單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu).ppt

1、11單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)，本章主要介紹：單層工業(yè)廠房的組成、傳力途徑和設(shè)計內(nèi)容；單層廠房的結(jié)構(gòu)布置；排架內(nèi)力的計算；單層廠房柱設(shè)計：單層廠房結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的選擇；組件之間的連接。重點在于組成、應(yīng)力特性、支撐布置、構(gòu)件選擇、彎曲內(nèi)力計算以及構(gòu)件之間的連接。本章概述、本章內(nèi)容、11.1概述11.2單層工業(yè)廠房排架結(jié)構(gòu)的組成、傳力路徑和設(shè)計內(nèi)容11.3單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)布置11.4單層工業(yè)廠房主要構(gòu)件的選擇11.5單層廠房排架內(nèi)力的計算11.6單層廠房柱的設(shè)計11.7單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件之間的連接結(jié)構(gòu)11.1概述，(1)廠房必須首先滿足生產(chǎn)工藝的要求，為生產(chǎn)創(chuàng)造條件通常在車間中發(fā)現(xiàn)，這要求車間中有很大

2、的空間。同時，廠房結(jié)構(gòu)應(yīng)承受較大的靜、動荷載、振動或沖擊力等。(3)有些工廠在生產(chǎn)過程中會排放大量的廢熱、煙塵、有害氣體、腐蝕性液體和生產(chǎn)噪音，這就需要良好的通風(fēng)和照明。11.1.1單層工業(yè)廠房的特點，(4)生產(chǎn)過程往往需要各種工程技術(shù)管網(wǎng)，如水、熱、壓縮空氣、煤氣、氧氣管道和電源等。在工廠設(shè)計中，應(yīng)考慮各種管道的鋪設(shè)要求及其負荷。(5)大量原材料、加工件、半成品、成品和廢料需要用電瓶車、汽車或火車運輸。在工廠設(shè)計中，應(yīng)考慮所用運輸工具的通行。11.1.2單層廠房的結(jié)構(gòu)類型。單層廠房的結(jié)構(gòu)按其承重結(jié)構(gòu)的材料劃分，包括混合結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。混合結(jié)構(gòu)的主要承重結(jié)構(gòu)是墻或帶壁柱的墻，屋架

3、可以是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)或輕鋼結(jié)構(gòu)。大多數(shù)中型及以上的車間都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。11.1.2.1根據(jù)材料，單層廠房的結(jié)構(gòu)按其施工方法劃分，有兩種：組裝式和現(xiàn)澆式。目前，除特殊情況外，均采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。11.1.2.2根據(jù)施工方法，1。排架結(jié)構(gòu)裝配式單層廠房的主要承重結(jié)構(gòu)是屋架或屋梁、柱和基礎(chǔ)。當(dāng)屋架與柱頂鉸接，柱頂面與基礎(chǔ)剛剛連接時，這樣形成的結(jié)構(gòu)稱為排架。排架結(jié)構(gòu)分為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)、由鋼屋架和鋼筋混凝土柱組成的排架結(jié)構(gòu)和用磚墻或磚堆代替鋼筋混凝土柱的磚排架結(jié)構(gòu)。根據(jù)生產(chǎn)工藝和應(yīng)用要求的不同，排架結(jié)構(gòu)可設(shè)計成等高或不等高、單跨或多跨等多種形式(如圖11.1所示)。11.1.2

4、.3根據(jù)承重結(jié)構(gòu)的形式，2。鋼框架結(jié)構(gòu)剛性框架結(jié)構(gòu)又稱框架結(jié)構(gòu)，也是由梁、柱和基礎(chǔ)組成。常用的有鋼筋混凝土門式剛架和鋼框架結(jié)構(gòu)。(1)鋼筋混凝土門式剛架。鋼筋混凝土門式剛架的基本特點是柱與屋架(梁)組合成同一個構(gòu)件，柱與基礎(chǔ)之間采用鉸接或剛性連接。門式剛架的種類很多，目前單層廠房普遍采用兩鉸和三鉸。同樣，門式剛架也可用于多跨廠房。如圖11.2所示。(2)鋼框架結(jié)構(gòu)。鋼框架結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，如屋架、柱和吊車梁，都是鋼結(jié)構(gòu)。廠房鋼柱的上柱升至屋架的上弦，屋架的上下弦與上柱連接，因此，11.2.1單層工業(yè)廠房排架結(jié)構(gòu)組成，圖11.4組裝鋼筋混凝土單層廠房結(jié)構(gòu)，屋面結(jié)構(gòu)分為無檁條和無檁條兩個系統(tǒng)，無檁條

