单层厂房结构().ppt

混凝土结构设计,第2章单层厂房,课件制作：刘洋,第二章单层厂房结构,本章主要内容及重点,概述,结构组成,结构布置,构件选型,排架结构内力分析,排架柱设计,柱下独立基础设计,主要内容：,吊车梁设计要点,第二章单层厂房结构,2.1概述,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：,单层厂房结构的跨度大、高度大，承受的荷载大，因而构件的内力大，截面尺寸大，用料多。(2)单层厂房常承受动力荷载(如吊车荷载、动力机械设备荷载等)，因此在进行结构设计时须考虑动力荷载的影响。,(3)单层厂房是空旷型结构，室内几乎无隔墙，仅在四周设置柱和墙。柱是承受屋盖荷载、墙体荷载、吊车荷载以及地震作用的主要构件。(4)单层厂房的基础受力大，因此对工程地质勘察需提出较高的要求，并作深入的分析，以确定地基承载力和基础埋置深度、形式与尺寸。,第二章单层厂房结构,2.1概述,1单层厂房的特点,第二章单层厂房结构,2.1概述,2单层厂房的结构分类,（1）按生产规模可分为：大型、中型和小型；,（2）按主要承重材料可分为：,钢混凝土组合结构,第二章单层厂房结构,2.1概述,2单层厂房的结构分类,（3）按承重结构型式可分为：排架结构和刚架结构,排架结构由屋架（或屋面梁）、柱、基础组成，其中柱与基础刚接，而屋架（或屋面梁）与柱铰接。,第二章单层厂房结构,2.1概述,2单层厂房的结构分类,门式刚架结构,刚架特点：刚架立柱和横梁的截面高度都是随内力（主要是弯矩）的增减沿轴线方向做成变高的，节约材料。优点：梁柱合一，构件种类少，制作较简单，跨度较小时经济.缺点：刚度较差，承载后会产生跨变，梁柱转角处产生早期裂缝。,刚架结构柱与横梁刚接、柱与基础铰接。常用的刚架结构有钢筋混凝土门式刚架结构和钢框架结构。,一般适用于跨度18m,柱顶标高10m,吊车吨位10t车间和仓库。,第二章单层厂房结构,工业设计要求,3厂房结构的设计步骤,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。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阶段。,2.1概述,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）屋架下弦横向支撑,14）屋架垂直支撑,15）柱间支撑,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,1结构组成,1结构组成,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,屋盖结构,有檩体系,无檩体系,由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括有天窗架和托架等构件.,由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成.,屋盖结构,1结构组成,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,横向平面排架,横向平面排架组成及荷载图,1结构组成,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,纵向平面排架,纵向平面排架组成及荷载图,1结构组成,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,纵向平面排架荷载较小，内力较小；构件数量多，刚度大。不考虑地震作用时，可不进行计算。,第二章单层厂房结构,围护结构,1结构组成,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,单层厂房结构中，纵向平面排架和横向平面排架间主要通过屋盖结构和支撑体系相连接而形成空间结构，各构件及其作用为,单层厂房结构构件及其作用,1结构组成,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,1结构组成,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,1结构组成,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,1结构组成,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,传力路线示意图,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,2结构布置,柱网布置的一般原则：符合生产和使用要求；建筑平面和结构方案经济合理；遵循国家有关厂房建筑模数有关标准的规定；在厂房结构形式和施工方法上具有先进性和合理性；适应生产发展和技术革新的要求。,柱网布置,柱网是竖向承重构件纵横向定位轴线所形成的网格。,柱距应采用60M倍数,抗风柱柱距宜采用15M的倍数。跨度：在18米以下采用3米(30M)的倍数，在18米以上采用6米(60M)的倍数。(1M100mm),第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,2结构布置,柱网布置,定位轴线,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,2结构布置,厂房的定位轴线分横向和纵向两种。与横向排架平面平行的称为横向定位轴线，与横向排架平面垂直的称为纵向定位轴线。,定位轴线布置的一般原则：要有利于标准构件的选用、构造节点的简化和施工方便；凡是承重墙（或非承重墙）、柱都要设置定位轴线，定位轴线之间的尺寸，要和主要构件的标志尺寸相一致，且符合建筑模数的要求；定位轴线的具体位置，总是沿屋面板的接缝处、屋架的端部外侧设置，或与屋架的侧面中心重合。,柱与横向定位轴线的关系：,柱,伸缩缝处:采用双柱及两条定位轴线。