第11章單層廠房結構 單層廠房結構類型和結構體系結構組成和荷載傳遞排架計算內力組合和排架柱設計柱下獨立基礎 11 1單層廠房結構類型和結構體系 k 單層廠房依據其跨度 高度和吊車起重量等因素可采用混合結構 混凝土結構或鋼結構 一 結構類型 k 混合結構 無吊車或吊車噸位不超過5t 跨度在15m以內 柱頂標高不超過8m且無特殊工藝要求的小型廠房 可采用由磚柱 鋼筋混凝土屋架或輕鋼屋架組成的混合結構 鋼結構 廠房內有重型吊車 如吊車起重量大于150t 跨度大于36m或有特殊工藝要求的大型廠房 可采用全鋼結構或由鋼筋混凝土柱與鋼屋架組成的結構 除上述情況以外的單層工業廠房 一般采用混凝土結構 而且除特殊情況外 一般均采用裝配式鋼筋混凝土結構 k 裝配式鋼筋混凝土排架結構是單層工業廠房最廣泛的一種結構形式 它由屋架或屋面梁 柱和基礎所組成 柱頂與屋架為鉸接 柱底與基礎頂面為固接 分等高 不等高 單跨或多跨等多種形式 二 結構體系 排架結構和剛架結構 k 圖1 3 2圖1 3 3騰15 3 k 鋼筋混凝土結構的跨度可超過30m 高度可達20 30m或更大 吊車噸位可達150t甚至更大 門架的缺點 1 剛度較差 承載后會產生跨變 梁柱的轉角處易產生早期裂縫 2 翻身 吊裝和對中就位均比較麻煩 其應用受到一定限制 k 門架的優點 梁柱合一 構件種類少 制作簡單 結構輕巧 當廠房的跨度和高度均較小時其經濟指標優于排架結構 k 門架結構一般適用于屋蓋較輕的無吊車或吊車噸位不超過10t 跨度不超過18m 檐口高度不超過10m的中 小型單層廠房或倉庫等 單層廠房是一個復雜的空間受力體系 由屋蓋結構 縱 橫向平面排架及圍護結構組成 k 12 2結構組成和布置 一 結構組成 k 1 屋蓋結構 由排架柱頂以上部分各構件 包括屋面板 天窗架 屋架 托架等 所組成 作用 主要是圍護和承重 承受屋蓋結構的自重 屋面活載 雪載和其它的荷載 并將這些荷載傳給排架柱 以及采光和通風 k 屋蓋類型 無檁體系 有檁體系 屋蓋類型 無檁體系 有檁體系 無檁體系 由大型屋面板 屋架或屋面梁及屋蓋支承系統所組成 有時還包括天窗架和托架等構件 特點 屋面剛度大 整體性好 構件數量和種類較少 施工速度快 是單層廠房中應用較廣泛的一種屋蓋形式 k 屋蓋類型 無檁體系 有檁體系 有檁體系 由小型屋面板 檁條 屋架及屋蓋支承所組成 特點 這種屋蓋的構造和荷載傳遞都比較復雜 整體性和剛度也較差 適用于一般中 小型廠房 k k 縱 橫向平面排架 橫向平面排架由橫梁 屋架或屋面梁 和橫向柱列 包括基礎 所組成 是廠房的基本承重結構 作用 將廠房中的豎向荷載 包括結構自重 屋面活載 雪載和吊車豎向荷載等 及橫向水平荷載 包括風載 吊車橫向制動力 橫向水平地震作用等 傳給基礎和地基 k 縱向平面排架 由連系梁 吊車梁 縱向柱列 包括基礎 和柱間支撐等組成 作用 保證廠房結構的縱向穩定性和剛度 承受吊車縱向水平荷載 縱向水平地震作用 溫度應力以及作用在山墻及天窗架端壁并通過屋蓋結構傳來的縱向風荷載等 k 圍護結構 包括縱墻 橫墻 山墻 抗風柱 連系梁 基礎梁等構件 這些構件所承受的荷載主要是墻體和構件的自重以作用在墻面上的風荷載 k 二 荷載傳遞 豎向荷載 k 橫向水平荷載 k 縱向水平荷載 