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1、第九章 单层厂房排架结构,2,第一节 单层厂房的组成和布置,第二节 排架结构荷载及内力的计,第三节 单层厂房柱的设计,返回,第一节 单层厂房的组成和布置,钢筋混凝土单层厂房的承重结构主要由屋架（或屋面梁）、柱和基础组成，按主要承重结构形式，分为排架结构和刚架结构两种。排架结构是柱与屋架（或屋面梁）铰接，而与基础刚接所组成的结构（图-），具有传力明确、构造简单、施工方便的特点，适用于预制装配，是目前常用的单层厂房的结构形式。刚架结构的特点是柱与屋架（或屋面梁）刚接成一个构件，而与基础通常为铰接。刚架结构有三铰门式刚架（顶节点为铰接）和两铰门式刚架（顶节点为刚接）两种形式，如图-所示。本章主要介绍
2、钢筋混凝土排架结构单层工业厂房。 一、单层厂房的结构组成与传力途径 结构组成,下一页,返回,第一节 单层厂房的组成和布置,单层厂房排架结构通常由下列结构构件组成并相互连接成整体，如图-所示。 （）屋盖结构。混凝土屋盖结构由屋面板（包括天沟板）、屋架或屋面梁（包括屋盖支撑）组成，有时还设有天窗架和托架等。混凝土屋盖结构分无檩和有檩两种屋盖体系，将大型屋面板直接支撑在屋架或屋面梁上的称为无檩屋盖体系；将小型屋面板或瓦材支撑在檩条上，并将檩条支撑在屋架上的称为有檩屋盖体系。在屋盖结构中，屋面板起围护作用并承受作用在板上的荷载，再将这些荷载传至屋架或屋面梁；屋架或屋面梁是屋面承重构件，承受屋盖结构自重
3、和屋面板传来的活荷载，并将这些荷载传至排架柱。天窗架支撑在屋架或屋面梁上，也是一种屋面承重构件。,上一页,下一页,返回,第一节 单层厂房的组成和布置,（）横向平面排架。横向平面排架由横梁（屋架或屋面梁）、横向柱列和基础组成，是厂房的基本承重结构。厂房结构承受的竖向荷载、横向水平荷载以及横向水平地震作用都是由横向平面排架承担并传至地基的。 （）纵向平面排架。纵向平面排架由纵向柱列、连系梁、起重机梁、柱间支撑和基础等组成，其作用是保证厂房的纵向稳定性和刚性，并承受作用在山墙、天窗端壁以及通过屋盖结构传来的纵向风荷载、起重机纵向水平荷载等，并将其传至地基，如图-所示。另外，它还承受纵向水平地震作用、
4、温度应力等。,上一页,下一页,返回,第一节 单层厂房的组成和布置,（）起重机梁。起重机梁一般为装配式的，简支在柱的牛腿上，主要承受起重机竖向荷载、横向或纵向水平荷载，并将它们分别传至横向或纵向平面排架。起重机梁是直接承受起重机动力荷载的构件。 （）支撑。单层厂房的支撑包括屋盖支撑和柱间支撑两种，其作用是加强厂房结构的空间刚度，保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全，同时起着把风荷载、起重机水平荷载或水平地震作用等传递到相应承重构件的作用。 （）基础。基础承受柱和基础梁传来的荷载并将它们传至地基。 （）围护结构。围护结构包括纵墙、横墙（山墙）及由连系梁、抗风柱（有时还有抗风梁或抗风桁架）和基础
5、梁等组成的墙架。这些构件所承受的荷载，主要是墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载等。,上一页,下一页,返回,第一节 单层厂房的组成和布置, 传力途径 单层厂房结构所承受的荷载分为竖向荷载和水平荷载两大类。竖向荷载包括屋面上的恒荷载、活荷载、各承重结构构件及围护结构等非承重构件自重、起重机自重及起重机竖向活荷载等。水平荷载包括横向及纵向风荷载、起重机横向水平荷载和纵向水平荷载以及水平地震作用等。 单层厂房结构传力路线示意图如图-所示。 二、单层厂房的结构布置 柱网布置 单层厂房承重柱的纵向和横向定位轴线在平面上形成的网格称为柱网。柱网布置就是确定柱子纵向定位轴线之间的尺寸（跨度）和横向定位轴