5、系統(tǒng)由大屋面板、屋梁或屋架和屋面支撐組成，如圖11.5所示。檁條系統(tǒng)由小屋面板、檁條和屋架(包括屋頂支撐)組成，如圖11.6所示。屋頂結(jié)構(gòu)有時有天窗框架和支架，其功能主要是圍護和承重(承受屋頂結(jié)構(gòu)的自重、屋頂?shù)幕詈奢d、雪荷載和其他荷載)、照明和通風(fēng)。墻體圍護結(jié)構(gòu)包括外墻、抗風(fēng)柱、墻梁、基礎(chǔ)梁等。其功能主要是封閉和承受荷載。11.2.1.1屋面及墻體圍護體系，圖11.5無檁條體系，圖11.6有檁條體系，水平面排架由屋面梁或屋架、水平柱和基礎(chǔ)組成，是廠房的基本承重結(jié)構(gòu)。車間的橫向排架承受垂直荷載(如結(jié)構(gòu)自重、屋頂活載、吊車垂直荷載等)。)和水平荷載(如風(fēng)荷載、起重機的橫向制動力和地震作用等。)。如

6、圖11.7所示。11.2.1.2橫向排架結(jié)構(gòu)體系，圖11.7單層廠房荷載，縱向排架結(jié)構(gòu)體系由縱向柱、基礎(chǔ)、連接梁和柱間支撐組成。其功能是保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定性和承重，廠房的縱向排架主要承受縱向水平荷載，如縱向風(fēng)荷載、吊車縱向制動力、縱向地震作用和溫度應(yīng)力等。如圖11.8所示。11.2.1.3縱向排架結(jié)構(gòu)體系，圖11.8廠房縱向排架，1風(fēng)力；2起重機的縱向制動力；3系梁；4柱間支撐；5吊車梁；6柱，11.2.2荷載傳遞，永久荷載是長期作用在廠房結(jié)構(gòu)上的恒載(恒載)，如各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件、圍護結(jié)構(gòu)和設(shè)備的自重等。11.2.2.1永久荷載，可變荷載是作用在植物結(jié)構(gòu)上的活載，主要包括：(1)雪荷載，植物每

7、個屋頂上雪的重量由基本雪壓力計算。(2)風(fēng)荷載，由基本風(fēng)壓計算出的廠房各部分表面的風(fēng)壓(吸力)。(3)吊車荷載，吊車在廠房內(nèi)起吊重物時的移動集中荷載包括吊車的垂直荷載和水平荷載。(4)積灰荷載，對于有大量排灰的廠房及其鄰近建筑物應(yīng)予以考慮。(5)施工負荷，施工或維護期間車間的負荷。11.2.2.2變荷載，作用在單層廠房結(jié)構(gòu)上的所有荷載根據(jù)其作用方向可分為豎向荷載、橫向水平荷載和縱向水平荷載。荷載傳遞，尤其是水平荷載傳遞，實際上非常復(fù)雜，而不是簡單的直接傳遞。為了清楚起見，上面分析的負載轉(zhuǎn)移路線被整合到一個圖表中來表達，如圖11.9所示。在一般的單層廠房中，橫向排架是主要的承重結(jié)構(gòu)，而屋架、吊車

8、梁、立柱和基礎(chǔ)是廠房的主要承重構(gòu)件。11.2.2.3意外荷載，圖11.9荷載傳遞路線圖，單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計是基于建筑設(shè)計數(shù)據(jù)和堅固性、適用性、技術(shù)先進性、經(jīng)濟合理性的原則。單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容如下：(1)確定結(jié)構(gòu)方案，安排結(jié)構(gòu)；(2)確定主要承重構(gòu)件；(3)彎曲內(nèi)力的分析和組合；(4)排架柱的設(shè)計；(5)確定主要部件之間的連接結(jié)構(gòu)。11.2.3單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容，11.3單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)布置，單層工業(yè)廠房承重柱的縱向和橫向定位軸線在平面上形成的規(guī)則網(wǎng)格稱為柱網(wǎng)。立柱縱向定位軸線之間的距離稱為跨度，橫向定位軸線之間的距離稱為立柱間距。在確定柱網(wǎng)的尺寸時，生產(chǎn)工藝要求，尤其是尤

