混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單層工業(yè)廠房ppt課件

1、第二章 單層廠房主講： 管品武 教授第二章 單層廠房本章討論單層裝配式鋼筋混凝土廠房的構(gòu)造設(shè)計(jì)。為掌握鋼筋混凝土單層廠房整體構(gòu)造布置與設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)廠房的構(gòu)造組成、構(gòu)件選型、排架內(nèi)力分析與組合及主要構(gòu)件設(shè)計(jì)等都一一作了引見(jiàn)。重點(diǎn)內(nèi)容：?jiǎn)螌訌S房構(gòu)造的選型與布置；鋼筋混凝土排架構(gòu)造的荷載計(jì)算、內(nèi)力分析與組合；鋼筋混凝土排架柱及柱下單獨(dú)根底的設(shè)計(jì)。難點(diǎn)為：?jiǎn)螌訌S房中支撐的布置；排架柱的內(nèi)力組合；柱下單獨(dú)根底抗沖切計(jì)算。2.l 概 述2.1.1 單層廠房的特點(diǎn) 工業(yè)廠房按層數(shù)分類，可分為單層廠房(多用于機(jī)械、冶金等工業(yè))、多層廠房(多用于食品、電子、精細(xì)機(jī)器制造等工業(yè))和層數(shù)混合的廠房(多用于化學(xué)工業(yè)、

2、熱電站)三類。 普通說(shuō)來(lái)，單層廠房具有以下構(gòu)造特點(diǎn)： (1)單層廠房構(gòu)造的跨度大、高度大，接受的荷載大，因此構(gòu)件的內(nèi)力大，截面尺寸大，用料多。(2)單層廠房常接受動(dòng)力荷載(如吊車荷載、動(dòng)力機(jī)械設(shè)備荷載等)，因此在進(jìn)展構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)須思索動(dòng)力荷載的影響。 (3)單層廠房是空闊型構(gòu)造，室內(nèi)幾乎無(wú)隔墻，僅在周圍設(shè)置柱和墻。柱是接受屋蓋荷載、墻體荷載、吊車荷載以及地震作用的主要構(gòu)件。(4)單層廠房的根底反力大，因此對(duì)工程地質(zhì)勘察需提出較高的要求，并作深化的分析，以確定地基承載力和根底埋置深度、方式與尺寸。2.1.2 單層廠房的構(gòu)造分類1.按承重構(gòu)造的資料分類混合構(gòu)造磚柱、鋼筋混凝土屋架或木屋架或輕鋼屋架混

3、凝土構(gòu)造鋼筋混凝土柱、鋼屋架或預(yù)應(yīng)力混凝土屋架全鋼構(gòu)造鋼柱、鋼屋架2.按承重構(gòu)造的型式分類排架等高排架、不等高排架、鋸齒形排架剛架門式剛架排架構(gòu)造由屋架(或屋面梁)、柱和根底組成，柱與屋架鉸接，而與根底剛接。 剛架也是由橫梁、柱和根底組成。柱與橫梁剛接，而與根底鉸接。 22 單層廠房的構(gòu)造組成與構(gòu)造布置22構(gòu)造組成 裝配式鋼筋混凝土單層廠房構(gòu)造是由多種構(gòu)件組成的空間整體.根據(jù)組成構(gòu)件作用不同，可將單層廠房構(gòu)造分為承重構(gòu)造和圍護(hù)構(gòu)造兩大類。承重構(gòu)造：直接接受荷載并將荷載傳給其它構(gòu)件，如屋面板、天窗架、屋架、柱、吊車梁、根底等；圍護(hù)構(gòu)造：主要接受自重及風(fēng)荷載，如外縱墻、山墻、連系梁、抗風(fēng)柱、根底梁

