04-第3章 单层厂房结构-1.pptx

第1页：第三章单层厂房结构封面

房屋混凝土结构设计——第三章 单层厂房结构

第2页：第三章章节内容

第三章 单层厂房结构 章节内容

• 3.1 概述
• 3.2 结构组成及荷载传递
• 3.3 结构布置
• 3.4 构件选型与截面尺寸确定
• 3.5 排架结构内力分析
• 3.6 柱的设计
• 3.7 柱下独立基础设计
• 3.8 连接构造及预埋件设计

第3页：工业厂房的分类

工业厂房的分类：工业厂房由于生产性质、工艺流程、机械设备和产品的不同，按层数分类可分为：

• 单层厂房：如冶金或机械厂的炼钢、轧钢、铸造、锻压、金工、装配等车间，因设有大型机器或设备、产品较重且轮廓尺寸较大，宜直接在地面上生产。
• 多层厂房：如精密仪表、电子、食品等工业。
• 层数混合的厂房：如化学工业、热电厂等。

第4页：单层厂房的特点

3.1.1 单层厂房的特点：单层厂房只有屋盖、没有楼盖，室内几乎没有隔墙，一般仅在四周布置柱和墙，属于空旷结构。一般来说单层厂房具有以下特点：

1. 具有较大的跨度和净空，承受荷载较大。
2. 常作用有吊车等动力机械设备，设计时需考虑动力作用的影响。
3. 属于空旷结构，柱是承受各种荷载的主要构件。
4. 常采用构配件标准化、系列化、通用化、生产工厂化和便于机械化施工的建造方式，以缩短建造工期。

第5页：单层厂房按材料分类的结构类型

3.1.2 单层厂房的结构类型（2）按主要承重材料可分为：混合结构、钢筋混凝土结构、钢结构。

• 混合结构：对无吊车或吊车吨位不超过 5 t、跨度在 15 m 以内、柱顶标高不超过 8 m 且无特殊工艺要求的小型厂房可采用。
• 钢结构：对有重型吊车、跨度大于 36 m 或有特殊工艺要求的大型厂房，可采用全钢结构或由钢筋混凝土柱与钢屋架组成的结构。
• 混凝土结构：除上述情况以外的单层厂房均可采用，且除特殊情况之外一般均采用装配式钢筋混凝土结构。

第6页：排架结构与刚架结构

3.1.2 单层厂房的结构类型（3）按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构。

图示：(a) 排架结构；(b) 门式刚架结构。

第7页：单层厂房的结构分析方法

3.1.3 单层厂房的结构分析方法

• 进行非抗震设计时，单层厂房主要承受恒载、屋面活载、吊车荷载和风荷载等作用，为简化计算，一般将其简化为纵、横向的平面排架结构，按线弹性分析方法分别进行内力计算；只有当吊车起重量较大时，才考虑厂房空间作用的影响。
• 抗震设计时，横向抗震验算可按平面结构进行简化计算，但应考虑厂房空间作用和扭转影响以及吊车桥架影响对地震作用效应予以调整；或考虑屋盖平面内弹性变形和墙体的有效刚度影响，将单层厂房按多质点空间结构进行分析。

第8页：单层厂房结构的组成

3.2.1 结构组成：单层厂房结构是由一些构件组成的一个复杂的空间受力体系，可将结构整体分为三大部分。

承重结构构件

直接承受荷载并将荷载传递给其他构件，包括屋盖结构、排架柱、吊车梁和基础等。

围护结构构件

以承受自重和作用其上的风荷载为主的纵墙、山墙、连系梁、抗风柱等。

支撑体系

联系屋架、天窗架、柱等以增强结构整体性的重要组成构件。

第9页：单层厂房结构构件组成图

单层厂房结构组成示意：1. 屋面板；2. 天沟板；3. 天窗架；4. 屋架；5. 托架；6. 吊车梁；7. 排架柱；8. 抗风柱；9. 基础；10. 连系梁；11. 基础梁；12. 天窗架垂直支撑；13. 屋架下弦横向水平支撑；14. 屋架端部垂直支撑；15. 柱间支撑。

