1、第十二章 单层厂房结构,本章的重点是：1单层厂房结构的选型及布置，2钢筋混凝土排架结构的内力分析及组合，3. 钢筋混凝土排架柱、牛腿及柱下单独基础的计算与构造,本章的难点是：1单层厂房结构支撑的作用及布置：2排架柱最不利内力组合的原则和方法，3. 柱下单独基础冲切承载力计算,单层厂房的横向承重结构通常有排架和刚架两种形式。 一、排架与刚架 （一）排架（图12-1，12-2）由屋面梁或屋架、柱和基础组成。排架的柱与屋架 铰接而与基础刚接。根据结构材料的不同，排架分为：钢钢筋混凝土排架； 钢筋混凝土排架；钢筋混凝土砖排架 三种。,12.1 单层厂房的结构形式、结构组成结构布置12.1.1 单层厂房
2、的结构形式,钢钢筋混凝土排架 由钢屋架、钢筋混疑土柱和基础组成，承载和跨越空间的能力均较大，宜用于跨度大于36m、吊车起重量在Z50t以上的重型工业厂房。 钢筋混凝土砖排架 由钢筋混凝土屋面梁、砖柱和基础组成，承载和跨越空间的能力较小，宜用于跨度不大于15m、檐高不大于8m、吊车起重量不大于5t的轻型工业厂房。）,排架按受力和变形特点又有刚性排架和柔性排架之分。 刚性排架 是指屋面梁或屋架(简称横梁)变形很小，内力分析 时横梁变形可忽略不计的排架。 一般钢筋混凝土排架均属刚性排架。,排架按受力和变形特点又有刚性排架和柔性 排架之分。 柔性排架:是指横梁变形较大，内力分析时要考虑横梁变形的排架。
3、由7字形钢筋混凝土屋面梁组成的锯齿形排架(图122)以及由刚度较小的组合屋架组成的排架属柔性排架。,（二）刚架（12-3a，b,c,d）刚架也由横梁、柱和基础组成。与排架不同的是， 刚架的梁与柱为刚接，而柱与基础常为铰接。,刚架按横梁形式的不同，分为折线形的门式刚架(图 12.3a、b)和拱形门式刚架(图 12-3c)两种。前者由于施工较简便，在双坡屋面的单层厂房中得 到较广泛的应用。 以下着重叙述单层厂房装配式钢筋混凝土排架结构。,12.1.2 单层厂房的结构组成与传力路线 一、结构组成单层厂房由如图124所示的屋面板、屋架、吊车梁、连系梁、柱和基础等构件组成。这些构件又分别组成屋盖结构、横
4、向平面排架、纵向平面排架和围护结构。,12.1.2 单层厂房的结构组成与传力路线 一、结构组成单层厂房由如图124所示的屋面板、屋架、吊车梁、连系梁、柱和基础等构件组成。这些构件又分别组成屋盖结构、横向平面排架、纵向平面排架和围护结构。,1.屋盖结构分有檩和无檩两种。前者由小型屋面板、檩条和屋架（包括屋盖支撑）组成；后者由大型屋面板（包括天沟板）、屋面梁或屋架（包括 屋盖支撑）组成。单层厂房中多采用无檩屋盖。,1.屋盖结构有时为采光和通风，屋盖结构中还有天窗架及其支撑。此外，为 满足工艺上抽柱的需要，还设有托架。屋盖结构的主要作用是承受屋面 活荷载、雪载、自重以及其他荷载，并将这些荷载传给排架
5、柱，其次还 可起围护作用。屋盖结构的组成有：屋面板、天沟板、天窗架，屋架、 托架及屋盖支撑(图l24)。,2. 横向平面排架：由横梁(屋面梁或屋架)和横向柱列及基础组成(图l24)。 厂房结构承受的竖向荷载(包括结构自重屋面活荷载、雪载和吊车竖向荷载等)及横向水平荷载(包括风载、吊车横 向制动力和地震力) 主要通过横向排架 传给基础和地基。,3.纵向平面排架由纵向柱列、基础、连系梁、吊车梁和柱间支撑等组 成(图12-5)，其作用是保证厂房结构的纵向刚度和稳定 性，并承受屋盖结构(通过天窗端壁和山墙)传来的纵向 风荷载、吊车纵向制动力、纵向地震力以及温度应力等。 纵向平面排架中的吊车梁，具有承受