9、拉11.3.1柱網(wǎng)布置，(1)單層廠房跨度小于18m時，應(yīng)采用30M系列(1M=100mm)，即9m、12m、15m和18m；當(dāng)大于18m時，應(yīng)采用60M系列的膨脹模量，即24m、30m、36m等。如圖11.10所示。(2)柱與單層廠房柱間距為60M系列，模數(shù)加大，如圖11.10所示。單層廠房山墻抗風(fēng)柱的柱距宜采用15M系列的加大模數(shù)。圖11.10是跨度和柱間距的示意圖。(1)可設(shè)置膨脹節(jié)以降低廠房結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力，并將廠房結(jié)構(gòu)分成幾個溫度段。伸縮縫的一般做法是將相鄰溫度段的上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)頂面完全分開，并在伸縮縫兩側(cè)設(shè)置平行的雙排柱和雙屋架，基礎(chǔ)可做成雙杯基礎(chǔ)，將雙排柱連接在一起。11.3.2變

10、形縫的設(shè)置，(2)沉降縫由于單層廠房結(jié)構(gòu)主要由簡支構(gòu)件組裝而成，且由于地基不均勻沉降而在構(gòu)件中產(chǎn)生的附加內(nèi)力不大，因此除了主廠房結(jié)構(gòu)與客廳及其他附屬建筑之間的接縫外，沉降縫很少用于單層廠房結(jié)構(gòu)。沉降縫應(yīng)從基礎(chǔ)到屋頂分開，這樣沉降縫兩側(cè)的不同沉降就不會相互影響。(3)抗震縫中的抗震縫是減少地震破壞的措施之一。當(dāng)廠房平面和立面復(fù)雜，結(jié)構(gòu)高度或剛度差異較大，且輔助用房布置在廠房一側(cè)時，如客廳、變電站、爐膛等，設(shè)置抗震縫將相鄰部分隔開。在廠房的垂直和水平跨度的連接處，抗震接縫的寬度可以是100150毫米，在其他情況下可以是5090毫米。從圖11.11中帶檁條屋面系統(tǒng)的廠房的支撐布置可以看出，如果沒有支

11、撐，山墻上的風(fēng)力W將從點A傳遞到點B，這不僅會使廠房的整體剛度變差，而且很難保證其穩(wěn)定性。如果提供支撐，山墻上的風(fēng)w將從點A傳遞到123456，然后傳遞到柱之間的支撐，最后傳遞到基礎(chǔ)。支撐的主要功能是：(1)保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向和橫向水平剛度；(2)保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件在施工和使用過程中的穩(wěn)定性；(3)將一些水平荷載轉(zhuǎn)移到主承重結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)上。11.3.3支架布局。圖11.11為檁條屋面系統(tǒng)廠房支撐功能示意圖。屋頂支撐包括上弦桿水平支撐、下弦桿水平支撐、下弦桿縱向水平支撐、垂直支撐和系桿等。1.橫向水平支撐是由十字角鋼和屋頂上弦桿或下弦桿組成的水平桁架。其作用是加強屋頂結(jié)構(gòu)在縱向水平面上的剛度，并將山墻抗

12、風(fēng)柱所承受的縱向水平力傳遞給兩側(cè)的柱，這些柱布置在溫度區(qū)的兩端。設(shè)置在屋架弦平面上的稱為弦橫向水平支撐；設(shè)置在屋架下弦平面內(nèi)的稱為下弦橫向水平支撐。11.3.3.1屋面支撐，(1)上弦橫向水平支撐。當(dāng)屋面結(jié)構(gòu)縱向平面剛度不足，且存在下列情況之一時，應(yīng)設(shè)置上弦水平支撐：對于大跨度無檁條體系的屋面，當(dāng)屋面板與屋架連接點的焊接質(zhì)量無法保證時，山墻抗風(fēng)柱與屋架上弦連接，如圖11.12(a)所示；工廠大樓裝有天窗。當(dāng)天窗穿過廠房兩端的第二根立柱或穿過伸縮縫時，此時應(yīng)在第一根或第二根立柱之間的天窗內(nèi)設(shè)置上弦橫向水平支撐，并在天窗內(nèi)沿縱向設(shè)置一根或三根全長的壓桿，以保證天窗的橫向穩(wěn)定性2.縱向水平支撐縱向水

