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1、2.5 单层厂房的屋盖结构选型2.5.1概述 目前单层厂房屋盖结构的形式基本上分为无檩和有檩两种体系。无檩体系是将大型屋面板直接焊在(一般不少于三个焊点)屋架或屋面梁上而形成的屋盖结构。这种屋盖的整体性 和刚度均较好，构件种类和数量较少，故安装工序少，施工速度快，适用广泛，在具有较大吨位吊车和有较大振动的大中型及重型厂房中经常使用。有檩体系是将小型屋面板或屋面瓦放在檩条上，檩条支承在屋架上而形成的屋盖结构。这种屋盖的构件小而轻，便于运输和吊装，虽然整体刚度较小，但在保证板与檩条、檩条与屋架均已牢固连接的前提下，可满足一般中小型厂房的使用要求。 除上述两种常用的屋盖结构外，工业厂房中还采用了多种
2、形式的板梁合一的屋盖体系，如T形板、拱形弧、V形折板和马鞍形壳板等；其中以T形板使用得最多。 本节将主要介绍屋面构件、屋面梁和屋架、板梁合一结构、天窗架及托架的常用形式及选用方法。2.5.2屋盖构件1.屋面板单层厂房中常用的屋面板有预应力混凝土屋面板(槽形板)、预应力混凝土形屋面板，预应力混凝土单肋板、钢丝网水泥波形瓦、石棉水泥瓦及钢筋混凝土挂瓦板等，详见表2-11。其中应用最广泛的是预应力混凝土屋面板。预应力混凝土屋面板由面板、横肋和纵肋组成，其传力系统类似梁板结构所介绍的平面楼盖，其中板、横肋和纵肋分别相当于平面楼盖中的板、次梁和主梁。其常见的平面尺寸有，也有采用、和的。屋面板一般承受防水
3、屋面恒载和积灰荷载、雪荷载及施工检修荷载等活载。设计时可根据其柱网布置、屋面荷载等情况分别选用全国性和地区性标准图集，如G410等。2.檩条 檩条起着支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架的作用。它与屋架应连接牢固，并与支撑构件共同组成整体，保证厂房的空间刚度，可靠地传递水平荷载。檩条一般有倒L形檩条、T形檩条两种，其材料可为普通混凝土，也可为预应力混凝土，其常见类型见表2-12。当檩条跨度为4m或6m时，一般采用上述形式，当檩条跨度为9m或更大时，可采用组合式(上弦为钢筋混凝土，腹杆与下弦杆为钢材)和轻钢檩条。檩条支撑在屋架上弦有正放和斜放两种形式。前者受力较好，但屋架上弦要做水平支托(图2-4
4、8a)；后者在荷载作用下产生双向弯曲，若屋面坡度较大时，在未焊牢时易倾翻，故往往需在支座处屋架上弦预埋件上事先焊一短钢板来防止倾翻(图2-48b)。图48檩条与上弦杆连接方法 2.5.3屋面梁和屋架 屋面梁和屋架是单层厂房中的重要构件，起着支承屋面板或檩条并将屋面荷载传给排架柱的作用，其常见形式、经济指标、特点和适用条件见表2-13。除表中所列构件外，在纺织厂中一般采用锯齿形屋盖，常用钢筋混凝土三角刚架和钢筋混凝土窗框支承屋面板两种形式。屋面梁和屋架形式的选择，应根据厂房的使用要求、跨度大小、吊车吨位和工作制级别、现场条件及当地使用经验等因素而定。根据国内工程经验，在此提出如下建议：厂房跨度在
5、15m及以下时，当吊车起重量，且无大的振动荷载时，可选表2-12中序号36或序号7(有檩体系时)；当吊车起重量时，宜选用序号2或8。厂房跨度在18m及以上时，一般宜选用序号911；对于冶金厂房的热车间，宜选用序号12；当跨度为18m时，亦可采用序号5或6(吊车起重量10时)或序号2。对于采用横向或井式天窗的厂房，一般宜选用序号12或13。设计时可根据上述建议灵活选用，屋面梁与屋架均有全国性和地区性的标准图集可查。但遇到特殊情况，需进行屋面梁和屋架设计时，可参考有关资料进行。2.5.4板梁合一的屋盖结构板梁或板架合一结构是在对原有的厂房屋盖结构进行改革的基础上形成的，它是将屋面板和梁组成整体，既