柱的中心线均应自定位轴线向两侧各移600mm，两条横向定位轴线分别通过两侧屋面板、吊车梁等纵向构件的标志尺寸端部，两轴线间所需缝的宽度(ae)应符合有关国家标准规定。,一般部位处柱中心线与轴线重合,且横向定位轴线通过屋架中心线和屋面板、吊车梁等构件的横向接缝.,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,中间柱与横向定位轴线的定位,墙与横向定位轴线的关系：,墙,非承重墙：墙内缘与轴线重合,且端部柱及端部屋架的中心线应自横向定位轴线向内移600mm.,承重墙：,墙内缘与轴线的距离为半砖或半砖的倍数。,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,非承重山墙与横向定位轴线的定位,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,墙、边柱与纵向定位轴线的关系：,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,在有桥式吊车的厂房中，由于吊车起重量、柱距或构造要求等原因，外墙、边柱与纵向定位轴线的定位有下列两种：,A)封闭结合当h+B+Ce时，可采用纵向定位轴线、边柱外缘和外墙内缘三者相重合的定位方式，使上部屋面板与外墙之间形成“封闭结合”的构造。,边柱外缘和墙内缘宜与纵向定位轴线相重合。,C-吊车尽端外缘至上柱内缘的安全距离,h-上柱的截面高度,吊车轨道中心线至纵向定位轴线间的距离,B-吊车端部外缘至轨道中心线的距离。由吊车规格表查得。,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,B)非封闭结合当柱距6m，吊车起重量及厂房跨度较大时，由于B、C、h均可能增大，可能出现h+B+Ce的情形时，需将边柱的外缘从纵向定位轴线向外移出一定尺寸ac（称为联系尺寸，采用3M或其倍数。当围护结构为砌体时,可采用50或其整数倍数），使e+aCh+B+C，保证结构的安全.,(a)封闭结合；(b)非封闭结合,墙、边柱与纵向定位轴线的关系：,墙、边柱与纵向定位轴线的关系：,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,采用非封闭结合时，屋顶上部空隙处需做构造处理，通常加设补充构件。,“非封闭结合”屋面板与墙空隙的处理,等高跨中柱与纵向定位轴线的关系：,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,当等高跨厂房不设纵向伸缩缝时，中柱宜设单柱和一条纵向定位轴线，纵向定位轴线与上柱中心线相重合。当需设插入距时（非封闭结合）中柱可采用单柱及两条纵向定位轴线，其插入距ai应符合3M数列，柱中心线宜与插入距中心线相重合。,等高跨中柱单柱（无纵向伸缩缝）的纵向定位轴线,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,当等高跨中柱设有纵向伸缩缝时，中柱可采用单柱并设两条纵向定位轴线，伸缩缝一侧的屋架应搁置在活动支座上，两条定位轴线间插入距ai为伸缩缝的宽度ae,等高跨中柱与纵向定位轴线的关系：,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,设单柱时的纵向定位轴线:不等高处采用单柱且高跨为“封闭结合”时，且封墙底面高于低跨屋面时，宜采用一条纵向定位轴线，即纵向定位轴线与高跨上柱外缘、封墙内缘及低跨屋架标志尺寸端部相重合。,不等高跨中柱与纵向定位轴线的关系：,当封墙底面低于屋面时，应采用两条纵向定位轴线，且ai=t；当高跨需采用“非封闭结合”时，应采用两条纵向定位轴线。,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,不等高跨处采用单柱设纵向伸缩缝时，低跨的屋架或屋面梁搁置在活动支座上，不等高跨处应采用两条纵向定位轴线，并设插入距。其插入距ai可根据封墙的高低位置及高跨是否“封闭结合”确定。,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,设双柱时的纵向定位轴线:当不等高跨高差悬殊或吊车起重量差异较大或需设防震缝时，常在不等高跨处采用双柱，并用两条纵向定位轴线。,不等高跨设中柱双柱与纵向定位轴线的定位,不等高跨中柱与纵向定位轴线的关系：,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,变形缝设置,伸缩缝（减小温度应力）,排架结构，室内或土中，伸缩缝最大间距100m，室外，最大间距为70m横向伸缩缝一般采用双柱；纵向伸缩缝一般采用单柱。伸缩缝应从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结构构件完全分开，并留出一定宽度的缝隙。,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,在气温发生变化时，埋在土中及地面上结构受到影响不一，上部相当于受到约束将产生温度应力，温度变形。,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,变形缝设置,沉降缝（基础不均匀沉降）一般不设。下列情况之一设：,相邻部位高差很大（10m以上）；相邻跨吊车起重量悬殊；下卧土层有很大变化；各部分施工时间相差很长；沉降缝应将建筑物从屋顶到基础全部分开。,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,厂房的剖面布置,高度：指室内地面至柱顶的距离（满足生产工艺、建筑模数要求），一般不低于4米。