以增強廠房的整體剛度，防止由于地基不均勻沉降或較大振動荷載等對廠房產生不利影響。連系梁的作用是連系縱向柱列，以增強廠房的縱向剛度并傳遞風荷載到縱向柱列；此外，還承受其上部墻體的自重。8.1單層廠房結構的組成和布置第22頁/共63頁過梁的作用是承受門窗洞口上的墻體自重。在進行廠房結構布置時，應盡可能將圈梁、連系梁和過梁結合起來，以節(jié)約材料，簡化施工?；A梁的作用是承受圍護墻體的自重，并將其傳給柱下單獨基礎，而不另設墻基礎?；A梁底部離地基土表面應預留100mm的空隙，使梁可隨柱基礎一起沉降而不受地基土的約束，同時還可防止地基土凍脹時將梁頂裂。8.1單層廠房結構的組成和布置第23頁/共63頁8.2單層廠房排架結構的內力計算要點8.2.1排架的計算簡圖1、計算單元由于橫向排架沿廠房縱向一般為等間距均勻排列，作用于廠房上的各種荷載（吊車荷載除外）沿廠房縱向基本為均勻分布，計算時可以通過任意相鄰縱向柱距的中心線截取出有代表性的一段作為整個結構的橫向平面排架的計算單元，除吊車等移動荷載以外，陰影部分就是排架的負荷范圍，或稱從屬面積。8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第24頁/共63頁2、計算簡圖在確定排架結構的計算簡圖時，為簡化計算作了以下假定：⑴柱上端與屋架（或屋面梁）為鉸接；⑵柱下端固接于基礎頂面；⑶排架橫梁為無軸向變形剛性桿，橫梁兩側柱頂?shù)乃轿灰葡嗟?；⑷排架柱的高度由固定端算至柱頂鉸結點處，排架柱的軸線為柱的幾何中心線。8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第25頁/共63頁第26頁/共63頁8.2.2排架上的荷載作用在排架上的荷載有恒荷載和活荷載兩類。恒荷載一般包括屋蓋自重G1、上柱自重G2、下柱自重G3、吊車梁與軌道聯(lián)結件等自重G4及有時支承在柱牛腿上的圍護結構自重G5等?；詈奢d一般包括屋面活荷載Q1、吊車豎向荷載Dmax（Dmin）、吊車橫向水平荷載Tmax、橫向均布風荷載q及作用于排架柱頂?shù)募酗L荷載Fw等8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第27頁/共63頁第28頁/共63頁1、恒荷載⑴屋蓋自重G1屋蓋自重包括屋面各構造層、屋面板、天窗架、屋架或屋面梁、屋蓋支撐等自重。G1對上柱有偏心距e1，對柱頂有力矩M1=G1e1；對下柱變截面處有力矩M1'＝G1e28.2單層廠房排架結構的內力計算要點第29頁/共63頁第30頁/共63頁⑵柱自重G2和G3上、下柱的自重G2和G3分別沿上、下柱中心線作用，G2在牛腿頂面處，對下柱有力矩M2‘=G2e2。⑶吊車梁與軌道聯(lián)結件等自重G4吊車梁與軌道聯(lián)結件等自重G4沿吊車梁的中心作用于牛腿頂面，對下柱截面中心線有偏心距e4，在牛腿頂面處形成力矩M3'＝G4e4。8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第31頁/共63頁第32頁/共63頁2、屋面活荷載屋面活荷載包括屋面均布活荷載、雪荷載及積灰荷載。屋面活荷載Q1，通過屋架以集中力的形式作用于柱頂，其作用位置與屋蓋自重G1相同。3、吊車荷載橋式吊車在排架上產生的荷載有豎向荷載Dmax（或Dmin）、橫向水平荷載Tmax及吊車縱向水平荷載Te。⑴吊車豎向荷載Dmax（或Dmin）①吊車最大輪壓Pmax與最小輪壓Pmin當小車吊有額定最大起重量行駛至大車某一側端頭極限位置時，小車所在一側的每個大車輪壓即為吊車的最大輪壓Pmax，同時另外一側的每個大車輪壓即為最小輪壓Pmin。8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第33頁/共63頁8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第34頁/共63頁②吊車豎向荷載Dmax（或Dmin）當兩臺吊車滿載靠緊并行，其中較大一臺吊車的內輪正好運行至計算排架柱的位置時，作用于最大輪壓Pmax一側排架柱上的吊車荷載為最大值Dmax；同時，在另一側的排架柱上，則由最小輪壓Pmin產生的豎向荷載為最小值Dmin。Dmax

