第3章 单层工业厂房

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1、 3单层工业厂房 主要学习内容 单层厂房排架结构的组成 构件选型和布置排架荷载及内力计算单层厂房柱及牛腿的设计柱下单独基础的设计学习重点与难点 单层厂房排架结构的组成和构件的布置排架荷载及内力计算牛腿的设计柱下单独基础的设计 3 1概述3 2排架结构的组成 构件选型和布置3 3排架计算3 4单层厂房柱3 5柱下单独基础3 6单层工业厂房的新进展 3单层工业厂房 3 1概述 唐山渤海冶金重工业单层厂房 3 1概述 恒鑫机械重工业单层厂房 3 1概述 深圳怡龙电子工业多层厂房 3 1概述 上海南汇康桥轻工业多层厂房 3 1概述 张家港DIC化工厂层数混合厂房 3 1概述 开封火电厂层数混合厂房 工

2、业厂房按层数可分为 单层厂房 多层厂房 层数混合厂房 3 1概述 机械 冶金等重工业 食品 电子 精密仪器制造等轻工业 化学工业 热电站等 结构特点跨度大 高度大 荷载大 构件内力和截面尺寸大 常承受吊车 机械设备动力等荷载 结构设计时应考虑动力荷载的影响 结构空旷 几乎无内隔墙 仅在四周设墙和柱 基础受力大 对地质有较高要求 3 1 1单层厂房的特点 2 工艺设计特点生产工艺流程的需要 车间内生产工艺流程确定厂房结构的平面布置及厂房的高度 剖面 立面及围护结构等 起重运输或设备安装检修的需要 厂房内的起重吊车 运输通道及设备检修场地等影响厂房主要构件的设计 卫生方面的需要 建立良好的工作环境

3、 解决采光 通风 三废 余热 湿气及噪音等对环境的污染 3 1 1单层厂房的特点 按结构材料分 3 1 2单层工业厂房结构的类型 混合结构砖柱 RC 木 轻钢屋架钢筋混凝土结构RC柱 RC 钢屋架钢结构钢柱 钢屋架 吊车吨位 5t 跨度 15m 柱顶标高 8m小型厂房 吊车吨位 25t 或跨度 36m或特殊工艺厂房 按结构形式分 3 1 2单层工业厂房结构的类型 排架结构 刚架结构 刚性排架 屋架或横梁变形很小 可忽略 柔性排架 屋架或横梁变形较大 不能忽略 两铰门式 三铰门式 单层厂房结构的基本形式跨度 30m H 20 30m 吊车吨位可达150t 特点 屋架 屋面梁刚度大柱顶与屋架 屋面

4、梁铰接柱底与基础刚接 单跨 多跨 等高 排架结构 刚体 3 1 2单层工业厂房结构的类型 不等高 锯齿形 排架结构 3 1 2单层工业厂房结构的类型 刚架结构 特点 屋架 屋面梁与柱刚接 柱与基础一般为铰接 三铰门架 两铰门架 两铰门架 优点 梁柱合一 结构轻巧 制作简单缺点 刚度较差 产生跨变 梁柱转角易产生裂缝一般适用吊车吨位 10T 跨度 18 24m 柱顶标高 6 8m的金工 机修 装配及喷漆等车间和仓库 3 1 2单层工业厂房结构的类型 本节的知识结构 3 2排架结构的组成 选型和布置 屋盖结构 单层厂房排架结构布置 单层工业厂房排架结构概念设计 横向排架 纵向排架 围护结构 单层厂

5、房排架结构组成 单层厂房排架结构构件选型 屋面板 檩条 天窗架 托架 排架柱 吊车梁 基础 柱网 变形缝 支撑体系 围护结构 屋架 屋面梁 1 结构的组成 3 2 1结构组成和荷载传递路径 屋盖结构横向平面排架纵向平面排架围护结构 1屋面板 2天沟板 3天窗架 5托架 6吊车梁 7排架柱 8抗风柱 9基础 10连系梁 11基础梁 12天窗架垂直支撑 13屋架下弦横向支撑 14屋架垂直支撑 15柱间支撑 4屋架 1 结构的组成 3 2 1结构组成和荷载传递路径 1基础2基础梁3排架柱4抗风拄5联系梁6吊车梁7屋架8屋面板9天沟10屋架上弦支撑11屋架下弦横向水平支撑 12屋架下弦纵向水平支撑 1

6、3屋架竖向支撑14柱间支撑15围护墙 屋盖结构 有檩体系小型屋面板檩条屋架屋盖支撑无檩体系大型屋面板屋面梁 屋架屋盖支撑 有檩体系 无檩体系 3 2 1结构组成和荷载传递路径 横向排架 横向排架是单层工业厂房的基本承重结构 组成屋架 屋面梁横向柱列基础作用 主要承受包括屋盖荷载吊车荷载纵墙风荷载纵墙自重 横向排架结构 3 2 1结构组成和荷载传递路径 纵向排架 组成 屋面板吊车梁纵向柱列柱间支撑作用保证厂房结构的纵向稳定性和刚度 承受纵向水平吊车荷载 地震作用及风荷载等 受力特点及设计荷载较小 内力较小构件数量多 刚度大 通常不必计算 纵向排架结构 3 2 1结构组成和荷载传递路径 围护结构