13、平支撐通常是由十字角鋼和其他鋼筋以及屋架下弦的第一節(jié)組成的水平桁架。其功能是加強屋頂結(jié)構(gòu)在水平面上的剛度；當(dāng)屋頂設(shè)置支架時，可以保證支架上緣的側(cè)向穩(wěn)定性，支架區(qū)域的側(cè)向水平風(fēng)力可以有效地傳遞到相鄰的柱子上。在下列情況下，應(yīng)提供縱向水平支撐。(1)當(dāng)車間提供支架時，帶支架的柱之間和兩端相鄰柱之間必須提供下弦桿縱向水平支撐，如圖11.13(a)所示。(2)廠房內(nèi)有軟鉤橋式起重機，當(dāng)廠房較高且起重機噸位較大時(如單跨廠房柱高大于1518米，中間工作起重機大于30t)。如圖11.13(b)、(3)所示，當(dāng)車間內(nèi)有5t以上的硬鉤橋式起重機或鍛錘時，其布置要求如圖11.13(b)所示。當(dāng)起重機噸位較大或?qū)?/p>

14、車間剛度有特殊要求時，可沿中間立柱適當(dāng)增加縱向和橫向支撐，如圖11.13(c)所示。當(dāng)下弦水平支撐已在車間設(shè)置時，縱向水平支撐應(yīng)盡可能與水平支撐連接，形成一個封閉的水平支撐系統(tǒng)，如圖11.13(a)和(b)所示。3.豎向支撐和水平拉桿豎向支撐一般是由角鋼構(gòu)件和屋架直腹構(gòu)件或天窗框架立柱組成的豎向桁架。屋架的豎向支撐根據(jù)屋架的不同高度做成十字形或W形天窗框架，豎向支撐一般做成斜叉狀。豎向支撐的作用是保證屋架和天窗框架承受荷載后的平面外穩(wěn)定性；并且傳遞縱向水平力，所以垂直支撐與橫向水平支撐配合。屋架的豎向支撐應(yīng)按以下要求布置：(1)當(dāng)屋架跨度大于18米小于30米時，豎向支撐應(yīng)布置在車間末端第二根立

15、柱之間和伸縮縫兩側(cè)第二根立柱之間，屋架跨度內(nèi)應(yīng)設(shè)置豎向支撐和水平拉桿。(2)當(dāng)屋架跨度大于30m時，應(yīng)在屋架跨度約三分之一的節(jié)點處設(shè)置兩個豎向支撐和水平拉桿。(3)除按上述要求布置支撐外，在立桿較高的折疊或梯形屋架之間的屋架端部應(yīng)增加豎向支撐和水平拉桿。(4)當(dāng)屋架配有輕型吊機時，可在吊機的節(jié)點位置設(shè)置對角垂直支撐，如圖11.14所示。4。天窗框架支撐天窗框架支撐包括天窗上弦水平支撐和天窗框架垂直支撐。天窗支撐的作用是提高整體剛度，保證系統(tǒng)的空間穩(wěn)定性，并將端墻上的水平風(fēng)荷載傳遞給屋架。天窗框架支架一般布置在天窗框架的兩端，如圖11.15所示。圖11.12橫向水平支撐布置圖，圖11.13縱向水平支撐布置圖，圖11.14斜向垂直支撐圖，圖11.15天窗框架上弦為橫向，柱間支撐一般由交叉的鋼斜桿組成。橫向傾角在3555之間，最好是45，鋼筋的截面尺寸應(yīng)通過強度和穩(wěn)定性計算確定(如圖11.16(a)所示)。當(dāng)因交通、設(shè)備布置或柱間柱距大而不能采用交叉斜撐時，可做成門式斜撐，如圖11.16(b)所示。柱間支撐的作用是保證廠房的縱向剛度和穩(wěn)定性，吊車的縱向制動力、山墻的縱向風(fēng)荷載和縱向地震力通過屋面系統(tǒng)傳遞給兩個縱向柱。11.3.3.2柱間支撐及柱間支撐布置：一般情況下，上部柱間支撐布置在對應(yīng)于tr的溫度區(qū)兩側(cè)的柱之間圈梁的