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1、第第2章章 单层工业厂房结构设计单层工业厂房结构设计1l本章重点：本章重点：l熟悉单层工业厂房结构的选型与结构布置方法；熟悉单层工业厂房结构的选型与结构布置方法；l 掌握钢筋混凝土排架的结构分析方法（计算简图、掌握钢筋混凝土排架的结构分析方法（计算简图、荷载与内力计算方法）、内力组合原则及柱的截荷载与内力计算方法）、内力组合原则及柱的截面设计方法；面设计方法；l熟悉排架柱、牛腿、柱下独立基础的配筋构造要熟悉排架柱、牛腿、柱下独立基础的配筋构造要求。求。2l结构类型和结构体系结构类型和结构体系l单厂的结构构件选型与支撑布置单厂的结构构件选型与支撑布置l铰接排架的内力分析与组合铰接排架的内力分析与
2、组合l单厂排架柱设计单厂排架柱设计l牛腿设计牛腿设计l柱下单独基础设计柱下单独基础设计3单层厂房的特点：单层厂房的特点：l单厂结构的跨度大、高度大、荷载大、内力单厂结构的跨度大、高度大、荷载大、内力大、截面尺寸大大、截面尺寸大l常承受动力荷载常承受动力荷载l隔墙少，柱是承受屋盖荷载、墙体荷载、吊隔墙少，柱是承受屋盖荷载、墙体荷载、吊车荷载以及地震荷载的主要构件车荷载以及地震荷载的主要构件4l按承重结构的材料分按承重结构的材料分l砌体混合结构砌体混合结构（无吊车或（无吊车或Q50kN，l1500kN，l36m）l按外形分按外形分：单跨与多跨、等高与不等高、：单跨与多跨、等高与不等高、单层与多层；
3、单层与多层；l按结构体系分按结构体系分：排架排架、刚架刚架2.1 2.1 结构类型和结构体系结构类型和结构体系5排架结构排架结构：由屋面梁或屋架、柱和基础组成。由屋面梁或屋架、柱和基础组成。排排架的柱与屋架铰接而与基础刚接架的柱与屋架铰接而与基础刚接。根据材料不同可分为：根据材料不同可分为：钢钢-钢筋混凝钢筋混凝土土排架、排架、钢筋混凝土钢筋混凝土-砖砖排架、排架、钢筋钢筋混凝土混凝土排架。排架。6刚架结构刚架结构：柱与屋架（梁）刚接而与基础常为柱与屋架（梁）刚接而与基础常为铰接铰接。有折线形门式刚架、拱形门。有折线形门式刚架、拱形门式刚架；三铰式、两铰式。式刚架；三铰式、两铰式。简单轻巧，但
4、刚度较差简单轻巧，但刚度较差，适用于无，适用于无吊车或吊车吨位不大于吊车或吊车吨位不大于100kN、跨、跨度不超过度不超过18m的轻型厂房。的轻型厂房。72.2 结构组成及荷载传递结构组成及荷载传递1.屋面板屋面板 2.天沟板天沟板 3.天窗架天窗架 4.屋架屋架 5.托架托架 6.吊车梁吊车梁 7.排架柱排架柱 8.抗风柱抗风柱 9.基基 础础 10.连系梁连系梁 11.基础梁基础梁 12.天窗架垂直支撑天窗架垂直支撑 13.屋架下弦横向水平支撑屋架下弦横向水平支撑14.屋架端部垂直支撑屋架端部垂直支撑 15.柱间支撑柱间支撑8单层排架结构组成单层排架结构组成1 1）屋面板）屋面板2 2）天
5、沟板）天沟板3 3）天窗架）天窗架4 4）屋架）屋架5 5）托架）托架6 6）吊车梁）吊车梁7 7）排架柱）排架柱8 8）抗风柱）抗风柱9 9）基础）基础1010）连系梁）连系梁1111）基础梁）基础梁1212）天窗架垂直支撑）天窗架垂直支撑1313）屋架下弦横向支撑）屋架下弦横向支撑1414）屋架垂直支撑）屋架垂直支撑1515）柱间支撑）柱间支撑9101112l结构组成结构组成屋盖结构屋盖结构横向平面排架横向平面排架纵向平面排架纵向平面排架围护结构围护结构承重结构承重结构围护结构围护结构131、屋盖结构、屋盖结构有檩、无檩体系。有檩、无檩体系。多用无檩体系多用无檩体系。l组成组成：屋面板、檩