6、吊车荷载和连系纵 向柱列的双重作用，也是厂房结构中的重要组成构件。,柱间支撑,4.吊车梁 吊车梁一般为装配式的，简支在牛腿上，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包括屋盖支撑和柱间支撑两种， 其主要作用是：,保证结构构件的稳定与正常工作； 加强厂房的整体稳定性和空间刚度； 把纵向风荷载、吊车水平荷载或 水平地震作用等传递到主要（相应） 承重构件。 保证结构构件在安装和使用阶段 的稳定和安全，,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.围护结构由纵墙、山墙(横墙)、墙梁，抗风柱
7、(有时设抗风梁 或桁架)、基础梁等构件组成，兼有围护和承重的作用。 这些构件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。,二、传力路线图12-6,12.1.3 单层厂房的结构布置,结构布置包括屋盖结构（屋面板、天沟板、屋架、天窗架及其支撑等）布置；吊车梁（包括抗风柱）及柱间支撑布置；圈梁、连系梁及过梁布置；基础和基础梁布置。,屋面板、屋架及其支撑、基础梁等组成构件， 一般按所选用的标准图的编号和相应的规定进行布置。柱和基础则根据实际情况自行编号布置。 下面就结构布置中几个主要问题进行说明。,(1) 柱网（图12-7跨度和柱距示意图）厂房承重柱的纵向和横向定位轴线，在平面上形成的
8、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距离(跨 度)和横向定位轴线之间的距离(柱距)。确定柱网尺寸， 既是确定柱的位置，同时也是确定屋面板，屋架和吊车 梁等构件的跨度，并涉及到厂房其它结构构件的布置。 因此，柱网布置是否恰当。将直接影响厂房结构的经济 合理性和先进性，与生产使用也密切相关。,(一) 柱网布置,跨度厂房承重柱或承重墙的相邻纵向定位轴线间的距离， 柱距相邻横向定位轴线间的距离， 柱网纵向定位轴线与横向定位轴线在屏幕上构成的网格，,(一) 柱网,柱网布置的一般原则是： 符合生产工艺和正常使用的要求； 建筑和结构经济合理； 施工方法上具有先进性； 符合厂房建筑统一化基本
9、规则，适应生产发展和技术革新的要求。,（2）纵向定位轴线纵向定位轴线一般用编号A、B、C表示。 对于无吊车或吊车起重量不大于30t的厂房，边柱外边缘、 纵墙内缘，纵向定位轴线三者重合，形成封闭结合， 如图12-8（a）所示。,（3）横向定位轴线横向定位轴线一般用编号、表示。在厂房纵向尽端处横向定位轴线位于山墙内边缘，并把 端柱中心线内移600mm，同样在伸缩缝两侧的柱中心线也须 向两边各移600mm，使伸缩缝中心线与横向定位轴线重合，如图12-9所示。,（二）变形缝变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。如果厂房长度和宽度过大，当气温变化时，在结构 内部产生的温度内力，可使墙面、屋面拉裂，影响正
10、常 使用。为减小厂房结构的温度应力，可设置伸缩缝将厂 房结构分成若干温度区段。,伸缩缝应从基础顶面开始，将两个温度区 段的上部结构分开，并留出一定宽度的缝 隙使上部结构在气温变化时，沿水平方向 可自由地发生变形。,应从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结构 分开，并留出一定宽度的缝隙使上部结构在气温变化时， 沿水平方向可自由地发生变形。 温度区段的形状，应力求简单，并应使伸缩缝的数量最少。 温度区段的长度(伸缩缝之间的距离)，取决定于结构类型和 温度变化情况(结构所处环境条件)。 对于钢筋混凝土装配式排架结构，其伸缩缝的最大间距，露天时为70m，室内或土中时为l00m。伸缩缝宽度一般取 30-