第10页：屋盖结构的组成与体系

（1）屋盖结构：由排架柱以上部分各构件组成，包括屋面板、天沟板、天窗架、屋架、檩条、屋盖支撑、托架等。其作用主要是围护和承重，以及采光和通风，并与厂房柱组成排架结构。

无檩体系

由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括天窗架和托架等构件。

有檩体系

由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成。

第11页：横向平面排架结构

（2）横向平面排架结构：由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面骨架，是厂房的基本承重结构。厂房承受的竖向荷载及横向水平荷载主要通过横向平面排架传至基础及地基。

第12页：纵向平面排架结构

（3）纵向平面排架结构：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。作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，承受吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、温度应力以及作用在山墙及天窗架端壁并通过屋盖结构传来的纵向风荷载等。

第13页：围护结构的组成

（4）围护结构：位于厂房的四周，包括纵墙、横墙（山墙）、抗风柱、连系梁、基础梁等构件。这些构件所承受的荷载，主要是墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载。

第14页：承重结构构件及其作用

单层厂房承重结构构件及其作用

第15页：支撑体系与围护构件的作用

支撑体系与围护结构构件及其作用

第16页：主要荷载及其传递路线

3.2.2 主要荷载及其传递路线：单层厂房主要承受永久荷载和可变荷载。永久荷载主要包括各种结构构件、围护结构及固定设备的自重；可变荷载主要包括屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载和地震作用等；对大量排灰的厂房及其邻近建筑物还应考虑屋面积灰荷载。

按作用方向分为：竖向荷载、横向水平荷载和纵向水平荷载。

第17页：竖向荷载传递路线

竖向荷载：本页图示竖向荷载由屋盖结构、吊车梁等经排架柱传至基础，再传至地基的传递路线。

第18页：横向水平荷载传递路线

横向水平荷载：本页图示横向水平荷载（风荷载、吊车横向水平荷载）经横向平面排架传至基础的传递路线。

第19页：纵向水平荷载传递路线

纵向水平荷载：本页图示纵向水平荷载（纵向风荷载、吊车纵向水平荷载）经柱间支撑传至基础的传递路线。

第20页：结构设计的三个阶段

3.3 结构布置：单层厂房结构设计包括工艺设计、建筑设计、结构设计和设备设计（如水、暖、电等）等方面，可分为方案设计、技术设计和施工图绘制三个阶段。

• 方案设计阶段：确定柱网布置等平面问题。
• 技术设计阶段：确定结构形式、标高等剖面问题，选择结构构件类型，确定结构布置；确定结构计算简图，进行荷载计算及排架内力分析，完成结构构件（柱、基础等）设计。
• 施工图阶段：结构布置图（屋面、柱、基础等）、构件布置与配筋图、节点大样图。

第21页：柱网布置

3.3.1 结构平面布置 1. 柱网布置：厂房承重柱的纵向和横向定位轴线所形成的网格称为柱网。柱网布置就是确定纵向定位轴线（跨度）和横向定位轴线（柱距）的尺寸，要考虑工艺、经济、模数化等因素。

目的：确定柱的位置；确定屋面板、屋架和吊车梁等构件的跨度。

第22页：柱网布置的原则

柱网布置的原则

1. 符合生产和使用要求。
2. 建筑平面和结构方案经济合理。
3. 厂房结构形式和施工方法具有先进性和合理性。
4. 符合《厂房建筑统一化基本规则》的有关规定。
5. 适应生产发展和技术革新的要求。
6. 纵轴线布置在柱外边缘，横轴线布置在柱的中心线。
7. 柱距和跨度应符合模数要求。

第23页：定位轴线与标志尺寸

2. 定位轴线：厂房定位轴线是确定厂房主要承重构件位置及其标志尺寸的基准线，同时也是施工放线和设备定位的依据。沿厂房柱距方向的轴线称为纵向定位轴线，一般用编号 A、B、C…表示；沿厂房跨度方向的轴线称为横向定位轴线，一般用 1、2、3…编号表示。

