02单层厂房结构结构(课件)

2 单层厂房结构设计2.0 单层工业厂房结构设计基本要求本课程设计的基本要求是：●通过课程设计，掌握工业建筑设计的特点，装配式混凝土排架的受力特点；●掌握单层工业厂房荷载特点、传力路径，掌握厂房抗力构件的形式及组成方案；●掌握装配式结构中标准构件的选型；●掌握单层工业厂房排架的内力分析、内力组合和构件截面设计方法；●正确理解和运用构造措施，保证结构正常工作条件；●掌握表达设计意图的正确方法，包括各部分图纸的作用、应达到的深度和正确的表示方式。

2.1 结构类型和结构体系方案设计：●确定结构类型和结构体系；●结构布置；●构件选型。

结构类型：●混合结构●钢结构●混凝土结构结构体系：●排架结构：由屋架或屋面梁、柱和基础组成，柱顶与屋架铰接，柱底与基础顶面固接。

适用范围：跨度可超过30m，高度可达20～30m或更大，吊车吨位可达150t甚至更大。

刚架结构：由横梁、柱和基础组成。

柱顶与横梁刚接，为同一构件，柱底与基础一般为铰接，有时也采用刚接。

如二铰门架（门架顶点为刚接）、三铰门架（门架顶点为铰接）。

适用范围：无吊车或吊车吨位不超过10t，跨度不超过18m的中、小型单层厂房或仓库。

2.2 排架结构组成及荷载传递2.2.1 结构组成（图2.2.1）排架柱顶以上部分各构件，包括屋面板、天窗架、屋架、托架等。

屋盖结构体系：●无檩屋盖结构体系：由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑所组成，有时还包括天窗架和托架。

●有檩屋盖结构体系：由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成。

单层工业厂房主要采用无檩屋盖结构形式。

2、纵、横向平面排架●横向平面排架（图 2.2.2），由横梁（屋架或屋面梁）和横向柱列（包括基础）所组成，是厂房的基本承重结构。

●纵向平面排架（图 2.2.3），由连系梁、吊车梁、纵向柱列（包括基础）和柱间支撑等组成。

围护结构包括：纵墙、横墙（山墙）、抗风柱、连系梁、基础梁等构件。

2.2.2 荷载传递1、荷载分类永久荷载（恒荷载）：包括各种构件、围护结构及固定设备的自重。

可变荷载（活荷载）：包括屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载、吊车荷载（单层工业厂房结构的主要荷载）等。

上述所有荷载，按其作用方向，可分为：●竖向荷载●横向水平荷载●纵向水平荷载。

2、荷载传递竖向荷载、横向水平荷载：通过横向平面排架传至地基，图 2.2.2。

纵向水平荷载：通过纵向平面排架传至地基，图2.2.3。

竖向荷载、横向水平荷载和纵向水平荷载的传递路线，图 2.2.4。

●横向平面排架是主要承重结构●屋架、吊车梁、排架柱和基础是主要承重构件。

2.3 结构布置2.3.1 厂房平面布置1、柱网布置柱网：厂房承重柱的纵向和横向定位轴线所形成的网络。

柱网布置：确定纵向定位轴线之间（跨度）和横向定位轴线之间（柱距）的尺寸。

柱网布置的原则跨度与柱距，模数。

2、变形缝●伸缩缝：最大间距，见附表9.1。

●沉降缝●防震缝2.3.2 支撑布置1、屋盖支撑●上弦横向水平支撑（图2.3.2）●下弦横向水平支撑（图2.3.3）●纵向水平支撑（图2.3.3）●垂直支撑和水平系杆（图2.3.4）天窗架支撑（图2.3.5）2、柱间支撑2.3.3 围护结构布置1、抗风柱2、圈梁、连系梁、过梁、基础梁2.4 构件选型与截面尺寸确定2.4.1 屋盖结构构件1、屋面板2、檩条3、屋架●屋面梁●两铰（或三铰）拱屋架（图2.4.4）●桁架式屋架（图2.4.5）4、天窗架和托架2.4.2 吊车梁吊车梁类型：●钢筋混凝土等截面实腹吊车梁●钢筋混凝土和钢组合式吊车梁●预应力混凝土等截面和变截面吊车梁吊车梁选用●钢筋混凝土等截面构件●预应力混凝土等截面构件2.4.3 柱1、柱的形式（图2.4.9）柱的形式：●单肢柱：矩形单肢柱、工字形单肢柱、环形单肢柱等；●双肢柱：平腹杆双肢柱、斜腹杆双肢柱、双肢管柱等。

