02单层厂房排架结构

● 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。
是由以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。
(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(10 m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。
柱的吊装验算
牛腿设计 预埋件设计 轴心受压基础 偏心受压基础 基础的构造要求
柱下单独基础设计
● 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
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。
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。
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。
● 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 ● 2.12 思 习 考 题 题
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 H h1 h2 h8 h5 h6 h7 (2-2) 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500 mm； 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220 mm； h8为 操纵室底至吊车底高度，由吊车规格查得。
● 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10 t、跨度不大于18 m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。
● 2.4 ● ● ● ● ● 2.5 ● ● ● ● ● 2.6 ● ● ●
排架结构的内力分析与内力组合
2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.5.1 计算简图 荷载计算 内力分析 内力组合 柱的计算长度
排架柱的设计
2.5.2
2.5.3 2.5.4 2.6.1 2.6.2 2.6.3
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15 m。柱顶标高不大于6.6 m、无吊车或吊车起重量小 于5 t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36 m、檐高不大于20 m、吊车起重量不超过200 t 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36 m、吊车起重量超过250 t的重型工业厂房。
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100 m；在露天时 为70 m。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8 m。 (2) 屋面无保温隔热措施；
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
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，