6、条、屋面梁或屋架、天窗：屋面板、檩条、屋面梁或屋架、天窗架、支撑、托架架、支撑、托架l作用作用：承重、围护，与支撑体系将纵横向平：承重、围护，与支撑体系将纵横向平面排架连接成整体并传递荷载面排架连接成整体并传递荷载l荷载荷载：屋面活荷载、雪荷载、自重等：屋面活荷载、雪荷载、自重等142、横向平面排架由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面骨架，由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面骨架，是厂房的基是厂房的基本承重结构本承重结构。厂房承受的竖向荷载。厂房承受的竖向荷载（自重、屋面活荷载、雪（自重、屋面活荷载、雪荷载和吊车竖向荷载等）及横向水平荷载（风、地震、水平荷载和吊车竖向荷载等）及横向水平荷载（风
7、、地震、水平制动）主要通过横向平面排架传至基础及地基。制动）主要通过横向平面排架传至基础及地基。15横向平面排架上横向平面排架上竖向荷载竖向荷载的传力途径的传力途径吊车竖向荷载屋面荷载天窗架屋面板屋架吊车梁柱连系梁纵墙自重基础基础梁地基16横向平面排架上横向平面排架上横向水平荷载横向水平荷载的传力途径的传力途径天窗架屋架吊车横向水平荷载吊车梁柱纵墙基础地基横向风荷载屋面板横向水平地震作用17屋架屋架柱柱基础基础纵墙纵墙天窗架天窗架吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载横向风荷载横向风荷载横向地震作用横向地震作用屋面板屋面板吊车梁吊车梁横向水平荷载传递路线横向水平荷载传递路线通过横通过横向排架向排架1
8、83、纵向平面排架、纵向平面排架由连系梁、吊车梁、纵向柱列、柱间支撑和基础等构件组成的由连系梁、吊车梁、纵向柱列、柱间支撑和基础等构件组成的纵向平面骨架。纵向平面骨架。作用作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，承，承受吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、以及作用在山墙传受吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、以及作用在山墙传来的纵向风荷载等。纵向柱列柱子数量较多，并有吊车梁，连来的纵向风荷载等。纵向柱列柱子数量较多，并有吊车梁，连系梁，柱间支撑等，故杆件内力不大，不考虑地震作用时，系梁，柱间支撑等，故杆件内力不大，不考虑地震作用时，一一般可不进行纵向平面排架计算。
9、般可不进行纵向平面排架计算。19屋盖及屋盖支撑屋盖及屋盖支撑柱柱基础基础抗风柱抗风柱天窗架天窗架吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载纵向风荷载纵向风荷载纵向地震作用纵向地震作用天窗端壁天窗端壁吊车梁吊车梁纵向水平荷载传递路线纵向水平荷载传递路线通过纵通过纵向排架向排架山墙山墙204、围护结构、围护结构l组成组成：纵墙、山墙、横墙、墙梁、抗风柱、：纵墙、山墙、横墙、墙梁、抗风柱、连系梁、基础梁等。连系梁、基础梁等。l作用作用：围护和承重。主要承受墙体和构件的：围护和承重。主要承受墙体和构件的自重以及作用在墙面的风载。自重以及作用在墙面的风载。21厂房结构的设计步骤厂房结构的设计步骤 一个建设项目的设
