混凝土结构设计单层工业厂房ppt课件

1、第二章 单层厂房主讲： 管品武 教授第二章 单层厂房本章讨论单层装配式钢筋混凝土厂房的构造设计。为掌握钢筋混凝土单层厂房整体构造布置与设计计算，对厂房的构造组成、构件选型、排架内力分析与组合及主要构件设计等都一一作了引见。重点内容：单层厂房构造的选型与布置；钢筋混凝土排架构造的荷载计算、内力分析与组合；钢筋混凝土排架柱及柱下单独根底的设计。难点为：单层厂房中支撑的布置；排架柱的内力组合；柱下单独根底抗冲切计算。2.l 概 述2.1.1 单层厂房的特点 工业厂房按层数分类，可分为单层厂房(多用于机械、冶金等工业)、多层厂房(多用于食品、电子、精细机器制造等工业)和层数混合的厂房(多用于化学工业、

2、热电站)三类。 普通说来，单层厂房具有以下构造特点： (1)单层厂房构造的跨度大、高度大，接受的荷载大，因此构件的内力大，截面尺寸大，用料多。(2)单层厂房常接受动力荷载(如吊车荷载、动力机械设备荷载等)，因此在进展构造设计时须思索动力荷载的影响。 (3)单层厂房是空阔型构造，室内几乎无隔墙，仅在周围设置柱和墙。柱是接受屋盖荷载、墙体荷载、吊车荷载以及地震作用的主要构件。(4)单层厂房的根底反力大，因此对工程地质勘察需提出较高的要求，并作深化的分析，以确定地基承载力和根底埋置深度、方式与尺寸。2.1.2 单层厂房的构造分类1.按承重构造的资料分类混合构造砖柱、钢筋混凝土屋架或木屋架或轻钢屋架混

3、凝土构造钢筋混凝土柱、钢屋架或预应力混凝土屋架全钢构造钢柱、钢屋架2.按承重构造的型式分类排架等高排架、不等高排架、锯齿形排架刚架门式刚架排架构造由屋架(或屋面梁)、柱和根底组成，柱与屋架铰接，而与根底刚接。 刚架也是由横梁、柱和根底组成。柱与横梁刚接，而与根底铰接。 22 单层厂房的构造组成与构造布置22构造组成 装配式钢筋混凝土单层厂房构造是由多种构件组成的空间整体.根据组成构件作用不同，可将单层厂房构造分为承重构造和围护构造两大类。承重构造：直接接受荷载并将荷载传给其它构件，如屋面板、天窗架、屋架、柱、吊车梁、根底等；围护构造：主要接受自重及风荷载，如外纵墙、山墙、连系梁、抗风柱、根底梁

4、等。2.2.1.1 屋盖构造 屋盖构造分无檩体系和有檩体系两种：当大型屋面板直接支承(焊牢)在屋架或屋面梁上的称为无檩体系，其刚度和整体性好，目前运用很广泛；当小型屋面板(或瓦材)支承在檩条上，檩条支承在屋架上(板与檩条，檩条与屋架均需有结实的衔接)，通常称为有檩体系。该体系由于采用了小型屋面板及檩条，所以构件分量轻，便于运输与安装。但因构件种类多，荷载传送道路长，故其刚度和整体性较差，其造价比无檩体系的大，所以它只需在运输、吊装等困难的情况下，或在轻型不保温的厂房中才被采用。 2.2.1. 2 横向平面排架 横向平面排架是由屋架(屋面梁)、横向柱列和根底组成，是单层厂房的根本承重构造(图24

5、)。厂房构造的竖向荷载和横向程度荷载主要经过它传给地基。因此，在单层厂房的构造设计中，一定要进展横向平面排架计算。 竖向荷载传送途径 2213 纵向平面排架 纵向平面排架是由连系梁、吊车梁、纵向柱列(包括柱间支撑)和根底组成(图2.2.3)。作用主要是保证厂房构造的纵向稳定和刚度，接受作用在厂房构造上的纵向程度荷载，并将其传给地基，同时也接受因温度变化和收缩变形而产生内力。 2.2.2 构造布置为使单层厂房的构配件到达一致，提高设计规范化，单层厂房的主要尺寸和标高必需符合规定的一致模数制。1.平面与剖面布置1定位轴线与厂房横向平面排架平行的轴线，称为横向定位轴线，以、表示；与其垂直的轴线，称为