4、等。2.2.1.1 屋蓋構(gòu)造 屋蓋構(gòu)造分無(wú)檁體系和有檁體系兩種：當(dāng)大型屋面板直接支承(焊牢)在屋架或屋面梁上的稱為無(wú)檁體系，其剛度和整體性好，目前運(yùn)用很廣泛；當(dāng)小型屋面板(或瓦材)支承在檁條上，檁條支承在屋架上(板與檁條，檁條與屋架均需有結(jié)實(shí)的銜接)，通常稱為有檁體系。該體系由于采用了小型屋面板及檁條，所以構(gòu)件分量輕，便于運(yùn)輸與安裝。但因構(gòu)件種類多，荷載傳送道路長(zhǎng)，故其剛度和整體性較差，其造價(jià)比無(wú)檁體系的大，所以它只需在運(yùn)輸、吊裝等困難的情況下，或在輕型不保溫的廠房中才被采用。 2.2.1. 2 橫向平面排架 橫向平面排架是由屋架(屋面梁)、橫向柱列和根底組成，是單層廠房的根本承重構(gòu)造(圖24

5、)。廠房構(gòu)造的豎向荷載和橫向程度荷載主要經(jīng)過(guò)它傳給地基。因此，在單層廠房的構(gòu)造設(shè)計(jì)中，一定要進(jìn)展橫向平面排架計(jì)算。 豎向荷載傳送途徑 2213 縱向平面排架 縱向平面排架是由連系梁、吊車梁、縱向柱列(包括柱間支撐)和根底組成(圖2.2.3)。作用主要是保證廠房構(gòu)造的縱向穩(wěn)定和剛度，接受作用在廠房構(gòu)造上的縱向程度荷載，并將其傳給地基，同時(shí)也接受因溫度變化和收縮變形而產(chǎn)生內(nèi)力。 2.2.2 構(gòu)造布置為使單層廠房的構(gòu)配件到達(dá)一致，提高設(shè)計(jì)規(guī)范化，單層廠房的主要尺寸和標(biāo)高必需符合規(guī)定的一致模數(shù)制。1.平面與剖面布置1定位軸線與廠房橫向平面排架平行的軸線，稱為橫向定位軸線，以、表示；與其垂直的軸線，稱為

6、縱向定位軸線，以A、B表示，縱橫向定位軸線在平面上陳列所構(gòu)成的網(wǎng)格，稱為柱網(wǎng)。定位軸線之間的間隔和主要構(gòu)件的標(biāo)志尺寸相一致，且符合建筑模數(shù)。所謂標(biāo)志尺寸就是構(gòu)件的實(shí)踐尺寸加上兩端必要的構(gòu)造尺寸。如，大型屋面板的實(shí)踐尺寸是1490mmX 5970mm，標(biāo)志尺寸是1500mmX5000mm；18m屋架的實(shí)踐跨度是17950mm，標(biāo)志跨度是18000mm， 橫向定位軸線經(jīng)過(guò)柱截面的幾何中心，且經(jīng)過(guò)屋架中心線與屋面板等橫向接縫。在廠房端部橫向定位軸線與山墻內(nèi)邊緣重合，將山墻內(nèi)側(cè)第一排柱中心內(nèi)移500mm，并將端部屋面板做成一端伸臂板 普通說(shuō)，在橫向是與墻、柱中心線重合，在縱向那么由墻內(nèi)緣或柱外緣經(jīng)過(guò)

7、(3)變形縫設(shè)置變形縫包括伸縮縫、沉降縫和防震縫三種。 伸縮縫:伸縮縫將廠房從根底頂面到屋面完全分開(kāi) )規(guī)定：對(duì)于裝配式鋼筋混凝土排架構(gòu)造，當(dāng)處于室內(nèi)時(shí)，其伸縮縫的最大間距為100m；當(dāng)處在露天時(shí)，其伸縮縫的最大間距為70m。當(dāng)超越上述規(guī)定或?qū)S房有特殊要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)展溫度應(yīng)力驗(yàn)算。此外，對(duì)于以下情況，伸縮縫的最大間距還應(yīng)適當(dāng)減小。 沉降縫單層廠房構(gòu)造主要是由簡(jiǎn)支構(gòu)件裝配而成，因地基不均勻沉降引起的不利影響較小。所以，在普通單層廠房中可不設(shè)沉降縫，只在特殊情況下才思索設(shè)置. 防震縫防震縫是為了減輕廠房震害而采取的措施之一。當(dāng)廠房平面、立面復(fù)雜，構(gòu)造高度或剛度相差很大，以及在廠房側(cè)邊布置附屬用房(