10、计，一般包括工艺设计、建筑设计、结构一个建设项目的设计，一般包括工艺设计、建筑设计、结构设计和设备设计（如水、暖、电等）等几方面。设计和设备设计（如水、暖、电等）等几方面。就单层厂房结就单层厂房结构设计而言，可分为方案设计、技术设计和施工图绘制等三个构设计而言，可分为方案设计、技术设计和施工图绘制等三个阶段阶段。方案设计阶段方案设计阶段确定柱网布置等平面确定柱网布置等平面问题问题 确定确定结结构形式、构形式、标标高等剖面高等剖面问题问题 进进行行结结构构件构构件选选型、初估尺寸型、初估尺寸 技术设计阶段技术设计阶段 确定确定结结构构计计算算简图简图 荷荷载计载计算及排架内力分析算及排架内力分析
11、 结结构构件（柱、基构构件（柱、基础础等）等）设计设计 施工图阶段施工图阶段 结结构布置构布置图图（屋面、柱、基（屋面、柱、基础础等）等）构件布置与配筋构件布置与配筋图图 节节点大点大样图样图 222.3 结构布置结构布置l2.3.1 厂房平面布置厂房平面布置l2.3.2 支撑布置支撑布置l2.3.3 围护结构布置围护结构布置232.3.1 厂房平面布置厂房平面布置l1、柱网布置、柱网布置l2、变形缝、变形缝241、柱网布置l横向定位轴线横向定位轴线定柱距、屋面板跨、吊车梁跨。定柱距、屋面板跨、吊车梁跨。即吊车梁、连系梁、基础梁、屋面板及外墙板等一即吊车梁、连系梁、基础梁、屋面板及外墙板等一系
12、列纵向构件的标志长度（实际尺寸系列纵向构件的标志长度（实际尺寸+构造尺寸）。构造尺寸）。l纵向定位轴线纵向定位轴线定跨度，即屋架的标志长度。定跨度，即屋架的标志长度。为为设计标准化、生产工业化、施工机械化设计标准化、生产工业化、施工机械化，通常有：，通常有：柱距柱距一般用一般用6m或或6m的倍数（局部抽柱）。个别采的倍数（局部抽柱）。个别采用用9m柱距。柱距。跨度跨度在在18m以下的，采用以下的，采用3m的倍数；的倍数；18m以上的采以上的采用用6m的倍数。必要时采用的倍数。必要时采用21m，27m，33m。2526横向定位轴线横向定位轴线与柱的关系与柱的关系在厂房端部与山墙内边缘重合，须将山
13、墙在厂房端部与山墙内边缘重合，须将山墙内侧第一排柱中内侧第一排柱中心内移心内移600mm；伸缩缝两边的柱中心线向两边移动；伸缩缝两边的柱中心线向两边移动600mm。目的是使端屋架和山墙抗风柱的位置不发生冲突。目的是使端屋架和山墙抗风柱的位置不发生冲突。27纵向定位轴线纵向定位轴线与边柱的关系与边柱的关系柱距柱距6m，无吊车，无吊车或或Q20t时，用时，用封封闭轴线闭轴线。柱距柱距6m、20tQ50t时，采用时，采用非封闭轴非封闭轴线线，D=250、500mm。28纵向定位轴线纵向定位轴线与中柱的关系与中柱的关系29等高跨：上柱中心线与纵向轴线重合等高跨：上柱中心线与纵向轴线重合高低跨：高低跨：
14、l单柱（高跨单柱（高跨Q32T，两条轴线，高跨柱边向高跨纵轴线，两条轴线，高跨柱边向高跨纵轴线外移插入距外移插入距A=D)l双柱（双柱（Q32T时，高跨柱边还应向高跨轴线外移时，高跨柱边还应向高跨轴线外移D，中间相隔伸缩缝，中间相隔伸缩缝C和封墙厚度和封墙厚度B 以及以及D。30吊吊车轨车轨道中心至道中心至纵纵向定位向定位轴线轴线的距的距离离为为750mm。吊吊车车上上缘缘与屋架与屋架下弦下弦净净空要求不小空要求不小于于220mm。312 2、变形缝的布置、变形缝的布置l伸缩缝伸缩缝l为减小温度应力，从基顶开始将结构分为若干为减小温度应力，从基顶开始将结构分为若干区段。横向伸缩缝采用区段。横向
