单层厂房排架结构(ppt)

第2章单层厂房排架结构●2.1概述●2.1.1排架结构●2.1.2刚架结构●2.2排架结构的组成与布置●2.2.1排架结构的组成●2.2.2排架结构的布置●2.3排架结构的构件选型●2.3.1屋盖构件●2.3.2吊车梁及柱●2.3.3圈梁、连系梁及基础梁●2.3.4基础●2.4排架结构的内力分析与内力组合●2.4.1计算简图●2.4.2荷载计算●2.4.3内力分析●2.4.4内力组合●2.5排架柱的设计●2.5.1柱的计算长度●2.5.2柱的吊装验算●2.5.3牛腿设计●2.5.4预埋件设计●2.6柱下单独基础设计●2.6.1轴心受压基础●2.6.2偏心受压基础●2.6.3基础的构造要求●2.7厂房的支撑系统及构造简述●2.7.1屋盖支撑●2.7.2柱间支撑●2.8钢筋混凝土屋架设计与构造●2.8.1钢筋混凝土屋架设计要点●2.8.2节点构造●2.8.3屋架翻身扶直与吊装的验算●2.9排架设计中的常见问题及分析●2.9.1纵向柱距不等的排架内力分析●2.9.2吊车梁反力差引起的纵向力矩My●2.10轻型钢结构屋盖单层厂房设计●2.10.1轻型钢结构屋架的形式●2.10.2轻型钢结构屋架的设计计算特点●2.11思考题●2.12习题●2.1概述单层厂房具有形成高大的使用空间，容易满足生产工艺流程要求，内部交通运输组织方便，有利于较重生产设备和产品放置，可实现厂房建筑构配件生产工业化以及现场施工机械化等特点。因此，单层厂房在冶金、机械制造、电机制造、化工以及纺织等工业建筑中得到广泛的应用。钢筋混凝土单层厂房的常用结构形式有排架结构(如图2.1所示)和刚架结构(如图2.2所示)。●2.1.1排架结构排架结构由屋架或屋面梁、柱和基础组成。通常，排架柱与屋架或屋面梁为铰接，而与其下基础为刚结。按照厂房的生产工艺和使用要求不同，排架结构可设计为单跨或多跨、等高或不等高等多种形式，如图2.1(a)、图2.1(b)和图2.1(c)所示。在单层厂房设计中，对于跨度较大以及对相邻厂房有较大干扰的车间，应采用单跨厂房；对于跨度较小且生产工艺和使用要求相同或相近的一些车间，可组合成一个多跨厂房。多跨厂房有利于提高厂房结构的横向刚度，减少柱的截面尺寸，节省材料，提高土地利用率，减少公共设施及工程管道等。但多跨厂房需设置天窗等解决通风和采光问题。单层多跨厂房一般应设计成等高厂房，以使结构受力明确，设计和计算简单；构件种类规格少，施工方便。但当生产工艺要求的相邻跨高差较大时，则应设计成不等高厂房。单层厂房中的排架结构，根据其所用材料不同，分为钢筋混凝土—砖排架、钢筋混凝土排架和钢—钢筋混凝土排架。钢筋混凝土—砖排架由钢筋混凝土屋架或屋面梁、烧结普通砖柱和基础组成。其承载能力和抗震性能均较低，故一般用于跨度不大于15m。柱顶标高不大于6.6m、无吊车或吊车起重量小于5t的中小型工业厂房。钢筋混凝土排架由钢筋混凝土的屋架或屋面梁、柱及基础组成。由于其具有较高的承载能力和较好的抗震性能，因此，可用于跨度不大于36m、檐高不大于20m、吊车起重量不超过200t的大型工业厂房。钢—钢筋混凝土排架由钢屋架、钢筋混凝土柱和基础组成。其承载能力和抗震性能较钢筋混凝土排架好，可用于跨度大于36m、吊车起重量超过250t的重型工业厂房。●2.1.2刚架结构刚架结构通常由钢筋混凝土的横梁、柱和基础组成。刚架柱与横梁为刚接，与基础常为铰接。刚架结构按横梁形式的不同，分为折线形门式刚架(如图2.2(a)、(b)所示)和拱形门式刚架(如图2.2(c)所示)。钢筋混凝土门式刚架的顶节点做成铰接时，称为三铰门式刚架，如图2.2(a)所示；当其顶节点做成刚结时，称为两铰门式刚架(如图2.2(b)和图2.2(c)所示)。刚架结构的优点是梁柱整体结合，构件种类少，制作简单，跨度和高度较小时比钢筋混凝土排架结构节省材料。但其缺点是梁柱转折处因弯矩较大而容易产生裂缝；同时，刚架柱在横梁的推力作用下，将产生相对位移，使厂房的跨度发生变化。因此，刚架结构在有较大起重量的吊车厂房中的应用受到了一定的限制。