11、50mm。 当屋面板上部无保温或隔热措施时，可按适当低于l00m采用。,伸缩缝,此外，对于下列情况，伸缩缝的最大间距还应适当减小： 1从基础顶面算起的柱长低于8m时； 2位于气温干燥地区，夏季炎热且暴雨频繁的地区或经常处于高温作用下的排架， 3室内结构因施工外露时间较长时。 当厂房的伸缩缝间距超过规范规定的允许值时，应验算温度应力。,伸缩缝,在单层厂房中，一般不做沉降缝。只在下列特殊 情况才考虑设置：如厂房相邻两部分高差很大(10rn以上)；两跨间吊车起重量相差悬殊；地基承载力或下卧层土质有巨大差别；或厂房各部分施工时间先后相差很久；土壤压缩程度不同等情况。,沉降缝,沉降缝应将建筑物从基础到屋
12、顶全部分开，当两边发生不同沉降时不致相互影响。 沉降缝可兼作伸缩缝。,沉降缝,高低房屋交接或其基土相差等需要设置沉降缝以消除基础的 不均匀沉降时应按要求设置基础沉降缝。其宽度与上部结构相 同，缝内一般不填塞。常采用双墙式和悬挑式两种。沉降缝可将房屋从屋顶到基础分割成长高比小、整体刚性好 的独立单元，以保证建筑物各单元能独立沉降。当房屋高差或土壤压缩性相差大、荷载相差大，平面复杂的 转折处、过长房屋，分期兴建工程的交接处等都可设沉降缝。,沉降缝,沉降缝应两侧倾斜，宽度与地基和房屋层数有关。对 一般地基，2-3层房屋，缝宽80-120mm，对软弱地基、5层以 上，宽120mm。做法与温度缝基本相同
13、，但基础下有差别。砖石承重结构条形基础沉降缝，当该建筑的基础建于软 弱地基上时，沉降缝一侧的局部纵墙可砌于钢筋混凝土梁上。 排架梁上的横隔墙宜采用轻质墙体，以减轻其荷载。,沉降缝,设计裂度为7-9度区应设防震缝。将房屋分成若干结构单元，当房屋高差在6m或结构形式不 同，或承重结构材料不同时，应在房屋相应部位设置防震缝。 沿建筑全高设置，其两侧的承重墙、柱，设成双墙、双柱 (基础可不设缝)、多层混合结构防震缝宽度为50-70mm。总之，温度缝、防震缝作法相似，沉降缝应作基础部分处理。为了减少房屋的不均匀沉降，应注意合理布置承重墙体(例 如，将纵墙拉通，避免曲折不断，调整地基过大的不均匀沉降， 在
14、不大于房宽一倍半设置横墙，将内外纵墙联接起来，以调整它 们的不均匀沉降，加强上部结构的刚度和整体性等)。,防震缝,防震缝是为减轻震害而采取的措施之一。当厂房平面、立面复杂、结构高度或刚度相差很 大，以及在厂房侧边布置附房(如生活间、变电所、炉子 间等)时，设置抗震缝将相邻部分分开。地震区的厂房，其伸缩缝和沉降缝均应符合防震缝 的要求防震缝的宽度及其做法参见建筑抗震设计手 册,(三)支撑的布置支撑的作用 1. 保证结构构件的稳定与正常工作； 2. 增强厂房的整体稳定性好空间刚度； 3. 把纵向风荷载吊车纵向水平荷载及水平地震作用传递到主要承重构件； 4. 保证在施工安装阶段结构构件的稳定。,(三