6、可减少结构构件的种类和数量以及施工吊装工序，又具有受力性能合理、结构高度小、空间刚度好、材料用量省等优点，目前多用于无吊车或吊车起重量小的厂房和仓库。下面简介几种常见结构形式。表2-11 屋面板类型表 表2-12 檩条类型表1.预应力混凝土V形折板如图2-49所示，预应力混凝土薄板采用先张法叠层生产，折缝处不灌混凝土，运至工地吊装就位后再在上、下折缝处浇灌混凝土，形成V形整体空间结构. 图2-49 V形板生产示意图 表2-13 常用屋面梁、屋架表V形折板具有体型简洁，浇缝后整体刚度和抗震性能好等优点。它制作方便，可叠层生产，便于采用工业化方法制作和施工，用料省，自重轻，已在工业建筑中得到广泛应
7、用。其通常跨度为915m，最大已达33m，坡宽(即一个V形折板的水平投影宽度)一般采用23m，纵向高跨比不宜小于1/20，板厚不宜小于35mm，折板倾角一般采用。设计时可根据跨度及荷载选用全国性或地区性标准图集(如CG434等)。2.预应力混凝土T形板预应力混凝土T形板分单T板和双T板两种，跨度18m以上时应用单T扳。其优点是既可做屋面扳、楼面板，也可作墙板。且其体型简单，制作方便，便于工业化生产，并可降低围护结构的高度和简化支撑。其缺点是尺寸和重量大，需较大的运输和起重设备，在工地制作时，则要有较大的场地。预应力混凝土T形板能一件多用，可用一种形式的构件装配成一幢厂房的全体结构和墙体，并易形
8、成大柱网其高跨比一般为1/301/40，板面宽度一般为1.223.04m。目前在美国、西欧、日本都已广泛使用。 3.预应力混凝土双曲抛物面壳板预应力混凝土双曲抛物面壳板，又称马鞍形壳板，其外形如图2-51所示，为负高斯曲率双曲抛物面。配有两簇交叉的直线预应力钢筋，可在先张法台座上叠层生产。国内常用跨度为915m，最大已用到28m，壳板宽度为1.23m，板厚3550mm。 双曲抛物面壳板系空间薄壁结构，受力性能好，刚度大，用料省，构件种类少，便于工厂化生产，利用机械化施工。目前国外如欧洲、日本等地区，已将其列为一种工业建筑体系，广泛推广使用。板梁合一的屋盖结构在一定程度上改革了板、梁(屋架)分离
9、的屋盖体系，减轻了屋盖结构自重，是单层工业厂房屋盖体系改革值得注意的动向。 图2-50 T形板图 图2-51 双曲线抛物面壳板2.5.5 天窗架单层厂房根据采光和通风的要求，有时需设置天窗，传统的气楼或天窗是用天窗架支承屋面构件，并将其上的全部荷载传给屋面梁或屋架。天窗架对整个屋盖结构在受力性能和经济等方面均有较大的影响。除了气楼或天窗外，还有下沉式、井式或其它形式的天窗。钢筋混凝土天窗架一般由两个三角形刚架组成，中间设一个铰，以便制作和运输。常用形式有W形与形天窗两种。设计天窗架时，可根据构件跨度、天窗高度在相应的全国性和地区性标准图集中选用。 2.5.6 托架当柱距大于大型屋面板或檩条的跨
10、度时，则需沿纵向柱列设置托架，用于支承中间屋面梁或屋架，这种情况常常在有大型设备需出入车间时发生，建筑上称抽柱方案托架的常见形式为三角形或折线形两种，当预应力筋为粗钢筋时采用三角形，预应力钢筋为钢丝束时采用折线形。设计时可根据托架的跨度和其上荷载的大小选用。全国性标准图集和地区性标准图集和地区性图集中均有均有托架部分，如G433等。2.6 吊车梁的受力特点及选型2.6.1吊车梁的受力特点吊车梁是单层厂房中的重要构件，它直接承受吊车传来的竖向和水平荷载，并将其传递给排架柱，它对吊车的正常运行和厂房的纵向刚度都有重要作用。吊车梁是支承在柱牛腿上的简支梁，其受力特点取决于吊车荷载的特性，有以下几点：
