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1、混凝土结构设计,Design of Concrete Structure,华中科技大学建筑工程系 2013年,第12章 单层厂房,第12章 单层厂房结构,本章主要内容及重点,结构形式,结构组成,结构布置,构件选型与截面设计,横向排架结构内力分析,柱的设计,柱下独立基础设计,横向排架结构内力分析,柱的设计,柱下独立基础设计,主要内容：,重点：,第12章 单层厂房结构,12.1 结构形式,混合结构,钢筋混凝土结构,1. 单层厂房的结构形式,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
2、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。,（1）按主要承重材料可分为：,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,第12章 单层厂房结构,排架结构,门式刚架结构,（2）按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构,12.1 结构形式,1. 单层厂房的结构形式,第12章 单层厂房结构,12.2 结构组成,1. 结构组成,单层厂房结构是由一些构件组成的一个复杂的空间受力体系，可将结构整体分为以下几个子结构体系:,单层厂房结构,1. 屋面板 2. 天沟板 3. 天窗架 4. 屋架 5. 托架 6. 吊车梁 7.排架柱 8.
3、抗风柱 9. 基 础 10. 连系梁 11. 基础梁 12. 天窗架垂直支撑 13. 屋架下弦横向水平支撑 14.屋架端部垂直支撑 15. 柱间支撑,第12章 单层厂房结构,12.2 结构组成,屋盖结构,有檩体系,无檩体系,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,由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成,屋盖结构,1. 结构组成,第12章 单层厂房结构,12.2 结构组成,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,1. 结构组成
4、,第12章 单层厂房结构,12.2 结构组成,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,围护结构,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,纵向平面排架组成及荷载图,1. 结构组成,第12章 单层厂房结构,12.2 结构组成,单层厂房结构中，纵向平面排架和横向平面排架间主要通过屋盖结构和支撑体系相连接而形成空间
5、结构，各构件及其作用为,单层厂房结构构件及其作用,1. 结构组成,第12章 单层厂房结构,12.2 结构组成,1. 结构组成,第12章 单层厂房结构,12.2 结构组成,1. 结构组成,第12章 单层厂房结构,1. 结构组成,12.2 结构组成,第12章 单层厂房结构,工业设计要求,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,1. 厂房结构的设计步骤,一个建设项目的设计，一般包括工艺设计、建筑设计、结构设计和设备设计（如水、暖、电等）等几方面。就单层厂房结构设计而言，可分为方案设计、技术设计和施工图绘制等三个阶段。,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
6、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,12.3 结构布置,第12章 单层厂房结构,12.3 结构布置,2. 柱网与定位轴线,（1）柱网 纵向定位轴线间的距离为跨度，横向定位轴线间的距离为柱距。 柱网的布置应符合厂房建筑模数协调标准GBJ6-68。 跨度在18m及以下时，采用扩大模数30M数列（3m的倍数）； 跨度在18m以上时，采用扩大模数60M数列（6m的倍数） 。 柱距一般采用6m，也有采用9m和12m的。 抗风柱的柱距一般采用扩大模数15M数列（1.5m的倍数）。,第12章 单层厂房结构,1
7、2.3 结构布置,2. 柱网与定位轴线,第12章 单层厂房结构,12.3 结构布置,2. 柱网与定位轴线,第12章 单层厂房结构,2. 柱网与定位轴线,12.3 结构布置,（2）纵向定位轴线 纵向定位轴线分为封闭式定位轴线和非封闭式定位轴线。具体根据吊车规格、厂房跨度、排架柱截面尺寸确定。 厂房跨度： 式中，B1为吊车轨道中心线至吊车桥架外边缘的距离，根据吊车规格确定；,B2为吊车桥架外边缘至上柱内边缘的净宽，Q50t 时， 取B280mm，Q 50t 时， 取B280mm； B3为上柱截面高度（边柱）或上柱截面高度的1/2（中柱）。,第12章 单层厂房结构,2. 柱网与定位轴线,12.3 结