單層廠房中的橫向排架是主要承重結構 屋架 吊車梁 排架柱和基礎是主要承重構件 k 包括平面布置 支撐布置及圍護結構布置 三 結構布置 1 廠房平面布置 1 柱網布置 廠房承重柱的縱向和橫向定位軸線所形成的網格 稱為柱網 柱網布置就是確定縱向定位軸線之間 跨度 和橫向定位軸線 柱距 的尺寸 布置原則 首先應滿足生產工藝及作用要求 在此前提下力求建筑平面和結構方案經濟合理 另外 還應遵守廠房建筑統一化基本規則的規定 為廠房設計標準化 生產工廠化和施工機械化創造條件 k 2 變形縫 常設溫度縫 抗震縫及沉降縫 2 支撐布置 為了保證廠房在施工和使用過程中的可靠性 需設置各種支撐 1 屋蓋支撐 2 柱間支撐 包括上 下弦橫向水平支撐 縱向水平支撐 垂直支撐與縱向水平系桿 天窗架支撐等 1 屋蓋支撐 是沿廠房跨度方向用交叉角鋼 直腹桿和屋架上弦桿共同構成的水平桁架 作用 保證屋架上弦桿在平面外的穩定和屋蓋縱向水平剛度 同時還作為山墻抗風柱頂端的水平支座 承受山墻傳來的風荷載和其他縱向水平荷載 并將其傳至廠房的縱向柱列 a 上弦橫向水平支撐 當屋蓋結構的縱向水平面內剛度不足 具有以下情況之一時 具有以下情況之一時 應設置上弦橫向水平支撐 1 跨度較大的無檁體系屋蓋 當屋面板與屋架連接的焊接質量不能保證 且山墻抗風柱將風荷載傳至屋架上弦時 應設置上弦橫向水平支撐 2 若能保證大型屋面板與屋架或屋面梁有三點焊接且屋面板縱肋間的空隙用C15或C20細石混凝土灌實 則可認為無檁體系屋蓋剛度相當大 無須設置上弦橫向水平支撐 3 屋面設置了天窗且天窗通到廠房端的第二柱間或通過伸縮縫時 應在第一或第二柱間的天窗范圍內設置上弦橫向水平支撐 并在天窗范圍內沿縱向設置一至三道通長的受壓系桿 4 當采用鋼筋混凝土拱形或梯形屋架的屋蓋系統時 應在每一個伸縮縫區段端部的第一或第二柱間布置上弦橫向水平支撐 在屋架下弦平面內 由交叉角鋼 直腹桿和屋架下弦桿組成的水平桁架 稱為 作用 將山墻風荷載及縱向水平荷載傳至縱向柱列 同時防止屋架下弦的側向振動 b 下弦橫向水平支撐 當具有以下情況之一時 應設下弦橫向水平支撐 一般宜設于廠房端部及伸縮縫處第一柱間 并宜與上弦橫向水平支撐設置在同一柱間 以形成空間桁架體系 1 山墻抗風柱與屋架下弦連接 縱向水平力通過下弦傳遞時 2 廠房內有較大的振動源 如設有硬鉤橋式吊車或5t及其以上的鍛錘時 3 有縱向運行的懸掛吊車 或電葫蘆 且吊點設在屋架上弦時 可在懸掛吊車軌道盡頭的柱間設置 下弦橫向水平支撐 下弦縱向水平支撐 由交叉角鋼 直腹桿和屋架下弦第一節間組成的縱向水平桁架 稱為下弦縱向水平支撐 作用 加強屋蓋結構的橫向水平剛度 c 縱向水平支撐 當廠房內設有軟鉤橋式吊車但廠房高度大 吊車噸位較重 如等高多跨廠房柱高大于15m 吊車工作級別為A4 A5起重量大于50t 或廠房內設有硬鉤橋式吊車 或設有大于5t懸掛吊車 或設備以及廠房內因抽柱或柱距較大而需設置托架時 應在屋架下弦端節間沿廠房縱向通長或局部設置一道下弦縱向水平支撐 當設置下弦縱向水平支撐時 為了保證廠房空間剛度 必須同時設置相應的下弦橫向水平支撐 形成封閉的水平支撐系統 由角鋼桿件與屋架直腹桿組成的垂直桁架 稱為屋蓋垂直支撐 其形式為十字交叉形或W形 作用 保證屋架承受荷載后在平面外的穩定并傳遞縱向水平力 