单层厂房结构体系概述

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1、第11章 单层厂房结构,单层厂房结构类型和结构体系 结构组成和荷载传递 排架计算 内力组合和排架柱设计 柱下独立基础,11.1 单层厂房结构类型和结构体系,k,单层厂房依据其跨度、高度和吊车起重量等因素可采用混合结构、混凝土结构或钢结构。,一、结构类型,k,混合结构：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，可采用由砖柱、钢筋混凝土屋架或轻钢屋架组成的混合结构； 钢结构：厂房内有重型吊车（如吊车起重量大于150t ）、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。 除上述情况以外的单层工业厂房，一般

2、采用混凝土结构。而且除特殊情况外，一般均采用装配式钢筋混凝土结构。,k,装配式钢筋混凝土排架结构是单层工业厂房最广泛的一种结构形式，它由屋架或屋面梁、柱和基础所组成。柱顶与屋架为铰接，柱底与基础顶面为固接。 分等高、不等高；单跨或多跨等多种形式。,二、结构体系,排架结构和刚架结构,k,图1.3.2 图1.3.3 腾15-3,k,钢筋混凝土结构的跨度可超过30m， 高度可达2030m或更大，吊车吨位可达 150t甚至更大。,门架的缺点： （1）刚度较差，承载后会产生跨变，梁柱的转角处易产生早期裂缝。 （2）翻身、吊装和对中就位均比较麻烦，其应用受到一定限制。,k,门架的优点：梁柱合一，构件种类少

3、，制作简单，结构轻巧，当厂房的跨度和高度均较小时其经济指标优于排架结构。,k,门架结构一般适用于屋盖较轻的无吊车或吊车吨位不超过10t，跨度不超过18m，檐口高度不超过10m的中、小型单层厂房或仓库等。,单层厂房是一个复杂的空间受力体系。 由屋盖结构，纵、横向平面排架及 围护结构组成。,k,12.2 结构组成和布置,一、结构组成,k,1、屋盖结构：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）所组成。 作用：主要是围护和承重（承受屋盖结构的自重、屋面活载、雪载和其它的荷载，并将这些荷载传给排架柱），以及采光和通风。,k,屋盖类型：无檩体系、有檩体系,屋盖类型：无檩体系、有檩体系,

4、无檩体系：由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支承系统所组成，有时还包括天窗架和托架等构件。 特点：屋面刚度大、整体性好、构件数量和种类较少、施工速度快，是单层厂房中应用较广泛的一种屋盖形式。,k,屋盖类型：无檩体系、有檩体系,有檩体系：由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支承所组成。 特点：这种屋盖的构造和荷载传递都比较复杂，整体性和刚度也较差，适用于一般中、小型厂房。,k,k,、纵、横向平面排架： 横向平面排架由横梁（屋架或屋面梁）和横向柱列（包括基础）所组成，是厂房的基本承重结构。 作用：将厂房中的竖向荷载（包括结构自重、屋面活载、雪载和吊车竖向荷载等）及横向水平荷载（包括风载、吊车横向制动力、横

5、向水平地震作用等）传给基础和地基。,k,纵向平面排架：由连系梁、吊车梁、纵向柱列（包括基础）和柱间支撑等组成。 作用：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。,k,、围护结构,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作用在墙面上的风荷载。,k,二、荷载传递,竖向荷载,k,横向水平荷载,k,纵向水平荷载,单层厂房中的横向排架是主要承重结构！ 屋架、吊车梁、排架柱和基础是主要承重构件！,k,包括平面布置、支撑布置及围护结构布置,三、结构布置,

6、1、厂房平面布置,（1）柱网布置：厂房承重柱的纵向和横向定位轴线所形成的网格，称为柱网。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（柱距）的尺寸。 布置原则：首先应满足生产工艺及作用要求，在此前提下力求建筑平面和结构方案经济合理。另外，还应遵守厂房建筑统一化基本规则的规定，为厂房设计标准化、生产工厂化和施工机械化创造条件。,k,（2）变形缝： 常设温度缝、抗震缝及沉降缝,2、支撑布置,为了保证厂房在施工和使用过程中的可靠性，需设置各种支撑。,（1）屋盖支撑 （2）柱间支撑,包括上、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑与纵向水平系杆、天窗架支撑等。,（1）屋盖支撑,是沿厂房跨度方