,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,2结构布置,自室内地面至柱顶的高度应为300mm的倍数；自室内地面至牛腿顶面的高度应为300mm的倍数；自室内地面至轨顶的高度应为600mm的倍数；,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,在满足生产工艺前提下，尽可能合理地降低厂房高度，以便减小柱的内力，减少围护结构面积，降低造价；同时又要考虑减少构件种类，简化连接构造，保证施工方便等因素。,净空要求,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,屋架下弦与吊车架外轮廓线的距离,吊车架外缘与上柱内缘的间距,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,L厂房跨度；e吊车轨道中心线至厂房纵向定位轴线的距离;LK吊车跨度,即吊车的轮距，可查吊车规格资料.,厂房跨度:厂房跨度与吊车跨度两者关系为：L=Lk+2e,符合厂房建筑模数协调标准(GBJ686)的规定。,吊车跨度与厂房跨度的关系,第二章单层厂房结构,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。,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,支撑布置,2结构布置,主要作用：增强厂房的整体稳定性和空间刚度；保证结构构件的稳定与正常工作保证在施工安装阶段结构构件的稳定。把纵向水平荷载传递到主要承重构件；,屋盖支撑的种类,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,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。,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,上弦横向水平支撑,布置：屋盖为有檩体系；屋盖为无檩体系，但屋面板与屋架的连接质量不能保证且抗风柱与屋架上弦连接；（当板与梁或或屋架上弦有三点焊接，屋面板纵肋的空隙用C15-C20细石混凝土灌实，能传递山墙传来的水平力时，可以不设上弦水平支撑）厂房端部及每一伸缩缝区段端部第一或第二柱间布置；,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,上弦横向水平支撑,布置：当设有天窗，且天窗通过厂房端部的第二柱间或通过伸缩缝，应在天窗端部第一柱间内设置，并在天窗范围内沿纵向设置13道通长的受压水平系杆，将天窗范围内各榀屋架与上弦横向水平支撑连系起来。,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,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：山墙风荷载通过抗风柱传至屋架下弦，或屋架下弦设有悬挂吊车（或电葫芦），或厂房内有较大振动源，应在厂房端部及每一伸缩缝区段两端的第一或第二柱间设置，并宜与上弦横向水平支撑设置在同一柱间（形成空间桁架）。,下弦横向水平支撑布置,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,纵向水平支撑,构成：由交叉角钢、直杆和屋架下弦组成的纵向水平桁架。一般布置在第一节间和屋架的中部。,作用：加强屋盖的横向水平刚度，保证横向水平荷载的纵向分布。,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,吊车的工作级别,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,第二章单层厂房结构,纵向水平支撑,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,当已设有下弦横向水平支撑时，为保证厂房空间刚度，应尽可能与横向水平支撑连接，以形成封闭的水平支撑系统。,纵向水平支撑布置,第二章单层厂房结构,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。,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,垂直支撑和水平系杆布置图,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,天窗架垂直支撑布置,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,纵向位置（柱间）：天窗端部第一柱间内。,横向位置：设置在天窗两侧。,第二章单层厂房结构,水平系杆,分类：,作用：上弦水平系杆是为保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定；下弦水平系杆是为防止在吊车或有其它水平振动时屋架下弦侧向颤动。,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,刚性系杆（压杆）：既能承拉又能承压，一般为双角钢杆件或RC杆件。,柔性系杆（拉杆）：只能承受拉力，多为单角钢，截面较小。,第二章单层厂房结构,布置：,跨中设垂直支撑时，设通长上弦受压系杆和下弦受拉系杆。,屋架端部设垂直支撑时，设通长的下弦受压系杆。,当屋架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。,*有上弦横向水平支撑时，设上弦受压系杆,*有下弦横向水平支撑或纵向水平支撑时，设下弦受压系杆,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。,第二章单层厂房结构,柱间支撑,构成：由交叉钢杆件组成，交叉倾角宜取35-55，支撑钢构件的截面尺寸需经承载力和稳定计算确定。,柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。,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。