7、组成 纵墙横墙 山墙 抗风柱连系梁 基础梁等作用承受墙体和构件的自重 承受作用在墙面上的风荷载等 山墙及抗风柱 3 2 1结构组成和荷载传递路径 主要结构构件及其作用 3 2 1结构组成和荷载传递路径 主要结构构件及其作用 续 3 2 1结构组成和荷载传递路径 主要结构构件及其作用 续 3 2 1结构组成和荷载传递路径 主要结构构件及其作用 续 3 2 1结构组成和荷载传递路径 荷载种类 恒载活载吊车竖向荷载吊车横向制动力吊车纵向制动力风荷载施工荷载积灰荷载地震作用其它荷载 2 荷载及其传递路径 排架结构的荷载 3 2 1结构组成和荷载传递路径 荷载按方向划分 竖向荷载横向水平荷载纵向水平荷载

8、 2 荷载传递路径 基础 荷载 排架柱 地基 3 2 1结构组成和荷载传递路径 总体传力路径 总体荷载传递路径 3 2 1结构组成和荷载传递路径 1 单层厂房结构的设计步骤 3 2 2主要构件的选型 方案设计阶段 技术设计阶段 施工图阶段 确定柱网布置等平面问题 确定结构形式 标高等剖面问题 选择结构构件类型 确定结构布置 确定结构计算简图 荷载计算及排架内力分析 结构构件 柱 基础等 设计 结构布置图 屋面 柱 基础等 构件布置与配筋图 节点大样图 工业设计要求 2 结构构件的选型原则经济合理 减少材料用量 减轻自重 工艺和建筑设计要求 荷载作用情况施工条件和构件供应情况 各种构件的适应范围

9、和技术经济指标 3 2 2主要构件的选型 2 主要构件选型 屋面板 无檩体系屋盖 大型屋面板 适用于保温或不保温卷材防水屋面 有檩体系屋盖 小型屋面板 布置 支撑在屋架 屋面梁或檩条上 作用 承受屋面构造层自重 屋面活荷载 雪荷载 积灰荷载以及施工荷载等 并将它们传给屋架 屋面梁 具有覆盖 围护和传递荷载的作用 3 2 2主要构件的选型 常用屋面板 3 2 2主要构件的选型 檩条 布置 搁在屋架或屋面梁上作用 起着支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架的作用 它与屋架间用预埋钢板焊接 并与屋盖支撑一起保证屋盖结构的整体刚度和稳定性 3 2 2主要构件的选型 常用檩条 3 2 2主要构件的选型 屋架

10、和屋面梁 拱式 三铰拱 两铰拱 适用于 15m以下的厂房 桁架式 三角形 梯形 折线形 拱形 适用于18 36m的厂房 抗震要求 优先采用低重心或重量轻的PC屋架 钢屋架 轻钢屋架 屋架和屋面梁是厂房结构最主要的承重构件之一 它与柱形成横向排架结构 承受屋盖上的全部竖向荷载 并将它们传给柱 屋架及屋面梁的选用 3 2 2主要构件的选型 常用屋架和屋面梁 3 2 2主要构件的选型 常用屋架和屋面梁 续 3 2 2主要构件的选型 天窗架 采光和通风要求 削弱屋盖的整体刚度 应加强支撑 宜采用钢结构 主要有M形和W形两种 钢筋混凝土门形天窗架 W形天窗架 Y形天窗架 多压杆式钢天窗架 桁架式钢天窗架

11、 3 2 2主要构件的选型 托架 作用 支撑中间屋面梁 屋架柱距 屋面板 檩条宽度常用形式 12m跨PC桁架式托架 3 2 2主要构件的选型 吊车梁 吊车梁的作用 直接承受吊车起重 运行和制动时产生的各种往复移动荷载它还具有将厂房的纵向荷载传递至纵向柱列 加强厂房纵向刚度等作用 吊车梁的选型依据 吊车的起重量工作级别台数厂房的跨度柱距等 3 2 2主要构件的选型 常用吊车梁 3 2 2主要构件的选型 常用吊车梁 续 3 2 2主要构件的选型 柱的形式 矩形柱 工字形柱 双肢柱等 柱 截面尺寸 h 500mm采用矩形实腹柱 h 600 800mm采用工字形或矩形柱 h 900 1200mm采用工

