第九章工业建筑

第九章工业建筑本章内容提要工业建筑是建筑的重要组成部分，与民用建筑一样具有建筑的共同性，但其主要是满足工业生产的需要，因此在建筑空间、建筑结构、建筑设备等方面具有自己的特点，生产工艺决定厂房的结构形式和平面布置。单层厂房的结构类型有钢筋混凝土排架结构和刚架结构。通常由横向排架、纵向联系构件、支撑系统组成了厂房的承重骨架；围护结构包括外墙、屋面、天窗等；厂房的起重运输设备有悬挂吊车、梁式吊车、桥式吊车和悬臂吊车等。单层厂房的定位轴线分为横向定位轴线和纵向定位轴线。纵、横向定位轴线在平面上形成有规律的网格称为柱网，柱网尺寸的确定实际上就是确定厂房的跨度和柱距，定位轴线的定位是以柱网布置为基础，是设备安装及施工放线的依据。单层厂房的屋面与民用建筑相比，面积大，开设有天窗，并且要满足不同生产条件的要求。厂房屋面的排水和防水是厂房屋面构造的主要问题；在大跨度和多跨度单层厂房中，仅靠侧窗不能满足自然采光和通风的要求，常在屋面上设置天窗，按其在屋面的位置不同分为上凸式天窗、下沉式天窗和平天窗。轻钢结构是在普通钢结构的基础上发展起来的一种新型结构形式，它包括所有轻型屋盖下采用的钢结构。单层轻钢结构厂房一般采用门式刚架为承重结构，其上设檩条、轻型屋面板，柱外侧有轻质墙架，柱内侧可设吊车梁。学习目标要求1．了解工业建筑的特点和类型2．掌握单层厂房的结构类型和组成3．掌握单层厂房定位轴线的布置原则4．了解单层厂房常用的起重运输设备5．掌握屋面排水方案及主要节点构造6．了解天窗类型及常用天窗组成及构造7．掌握轻钢结构厂房的结构组成及构造要求学习重点和难点本章学习重点：单层厂房的结构组成和类型；定位轴线的布置；屋面排水方案及主要节点构造；轻钢结构厂房的结构组成。学习难点：构件之间的连接及构造要求。第一节工业建筑概述一、工业建筑的特点1．生产工艺决定厂房的结构形式和平面布置2．内部空间大3．厂房屋顶面积大，构造复杂4．荷载大5．需满足生产工艺的某些特殊要求二、工业建筑的分类在建筑设计中通常按厂房的用途、层数、生产状况等方面进行分类。1．按用途分（1）主要生产厂房（2）辅助生产车间（3）动力厂房（4）储藏用建筑（5）运输用建筑（6）其他2．按层数分（1）单层厂房（2）多层厂房（3）混合层数厂房3．按生产状况分（1）热加工车间（2）冷加工车间（3）恒温、恒湿车间（4）有侵蚀性介质作用的车间（5）洁净车间第二节单层工业厂房的结构组成与类型一、单层厂房的结构组成1．横向排架：由基础、柱、屋架组成。厂房结构承受的纵向荷载（结构自重、屋面荷载、雪载和吊车竖向荷载等）及横向水平荷载（风载和吊车横向制动力、地震力）主要通过横向排架传至基础和地基，如图9-5所示。图9-5横向排架示意图（1）基础基础的类型1）独立基础杯形基础,薄壳基础和板肋基础,见图9-62）条形基础,见图9-73）桩基础,见图9-8图9-6独立基础a）杯形基础b）薄壳基础c）板肋基础图9-7条形基础图9-8桩基础（2）柱1）厂房中的柱由柱身（又分为上柱和下柱）、牛腿及柱上预埋件组成。2）柱的类型按材料可分为钢筋混凝土柱、钢柱、砖柱等按截面形式可分为单肢柱、双肢柱等单肢柱的截面形式有矩形、工字形及空心管柱等；双肢柱的截面形式有平腹杆柱、斜腹杆柱、双肢管柱等。如图9-9所示。图9-9柱子的类型3）柱的预埋件是指预先埋设在柱身上与其它构件连接用的各种铁件（如钢板、螺栓及锚拉钢筋等），这些铁件的设置与柱的位置及柱与其它构件的连接方式有关，在进行柱的设计及施工时，应根据具体情况将这些铁件准确无误地埋在柱上。预埋件的位置及作用如图9-10所示。图9-10柱的预埋件注1．M—1与屋架连接用埋件2．M—2、M—3与吊车梁连接用埋件3．M—4、M—5与柱间支撑连接用埋件（3）屋架（或屋面梁）1）屋架的类型：按材料分为混凝土屋架和钢屋架两类；按钢筋的受力情况分为预应力和非预应力两种。当厂房跨度较大时采用桁(heng)架式屋架较经济，其外形有三角形、梯形、折线形和拱形四种形式。