,柱间支撑作用示意图,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,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。,上柱柱间支撑：抵抗山墙传来的风荷载。位于吊车梁上部，并在柱顶设置通长的刚性系杆；承受作用在山墙及天窗壁端的风荷载，并保证厂房上部的纵向刚度。,下柱柱间支撑：位于吊车梁下部；承受上部支撑传来的内力、吊车纵向制动力和纵向水平地震作用等，并将其传至基础。,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。,门架式柱间支撑,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,适用工况：a)设有A6A8的吊车或A1A5的吊车且起重量10t；b)厂房跨度18m或柱高8m；c)厂房每列纵向柱总数7根；d)设有3t以上的悬挂吊车；e)露天吊车的柱列。,上柱柱间支撑设置：一般在伸缩缝区段两端与屋盖横向水平支撑相对应的柱间以及伸缩缝区段中央或临近中央的柱间，并在柱顶设置通长的刚性系杆以传递水平力。,下柱柱间支撑设置：在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应的位置。,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,布置：,第二章单层厂房结构,a图优点：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；厂房纵向构件的伸缩受柱间支撑的约束较小，所引起的结构温度应力也较小。,柱间支撑与伸缩变形的关系,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,围护结构布置,抗风柱,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,作用：将山墙分成几个区格，以利抵抗纵向风载（减少受风面积）使部分风荷载经抗风柱下端直接传至基础而上部则通过屋盖系统传至纵向柱列。,抗风柱上端与屋架的连接必须满足的两个要求：在水平方向必须与屋架有可靠的连接以保证有效地传递风载。在竖向脱开，且两者之间能允许一定的竖向相对位移。,第二章单层厂房结构,抗风柱一般与基础刚接（插入基础杯口），与屋架上弦铰接；当屋架设有下弦横向水平支撑时，也可与下弦铰接或同时与上、下弦铰接。抗风柱与屋架之间一般采用弹簧板连接；如厂房沉降量较大时，宜采用槽形孔螺栓连接。,连接形式,计算简图：与基础刚接，与屋架上弦或下弦铰接。,第二章单层厂房结构,圈梁、连系梁、过梁和基础梁,圈梁是设置于墙体内并与柱子连接的现浇钢筋混凝土构件，其作用是将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大的振动荷载对厂房产生不利影响。,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,(a)现浇圈梁；(b)预制圈梁,圈梁与柱子连接仅起拉结作用，不承受墙体自重，因而柱上不必设置支承圈梁的牛腿。,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,无桥式吊车的厂房，当墙厚240mm，檐口标高8m时，应在檐口附近布置一道圈梁；当檐口标高8m时，宜增设一道；对有桥式吊车厂房，除在檐口或窗顶布置圈梁外，尚宜在吊车梁标高处或墙中适当位置增设一道。当外墙高度15m时，还应适当增设。有较大振动设备的厂房，沿墙高的圈梁间距不应超过4m。,圈梁布置,圈梁应连续布置在墙体的同一水平面上，并形成封闭状。,第二章单层厂房结构,连系梁除承受墙体荷载外，还具有连系纵向柱列、增强厂房的纵向刚度、传递纵向水平荷载的作用。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。,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,连系梁与柱的连接,一般当厂房高度较大(如15米以上），墙体的砌体强度不足以承受本身自重时，需在墙下布置承重连系梁（墙梁）。,第二章单层厂房结构,当墙体开有门窗洞口时，需设置钢筋混凝土过梁，以支承洞口上部墙体的重量。,在围护结构布置时，应尽可能地将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一种梁能兼作两种或三种梁的作用，以简化构造，节约材料，方便施工。在单层厂房中，一般采用基础梁来承托围护墙体的重量，并将其传至柱基础顶面，而不另做墙基础，以使墙体和柱的沉降变形一致。,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,基础梁的顶面标高通常比室内地面低50mm，以便门洞口处的地面做面层保护基础梁。底部距土层的表面应预留100mm左右的空隙，使梁可随柱基础一起沉降，同时还可防止地基土冻胀时将梁顶裂。基础梁与柱的连接与基础埋深有关，当基础埋深较浅时，可将基础梁直接搁置在柱基础的杯口上，当基础埋置较深时，通过混凝土垫块搁置在柱基础的杯口上。,第二章单层厂房结构,2.2单层厂房的结构组成与结构布置,第二章单层厂房结构,2.3单层厂房结构主要构件选型,结构构件的选型原则：,2.3单层厂房结构主要构件选型,第二章单层厂房结构,2.3单层厂房结构主要构件选型,1屋面主要构件的选型,无檩体系屋盖常采用预应力混凝土大型屋面板，它适用于保温或不保温卷材防水屋面，屋面坡度不应大于1/5，一般规格为1.5m6m。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。,屋面板:,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。