11、1.吊车荷载是可移动的荷载吊车承受的荷载是两组移动的集中荷载的横向水平荷载T。所以，既要考虑自重和R作用下的竖向弯曲，又要考虑自重、R和T联合作用的双向弯曲。由于是移动荷载，可应用影响线的方法计算各截面的最大内力，或作包络图。在两台吊车作用下，弯矩包络图一般呈鸡心状，这时可对绝对最大弯矩截面至支座一段近似地取为二次抛物线。支座和跨中截面间的剪力包络图形，可近似按直线采用，如图2-52。 图2-52 吊车梁的弯矩与剪力包络图2.承受的吊车荷载是重复荷载 根据实际调查，在50年的使用期内，吊车的利用等级可分9级，吊车的载荷状态可分4种，其工作级别可分4级，详见起重机设计规范。对于特重级和重级工作制
12、吊车，其荷载的重复次数的总和可达4次；中级工作制吊车一般为次。直接承受这种重复荷载，吊车梁会因疲劳而产生裂缝，直至破坏所以对特重级、重级和中级工作制吊车梁，除静力计算外，还要进行疲劳验算 3.考虑吊车荷载的动力特性（1）吊车竖向荷载的动力系数。桥式吊车特别是速度较快的重级工作制桥式吊车，对吊车梁的作用带有明显的动力特牲，因此，在计算吊车梁及其连接部分的承载力以及吊车梁的抗裂性能时，都必须对吊车的竖向荷载乘以动力系数：悬挂吊车(包括电动葫芦)轻、中级工作制吊车，；重级工作制软钩吊车；超重级工作制硬钩吊车。(2)吊车横向水平荷载的增大系数。由于结构、吊车桥架的变形及其它因素，常在轨道与大车轮之间产
13、生卡轨力，有时甚至会比吊车横向水平惯性力大好几倍。所以应考虑其增大系数。值见表2-14。 表2-14 吊车横向水平荷载增大系数 4.考虑吊车荷载的偏心影响吊车竖向荷载和横向水平荷载T对吊车梁横截面的弯曲中心是偏心的。竖向荷载产生偏心是吊车轨道安装时允许有的误差所引起的。在这两个偏心荷载作用下，吊车梁将处于受扭状态。综上所述，吊车梁是重复受力的双向弯曲的弯、剪、扭构件。2.6.2 吊车梁的选型目前工业厂房中常用的吊车梁，从材料来分有钢筋混凝土、预应力混凝土和钢混凝土组合结构三种；从形式上分有等截面T形和工字形截面吊车梁、鱼腹式吊车梁、折线形吊车梁，拱型吊车梁以及桁架式吊车梁五种。吊车梁的选用应根
14、据吊车的跨度、吨位、工作制以及材料供应、技术条件、工期等因素综合考虑，灵活掌握。根据工程实践经验，可参考下列意见选用： （1）对6m跨以及4m跨的吊车梁，轻，中级工作制起重量30t以内，重级工作制起重量20t以内，可采用钢筋混凝土吊车梁，也可采用预应力混凝土吊车梁；轻、中级工作制起重量大于30t，重级工作制起重量大于20t，应采用预应力混凝土吊车梁。(2)对9m跨的吊车梁，起重量为10t及10t以下，可采用普通钢筋混凝土吊车梁，也可采用预应力混凝土吊车梁；中，重级工作制起重量大于10t，应采用预应力混凝土吊车梁或桁架式吊车梁。(3)对12m和18m跨吊车梁，一般均应采用预应力混凝土吊车梁及桁架
15、式吊车梁。目前正在实行中的全国性和地区性标准图集中，有关吊车梁部分的内容甚多，设计时可根据当地情况，按以上原则进行选用。2.7单层厂房结构设计实例2.7.1设计任务某厂金工车间的等高排架。该金工车间平、立面布置如图2-53所示。柱距除端部为，其余均为，跨度；每跨设有两台吊车，吊车工作制级别为级，轨顶标高为，吊车起重量左右跨相同，具体见表2-15。外墙无连系梁，墙厚,每开间侧窗面积，钢窗，无天窗。屋面做法：绿豆砂保护层二毡三油放水层20厚水泥砂浆找平层80厚泡沫砼保温层预应力砼大型屋面板 图2-532.7.2设计参考资料1. 1. 1. 荷载分组表： 表 2-15 荷载分组 分组一组基本雪压基本风压吊车起重
