《混凝土单层厂房结构设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土单层厂房结构设计（108页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 单层厂房结构设计,结构的类型和结构体系,结构组成及荷载传递,结构布置,构件选型与截面尺寸确定,排架结构内力分析,柱的设计,柱下独立基础设计,主要内容：,钢筋混凝土屋架设计要点,吊车梁设计要点,2.1 结构的类型和体系,2.1 结构类型和结构体系 Types and Systems of the Structures,工业厂房由于生产性质、工艺流程、机械设备和产品的不同，按层数分类，可分为：,单层厂房,多层厂房,如精密仪表、电子、食品等工业,如冶金或机械厂的炼钢、轧钢、铸造、锻压、金工、装配等车间，一般因设有大型机器或设备，产品较重且轮廓尺寸较大，故宜直接在地面上生产而设计成单层厂房,单
2、层厂房依据其跨度、高度和吊车起重量等因素进行分类，可分为：,2.1 结构的类型和体系,混合结构：,钢筋混凝土结构：,对无吊车或吊车吨位不超过5t、跨度在15m以内、柱顶标高不超过8m且无特殊工艺要求的小型厂房，可采用混合结构,对有重型吊车、跨度大于36m或有特殊工艺要求的大型厂房，可采用全钢结构或由钢筋混凝土柱与钢屋架组成的结构,钢结构：,除上述情况以外的单层厂房均可采用混凝土结构。而且除特殊情况之外，一般均采用装配式钢筋混凝土结构,2.1 结构的类型和体系,按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构,排架结构,门式刚架结构,1）屋面板,2）天沟板,3）天窗架,4）屋架,5）托架,6）吊车梁,7
3、）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,2.2 结构组成及荷载传递,2.2 结构组成及荷载传递 Structural Constitution and Load Deliverance,2.2 结构组成及荷载传递,2.2.1 结构组成 Structural Constitution,1 屋盖结构,组成：由排架柱顶以上部分各构件（包括屋面板、天窗架、屋架、托架等）,作用：围护、承重、采光和通风,适用性：,无檩体系,有檩体系,由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括有天窗架和托架等构件
4、,由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成,屋盖结构,2.2 结构组成及荷载传递,2 纵、横向平面排架,2.2 结构组成及荷载传递,横向排架结构,由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面骨架，是厂房的基本承重结构。厂房承受的竖向荷载及横向水平荷载主要通过横向平面排架传至基础及地基,横向平面排架组成及荷载图,2.2 结构组成及荷载传递,纵向排架结构,由连系梁、吊车梁、纵向柱列、柱间支撑和基础等构件组成的纵向平面骨架。作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，承受吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、温度应力以及作用在山墙及天窗架端壁并通过屋盖结构传来的纵向风荷载等,纵向平面排架组成及荷载图,3 围护结构,
5、2.2 结构组成及荷载传递,位于厂房的四周，包括纵墙、横墙（山墙）、抗风柱、连系梁、基础梁等构件。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,2.2.2 荷载传递 Load Deliverance,2.2 结构组成及荷载传递,屋面荷载,屋面板,屋 架,柱,基 础,天窗架,吊车梁,连系梁,吊车竖向荷载,纵 墙,基础梁,吊车横向水平荷载,横向风荷载,横向地震作用,吊车梁,天窗架,屋 架,屋面板,纵 墙,柱,基 础,通过横 向排架,2.2 结构组成及荷载传递,吊车纵向水平荷载,纵向风荷载,纵向地震作用,吊车梁,天窗架,屋盖及屋盖支撑,天窗端壁,纵 墙,柱,基 础,通过纵 向
