單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計教材剖析

單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計教材剖析第2章單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計2本章重點：熟悉單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的選型與結(jié)構(gòu)布置方法；掌握鋼筋混凝土排架的結(jié)構(gòu)分析方法（計算簡圖、荷載與內(nèi)力計算方法）、內(nèi)力組合原則及柱的截面設(shè)計方法；熟悉排架柱、牛腿、柱下獨立基礎(chǔ)的配筋構(gòu)造要求。3結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系單廠的結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型與支撐布置鉸接排架的內(nèi)力分析與組合單廠排架柱設(shè)計牛腿設(shè)計柱下單獨基礎(chǔ)設(shè)計4單層廠房的特點：單廠結(jié)構(gòu)的跨度大、高度大、荷載大、內(nèi)力大、截面尺寸大常承受動力荷載隔墻少，柱是承受屋蓋荷載、墻體荷載、吊車荷載以及地震荷載的主要構(gòu)件5按承重結(jié)構(gòu)的材料分砌體混合結(jié)構(gòu)（無吊車或Q<50kN，l<15m，柱頂標(biāo)高不超過8m）；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)（重型吊車Q>1500kN，l>36m）按外形分：單跨與多跨、等高與不等高、單層與多層；按結(jié)構(gòu)體系分：排架、剛架2.1結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系6排架結(jié)構(gòu)：由屋面梁或屋架、柱和基礎(chǔ)組成。排架的柱與屋架鉸接而與基礎(chǔ)剛接。根據(jù)材料不同可分為：鋼-鋼筋混凝土排架、鋼筋混凝土-磚排架、鋼筋混凝土排架。7剛架結(jié)構(gòu)：柱與屋架（梁）剛接而與基礎(chǔ)常為鉸接。有折線形門式剛架、拱形門式剛架；三鉸式、兩鉸式。簡單輕巧，但剛度較差，適用于無吊車或吊車噸位不大于100kN、跨度不超過18m的輕型廠房。82.2結(jié)構(gòu)組成及荷載傳遞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9單層排架結(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）屋架下弦橫向支撐14）屋架垂直支撐15）柱間支撐10111213結(jié)構(gòu)組成屋蓋結(jié)構(gòu)橫向平面排架縱向平面排架圍護(hù)結(jié)構(gòu)承重結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)141、屋蓋結(jié)構(gòu)有檁、無檁體系。多用無檁體系。組成：屋面板、檁條、屋面梁或屋架、天窗架、支撐、托架作用：承重、圍護(hù)，與支撐體系將縱橫向平面排架連接成整體并傳遞荷載荷載：屋面活荷載、雪荷載、自重等152、橫向平面排架由橫梁、橫向柱列及其基礎(chǔ)所組成的平面骨架，是廠房的基本承重結(jié)構(gòu)。廠房承受的豎向荷載（自重、屋面活荷載、雪荷載和吊車豎向荷載等）及橫向水平荷載（風(fēng)、地震、水平制動）主要通過橫向平面排架傳至基礎(chǔ)及地基。