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1、第三章 单层厂房排架结构,同济大学土木工程学院建筑工程系顾祥林,一、概述 1. 单层厂房的应用和类型,单层工业厂房能提供一个大的室内空间，且厂房中一般配有水平和垂直运输工具，因此在工业建筑中得到广泛的应用。,重工业生产中的炼钢、铸造、装配、机修、金工,轻工业生产中的纺织,一、概述 1. 单层厂房的应用和类型,按生产规模：单层厂房可分为大、中、小型厂房,按组成材料：单层厂房可分为混合结构厂房（吊车吨位50kN，跨度 15m，柱距 6m）钢结构厂房（吊车吨位150kN，跨度 36m，柱特殊工艺要求如100kN以上锻锤）钢筋混凝土结构厂房,按结构形式：单层厂房可分为排架结构和刚架结构,一、概述 2.
2、 单层厂房的特点,生产工艺流程和车间内部运输比较容易组织,小型工部,中型工部,大型工部,露天仓库,总装配,一、概述 2. 单层厂房的特点,可以充分利用地基承载力，在地面上放置较重的、有较大振动的机器,可以设置天窗，用以天然采光和自然通风,扩建、改建比较方便,构件标准化。具有装配式房屋的共性,占地面积大,一、概述 3. 单层厂房排架结构的设计步骤,工艺设计要求,方案设计阶段,技术设计阶段,施工图阶段,选择结构构件,排架荷载的计算和内力分析,结构构件设计,结构布置图,构件施工图,节点大样图,定柱网等平面问题,定结构形式标高等剖面问题,定结构构件类型问题,结构布置,二、单层厂房组成和结构布置 1.
3、单层厂房的组成,天窗架,屋架,屋架下弦水平支撑,排架柱,基础,围护墙,屋面板,天沟板,连系梁,天窗架垂直支撑,托架,抗风柱,屋架端部垂直支撑,吊车梁,柱间支撑,基础梁,屋盖系统,梁柱系统,基础,支撑系统,围护系统,二、单层厂房组成和结构布置 2. 单层厂房的其它形式,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,模数,*以100mm为基本单位，用M表示（模数）,*厂房建筑构件的截面尺寸，宜取M /2或1 M进阶,*厂房的跨度18m时，跨度取3m（30M ）的倍数,*厂房的跨度18m时，跨度取6m（60M ）的倍数，当工艺布置有明显的优越性时，跨度亦可用21m、27m、33m,*厂房的柱
4、距一般取6m或6m （60M ）的倍数，个别亦可采用9m,*厂房自室内地坪至柱顶和牛腿面的高度取3M 的倍数，,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,横向定位轴线（跨度方向的轴线，用1、2、3、表示）,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,纵向定位轴线（柱距方向的轴线，用A、B、C、表示）,吊车产品说明书,吊车起重量500kN时，B280mm，其它，B2100mm,排架内力分析定,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,纵向定位轴线（柱距方向的轴线，用A、B、C、表示）,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,纵向定位轴线（柱距方向的
5、轴线，用A、B、C、表示）,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,柱网及结构的平面布置图,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,变形缝（伸缩逢、沉降缝和抗震缝）,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,变形缝（伸缩逢、沉降缝和抗震缝）,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,变形缝（伸缩逢、沉降缝和抗震缝）,当相邻跨厂房高度差异悬殊 地基土的压缩性有显著差异 厂房结构类型明显不同,沉降缝,当相邻跨厂房高度差异悬殊 厂房结构类型明显不同,抗震缝,沉降缝的基础处必须断开！,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,厂房的高度,