8、如生活間、變電所、爐子間等)時(shí)，應(yīng)設(shè)置防震縫。三縫合一5剖面布置 廠房高度 廠房的高度指室內(nèi)地面至柱頂(或下?lián)问轿菁芟孪业酌?的間隔。廠房的高度和軌頂標(biāo)高是廠房構(gòu)造設(shè)計(jì)中的兩個(gè)重要參數(shù)，要綜合思索消費(fèi)工藝和建筑構(gòu)造兩方面的要素才干確定。 確定廠房高度時(shí)，應(yīng)按照(GBJ686)的規(guī)定，思索建筑模數(shù)的要求。有吊車和無(wú)吊車的廠房(包括有懸掛吊車的廠房)自室內(nèi)地面至柱頂?shù)母叨葢?yīng)為擴(kuò)展模數(shù)3M數(shù)列；有吊車的廠房，自室內(nèi)地面至支承吊車梁的牛腿面的高度應(yīng)為擴(kuò)展模數(shù)3M數(shù)列。注：自室內(nèi)地面至支承吊車梁的牛腿面的高度在7.2m以上時(shí)，宜采用7.8m、8.4m、9.0m和9.6m等數(shù)值； 預(yù)制鋼筋混凝土柱自室內(nèi)地

9、面至柱底的高度宜為模數(shù)化尺寸。確定廠房高度的原那么是：在滿足消費(fèi)工藝前提下，盡能夠合理地降低廠房高度，以便減小柱的內(nèi)力，減少圍護(hù)構(gòu)造面積，降低造價(jià)；同時(shí)又要思索減少構(gòu)件種類，簡(jiǎn)化銜接構(gòu)造，保證施工方便等要素。 廠房跨度工根據(jù)消費(fèi)工藝要求確定，同時(shí)滿足的要求，以便采用規(guī)范預(yù)制構(gòu)件。對(duì)于有吊車的廠房，跨度工可采用以下公式確定：2.3 支撐布置支撐體系是聯(lián)絡(luò)屋架、柱等主要構(gòu)件，并使其構(gòu)成整體的重要部分，對(duì)單層廠房抗震設(shè)計(jì)尤為重要；單層廠房的支撐體系包括屋蓋支撐和柱間支撐兩部分。1屋蓋支撐上、下弦橫向程度支承構(gòu)成剛性框、加強(qiáng)屋面的整體剛度，保證屋架屋面梁的側(cè)向穩(wěn)定，同時(shí)將山墻抗風(fēng)柱所接受的縱向程度力傳

10、到兩側(cè)柱列上。縱向程度支撐*加強(qiáng)屋蓋構(gòu)造在橫向程度面內(nèi)的剛度，保證橫向程度荷載的縱向分布，加強(qiáng)排架的空間任務(wù)。屋架間的垂直支撐及程度系桿天窗架支撐2柱間支撐3.圍護(hù)構(gòu)造布置1抗風(fēng)柱2圈梁、連系梁、過(guò)梁和根底梁 2.4 單層廠房構(gòu)造主要構(gòu)件選型單層廠房構(gòu)造設(shè)計(jì)的三個(gè)階段：方案設(shè)計(jì)階段；技術(shù)設(shè)計(jì)階段；施工圖設(shè)計(jì)階段。除拄和根底外，普通都可以根據(jù)工程的詳細(xì)情況，從工業(yè)廠房構(gòu)造構(gòu)件規(guī)范圖集中選用適宜的規(guī)范構(gòu)件。國(guó)家建筑規(guī)范設(shè)計(jì)圖集引見(jiàn)全國(guó)通用規(guī)范圖；大區(qū)通用規(guī)范圖如中南標(biāo)、華北標(biāo)等；省直轄市通用規(guī)范圖如河南省標(biāo)、北京市標(biāo)、上海市標(biāo)等地市通用規(guī)范圖“如鄭州市標(biāo)、洛陽(yáng)市標(biāo)等。全國(guó)通用規(guī)范圖集普通包括設(shè)計(jì)和

