建筑结构单层厂房排架结构.ppt

2016级建筑工程技术专业 专业核心课 课程代码： MA200165,建筑结构,主讲:张毅 副教授 二零一七年八月,八、单层厂房排架结构,建 筑 结 构,上一讲回顾 多高层建筑常用的结构体系 多高层框架结构的布置原则 多高层框架结构的计算简图及荷载 多高层框架结构的构造要求,模块7 单层厂房排架结构,模块7 单层厂房排架结构,能力目标,重 点,难 点,天窗架,屋架,屋架下弦水平支撑,排架柱,基础,围护墙,屋面板,天沟板,连系梁,天窗架垂直支撑,托架,抗风柱,屋架端部垂直支撑,吊车梁,柱间支撑,基础梁,屋盖系统 梁柱系统 基础 支撑系统 围护系统,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-1 钢筋混凝土排架结构厂房,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-2 钢筋混凝土门式刚架结构厂房 (a)三铰门式刚架 （b）两铰门式刚架,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-3 单层厂房排架结构 1屋架； 2天窗架； 3天窗架垂直支撑； 4屋面板； 5天沟板； 6柱间支撑；7连系梁； 8托架； 9吊车梁； 10排架柱； 11基础； 12基础梁； 13屋架端部垂直支撑； 14抗风柱；15屋架下弦横向水平支撑,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-4 纵向平面排架,7.1 单层厂房的组成和布置,（4）吊车梁。吊车梁一般为装配式的，简支在柱的牛腿上，主要承受吊车竖向荷载、横向或纵向水平荷载，并将它们分别传至横向或纵向平面排架。吊车梁是直接承受吊车动力荷载的构件。,（5）支撑。单层厂房的支撑的作用是加强厂房结构的空间刚度，保证结构构件在安装和使用阶段的稳定与安全，同时起到把风荷载、吊车水平荷载或水平地震作用等传递到相应承重构件的作用。,7.1 单层厂房的组成和布置,（6）基础。基础承受柱和基础梁传来的荷载并将它们传至地基。,（7）围护结构。围护结构包括纵墙、横墙（山墙）及由连系梁、抗风柱（有时还有抗风梁或抗风桁架）和基础梁等组成的墙架。这些构件所承受的荷载主要是墙体和构件的自重及作用在墙面上的风荷载等。,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-5 单层厂房结构的传力途径,7.1 单层厂房的组成和布置,单层厂房承重柱的纵向定位轴线和横向定位轴线在平面上形成的网格称为柱网。柱网布置就是确定柱子纵向定位轴线之间的尺寸（跨度）和横向定位轴线之间的尺寸（柱距）。柱网布置既是确定柱位置的依据，也是确定屋面板、屋架和吊车梁等构件尺寸（跨度）的依据。柱网布置恰当与否将直接影响厂房结构的经济合理性和先进性。,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-6 纵向定位轴线 (a)边柱（b）中柱,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-7 横向定位轴线,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,屋架上弦横向水平支撑。屋架上弦横向水平支撑是指布置在屋架上弦（或屋面梁上翼缘）平面内的水平支撑，是由交叉角钢和屋架上弦杆组成的水平桁架，布置在厂房端部及温度区段两端的第一或第二柱间，如图7-8所示。其作用是增强屋盖的整体刚度，保证屋架上弦或屋面梁上翼缘的侧向稳定，将山墙抗风柱传来的风荷载传至两侧柱列上。 对跨度较大的无檩体系屋盖且无天窗时，若采用大型屋面板且与屋架有可靠连接（有三点焊牢且屋面板纵肋间的空隙用C15或C20细石混凝土灌实），则可认为屋面板能起到上弦横向水平支撑的作用，而不需设置上弦横向水平支撑。,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-8 屋架上弦横向水平支撑,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-9 屋架下弦水平支撑,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-10屋盖垂直支撑 (a)十字交叉形(b)W形,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-11 柱间支撑的形式 1十字交叉形支撑； 2空腹门形支撑； 3大八字形支撑； 4小八字形支撑； 5斜柱式支撑； 6人字形支撑,7.1 单层厂房的组成和布置,柱间支撑的主要作用是增强厂房结构的纵向刚度和稳定性，并将水平荷载（包括天窗端壁部和厂房山墙上的风荷载、吊车纵向水平制动力及作用于厂房纵向的其他荷载）传至基础。 凡属下列情况之一者，应设置柱间支撑： 厂房内设有悬臂吊车或3 t及以上悬挂吊车。 厂房内设有重级工作制吊车，或设有中级、轻级工作制吊车，起重量在10 t及以上。 厂房跨度在18 m以上或柱高在8 m以上。 纵向柱列的总数在7根以下。 露天吊车栈桥的柱列。,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-12 柱间支撑的设置 1柱顶连系杆； 2上部柱间支撑； 3下部柱间支撑,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-13 圈梁的搭接长度 1附加圈梁； 2圈梁,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,7.1 单层厂房的组成和布置,基础梁。在一般厂房中，基础梁的作用是承受围护墙体的自重，并将其传给柱下单独基础，而不另设墙基础。 基础梁底部离地基土表面应预留100 mm的空隙，使梁可随柱基础一起沉降而不受地基土的约束，同时还可防止地基土冻胀时将梁顶裂。基础梁与柱一般不要求连接（一级抗震等级的基础梁顶面应增设预埋件与柱焊接），而是被直接搁置在柱基础杯口上，或当基础埋置较深时，将基础梁放置在基础上面的混凝土垫块上，如图7-14所示。当厂房高度不大且地基较好、柱基础又埋得较浅时，也可不设基础梁而做砖石或混凝土的墙基础。,7.1 单层厂房的组成和布置,图7-14 基础梁的布置,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,（3）排架横梁为无轴向变形刚性杆，横梁两侧柱顶的水平位移相等。一般单层厂房结构中常用的钢筋混凝土屋架或预应力混凝土屋架，下弦刚度较大，均符合这一假定。,（4）排架柱的高度由固定端算至柱顶铰接节点处，排架柱的轴线为柱的几何中心线。当柱为变截面柱时，取上柱和下柱截面重心的连线，排架柱的轴线为一折线。,根据以上假定，横向平面排架的计算简图如图7-15（b）所示。