钢结构第八章单层厂房结构

从工艺方面考虑，柱布设的位置应和厂房内的地上设备 和地下设备相协调，并要适当考虑生产过程的变动和以 后的改扩建。 从结构方面考虑，柱列的间距以均等的布设方式最为佳， 这样可使柱列间构件重复率高，便于定型化、标准化生 产，且屋盖结构和支撑系统的布设最简单，传力路径更 明确和结构受力更合理。 从经济观点考虑，柱的纵向间距的大小对结构重量影响 很大。柱距越大，柱和基础所用材料就越少，但屋盖结 构和吊车梁的重量也将随之增加。最为经济的柱距一般 通过具体方案比较得到，而当吊车起重量不大，或位于 软弱地基土上的厂房结构选用较大柱距可能会收到较为 经济的效果。 柱网的布设包括横向柱距（即称为跨度）的确定和纵向 柱距（即称为柱距）的确定。
8.1.3 单层钢结构厂房的结构布置
单层钢结构厂房的结构布置包括: (1)厂房柱网的布设 (2)高度的确定 (3)温度伸缩缝的设置等 确定这些的依据: 首先:必须满足生产工艺的要求
其次:满足结构坚固耐用、经济合理和技术先进，
以及注意符合标准化模数要求等。
8.1.3.1 厂房柱网布设
8.1.4 单层钢结构厂房的特点 单层钢结构厂房和钢筋混凝土结构厂房比，具有
如下特点： 单位面积重量轻 柱网布置比较灵活 制作安装简便，施工工期短 综合经济效益高 制作、安装要求高，维护费用高
8.1.5 单层钢结构厂房的设计步骤
首先依据工艺及使用要求，确定厂房结构
的方案，包括确定厂房平面上和高度上的 主要尺寸，选择吊车型号，布设柱网、伸 缩缝，确定承重结构、附属结构形式等， 并应考虑生产过程的变动和以后的改扩建。 在结构方案确定后，即可按设计资料进行 结构、构件和连接的设计和计算，完成整 个厂房的结构设计。 最后的步骤即绘制施工图，对于一些构件 和连接构造，也可采用标准图集。
温度伸缩缝最普遍的做法
设置双柱，柱上可设置一榀屋架或一根屋面梁，
其间不用纵向构件相互联系。温度缝的布设如图 8－5所示，可使厂房定位轴线和温度缝的中线重 合（图8－5a所示），而当厂房内部设备布置条 件不允许时，可采用插入距的方式（图8－5b所 示）。 也可以采用单柱形式，即在纵向构件（如托架、 吊车梁等）支座处设置滑动支座，在搭接檩条的 螺栓连接处采用采用长圆孔，以使这些构件有伸 缩的余地，同时也应使该处屋面板在构造上有一 定的胀缩空间。 当厂房横向长度尺寸较大时，也应该按规范设置 纵向伸缩缝。
多跨形式厂房(如图8-5所示) 计算单元
计算单元
在一些工业部门，厂房亦可布成多跨形式(如图
8-5所示)。而由于工艺要求或其他原因，有时需 要将柱距局部加大。如在图8－5中B轴线和5轴 线处不设柱子，致使4轴线和6轴线间柱距加大， 有时形象地将这种情形称为拔柱。在拔柱处，一 般需要在B轴线上4轴线和6轴线柱间设置一构件 TL1，此构件用于支撑其上部屋架或其他屋面结 构，并将其荷载传递到4轴线和6轴线柱上。该构 件为实腹式时称为托梁，桁架式时称为托架。托 梁和托架一般设计成简支受弯构件，托梁多采用 焊接工字型截面或箱形截面。

按层数分可分为多层厂房和单层厂房； 依据跨度、高度和吊车起吊吨位和吊车工作制等级不同 （见表8－1），可分为轻型、中型、重型和特重型四类： 在厂房结构设计时，一般将跨度不大于30米，高度不超 过14米，起吊重不大于20吨，吊车工作制等级为轻级和 中级的钢结构厂房按轻型厂房结构设计，而超过上述范 围的钢结构厂房按重型厂房结构设计。轻型钢结构厂房 多采用如图8－2所示的门式刚架结构；重型钢结构厂房 的屋盖多采用桁架结构，其结构形式多如图8－1所示。 按跨度可分为单跨（图8－3a、b）、双跨（图8－3c、 d、f）和多跨（图8－3e、g）结构形式； 按屋面坡脊数可分为单脊单坡（图8－3a、c）、单脊双 坡（图8－3b、d、e）、多脊多坡（图8－3f、g）结构 形式。