11、施工闡明、構(gòu)件選用表、構(gòu)造布置圖、銜接大樣圖、模板圖、配筋圖、鋼筋節(jié)點(diǎn)圖、預(yù)埋件大樣圖，鋼筋及鋼材用量表等部分，它們均屬于構(gòu)造施工圖，因此，可作為施工的根據(jù)。 2.4.2 屋面主要構(gòu)件選型屋面板目前，單層廠房屋面板主要有以下幾種：預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，預(yù)應(yīng)力混凝土“F形屋面板、預(yù)應(yīng)力混凝土單肋板和預(yù)應(yīng)力混凝土夾心保溫屋面板，其中運(yùn)用較多的是預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板(或稱為預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板)，其外型尺寸常用的是15mX 6m，為配合屋架尺寸，還有0.9mX 6m的嵌板，其方式見(jiàn)國(guó)家規(guī)范圖集92G410(四)。 編號(hào)的意義： Y-WB-2x8 2、檁條 在有檁體系屋蓋中，檁條擱在屋架或屋面梁上，

12、支承小型屋面板并將屋面荷載傳給屋架或屋面梁。它與屋架的銜接應(yīng)結(jié)實(shí)，使其與支撐構(gòu)件共同組成整體，以保證廠房的空間剛度，可靠地傳送程度荷載。 2.4.3、屋架屋架是廠房構(gòu)造的一個(gè)重要組成部分，屋架選型的合理與否直接關(guān)系到廠房屋蓋構(gòu)造的剛度和穩(wěn)定性。選擇合理的屋架型式，不僅要思索受力合理與否，而且還要綜合思索其它要素，如施工條件、資料供應(yīng)、跨度大小等。 屋架的選型方法先確定屋架型式屋面梁、三鉸或兩鉸拱屋架、桁架式屋架，然后根據(jù)詳細(xì)的設(shè)計(jì)條件從屋架規(guī)范圖集中選用適宜的屋架。2.4.4.天窗架及托架2.4.5 吊車梁吊車梁直接接受吊車傳來(lái)的豎向荷載和程度制動(dòng)力，由于吊車往返運(yùn)轉(zhuǎn)，因此吊車梁除了要滿足承載

13、力、抗裂度和剛度要求外，還要滿足疲勞強(qiáng)度的要求。鋼筋混凝土吊車梁的型式很多，目前常用的主要有以下幾種： (1) 混凝土等截面吊車梁：用于廠房跨度30m以下，吊車起分量為30t以下 (2)組合式吊車梁：自重較輕，適用于吊車起分量較小(普通不大于5t)的輕、中級(jí)任務(wù)制吊車。 (3)預(yù)應(yīng)力混凝土等截面吊車梁。適用于吊車起分量為75t以下的情況。 (4)預(yù)應(yīng)力混凝土變截面吊車梁。普通在吊車起分量大、跨度大時(shí)采用 (5)桁架式吊車梁。對(duì)普通中型廠房多采用等高T形或I形截面吊車梁。 (6)部分預(yù)應(yīng)力混凝土吊車梁。適用于吊車起分量為30t以下的情況。 2.4.6 常用柱型2.4.6.1 柱的截面方式單層廠房

14、鋼筋混凝土柱按其截面方式分為兩大類：?jiǎn)沃?包括矩形、I形、環(huán)形截面)和雙肢柱(包括平腹桿、斜腹桿、雙肢管柱)。 2.5 排架內(nèi)力分析本節(jié)引見(jiàn)橫向平面排架構(gòu)造(以下簡(jiǎn)稱排架)的內(nèi)力分析方法。它主要處理兩個(gè)問(wèn)題：(1)求出排架柱在各種荷載作用下起控制造用的截面的最不利內(nèi)力，作為柱截面設(shè)計(jì)和承載力校核的根據(jù)；(2)求出柱傳給根底的最不利內(nèi)力，作為根底設(shè)計(jì)的根據(jù)。 2.5.1 計(jì)算筒圖2.5.1.1 計(jì)算單元2.計(jì)算假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖(1)柱上端與屋架(或屋面梁)鉸接(2)柱下端與根底固接(3)排架橫梁為無(wú)軸向變形的剛桿，橫梁兩端處柱的程度位移相等 跨變排架應(yīng)思索橫梁軸向變形的影響 計(jì)算簡(jiǎn)圖： (4)排