或Dmin可根據(jù)吊車最不利位置和吊車梁支座反力影響線求得：Dmax=PmaxΣyi

Dmin=PminΣyi

8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第35頁/共63頁第36頁/共63頁⑵吊車橫向水平荷載Tmax吊車的橫向水平荷載Tmax是當小車沿廠房橫向運動時，由于啟動或突然制動產生的慣性力，吊車橫向水平荷載作用位置在吊車梁頂面，且同時作用于吊車兩側的排架柱上，方向相同吊車的橫向水平制動力也是移動荷載，其最不利作用位置與吊車的豎向輪壓相同，所以，吊車最大橫向水平荷載標準值Tmax，也需根據(jù)吊車的最不利位置和吊車梁支座反力影響線確定。8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第37頁/共63頁4、風荷載⑴垂直作用在建筑物表面上的均布風荷載為簡化計算，將柱頂以下建筑物表面上的風荷載沿高度取為均勻分布，其值分別為q1（迎風面的風壓力）和q2（背風面的風吸力），風壓高度變化系數(shù)μz按柱頂標高取值。⑵屋面?zhèn)鱽淼募酗L荷載作用于柱頂以上的風荷載，通過屋架以集中力Fw形式施加于排架柱頂，其值為屋架高度范圍內的外墻迎風面、背風面的風荷載及坡屋面上風荷載的水平分力的總和。8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第38頁/共63頁8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第39頁/共63頁8.2.3排架內力計算方法簡介1、單跨排架在恒荷載及屋面活荷載作用下的內力計算在恒載G1、G2、G3、G4及屋面活荷載Q1作用下，一般屬于結構對稱、荷載也對稱的情況，可按無側移排架計算。2、在風荷載及吊車荷載作用下的排架內力計算在風荷載及吊車荷載作用下，為荷載不對稱的情況，可視柱頂為有側移的排架進行內力計算8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第40頁/共63頁⑴吊車豎向荷載Dmax（或Dmin）作用下內力計算吊車豎向荷載Dmax（或Dmin）作用于牛腿頂面并對下柱截面有偏心，可將其簡化為作用于柱截面形心的軸向力和附加力矩，按下圖計算，然后疊加而得。8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第41頁/共63頁第42頁/共63頁當MDmax作用在A柱時，排架柱的內力計算可按下圖進行。第43頁/共63頁⑵吊車水平荷載作用下排架內力計算第44頁/共63頁⑶風荷載作用下排架內力計算第45頁/共63頁第46頁/共63頁8.2.4排架內力組合1、控制截面控制截面是指對柱內鋼筋量計算起控制作用的截面，也就是內力最大截面。在一般的單階排架柱中，通常上柱底部截面Ⅰ-Ⅰ，下柱牛腿頂截面Ⅱ-Ⅱ，下柱底截面Ⅲ-Ⅲ為控制截面。柱底Ⅲ-Ⅲ截面的內力也是基礎設計的依據(jù)。8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第47頁/共63頁2、內力組合對排架柱各控制截面，應考慮以下四種內力組合：⑴+Mmax及相應的N、V；⑵－Mmax及相應的N、V；⑶Nmax及相應的M、V；⑷Nmin及相應的M、V。在進行內力組合時，還須注意以下問題：⑴恒載必須參與每一種組合；⑵吊車豎向荷載Dmax可分別作用于左柱和右柱，只能選擇其中一種參與組合；8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第48頁/共63頁⑶吊車水平荷載Tmax向右和向左只能選其中一種參與組合；⑷風荷載向右、向左方向只能選其一參與組合；⑸組合Nmax或Nmin時，應使彎矩M最大，對于軸力為零，而彎矩不為零的荷載（如風荷載）也應考慮組合。⑹在考慮吊車橫向水平荷載Tmax時，必然有Dmax（或Dmin）參與組合，即“有T必有D”；但在考慮吊車荷載Dmax（或Dmin）時，該跨不一定作用有該吊車的橫向水平荷載，即“有D不一定有T”。8.2單層廠房排架結構的內力計算要點第49頁/共63頁8.3單層廠房排架柱8.3.1柱截面設計1、柱計算長度的確定柱計算長度按規(guī)范表格確定(見教材表8-2)2、柱截面配筋計算根據(jù)排架計算求得的各控制截面最不利的內力組合M和N，分別對上柱和下柱進行配筋計算。通常，彎矩M和軸力N對配筋的影響有以下四條規(guī)則：①大偏壓截面：當M不變時，N越小，配筋量As越多；②大偏壓截面：當N不變時，M越大，配筋量As越多；③小偏壓截面：當M不變時，N越大，配筋量As越多；④小偏壓截面：當N不變時，M越大，配筋量As越多。8.3單層廠房排架柱第50頁/共63頁3、柱運輸、吊裝階段的驗算排架柱在吊裝階段的受力與使用階段不同，其吊點一般位于牛腿下邊緣，荷載是柱自重，力學簡圖類似于外伸梁，而且此時混凝土強度通常還未達到設計要求，因而需進行施工階段柱的承載力和裂縫寬度驗算。驗算時柱自重應考慮施工時振動的影響乘以動力系數(shù)1.5，混凝土強度等級一般按設計規(guī)定值的70%考慮，但安全等級可比使用階段低一級。8.3單層廠房排架柱第51頁/共63頁第52頁/共63頁8.3.2牛腿的受力特點與構造1、牛腿的受力特點根據(jù)牛腿上豎向力Fv作用線至下柱邊緣（牛腿根部）水平距離a的大小，將牛腿分為兩類：當a＞h0時，為長牛腿，受力特點與懸臂梁相似；當a≤h