15、)支撑的布置 支撑体系：屋盖支撑及柱间支撑两部分。 1 屋盖支撑 a） 上弦横向水平支撑：,(三)支撑的布置上弦横向水平支撑的作用是形成刚性框架，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，同时可将抗风柱传来的风力传递到纵向排架柱顶。一般设置在房屋两端或温度缝区段两端，间距不宜 超60m。凡屋面为有檩体系或虽为无檩体系但焊点不保证 时设置。,b）下弦横向水平支撑：下弦横向水平支撑的作用是将屋架下弦受到的水平力传至 纵向排架柱顶。,因此，当屋架下弦设有 悬挂吊车或受有其它水 平力，或抗风柱与屋架 下弦连接，抗风柱风力 传至下弦时，则应设置 下弦横向水平支撑。,b）下弦横向水平支
16、撑：当屋架跨度大于18m、下弦有悬挂吊车、吨位较大的桥式 吊车时应设置。,作用：加强屋盖的 整体刚度，保证屋 架的整体稳定，将 山墙抗风柱所承受 的纵向水平力传至 两侧柱上。,c）纵向水平支撑布置在下弦平面端节点中。 当厂房有托架时，须设置下弦纵向水平撑。 当厂房已设有下弦横向水平支撑时，则纵向和横向应形 成封闭支撑体系。,c）纵向水平支撑 作用：加强屋盖的整体刚度，保证屋架的整体稳定，将山墙抗风柱所承受的纵向水平力传至两侧柱列上。,d） 屋架面的垂直支撑和系杆屋架(屋面梁)间的垂直支撑及水平系杆（图12-11，12）,屋架 垂直支撑和下弦水平系杆的作用是，保证屋架的整体稳定(抗倾覆)，当吊车
17、工作时(或有其他振动时)防止屋架下弦发生侧向颤动。 上弦水平系杆则用以保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定， 防止局部失稳并可减小屋架上弦平面外的压杆计算长度。,当为梯形屋架时，除按上述要求处理外，还需在伸缩缝区段两端第一或第二柱间内，在屋架支座处设置墙部垂直支撑。屋架跨度小于18m 时，可不设。屋架跨度在18-30m时，屋架中部设一道 垂直支撑，跨度大于30m时，屋架跨度1/3处，增设一道。 作用：垂直支撑通常与横向水平支撑配合使用，保证屋架及天窗架在荷载作用下的平面外的稳定。,d） 屋架面的垂直支撑和系杆,（2） 柱间支撑作用：增强厂房的纵向刚度和稳定性，把各种纵向水平力 有效地传给基础
18、。对于有吊车的厂房，柱间支撑分上部和下部两种。前者位于吊车梁上部。用以承受山墙上的风力并保证厂房 上部的纵向刚度；,（2） 柱间支撑作用：增强厂房的纵向刚度和稳定性，把各种纵向水平力 有效地传给基础。 后者位于吊车梁下部，用以承受上部支撑传来的力和吊车 梁传来的纵向制动力，并把它们传至基础(图1213)。吊车梁 连系梁,（2） 柱间支撑柱间支撑的设置原则： 一般单层厂房，凡属下列情况之一者，应设置柱间支撑：设有悬臂式吊车或3t及以上的悬挂式吊车；设有重级工作制吊车或中、轻级工作制吊车起重量在10t及以上时；厂房跨度在18m及以上或柱高在8m以上时；纵向柱列的总数在7根以下时； 露天吊车栈桥的柱
19、列。,柱间支撑一般采用钢结构，当厂房设有中级或轻级 工作制吊车时亦可采用钢筋混凝土柱间支撑。杆件截面 尺寸应经承载力和稳定性验算。,单层厂房的端墙(山墙)，受风面积较大，一般须设 置抗风柱将山墙分成几个区格，以使墙面受到的风荷载， 一部分直接传给纵向柱列：另一部分则经抗风柱上端 通过屋盖结构传给纵向柱列和经抗风柱下端传给基础。当厂房高度和跨度均不大(如柱顶在8m以下，跨度为 9m12m)时， 可采用砖壁柱作为抗风柱， 当高度和跨度较大时， 一般都采用钢筋 混凝土抗风柱。,(四)抗风柱的布置,当高度和跨度较大时，一般都采用钢筋混凝土抗风柱。 前者在山墙中，后者设置在山墙内侧，并用钢筋与之拉接(图