目前，刚架结构一般仅适用于无吊车或吊车起重量不大于10t、跨度不大于18m的中小型厂房或仓库等建筑。本章主要介绍单层装配式钢筋混凝土排架结构厂房。●2.2排架结构的组成与布置单层装配式钢筋混凝土排架结构厂房通常由如图2.3所示的各种不同结构构件连接而成的，可分为屋盖结构、横向平面排架、纵向平面排架和围护结构四大部分。●2.2.1排架结构的组成1.屋盖结构屋盖结构分为无檩体系和有檩体系。无檩体系由大型屋面板、屋架或屋面梁、屋盖支撑组成。有檩体系由小型屋面板、檩条、屋架或屋面梁、屋盖支撑组成。有檩体系，因其刚度小整体性差，故仅适用于中小型厂房。为满足厂房内通风和采光需要，屋盖结构中有时还需设置天窗架(其上也有屋面板)及天窗架支撑。当生产工艺或使用上要求抽柱时，则需在抽柱的屋架下设置托架。1)屋面板屋面板支承在檩条或屋架(屋面梁)或天窗架上，直接承受施加在其上的屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载及风荷载等，并把它们传给其下的支承构件。2)天窗架天窗架支承在屋架上，承受其上屋面板及天窗传来的荷载，并把它们传给屋架。3)檩条檩条支承在屋架(屋面梁)上，承受屋面板传来的荷载，并将其传给屋架。檩条同时起着增强屋盖总体刚度的作用。4)屋架和屋面梁屋架或屋面梁一般直接支承在排架柱上，承受大型屋面板或檩条、天窗架及悬挂吊车等传来的全部屋盖荷载，并将其传至排架柱顶。5)托架托架支承在相邻柱上，承受其上屋架传来的荷载，并传给支承柱。屋盖结构除起承力作用外，还起着围护作用。2.横向平面排架横向平面排架由横向平面内一系列排架柱(简称横向柱列)、屋架或屋面梁(统称横梁)和基础组成(如图2.4所示)。厂房结构受到的竖向荷载(结构自重、屋盖可变荷载、吊车竖向荷载等)和横向水平荷载(横向风荷载、吊车横向水平荷载等)主要由横向平面排架承受，并通过它传给基础及地基。横向平面排架是厂房的基本承力结构，必须进行设计计算，以确保其可靠性。3.纵向平面排架纵向平面排架由纵向柱列、连系梁、吊车梁、柱间支撑及基础等组成(如图2.5所示)。其作用是保证厂房结构的纵向刚度和稳定性，承受厂房结构受到的纵向水平荷载(山墙传来的纵向风荷载、吊车纵向水平荷载等)，并把其传给基础。通常，纵向平面排架承担的荷载较小，纵向柱子又较多，再加上柱间支撑的加强，因而纵向平面排架的刚度较大，而内力较小，一般可不进行计算，仅采用构造措施即可。但当纵向柱子小于7根或需要考虑地震作用时，就要进行纵向平面排架的计算。4.围护结构围护结构由纵墙、横墙(山墙)、圈梁、基础梁、抗风柱等组成。这些构件主要承受自重或墙重以及作用在墙面上的风荷载。纵墙和横墙一般为自承重砌体墙，大型厂房也可采用预制墙板。厂房结构受到的风荷载主要由墙体传给柱子。抗风柱承受厂房端横墙(山墙)传来的风荷载，并将其传给屋盖结构和基础。单层厂房的排架结构就是由屋盖结构、横向平面排架、纵向平面排架、围护结构四部分构成的整体空间受力结构，是由以上四部分构成的整体空间受力结构。5.结构设计的主要工作在单层厂房结构设计中，屋面板、屋架或屋面梁、吊车梁、连系梁、柱及基础等组成构件都有相应的标准图或通用图供设计时选用。但柱和基础往往需要根据工程的实际情况进行设计计算。因此，厂房结构选型之后，结构设计的主要工作是：(1)进行结构布置。(2)选用标准构件。(3)分析排架内力。(4)计算柱和基础配筋。(5)绘制结构构件布置图。(6)绘制柱和基础施工图。●2.2.2排架结构的布置1.柱网布置在厂房的结构平面布置中，需根据生产工艺和使用要求，确定厂房承重柱的纵向定位轴线(跨度)和横向定位轴线(柱距)。通常把柱的定位轴线在平面上形成的网格称为柱网。柱网布置既是确定柱的位置，也是确定屋面板、屋架或屋面梁和吊车梁等构件的跨度，同时涉及到其他结构构件的布置。柱网布置直接关系到厂房的经济合理性和先进性，因此是厂房结构设计的重要工作。为了便于厂房结构设计、构件生产和施工建造，柱网尺寸应符合厂房建筑统一化基本规则。