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1、12 单层厂房,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,12.1 概述,（1） 厂房首先要满足生产工艺的要求，并为工厂创造良好的劳动卫生条件，以利提高产品质量和劳动生产率。 （2） 厂房内一般都有笨重的机器设备、起重运输设备（吊车）等，这就要求厂房有较大的空间。同时，厂房结构要承受较大的静、动荷载以及振动或撞击力等。 （3） 有的厂房在生产过程中会散发大量的余热、烟尘、有害气体、有侵蚀性的液体以及生产噪音等，这
2、就要求厂房有良好的通风和采光。,12.1.1 单层工业厂房的特点及结构形式,（4） 生产过程往往需要各种工程技术管网，如上下水、热力、压缩空气、煤气、氧气管道和电力供应等。厂房设计时应考虑各种管道的铺设要求和它们的荷载。 （5） 生产过程中有大量的原料、加工零件、半成品、成品、废料等需要用电瓶车、汽车或火车进行运输。厂房设计时应考虑所采用的运输工具的通行问题。,12.1 概述,唐山渤海冶金重工业单层厂房,12.1 概述,恒鑫机械重工业单层厂房,12.1 概述,12.1 概述,12.1 概述,上海南汇康桥轻工业多层厂房,12.1 概述,张家港DIC化工厂层数混合厂房,12.1 概述,开封火电厂层
3、数混合厂房,工业厂房按层数可分为： 单层厂房 多层厂房 层数混合厂房 ,12.1 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。,12.1.1 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
4、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，解决采光、通风、三废、余热、湿气及噪音等对环境的污染。,12.1.1 单层厂房的特点,按结构材料分,12.1.2 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,其它情况,按结构形式分,12.1.2 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=
5、2030m，吊车吨位可达150t。 特点：屋架/屋面梁刚度大 柱顶与屋架/屋面梁铰接； 柱底与基础刚接。,单跨,多跨,等高,排架结构,刚体,12.1.2 单层工业厂房结构的类型,不等高,锯齿形,排架结构,12.1.2 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1824m，柱顶标高6 8m的金工、机修、装配及喷漆等车间和仓库,12.1.2 单层工业厂房结构的类型,本节的知识结构,12.1.2 排架结构的组成、选型和布
6、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,12.1.2 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,12.1
7、.2 结构组成和荷载传递路径,1基础 2基础梁 3排架柱 4抗风柱 5连系梁 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， 13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,12.1.2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 横梁（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,12.1.2结构组成和荷载传递路径,纵向
8、排架,组成： 连系梁 吊车梁 纵向柱列 柱间支撑 基础 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,12.1.2 结构组成和荷载传递路径,围护结构,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,12.1.2 结构组成和荷载传递路径,主要结构构件及其作用,12.1.2 结构组成和荷载传递路径,主要结构构件及其作用(续),12.1.2 结构组成和荷载传递路径,主要结构构件及其作用(续),12.1
9、.2 结构组成和荷载传递路径,主要结构构件及其作用(续),12.1.2 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,12.1.2 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,(2) 荷载传递路径,基 础,荷 载,排架柱,地 基,12.1.2 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,12.1.2 结构组成和荷载传递路径,（1）单层厂房结构的设计步骤,12.1.2 主要构件的选型,方案设计阶段,技术设计阶段,施
10、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,工业设计要求,节点大样图,（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和技术经济指标。,12.1.2 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
11、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。,12.1.2 主要构件的选型,常用屋面板,12.1.2 主要构件的选型,檩条,布置：搁在屋架或屋面梁上 作用： 支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架； 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。,12.1.2 主要构件的选型,常用檩条,12.1.2 主要构件的选型,屋架和屋面梁,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1836m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
12、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:,12.1.2 主要构件的选型,常用屋架和屋面梁,12.1.2 主要构件的选型,常用屋架和屋面梁(续),12.1.2 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,12.1.2 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。,12.1.2 主要构
13、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； 将厂房的纵向荷载传递至纵向柱列、加强厂房纵向刚度等。,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,12.1.2 主要构件的选型,常用吊车梁,12.1.2 主要构件的选型,常用吊车梁(续),12.1.2 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： h500mm 采用矩形实腹柱； h600800mm 采用工字形或矩形柱； h9001200mm 采用工字形柱； h13001500mm 采用工字形或双肢柱。,常用柱的形式,12.1.2 主要构件的选型,作用：
14、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,12.1.2 主要构件的选型,12.1.3 单层工业厂房的结构布置,单层厂房承重柱或承重墙的纵向和横向定位轴线在平面上形成的有规律的网格称为柱网。相邻纵向定位轴线间的距离称为跨度，相邻横向定位轴线的距离称为柱距。 确定柱网尺寸时，首先要满足生产工艺要求，尤其是工艺设备的布置；其次是根据建筑材料、结构形式、施工技术水平、经济效果，以及提高建筑工业化程度和建筑处理、扩大生产、技术改造等方面因素来确定；此外，还应满足模数制的要求。,1. 柱网的布置,(1)柱网布置,跨度,柱距,2. 柱
15、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。,跨度： 跨度18m： 3m的倍数进级(30M)； 跨度18m： 6m的倍数进级(60M) 允许24m/30m/36m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。,柱网布置的模数,厂房建筑模数协调标准规定：,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：混凝土结构设计规范（GB50010-2011） 室外露天70m； 室内或土中100m。,(2) 变形缝,伸缩缝,沉降缝,作用：防止厂房发生不均匀沉降
16、设置：从基础至屋顶完全断开设缝。,相邻厂房高度差异大,地基差别大,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5070mm。 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、沉降缝均应符合防震缝要求。,（1）支撑的作用：,3. 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