15、伸缩缝采用双柱式双柱式、纵向伸缩缝采、纵向伸缩缝采用用滚轴式滚轴式。l最大间距为最大间距为70m(露天露天),100m(室内或土中）室内或土中）l沉降缝沉降缝l防止不均匀沉降，从基底到屋顶全部断开。一防止不均匀沉降，从基底到屋顶全部断开。一般不设。般不设。l防震缝防震缝l从基顶分开，缝宽为从基顶分开，缝宽为100150mm32332.3.2 支撑布置支撑布置l屋盖支撑屋盖支撑：包括上弦横向水平支撑、下弦横向水包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑、纵向水平系平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑、纵向水平系杆、天窗架支撑等。杆、天窗架支撑等。l柱间支撑柱间支撑：是是纵向平面排架
16、中最主要的抗侧力构纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。件。34支撑的作用：支撑的作用：351、屋盖支撑、屋盖支撑l屋架之间的垂直支撑和水平系杆屋架之间的垂直支撑和水平系杆：保证屋架侧向保证屋架侧向稳定。在第一或二柱间设垂直支撑。稳定。在第一或二柱间设垂直支撑。l上、下弦横向水平支撑上、下弦横向水平支撑：保证上下弦的侧向稳定，：保证上下弦的侧向稳定，并可靠传递纵向水平力至纵向排架。伸缩缝区间并可靠传递纵向水平力至纵向排架。伸缩缝区间两端的第一二柱间。两端的第一二柱间。图图l下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑：设在下弦端部节间，与横向：设在下弦端部节间，与横向水平支撑形成封闭体系，并将横向水平力分散给
17、水平支撑形成封闭体系，并将横向水平力分散给横向排架。横向排架。图图36上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑作用：作用：保保证证屋架上弦的屋架上弦的侧侧向向稳稳定性；增定性；增强强屋盖的整体屋盖的整体刚刚度；承受由山度；承受由山墙墙通通过过抗抗风风柱柱传传来的来的风风荷荷载载和其他和其他纵纵向水平荷向水平荷载载，并，并传传至厂房至厂房纵纵向柱列。向柱列。位置：位置：设设在伸在伸缩缝缩缝区区间间两端两端的第一二柱的第一二柱间间。若大型屋面板若大型屋面板与屋架连接质与屋架连接质量能保证，可量能保证，可不设。不设。37位置：位置：在在伸伸缩缝缩缝区段两区段两端的第一二柱端的第一二柱间设间设置。置。当屋架下
18、弦当屋架下弦设设有有悬悬挂吊挂吊车车，或厂房内有，或厂房内有较较大振大振动动，或山，或山墙风墙风荷荷载载通通过过抗抗风风柱柱传传至屋架下弦，至屋架下弦，应设应设。下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑作用：作用：防止屋架下弦防止屋架下弦侧侧向振向振动动；将山；将山墙风墙风荷荷载载及及纵纵向水平荷向水平荷载传载传至至纵纵向柱列。向柱列。38下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑作用：作用：加加强强屋盖屋盖结结构的横向水平构的横向水平刚刚度；保度；保证证横向水横向水平荷平荷载载的的纵纵向分布，加向分布，加强强排架排架间间的的协协同工作能力；同工作能力；保保证证托架上弦的托架上弦的侧侧向向稳稳定。定。位置：位置
19、：在屋架在屋架下弦端下弦端节间节间沿厂房沿厂房纵纵向通向通长长或局部或局部设设置一道；当已置一道；当已设设有下弦横有下弦横向水平支撑向水平支撑时时，为为保保证证厂厂房空房空间刚间刚度，度，应应尽可能与尽可能与横向水平支撑横向水平支撑连连接，以形接，以形成封成封闭闭的水平支撑系的水平支撑系统统。39垂直支撑垂直支撑作用：作用：保保证证屋架受荷屋架受荷后在平面外的后在平面外的稳稳定，定，防止防止侧侧向向颤动颤动；传递传递纵纵向水平力。向水平力。位置：位置：应应与下弦横向与下弦横向水平支撑布置在同一水平支撑布置在同一柱柱间间内内（伸缩缝区段（伸缩缝区段两端）。两端）。垂直支撑和水平系杆布置图垂直支撑