①三角形屋架屋架的外形如等腰三角形，屋面坡度为1/2～1/5，适用于跨度9m、12m、15m的中、轻型厂房，如图9-11所示。图9-11三角形屋架②梯形屋架屋架的上弦杆件坡度一致，屋面坡度一般为1/10~1/12，适用于跨度为18m、24m、30m的中型厂房，如图9-12所示。图9-12梯形屋架③折型屋架屋架上的弦杆件是由若干段折线形杆件组成。屋面坡度一般为1/5~1/15，适用于15m、18m、24m、36m的中型和重型工业厂房，如图9-13所示。图9-13折型屋架④拱形屋架屋架上的弦杆件是由若干段曲线形杆件组成。屋面坡度一般为1/3~1/30，适用于18m、24m、36m的中、重型工业厂房，如图9-14所示。图9-14拱形屋架2）屋架与柱的连接：屋架与柱的连接方法有焊接和螺栓连接两种。焊接，就是将屋架（或屋面梁）端部支撑部位预埋铁件，吊装前先焊上一块垫板，就位后与柱顶预埋钢板通过焊接连接在一起，如图9-15（a）所示。螺丝连接是在柱顶伸出预埋螺栓，在屋架（或屋面梁）下弦端部预埋铁件，就位前焊上带有缺口的支撑钢板，吊装就位后，用螺母将屋架拧牢，为防止螺母松动，常将螺母与支撑钢板焊牢，如图9-15（b）所示。图9-15屋架与柱的连接a）焊接方式b）螺栓连接方式3）屋架与屋面板的连接每块屋面板的肋部底面均有预埋铁件与屋架（或屋面梁）上弦相应处预埋铁件相互焊接，其焊接点不少于三点，板与板缝隙均用不低于C15细石混凝土填实，如图9-16所示。图9-16屋面板与屋架的连接4）屋架与天沟板的连接天沟板端底部的预埋铁件与屋架上弦的预埋铁件四点焊接，与屋面板间的缝隙加通长钢筋，再用不低于C15混凝土填实，如图9-17所示。图9-17天沟板与屋架的连接5）屋架与檩条的连接檩条与屋架上弦的连接有焊接和螺栓连接两种，如图9-18所示。图9-18檩条与屋架的连接a)檩条b)焊接连接c)螺栓连接6）钢筋混凝土屋面梁主要用于跨度较小的厂房，有单坡和双坡之分，单坡仅用于边跨；截面有T形和工字形两种，因腹板较薄故称其为薄腹梁。2．纵向联系构件纵向联系构件是由吊车梁、基础梁、连系梁、圈梁等组成，与横向排架构成骨架，保证厂房的整体性和稳定性；1）吊车梁吊车梁类型按截面形式分，有等截面的T形、I字形、元宝式吊车梁、等截面鱼腹梁、空腹鱼腹式吊车梁等；按生产制作方式分有非预应力钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土；按材料分有钢筋混凝土吊车梁和钢吊车梁等，如图9-19所示。图9-19a钢筋混凝土吊车梁图9-19b预应力钢筋混凝土吊车梁图9-19c钢吊车梁吊车梁与柱的连接多采用焊接连接的方法。安装前先在吊车梁底焊一块垫板，安装就位后再将垫板与柱子牛腿顶面的预埋件焊牢，以承受吊车的竖向荷载。吊车梁翼缘与上柱内缘的预埋件用角钢或钢板连接牢固，以承受吊车横向水平刹车力。吊车梁的对头空隙、吊车梁与柱间空隙用细石混凝土填实。如图9-20所示。图9-20吊车梁与柱的连接2）基础梁单层厂房采用钢筋混凝土排架结构时，一般厂房将外墙或内墙砌筑在基础梁上，基础梁两端架设在相邻独立基础的顶面，截面形式多采用上宽下窄的梯形截面，图9-21所示。图9-21基础梁与基础的连接①基础梁顶面标高应至少低于室内地坪50mm，高于室外地坪100mm。②基础梁一般直接搁置在基础顶面上，当基础较深时，可采用加垫块、设置高杯口基础或在柱的下部分加设牛腿等措施。③当基础产生沉降时，基础梁底的坚实土将对梁产生反拱作用；寒冻地区土壤冻胀也将对基础梁产生反拱作用，因此在基础梁底部应留有50～100mm的空隙，寒冻地区基础梁底铺设厚度≥300mm的松散材料，如矿渣、干砂，如图9-22所示。基础梁搁置的构造要求：图9-22基础梁防冻措施3）连系梁连系梁是厂房纵向柱列的的水平联系构件，主要用来增强厂房的纵向刚度，并传递风荷载至纵向柱列。有设在墙内与墙外两种，设在墙内的连系梁也称墙梁，有承重和非承重之分。