6、超越高度500mm,安全行驶高度220mm,厂房的高度还应考虑统一的模数,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,厂房的高度,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,天窗的布置,二、单层厂房组成和结构布置 3. 承重结构构件的布置,基础的布置,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,屋盖支撑,横向水平支撑,纵向水平支撑,垂直支撑,系杆,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,横向水平支撑（上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑）,*由交叉的角钢和屋架上、下弦组成的水平桁架,*一般布置在厂房温度区段的两端,*作用是加强屋盖纵向水平面内的刚性，传递山墙和抗风柱传
7、来的水平荷载,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,上弦横向水平支撑,*当屋面为大型屋面板，且板与梁或或屋架上弦有三点焊接，屋面板纵肋的空隙用C15C20细石混凝土灌实，能传递山墙传来的水平力时，可以不设上弦水平支撑,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,上弦横向水平支撑（有下列情况之一时，应设上弦横向水平支撑）,*有檩体系或跨度较大的无檩体系，当屋面板与屋架焊接点的质量不能保证，且抗风柱与屋架上弦连接时,*纵向天窗通到厂房端部第二柱间或通过伸缩缝时，在第一或第二柱间的天窗架范围内设上弦横向水平支撑，并在天窗架范围内沿纵向设置一至三道通长的受压系杆。,二、单层厂房组成和结构布置
8、 4. 支撑的布置,下弦横向水平支撑（有下列情况之一时，应设下弦横向水平支撑）,*山墙抗风柱与屋架下弦连接时,*有吊点设在屋架下弦的纵向运行的悬挂式吊车（或电葫芦）时,*厂房内有较大的振动源，如设有硬钩吊车或50kN以上的锻锤时,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,纵向水平支撑,*由交叉的角钢和屋架下弦组成的水平桁架,*一般布置在屋架的第一节间和屋架的中部,*作用是加强屋盖横向水平面内的刚度,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,纵向水平支撑（有下列情况之一时，应设纵向水平支撑）,*厂房内设有托架时，托架所在柱间及两端各延伸一个柱间,*厂房内设有软钩桥式吊车，但厂房高大，吊车
9、的起重量较大时（厂房柱高1518m以上，中级工作制吊车，起重量在300kN以上），等高多跨厂房可沿边柱列屋架下弦端部各布置一道通长的纵向水平支撑，跨度较小的单跨厂房可沿下弦中部布置一道通长的纵向水平支撑,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,纵向水平支撑（有下列情况之一时，应设纵向水平支撑）,*厂房内设有硬钩桥式吊车或50kN级以上锻锤时，可沿中间柱列适当增加纵向水平支撑,*纵向水平支撑及横向水平支撑应尽量连接成封闭的水平支撑系统,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,垂直支撑,*由交叉的角钢和屋架的直腹杆或天窗架立柱组成的垂直桁架,*一般布置在厂房温度区段的两端的屋架端部或跨
10、中,*作用是保证屋架出平面的稳定，传递纵向水平荷载,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,垂直支撑,*屋架端部（或天窗架）的高度（外包尺寸）大于1.2m时，屋架（天窗架）两端各设一道垂直支撑,*屋架中部的垂直支撑，按教材中表3-2的规定设置，表中L=屋架的跨度,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,系杆,*单根的联系杆件，受拉系杆为柔性系杆，一般为钢构件，受压系杆为刚性，可为钢杆件也可为钢筋混凝土杆件,*一般通长布置，一端最终连接在垂直支撑或上、下弦横向水平支撑的结点上,*作用是保证屋架及其杆件的稳定，避免屋架下弦产生过大的振动,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,系
