建筑结构-项目7 分析及布置钢筋混凝土单层工业厂房

高职高专建筑工程技术专业建筑结构BuildingStructure——项目化教学配套课件——混凝土结构·砌体结构·钢结构建筑结构教材编写组

项目7分析及布置钢筋混凝土单层工业厂房

模块二钢筋混凝土结构

目录CONTENTS

7.1单层工业厂房的结构类型及受力特点结构类型分类·排架结构主要构件·横向与纵向平面排架受力特点

7.2单层工业厂房的结构布置柱网布置·变形缝设置·支撑布置·抗风柱·圈梁连系梁过梁基础梁

7.3单层工业厂房主要构件的选型屋盖结构构件·起重机梁·排架柱形式与选择·基础和基础梁

7.4钢筋混凝土厂房抗震构造措施屋盖抗震构造·柱箍筋加密·支撑布置·隔墙围护墙·连接节点构造建筑结构·项目7学习目标学习目标知识目标掌握钢筋混凝土厂房的抗震构造要求熟悉单层工业厂房的结构组成及受力特点了解单层工业厂房主要构件的常见类型能力目标能够判别钢筋混凝土单层工业厂房类型能够分析排架结构的受力特点能够进行厂房结构布置和构件选型素养目标通过抗震构造及汶川灾后重建介绍，感受中国力量认识工程建设对民生福祉的重要意义增强服务国家、社会的信念1建筑结构·项目7工程导入工程导入某大型机械制造厂区需新建一座装配车间，厂房跨度30m，柱距6m，柱顶标高12m，设有两台20t桥式起重机。设计人员需要解决以下问题：选用何种结构形式？排架还是刚架？如何进行柱网布置和变形缝设置？主要构件（屋架、起重机梁、柱、基础）如何选型？抗震构造措施如何落实？思考：单层工业厂房与民用建筑在结构形式上有何本质区别？为什么大多数工业厂房采用排架结构？厂房中的起重机荷载如何传递到基础？带着这些问题，我们开始学习项目7的内容。27.1单层工业厂房的结构类型及受力特点结构类型分类·排架结构主要构件·横向与纵向平面排架受力特点3建筑结构·项目77.1.1单层工业厂房的结构类型7.1.1单层工业厂房的结构类型按承重材料分类混合结构：砖柱+屋架，起重量≤5t、跨度<15m、柱顶标高≤8m的小型厂房钢筋混凝土结构：大部分厂房采用，应用最普遍钢结构：起重量>150t、跨度>36m或高温车间等特殊要求钢筋混凝土结构形式排架结构（基本形式）：柱与屋架（屋面梁）铰接，与基础刚接传力明确、构造简单、施工方便跨度可超30m，高度20~30m，起重机吨位达150t刚架结构：柱与横梁刚接、与基础铰接，梁柱合一，刚度较差，不宜用于大吨位起重机厂房图7-1单层工业厂房结构（a排架结构b刚架结构）重点：排架结构柱顶铰接、柱底刚接，是单层厂房最基本的结构形式。4建筑结构·项目77.1.2排架结构的主要构件7.1.2排架结构的主要构件图7-2单层工业厂房排架结构1.屋盖结构围护、承重、采光、通风。由屋面板、屋架/屋面梁、天窗架、托架组成，分有檩和无檩体系。2.起重机梁3.排架柱起重机梁承受起重机荷载传给柱，简支在牛腿上。排架柱是最主要受力构件，承受屋架、起重机梁、外墙等荷载。4.支撑5.基础支撑包括屋盖支撑和柱间支撑，增加空间刚度和整体性，传递水平荷载。基础承受柱和基础梁荷载传至地基。6.围护结构由外墙、连系梁、抗风柱及基础梁组成。连系梁和基础梁起纵向联系作用，抗风柱将山墙风荷载传给屋盖和基础。记忆口诀：屋盖起重排架柱，支撑基础围护墙，六大构件协同工作。