7、向用交叉角钢、直腹杆和屋架上弦杆共同构成的水平桁架。 作用：保证屋架上弦杆在平面外的稳定和屋盖纵向水平刚度。同时还作为山墙抗风柱顶端的水平支座，承受山墙传来的风荷载和其他纵向水平荷载，并将其传至厂房的纵向柱列。,（a）上弦横向水平支撑,当屋盖结构的纵向水平面内刚度不足，具有以下情况之一时，具有以下情况之一时，应设置上弦横向水平支撑。,1）跨度较大的无檩体系屋盖，当屋面板与屋架连接的焊接质量不能保证，且山墙抗风柱将风荷载传至屋架上弦时，应设置上弦横向水平支撑；,2）若能保证大型屋面板与屋架或屋面梁有三点焊接且屋面板纵肋间的空隙用C15或C20细石混凝土灌实，则可认为无檩体系屋盖刚度相当大，无须设

8、置上弦横向水平支撑。,3）屋面设置了天窗且天窗通到厂房端的第二柱间或通过伸缩缝时，应在第一或第二柱间的天窗范围内设置上弦横向水平支撑；并在天窗范围内沿纵向设置一至三道通长的受压系杆。 4）当采用钢筋混凝土拱形或梯形屋架的屋盖系统时，应在每一个伸缩缝区段端部的第一或第二柱间布置上弦横向水平支撑。,在屋架下弦平面内，由交叉角钢、直腹杆和屋架下弦杆组成的水平桁架，称为。 作用：将山墙风荷载及纵向水平荷载传至纵向柱列，同时防止屋架下弦的侧向振动。,（b）下弦横向水平支撑,当具有以下情况之一时，应设下弦横向水平支撑（一般宜设于厂房端部及伸缩缝处第一柱间），并宜与上弦横向水平支撑设置在同一柱间，以形成空间

9、桁架体系。,1）山墙抗风柱与屋架下弦连接，纵向水平力通过下弦传递时； 2）厂房内有较大的振动源，如设有硬钩桥式吊车或5t及其以上的锻锤时； 3）有纵向运行的悬挂吊车（或电葫芦），且吊点设在屋架上弦时，可在悬挂吊车轨道尽头的柱间设置。,、下弦横向水平支撑,、下弦纵向水平支撑,由交叉角钢，直腹杆和屋架下弦第一节间组成的纵向水平桁架，称为下弦纵向水平支撑。 作用：加强屋盖结构的横向水平刚度。,（c）纵向水平支撑,当厂房内设有软钩桥式吊车但厂房高度大、吊车吨位较重（如等高多跨厂房柱高大于15m,吊车工作级别为A4，A5起重量大于50t）、或厂房内设有硬钩桥式吊车、或设有大于5t悬挂吊车、或设备以及厂房

10、内因抽柱或柱距较大而需设置托架时，应在屋架下弦端节间沿厂房纵向通长或局部设置一道下弦纵向水平支撑。 当设置下弦纵向水平支撑时，为了保证厂房空间刚度，必须同时设置相应的下弦横向水平支撑，形成封闭的水平支撑系统。,由角钢杆件与屋架直腹杆组成的垂直桁架，称为屋盖垂直支撑。其形式为十字交叉形或W形。 作用：保证屋架承受荷载后在平面外的稳定并传递纵向水平力，因而应与下弦横向水平支撑布置在同一柱间内。,（d）垂直支撑和水平系杆,上弦水平系杆：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：防止在吊车或有其他水平振动时屋架下弦发生侧向颤动。,1）当厂房跨度小于18m且无天窗时，一般可以不设 垂直支撑

11、和水平系杆。 2）当厂房跨度为1830m，屋架间距为6m，采用大型屋面板时，应在每一道伸缩缝区段端部第一或第二柱间设置一道垂直支撑；跨度大于30m时，应在屋架跨度1/3左右的节点处设置两道垂直支撑； 当屋架部部高度大于1.2m时，还应在屋架两端各布置一道垂直支撑。 3）当厂房伸缩缝区段大于90m时，还应在柱间支撑柱内增设一道垂直支撑。,1) 当屋盖设置垂直支撑时，应在未设置垂直支撑屋架间，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。 2) 凡设在屋架端部柱顶处和屋架上弦屋脊节点处的通长水平系杆，均应休用刚性系杆，其余均可采用柔性系杆。,包括天窗架上弦横向水平支撑和天窗架间