因而應與下弦橫向水平支撐布置在同一柱間內 d 垂直支撐和水平系桿 上弦水平系桿 保證屋架上弦或屋面梁受壓翼緣的側向穩定 下弦水平系桿 防止在吊車或有其他水平振動時屋架下弦發生側向顫動 1 當廠房跨度小于18m且無天窗時 一般可以不設垂直支撐和水平系桿 2 當廠房跨度為18 30m 屋架間距為6m 采用大型屋面板時 應在每一道伸縮縫區段端部第一或第二柱間設置一道垂直支撐 跨度大于30m時 應在屋架跨度1 3左右的節點處設置兩道垂直支撐 當屋架部部高度大于1 2m時 還應在屋架兩端各布置一道垂直支撐 3 當廠房伸縮縫區段大于90m時 還應在柱間支撐柱內增設一道垂直支撐 1 當屋蓋設置垂直支撐時 應在未設置垂直支撐屋架間 在相應于垂直支撐平面內的屋架上弦和下弦節點處 設置通長的水平系桿 2 凡設在屋架端部柱頂處和屋架上弦屋脊節點處的通長水平系桿 均應休用剛性系桿 其余均可采用柔性系桿 包括天窗架上弦橫向水平支撐和天窗架間的垂直支撐 用以保證天窗架上弦的側向穩定和將天窗端壁上的風荷載傳給屋架 e 天窗架支撐 1 天窗架上弦橫向水平支撐和垂直支撐一般均設置在天窗端部第一柱間內 2 當天窗區段較長時 還應在區段中部設有柱間支撐的柱間內設置垂直支撐 3 垂直支撐一般設置在天窗的兩側 當天窗架跨度 12m時 還應在天窗中間豎桿平面內設置一道垂直支撐 4 在未設置上弦橫向水平支撐的天窗架間 應在上弦節點處設置柔性系桿 它是縱向平面排架中最主要的抗側力構件 其作用是承受由抗風柱和屋蓋橫向水平支撐傳來的山墻風載 由屋蓋結構傳來的縱向水平地震作用以及由吊車梁傳來的吊車縱向水平制動力 并將它們傳給基礎 2 柱間支撐 提高廠房結構的縱向剛度 對于有吊車的廠房 按其位置要分為上柱和下柱柱間支撐 1 上柱柱間支撐位于吊車梁上部 它設置在伸縮縫區段兩端與屋蓋橫向水平支撐相對應的柱間以及伸縮縫區段中央或臨近中央的柱間 并在柱頂設置通長的剛性系桿以傳遞水平力 2 下柱柱間支撐位于吊車梁下部 它設置在伸縮縫區段中部與上柱柱間支撐相應的位置 1 設有吊車工作級別A6 A8的吊車 或A1 A5的吊車起重量在10t或10t以上時 2 廠房跨度大于或等于18m 或柱高大于或等于8m時 3 廠房縱向柱的總數每列在7根以下時 4 設有3t以上的懸掛吊車時 5 露天吊車棧橋的柱列 當單層廠房有下列情況之一時 應設置柱間支撐 包括屋面板 墻體 抗風柱 圈梁 連系梁 過梁 基礎梁等構件 作用 承受風 積雪 雨水 地震作用 以及地基產生不均勻沉降所引起的內力 三 圍護結構布置 當廠房高度及跨度不大時 例如柱頂高度在8m以下 跨度為9 12m 可在山墻設置磚壁柱作為抗風柱 當廠房高度和跨度較大時 一般都采用鋼筋混凝土抗風柱 柱外側再貼砌山墻 當廠房高度很大時 山墻所受的風荷載很大 為減小抗風柱的截面尺寸 可在山墻內側設置水平抗風梁或鋼抗風桁架 作為抗風柱的中間支座 一部分風荷載將通過抗風梁或抗風桁架直接傳給縱向柱列 1 抗風柱 抗風柱與屋架的連接方式應滿足兩個要求 1 在水平方向必須與屋架有可靠的連接以保證有效地傳遞風荷載 2 在豎向方向應允許兩者之間產生一定的相對位移 以防止抗風柱與屋架沉降不均勻時產生不利影響 抗風柱一般與基礎剛接 與屋架上弦鉸接 當屋架設有下弦橫向水平支撐時