6、排架,山墙,2.2 结构组成及荷载传递,2.3 结构布置,2.3 结构布置 Arrangement of the Structures,2.3.1 厂房平面布置 Structural Plane Arrangement of Workshops,2.3.2 支撑布置 Arrangement of Bracings,2.3.3 围护结构布置 Arrangement of Surrounding Structures,2.3 结构布置,2.3.1 厂房平面布置 Structural Plane Arrangement of Workshops,1 柱网布置,柱网是竖向承重构件纵向和横向定位轴线所形
7、成的网格。,柱网布置就是确定纵向定位轴线之间（跨度）和横向定位轴线之间（柱距）的尺寸。,厂房跨度18m，采用3m模数，即9m、12m、15m、18m；跨度18米采用6米模数，即24m、30m、36m。,柱距采用6m，较经济,2.3 结构布置,在厂房端部横向定位轴线与山墙内边缘重合,将山墙内侧第一排柱中心内移500mm；伸缩缝两边的中心线向两边移动500mm.,2.3 结构布置,2 变形缝,2.3 结构布置,变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。 1）伸缩缝(temperature gap)结构体系很长时，温度应力过大。 通过设置伸缩缝来解决。 最大伸缩缝间距：处于室内或土中 100M 处于露天
8、时 70M 2）沉降缝（settlement gap）:解决不均匀沉降问题。 3）防震缝（Seismic gap）:当建筑物平面、立面复杂，结构高度或刚度相差很大时。,2.3.2 支撑布置 Arrangement of Bracings,2.3 结构布置,单层厂房支撑,屋盖支撑,柱间支撑,1 屋盖支撑,屋盖支撑包括屋架上、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和纵向水平系杆、天窗架支撑。,2.3 结构布置, 上弦横向水平支撑,构成：沿厂房跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架上弦杆构成的水平桁架。,作用：保证屋架上弦的侧向稳定性；增强屋盖的整体刚度；作为山墙抗风柱的顶端水平支座，承受由山墙传来的风
9、荷载和其他纵向水平荷载，并传至厂房纵向柱列。,布置原则：,（2）下弦横向水平支撑,2.3 结构布置,构成：沿厂房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。,布置原则：,（3）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。,2.3 结构布置,布置原则：,（4）垂直支撑和水平系杆,2.3 结构布置,构成：由角钢杆件与屋架直腹杆组成的垂直桁架，形式为十字交叉形或W形。,作用：保证屋
10、架受荷后在平面外的稳定；传递纵向水平力。,布置：应与下弦横向水平支撑布置在同一柱间内。,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、屋架间距为6m、采用大型屋面板时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨中设置一道垂直支撑；,当屋架跨度大于30m时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨度1/3左右的节点处设置两道垂直支撑。,1）垂直支撑,2.3 结构布置,2）水平系杆,2.3 结构布置,构成：分为上弦水平系杆和下弦水平系杆 。,作用：上弦水平系杆是为保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定；下弦水平系杆是为防止在吊车或有其它水平振动时
11、屋架下弦侧向颤动。,布置：当屋盖设置垂直支撑时，应未设置垂直支撑的屋架间，在相应于垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节点处，设置通长的水平系杆。,刚性系杆（压杆）：凡设在屋架端部主要支承节点处和屋架上弦屋脊节点处的通长水平系杆，均应采用刚性系杆；当屋架横向水平支撑设在伸缩缝区段两端的第二柱间内时，第一柱间内的水平系杆均应采用刚性系杆。,柔性系杆（拉杆）：其余均可采用柔性系杆。,（5）天窗架支撑,2.3 结构布置,构成：包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架间的垂直支撑和水平系杆。,作用：保证天窗架上弦的侧向稳定 ；将天窗端壁上的风荷载传给屋架 。,布置：,纵向位置（柱间） ：一般天窗架上弦横向水平支撑