,各种形式的屋面板,第二章单层厂房结构,2.3单层厂房结构主要构件选型,第二章单层厂房结构,2.3单层厂房结构主要构件选型,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。檩条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。一般按简支梁设计。,檩条与屋架的连接,第二章单层厂房结构,2.3单层厂房结构主要构件选型,钢筋混凝土檩条类型,第二章单层厂房结构,2.3单层厂房结构主要构件选型,檩条支承于屋架上弦杆一般有正放和斜放两种。斜放时，檩条直接支承于屋架上弦杆，在荷载作用下产生双向弯曲。正放时，屋架上弦要做一个三角形支座，“”形截面的檩条其翼缘可做成倾斜的，其坡度与屋面坡度相同。对于斜放檩条，则往往在屋架上弦支座处的预埋件上事先焊以短钢板，防止倾翻。,第二章单层厂房结构,型式：可分为屋面梁、两铰（或三铰）拱屋架和桁架式屋架三大类。,屋面梁和屋架,2.3单层厂房结构主要构件选型,屋面梁和屋架是屋盖结构的主要承重结构，直接承受屋面荷载（有时还承受悬挂吊车、管道等吊重），对保证厂房的刚度起重要作用。,屋面梁：屋面梁为预应力薄腹梁，外形有单坡和双坡两种，截面形式有T形和工字形两种。一般适用于跨度不大于18米的中小型厂房。,优点：高度小、重心低、侧向刚度好，便于制作和安装。,第二章单层厂房结构,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。,两铰（或三铰）拱屋架,2.3单层厂房结构主要构件选型,两铰（三铰）拱屋架比屋面梁轻，构造也简单，其适用跨度915米。下弦用钢材制作时，屋架刚度较差，不宜用于重型和振动较大的厂房。,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。其外形有三角形、拱形、梯形、折线形等几种。按制作材料分，有普通钢筋混凝土屋架和预应力钢筋混凝土屋架。,第二章单层厂房结构,各种形式屋架的内力图（轴力，+为受拉）（f/L=1/6）,2.3单层厂房结构主要构件选型,拱形屋架受力合理，但其制作和屋面板铺设都较困难，且端部上弦坡度太陡致使卷材屋面的油膏容易流淌。目前，跨度18-24米的屋架多做成折线形，24米以上的屋架有时可做成梯形。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1/6-1/10较为合理。,第二章单层厂房结构,2.3单层厂房结构主要构件选型,第二章单层厂房结构,2.3单层厂房结构主要构件选型,第二章单层厂房结构,天窗架和托架：,天窗架：天窗架的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。用钢筋混凝土或钢材制作。,2.3单层厂房结构主要构件选型,削弱屋盖的整体刚度，应加强支撑，宜采用钢结构。,第二章单层厂房结构,天窗架和托架：,托架：一般为12m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。,托架的形式,2.3单层厂房结构主要构件选型,第二章单层厂房结构,2.3单层厂房结构主要构件选型,(a)托架；（b）托架布置,支撑中间屋面梁/屋架，柱距屋面板/檩条宽度。,第二章单层厂房结构,吊车梁直接承受吊车起重、运行和制动时产生的各种往复移动荷载；吊车梁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。要求吊车梁满足强度、抗裂度、刚度、疲劳强度的要求。,吊车梁选型根据：吊车的起重量、工作级别、台数、厂房的跨度和柱距等。,2.3单层厂房结构主要构件选型,2吊车梁选型,第二章单层厂房结构,2.3单层厂房结构主要构件选型,第二章单层厂房结构,2.3单层厂房结构主要构件选型,第二章单层厂房结构,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，其结构型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，根据其截面形式可分为矩形截面柱、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。,2.3单层厂房结构主要构件选型,3柱,第二章单层厂房结构,2.3单层厂房结构主要构件选型,2.6,第二章单层厂房结构,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，影响吊车的正常运行，或导致墙体和屋盖产生裂缝，影响厂房的正常使用。柱的截面尺寸除了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、柱的型式、围护结构的材料和构造、施工和吊装等。,3.7,厂房柱截面尺寸参考表3.8,第二章单层厂房结构,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。,基础的类型,2.3单层厂房结构主要构件选型,第二章单层厂房结构,单层工业厂房是由纵、横向排架组成的空间结构。为方便，可简化为纵、横向平面排架分别进行分析，忽略两者的相互影响。除进行抗震和温度应力分析，纵向排架一般不计算。排架结构分析主要包括：确定计算简图，荷载计算，柱控制截面的内力分析和内力组合以及验算排架的水平位移值。,2.4排架结构内力分析,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,1计算简图,计算单元：可在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的区段，作为排架的计算单元。,计算单元和计算模型,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,第二章单层厂房结构,基本假定和计算简图：为了简化计算，对于钢筋混凝土排架结构通常作如下假定和简化：,柱下端与基础顶面为刚接；,柱顶与排架横梁（屋架或屋面梁）为铰接；,横梁（即屋架或屋面梁）为轴向刚度很大的刚性连杆(无轴向变形）。