20、 1215a)。在很高的厂房中，为减少抗风柱的截面尺寸，可加设水 平抗风梁(图1215b)或桁架，作为抗风柱的中间铰支点。 抗风柱一般与基础刚接， 与屋架上弦铰接， 也可与屋架下弦铰接 或同时与上、下弦铰接。,(四)抗风柱的布置,抗风梁,(五)圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置 当用砌体作为厂房围护墙时，一般要设置圈梁或连系梁、过梁及基础梁。 圈梁其作用是将墙体同厂房柱箍在一起，以加强厂房的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载对厂房引起的不利影响。,圈梁设在墙内，并与柱用钢筋拉接。圈梁不承受墙 体重量，故柱上不设置支承圈梁的牛腿。,圈梁的布置与墙体高度，对厂房的刚度要求及地基 情况有
21、关一般单层厂房可参照下列原则布置： 1对无桥式吊车的厂房，当砖墙厚h240mm、檐口标高为5m8m时，应在檐口标高处设置圈梁一道，当檐高大于8m时，应增加设置数量。 2.对无桥式吊车的厂房，当砌块或料石砌墙体厚h240mm，檐口标高为4m5m时，应在檐口标高处设置圈梁一道，檐口标高大于5m时，应增加设置数量。,3对有桥式吊车或较大振动设备的单层工业房屋，除在檐口或窗顶标高处设置现浇钢筋混凝土圈梁外，尚应在吊车梁标高处或其他适当位置增设。圈梁应连续设置在墙体的同一平面上，并尽可能沿 整个建筑物形成封闭状。当圈梁被门窗洞口截断时，应 在洞口上部墙体内设置一道附加圈梁(过梁)，其截面尺 寸不应小于被
22、截断的圈梁，两者搭接长度的要求为：附 加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其中到中垂直距离的 二倍，且不得小于1m。,4. 钢筋混凝土圈梁的宽度宜与墙厚相同，当墙厚h240mm时，其宽度不宜小于2h/3。圈梁高度不应小于120mm。纵向钢筋不应小于410，绑扎接头的搭接长度按受拉钢筋考虑。箍筋间距不应大于300mm。 可参阅砌体结构设计规范(GB500032001)。,连系梁其作用是连系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度， 并将风荷载传给纵向柱列。此外，连系梁还承受其上墙 体的重量。连系梁通常是预制的，两端搁置在柱牛腿 上，用螺栓或电焊与牛腿连接。,过梁其作用是承托门窗洞口上部墙体的重量。 在进行厂房结
23、构布置时，应尽可能将圈梁、连系 梁，过梁结合起来，使一个构件起到两种或三种构件的 作用，以节约材料，简化施工。,基础梁：在一般厂房中，通常用基础梁来承受围护 墙体的重量，而不另做墙基础基础梁底部距土壤表面 预留l00mm的空隙，使梁可随柱基础一起沉降。当基础梁下有冻胀性土时，应在梁下铺设一层干砂、 碎砖或矿渣等松散材料并留50mm150mm的空隙，防止 土壤冻胀时将梁顶裂。基础梁与柱一般不要求连接，直接搁置在基础杯口上。,基础梁：基础埋置较深时，则搁置在基顶的混凝土垫块上(图 1217c)。施工时，基础梁支承处应座浆。基础梁顶面 一般设置在室内地坪以下50mm标高处(图1217b、c)。当厂房不高，地基比较好、柱基础又埋得较浅时， 也可不设基础梁，而做砖石或混凝土基础。连系梁、过梁和基础梁均有全国通用图集，可供设 计时选用。,第二节6 排架风荷载计算 详见 10.2.5P.7,1.风荷载的特点风是具有一定速度运动的气流，当它遇到厂房受 阻时，将在厂房的迎风面产生正压区风压力)，而在背 风面和侧面形成负压区(风吸力)，作用在厂房上的风压 力和风吸力与风的吹向一致，其值与基本风压w0、建筑 物的体型ms和高度mz等因素有关，可按下式进行计算,