5建筑结构·项目77.1.2排架结构的主要构件起重机梁（吊车梁）作用与受力起重机梁是有起重机厂房的重要构件，它承受起重机荷载（竖向和纵向、横向水平制动力）、起重机轨道及起重机梁自重，并将它们传给柱。起重机梁一般为装配式，简支在排架柱的牛腿上。常见类型T形截面起重机梁：最常用形式，受力合理，施工方便。薄腹工字形：腹板较薄，节省材料，自重较轻。鱼腹式：梁高沿跨度变化，接近弯矩图形状，经济合理。折线形、桁架式：适用于大跨度或重级工作制厂房。选型原则起重机梁的选用一般可参见标准图集，并按以下因素选用适当形式：起重机的起重能力（起重量）起重机的跨度起重机的工作制（轻级/中级/重级）在纵向平面排架中，起重机梁与连系梁、柱间支撑和基础共同组成纵向受力体系。"起重机梁是有起重机厂房的重要构件，它承受起重机荷载（竖向和纵向、横向水平制动力）、起重机轨道及起重机梁自重，并将它们传给柱。起重机梁常做成T形截面，也可根据需要做成薄腹工字形、鱼腹式、折线形、桁架式等。"——《建筑结构》7.3节6建筑结构·项目77.1.3排架结构的受力特点7.1.3排架结构的受力特点横向平面排架（基本承重结构）组成：横梁（屋面梁/屋架）+横向柱列+基础承受竖向荷载及横向水平荷载柱少、跨度大，承受厂房大部分主要荷载设计时必须进行计算图7-3横向平面排架及其荷载示意图纵向平面排架（纵向稳定刚度）组成：纵向柱列+连系梁+起重机梁+柱间支撑+基础承受纵向风荷载、起重机纵向水平荷载、纵向地震作用及温度应力柱多、荷载小，有柱间支撑加强，刚度大、内力小一般不计算，采取构造措施即可图7-4纵向平面排架及其荷载示意图7建筑结构·项目77.1小节小结7.1小节小结排架结构体系示意图结构类型：按材料分混合、钢筋混凝土、钢结构三类；钢筋混凝土分排架（柱顶铰接、柱底刚接）和刚架（梁柱刚接）。排架是基本形式。六大构件：屋盖结构（围护承重）、起重机梁（传起重机荷载）、排架柱（主要受力）、支撑（空间刚度）、基础（传至地基）、围护结构（外墙抗风柱）。受力特点：横向平面排架（横梁+柱列+基础）承受主要荷载，必须计算；纵向平面排架（柱列+支撑+起重机梁）保证纵向刚度，一般不计算，构造措施即可。关键考点：排架vs刚架的连接区别；横向排架计算、纵向排架构造。87.2单层工业厂房的结构布置柱网布置·变形缝·支撑布置·抗风柱·圈梁连系梁过梁基础梁9建筑结构·项目77.2.1柱网布置7.2.1柱网布置柱网的定义承重柱的纵向和横向定位轴线在平面上形成的网格。跨度=纵向定位轴线间距，柱距=横向定位轴线间距。柱网布置原则符合生产和使用要求建筑平面和结构方案经济合理结构形式和施工方法先进合理符合《厂房建筑模数协调标准》GB/T50006—2010适应生产发展和技术革新要求图7-5工业厂房的跨度和柱距示意图模数要求：跨度≤18m用30M数列，>18m用60M数列；柱距用60M数列（常用6m）。遵循GB/T50006—2010。10建筑结构·项目77.2.2变形缝的设置7.2.2变形缝的设置1.伸缩缝作用：减小温度应力，防止结构构件拉裂最大间距：室内或土中：100m露天：70m做法：从基础顶面开始，将上部结构完全分开，留出缝隙特点：基础不断开，上部结构可自由伸缩2.