20、和水平系杆布置图40水平系杆水平系杆作用：作用：上弦水平系杆上弦水平系杆是是为为保保证证屋架上弦或屋面梁屋架上弦或屋面梁受受压压翼翼缘缘的的侧侧向向稳稳定，减小定，减小压压杆的杆的计计算算长长度；度；下下弦水平系杆弦水平系杆是是为为防止在吊防止在吊车车或有其它水平振或有其它水平振动时动时屋架下弦屋架下弦侧侧向向颤动颤动。位置：位置：在在未未设设置垂直支撑的屋架置垂直支撑的屋架间间，在相，在相应应于垂于垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦直支撑平面内的屋架上弦和下弦节节点点处处，设设置通置通长长的水平系杆。的水平系杆。412、柱间支撑、柱间支撑作用：作用：保保证证厂房厂房纵纵向排架的向排架的刚刚度和度
21、和稳稳定。将定。将纵纵向水向水平荷平荷载载传给传给基基础础。位置：位置：上部支撑上部支撑通通常设在伸缩缝区段常设在伸缩缝区段两端及中央或附近；两端及中央或附近；下部支撑下部支撑通常在伸通常在伸缩缝区段中部和上缩缝区段中部和上柱支撑相对应的位柱支撑相对应的位置。置。42柱间支撑柱间支撑在以下情况设置：在以下情况设置：（1）厂房内设置重级工作制吊车，或中、轻级工）厂房内设置重级工作制吊车，或中、轻级工作制吊车起重量在作制吊车起重量在10吨以上；吨以上；（2）厂房跨度在）厂房跨度在18米及米及18米以上，或柱高在米以上，或柱高在8米米以上；以上；（3）纵向柱的总数每排在）纵向柱的总数每排在7根以下；
22、根以下；（4）设有）设有3吨及吨及3吨以上吊车；吨以上吊车；（5）露天吊车的柱列。）露天吊车的柱列。43支撑常见形式支撑常见形式443、天窗架支撑、天窗架支撑作用作用：保保证证天窗架天窗架上弦的上弦的侧侧向向稳稳定定；将天窗端壁上的将天窗端壁上的风风荷荷载传给载传给屋架屋架。45462.3.3 围护结构布置l1、抗风柱的布置、抗风柱的布置l2、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置471 1、抗风柱的布置、抗风柱的布置 抗风柱其外边缘与厂房横向封闭轴线重合，离屋架抗风柱其外边缘与厂房横向封闭轴线重合，离屋架中心线中心线600mm。为了避免抗风柱与端屋架相碰，应。为了
23、避免抗风柱与端屋架相碰，应将抗风柱的上部截面高度适当减小，形成变截面柱。将抗风柱的上部截面高度适当减小，形成变截面柱。l作用：作用：将山墙分成几个区段，使风荷载一部分直接将山墙分成几个区段，使风荷载一部分直接传给纵向柱列，另一部分经抗风柱上端通过屋盖传传给纵向柱列，另一部分经抗风柱上端通过屋盖传给纵向柱列，下端传给基础。给纵向柱列，下端传给基础。l设置方式：设置方式：与基础刚接，与屋架下弦或同时与上下与基础刚接，与屋架下弦或同时与上下弦铰接，弦铰接，与屋架间可有相对竖向移动但水平方向应与屋架间可有相对竖向移动但水平方向应可靠连接可靠连接。常采用弹簧板或长圆孔螺栓。常采用弹簧板或长圆孔螺栓。48