,根据上述假定，可得到横向排架的计算简图。,1计算简图,2.4排架结构内力分析,排架柱的高度由基础顶面算至柱顶铰结点处，排架柱的轴线为柱的几何中心线。,当为变截面柱时，排架柱轴线为一折线。,第二章单层厂房结构,横向排架的计算简图,2.4排架结构内力分析,计算跨度以厂房的轴线之间的距离L为准，变截面处增加力偶。柱总高H柱顶标高基础底面标高初步拟定的基础高度上柱高Hu柱顶标高轨顶标高轨道构造高度吊车梁支承处的吊车梁高,第二章单层厂房结构,2荷载计算,作用在横向排架结构上的荷载有恒载、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载和风荷载等。除吊车荷载外，其它荷载均取自计算单元范围内。,2.4排架结构内力分析,第二章单层厂房结构,2荷载计算,2.4排架结构内力分析,恒载：,屋盖自重G1：屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、天窗架、屋面构造层以及屋盖支撑等重力荷载。,悬墙自重G5：当设有连系梁支承围护墙体时，排架柱承受着计算单元范围内连系梁、墙体和窗等重力荷载。,吊车梁和轨道及连接件自重G4。,上柱自重G2,下柱自重G3,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,2荷载计算,采用屋面梁：通过梁端支承垫板的中心线作用于柱顶。,采用屋架：通过屋架上下弦中心线的交点作用于柱顶。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,2荷载计算,第二章单层厂房结构,屋面活荷载：包括屋面均布活荷载、屋面雪荷载和屋面积灰荷载三种。屋面活荷载Q1，通过屋架以集中力的形式作用于柱顶，其作用位置与屋盖自重G1相同。其荷载分项系数均为1.4。,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，按下列情况取：不上人的屋面为0.5kN/m2；上人的屋面为2.0kN/m2。,屋面雪荷载：屋面水平投影面上的雪荷载标准值(kN/m2)为基本雪压(kN/m2)；为屋面积雪分布系数。,2.4排架结构内力分析,2荷载计算,S0以当地一般空旷平坦地面上统计所得50年一遇最大积雪的自重确定。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,建筑结构荷载规范（GB50009-2001),（部分）,第二章单层厂房结构,屋面积灰荷载：对设计生产中有大量排灰的厂房及其临近建筑时，应考虑屋面积灰荷载的影响。,2.4排架结构内力分析,注意：屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，取两者中的较大值；当有屋面积灰荷载时，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。,第二章单层厂房结构,吊车荷载：,2.4排架结构内力分析,2荷载计算,单层厂房中的桥式吊车,桥式吊车按照使用或达到额定值的频繁程度分为A1-A8八个工作级别。在排架上产生的吊车荷载有竖向荷载，横向水平荷载，纵向水平荷载。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,最大轮压与最小轮压：,吊车荷载传递路径：,轮压作用于轨道吊车梁牛腿柱,当小车吊有额定起重量开到桥架某一极限位置时，在这一侧产生的轮压称最大轮压；,与最大轮压相对应的另一侧轮压称最小轮压。（同时发生）,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,最大轮压可从产品目录中查得；最小轮压可由下式确定：（四轮吊车）,G1,k：大车自重标准值；G2,k：小车自重标准值；G3,k：吊车额定起吊重量标准值,吊车最大、最小轮压设计值：,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,多台吊车的荷载折减系数。,与吊车轮压相对应的支座反力影响线的竖向坐标值。,吊车竖向荷载、：,计算方法：根据简支梁支座反力影响线的原理,参与组合的吊车台数：单跨厂房每个排架不宜多于2台；多跨厂房的每个排架不宜多于4台。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,Dmax、Dmin对下柱均为偏心力，应将其换算成作用在下柱顶面的轴心压力和弯矩，其弯矩：Mmax=Dmaxe4，Mmin=Dmine4,Dmax可以发生在左柱，也可以发生在右柱，在Dmax、Dmin作用下，单跨排架的计算考虑如图(a)、(b)两种荷载情况。,第二章单层厂房结构,吊车横向水平荷载：,2.4排架结构内力分析,作用方向：垂直轨道侧（正、反向）,四轮吊车，每个轮子上的横向水平制动力：,吊车横向水平荷载系数,硬钩：0.20；,软钩,作用位置：吊车梁顶面;,第二章单层厂房结构,吊车横向水平荷载：,2.4排架结构内力分析,考虑多台吊车水平荷载时，无论是单跨还是多跨厂房，每榀排架参与组合的吊车台数均不应多于2台。,根据简支梁支座反力影响线的原理，作用于排架柱上的吊车横向水平荷载为：,多台吊车的荷载折减系数。,小车沿横向左右运行，对Tmax要考虑向左和向右两种工况。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,第二章单层厂房结构,吊车纵向水平荷载标准值T0，按作用在一边轨道上所有制动轮的最大轮压之和的10%采用：,2.4排架结构内力分析,吊车纵向水平荷载：,作用位置：轨道顶面,作用方向：沿轨道方向，由纵向排架承受,纵向运行的吊车突然启动或刹车，由于惯性而产生的纵向制动力。,第二章单层厂房结构,无论单跨或多跨厂房，在计算吊车纵向水平荷载时，一侧的整个纵向排架上最多只能考虑2台吊车。