沉降缝作用：避免地基不均匀沉降引起开裂破坏设置情况：相邻部分高差很大地基承载力差别大起重机起重量相差悬殊施工时间先后相差长做法：从基础到屋顶全部分开特点：可兼作伸缩缝，伸缩缝不能代替沉降缝3.防震缝作用：地震区将相邻部分分开，避免碰撞破坏设置情况：构造复杂结构高度或刚度相差很大侧边贴建建筑物和构筑物要求：地震区的伸缩缝和沉降缝均应符合防震缝要求依据：《建筑抗震设计标准》GB/T50011—2010（2024年版）11建筑结构·项目77.2.3支撑的布置7.2.3支撑的布置屋盖支撑上弦横向水平支撑：增强屋盖整体刚度，传山墙风荷载，保证上弦平面外稳定下弦纵/横向水平支撑：跨度L≥18m设横向；柱距6m且起重机≥10t设纵向垂直支撑和水平系杆：保证屋架侧向稳定，l>18m时设置天窗架支撑：增大天窗系统空间刚度，传天窗壁板风荷载图7-6上弦横向水平支撑图7-7下弦纵横向水平支撑柱间支撑作用：保证纵向刚度和稳定性，传递纵向水平力设置条件：悬臂/3t以上悬挂起重机、重级工作制起重机、跨度≥18m或柱高≥8m等布置：上下两组，布置在伸缩缝区段中央或临近中央柱间形式：十字交叉钢结构，交叉倾角35°~55°图7-8柱间支撑12建筑结构·项目77.2.4抗风柱的布置7.2.4抗风柱的布置抗风柱的作用山墙受风面积大，抗风柱将其分成若干区格，使墙面风荷载一部分传至纵向柱列，另一部分经抗风柱传至基础和屋盖系统。抗风柱的类型与截面跨度≤12m、柱顶标高≤8m：砖壁柱跨度和高度较大：钢筋混凝土抗风柱，外侧贴砌山墙上柱矩形截面，b×h≥350mm×300mm下柱工字形或矩形，柱较高时用双肢柱抗风柱与屋架连接要求下端与基础刚接，上端与屋架铰接水平方向可靠连接，有效传递风荷载竖向脱开，允许相对位移，防不均匀沉降常用弹簧板连接；不均匀沉降大时用螺栓连接图7-9山墙抗风柱构造（a抗风柱与山墙b弹簧板连接c螺栓连接）13建筑结构·项目77.2.5圈梁、连系梁、过梁与基础梁7.2.5圈梁、连系梁、过梁与基础梁1.圈梁作用：增加房屋整体刚度，防止不均匀沉降或振动的不利影响布置原则：无起重机厂房：檐口5~8m设一道，>8m增设有起重机厂房：檐口/窗顶+起重机梁标高处增设连续设置形成封闭状，洞口截断处设附加圈梁附加圈梁搭接≥垂直间距2倍且≥1m2.连系梁连系纵向柱列，增强纵向刚度，传风荷载，承受上部墙体重力。预制，搁置在牛腿上。3.过梁承托门窗洞口上部墙体自重。设计时尽可能将圈梁、连系梁、过梁结合，一构件三作用。4.基础梁承受围护墙自重，不另做墙基础。底部距土层预留100mm空隙，随柱基础一起沉降。冻胀性土时梁下铺干砂等松散材料，留50~150mm空隙。直接搁置在基础杯口上。设计要点：尽可能将圈梁、连系梁、过梁结合，一构件起三种作用，节约材料、简化施工连系梁、过梁和基础梁均有全国通用图集可供选用圈梁构造参见《砌体结构设计规范》GB50003—201114建筑结构·项目77.2.5圈梁、连系梁、过梁与基础梁墙梁与连系梁连系梁作用：连系纵向柱列，以增强工业厂房的纵向刚度，并将风荷载传给纵向柱列；此外，连系梁还承受其上部墙体的重力。构造：通常是预制的，两端搁置在牛腿上，用螺栓与牛腿连接或焊接在牛腿上。位置：设置在柱列之间，起纵向联系作用。墙梁概念：设置在围护砖墙上的梁，承托上部墙体并将荷载传给柱，同时增强墙体整体性。构造要求：应尽可能采用现浇。