24、49抗抗风风柱柱的的布布置置502 2、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置 砖砌体作围护墙时，要设圈梁、连系梁、过梁和砖砌体作围护墙时，要设圈梁、连系梁、过梁和基础梁。可结合在一起。基础梁。可结合在一起。l圈梁圈梁的作用是将墙体与厂房柱箍在一起，加强刚的作用是将墙体与厂房柱箍在一起，加强刚度，防止不均匀沉降。度，防止不均匀沉降。l连系梁连系梁的作用是连系纵向柱列，以增强纵向刚度，的作用是连系纵向柱列，以增强纵向刚度，还承受其上的墙体的重力。还承受其上的墙体的重力。l过梁过梁承担门窗洞口上部墙体的重力。承担门窗洞口上部墙体的重力。l基础梁基础梁承受围护墙体的重力。
25、可不另做墙基础。承受围护墙体的重力。可不另做墙基础。51基础梁的布置基础梁的布置522.4 构件选型与截面尺寸确定l2.4.1 屋盖结构构件l2.4.2 吊车梁l2.4.3 柱l2.4.4 基础主要承重构件主要承重构件有屋面板、屋架、吊车梁、柱、基础。有屋面板、屋架、吊车梁、柱、基础。屋面板、屋架、吊车梁及大部分构件均有屋面板、屋架、吊车梁及大部分构件均有标准图集标准图集。柱和基础一般需计算确定。柱和基础一般需计算确定。532.4.1 屋盖结构构件屋盖结构构件1、屋面板、屋面板：l无檩体系无檩体系:常用预应力砼大型屋面板（常用预应力砼大型屋面板（1.5*6，3*9)。l有檩体系：有檩体系：檩条
26、、小型屋面板（槽瓦、波形大瓦檩条、小型屋面板（槽瓦、波形大瓦等）等）5455562、屋面梁和屋架、屋面梁和屋架l屋面梁屋面梁有预应力混凝土单坡或双坡薄腹工形梁有预应力混凝土单坡或双坡薄腹工形梁及空腹梁。及空腹梁。l屋架屋架有拱式和桁架式。有拱式和桁架式。57l拱形与折线形屋架的杆件内力较均匀，腹杆内力很小，拱形与折线形屋架的杆件内力较均匀，腹杆内力很小，但拱形端部坡度大，不利于卷材防水屋面的施工，而但拱形端部坡度大，不利于卷材防水屋面的施工，而折线折线形形屋架弥补了这一缺点，屋架弥补了这一缺点，应用广泛应用广泛。5859603.天窗架和托架天窗架和托架 天窗架天窗架61 托架托架622.4.2
27、 吊车梁吊车梁lT形、工形。形、工形。RC、PC。跨度一般为。跨度一般为6m。l吊车梁一般吊车梁一般根据吊车的起重量、工作级别、根据吊车的起重量、工作级别、台数、厂房的跨度和柱距台数、厂房的跨度和柱距等因素选用。等因素选用。636465吊车工作制吊车工作制频繁程度频繁程度轻级轻级A1A3 运行时间占全部生产时间不足运行时间占全部生产时间不足15%中级中级A4、A5运行时间占全部生产时间在运行时间占全部生产时间在15-45%之间之间重级重级A6、A7运行时间占全部生产时间超过运行时间占全部生产时间超过45%附表附表6662.4.3 2.4.3 柱柱l常用形式有常用形式有矩形、矩形、I形、管柱、双
28、肢柱形、管柱、双肢柱等等6768692.4.4 基础基础l取决于上部结构荷载的性质、大取决于上部结构荷载的性质、大小及工程地质条件。小及工程地质条件。l单层厂房常用单层厂房常用预制柱下单独基础预制柱下单独基础，称为称为杯口基础杯口基础，有，有阶形阶形和和锥形锥形基基础。若基础深埋而为了使柱长一础。若基础深埋而为了使柱长一致可采用致可采用高杯口基础。高杯口基础。l若上部结构荷载很大，或地质条若上部结构荷载很大，或地质条件差，为防止柱基的不均匀沉降，件差，为防止柱基的不均匀沉降，可采用可采用条形基础条形基础；持力层很深时，；持力层很深时，可用可用桩基桩基。70杯形基础（分梯形和锥形）、高杯基础、爆扩桩基础和预制桩基础。杯形基础（分梯形和锥形）、高杯基础、爆扩桩基础和预制桩基础。71构件代号构件代号屋面板：屋面板：YWB；屋架：屋架：YWJ；空心板：空心板：YKB；槽形板：槽形板：YCB；基础：基础：J；基础梁：基础梁：JL；支撑：支撑：ZC；过梁：过梁：GL；圈梁：圈梁：QL；连系梁：连系梁：LL72