当墙体高度超过一定限度时，砖砌体强度不足以承受其自重，可在墙体上设置连系梁，以承受其上部墙体的重量，并将该部分墙重通过连系梁传给柱子，这种连系梁称为承重连系梁（或墙梁），它与柱的连接需要有可靠的传力性能。承重连系梁一般为预制，搁置在牛腿柱上，采用螺栓连接或焊接连接。非承重连系梁的主要作用是在减少砖墙的计算高度，以满足其允许高厚比，同时承受墙上的水平荷载。非承重墙连系梁一般采用现浇，它与柱之间用钢筋拉接，只传递水平力而不传递竖向力，它将上部墙体的重量传给下部墙体，由墙下基础梁承受，如图9-23所示。图9-23连系梁与柱连接a）连系梁截面形式及尺寸b）连系梁与柱的连接4）圈梁圈梁是沿厂房外纵墙、山墙在墙内设置的连续封闭梁。圈梁的位置通常在柱顶设一道、吊车梁附近增设一道、如果厂房高度过高可考虑增设多道圈梁，并尽量兼做窗过梁。圈梁截面一般为矩形或L形。圈梁应与柱子伸出的预埋筋进行连接，如图9-24所示。图9-24圈梁与柱连接3．支撑系统与抗风柱（1）支撑系统单层厂房的支撑系统包括柱间支撑和屋盖支撑两大部分。其作用是加强厂房结构的空间刚度，保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全；承受并传递水平风荷载、纵向地震力以及吊车制动时的冲击力。1）柱间支撑一般设在厂房变形缝的区段中部，其作用是承受山墙抗风柱传来的水平荷载和吊车产生的水平制动力，并传递给基础，以加强纵向柱列的整体刚性和稳定性，是必须设置的一种支撑。柱间支撑宜采用型钢制成钢构件，如图9-25所示图9-25柱间支撑一般设在屋盖之间，其作用是保证屋架上下弦杆件在受力后的稳定，并保证将山墙传来的风荷载的传递。它包括水平支撑和垂直支撑两部分。①水平支撑一般布置在房架的上下弦杆之间，沿厂房横向或纵向布置。水平支撑有屋架上弦支撑、屋架下弦支撑、纵向水平支撑、纵向水平系杆等，如图9-26所示。②垂直支撑是设置在屋架间的一种竖向支撑，它主要是保证屋架或屋面梁安装和使用的侧向稳定，并能提高厂房的整体刚度，如图9-26c)所示。2）屋盖支撑图9-26屋盖支撑（2）抗风柱在单层工业厂房的山墙处应设置抗风柱以增加端部墙体的整体刚度和稳定性。抗风柱的布置原则有两点：一是在柱的选型上一般与排架柱同类型；二是在不影响厂房端部开门的情况下抗风柱的间距取4．5～6m。抗风柱截面形式常为矩形，尺寸常为400mm×600mm或400mm×800mm。抗风柱与屋架的连接多为铰接，在构造处理上必须满足以下要求：一是水平方向应有可靠的连接，以保证有效地传递风荷载；二是在竖向应使屋架与抗风柱之间有一定的相对竖向位移的可能性，以防抗风柱与厂房沉降不均匀时屋盖的竖向荷载传给抗风柱，对屋盖结构产生不利影响。因此屋架与抗风柱之间一般采用弹簧钢板连接。4．围护结构（1）外墙单层厂房的外墙必须具有足够的刚度和稳定性。单层厂房外墙按承重方式不同分为承重墙、承自重墙和框架墙。承重墙一般用于中、小型厂房，其构造与民用建筑构造相似；当厂房跨度和高度较大，或厂房内起重运输设备吨位较大时，通常由钢筋混凝土排架柱来承受屋盖和起重运输荷载，外墙只承受自重起围护作用，这种墙称为承自重墙；某些高大厂房的墙体往往分成几段砌筑在墙梁上，墙梁支承在排架柱上，这种墙称为框架墙。承自重墙和框架墙是厂房外墙的主要形式。根据墙体材料不同，厂房外墙又可分为砌块墙、板材墙和轻质板材墙。（2）屋盖结构屋盖结构分为有檩体系和无檩体系两种。有檩屋盖由小型屋面板、槽板、檩条、屋架或屋面梁、屋盖支撑系统组成。其整体刚度较差，只适用于一般中、小型的厂房。无檩屋盖由大型屋面板、屋面梁或屋架等组成，其整体刚度较大，适用于各种类型的厂房。一般屋盖的组成有：屋面板、屋面架（屋面梁）、屋架支撑、天窗架、檐沟板等组成。二、单层厂房的结构类型1．排架结构排架结构是目前单层厂房中最基本的、最普遍的结构形式，柱与屋架（屋面梁）铰接，柱与基础刚接，如图9-27、28所示。屋架、柱子、基础组成了厂房的横向排架，连系梁、吊车梁、基础