力學與結(jié)構(gòu)課件幻燈片一四

第15章

單層工業(yè)廠房

目錄.ppt單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定習題本章內(nèi)容

教學要求：了解單層工業(yè)廠房的組成及傳力途徑；掌握柱網(wǎng)布置原則和模數(shù)要求；掌握定位軸線布置原則。單層工業(yè)廠房是工業(yè)建筑中最普遍的一種形式，多用于具有重型設備，產(chǎn)品較重，外形輪廓尺寸較大的生產(chǎn)車間，如煉鋼、鑄造、金工等車間。單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成一、單層工業(yè)廠房的特點單層工業(yè)廠房不僅要滿足生產(chǎn)工藝的要求，還要滿足布置起重運輸設備、生產(chǎn)設備及勞動保護的要求。因而單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)一般承受的荷載大，且跨度大、高度高，構(gòu)件內(nèi)力大、截面大、用料多。廠房還常受動力荷載(如吊車荷載、動力機械設備荷載)的作用。二、單層工業(yè)廠房的類型單層工業(yè)廠房按生產(chǎn)規(guī)模分為大、中、小型；按承重結(jié)構(gòu)所用材料不同分為混合結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。對于無吊車或吊車噸位不超過5t，且跨度在15m以內(nèi)，柱頂標高在8m以下，無特殊工藝要求的小型廠房，通常選用混合結(jié)構(gòu)，即采用磚柱、鋼筋混凝土屋架或木屋架或輕鋼屋架為主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)；對于有重型吊車(起重噸位在150t以上)、跨度較大(跨度在36m以上)，或有特殊工藝要求的大型廠房，通常選用鋼結(jié)構(gòu)；其他大部分廠房均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成三、鋼筋混凝土單層廠房的結(jié)構(gòu)型式鋼筋混凝土單層廠房的結(jié)構(gòu)型式主要有排架結(jié)構(gòu)和剛架結(jié)構(gòu)。1.排架結(jié)構(gòu)排架結(jié)構(gòu)由屋架(或屋面梁)、柱和基礎組成，柱與屋架鉸接，與基礎剛接。根據(jù)廠房生產(chǎn)工藝和使用要求不同，排架結(jié)構(gòu)可做成等高、不等高和鋸齒形等多種形式，如圖15.1所示。排架結(jié)構(gòu)的剛度較大，傳力明確，構(gòu)造簡單，耐火性和防火性較好，施工也較方便，是目前大多數(shù)廠房所采用的結(jié)構(gòu)型式。圖15.1排架結(jié)構(gòu)2.剛架結(jié)構(gòu)單層工業(yè)廠房的剛架結(jié)構(gòu)是梁柱剛結(jié)、柱與基礎鉸接的結(jié)構(gòu)。剛架頂節(jié)點做成鉸接的稱為三鉸剛架(如圖15.2(a)所示)；做成剛接的稱為兩鉸剛架(如圖15.2(b)所示)。剛架亦可用于多跨廠房(如圖15.2(c)所示)。剛架結(jié)構(gòu)將梁柱合一，構(gòu)件種類少，制作較簡單，且結(jié)構(gòu)輕巧，當跨度和高度較小時(跨度不超過18m，檐口高度不超過10m)，其經(jīng)濟指標稍優(yōu)于排架結(jié)構(gòu)。但其剛度較差，承載后會產(chǎn)生跨變，故不適于吊車噸位較大的廠房。單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成圖15.2剛架形式四、單層廠房的組成和荷載1.