11、杆,*有上弦横向水平支撑时，设上弦受压系杆,*有下弦横向水平支撑或纵向水平支撑时，设下弦受压系杆,*屋架中部有垂直支撑时，在垂直支撑同一铅垂面设通长的上弦受压系杆和通长的下弦受拉系杆,*当屋架横向水平支撑设置在端部第二柱间时，第一柱间的所有系杆均为刚性系杆,*屋架端部有垂直支撑时，在垂直支撑同一铅垂面设通长的受压系杆,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,1 = 上弦横向水平支撑； 2 = 上弦受压系杆； 3 = 下弦横向水平支撑； 4 = 下弦受压系杆； 5 = 垂直支撑； 6 = 下弦受拉系杆； 7 = 天窗架支撑； 8 = 纵向水平支撑。,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的
12、布置,柱间支撑,*由交叉的钢斜杆或钢门架组成，分上柱和下柱支撑,*上柱支撑一般布置在厂房温度区段的两端与横向水平支撑相应的位置及温度区段中央，下柱支撑布置在温度区段中央,*作用是帮助纵向柱列共同抵御水平力,二、单层厂房组成和结构布置 4. 支撑的布置,柱间支撑（有下列情况之一时，应设柱间支撑）,*设有重级工作制的吊车或中、轻级工作制吊车但起重量100kN,*厂房跨度18m，或柱高8m,*纵向柱的总数每排在7根以下,*设有起重量30kN的悬挂吊车,*露天吊车的柱列,二、单层厂房组成和结构布置 5. 围护结构的布置,墙体,*沿厂房四周均匀布置，墙体中还设有圈梁、过梁和墙梁,二、单层厂房组成和结构布
13、置 5. 围护结构的布置,圈梁（圈梁系一封闭的钢筋混凝土梁，作用是增加厂房的整体性）,对无桥式吊车的厂房，按下列原则布置：,*房屋檐口高度不足8m时，应在檐口附近设一道圈梁,*房屋檐口高度大于8m时，宜在墙体适当部位增设一道圈梁,二、单层厂房组成和结构布置 5. 围护结构的布置,圈梁（圈梁系一封闭的钢筋混凝土梁，作用是增加厂房的整体性）,对有桥式吊车的厂房，按下列原则布置：,*除在檐口附近设一道圈梁外，应在吊车梁标高或墙体适当部位增设一道圈梁,*外墙高度大于15m时，根据墙体的高度适当增设圈梁,*有振动设备的厂房，除满足上述要求外，每隔4m应有一道圈梁,二、单层厂房组成和结构布置 5. 围护结
14、构的布置,圈梁的构造要求,二、单层厂房组成和结构布置 5. 围护结构的布置,墙梁和过梁,*当房屋的高度超过一定限度（如15m ）时，宜设置墙梁，以承受上部墙体的重量,*门窗洞口处应设置过梁，过梁在墙体上的支承长度不宜小于240mm,*圈梁、过梁和墙梁应尽量三梁合一,天窗架自重,三、排架荷载计算及内力分析 1. 排架结构单层厂房所受的荷载和传力路径,横向平面排架所受的荷载,风吸力,风压力,水平地震作用,屋架自重,吊车横向水平制动力,设备重（作为吊车的竖向荷载的一部分传给吊车梁）,三、排架荷载计算及内力分析 1. 排架结构单层厂房所受的荷载和传力路径,横向平面排架荷载的传递路径,三、排架荷载计算及
15、内力分析 1. 排架结构单层厂房所受的荷载和传力路径,横向平面排架荷载的传递路径,三、排架荷载计算及内力分析 1. 排架结构单层厂房所受的荷载和传力路径,纵向平面排架所受的荷载及其传递路径,风荷载,水平地震作用,三、排架荷载计算及内力分析 2. 排架分析时的计算假定和计算简图,基本计算单元-以横向排架为主,三、排架荷载计算及内力分析 2. 排架分析时的计算假定和计算简图,计算假定和计算简图,*屋架端部和上柱柱顶一般用钢板焊接，可简化为铰接点,*排架柱插入杯口一定深度后，一般用高等级细石混凝土灌注，可按固接点考虑,*屋架可简化为一无穷刚度体,*排架柱高由基础顶算至上柱柱顶。轴线为柱的几何轴线,*
16、排架跨度以厂房的轴线为准,三、排架荷载计算及内力分析 3. 排架上的荷载标准值,屋盖荷载P1,*P1中的恒载包括屋面构造层、屋面板、天窗架、屋架及屋面支撑系统的自重，可根据构件的容重和尺寸算出,*P1中的活载包括雪荷载、屋面活载和积灰荷载,*P1有偏心时，计算简图上要附加弯矩,三、排架荷载计算及内力分析 3. 排架上的荷载标准值,屋盖荷载P1,*屋面水平投影面上的雪荷载按下式计算,屋面积雪分布系数，当屋面坡度小于25时取为1.0,基本雪压，以当地平坦空旷地面上统计所得50年一遇最大积雪自重确定，可查阅建筑结构荷载规范,三、排架荷载计算及内力分析 3. 排架上的荷载标准值,屋盖荷载P1,*屋面活载系指不上人屋面考虑施工、检修时的活荷载，亦按屋面水平投影考虑，一般为0.30.7kN/m2,*机械、冶金、水泥厂的厂房屋面，应考虑屋面积灰荷载，可查阅建筑结构荷载规范,