当厂房跨度不大于18m时，厂房柱距应采用3m的倍数；当厂房跨度大于18m时，厂房柱距应采用6m的倍数。厂房柱距一般采用6m或6m的倍数时(如图2.6所示)。从技术和经济角度分析比较，确有明显的优越性时，也可采用21m、27m或33m的跨度和9m或其他柱距。2.变形缝的设置变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。1)伸缩缝如果厂房的长度或宽度过大，当气温变化时，厂房结构地上部分热胀冷缩大，而地下部分受温度变化影响小，基本上不产生温度变形。这样，厂房上部结构的伸缩受到限制，结构内部产生温度应力。当温度应力较大时，可使屋面、墙体等开裂，影响厂房的正常使用。为了减少温度变化对厂房的不利影响，需要沿厂房的横向或纵向设置伸缩缝，将厂房结构分成若干个温度区段。温度区段的划分应尽可能简单规整，并应使伸缩缝的数量最少。温度区段的长度(伸缩缝之间的距离)与结构类型及其所处的环境条件有关。《混凝土结构设计规范》规定，装配式钢筋混凝土排架结构的伸缩缝最大间距，在室内或土中时为100m；在露天时为70m。对于下列情况，伸缩缝的最大间距宜适当减小：(1)从基础顶面算起柱高低于8m。(2)屋面无保温隔热措施；(3)经常处于高温作用或位于气温干燥地区、夏季炎热且暴雨频繁的地区。厂房的横向伸缩缝应从基础顶面开始，将相邻两个温度区段的上部结构构件全部分开；伸缩缝处采用双柱、双屋架(屋面梁)，纵墙和各构件间留出一定宽度的缝隙(如图2.7(a)所示)，以使上部结构在温度变化时，沿纵向可自由地变形，不致引起厂房开裂。对厂房的纵向伸缩缝，一般做法是将伸缩缝一侧的屋架或屋面梁用滚轴式支座与柱相连(如图2.7(b)所示)。2)沉降缝如果单层厂房相邻两部分高度差很大(10m以上)、两跨间吊车起重量相差较大、地基承载力或土的压缩性有较大的差异、厂房各部分的施工时间先后相差较长时，可考虑设置沉降缝。沉降缝应将厂房从屋顶至基础完全分开，以使缝两侧结构发生不同沉降时不致影响厂房的使用功能。沉降缝可兼起伸缩缝的作用。3)防震缝地震区的单层厂房为减轻震害，应考虑设置防震缝。当厂房的建筑平面、立面复杂或结构相邻部分的刚度、高度相差较大时，需采用防震缝将其分开。防震缝从基础顶面开始沿厂房全高设置，其宽度需符合一定的要求，以避免地震时相邻部分互相碰撞，导致厂房破坏。地震区厂房中设置的伸缩缝或沉降缝均应符合防震缝的要求。3.厂房高度的确定厂房高度是指屋面梁底面或屋架下弦底面的标高及吊车轨顶标高(如图2.8所示)。这两个标高是厂房结构设计中重要的参数，应根据生产工艺和使用要求确定，同时要符合建筑模数的规定。对无吊车的单层厂房，屋面梁底标高H根据生产设备高度和生产使用、检修所需的高度确定。对设有吊车的单层厂房，屋面梁底标高H由生产设备高度和吊车起吊运行所需的高度确定。可按下列公式计算，并取两者中的较大值，即(2-1)或这里，h1为最高设备的高度；h2为超越设备的安全高度，一般应不小于500mm；h3为最高吊物高度；h4为吊索最小高度；、h5、h6分别为吊车底、顶至吊车轨顶高度，可根据吊车规格查得；h7为吊车行驶安全高度，一般不小于220mm；h8为操纵室底至吊车底高度，由吊车规格查得。1234567Hhhhhhhh128567Hhhhhhh(2-2)吊车轨顶标高由屋面梁底标高或屋架下弦底标高减去和得到。柱的牛腿顶面标高为吊车轨顶标高减去吊车轨道连接高度和吊车梁端高度。确定厂房高度时，考虑建筑模数的要求，屋面梁底标高应为300mm的倍数；柱的牛腿顶面标高应为300mm的倍数；吊车轨顶标高应为600mm的倍数。为满足以上要求，允许吊车轨顶实际设计标高与工艺要求的标志高度相差±200mm。●2.3排架结构的构件选型单层装配式钢筋混凝土排架结构厂房中的屋面板、屋架或屋面梁、吊车梁等构件，应根据厂房的柱网尺寸、高度、吊车起重量和承受的荷载等实际情况，并考虑当地材料供应和施工条件，经过技术和经济的比较，按标