8、构布置,当 e 750mm时，采用封闭式定位轴线；并取e =750mm 。 当 e 750mm时，采用非封闭式定位轴线。 采用非封闭式定位轴线时，联系尺寸Q50t 时， D=150mm， Q 50t 时， 取D=250mm（或D=500mm）。,封闭式定位轴线,非封闭式定位轴线,第12章 单层厂房结构,2. 柱网与定位轴线,12.3 结构布置,（3）横向定位轴线 厂房中间部位：轴线与柱中心线重合。 端部：轴线位于山墙内边缘，端柱中心线内移500mm（或600mm）。 伸缩缝部位：轴线与伸缩缝中心线重合，两侧柱中心线内移500mm（或600mm）。,第12章 单层厂房结构,2. 柱网与定位轴线,
9、12.3 结构布置,（4）变形缝 变形缝包括伸缩缝、沉降缝和抗震缝。 伸缩缝：伸缩缝宽度通常取100mm，对混凝土排架结构，伸缩缝的最大间距为100 m（室内或土中）或70m（露天）。 沉降缝：沉降缝宽度通常取50mm。当相邻部位高差很大、相邻跨吊车起重量悬殊、下卧土层有很大变化、各部分施工时间相差很长时应设置沉降缝。 抗震缝：当厂房平、立面布置复杂或结构高度、刚度相差很大时宜设置抗震缝。抗震缝的宽度与房屋高度有关，最小宽度为100mm。 地震区的伸缩缝和沉降缝均应符合抗震缝的要求。,第12章 单层厂房结构,12.3 结构布置,3. 屋盖支撑布置,（1）上弦横向水平支撑,屋盖支撑包括上弦横向水
10、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。,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荷载和其他纵向水平荷载，并传至厂房纵向柱列。,布置：当屋盖为有檩体系，或屋盖为无檩体系，但屋面板与屋架的连接质量不能保证且抗风柱与屋架上弦连接，每一伸缩缝区段端部第一或第二柱间布置；当设有天窗，且天窗通过厂房端部的第二柱间或通过伸缩缝，应在第一或第二柱间的天窗范围内设置，并在天窗范围内沿纵向设置13道通长的受压系杆，将天窗范围内各榀屋架与上弦横向水
11、平支撑连系起来。,第12章 单层厂房结构,上弦横向水平支撑布置,3. 屋盖支撑布置,12.3 结构布置,第12章 单层厂房结构,（2）下弦横向水平支撑,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：当屋架下弦设有悬挂吊车，或厂房内有较大振动，或山墙风荷载通过抗风柱传至屋架下弦，应在每一伸缩缝区段两端的第一或第二柱间设置，宜与上弦横向水平支撑设置在同一柱间。,下弦横向水平支撑布置,3. 屋盖支撑布置,12.3 结构布置,第12章 单层厂房结构,（3）纵向水平支撑,构成：由交叉角钢、直杆和屋架下弦第
12、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。,布置：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；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。,纵向水平支撑布置,3. 屋盖支撑布置,12.3 结构布置,第12章 单层厂房结构,（4）垂直支撑,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
13、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1830m、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。,3. 屋盖支撑布置,12.3 结构布置,第12章 单层厂房结构,垂直支撑和水平系杆布置图,3. 屋盖支撑布置,12.3 结构布置,第12章 单层厂房结构,（5）水平系杆,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
14、防止在吊车或有其它水平振动时屋架下弦侧向颤动。,布置：当屋盖设置垂直支撑时，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。,3. 屋盖支撑布置,12.3 结构布置,第12章 单层厂房结构,（6）天窗架支撑,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
15、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。,3. 屋盖支撑布置,12.3 结构布置,第12章 单层厂房结构,天窗架支撑布置,3. 屋盖支撑布置,12.3 结构布置,第12章 单层厂房结构,4. 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
16、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,12.3 结构布置,第12章 单层厂房结构,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,4. 柱间支撑布置,12.3 结构布置,第12章 单层厂房结构,布置：当设有A6A8的吊车，或A1A5的吊车起重量10t时或厂房跨度18m，或柱高8m时或厂房