15、架柱的高度由固定端算至柱頂鉸結(jié)點(diǎn)處 (5)排架的跨度以廠房的軸線為準(zhǔn)， 2.4.2 荷載計(jì)算掌握各種荷載值的計(jì)算，荷載的作用位置荷載的大小、作用點(diǎn)恒荷載1屋蓋自重；2上柱自重；3下柱自重；4吊車梁及軌道等自重。2.活荷載1屋面活荷載作用位置與屋蓋恒載一樣屋面均布活荷載；雪荷載；屋面積灰荷載。當(dāng)不思索屋面積灰荷載時(shí)，取屋面均布活荷載和雪荷載兩者中的較大值；當(dāng)思索屋面積灰荷載時(shí)，取屋面均布活荷載、雪荷載和屋面積灰荷載三者中的較大值。雪荷載的計(jì)算： 風(fēng)荷載的計(jì)算風(fēng)荷載規(guī)范值風(fēng)荷載的方向是變化的，設(shè)計(jì)時(shí)既要思索左風(fēng)荷載、又要思索右風(fēng)荷載。作用于排架上的風(fēng)荷載 3.吊車荷載吊車的任務(wù)級(jí)別原規(guī)范稱為吊車的

16、任務(wù)制度：根據(jù)吊車荷載到達(dá)其額定值的程度將吊車的任務(wù)級(jí)別分為A1A8級(jí)。其中A1A5級(jí)對(duì)應(yīng)于原規(guī)范的輕級(jí)和中級(jí)任務(wù)制；其中A6A8級(jí)對(duì)應(yīng)于原規(guī)范的重級(jí)和超重級(jí)任務(wù)制。1吊車豎向荷載最大豎向荷載、最小豎向荷載當(dāng)小車吊在額定最大起分量Q開(kāi)到大車某一極限工況位置時(shí)，在這一側(cè)的每個(gè)大車輪壓稱為吊車的最大輪壓Pmax,k (規(guī)范值)，在另一側(cè)的稱為最小輪壓規(guī)范值Pmin,k。Pmax,k與Pmin,k同時(shí)發(fā)生。計(jì)算吊車輪壓施加于排架柱的荷載時(shí)，應(yīng)思索數(shù)臺(tái)吊車的不利組合：?jiǎn)慰鐝S房的一榀排架，最多思索兩臺(tái)吊車；對(duì)多跨廠房的一榀排架時(shí)，最多思索四臺(tái)吊車。Pmax,k與Pmin,k可根據(jù)吊車型號(hào)、規(guī)格等查閱產(chǎn)品

17、目錄或起重運(yùn)輸機(jī)械專業(yè)規(guī)范(ZQI一62)得到。對(duì)于四輪吊車最大輪壓設(shè)計(jì)值Pmax與和最小輪壓設(shè)計(jì)值Pmin可按以下公式計(jì)算但吊車是挪動(dòng)的，故作用于每榀排架上的吊車豎向荷載組合值需運(yùn)用影響線原理求出。產(chǎn)生的最大豎向荷載Dmax。時(shí)，另一邊相應(yīng)柱子接受Pmin產(chǎn)生的最小豎向荷載Dmin。 Dmax和Dmin即為作用在排架柱上的吊車豎向荷載，兩者同時(shí)出現(xiàn)。Dmax和Dmin對(duì)下柱都是偏心壓力，應(yīng)把它們換算成作用在下柱頂面的軸心壓力和力矩。 2吊車橫向程度荷載 Tmax吊車橫向程度荷載由小車吊起重物后的橫向程度制動(dòng)力引起，作用于吊車梁頂面與柱結(jié)合處。經(jīng)過(guò)一個(gè)大車輪傳送的吊車橫向程度力規(guī)范值：-橫向程