标志尺寸

指构件的实际尺寸加上两端必要的构造尺寸。

封闭式定位轴线

当定位轴线之间的距离与相关主要构件的标志尺寸相一致时，使构件的端头与端头、或构件端头与墙内缘相重合，不留缝隙，形成封闭结合。

第24页：变形缝的设置

3. 变形缝：包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。

• 伸缩缝：为防止结构因温度变化和混凝土干缩变形而产生裂缝。
• 沉降缝：当建筑物相邻部分高度相差较大（10 m 以上）、两跨间吊车额定起重量相差较大，或相邻建筑物地基承载力相差较大时，应布置沉降缝。
• 防震缝：有抗震设防要求，其平、立面布置复杂或结构相邻部分的刚度相差较大，以及在厂房侧边布置附属用房时，应设置防震缝将相邻两部分分开。

当厂房需要设置伸缩缝、沉降缝和防震缝时，三缝宜设置在同一位置处，并应符合防震缝的宽度。

第25页：厂房高度的确定

3.3.2 厂房高度的确定：厂房高度是指室内地面至柱顶（或屋架下弦底面）的距离。厂房设计时须按生产工艺要求和有无吊车等因素，确定室内地面至屋架下弦底面及吊车轨道顶面的距离，这两个参数是厂房结构设计中的重要参数。

第26页：支撑的作用与分类

3.3.3 支撑布置

支撑的作用：

1. 使厂房结构形成一个整体的空间骨架，保证厂房的空间刚度。
2. 在施工安装阶段及正常使用阶段，保证构件的稳定与安全。
3. 承受和传递水平荷载到主要承重结构构件。

支撑布置应结合厂房跨度、高度、屋架形式、有无天窗、吊车起重量和工作制、有无振动设备以及抗震设防等情况合理布置。分为：屋盖支撑和柱间支撑。

第27页：屋盖支撑的组成

屋盖支撑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、纵向水平系杆、天窗架支撑等。由设置在屋面梁（屋架）间的垂直支撑、水平系杆，以及设置在上下弦平面内的横向水平支撑和通常设置在下弦平面内的纵向水平支撑、天窗架支撑组成，将各榀屋架在水平方向连系起来。

第28页：上弦横向水平支撑

上弦横向水平支撑

构成

沿厂房跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架上弦杆构成的水平桁架。

作用

保证屋架上弦的侧向稳定性；增强屋盖的整体刚度；作为山墙抗风柱的顶端水平支座，承受由山墙传来的风荷载和其他纵向水平荷载，并传至厂房纵向柱列。

布置

当屋盖为有檩体系，或屋盖为无檩体系但屋面板与屋架连接质量不能保证且抗风柱与屋架上弦连接时，在每一伸缩缝区段端部第一或第二柱间布置；设有天窗时，应在第一或第二柱间的天窗范围内设置，并沿纵向设置 1~3 道通长的受压系杆。

第29页：上弦横向水平支撑布置图

本页图示屋盖上弦横向水平支撑的布置形式与构造。

第30页：下弦横向水平支撑

下弦横向水平支撑

构成

沿厂房跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架下弦杆构成的水平桁架。

作用

将山墙风荷载及纵向水平荷载传至纵向柱列；防止屋架下弦侧向振动。

布置

当屋架下弦设有悬挂吊车，或厂房内有较大振动，或山墙风荷载通过抗风柱传至屋架下弦时，应在每一伸缩缝区段两端的第一或第二柱间设置，宜与上弦横向水平支撑设置在同一柱间。

第31页：纵向水平支撑

纵向水平支撑

构成

由交叉角钢、直杆和屋架下弦第一节间组成的纵向水平桁架。

作用

加强屋盖结构的横向水平刚度；保证横向水平荷载的纵向分布，加强厂房的空间工作；保证托架上弦的侧向稳定等。

第32页：纵向水平支撑布置图

本页图示屋盖纵向水平支撑在屋架下弦第一节间平面内的布置形式。

第33页：垂直支撑

垂直支撑

构成

由角钢杆件与屋架直腹杆组成的垂直桁架，形式为十字交叉形或 W 形。

作用

保证屋架受荷后在平面外的稳定；传递纵向水平力。

布置

应与下弦横向水平支撑布置在同一柱间内。当厂房跨度小于 18 m 且无天窗时，一般可不设垂直支撑和水平系杆；跨度为 18~30 m、屋架间距 6 m、采用大型屋面板时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间、屋架跨中设置一道；屋架跨度大于 30 m 时，应在屋架跨度 1/3 左右的节点处设置两道。