6、纵向定位轴线，以A、B表示，纵横向定位轴线在平面上陈列所构成的网格，称为柱网。定位轴线之间的间隔和主要构件的标志尺寸相一致，且符合建筑模数。所谓标志尺寸就是构件的实践尺寸加上两端必要的构造尺寸。如，大型屋面板的实践尺寸是1490mmX 5970mm，标志尺寸是1500mmX5000mm；18m屋架的实践跨度是17950mm，标志跨度是18000mm， 横向定位轴线经过柱截面的几何中心，且经过屋架中心线与屋面板等横向接缝。在厂房端部横向定位轴线与山墙内边缘重合，将山墙内侧第一排柱中心内移500mm，并将端部屋面板做成一端伸臂板 普通说，在横向是与墙、柱中心线重合，在纵向那么由墙内缘或柱外缘经过

7、(3)变形缝设置变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。 伸缩缝:伸缩缝将厂房从根底顶面到屋面完全分开 )规定：对于装配式钢筋混凝土排架构造，当处于室内时，其伸缩缝的最大间距为100m；当处在露天时，其伸缩缝的最大间距为70m。当超越上述规定或对厂房有特殊要求时，应进展温度应力验算。此外，对于以下情况，伸缩缝的最大间距还应适当减小。 沉降缝单层厂房构造主要是由简支构件装配而成，因地基不均匀沉降引起的不利影响较小。所以，在普通单层厂房中可不设沉降缝，只在特殊情况下才思索设置. 防震缝防震缝是为了减轻厂房震害而采取的措施之一。当厂房平面、立面复杂，构造高度或刚度相差很大，以及在厂房侧边布置附属用房(

8、如生活间、变电所、炉子间等)时，应设置防震缝。三缝合一5剖面布置 厂房高度 厂房的高度指室内地面至柱顶(或下撑式屋架下弦底面)的间隔。厂房的高度和轨顶标高是厂房构造设计中的两个重要参数，要综合思索消费工艺和建筑构造两方面的要素才干确定。 确定厂房高度时，应按照(GBJ686)的规定，思索建筑模数的要求。有吊车和无吊车的厂房(包括有悬挂吊车的厂房)自室内地面至柱顶的高度应为扩展模数3M数列；有吊车的厂房，自室内地面至支承吊车梁的牛腿面的高度应为扩展模数3M数列。注：自室内地面至支承吊车梁的牛腿面的高度在7.2m以上时，宜采用7.8m、8.4m、9.0m和9.6m等数值； 预制钢筋混凝土柱自室内地

9、面至柱底的高度宜为模数化尺寸。确定厂房高度的原那么是：在满足消费工艺前提下，尽能够合理地降低厂房高度，以便减小柱的内力，减少围护构造面积，降低造价；同时又要思索减少构件种类，简化衔接构造，保证施工方便等要素。 厂房跨度工根据消费工艺要求确定，同时满足的要求，以便采用规范预制构件。对于有吊车的厂房，跨度工可采用以下公式确定：2.3 支撑布置支撑体系是联络屋架、柱等主要构件，并使其构成整体的重要部分，对单层厂房抗震设计尤为重要；单层厂房的支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑两部分。1屋盖支撑上、下弦横向程度支承构成刚性框、加强屋面的整体刚度，保证屋架屋面梁的侧向稳定，同时将山墙抗风柱所接受的纵向程度力传

10、到两侧柱列上。纵向程度支撑*加强屋盖构造在横向程度面内的刚度，保证横向程度荷载的纵向分布，加强排架的空间任务。屋架间的垂直支撑及程度系杆天窗架支撑2柱间支撑3.围护构造布置1抗风柱2圈梁、连系梁、过梁和根底梁 2.4 单层厂房构造主要构件选型单层厂房构造设计的三个阶段：方案设计阶段；技术设计阶段；施工图设计阶段。除拄和根底外，普通都可以根据工程的详细情况，从工业厂房构造构件规范图集中选用适宜的规范构件。国家建筑规范设计图集引见全国通用规范图；大区通用规范图如中南标、华北标等；省直辖市通用规范图如河南省标、北京市标、上海市标等地市通用规范图“如郑州市标、洛阳市标等。全国通用规范图集普通包括设计和

