建筑結(jié)構(gòu) 第七章 鋼筋混凝土單層廠房(老師課用)

1、 建筑結(jié)構(gòu)第七章 鋼筋混凝土單層廠房 本 章 內(nèi) 容7.1 單層廠房的結(jié)構(gòu)組成及受力特點7.2 單層廠房的結(jié)構(gòu)布置7.2 單層廠房的支撐體系7.3 主要構(gòu)件的類型及與柱的連接一、單層廠房特點根據(jù)不同使用要求，工業(yè)廠房可設(shè)計為單層廠房和多層廠房。與多層廠房相比較，單層廠房特點：（1）從建筑上講，要求構(gòu)成較大的空間。單層廠房是冶金、機(jī)械等車間的主要型式之一。為了滿足在車間中放置尺寸大、較重型的設(shè)備生產(chǎn)重型產(chǎn)品，要求單層廠房適應(yīng)不同類型生產(chǎn)的需要，構(gòu)成較大的空間。 一、單層廠房特點與多層廠房相比較，單層廠房特點：（2）從結(jié)構(gòu)上講，要求單層廠房的結(jié)構(gòu)構(gòu)件要有足夠的承載能力。由于產(chǎn)品較重且外形尺寸較大。

2、因此作用在單層廠房結(jié)構(gòu)上的荷載、廠房的跨度和高度都往往比較大，并且常受到來自吊車、動力機(jī)械設(shè)備的荷載的作用，要求單層廠房的結(jié)構(gòu)構(gòu)件要有足夠的承載能力。 結(jié)構(gòu)上，單層廠房的特點：跨度大，高度大，構(gòu)件內(nèi)力大，截面尺寸大結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮動荷載的影響柱是承受荷載的主要構(gòu)件基礎(chǔ)受力大，對地質(zhì)勘察的精度要求較高擴(kuò)、改建更加方便能適應(yīng)各種類型的生產(chǎn)，應(yīng)用范圍廣，如：廠房、劇場、會堂、實驗室等按承重結(jié)構(gòu)材料的不同，工業(yè)廠房可分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廠房、鋼結(jié)構(gòu)廠房、混合結(jié)構(gòu)廠房。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)單層廠房按主要承重結(jié)構(gòu)形式分為排架結(jié)構(gòu)和剛架結(jié)構(gòu)，如圖9.1所示。排架結(jié)構(gòu)由屋架（或屋面梁）、柱、基礎(chǔ)組成，其中柱與基礎(chǔ)剛接

3、，而屋架（或屋面梁）與柱鉸接。 二、單層廠房的結(jié)構(gòu)組成 剛架結(jié)構(gòu)是指梁或屋架與柱剛性連接的結(jié)構(gòu)。常用的剛架結(jié)構(gòu)有鋼筋混凝土門式剛架結(jié)構(gòu)、鋼框架結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架。 圖9.1鋼筋混凝土單層廠房結(jié)構(gòu)的基本類型 常用的剛架是門式剛架三鉸剛架靜定結(jié)構(gòu)地基發(fā)生不均勻沉降時，無附加應(yīng)力結(jié)構(gòu)剛度較小常用的剛架是門式剛架兩鉸剛架一次超靜定結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)剛度較大門式剛架7.1.2、單層廠房排架結(jié)構(gòu)的組成鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)單層廠房通常由屋面板、屋架（或屋面梁）、吊車梁、連系梁、柱和基礎(chǔ)等構(gòu)件組成。視屏鋼結(jié)構(gòu)廠房！其中，橫向柱列、屋架（或屋面梁）、柱基等構(gòu)件組成橫向承重體系，稱為橫向排架；縱向柱列、吊車梁、連系梁、柱

4、間支撐、柱基等構(gòu)件組成縱向承重體系，稱為縱向排架。（書本220頁） (1)屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)由以下構(gòu)件組成：屋面板、天窗架、屋架（或屋面梁）、托架。屋蓋結(jié)構(gòu)分為有檁體系和無檁體系兩種。大型屋面板直接支承（焊接）在屋架或屋面梁上稱為無檁體系，而小型屋面板（瓦材）支承在檁條上，檁條又支承在屋架上，稱為有檁體系。屋蓋的主要作用是承受屋面荷載、雪荷載、積灰荷載、自重等荷載，并將這些荷載傳給柱。(2)橫向排架橫向排架是主要承重結(jié)構(gòu)，主要承受豎向荷載（結(jié)構(gòu)自重、屋面活荷載、豎向吊車荷載等）和橫向水平力（風(fēng)荷載、吊車橫向制動力、地震作用），如圖9.3。(3)縱向排架縱向排架一方面承受著縱向水平荷載（屋蓋結(jié)構(gòu)傳