12、的垂直支撑，用以保证天窗架上弦的侧向稳定和将天窗端壁上的风荷载传给屋架。,（e）天窗架支撑,1）天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑一般均设置在天窗端部第一柱间内。 2）当天窗区段较长时，还应在区段中部设有柱间支撑的柱间内设置垂直支撑。 3）垂直支撑一般设置在天窗的两侧，当天窗架跨度12m时，还应在天窗中间竖杆平面内设置一道垂直支撑； 4）在未设置上弦横向水平支撑的天窗架间，应在上弦节点处设置柔性系杆。,它是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件，其作用是承受由抗风柱和屋盖横向水平支撑传来的山墙风载，由屋盖结构传来的纵向水平地震作用以及由吊车梁传来的吊车纵向水平制动力，并将它们传给基础。,（2）柱间支撑

13、,提高厂房结构的纵向刚度！,对于有吊车的厂房，按其位置要分为上柱和下柱柱间支撑。,1) 上柱柱间支撑位于吊车梁上部，它设置在伸缩缝区段两端与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，并在柱顶设置通长的刚性系杆以传递水平力。,2) 下柱柱间支撑位于吊车梁下部，它设置在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应的位置，,（1）设有吊车工作级别A6A8的吊车，或A1A5的吊车起重量在10t或10t以上时； （2）厂房跨度大于或等于18m，或柱高大于或等于8m时； （3）厂房纵向柱的总数每列在7根以下时； （4）设有3t以上的悬挂吊车时； （5）露天吊车栈桥的柱列。,当单层厂房有下列情况之

14、一时，应设置柱间支撑。,包括屋面板、墙体、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁、基础梁等构件。 作用：承受风、积雪、雨水、地震作用，以及地基产生不均匀沉降所引起的内力。,三、围护结构布置,当厂房高度及跨度不大时（例如柱顶高度在8m以下，跨度为912m），可在山墙设置砖壁柱作为抗风柱； 当厂房高度和跨度较大时，一般都采用钢筋混凝土抗风柱，柱外侧再贴砌山墙。 当厂房高度很大时，山墙所受的风荷载很大，为减小抗风柱的截面尺寸，可在山墙内侧设置水平抗风梁或钢抗风桁架，作为抗风柱的中间支座。一部分风荷载将通过抗风梁或抗风桁架直接传给纵向柱列。,1、抗风柱,抗风柱与屋架的连接方式应满足两个要求： （1）在水平方向必须

15、与屋架有可靠的连接以保证有效地传递风荷载； （2）在竖向方向应允许两者之间产生一定的相对位移，以防止抗风柱与屋架沉降不均匀时产生不利影响。,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。,圈梁位置：对无吊车厂房，当檐口标高小于8m时，应在檐口附近设置一道圈梁； 当檐口标高大于8m时，宜增设一道； 对于有桥式吊车的厂房，除在檐口附近或窗顶附近处设置一道圈梁外，尚应在吊车梁标高处或墙体适当部位增设一道圈梁； 外墙高度大于15m时，还应适当增设。 对于有振动设备的厂房，沿墙高的圈梁间距不应超过4m。 圈梁应连续设置在墙体内的同一水平面上，并尽可能沿整个厂房形成封闭状。,2、圈梁、连系梁、过梁和基础梁,3.3 结构布置-结构平面布置,柱网布置 定位轴线与主要构件的定位 变形缝的设置,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。 原则：满足生产工艺及使用要求；建筑平面和结构方案经济合理；保证结构构件标准化和系列化。 定位轴线：是确定厂房主要承重构件位置及其标志尺寸的基准线，同时也是施工放线和设备定位的依据。,柱网布置,联系尺寸：取300的模数,封闭结合,非封闭结合,h7不小于200mm; h2不小于500mm;,