,2.4排架结构内力分析,设有柱间支撑时，T0由柱间支撑承担，无柱间支撑时，T0由伸缩缝区段内所有柱共同承担。,n为施加在一边轨道上所有制动轮数之和，对于一般的四轮吊车，n=1;考虑两台四轮桥式吊车时，n=2。,吊车纵向水平荷载：,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,解：,=10（18+3.8+10）/2-115=44KN,例2.1;已知：一单跨厂房，跨度18m,柱距6m，设计时考虑两台10t工作级别为A5的桥式吊车（软钩），吊车桥架宽度B=5.55m,轮距K=4.4m,大车质量m1=18t,小车质量m2=3.8t,吊车最大轮压标准值,求、及。,第二章单层厂房结构,风荷载：,2.4排架结构内力分析,当风遇到建筑物时在其表面上所产生的压力或吸力即为建筑物的风荷载。,第二章单层厂房结构,基本风压值（kN/m2），高度z处的风振系数；风荷载体型系数。风压高度变化系数；,垂直于建筑物表面上的风荷载标准值（kN/m2）按下式计算：,2.4排架结构内力分析,我国荷载规范规定，基本风压系以当地比较空旷平坦地面上离地10m高，统计所得的50年一遇10分钟平均最大风速v0（m/s）为标准，按风速确定的风压值，但不得小于0.3kN/m2。特别重要的高层建筑，取100年。,基本风压,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上风速逐步加大。当达到一定高度时（300500m），风速不受地表影响，达到所谓梯度风。而且风速的变化还与地面粗糙程度有关。,地面粗糙度系数；,H标准高度（例如10m）;,风压高度变化系数,风压沿高度的变化规律一般用指数函数表示:,VH标准高度处的平均风速；,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,由于规范只给出了10m高度处的风压，则其他高度处的风压可由此求得。风压高度变化系数：为某类地表上空高度处的风压与基本风压的比值，该系数取决于地面粗糙程度指数。现行规范将地面粗糙程度分为四类：A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指密集建筑群且房屋较高的城市市区。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,2.11,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,风荷载体型系数,风压分布系数风压与体型的关系,定义：风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面所引起的压力/吸力(平均值）与基本风压的比值。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,特点：风荷载体型系数一般都是通过实测或风洞模拟试验的方法确定，它表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型与尺度有关。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,在计算风荷载对建筑物的整体作用时，只需按各个表面的平均风压计算，即采用各个表面的平均风荷载体型系数计算。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,风振系数,风速特点：,风速的变化可分为两部分：一种是长周期的成分，其值一般在10min以上；另一种是短周期成分，一般只有几秒左右。因此，为便于分析，通常把实际风分解为平均风（稳定风）和脉动风两部分。稳定风周期长，对结构影响小；脉动风周期短，对结构影响大。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,风振系数,风的动力效应：,对于高度较大、刚度较小的高层建筑，脉动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑，目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应，即对风压值乘以风振系数。,对于基本自振周期T1大于0.25s的工程结构，以及高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋均应考虑脉动风压对结构产生的风振影响。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,单层工业厂房，,迎风面宽度,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,柱顶以下墙面上的风荷载按作用在排架柱上的均布荷载考虑，其风压高度变化系数可按柱顶标高处取值（柱顶标高+室内外地面高差）柱顶以上的风荷载按作用在柱顶的水平集中力考虑，其值为屋面风荷载合力的水平分力以及女儿墙迎风面和背风面水平风荷载的总和。风压高度变化系数可按厂房檐口标高取值（无天窗），或天窗檐口标高取值（有天窗）。,工程简化：,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,排架计算单元的宽度,屋面斜长,水平风荷载设计值：,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,Q1屋面活载；e1对上柱偏心距；e4吊车梁支座对下柱偏心距。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,例2.2：某单层单跨厂房排架结构及风载体型系数如图所示，基本风压w0=0.3kN/m2，排架间距B=6m,柱顶标高+11.400m，室外地坪标高-0.300m，地面粗糙类别为B,求作用于排架上的风荷载标准值qlk及FWk。