5、來縱向風(fēng)荷載、吊車縱向制動力、縱向水平地震力等），另一方面還起著保證結(jié)構(gòu)縱向剛度和穩(wěn)定的作用，如圖9.4。(4)吊車梁主要承受吊車荷載（包括豎向荷載、橫向和縱向水平荷載），并通過牛腿把它傳給橫向排架或縱向排架，同時起著連系縱向柱列的作用。(5)支撐包括柱間支撐和屋蓋支撐，其主要作用是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的空間剛度和穩(wěn)定性，同時傳遞風(fēng)荷載、吊車縱向水平荷載。(6)連系梁、基礎(chǔ)梁和抗風(fēng)柱連系梁和基礎(chǔ)梁一方面承受外墻的荷載，另一方面也起著形成縱向排架的作用。設(shè)置在山墻的抗風(fēng)柱主要作用是將山墻上的風(fēng)荷載傳遞給屋蓋和基礎(chǔ)。(7)基礎(chǔ)基礎(chǔ)承受排架以及基礎(chǔ)梁傳來的荷載，并將這些荷載傳給地基。單層廠房所受的荷載及其傳遞路

6、線如圖9.5。圖9.2鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)單層廠房圖9.3單層廠房橫向平面排架及其荷載示意圖圖9.4縱向平面排架結(jié)構(gòu)示意圖圖9.5單層廠房的荷載傳遞路線 7.2 單層廠房結(jié)構(gòu)布置 廠房結(jié)構(gòu)主要尺寸和標(biāo)高符合廠房建筑模數(shù)規(guī)定，以100mm為基本單位，用“M”表示 1、柱網(wǎng)布置 柱網(wǎng)：縱、橫向定位軸線在平面上排列形成的網(wǎng)格 A、柱網(wǎng)布置原則 B 、定位軸線確定1、柱網(wǎng)布置 A、 柱網(wǎng)布置原則 確定廠房跨度和柱距，原則： 符合生產(chǎn)工藝、正常使用的要求 建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理 結(jié)構(gòu)形式和施工方法先進(jìn)、合理 符合廠房建筑模數(shù)統(tǒng)一化基本原則 廠房建筑摸數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)（GBJ6-86） 適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展和技術(shù)革新的要求1、

7、柱網(wǎng)布置B、定位軸線確定定位軸線距離與主要構(gòu)件標(biāo)志尺寸一致， 符合建筑模數(shù)柱網(wǎng)模數(shù)A、跨度：當(dāng)L 18m，采用擴(kuò)大模數(shù)30M數(shù)列 當(dāng)L 18m，采用擴(kuò)大模數(shù)60M數(shù)列B、柱距： 排架柱柱距采用60M數(shù)列， 抗風(fēng)柱柱距 采用15M數(shù)列1、柱網(wǎng)布置A 定位軸線 橫向定位軸線：確定柱距 一般通過柱截面幾何中心，有例外橫向定位軸線山墻內(nèi)第一排柱中心內(nèi)移600mm例外：山墻內(nèi)第一排柱中心內(nèi)移600mm ， 端部橫向定位軸線與山墻內(nèi)邊緣重合縱向定位軸線：確定跨度 一般通過縱墻內(nèi)緣(或排架柱外緣)縱向定位軸線2、變形縫 伸縮縫、沉降縫、防震縫，三縫合一縱向伸縮縫采用縱向軸線雙柱做法3、廠房高度和跨度 廠房高

8、度 室內(nèi)地面至柱頂?shù)木嚯x，采用3M數(shù)列 室內(nèi)地面至牛腿面高度，采用3M數(shù)列 高度在7.2m以上時，宜采用7.8m、8.4m、 9.0m、9.6m剖面布置：A、 牛腿頂面標(biāo)高 = 吊車軌頂標(biāo)高（標(biāo)志標(biāo)高）- 吊車梁端部高度 - 吊車軌道聯(lián)結(jié)高度B 、柱頂標(biāo)高 = 軌頂標(biāo)高（實際標(biāo)高）+ 軌頂至小車頂高度+安全高度（220mm） 3、廠房高度和跨度廠房高度三、支撐布置支撐體系：聯(lián)系屋架、柱等主要構(gòu)件使之構(gòu)成整體分類： 屋蓋支撐 柱間支撐作用：保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定與正常工作增強(qiáng)廠房的整體穩(wěn)定性和空間剛度把有些水平荷載傳遞到主要承重構(gòu)件為屋架弦桿提供側(cè)向支撐點，減少計算長度具體布置方法、構(gòu)造細(xì)節(jié)參閱有關(guān)