当采用预制墙梁时，除墙梁应与柱可靠锚拉外，梁底还应与砖墙顶牢固拉结。抗震要求：避免梁下墙体由于处于悬臂状态而在地震时倾倒。厂房转角处相邻的墙梁应相互可靠连接。连系梁与墙梁的区别连系梁主要设置在柱列之间，强调纵向联系和刚度增强，搁置在牛腿上，承受上部墙体重力并传递风荷载；墙梁主要设置在围护砖墙上，强调承托墙体和墙体拉结，应尽可能现浇，预制时需与柱和砖墙顶双重拉结。在实际工程中，应尽可能将圈梁、连系梁、过梁结合起来，使一个构件起到三种构件的作用，以节约材料、简化施工。连系梁、过梁和基础梁均有全国通用图集，可供设计时选用。15建筑结构·项目77.2小节小结7.2小节小结柱网布置跨度=纵向轴线间距柱距=横向轴线间距跨度≤18m用30M跨度>18m用60M柱距用60M（常用6m）变形缝伸缩缝：室内100m/露天70m，基础不断沉降缝：基础到屋顶全分开，可兼伸缩缝防震缝：地震区设置，伸缩沉降缝均应符合支撑与抗风柱屋盖支撑：上弦/下弦/垂直/系杆柱间支撑：十字交叉，35°~55°抗风柱：下刚上铰，弹簧板连接圈梁/连系梁/过梁/基础梁各司其职核心要点结构布置是厂房设计的前提，直接影响经济合理性、生产实用性和施工速度柱网布置遵循模数协调标准，跨度和柱距均有明确的数列要求三类变形缝各有作用，沉降缝可兼伸缩缝，伸缩缝不能代替沉降缝支撑体系保证空间刚度和整体性，抗风柱传递山墙风荷载，圈梁等增强纵向稳定167.3单层工业厂房主要构件的选型屋盖结构构件·起重机梁·排架柱形式与选择·基础和基础梁17建筑结构·项目77.3主要构件的选型7.3主要构件的选型1.屋盖结构构件屋面板：大型（无檩）/小型（有檩）；8、9度区跨度>24m不宜用大型屋架/屋面梁：跨度≤15m用钢筋混凝土屋面梁；8度ⅢⅣ类和9度区宜用钢屋架天窗架：优先选用避风型、钢结构2.起重机梁T形截面为主，也可薄腹工字形、鱼腹式、折线形、桁架式。按起重能力、跨度和工作制选用标准图集。3.排架柱（重点）三种形式：实腹矩形柱：施工方便，混凝土用量多工字形柱：材料利用合理，应用广泛双肢柱：自重轻，柱高大时优势显著，刚度较差按截面高度选择：h≤600mm矩形；600~800mm工字形或矩形；900~1400mm工字形；>1400mm双肢柱图7-10单层工业厂房排架柱的形式图7-11柱下独立基础类型图7-12基础梁的布置4.基础：柱下独立基础（阶梯形/杯形/高杯口），基础梁搁置在杯口上187.4钢筋混凝土厂房抗震构造措施屋盖抗震构造·柱箍筋加密·支撑布置·隔墙围护墙·连接节点19建筑结构·项目77.4抗震构造措施（一）7.4抗震构造措施（屋盖与柱）1.屋盖抗震构造有檩屋盖：檩条与屋架焊牢，双脊檩跨度1/3处拉结，压型钢板与檩条可靠连接无檩屋盖：大型屋面板与屋架焊牢，焊缝长≥80mm厚≥6mm；8、9度时相邻屋面板顶面焊牢屋盖支撑：天窗开洞范围脊点设通长水平系杆；跨中竖向支撑间距6~8度≤15m，9度≤12m屋架配筋：上弦第一节间配筋6、7度≥4φ12，8、9度≥4φ142.