图8－1 单层钢结构厂房构造简图 1－框架柱； 2－边屋架； 3－中间屋架； 4－吊车梁； 5 －天窗架 6－柱间支撑； 7抗风柱


图8－2 单层轻型钢结构厂房构造简图 1－框架柱； 2－框架横梁； 3－抗风柱； 4－屋面檩条； 5－墙梁（墙面檩条） 6－柱间支撑； 7－屋脊； 8－屋面彩钢板； 9－墙面彩钢板； 10－保温层； 11－采光窗
§8.2 单层钢结构厂房的受力特点与柱的计算长度 8.2.1 单层钢结构厂房的计算简图 通常将厂房简化为横向平面框架和纵向平面框架计算 单层钢结构厂房横向平面框架计算简图可分为柱顶与屋 盖结构（屋架或横梁）铰接形式（如图8－7a所示）和 柱顶与屋盖结构（屋架或横梁）刚接形式（如图8－7b 所示）． 单层钢结构厂房纵向平面框架主要承受吊车的纵向水平 制动力和纵向风力。纵向风力主要由风荷载作用在端部 山墙上产生，风荷载作用在山墙上的水平力一部分将由 山墙抗风柱直接承担，另一部分由山墙和屋盖结构传给 各纵列端柱。由于一般厂房纵列柱数目较多，且各柱通 过纵向构件连成整体，纵向刚度较大，故可不进行纵向 平面框架计算。但为了更好的传递纵向水平力，且减小 纵向侧移和变形，一般需要在柱间设置柱间支撑，传递 到纵向柱列间的水平力将主要由此柱间支撑承担和传递， 而此柱间支撑则需要进行计算或根据经验按构造选定。

图8－4 吊车梁与柱间的净空
对于无吊车的厂房，跨度一般按厂房使用功
能的要求，并符合模数制确定。通常情况下， 当跨度小于或等于30m时为3m；当跨度大于 30m时则采用6m。 厂房柱距一般采用6m较为经济，并使各列柱 距均等。一些轻型厂房亦可采用7.5米、9米、 12米柱距，而一些软弱地基土上的厂房则可 取到15米、18米、21米甚至24米柱距。
组成单层钢结构厂房的构件体系： （1）横向平面框架 （2）纵向平面框架 （3）屋盖结构 （4）吊车梁及其制动梁（或制动桁架） （5）支撑系统。 （6）墙梁（或墙面檩条） 此外，还有一些次要构件，如爬梯、走道、门窗 以及某些厂房工艺操作上要求的工作平台等。
8.1.2 单层钢结构厂房的分类与形式

图8－7 横向框架的计算简图
8.2.2 单层钢结构厂房的荷载及其荷载组合
作用在单层钢结构厂房的荷载可分为永久荷载和
可变荷载两种，而荷载组合即永久荷载和各种可 变荷载之间的组合。 8.2.2.1 永久荷载 单层钢结构厂房的永久荷载是指结构物的自重和 吊挂在结构物上的其它构件的自重。 8.2.2.2 可变荷载 单层钢结构厂房的可变荷载包括屋面均布活荷载、 雪荷载、积灰荷载、风荷载、吊车荷载、施工检 修荷载、地震作用等。

8.2.3 单层钢结构厂房的内力和侧移计算
8.2.3.1 内力计算 可按结构力学的方法进行，也可利用计算图表或用计 算机程序来分析计算。 对于梁和柱均为等截面的平面框架，内力分析时可采 用弹性分析方法，也可采用塑性分析方法，但实际工 程中仍较少采用塑性分析。 对于梁或柱变截面的平面框架，应采用弹性方法确定 其内力，且内力通常采用杆单元有限元法编程上机分 析计算或直接利用现有的一些结构计算软件进行分析 计算。 为了计算框架构件的截面，应将框架在各种荷载作用 下产生的内力进行最不利组合或者根据不同荷载组合 下的内力分析结果，找出各构件的控制截面，按控制 截面的组合内力来设计构件截面。
8.2.2.3 荷载组合
在进行框架内力分析时，可分别算出各种荷载单独作用 时框架各构件截面的内力值，其后进行迭加。但为求构 件控制截面上可能出现的最不利内力，还必须考虑单项 荷载同时出现的可能性，即要进行荷载效应组合（内力 组合）。 对于一般框架、排架，《荷载规范》规定的荷载效应组 合设计值S 应从下列组合值中取最不利值确定： S＝1.2×永久荷载＋1.4×屋面均布活荷载 S＝1.2×永久荷载＋0.9×1.4×[max(屋面均布活荷载、 雪荷载)＋积灰荷载＋风荷载＋吊车竖向及水平荷载] S＝1.35×永久荷载＋0.9×1.4×0.7×[max(屋面均布 活荷载、雪荷载)＋积灰荷载＋风荷载＋吊车竖向及水 平荷载] S＝1.0×永久荷载＋1.4×风荷载
对于有吊车的厂房，跨度一般取为上部柱中心线间的横 向距离，可按下式确定： L0 LK 2S (8.1) LK ───支撑式梁式吊车或桥式吊车的跨度； 式中 S ───由吊车大轮中心线至上柱轴线的距离 （图8－4），应满足下式要求： S B C D 2 B ───吊车梁或吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查 得； C ───吊车外缘和柱内缘之间的必要空隙：当吊车起 重量不大于500kN时，不宜小于80mm；当吊车起重量 大于或等于750kN时，不宜小于100mm；当吊车和柱 之间需设走道时，则不得小于400mm； D───上段柱宽度。
8.1.3.2 厂房高度的确定