結(jié)構(gòu)組成單層廠房排架結(jié)構(gòu)通常由下列結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成，并相互連接成整體，如圖15.3所示。1)屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)由屋面板(包括天溝板)、屋架或屋面梁(包括屋蓋支撐)組成，有時還設有天窗架和托架等。屋蓋結(jié)構(gòu)分有檁和無檁兩種結(jié)構(gòu)體系，將大型屋面板直接支承在屋架或屋面梁上的稱為無檁屋蓋體系；將小型屋面板或瓦材支承在檁條上，再將檁條支承在屋架上的稱為有檁屋蓋體系。在屋蓋結(jié)構(gòu)中，屋面板起圍護作用并承受作用在板上的荷載，再將這些荷載傳至屋架或屋面梁；屋架或屋面梁是屋面承重構(gòu)件，承受屋蓋結(jié)構(gòu)自重和屋面板傳來的活荷載，并將這些荷載傳至排架柱。天窗架支承在屋架或屋面梁上，也是一種屋面承重構(gòu)件。單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成圖15.3廠房結(jié)構(gòu)組成1—屋面板；2—天溝板；3—天窗架；4—屋架；5—托架；6—吊車梁；7—排架柱；8—抗風柱；9—基礎；10—連系梁；11—基礎梁；12—天窗架垂直支撐；13—屋架下弦橫向水平支撐；14—屋架端部垂直支撐；15—柱間支撐單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成3)縱向平面排架縱向平面排架由縱向柱列、連系梁、吊車梁、柱間支撐和基礎等組成，其作用是保證廠房的縱向穩(wěn)定性和剛度，并承受作用在山墻、天窗端壁以及通過屋蓋結(jié)構(gòu)傳來的縱向風荷載、吊車縱向水平荷載等，再將其傳至基礎，如圖15.4所示，另外它還承受縱向水平地震作用、溫度應力等。圖15.2剛架形式4)吊車梁吊車梁一般為裝配式的，簡支在柱的牛腿上，主要承受吊車豎向荷載、橫向或縱向水平荷載，并將它們分別傳至橫向或縱向平面排架。吊車梁是直接承受吊車動力荷載的構(gòu)件。5)支撐單層廠房的支撐包括屋蓋支撐、天窗架支撐和柱間支撐，其作用是加強廠房結(jié)構(gòu)的空間剛度，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件在安裝和使用階段的穩(wěn)定和安全，同時將風荷載、吊車水平荷載或水平地震作用等傳遞到相應的承力構(gòu)件。6)基礎基礎承受柱和基礎梁傳來的荷載并將它們傳至地基。7)圍護結(jié)構(gòu)圍護結(jié)構(gòu)包括縱墻、橫墻(山墻)及由連系梁、抗風柱(有時還有抗風梁或抗風桁架)和基礎梁等組成的墻架。這些構(gòu)件所承受的荷載，主要是墻體和構(gòu)件的自重以及作用在墻面上的風荷載等。2.單層廠房結(jié)構(gòu)的荷載及傳力途徑作用在廠房上的荷載有永久荷載和可變荷載兩大類，如圖15.5所示。其中，永久荷載(恒載)包括各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件(如屋架、屋面板、柱等)的自重及各種建筑構(gòu)造層的重量等?？勺兒奢d(活載)包括吊車豎向荷載、吊車縱橫向水平制動力、屋蓋活荷載、風荷載和地震作用等。單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成圖15.5單層工業(yè)廠房的橫向排架及其荷載示意圖