12、字形柱 h 1300 1500mm采用工字形或双肢柱 常用柱的形式 3 2 2主要构件的选型 作用 承受全部重量和作用力 常用形式 目前一般采用单独的杯形基础 基础 桩基础 阶梯形基础 锥形基础 深埋高杯口基础 3 2 2主要构件的选型 1 柱网布置 跨度 柱距 3 2 3柱网布置和变形缝 跨度 厂房纵向定位轴线之间的尺寸 柱距 厂房横向定位轴线之间的尺寸 厂房建筑模数协调标准 规定 跨度 跨度 18m 3m的倍数进级 30M 跨度 18m 6m的倍数进级 60M 允许21m 27m 33m等30M进级 柱距 采用扩大模数6m的倍数进级 60M 也可采用9m的柱距 或利用托架扩大柱距 柱网布置

13、的模数 3 2 3柱网布置和变形缝 作用 减少温度应力 保证厂房正常使用 设置 从基础顶面至上部结构完全断开设缝 最大间距 GB50010 2002 室外露天70m 室内或土中100m 2 变形缝 伸缩缝 伸缩缝的布置 3 2 3柱网布置和变形缝 沉降缝 作用 防止厂房发生不均匀沉降设置 从基础至屋顶完全断开设缝 沉降缝的布置 相邻厂房高度差异大 地基差别大 3 2 3柱网布置和变形缝 防震缝 作用 减少厂房震害 设置 从基础顶面至上部结构完全断开设缝 缝宽 一般为50 70mm 设置部位 平面 立面复杂 结构高度及刚度变化较大 厂房侧边贴建生活间 变电所等坡屋 地震区 伸缩缝 沉降缝均应符合

14、防震缝要求 3 2 3柱网布置和变形缝 1 支撑的作用 3 2 4支撑的作用及布置原则 施工阶段和使用阶段保证厂房结构的几何稳定性保证厂房结构的纵横向水平刚度及空间整体性 提供侧向支撑 改善结构的侧向稳定性 传递水平荷载至主要承重构件或基础 支撑的分类 屋盖支撑柱间支撑 上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑纵向水平支撑垂直支撑纵向水平系杆天窗架支撑等 上柱柱间支撑下柱柱间支撑 2 屋盖支撑 上弦横向水平支撑 构成 沿跨度方向用交叉角钢 直腹杆和屋架上弦杆构成水平桁架 作用 保证屋架上弦的侧向稳定性 增强屋盖的整体刚度 承受并传递纵向水平荷载 3 2 4支撑的作用及布置原则 上弦横向水平支撑 有檩体

15、系中的布置 布置在伸缩缝区段的两端有时可设在第二柱间 3 2 4支撑的作用及布置原则 上弦横向水平支撑 无檩体系的布置 有连接可靠的大型屋面板 可不设 设有通过端部第二柱间或伸缩缝的天窗 设 采用钢筋砼拱形或梯形屋架 应设 3 2 4支撑的作用及布置原则 下弦横向水平支撑 构成 沿跨度方向用交叉角钢 直腹杆和屋架下弦杆构成的水平桁架 作用 将山墙风荷载及纵向水平荷载传至纵向柱列 防止屋架下弦侧向振动 3 2 4支撑的作用及布置原则 下弦横向水平支撑 布置 抗风柱与屋架下弦连接传递纵向水平力时 设有硬钩桥吊或 5T锻锤等振动设备时 设有吊点屋架下弦的纵向或横向运行的悬挂吊车时 l 18m且下弦设

16、有纵向水平支撑时 形成封闭水平支撑系统 3 2 4支撑的作用及布置原则 下弦纵向水平支撑 构成 由交叉角钢 直杆和屋架下弦第一节间组成的纵向水平桁架 作用 加强屋盖结构的横向水平刚度 保证横向水平荷载的纵向分布 加强厂房的空间工作 保证托架上弦的侧向稳定 传递山墙风荷载及纵向水平荷载 3 2 4支撑的作用及布置原则 下弦纵向水平支撑 纵向 布置 当已设有下弦横向水平支撑时 为保证厂房空间刚度 应尽可能与横向水平支撑连接 以形成封闭的水平支撑系统 当设有软钩桥式吊车且厂房高度大 吊车起重量较大 应在屋架下弦端节间沿厂房纵向通长或局部设置一道 厂房设有托架 应沿托架一侧设置下弦纵向水平支撑 3 2 4支撑的作用及布置原则 垂直支撑 作用 保证屋架或天窗架平面外的稳定 将纵向水平力由屋架上弦平面传至屋架下弦平面内 构成 一般由角钢杆件与屋架的直腹杆或天窗架的立柱组成的垂直桁架 垂直支撑及系杆的布置 3 2 4支撑的作用及布置原则 垂直支撑 设置 垂直支撑与屋架下弦横向水平支撑应布置在同一柱间 当厂房跨度小于18m且无天窗时 一般可不设垂直支撑和水平系杆 当厂房跨度18 30m 屋架间距6m