第34页：垂直支撑布置图

本页图示屋架间垂直支撑的布置形式与设置位置。

第35页：水平系杆

水平系杆

构成

分为上弦水平系杆和下弦水平系杆。

作用

上弦水平系杆保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定；下弦水平系杆防止在吊车或有其他水平振动时屋架下弦侧向颤动。

布置

当屋盖设置垂直支撑时，未设置垂直支撑的屋架间，在相应于垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节点处设置通长的水平系杆。

• 刚性系杆（压杆）：设在屋架端部主要支承节点处和屋架上弦屋脊节点处的通长水平系杆应采用刚性系杆；当横向水平支撑设在伸缩缝区段两端的第二柱间内时，第一柱间内的水平系杆均应采用刚性系杆。
• 柔性系杆（拉杆）：其余均可采用柔性系杆。

第36页：天窗架支撑

天窗架支撑

构成

包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架间的垂直支撑和水平系杆。

作用

保证天窗架上弦的侧向稳定；将天窗端壁上的风荷载传给屋架。

布置

纵向位置：一般天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均设置在天窗端部第一柱间内；横向位置：一般垂直支撑设置在天窗两侧；水平系杆在未设置上弦横向水平支撑的天窗架间的上弦节点处设置柔性系杆，对有檩屋盖体系，檩条可以代替柔性系杆。

第37页：天窗架支撑布置图

本页图示天窗架支撑的布置形式与位置。

第38页：柱间支撑

柱间支撑：柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。

构成

由交叉钢杆件组成，交叉倾角宜取 45°，支撑钢构件的截面尺寸需经承载力和稳定计算确定。

作用

提高厂房的纵向刚度和稳定性；将吊车纵向水平制动力、山墙及天窗端壁的风荷载、纵向水平地震作用等传至基础。

形式

十字交叉形；当柱间要通行或放置设备、或柱距较大而不宜采用交叉支撑时，可采用门架式支撑。

分类

对于有吊车的厂房，按其位置可分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑。

优点

纵向水平荷载作用下传力路线较短；厂房两端的温度伸缩变形较小；纵向构件的伸缩受柱间支撑的约束较小，所引起的温度应力也较小。

第39页：柱间支撑作用示意图

本页图示柱间支撑的作用，展示上柱与下柱柱间支撑传递纵向水平荷载的传力方式。

第40页：抗风柱的布置与连接

3.3.4 围护结构布置 1、抗风柱

• 布置位置：山墙上。
• 主要作用：将作用在山墙上的纵向风荷载传递给柱和基础。
• 与屋架连接要求：水平方向必须与屋架有可靠的连接以保证有效传递风荷载；竖向允许两者之间有一定相对位移的可能性，以防止厂房与抗风柱沉降不均匀时产生不利影响。连接方式为水平可传力、竖向可移动。
• 计算简图：与基础刚接，与屋架上弦铰接。

第41页：抗风柱的构造图

本页图示抗风柱的构造做法及其与屋架的水平传力、竖向可移动连接。

第42页：圈梁的作用与构造

2、圈梁

作用

将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体刚度，防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载对厂房产生不利影响。

布置

根据厂房刚度要求、墙体高度和地基情况等确定。

构造

圈梁应连续布置在墙体的同一水平面上并形成封闭状；当圈梁在门窗洞口处不连续时，应在洞口上部墙体中布置一道相同截面的附加圈梁，附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其中到中垂直间距的两倍，且不得小于 1 m。

第43页：连系梁的作用与布置

3、连系梁

作用

连系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度并传递风荷载到纵向柱列；此外还承受其上部墙体的重量。

布置

连系梁一般是预制的简支梁，两端搁置在柱牛腿上，其连接可采用螺栓连接或焊接。

第44页：过梁的作用

4、过梁：承受门窗洞口上的墙体重量。在进行厂房的结构布置时，应尽量将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一个构件能起到两个或三个构件的作用，以节约材料、简化施工。

第45页：基础梁的布置与构造

5、基础梁

作用

支承围护墙并将围护墙竖向荷载传至基础。

布置

外墙基础梁一般设计在边柱的外侧，梁顶面至少低于室内地面 50 mm，底面距土表层应预留 100 mm 左右的空隙，使梁可随基础一起沉降；当基础埋置较深时，可将基础梁放置在混凝土垫块上。