9、標(biāo)準(zhǔn)圖集7.3 單層廠房的支撐體系在裝配式單層廠房結(jié)構(gòu)中，支撐不是主要承重構(gòu)件，但卻是聯(lián)系各主要承重構(gòu)件以構(gòu)成整體廠房空間結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對廠房的剛度和穩(wěn)定性起著很重要的作用。 支撐的作用是：使廠房形成空間骨架，保證廠房的空間剛度；保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定；傳遞水平荷載。包括屋架上弦、下弦橫向水平支撐，屋架縱向水平支撐，垂直支撐和水平系桿。(1) 屋架垂直支撐及水平系桿屋架垂直支撐是指兩個屋架之間沿縱向設(shè)置在豎向平面內(nèi)的支撐，水平系桿是指兩個屋架之間沿縱向設(shè)置的水平桿，如圖9.6。屋架垂直支撐和水平系桿的作用是保證屋架在安裝和使用階段的側(cè)向穩(wěn)定，增加廠房的整體剛度。7.3.1 屋蓋支撐垂直支撐的

10、布置原則為：當(dāng)屋架跨度小于18m，且無天窗時，可不設(shè)垂直支撐和水平系桿，有天窗時，可在屋架節(jié)點處設(shè)置一道水平系桿；當(dāng)屋架跨度大于18m且不超過30m時，應(yīng)在屋架跨中設(shè)置一道垂直支撐和水平系桿，垂直支撐布置在廠房端部以及伸縮縫的第一或第二柱間，如果不是三角形屋架而是梯形屋架，在支座處也應(yīng)布置垂直支撐，如圖9.6(a)。當(dāng)屋架跨度大于30m，除按照1830m跨度布置外，還應(yīng)在屋架跨度13左右節(jié)點處設(shè)置兩道垂直支撐和水平系桿，如圖9.6(b)。水平系桿布置原則：當(dāng)采用大型屋面板時，應(yīng)在未設(shè)置支撐的屋架間相應(yīng)于布置垂直支撐平面的屋架下弦和屋架上弦節(jié)點處設(shè)置通長的水平系桿。如果為有檁體系，上弦節(jié)點處的水

11、平系桿可用檁條代替，僅在下弦設(shè)置，如圖9.7。(3)屋架下弦橫向水平支撐屋架下弦橫向水平支撐的作用是：將作用在屋架下弦的縱向水平力傳遞給縱向排架柱，保證屋架下弦的側(cè)向穩(wěn)定。當(dāng)屋架下弦設(shè)有懸掛吊車或山墻抗風(fēng)柱與屋架下弦連接，或吊車噸位大、振動荷載大時，均應(yīng)設(shè)置屋架下弦橫向水平支撐，如圖9.8。(4)屋架縱向水平支撐屋架縱向水平支撐常設(shè)置在屋架下弦的端部節(jié)間，并與下弦橫向水平支撐組成封閉的支撐體系（圖9.8），以利于增強(qiáng)廠房的整體性。當(dāng)廠房設(shè)有托架或50kN以上的壁行吊車，或吊車噸位大、振動荷載大時，均須設(shè)置屋架間的縱向水平支撐。當(dāng)屋蓋結(jié)構(gòu)中設(shè)有托架，且沒有保證托架上弦穩(wěn)定的特殊結(jié)構(gòu)措施時，應(yīng)沿托

12、架的一側(cè)設(shè)置下弦縱向水平支撐，如圖9.9。(5)天窗架支撐天窗架支撐的作用是保證天窗架平面外的穩(wěn)定性，以將天窗端壁的水平風(fēng)荷載傳遞給屋架。天窗架支撐應(yīng)盡可能與屋架上弦支撐布置在同一柱間，如圖9.10。 圖9.6垂直支撐和水平系桿的布置 （a）跨度大于18m小于30m； (b) 跨度大于30m圖9.7上弦橫向水平支撐 (a)有天窗時；（b）無天窗時 圖9.8屋架下弦水平支撐圖9.8屋架下弦水平支撐圖9.9托架的下弦縱向水平支撐柱間支撐按位置分為上柱柱間支撐和下柱柱間支撐。前者的作用是抵抗山墻傳來的風(fēng)荷載；后者的作用是承受上部支撐傳來的力和吊車的縱向制動力。柱間支撐還起著增強(qiáng)廠房的縱向剛度和穩(wěn)定性