,FWk,解：柱顶高度：11.4+0.3=11.7m,檐口高度：11.7+2.1=13.8m,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,等高排架是指柱顶水平位移值相等的排架。,排架内力分析方法：,等高排架剪力分配法。,不等高排架力法。,3排架内力分析,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,柱的侧移刚度,代表柱顶发生单位侧向位移时柱内的剪力，反映了柱抵抗侧移的能力，定义为柱的侧移刚度，用D表示。,、,3排架内力分析,第二章单层厂房结构,柱顶水平集中力作用下等高排架内力分析：,2.4排架结构内力分析,由平衡条件：,由物理条件：,由几何条件：,可求得：,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,各柱的剪力按柱自身侧移刚度与所有柱总抗侧刚度的比值进行分配。求出各柱顶剪力后，各柱可按独立悬臂柱计算内力,用平衡条件可得排架柱各截面的弯矩和剪力。,第i根排架柱的侧移刚度,各柱的柱顶剪力Vi仅与F的大小有关，而与其作用在排架左侧或右侧柱顶处位置无关，但F的作用位置对横梁内力有影响。,柱顶水平集中力作用下等高排架内力分析：,第二章单层厂房结构,任意荷载作用下等高排架内力分析：,步骤(1):在排架柱顶部附加一个不动铰支座以阻止其水平侧移，则各柱为单阶一次超静定柱，应用柱顶反力系数可求得各柱反力Ri及相应的柱端剪力，柱顶假想的不动铰支座总反力为。,2.4排架结构内力分析,第二章单层厂房结构,任意荷载作用下等高排架内力分析：,2.4排架结构内力分析,步骤(2):撤除假想的附加不动铰支座，将支座总反力R反向作用于排架柱顶，以恢复原结构体系，应用剪力分配法可求出柱顶水平力R作用下各柱顶剪力。,第二章单层厂房结构,任意荷载作用下等高排架内力分析：,2.4排架结构内力分析,步骤(3):将前面的计算结果相叠加，可得到在任意荷载作用下排架柱顶剪力，然后可求出各柱的内力。,规定：自左向右作用的取为正号，反之取负号。,第二章单层厂房结构,任意荷载作用下等高排架内力分析,2.4排架结构内力分析,3排架内力分析,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,例2.3：两跨等高排架的尺寸及荷载如图所示，A、B、C三根柱的截面抗弯刚度相等，弯矩作用在A柱的上柱底端，试计算A柱的柱脚截面的弯矩设计值。(柱顶不动铰支座反力R=C3M/H；C3=0.3),注：图中尺寸单位为mm。,解：柱顶不动铰支座反力R=C3M/H=0.380/7.5=-3.2kN(),A柱总的柱顶剪力为VA=-3.2+3.2/3=1.07-3.2=-2.13kN()，因而M=80-2.137.5=64.03kN.m,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,第二章单层厂房结构,不等高排架在任意荷载作用下，由于高、低跨的柱顶位移不相等，因此，不能用剪力分配法求解，其内力通常用结构力学中的力法进行分析。将刚性横梁切开，代以基本未知力：,2.4排架结构内力分析,不等高排架内力分析：,第二章单层厂房结构,根据横梁两端的水平位移相等的变形条件，利用结构力学中的力法：,2.4排架结构内力分析,不等高排架内力分析：,第二章单层厂房结构,4内力组合,柱的控制截面,控制截面是指对截面配筋起控制作用的截面。,2.4排架结构内力分析,整个上柱配筋相同，整个下柱配筋也相同。,控制截面的位置,第二章单层厂房结构,对于一般排架结构，荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定：,2.4排架结构内力分析,由可变荷载效应控制的组合,由永久荷载效应控制的组合,荷载效应组合,相关参数取值可以参照荷载规范或教材,恒荷载+任一活荷载恒荷载+0.9（任一两个或两个以上活荷载之和）,恒荷载+竖向活荷载的组合(01规范规定，06规范取消）,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,悬臂部分不布置活荷载。否则会减小跨中弯矩。,第二章单层厂房结构,不利内力组合,通常选择以下四种内力组合作为截面最不利内力组合：,2.4排架结构内力分析,大偏心受压截面，当M不变，N越小，或当N不变，M越大，则配筋量越多。小偏心受压截面，当M不变，N越大，或当N不变，M越大，则配筋量越多。,AS1AS2,钢筋砼NM曲线,AS1,AS2,小偏心受压,大偏心受压,大小偏心分界线,+Mmax及相应的N，V；,Mmax及相应的N，V；Nmax及相应的M，V；Nmin及相应的M，V。,第二章单层厂房结构,内力组合注意事项,每次内力组合时，都必须考虑恒荷载产生的内力。,每次内力组合时，只能以一种内力为目标来决定可变荷载的取舍，并求得与其相应的其余两种内力。,在吊车竖向荷载中，同一柱的同一侧牛腿上有Dmax或Dmin作用，两者只能选择一种参加组合。,吊车横向水平荷载Tmax同时作用在同一跨内的两个柱子上，向左或向右，组合时只能选取其中一个方向。,2.4排架结构内力分析,风荷载的作用方向有向左和向右两种，每次组合只能取其中一种。,组合最大轴力和最小轴力时，轴力为零的项应考虑进去(风载等，使相应的M绝对值尽可能的大）,有T必有D,有D也有T,注意取用的吊车荷载项目数,荷载计算时应按规范规定进行折减。,柱底III-III截面的组合中，应求出相应的剪力供基础设计使用。,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,第二章单层厂房结构,2.4排架结构内力分析,第二章单层厂房结构,5考虑厂房整体空间作用的排架内力分析,厂房整体空间作用的概念,2.4排架结构内力分析,当各榀排架柱顶均受有水平集中力F，且厂房两端无山墙时每一榀排架都相当于一个独立的平面排架。,当各榀排架柱顶均受有水平集中力F，但厂房两端有山墙时，各榀排架柱顶水平位移呈曲线分布，且ubua。,第二章单层厂房结构,5考虑厂房整体空间作用的排架内力分析,厂房整体空间作用的概念,2.4排架结构内力分析