第46页：屋面板的选型

3.4 构件选型与截面尺寸确定 1、屋面板

• 无檩体系屋盖常采用预应力混凝土大型屋面板，适用于保温或不保温卷材防水屋面，屋面坡度不应大于 1/5。
• 无檩体系屋盖还可采用预应力 F 形屋面板（用于自防水非卷材屋面），以及预应力自防水保温屋面板、钢筋加气混凝土板等。
• 有檩体系屋盖常采用预应力混凝土槽瓦、波形大瓦等小型屋面板。

第47页：屋面板形式图

本页图示各类屋面板的形式与外形。

第48页：檩条的作用与连接

2、檩条：檩条搁在屋架或屋面梁上，起着支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架的作用。它与屋架间用预埋钢板焊接，并与屋盖支撑一起保证屋盖结构的整体刚度和稳定性。

第49页：屋面梁与屋架的类型

3、屋面梁和屋架：按形式可分为屋面梁、两铰（或三铰）拱屋架和桁架式屋架三大类。

• 屋面梁：外形有单坡和双坡两种。
• 两铰（或三铰）拱屋架：两铰拱的支座节点为铰接、顶节点为刚接；三铰拱的支座节点和顶节点均为铰接。两铰拱的上弦为钢筋混凝土构件，三铰拱的上弦可用钢筋混凝土或预应力混凝土构件。

第50页：桁架式屋架

桁架式屋架：当厂房跨度较大时，采用桁架式屋架较经济，它在单层厂房中应用非常普遍。桁架式屋架的矢高和外形对屋架受力均有较大影响，一般取高跨比为 1/6~1/8 较为合理，其外形有三角形、拱形、梯形、折线形等几种。

第51页：天窗架和托架

4、天窗架和托架

天窗架

作用是形成天窗以便采光和通风，同时承受屋面板传来的竖向荷载和作用在天窗上的水平荷载，并将它们传给屋架。

托架

一般为 12 m 跨度的预应力混凝土三角形或折线形构件，上弦为钢筋混凝土压杆，下弦为预应力混凝土拉杆。

第52页：吊车梁的类型与选型

3.4.2 吊车梁：吊车梁除直接承受吊车起重、运行和制动时产生的各种往复移动荷载外，还具有将厂房的纵向荷载传递至纵向柱列、加强厂房纵向刚度等作用。吊车梁一般根据吊车的起重量、工作级别、台数、厂房的跨度和柱距等因素选用。目前常用的吊车梁类型有钢筋混凝土等截面实腹吊车梁、预应力混凝土等截面和变截面吊车梁、钢筋混凝土和钢组合式吊车梁。

第53页：柱的形式

3.4.3 柱 1、柱的形式：主要有排架柱和抗风柱两类。

• 钢筋混凝土排架柱一般由上柱、下柱和牛腿组成，其结构形式可概括为单肢柱和双肢柱两类；上柱一般为矩形截面或环形截面；下柱的截面形式较多，可分为矩形截面柱、I 形柱、双肢柱和管柱等几类。
• 抗风柱一般由上柱和下柱组成，无牛腿，上柱为矩形截面，下柱一般为 I 形截面。

第54页：柱的形式图

本页图示排架柱与抗风柱的各种截面形式。

第55页：柱的截面尺寸确定

2、柱的截面尺寸：柱的截面尺寸除应满足承载力的要求外，还应保证具有足够的刚度，以免厂房变形过大造成吊车轮与轨道过早磨损、影响吊车正常运行，或导致墙体和屋盖产生裂缝影响正常使用。柱的截面尺寸除考虑吊车起重量和柱的类型两个因素外，还应考虑厂房跨数和高度、柱的形式、围护结构的材料和构造、施工和吊装等。

第56页：柱下基础的形式

3.4.4 基础：单层厂房的柱下基础一般采用独立基础（也称扩展基础）。按施工方法可分为预制柱下独立基础和现浇柱下独立基础两种。对装配式钢筋混凝土单层厂房排架结构，常见的独立基础形式主要有杯形基础、高杯基础和桩基础等。

第57页：第三章（上）结束致谢页

感谢聆听，单层厂房结构组成与布置部分内容结束。