16橫向平面排架上豎向荷載的傳力途徑吊車豎向荷載屋面荷載天窗架屋面板屋架吊車梁柱連系梁縱墻自重基礎(chǔ)基礎(chǔ)梁地基17橫向平面排架上橫向水平荷載的傳力途徑天窗架屋架吊車橫向水平荷載吊車梁柱縱墻基礎(chǔ)地基橫向風(fēng)荷載屋面板橫向水平地震作用18屋架柱基礎(chǔ)縱墻天窗架吊車橫向水平荷載橫向風(fēng)荷載橫向地震作用屋面板吊車梁橫向水平荷載傳遞路線通過橫向排架193、縱向平面排架由連系梁、吊車梁、縱向柱列、柱間支撐和基礎(chǔ)等構(gòu)件組成的縱向平面骨架。作用是保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定性和剛度，承受吊車縱向水平荷載、縱向水平地震作用、以及作用在山墻傳來的縱向風(fēng)荷載等?？v向柱列柱子數(shù)量較多，并有吊車梁，連系梁，柱間支撐等，故桿件內(nèi)力不大，不考慮地震作用時，一般可不進(jìn)行縱向平面排架計算。20屋蓋及屋蓋支撐柱基礎(chǔ)抗風(fēng)柱天窗架吊車縱向水平荷載縱向風(fēng)荷載縱向地震作用天窗端壁吊車梁縱向水平荷載傳遞路線通過縱向排架山墻214、圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成：縱墻、山墻、橫墻、墻梁、抗風(fēng)柱、連系梁、基礎(chǔ)梁等。作用：圍護(hù)和承重。主要承受墻體和構(gòu)件的自重以及作用在墻面的風(fēng)載。22廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟一個建設(shè)項目的設(shè)計，一般包括工藝設(shè)計、建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)備設(shè)計（如水、暖、電等）等幾方面。就單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，可分為方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工圖繪制等三個階段。方案設(shè)計階段確定柱網(wǎng)布置等平面問題——確定結(jié)構(gòu)形式、標(biāo)高等剖面問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型、初估尺寸技術(shù)設(shè)計階段——確定結(jié)構(gòu)計算簡圖荷載計算及排架內(nèi)力分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件（柱、基礎(chǔ)等）設(shè)計施工圖階段——結(jié)構(gòu)布置圖（屋面、柱、基礎(chǔ)等）構(gòu)件布置與配筋圖節(jié)點大樣圖232.3結(jié)構(gòu)布置2.3.1廠房平面布置2.3.2支撐布置2.3.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置242.3.1廠房平面布置1、柱網(wǎng)布置2、變形縫251、柱網(wǎng)布置橫向定位軸線——定柱距、屋面板跨、吊車梁跨。即吊車梁、連系梁、基礎(chǔ)梁、屋面板及外墻板等一系列縱向構(gòu)件的標(biāo)志長度（實際尺寸+構(gòu)造尺寸）?？v向定位軸線——定跨度，即屋架的標(biāo)志長度。為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工業(yè)化、施工機(jī)械化，通常有：柱距一般用6m或6m的倍數(shù)（局部抽柱）。個別采用9m柱距?？缍仍?8m以下的，采用3m的倍數(shù)；18m以上的采用6m的倍數(shù)。必要時采用21m，27m，33m。2627橫向定位軸線與柱的關(guān)系在廠房端部與山墻內(nèi)邊緣重合，須將山墻內(nèi)側(cè)第一排柱中心內(nèi)移600mm；伸縮縫兩邊的柱中心線向兩邊移動600mm。