对于有吊车的厂房，不同的吊车对厂房高度的影响各不相同。当 采用支撑式梁式吊车和桥式吊车厂房来说（如图8－6所示），厂 房高度按下式确定： H H H 1 2 (8.2) H h h h h h
1 1 2 3 4 5
H 2 h6 h7
式中 ─轨顶标高； ─轨顶至柱顶高度； H2 H1 h1─需跨越的最大设备高度； h2 ─起吊物与跨越物间的安全距离， 一般为400～500mm； h3 ─起吊的最大物件高度； h4 ─吊索最小高度，根据起吊物件的大小和起吊方式决定，一般 大于1m； h5 ─吊钩至轨顶面的距离，由吊车规格表中查得； h6 ─轨顶至小车顶面的距离，由吊车规格表中查得； h7 ─小车顶面至屋盖斜梁最低点或屋架下弦底面之间的安全距 离，应考虑屋盖结构的挠度、厂房可能不均匀沉陷等因素，最小 尺寸为220mm，湿陷性黄土地区一般不小于300mm。

对于无吊车厂房，柱顶标高通常是按最大生
产设备及其使用、安装、检修时所需的净空 高度来确定。同时，考虑采光和通风要求， 一般不低于4米，柱顶标高按模数制标准多取 300mm的倍数。
平面上一个方向或两个方向长度很长的厂房，为
8.1.3.3 温度伸缩缝的设置
避免产生过大的温度变形和温度应力，应在厂房 的较大长度尺寸方向上设置温度伸缩缝。 一般情况下，厂房纵向长度尺寸度较大，为避免 温度变化时纵向构件伸缩产生的变形和温度应力 破坏墙面、屋面等构件，常采用设置横向伸缩缝 将厂房分成伸缩时互不影响的温度区段。按规范 规定，当温度区段长度不超过表8.2的数值时， 可不计算温度应力。

组合（1）和（2）是按可变荷载效应控制的组合； 组合（3）是按永久荷载控制的组合。 对于由压型金属板做屋面板的钢结构厂房，可不考虑组 合（3）；而对于由较重材料构成屋面（如用大型钢筋 混凝土板做屋面板）的钢结构厂房，则应考虑组合 （3）。 前三种组合用于计算截面的强度和构件的稳定性，组合 （4）用于锚栓刚拔计算以及屋面板和檩条的强度、稳 定性验算。 对于单层单跨或多跨的钢结构厂房，应进行横向和纵向 抗震计算；对于跨度大于24米的非轻钢结构厂房，当抗 震设防烈度大于等于8度时，尚应进行竖向地震作用计 算；而对于轻型门式刚架结构厂房，由于其自重较轻， 地震作用产生的荷载效应一般较小，对于抗震设防烈度 为7度而风荷载标准值大于0.35KN/m2，或抗震设防烈 度为8度而风荷载标准值大于0.45KN/m2的轻型门式刚 架结构厂房，其地震作用组合一般不起控制作用，可不 进行地震作用验算。
第八章 单层厂房结构
§8.1
单层钢结构厂房的组成和特点 8.1.1 单层Байду номын сангаас结构厂房的组成
1、柱 2、屋盖结构 3、吊车梁 4、屋面檩条 5、墙梁（或墙面檩条） 6、各种支撑 7、屋面和墙面：大型屋面板、大型墙面板、墙体或压型 彩钢板、铝板或其他金属板 8、保温隔热材料：岩棉、矿棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫 塑料、硬质聚氨脂泡沫塑料等。