各種荷載的傳力途徑如圖15.6所示。單層廠房結(jié)構(gòu)所承受的各種荷載，基本上都是傳遞給排架柱，再由柱傳到基礎，因此屋架(或屋面梁)、柱、基礎是單層廠房的主要承重構(gòu)件。在有吊車的廠房中，吊車梁也是主要承重構(gòu)件，設計時應予以重視。單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成圖15.6單層廠房傳力路線示意單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)組成單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定一、柱網(wǎng)布置廠房承重柱或承重墻的定位軸線，在平面上構(gòu)成的網(wǎng)格，稱為柱網(wǎng)。柱網(wǎng)布置就是確定縱向定位軸線之間的尺寸(跨度)和橫向定位軸線之間的尺寸(柱距)。柱網(wǎng)布置既是確定柱的位置，也是確定其他構(gòu)件的跨度及構(gòu)件布置方案的依據(jù)。柱網(wǎng)布置的一般原則是：符合生產(chǎn)和使用要求；建筑平面和結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟合理；在廠房結(jié)構(gòu)型式和施工方法上具有先進性和合理性；符合《廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準》(GBJ6－86)的有關規(guī)定；適應生產(chǎn)發(fā)展和技術革新的要求。廠房跨度在18m及以下時，應采用擴大模數(shù)30M數(shù)列；在18m以上時，應采用擴大模數(shù)60M數(shù)列，如圖15.7所示。當跨度在18m以上，工藝布置有明顯優(yōu)越性時，也可采用擴大模數(shù)30M數(shù)列。廠房的柱距應采用擴大模數(shù)60M數(shù)列。圖15.7跨度和柱距示意圖

從經(jīng)濟指標、材料用量和施工條件等方面衡量，采用6m柱距比12m柱距優(yōu)越。但從現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展趨勢來看，擴大柱距對增加廠房有效面積，提高設備布置和工藝布置的靈活性，機械化施工中減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量和加快施工進度等，都是有利的。當然，由于構(gòu)件尺寸增加，也會給制作、運輸和吊裝帶來不便。單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定二、變形縫變形縫包括伸縮縫、沉降縫和抗震縫。當廠房長度和跨度過大時，為防止氣溫變化時結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫度應力，使墻面、屋面和構(gòu)件等拉裂，影響使用，可設置伸縮縫將廠房結(jié)構(gòu)分成若干溫度區(qū)段，如圖15.8所示。伸縮縫應從基礎頂面開始，將上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件完全分開，并留出一定寬度的縫隙。溫度區(qū)段的形狀，應力求簡單，并應使伸縮縫的數(shù)量最少。溫度區(qū)段的長度(伸縮縫之間的距離)，取決于結(jié)構(gòu)類型和溫度變化情況?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設計規(guī)范》對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大距離做了規(guī)定。圖15.8溫度變化產(chǎn)生裂縫示意圖單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定當廠房相鄰兩部分高度相差很大(如10m以上)，兩跨間吊車噸位相差懸殊，地基承載力或下臥層土質(zhì)有巨大差別，或廠房各部分的施工時間先后相差很長，地基土的壓縮程度不同等情況時，為避免廠房因基礎不均勻沉降而引起開裂和損壞，需在適當部位用沉降縫將廠房劃分成若干各自剛度較一致的單元。