柱的选用：根据柱截面高度，选择不同形式的柱。

2、柱的截面尺寸排架柱的截面尺寸，由截面承载力和截面刚度两个条件决定。

柱截面尺寸的确定，主要根据工程经验和实测试验资料，来控制截面尺寸，而不是依靠计算方法。

具体见表2.4.1、2.4.2、2.4.3、2.4.4、2.4.5。

2.4.4 基础1、基础的类型单层工业厂房一般采用柱下独立基础，图2.4.10。

其主要形式有：●杯形基础（锥形基础和阶形基础）●高杯基础●爆扩桩基础●预制桩基础等。

2、基础尺寸的初步拟定基础底面尺寸是根据基底反力和地基承载力由计算确定。

按以下方法拟定：● 柱下独立基础：图2.4.11。

基础高度1150mm h h a =++，其中，1h 为柱的插入深度，按表2.4.6确定；1a 为杯底厚度，按表2.4.7确定；杯壁厚度t ，按表2.4.7确定。

● 锥形基础：边缘高度一般取2200mm a ≥，且21a a ≥和2c 4a h ≥（c h 为预制柱的截面高度）；当锥形基础的斜坡处为非支模制作时，要求坡度t a n 2.α≥，一般取t a n 3.0~α=。

● 阶形基础：当基础高度850mm h ≥时，宜采用二阶；当900mm h >时，宜采用三阶，每阶高度一般取300~500mm 。

2.5 排架结构内力分析将复杂的空间结构体系，简化为纵、横向平面排架，分别计算。

纵向平面排架，不必进行计算。

横向平面排架，是厂房的主要承重结构，必须对横向平面排架进行内力计算，求出排架柱各控制截面在各种荷载作用下的内力，以此作为设计柱子的依据，而柱底截面的最不利内力，还可作为设计基础的依据。

本节主要讨论：● 横向平面排架计算简图的确定● 作用在横向平面排架上各种荷载的计算 ● 横向平面排架结构内力分析 ● 柱子截面内力的最不利组合，等。

2.5.1 排架计算简图1、计算单元根据排架受力情况选取，图2.5.1。

●各榀排架几何尺寸相同、纵向柱距相等、无局部抽柱、荷载分布均匀：可通过纵向柱距的中线截取计算单元。

●有局部抽柱：根据具体情况选取计算单元。

2、基本假定和计算简图确定计算简图时，作如下假定：●柱下端嵌固于基础，固定端位于基础顶面；●柱顶与屋架或屋面梁为铰接，只能传递竖向轴力和水平剪力，不能传递弯矩；●横梁（即屋架或屋面梁）为轴向刚度很大的刚性连杆；横向排架的计算简图，见图2.5.1b、c、d。