目的是使端屋架和山墻抗風(fēng)柱的位置不發(fā)生沖突。28縱向定位軸線與邊柱的關(guān)系柱距6m，無吊車或Q<20t時，用封閉軸線。柱距6m、20t<Q<32t時，采用非封閉軸線，D=125mm；柱距12m或Q>50t時，采用非封閉軸線，D=250、500mm。29縱向定位軸線與中柱的關(guān)系30等高跨：上柱中心線與縱向軸線重合高低跨：單柱（高跨Q<20t，軸線在高跨柱邊；若Q>32T，兩條軸線，高跨柱邊向高跨縱軸線外移插入距A=D)雙柱（Q<20t，軸線分別在高低跨柱外側(cè)邊，中間相隔伸縮縫C和封墻厚度B；若高跨Q>32T時，高跨柱邊還應(yīng)向高跨軸線外移D，中間相隔伸縮縫C和封墻厚度B以及D。31吊車軌道中心至縱向定位軸線的距離為750mm。吊車上緣與屋架下弦凈空要求不小于220mm。322、變形縫的布置伸縮縫為減小溫度應(yīng)力，從基頂開始將結(jié)構(gòu)分為若干區(qū)段。橫向伸縮縫采用雙柱式、縱向伸縮縫采用滾軸式。最大間距為70m(露天),100m(室內(nèi)或土中）沉降縫防止不均勻沉降，從基底到屋頂全部斷開。一般不設(shè)。防震縫從基頂分開，縫寬為100~150mm33342.3.2支撐布置屋蓋支撐：包括上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、縱向水平支撐、垂直支撐、縱向水平系桿、天窗架支撐等。柱間支撐：是縱向平面排架中最主要的抗側(cè)力構(gòu)件。35支撐的作用：361、屋蓋支撐屋架之間的垂直支撐和水平系桿：保證屋架側(cè)向穩(wěn)定。在第一或二柱間設(shè)垂直支撐。上、下弦橫向水平支撐：保證上下弦的側(cè)向穩(wěn)定，并可靠傳遞縱向水平力至縱向排架。伸縮縫區(qū)間兩端的第一二柱間。圖下弦縱向水平支撐：設(shè)在下弦端部節(jié)間，與橫向水平支撐形成封閉體系，并將橫向水平力分散給橫向排架。圖37上弦橫向水平支撐作用：保證屋架上弦的側(cè)向穩(wěn)定性；增強(qiáng)屋蓋的整體剛度；承受由山墻通過抗風(fēng)柱傳來的風(fēng)荷載和其他縱向水平荷載，并傳至廠房縱向柱列。位置：設(shè)在伸縮縫區(qū)間兩端的第一二柱間。若大型屋面板與屋架連接質(zhì)量能保證，可不設(shè)。38位置：在伸縮縫區(qū)段兩端的第一二柱間設(shè)置。當(dāng)屋架下弦設(shè)有懸掛吊車，或廠房內(nèi)有較大振動，或山墻風(fēng)荷載通過抗風(fēng)柱傳至屋架下弦，應(yīng)設(shè)。下弦橫向水平支撐作用：防止屋架下弦側(cè)向振動；將山墻風(fēng)荷載及縱向水平荷載傳至縱向柱列。39下弦縱向水平支撐作用：加強(qiáng)屋蓋結(jié)構(gòu)的橫向水平剛度；保證橫向水平荷載的縱向分布，加強(qiáng)排架間的協(xié)同工作能力；保證托架上弦的側(cè)向穩(wěn)定。位置：在屋架下弦端節(jié)間沿廠房縱向通長或局部設(shè)置一道；當(dāng)已設(shè)有下弦橫向水平支撐時，為保證廠房空間剛度，應(yīng)盡可能與橫向水平支撐連接，以形成封閉的水平支撐系統(tǒng)。40垂直支撐作用：保證屋架受荷后在平面外的穩(wěn)定，防止側(cè)向顫動；傳遞縱向水平力。位置：應(yīng)與下弦橫向水平支撐布置在同一柱間內(nèi)（伸縮縫區(qū)段兩端）。垂直支撐和水平系桿布置圖41水平系桿作用：上弦水平系桿是為保證屋架上弦或屋面梁受壓翼緣的側(cè)向穩(wěn)定，減小壓桿的計算長度；下弦水平系桿是為防止在吊車或有其它水平振動時屋架下弦側(cè)向顫動。位置：在未設(shè)置垂直支撐的屋架間，在相應(yīng)于垂直支撐平面內(nèi)的屋架上弦和下弦節(jié)點處，設(shè)置通長的水平系桿。