12、和垂直支撑均设置在天窗端部第一柱间内。,横向位置（道） ：一般垂直支撑设置在天窗两侧。,水平系杆 ：在未设置上弦横向水平支撑的天窗架间设置；应在上弦节点处设置柔性系杆；对有檩屋盖体系，檩条可以代替柔性系杆。,2.3 结构布置,天窗架支撑布置,2 柱间支撑布置,构成：由交叉钢杆件组成，交叉倾角宜取45，支撑钢构件的截面尺寸需经承载力和稳定计算确定 。,柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。,作用：提高厂房的纵向刚度和稳定性；将吊车纵向水平制动力、山墙及天窗端壁的风荷载、纵向水平地震作用等传至基础。,柱间支撑作用示意图,2.3 结构布置,分类：对于有吊车的厂房，按其位置可分为上柱柱间支撑和下
13、柱柱间支撑。,上柱柱间支撑 ：位于牛腿上部，并在柱顶设置通长的刚性系杆；承受作用在山墙及天窗壁端的风荷载，并保证厂房上部的纵向刚度。,下柱柱间支撑 ：位于牛腿下部；承受上部支撑传来的内力、吊车纵向制动力和纵向水平地震作用等，并将其传至基础 。,形式：十字交叉形；当柱间要通行或放置设备，或柱距较大而不宜采用交叉支撑时，可采用门架式支撑。,门架式柱间支撑,2.3 结构布置,布置：当设有A6-A8的吊车，或A1-A5的吊车起重量10t时或厂房跨度 18m，或柱高 8m时或厂房每列纵向柱总数7根时或设有3t以上的悬挂吊车时或露天吊车栈桥的柱列，应设置柱间支撑。,上柱柱间支撑设置：一般在伸缩缝区段两端与
14、屋盖横向水平支撑相对应的柱间以及伸缩缝区段中央或临近中央的柱间 。,下柱柱间支撑设置：在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应的位置 。,2.3 结构布置,优点：纵向水平荷载作用下传力路线较短；厂房两端的温度伸缩变形较小；厂房纵向构件的伸缩受柱间支撑的约束较小，所引起的结构温度应力也较小。,柱间支撑与伸缩变形的关系,2.3 结构布置,抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦铰接；当屋架设有下弦横向水平支撑时，也可与下弦铰接或同时与上、下弦铰接。抗风柱与屋架之间一般采用竖向可以移动、水平方向又有较大刚度的弹簧板连接；如厂房沉降量较大时，宜采用槽形孔螺栓连接。,抗风柱,抗风柱与屋架上、下弦连接构造,2.3 结构
15、布置,2.3.3 围护结构布置 Arrangement of Surrounding Structures,圈梁、连系梁、过梁和基础梁,圈梁是设置于墙体内并与柱子连接的现浇钢筋混凝土构件，其作用是将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大的振动荷载对厂房产生不利影响。,连系梁除承受墙体荷载外，还具有连系纵向柱列、增强厂房的纵向刚度、传递纵向水平荷载的作用。 当墙体开有门窗洞口时，需设置钢筋混凝土过梁，以支承洞口上部墙体的重量。,在进行围护结构布置时，应尽可能地将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一种梁能兼作两种或三种梁的作用，以简化构造，节约材料，方便施
16、工。 在单层厂房中，一般采用基础梁来承托围护墙体的重量，并将其传至柱基础顶面，而不另做墙基础，以使墙体和柱的沉降变形一致。,2.3 结构布置,单层厂房结构的主要构件有屋盖结构构件、支撑、吊车梁、墙板、连系梁、基础梁、柱和基础等。,2.4 构件选型与截面尺寸确定,2.4 构件选型与截面尺寸确定 Selection of Member Types and Estimation of Their Section Dimensions,适用：保温或不保温卷材防水屋面，屋面坡度不应大于1/5。,2.4.1 屋盖结构构件 Members of Roof Structures,1、屋面板,2.4 构件选型与截面尺寸确定,无檩体系屋盖,常采用预应力混凝土大型屋面板,其他形式屋面板：,有檩体系屋盖常采用预应力混凝土槽瓦、波形大瓦等小型屋面板。,并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。,2、檩条,2.4 构件选型与截面尺寸确定,檩条搁在屋架或屋面梁上，起着支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架的作用。,按型式可分为屋面