●柱子高度的确定。

●柱子截面抗弯刚度的确定。

2.5.2 排架结构上的荷载、传力路线及作用点1、恒载（永久荷载）非标准构件的恒载，可根据构件的设计尺寸和材料重度计算。

标准构件的恒载，可直接由相应的构件标准图集中查得。

（1）、屋盖荷载1G ，图2.5.2a 。

包括：屋面构造层（找平层、保温层、防水层等）、屋面板、天窗架、屋架或屋面梁、屋盖支撑以及与屋架相连的各种管道等的重力荷载。

传力路线：通过屋架或屋面梁的端部，以竖向集中力1G 的形式传至柱顶。

作用点：位于屋架上、下弦几何中心线汇交处，一般在厂房纵向定位轴线内侧150mm 处，对上柱截面几何中心存在偏心距1e ，对下柱截面几何中心又增加一偏心距0e 。

（2）、悬墙自重重力荷载2G ，图2.5.2b 。

传力路线：以竖向集中力2G 的形式，通过连系梁传给支撑连系梁的柱牛腿顶面。

作用点：通过连系梁或墙体截面的形心轴，距下柱截面几何中心的距离为2e 。

（3）、吊车梁和轨道及连接件重力荷载3G ，图2.5.2b 。

吊车梁和轨道及连接件重力荷载，可从有关标准图中直接查得，轨道及连接件重力荷载，也可按0.8~1.0kN m 估算。

作用点：距纵向定位轴线750mm ，对下柱几何中心线的偏心距为3e 。

（4）、上柱自重重力荷载4G 和下柱自重重力荷载5G ，图2.5.2b 。

作用点：分别作用于各自截面的几何中心线上，其中，4G 对下柱截面几何中心线有一偏心距0e 。

各种恒载作用下，横向排架结构的计算简图，图 2.5.2c 。

2、屋面活荷载（可变荷载） （1）、屋面均布活荷载屋面水平投影面上的屋面均布活荷载标准值，按下列情况选取： 不上人的屋面：20.5kN m ； 上人的屋面：22.0kN m 。

（2）、屋面雪荷载屋面水平投影面上的雪荷载标准值，按下式计算()2k r 0kN m S S μ=⋅其中，0S 为基本雪压，2kN m ，r μ为屋面积雪分布系数，均可由《规范》查得。

《规范》规定：屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，取两者中得较大值。

（3）、屋面积灰荷载积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑。

上述三种屋面活荷载，均以竖向集中力的形式，作用于柱顶，作用点与屋盖荷载相同。

计算简图，图2.5.3。

3、风荷载《规范》规定：垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，按下式计算()2k z s z 0kN m w w βμμ=其中，0w ——基本风压值，2kN m ，查附图3；z β——风振系数，当厂房高度小于30m 时，z 1.0β=；s μ——风荷载体型系数，查附表5.3； z μ——风压高度变化系数，查附表5.1。

排架结构内力分析时，通常将作用在厂房上的风荷载作如下简化：（1）、作用在排架柱顶以下墙面上的水平风荷载，近似按均布荷载计算，其风压高度变化系数z μ，可根据柱顶标高确定。

（2）、作用在排架柱顶以上屋盖上的风荷载，仍取为垂直于屋面的均布荷载，但仅考虑其水平分量对排架的影响，且以水平集中荷载的形式，作用在排架柱顶。

其风压高度变化系数z μ。

● 当计算屋架（或天窗架）两端的风荷载时，可根据檐口标高（或天窗檐口标高）确定；● 当计算屋架（或天窗架）斜面上的风荷载时，可根据屋顶（或天窗顶）标高确定。

图2.5.4所示的排架结构风荷载计算。

左吹风与右吹风。

4、吊车荷载以吊车的产品规格为依据，确定吊车荷载。

● 软钩吊车 ● 硬钩吊车对于一般的桥式吊车，由大车（桥架）和小车组成。

大车在吊车轨道上沿厂房纵向运动，小车在大车的轨道上沿着厂房横向运行。

作用在横向排架上的吊车荷载 ● 吊车竖向荷载● 吊车横向水平荷载。

作用在纵向排架结构上的吊车荷载 ● 吊车纵向水平荷载。

（1）、吊车竖向荷载（图2.5.5）吊车轮压：桥式吊车的轮子对吊车轨道的压力。

当小车满载（即，吊有额定起重量），并运行至大车一侧的极限位置时，小车所在一侧的轮压，将出现最大轮压值p ,m a x F ，另一侧将出现最小轮压值p,min F ，最大轮压值p,max F 和最小轮压值p,minF 与吊车桥架重量G 、吊车的额定起重量Q 及小车重量g 的关系，满足下列平衡关系()p,max p,min n F F G Q g +=++其中，n 为吊车每一侧的轮子数。

最大轮压值p,max F 、最小轮压值p,min F 、吊车桥架重量G 、吊车的额定起重量Q 以及小车重量g ，均可在表2.5.1中查到。