422、柱間支撐作用：保證廠房縱向排架的剛度和穩(wěn)定。將縱向水平荷載傳給基礎(chǔ)。位置：上部支撐通常設(shè)在伸縮縫區(qū)段兩端及中央或附近；下部支撐通常在伸縮縫區(qū)段中部和上柱支撐相對應(yīng)的位置。43柱間支撐在以下情況設(shè)置：（1）廠房內(nèi)設(shè)置重級工作制吊車，或中、輕級工作制吊車起重量在10噸以上；（2）廠房跨度在18米及18米以上，或柱高在8米以上；（3）縱向柱的總數(shù)每排在7根以下；（4）設(shè)有3噸及3噸以上吊車；（5）露天吊車的柱列。44支撐常見形式453、天窗架支撐作用：保證天窗架上弦的側(cè)向穩(wěn)定；將天窗端壁上的風(fēng)荷載傳給屋架。46472.3.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置1、抗風(fēng)柱的布置2、圈梁、連系梁、過梁和基礎(chǔ)梁的布置481、抗風(fēng)柱的布置抗風(fēng)柱其外邊緣與廠房橫向封閉軸線重合，離屋架中心線600mm。為了避免抗風(fēng)柱與端屋架相碰，應(yīng)將抗風(fēng)柱的上部截面高度適當(dāng)減小，形成變截面柱。作用：將山墻分成幾個區(qū)段，使風(fēng)荷載一部分直接傳給縱向柱列，另一部分經(jīng)抗風(fēng)柱上端通過屋蓋傳給縱向柱列，下端傳給基礎(chǔ)。設(shè)置方式：與基礎(chǔ)剛接，與屋架下弦或同時與上下弦鉸接，與屋架間可有相對豎向移動但水平方向應(yīng)可靠連接。常采用彈簧板或長圓孔螺栓。4950抗風(fēng)柱的布置512、圈梁、連系梁、過梁和基礎(chǔ)梁的布置磚砌體作圍護(hù)墻時，要設(shè)圈梁、連系梁、過梁和基礎(chǔ)梁?？山Y(jié)合在一起。圈梁的作用是將墻體與廠房柱箍在一起，加強(qiáng)剛度，防止不均勻沉降。連系梁的作用是連系縱向柱列，以增強(qiáng)縱向剛度，還承受其上的墻體的重力。過梁承擔(dān)門窗洞口上部墻體的重力?；A(chǔ)梁承受圍護(hù)墻體的重力?？刹涣碜鰤A(chǔ)。52基礎(chǔ)梁的布置532.4構(gòu)件選型與截面尺寸確定2.4.1屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件2.4.2吊車梁2.4.3柱2.4.4基礎(chǔ)主要承重構(gòu)件有屋面板、屋架、吊車梁、柱、基礎(chǔ)。屋面板、屋架、吊車梁及大部分構(gòu)件均有標(biāo)準(zhǔn)圖集。柱和基礎(chǔ)一般需計算確定。54屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件1、屋面板：無檁體系:常用預(yù)應(yīng)力砼大型屋面板（1.5*6，3*9)。有檁體系：檁條、小型屋面板（槽瓦、波形大瓦等）5556572、屋面梁和屋架屋面梁有預(yù)應(yīng)力混凝土單坡或雙坡薄腹工形梁及空腹梁。屋架有拱式和桁架式。58拱形與折線形屋架的桿件內(nèi)力較均勻，腹桿內(nèi)力很小，但拱形端部坡度大，不利于卷材防水屋面的施工，而折線形屋架彌補(bǔ)了這一缺點，應(yīng)用廣泛。5960613.天窗架和托架天窗架62托架632.4.2吊車梁T形、工形。RC、PC?？缍纫话銥?m。吊車梁一般根據(jù)吊車的起重量、工作級別、臺數(shù)、廠房的跨度和柱距等因素選用。646566吊車工作制頻繁程度輕級A1~A3運行時間占全部生產(chǎn)時間不足15%中級A4、A5運行時間占全部生產(chǎn)時間在15-45%之間重級A6、A7運行時間占全部生產(chǎn)時間超過45%附表6672.4.3柱常用形式有矩形、I形、管柱、雙肢柱等6869702.4.4基礎(chǔ)取決于上部結(jié)構(gòu)荷載的性質(zhì)、大小及工程地質(zhì)條件。