11、施工阐明、构件选用表、构造布置图、衔接大样图、模板图、配筋图、钢筋节点图、预埋件大样图，钢筋及钢材用量表等部分，它们均属于构造施工图，因此，可作为施工的根据。 2.4.2 屋面主要构件选型屋面板目前，单层厂房屋面板主要有以下几种：预应力混凝土大型屋面板，预应力混凝土“F形屋面板、预应力混凝土单肋板和预应力混凝土夹心保温屋面板，其中运用较多的是预应力混凝土屋面板(或称为预应力混凝土大型屋面板)，其外型尺寸常用的是15mX 6m，为配合屋架尺寸，还有0.9mX 6m的嵌板，其方式见国家规范图集92G410(四)。 编号的意义： Y-WB-2x8 2、檩条 在有檩体系屋盖中，檩条搁在屋架或屋面梁上，

12、支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架或屋面梁。它与屋架的衔接应结实，使其与支撑构件共同组成整体，以保证厂房的空间刚度，可靠地传送程度荷载。 2.4.3、屋架屋架是厂房构造的一个重要组成部分，屋架选型的合理与否直接关系到厂房屋盖构造的刚度和稳定性。选择合理的屋架型式，不仅要思索受力合理与否，而且还要综合思索其它要素，如施工条件、资料供应、跨度大小等。 屋架的选型方法先确定屋架型式屋面梁、三铰或两铰拱屋架、桁架式屋架，然后根据详细的设计条件从屋架规范图集中选用适宜的屋架。2.4.4.天窗架及托架2.4.5 吊车梁吊车梁直接接受吊车传来的竖向荷载和程度制动力，由于吊车往返运转，因此吊车梁除了要满足承载

13、力、抗裂度和刚度要求外，还要满足疲劳强度的要求。钢筋混凝土吊车梁的型式很多，目前常用的主要有以下几种： (1) 混凝土等截面吊车梁：用于厂房跨度30m以下，吊车起分量为30t以下 (2)组合式吊车梁：自重较轻，适用于吊车起分量较小(普通不大于5t)的轻、中级任务制吊车。 (3)预应力混凝土等截面吊车梁。适用于吊车起分量为75t以下的情况。 (4)预应力混凝土变截面吊车梁。普通在吊车起分量大、跨度大时采用 (5)桁架式吊车梁。对普通中型厂房多采用等高T形或I形截面吊车梁。 (6)部分预应力混凝土吊车梁。适用于吊车起分量为30t以下的情况。 2.4.6 常用柱型2.4.6.1 柱的截面方式单层厂房

14、钢筋混凝土柱按其截面方式分为两大类：单肢柱(包括矩形、I形、环形截面)和双肢柱(包括平腹杆、斜腹杆、双肢管柱)。 2.5 排架内力分析本节引见横向平面排架构造(以下简称排架)的内力分析方法。它主要处理两个问题：(1)求出排架柱在各种荷载作用下起控制造用的截面的最不利内力，作为柱截面设计和承载力校核的根据；(2)求出柱传给根底的最不利内力，作为根底设计的根据。 2.5.1 计算筒图2.5.1.1 计算单元2.计算假定与计算简图(1)柱上端与屋架(或屋面梁)铰接(2)柱下端与根底固接(3)排架横梁为无轴向变形的刚杆，横梁两端处柱的程度位移相等 跨变排架应思索横梁轴向变形的影响 计算简图： (4)排

15、架柱的高度由固定端算至柱顶铰结点处 (5)排架的跨度以厂房的轴线为准， 2.4.2 荷载计算掌握各种荷载值的计算，荷载的作用位置荷载的大小、作用点恒荷载1屋盖自重；2上柱自重；3下柱自重；4吊车梁及轨道等自重。2.活荷载1屋面活荷载作用位置与屋盖恒载一样屋面均布活荷载；雪荷载；屋面积灰荷载。当不思索屋面积灰荷载时，取屋面均布活荷载和雪荷载两者中的较大值；当思索屋面积灰荷载时，取屋面均布活荷载、雪荷载和屋面积灰荷载三者中的较大值。雪荷载的计算： 风荷载的计算风荷载规范值风荷载的方向是变化的，设计时既要思索左风荷载、又要思索右风荷载。作用于排架上的风荷载 3.吊车荷载吊车的任务级别原规范称为吊车的