6、线之间的尺寸（柱距）。柱网布置既是确定柱的位置，也是确定屋面板、屋架和起重机梁等构件尺寸（跨度）的依据，柱网布置恰当与否，将直接影响厂房结构的经济合理性和先进性。,上一页,下一页,返回,第一节 单层厂房的组成和布置, 定位轴线 （）纵向定位轴线。一般用编号1,2,3表示。对无起重机或起重机起重量不大于的厂房，边柱外边缘、纵墙内缘、纵向定位轴线三者相重合，形成封闭结合，如图-（）所示。纵向定位轴线之间的距离，即跨度犔与起重机轨距犔 之间一般有如下关系： （）横向定位轴线。一般通过柱截面的几何中心，用编号、表示。在厂房纵向尽端处，横向定位轴线位于山墙内边缘，并把端柱中心线内移，同样在伸缩两侧的柱中
7、心线也须向两边各移，使伸缩缝中心线与横向定位轴线重合，如图-所示。,上一页,下一页,返回,第一节 单层厂房的组成和布置, 变形缝 变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。 （）伸缩缝。随着气温的变化，房屋结构会出现热胀冷缩现象，这种温度变化将在结构中产生温度应力，引起结构变形，严重时会使墙面、屋面和构件等拉裂。因此，当房屋的长度或宽度过大时，为减小房屋结构中的温度应力，应设置伸缩缝。当建筑物的长度超过规定限值，又未采取可靠的构造措施或施工措施时，其伸缩缝间距不宜超过规范规定的限值。钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距可按表-确定。 （）沉降缝。在建筑物的荷载和高度存在较大差异处，地基土的压缩性有显著差
8、异处，结构类型和结构体系有明显不同处，基础类型或基础处理不一致处，厂房各部分的施工时间先后相差较长时，应设置沉降缝。,上一页,下一页,返回,第一节 单层厂房的组成和布置,（）防震缝。防震缝是为了减轻地震灾害而采取的措施之一，当相邻跨厂房高度相差悬殊、厂房结构类型和刚度有明显不同时，应设置防震缝。防震缝将房屋划分为简单规则的形状，使每一部分成为独立的抗震单元，使其在地震作用下互不影响。 支撑 支撑的主要作用是加强厂房结构的空间刚度，保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全，有效传递纵向水平荷载（风荷载、起重机纵向水平荷载及地震作用等）；同时还起把风荷载、起重机水平荷载和水平地震作用等传递到相应承
9、重构件的作用。 单层厂房的支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑。 （）屋盖支撑。屋盖支撑系统包括上、下弦横向水平支撑，下弦纵向水平支撑，垂直支撑，水平系杆以及天窗架支撑。,上一页,下一页,返回,第一节 单层厂房的组成和布置,）上弦横向水平支撑。屋盖上弦横向水平支撑是指布置在屋架上弦（或屋面梁上翼缘）平面内的水平支撑，是由交叉角钢和屋架上弦杆组成的水平桁架，布置在厂房端部及温度区段两端的第一或第二柱间，如图-所示。其作用是增强屋盖的整体刚度，保证屋架上弦或屋面梁上翼缘的侧向稳定，将山墙抗风柱传来的风荷载传至两侧柱列上。 ）下弦水平支撑。屋盖下弦水平支撑是指布置在屋架下弦平面内的水平支撑，包括下弦横向水
10、平支撑和下弦纵向水平支撑。 ）垂直支撑及水平系杆。垂直支撑是指在相邻两榀屋架之间由角钢与屋架的直腹杆组成的垂直桁架，如图-所示。垂直支撑和水平系杆的作用是保证屋架在安装和使用阶段的侧向稳定；防止在起重机工作时屋架下弦的侧向颤动，上弦水平系杆则可保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定。,上一页,下一页,返回,第一节 单层厂房的组成和布置,）天窗架支撑。天窗架支撑包括设置在天窗两端第一柱间的上弦横向水平支撑和沿天窗架两侧边设置的垂直支撑。其作用是保证天窗架上弦的侧向稳定；将天窗端壁上的风荷载传递给屋架。 （）柱间支撑。柱间支撑一般包括上部、中部及下部柱间支撑，如图-所示。柱间支撑通常宜采用十字交叉
11、形支撑；它具有构造简单、传力直接和刚度较大等特点。交叉杆件的倾角一般在之间。在特殊情况下，因生产工艺的要求及结构空间的限制，可以采用其他形式的支撑。当lh时可采用人字形支撑；lh时可采用八字形支撑；当柱距为 且h 较小时，采用斜柱式支撑比较合理。,上一页,下一页,返回,第一节 单层厂房的组成和布置,柱间支撑应布置在伸缩缝区段的中央或临近中央（上部柱间支撑在厂房两端第一个柱距内也应同时设置），这样有利于在温度变化或混凝土收缩时，厂房可以自由变形而不致产生较大的温度或收缩应力，还可在柱顶设置通长刚性连系杆来传递荷载，如图-所示。当屋架端部设有下弦连系杆时，也可不设柱顶连系杆。 围护结构的布置 （）