沉降縫應將建筑物從屋頂?shù)交A全部分開，以使在縫兩邊發(fā)生不同沉降時不致?lián)p壞整個建筑物。沉降縫可兼作伸縮縫。防震縫是為減輕廠房震害而采取的措施之一。當廠房平、立面布置復雜，結(jié)構(gòu)高度或剛度相差很大及在廠房側(cè)邊貼建有生活間、變電所、爐子間等毗鄰屋時，應設置防震縫將相鄰兩部分基礎以上部分分開。地震區(qū)的伸縮縫和沉降縫均應符合防震縫的寬度要求。三、承重構(gòu)件與定位軸線的關系1.中間柱與橫向定位軸線的聯(lián)系除橫向變形縫處及端部排架柱外，中間柱的中心線應與橫向定位軸線相重合，如圖15.9所示。此時，屋架端部位于柱中心線通過處。連系梁、吊車梁、基礎梁、屋面板及外墻板等構(gòu)件的標志長度皆以柱中心線為準。圖15.9中間柱與橫向定位軸線的聯(lián)系單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定2.橫向伸縮縫、防震縫處柱與橫向定位軸線的聯(lián)系在單層廠房中，橫向伸縮縫、防震縫處一般是在一個基礎上設雙柱、雙屋架。各柱有各自的基礎杯口，雙柱間有一定的間距。橫向變形縫處定位軸線的標定采用雙軸線處理。各軸線均由吊車梁和屋面板標志尺寸端部通過，兩軸線間的距離為縫寬，兩柱中心線各自軸線后退600mm，如圖15.10所示。圖15.10橫向伸縮縫、防震縫與橫向定位軸線的聯(lián)系單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定3.山墻與橫向定位軸線的聯(lián)系

山墻為非承重墻時，墻內(nèi)緣和抗風柱外緣應與橫向定位軸線相重合。端部排架柱的中心線應自橫向定位軸線內(nèi)移600mm，端部實際柱距減少600mm，如圖15.11所示。山墻為砌體承重時，墻內(nèi)緣與橫向定位軸線間的距離應按砌體的塊料類別分別為半塊或半塊的倍數(shù)或墻厚的一半，如圖15.12所示。圖15.11端柱、非承重山墻與橫向定位軸線的聯(lián)系圖15.12承重山墻與橫向定位軸線的聯(lián)系單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定4.墻、邊柱與縱向定位軸線的聯(lián)系縱向定位軸線的標定與吊車橋架端頭長度、橋架端頭與上柱內(nèi)緣的安全縫隙寬度以及上柱寬度有關，如圖15.13所示。

從圖中可以看出，廠房跨度L與吊車跨度Lk之間存在如下關系：圖15.13軸線與上柱寬度、吊車橋架端頭及安全縫隙間的關系其中e為縱向定位軸線至吊車軌中心線的距離，一般取750mm。當?shù)踯嚻鹬亓浚?0t時或由構(gòu)造要求時，可取1000mm。混合結(jié)構(gòu)的廠房中，當采用梁式吊車時允許取500mm。對于無吊車或只設懸掛式吊車的廠房及柱距為6m，吊車起重量≤20/5t的廠房，縱向定位軸線標定時，軸線與外墻內(nèi)緣及柱外緣重合，如圖15.14所示。單層工業(yè)廠房平面、剖面尺寸的確定對于桂柱距貓為6m，吊車識起重量仁≥30/緒5t的廠妙房，旱縱向?qū)Χㄎ秽嵼S線屈標定快時，輪軸線寇與柱邊外緣靠之間霸應增結(jié)設連守系尺邁寸αc。αc值應為30勺0或其倍呢數(shù)，當辜墻體為識砌體時跑，可采薪用50蓮mm或其我整倍郵數(shù)。將此標奔定尚膽須保消證屋值架在低柱上贏應有權(quán)的支占承長奇度不竊得小啞于30莫0m這m，如不蜓足則上勉柱頭應砍伸出牛卻腿以保會證支座身長度。圖15.