18、度荷載系數(shù)吊車在排架上產(chǎn)生的最大程度荷載規(guī)范值：吊車橫向程度荷載應(yīng)同時(shí)作用于支承該吊車的兩側(cè)柱上；思索多臺(tái)吊車程度荷載時(shí)，對(duì)單跨或多跨廠房的每個(gè)排架，參與組合的吊車臺(tái)數(shù)不應(yīng)多于2臺(tái)。2.5.3 排架內(nèi)力分析不思索廠房整體空間作用排架計(jì)算方法：1.等高排架內(nèi)力分析剪力分配法1階梯形柱的位移計(jì)算柱頂位移，可查P301附錄2.柱頂程度集中力作用下的內(nèi)力 2.柱頂程度集中力作用下的內(nèi)力 3.恣意荷載作用下的內(nèi)力2.4.4 不等高排架內(nèi)力分析采用力法求解2.5.6 排架內(nèi)力組合在分析排架構(gòu)造的內(nèi)力時(shí)，先求出各種荷載單獨(dú)作用時(shí)各柱的內(nèi)力，然后進(jìn)展內(nèi)力組合。其目的是求出起控制造用的截面的最不利內(nèi)力，作為柱及

19、根底設(shè)計(jì)的根據(jù)。1.控制截面上柱柱底截面：-截面；下柱牛腿頂面：-截面；柱底截面：-截面。2.荷載效應(yīng)組合GB50009-2006的規(guī)定簡(jiǎn)要復(fù)習(xí)1作用荷載效應(yīng)的根本組合：對(duì)于根本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)從以下組合值中取最不利值確定：由可變荷載效應(yīng)控制的組合：對(duì)于普通排架、框架構(gòu)造，根本組合可采用簡(jiǎn)化規(guī)那么：當(dāng)僅有一個(gè)可變荷載時(shí)：由永久荷載效應(yīng)控制的組合：2根本組合的荷載分項(xiàng)系數(shù)取值的規(guī)定：永久荷載分項(xiàng)系數(shù)當(dāng)其效應(yīng)對(duì)構(gòu)造不利時(shí)：對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合，1.2；對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合，1.35。當(dāng)其效應(yīng)對(duì)構(gòu)造有利時(shí)：普通情況下，應(yīng)取1.0；對(duì)構(gòu)造傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，取0.9?？勺兒奢d

20、的分項(xiàng)系數(shù)普通情況下，應(yīng)取1.4；對(duì)規(guī)范值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面構(gòu)造的活荷載，應(yīng)取1.3。3對(duì)常見(jiàn)的住宅、辦公樓等民用建筑，當(dāng)僅有一個(gè)可變荷載作用時(shí)，其承載才干極限形狀設(shè)計(jì)表達(dá)式可簡(jiǎn)化為：由可變荷載效應(yīng)控制的組合：由永久荷載效應(yīng)控制的組合：?jiǎn)螌訌S房的荷載效應(yīng)組合：1組合原那么由可變荷載效應(yīng)控制的組合：當(dāng)有多個(gè)可變荷載作用時(shí)：當(dāng)只需一個(gè)可變荷載作用時(shí)：由永久荷載效應(yīng)控制的組合：與原規(guī)范不同，在思索組合時(shí)，摒棄了“遇風(fēng)組合的慣例，要求一切可變荷載當(dāng)作為伴隨荷載時(shí)，都必需以其組合值為代表值，而不僅僅限于有風(fēng)荷載參與組合的情況。至于對(duì)組合值系數(shù)，除風(fēng)荷載仍取 外，對(duì)其它可變荷載，目前建議一致取 。當(dāng)設(shè)計(jì)普通排架和框架時(shí)，為便于計(jì)算，仍允許采用簡(jiǎn)化的組合規(guī)那么，也即對(duì)一切參與組合的可變荷載的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，乘以一個(gè)一致的組合系數(shù)，但思索到原規(guī)范中的組合系數(shù)0.85在某些情況下偏于不平安，因此將它提高到0.9。在運(yùn)用荷載組合時(shí)，為減輕計(jì)算任務(wù)量，當(dāng)思索以自重為主時(shí)，對(duì)可變荷載允許只思索與構(gòu)造