混凝土单层厂房结构设计

2．单层厂房结构设计第2章单层厂房结构设计2．单层厂房结构设计结构的类型和结构体系结构组成及荷载传递结构布置构件选型与截面尺寸确定排架结构内力分析柱的设计柱下独立基础设计主要内容：横向排架结构内力分析柱的设计柱下独立基础设计难点：钢筋混凝土屋架设计要点吊车梁设计要点2．单层厂房结构设计2.1结构的类型和体系2.1结构类型和结构体系TypesandSystemsoftheStructures工业厂房由于生产性质、工艺流程、机械设备和产品的不同，按层数分类，可分为：单层厂房多层厂房如精密仪表、电子、食品等工业如冶金或机械厂的炼钢、轧钢、铸造、锻压、金工、装配等车间，一般因设有大型机器或设备，产品较重且轮廓尺寸较大，故宜直接在地面上生产而设计成单层厂房————2．单层厂房结构设计2．单层厂房结构设计2．单层厂房结构设计2．单层厂房结构设计2．单层厂房结构设计单层厂房依据其跨度、高度和吊车起重量等因素进行分类，可分为：2.1结构的类型和体系混合结构：钢筋混凝土结构：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2．单层厂房结构设计2.1结构的类型和体系按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构排架结构门式刚架结构2．单层厂房结构设计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）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2.2结构组成及荷载传递2.2结构组成及荷载传递StructuralConstitutionandLoadDeliverance2．单层厂房结构设计2.2结构组成及荷载传递2.2.1结构组成StructuralConstitution1屋盖结构组成：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）作用：围护、承重、采光和通风适用性：2．单层厂房结构设计无檩体系有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2.2结构组成及荷载传递2．单层厂房结构设计2纵、横向平面排架2.2结构组成及荷载传递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2．单层厂房结构设计2.2结构组成及荷载传递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纵向平面排架组成及荷载图2．单层厂房结构设计3围护结构2.2结构组成及荷载传递位于厂房的四周，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2．单层厂房结构设计2.2.2荷载传递LoadDeliverance2.2结构组成及荷载传递屋面荷载屋面板屋架柱基础天窗架吊车梁连系梁吊车竖向荷载纵墙基础梁2．单层厂房结构设计吊车横向水平荷载横向风荷载横向地震作用吊车梁天窗架屋架屋面板纵墙柱基础通过横向排架2.2结构组成及荷载传递2．单层厂房结构设计吊车纵向水平荷载纵向风荷载纵向地震作用吊车梁天窗架屋盖及屋盖支撑天窗端壁纵墙柱基础通过纵向排架山墙2.2结构组成及荷载传递2．单层厂房结构设计2.3结构布置2.3结构布置ArrangementoftheStructures2.3.1厂房平面布置StructuralPlaneArrangementofWorkshops2.3.2支撑布置ArrangementofBracings2.3.3围护结构布置ArrangementofSurroundingStructures2．单层厂房结构设计2.3结构布置2.3.1厂房平面布置StructuralPlaneArrangementofWorkshops1柱网布置柱网是竖向承重构件纵向和横向定位轴线所形成的网格。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。2．单层厂房结构设计厂房跨度≤18m，采用3m模数，即9m、12m、15m、18m；跨度18米采用6米模数，即24m、30m、36m。柱距采用6m，较经济2.3结构布置2．单层厂房结构设计在厂房端部横向定位轴线与山墙内边缘重合,将山墙内侧第一排柱中心内移500mm；伸缩缝两边的中心线向两边移动500mm.2.3结构布置2．单层厂房结构设计2变形缝2.3结构布置变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。1）伸缩缝(temperaturegap)结构体系很长时，温度应力过大。通过设置伸缩缝来解决。最大伸缩缝间距：处于室内或土中100M处于露天时70M2）沉降缝（settlementgap）:解决不均匀沉降问题。3）防震缝（Seismicgap）:当建筑物平面、立面复杂，结构高度或刚度相差很大时。2．单层厂房结构设计2.3.2支撑布置ArrangementofBracings2.3结构布置单层厂房支撑屋盖支撑柱间支撑1屋盖支撑屋盖支撑包括屋架上、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和纵向水平系杆、天窗架支撑。2．单层厂房结构设计2.3结构布置⑴上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。布置原则：2．单层厂房结构设计（2）下弦横向水平支撑2.3结构布置构成：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。布置原则：2．单层厂房结构设计（3）纵向水平支撑构成：由交叉角钢、直杆和屋架下弦第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。2.3结构布置布置原则：2．单层厂房结构设计（4）垂直支撑和水平系杆2.3结构布置构成：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18--30m、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。1）垂直支撑2．单层厂房结构设计2.3结构布置2．单层厂房结构设计2）水平系杆2.3结构布置构成：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，应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。2．单层厂房结构设计（5）天窗架支撑2.3结构布置构成：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。2．单层厂房结构设计2.3结构布置天窗架支撑布置2．单层厂房结构设计2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2.3结构布置2．单层厂房结构设计分类：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2.3结构布置2．单层厂房结构设计布置：当设有A6--A8的吊车，或A1--A5的吊车起重量≥10t时或厂房跨度≥18m，或柱高≥8m时或厂房每列纵向柱总数7根时或设有3t以上的悬挂吊车时或露天吊车栈桥的柱列，应设置柱间支撑。上柱柱间支撑设置：一般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。下柱柱间支撑设置：在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应的位置。2.3结构布置2．单层厂房结构设计优点：纵向水平荷载作用下传力路线较短；厂房两端的温度伸缩变形较小；厂房纵向构件的伸缩受柱间支撑的约束较小，所引起的结构温度应力也较小。柱间支撑与伸缩变形的关系2.3结构布置2．单层厂房结构设计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。抗风柱与屋架之间一般采用竖向可以移动、水平方向又有较大刚度的弹簧板连接；如厂房沉降量较大时，宜采用槽形孔螺栓连接。⑴抗风柱抗风柱与屋架上、下弦连接构造2.3结构布置2.3.3围护结构布置ArrangementofSurroundingStructures2．单层厂房结构设计⑵圈梁、连系梁、过梁和基础梁圈梁是设置于墙体内并与柱子连接的现浇钢筋混凝土构件，其作用是将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大的振动荷载对厂房产生不利影响。连系梁除承受墙体荷载外，还具有连系纵向柱列、增强厂房的纵向刚度、传递纵向水平荷载的作用。当墙体开有门窗洞口时，需设置钢筋混凝土过梁，以支承洞口上部墙体的重量。在进行围护结构布置时，应尽可能地将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一种梁能兼作两种或三种梁的作用，以简化构造，节约材料，方便施工。在单层厂房中，一般采用基础梁来承托围护墙体的重量，并将其传至柱基础顶面，而不另做墙基础，以使墙体和柱的沉降变形一致。2.3结构布置2．单层厂房结构设计单层厂房结构的主要构件有屋盖结构构件、支撑、吊车梁、墙板、连系梁、基础梁、柱和基础等。2.4构件选型与截面尺寸确定2.4构件选型与截面尺寸确定SelectionofMemberTypesandEstimationofTheirSectionDimensions2．单层厂房结构设计适用：保温或不保温卷材防水屋面，屋面坡度不应大于1/5。2.4.1屋盖结构构件MembersofRoofStructures1、屋面板2.4构件选型与截面尺寸确定无檩体系屋盖常采用预应力混凝土大型屋面板其他形式屋面板：有檩体系屋盖常采用预应力混凝土槽瓦、波形大瓦等小型屋面板。2．单层厂房结构设计并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。2、檩条2