12、抗风柱。单层厂房的山墙受风面积较大，一般需在山墙内侧设置抗风柱将山墙分成几个区格，使山墙面受到的风荷载的一部分（靠近纵向柱列的区格）直接传至纵向柱列，另一部分则经抗风柱下端直接传至基础和经上端通过屋盖系统传至纵向柱列。,上一页,下一页,返回,第一节 单层厂房的组成和布置,（）圈梁、连系梁、过梁、基础梁。用砌体作为厂房的围护结构时，一般要设置圈梁、连系梁、过梁及基础梁。 ）圈梁。圈梁的作用是增强房屋的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对厂房产生不利影响。圈梁置于墙体内，和柱连接，柱对它仅起拉结作用。通常，柱上不需设置支撑圈梁的牛腿。 圈梁宜连续地设在同一水平面上，并形成封闭圈。当
13、圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁，附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其垂直距离的两倍，且不得小于，如图-所示。 ）连系梁。连系梁的作用是连系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度并传递风荷载到纵向柱列；此外，还承受其上部墙体的自重。,上一页,下一页,返回,第一节 单层厂房的组成和布置,）过梁。过梁的作用是承受门窗洞口上的墙体自重。在进行厂房结构布置时，应尽可能将圈梁、连系梁和过梁结合起来，以节约材料，简化施工。 ）基础梁。在一般厂房中，基础梁的作用是承受围护墙体的自重，并将其传给柱下单独基础，而不另设墙基础。,上一页,返回,第二节 排架结构荷载及内力的计算,一、排架结构的计算单元
14、与计算简图 单层厂房排架结构实际上是一空间结构体系，为简化计算，一般分为横向和竖向平面排架。由于横向平面排架承担着厂房的大部分主要荷载，因此，在单层厂房结构的设计中，排架的计算分析主要以横向平面排架为主，纵向柱列只有在考虑地震时才进行计算。 计算单元 由于横向排架沿厂房纵向一般为等间距均匀排列，作用于厂房上的各种荷载（起重机荷载除外）基本上沿厂房纵向均匀分布，计算时可以通过任意相邻纵向柱距的中心线截取有代表性的一段作为整个结构的横向平面排架的计算单元，如图-（）中的阴影部分所示。除起重机等移动荷载以外，阴影部分就是排架的负荷范围，或称从属面积。,下一页,返回,第二节 排架结构荷载及内力的计算,
15、 计算简图 在确定排架结构的计算简图时，为简化计算作了以下假定： （）柱上端与屋架（或屋面梁）为铰接。屋架或屋面梁在柱顶一般采用预埋钢板焊接或预埋螺栓与柱连接，在构造上只能传递竖向力和水平力，而不能传递弯矩，故计算时按铰接节点考虑。 （）柱下端固接于基础顶面。由于预制排架柱插入基础杯口有足够的深度，并用高强度等级的细石混凝土浇筑密实，因此，排架柱与基础连接处可按固定端考虑。 （）排架横梁为无轴向变形刚性杆，横梁两侧柱顶的水平位移相等。一般单层厂房结构中常用的钢筋混凝土屋架或预应力混凝土屋架，下弦刚度较大，均符合这一假定。,上一页,下一页,返回,第二节 排架结构荷载及内力的计算,（）排架柱的高度
16、由固定端算至柱顶铰接节点处，排架柱的轴线为柱的几何中心线。当柱为变截面柱时，取上柱和下柱截面重心的连线，排架柱的轴线为一折线。 二、排架结构的荷载计算 作用在排架上的荷载分为恒荷载和活荷载两类。恒荷载一般包括屋盖自重F、上柱自重F、下柱自重F、起重机梁和轨道零件自重F，以及有时支撑在牛腿上的围护结构等重力F 等。活荷载一般包括屋面活荷载F，起重机荷载D和D或D，均布风荷载q、q 以及作用在屋盖支撑处的集中风荷载犠等。图-所示为上述作用在排架上的荷载。,上一页,下一页,返回,第二节 排架结构荷载及内力的计算, 恒荷载的计算 各种恒荷载的数值可按材料重力密度和结构的有关尺寸由计算得到，标准构件可从标准图上直接查得。在排架计算中，取恒荷载的荷载分项系数。 屋面均布活荷载的