岔14外墻、融邊柱與蟲縱向定悉位軸線全的聯(lián)系單層工舅業(yè)廠房抓平面、激剖面尺何寸的確譯定在無吊催車或只旅有懸臂藥式吊車防的廠房處中，當母采用帶部有承重錫壁柱的肺外墻時象，如壁蒙柱較大工，足夠許支承屋筍頂承重女構(gòu)件，龍則墻內(nèi)文緣與縱項向定位敲軸線相禍重合，伙如圖15炒.1遵5(固a)所示；猛如壁柱克較小，賠不夠支貍承屋頂幸承重構(gòu)兼件，則宵墻內(nèi)緣梅與縱向召定位軸央線間的矮距離應穴為墻體講半塊或豪半塊的大倍數(shù)，因如圖15乖.1運5(俯b)所示合；當扣采用碗承重悔外墻鍋時，歪墻內(nèi)輕緣與去縱向樹定位膀軸線從間的飾距離退宜為獵墻體漸半塊拿的倍騾數(shù)或獨使墻咸中心蓮線與場定位使軸線支相重為合，佩如圖15啄.1宣5(清c)所示薦。圖15蔽.1系5帶承肥重壁廊柱的吊外墻井與承色重外植墻單層工努業(yè)廠房捧平面、拋剖面尺榨寸的確睜定5.中柱與敏縱向定把位軸線騙的聯(lián)系1)等高渠跨中溉柱等高廠連房的中亞柱，宜醋設置單拐柱和一劍條縱向牽定位軸廊線。定脾位軸線饅通過相宮鄰兩跨稠屋架的色標志尺誘寸端部督，并與觸上柱中塵心線相塵重合，溜如圖15裁.1冷6(半a)所示可。由隨于相彈鄰跨瓜內(nèi)的準橋式色吊車串起重有量、肅廠房撓柱距柳或構(gòu)鉛造等侵要求聯(lián)需設畜插入鋪距雜時(插入距唐為300數(shù)列)，中稍柱可破采用撕單柱蜘及兩腰條縱演向定武位軸秧線，紋如圖15.振16(芝b)所示。圖15吳.1葛6等高由跨中歡柱單層括工業(yè)斗廠房甚平面按、剖敗面尺塌寸的捧確定2)高低跨華處中柱高低聞跨處子采用站單柱排時，埋如高肌跨吊兇車起蜘重量談≤20言/5條t，則高頸跨上柱考外緣與吃封墻內(nèi)火緣宜與盲縱向定柏位軸線問相重合依，如圖15.焰17(浮a)所示。仁當高跨末吊車起庭重量較合大，如秤≥30每/5議t時，其慰上柱外做緣與縱怒向定位獲軸線間坊宜設連清系尺寸αc，這時吐應采用過兩條縱棕向定位島軸線，腿兩線間械距為插深入距αi，且αc=αi，如斬圖15.妙17(腸b)所示幸。圖15手.1烈7高低跨與處中柱單層潤工業(yè)您廠房感平面作、剖放面尺互寸的洞確定6.縱向較伸縮驗縫、偉防震喬縫處之柱與秋縱向謙定位截軸線侄的聯(lián)孫系等高姥廠房肯需設躺縱向嚴伸縮妻縫時藥，可賺采用徒單柱滴并設攏兩條敘縱向蕩定位秧軸線匯。伸丹縮縫舉一側(cè)源的屋況架或扣屋面桌大梁臭擱置械在活航動支泉座上陣，如軌圖15棗.1洗8所示。第若需設雨防震縫泰時，應京設雙柱攜、雙定啟位軸線砍，兩單壯位軸線慌之間設價插入距αi。圖15.紅18等高廠摔房縱向厭伸縮縫單層工村業(yè)廠房瀉平面、階剖面尺欠寸的確偏定不等高通廠房需離設縱向舌伸縮縫黎時，一夫般設在條高低跨側(cè)處。當引采用單券柱處理脫時，低辰跨屋架膀或屋面欠梁可擱縱置在設嗚有活動守支座的崗牛腿上男，高低諸跨處應鞋采用兩爺條縱向裁定位軸爹線，如群圖15很.1洽9所示擇。當暴采用本雙柱加時，吧應采信用兩卡條縱員向定石位軸天線，拾并設抄插入赤距。敵柱與跪縱向感定位酷軸線矛的定戀位規(guī)幫定可返分別克按各閃自的叉邊柱浩處理墨，如隙圖15.嶼20所示層。圖15.豆19不等高未廠房縱認向伸縮項縫(單柱)圖15.姓20不等高膚廠房縱火向伸縮犧縫(雙柱)單層暮工業(yè)巡壽廠房塘平面蘭、剖閑面尺寸寸的幻玉確定四、廠房標圣高的確慘定廠房熔高度曲是由激地平夕面到伐屋頂夠承重懲結(jié)構(gòu)桐下表神面的薪垂直橡距離孤。如應屋頂槍承重盲結(jié)構(gòu)樂是傾刷斜的咬，則熱廠房咸高是層由地寇平面狹到屋死頂承隱重結(jié)匆構(gòu)最爹低點腐的垂節(jié)直距或離。對于無蝕吊車廠繁房，柱敵頂標高察是根據(jù)屋最大生鼓產(chǎn)設備域的高度府與其安埋裝、檢際修時所偵需的凈似空高度客，并考拘慮使用指、衛(wèi)生少、建筑淘模數(shù)等芳要求確逗定的。對于據(jù)有吊擁車廠佩房，甜柱頂項標高鳳應按幅下式血計算(如圖15.終21所示)：式中姓，