16、任务制度：根据吊车荷载到达其额定值的程度将吊车的任务级别分为A1A8级。其中A1A5级对应于原规范的轻级和中级任务制；其中A6A8级对应于原规范的重级和超重级任务制。1吊车竖向荷载最大竖向荷载、最小竖向荷载当小车吊在额定最大起分量Q开到大车某一极限工况位置时，在这一侧的每个大车轮压称为吊车的最大轮压Pmax,k (规范值)，在另一侧的称为最小轮压规范值Pmin,k。Pmax,k与Pmin,k同时发生。计算吊车轮压施加于排架柱的荷载时，应思索数台吊车的不利组合：单跨厂房的一榀排架，最多思索两台吊车；对多跨厂房的一榀排架时，最多思索四台吊车。Pmax,k与Pmin,k可根据吊车型号、规格等查阅产品

17、目录或起重运输机械专业规范(ZQI一62)得到。对于四轮吊车最大轮压设计值Pmax与和最小轮压设计值Pmin可按以下公式计算但吊车是挪动的，故作用于每榀排架上的吊车竖向荷载组合值需运用影响线原理求出。产生的最大竖向荷载Dmax。时，另一边相应柱子接受Pmin产生的最小竖向荷载Dmin。 Dmax和Dmin即为作用在排架柱上的吊车竖向荷载，两者同时出现。Dmax和Dmin对下柱都是偏心压力，应把它们换算成作用在下柱顶面的轴心压力和力矩。 2吊车横向程度荷载 Tmax吊车横向程度荷载由小车吊起重物后的横向程度制动力引起，作用于吊车梁顶面与柱结合处。经过一个大车轮传送的吊车横向程度力规范值：-横向程

18、度荷载系数吊车在排架上产生的最大程度荷载规范值：吊车横向程度荷载应同时作用于支承该吊车的两侧柱上；思索多台吊车程度荷载时，对单跨或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不应多于2台。2.5.3 排架内力分析不思索厂房整体空间作用排架计算方法：1.等高排架内力分析剪力分配法1阶梯形柱的位移计算柱顶位移，可查P301附录2.柱顶程度集中力作用下的内力 2.柱顶程度集中力作用下的内力 3.恣意荷载作用下的内力2.4.4 不等高排架内力分析采用力法求解2.5.6 排架内力组合在分析排架构造的内力时，先求出各种荷载单独作用时各柱的内力，然后进展内力组合。其目的是求出起控制造用的截面的最不利内力，作为柱及

19、根底设计的根据。1.控制截面上柱柱底截面：-截面；下柱牛腿顶面：-截面；柱底截面：-截面。2.荷载效应组合GB50009-2006的规定简要复习1作用荷载效应的根本组合：对于根本组合，荷载效应组合的设计值应从以下组合值中取最不利值确定：由可变荷载效应控制的组合：对于普通排架、框架构造，根本组合可采用简化规那么：当仅有一个可变荷载时：由永久荷载效应控制的组合：2根本组合的荷载分项系数取值的规定：永久荷载分项系数当其效应对构造不利时：对由可变荷载效应控制的组合，1.2；对由永久荷载效应控制的组合，1.35。当其效应对构造有利时：普通情况下，应取1.0；对构造倾覆、滑移或漂浮验算，取0.9。可变荷载

20、的分项系数普通情况下，应取1.4；对规范值大于4kN/m2的工业房屋楼面构造的活荷载，应取1.3。3对常见的住宅、办公楼等民用建筑，当仅有一个可变荷载作用时，其承载才干极限形状设计表达式可简化为：由可变荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合：单层厂房的荷载效应组合：1组合原那么由可变荷载效应控制的组合：当有多个可变荷载作用时：当只需一个可变荷载作用时：由永久荷载效应控制的组合：与原规范不同，在思索组合时，摒弃了“遇风组合的惯例，要求一切可变荷载当作为伴随荷载时，都必需以其组合值为代表值，而不仅仅限于有风荷载参与组合的情况。至于对组合值系数，除风荷载仍取 外，对其它可变荷载，目前建议一致取 。当设计普通排架和框架时，为便于计算，仍允许采用简化的组合规那么，也即对一切参与组合的可变荷载的效应设计值，乘以一个一致的组合系数，但思索到原规范中的组合系数0.85在某些情况下偏于不平安，因此将它提高到0.9。在运用荷载组合时，为减轻计算任务量，当思索以自重为主时，对可变荷载允许只思索与构造