13、的作用。柱間支撐應(yīng)布置在廠房伸縮縫區(qū)段的中部，以減少溫度應(yīng)力，上柱柱間支撐可設(shè)置在廠房兩端的第一柱間，以便直接傳遞山墻傳來的荷載，如圖9.11。7.3.2 柱間支撐非地震區(qū)的單層廠房，當(dāng)屬下列情況之一時，應(yīng)設(shè)置柱間支撐：(1)設(shè)有懸臂式吊車，或30kN及以上的懸掛式吊車；(2)設(shè)有重級工作制吊車，或設(shè)有中、輕級工作制吊車，其起重量均在100kN及其以上；(3)廠房的跨度在18m及以上，或柱高在8m以上；(4)廠房縱向列柱在7根以上；(5)露天吊車棧橋的柱列。 圖9.11柱間支撐布置7.4 主要構(gòu)件的類型及與柱的連接(1)屋面板單層廠房常用的屋面板類型和特點見表9.1。其中第13種適用于無檁體系

14、屋蓋；第4、5種適用于有檁體系屋蓋，需配合表9.2的檁條使用。檁條的作用是支撐小型屋面板并把屋面板上的荷載傳遞到屋架。常見的檁條類型見表9.2。 7.4.1 主要構(gòu)件的類型(2)屋架與屋面梁 屋架和屋面梁是廠房結(jié)構(gòu)最主要的承重構(gòu)件之一，常用的屋架形式、跨度、特點及適用條件見表9.3。 (3)吊車梁吊車梁是廠房結(jié)構(gòu)中承受吊車荷載的構(gòu)件，常用的吊車梁及適用條件見表9.4。(4)柱柱是單層工業(yè)廠房中主要的承重構(gòu)件，其常用截面形式有矩形截面、工字形截面以及雙肢柱截面等，見圖9.12。矩形柱外形簡單，施工方便，但自重大，浪費(fèi)材料，僅用于一般小型廠房或上柱，截面高度小于500mm；工字形柱受力合理，節(jié)省材

15、料，自重較輕，廣泛用于各類中型廠房，截面高度為6001200mm；雙肢柱較工字形柱更節(jié)省材料，適用于重型廠房。 (5)基礎(chǔ)單層廠房常用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)（圖9.13），這種基礎(chǔ)分為階形和錐形兩種形式。由于其與預(yù)制柱的連接部分做成杯口，故也稱為杯口基礎(chǔ)。由于地質(zhì)條件的影響，需要基礎(chǔ)深埋，但為了方便施工，要求柱子有統(tǒng)一的長度，為此，需將杯口升高，形成高杯口基礎(chǔ)。高杯口基礎(chǔ)由杯口、短柱、底板組成。當(dāng)上部荷載較大、地基承載力較低或地質(zhì)條件不好時，也常采用柱下條形基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，如圖9.14所示。表9.1屋面板類型表 表9.2鋼筋混凝土檁條類型 表9.3鋼筋混凝土屋架類型 表9.4鋼筋混凝土吊車梁類型 圖9.1

16、2柱的截面形式（a）矩形截面柱；(b) 工字形截面柱；(c) 平腹桿雙肢柱；(d) 斜腹桿雙肢柱圖9.13柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的形式（a）階形基礎(chǔ)；（b）錐形基礎(chǔ)；（c）高杯口基礎(chǔ)圖9.14樁基礎(chǔ)(1)屋架與柱的連接屋架與柱的連接方法有焊接和螺栓連接兩種，如圖9.15。焊接法是在屋架（或屋面梁）端部支承部位的預(yù)埋件底部焊上一塊墊板，待屋架（或屋面梁）端部就位矯正后，與柱預(yù)埋鋼板焊接牢固。螺栓連接方式是在柱頂伸出預(yù)埋螺栓，在屋架（或屋面梁）端部支承部位焊上帶有缺口的支承鋼板，就位矯正后，用螺母擰緊。7.4.2 構(gòu)件與柱的連接(2)吊車梁與柱的連接吊車梁與柱的連接，多采用焊接。為承受吊車橫向水平剎車力，吊車梁上翼緣與柱間用鋼板或角鋼焊接；為承受吊車梁豎向壓力，吊車梁底部安裝前應(yīng)焊接上一塊墊板（或稱支承鋼板）與柱牛腿頂面預(yù)埋鋼板焊牢，如圖9.16所示。吊車梁的對頭空隙，吊車梁與柱之間的空隙均須用C20混凝土填實。(3)抗風(fēng)柱與屋架的連接抗風(fēng)柱與屋架之間一般采用有一定剛度的彈簧板連接（圖9.17(a)），同時屋架與抗風(fēng)柱間應(yīng)留有不小于150m