,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-15 横向平面排架的计算单元和计算简图 (a)计算单元(b)计算简图,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-16 作用在排架上的荷载,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,单层厂房中常用的吊车有悬挂式吊车、手动吊车和桥式吊车等，一般采用桥式吊车。吊车共有A1A8八个工作级别。 桥式吊车在排架上产生的荷载有吊车竖向荷载Dmax（或Dmin）、吊车横向水平荷载Tmax及吊车纵向水平荷载Te。,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-17 吊车的最大轮压与最小轮压,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-18 吊车纵向运行最不利位置及吊车梁支座反力影响线,7.2 排架结构荷载及内力计算,与此同时，在另一侧的排架柱上，由最小轮压Pmin产生竖向荷载最小值Dmin。Dmax或Dmin可根据图7-18所示的吊车最不利位置和吊车梁支座反力影响线求得，即 Dmax=Pmaxyi （7-4 ) Dmin=Pminyi （7-5 ) 式中，yi为吊车在最不利位置时，各轮子下影响线竖向坐标值之和，可根据吊车的宽度B和轮距K确定。,7.2 排架结构荷载及内力计算,（2）吊车横向水平荷载Tmax。吊车横向水平荷载Tmax是当小车沿厂房横向运动时，由于启动或突然制动产生的惯性力，通过小车制动轮与桥架上导轨之间的摩擦力传给大车，再通过大车轮均匀传给大车轨道和吊车梁，然后由吊车梁与上柱的连接钢板传给两侧排架柱。吊车横向水平荷载的作用位置在吊车梁顶面，且同时作用于吊车两侧的排架柱上，方向相同。,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-19 吊车在横向水平荷载作用下的计算简图,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-20 风荷载体型系数s (a)封闭式双坡屋面(b)封闭式双跨双坡屋面,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-21 排架在集中风荷载下的计算简图,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-22 单跨等高排架计算简图 （无轴向变形的刚性连杆）,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-23 力矩M1、M2作用下的计算简图,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-24 单跨等高排架计算简图（柱顶有侧移的排架）,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-25 Dmax和Dmin分别作用下的计算简图 (a)Dmax作用在-柱（b）Dmin作用在-柱,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-26 MD，max作用在柱时的内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-27 吊车水平荷载作用下的排架内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,（3）风荷载作用下的排架内力计算。排架在风荷载Fw、q1、q2作用下的计算简图可由图7-28（a）、（b）叠加而得。其中，图728（a）可分解为Fw、q1、q2分别作用时的受力情况，如图7-29所示。,图7-28 风荷载作用下的排架内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-29 Fw、q1、q2分别作用时的受力情况,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,图7-30 单阶排架柱的控制截面,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.2 排架结构荷载及内力计算,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,图7-31 柱下扩展基础的形式 (a)现浇柱下阶梯形基础（b）阶梯形杯形基础（c）现浇柱下锥形基础（d）锥形杯形基础,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,图7-32 轴心受压柱下基础计算简图,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,图7-33 偏心受压柱下基础计算简图,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,图7-34 计算阶形基础的受冲切承载力截面位置 (a)柱与基础交接处（b）基础变阶处 1冲切破坏锥体最不利一侧的斜截面； 2冲切破坏锥体的底面线,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,图7-35 冲切破坏锥体的底面线在l方向落在基础底面以外,7.3 单层厂房柱的设计,在前面计算基础底面地基土的反力时，应计入基础自身重力及基础上方土的重力，但是在计算基础底板受力钢筋时，由于这部分地基土反力的合力与基础及其上方土的自重相抵消，因而这时地基土的反力中不应计入基础及其上方土的重力，即以地基净反力pj来计算钢筋。 基础底板在地基净反力作用下，在两个方向都将产生向上的弯曲，因此需在底板的两个方向上都配置受力钢筋。配筋计算的控制截面一般取在柱与基础交接处或变阶处（对阶形基础）。计算（两个方向）弯矩时，把基础视作固定在柱周边或变阶处（对阶形基础）的四面挑出的倒置的悬臂板，如图7-36所示。,7.3 单层厂房柱的设计,图7-36 四面挑出的倒置悬臂板计算简图,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,图7-37 柱下独立基础底板受力钢筋的布置,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,图7-38 现浇柱的基础中的插筋构造,7.3 单层厂房柱的设计,图7-39 预制柱杯口的构造,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,基础的杯底厚度a1和杯壁厚度t可按表7-3选用。,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,图7-40 无短柱基础杯口的配筋构造,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,7.3 单层厂房柱的设计,图7-41 牛腿的分类 (a)短牛腿（b）长牛腿,7.3 单层厂房柱的设计,长牛