柱的抗震构造（箍筋加密）箍筋加密范围（5个部位）：柱头：柱顶以下500mm且≥截面长边上柱：牛腿面至起重机梁顶以上300mm牛腿（柱肩）：全高柱根：下柱底至室内地坪以上500mm柱间支撑连接节点：节点上下各300mm加密区箍筋间距≤100mm表7-1柱加密区箍筋最大肢距和最小直径（mm）烈度和场地类别6、7度Ⅰ、Ⅱ类7度Ⅲ、Ⅳ类和8度Ⅰ、Ⅱ类8度Ⅲ、Ⅳ类和9度箍筋最大肢距300250200一般柱头和柱根φ6φ8φ8(φ10)角柱柱头φ8φ10φ10上柱牛腿和有支撑的柱根φ8φ8φ1020建筑结构·项目77.4抗震构造措施（二）7.4抗震构造措施（支撑与连接）3.支撑的布置屋盖支撑按有檩/无檩体系，根据烈度设置（表7-2、7-3）柱间支撑用型钢，交叉式，斜杆与水平面交角≤55°有起重机或8、9度时，厂房单元两端增设上柱支撑交叉支撑斜杆最大长细比按表7-44.隔墙和围护墙内嵌式隔墙与柱脱开或柔性连接，顶部设现浇压顶梁围护墙外贴式，沿墙高每500mm与柱2φ6拉结8、9度时每隔4m窗顶增设圈梁圈梁纵筋6~8度≥4φ12，9度≥4φ145.连接节点屋架与柱顶：8度宜螺栓连接，9度宜钢板铰接柱顶预埋件锚筋：8度≥4φ14，9度≥4φ16有支撑柱顶增设抗剪钢板牛腿水平箍筋最小φ8，最大间距100mm图7-13柱间支撑图7-14外贴式砖墙与柱拉结图7-15屋架与柱连接构造课程思政：汶川地震灾后重建中，严格遵循抗震构造规范的厂房在强震中屹立不倒，而构造措施不到位的建筑损毁严重。这充分体现了抗震构造措施的重要性，也展现了中国工程建设者尊重科学、敬畏生命的责任担当。作为未来的工程技术人员，必须严格执行规范，确保工程质量。21建筑结构·项目7全章总结全章总结7.1结构类型与受力排架结构：柱顶铰接、柱底刚接六大构件协同工作横向排架计算、纵向排架构造7.2结构布置柱网：跨度30M/60M，柱距60M变形缝：伸缩/沉降/防震支撑、抗风柱、圈梁等布置7.3构件选型屋面板/屋架/天窗架起重机梁T形截面排架柱：矩形/工字形/双肢杯形基础+基础梁7.4抗震构造屋盖焊接与支撑柱箍筋五部位加密支撑型钢交叉式围护墙拉结与圈梁连接节点螺栓/铰接核心知识脉络单层工业厂房→排架结构（柱顶铰接、柱底刚接）→六大构件组成空间体系→横向排架承重计算、纵向排架构造稳定→柱网布置遵循模数标准→变形缝/支撑/抗风柱/圈梁保证整体性能→构件选型结合标准图集→抗震构造措施确保生命安全重点掌握：排架结构受力特点、柱网布置模数要求、柱箍筋加密范围、屋架与柱顶连接方式22建筑结构·项目7思考与练习思考与练习7-1单层工业厂房由哪些主要构件组成？各起什么作用？7-2单层工业厂房排架结构的受力特点是什么？7-3什么是柱网？如何布置柱网？7-4单层工业厂房中如何布置变形缝？7-5单层工业厂房中有哪些支撑？它们各起什么作用？7-6单层厂房中抗风柱的作用是什么？7-7排架柱常用的截面形式有哪些？如何选择？23参考答案7-1单层工业厂房主要构件组成及作用①屋盖结构：围护、承重、采光通风；②起重机梁：承受起重机荷载传给柱；③排架柱：最主要受力构件，承受各类荷载传给基础；④支撑：增刚度整体性，传水平荷载；⑤基础：承受柱和基础梁荷载传至地基；⑥围护结构：外墙围护，连系梁/基础梁纵向联系，抗风柱传风荷载。7-2排架结构受力特点由横向排架和纵向排架组成空间体系，简化为两个平面分别计算。横向排架：由横梁、横向柱列和基础组成，是基本承重结构，承受竖向及横向水平荷载，必须计算。纵向排架：由纵向柱列、连系梁、起重机梁、柱间支撑和基础组成，保证纵向稳定刚度