15单层工业厂房

第15章 单层工业厂房,15.,29,第15章 单层工业厂房,返回总目录,单层工业厂房的结构组成,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,习 题,本章内容,教学要求：了解单层工业厂房的组成及传力途径；掌握柱网布置原则和模数要求；掌握定位轴线布置原则。,单层工业厂房是工业建筑中最普遍的一种形式，多用于具有重型设备，产品较重，外形轮廓尺寸较大的生产车间，如炼钢、铸造、金工等车间。,单层工业厂房的结构组成,一、,单层工业厂房的特点,单层工业厂房不仅要满足生产工艺的要求，还要满足布置起重运输设备、生产设备及劳动保护的要求。因而单层工业厂房结构一般承受的荷载大，且跨度大、高度高，构件内力大、截面大、用料多。厂房还常受动力荷载(如吊车荷载、动力机械设备荷载)的作用。,二、,单层工业厂房的类型,单层工业厂房按生产规模分为大、中、小型；按承重结构所用材料不同分为混合结构、钢筋混凝土结构和钢结构。,对于无吊车或吊车吨位不超过5t，且跨度在15m以内，柱顶标高在8m以下，无特殊工艺要求的小型厂房，通常选用混合结构，即采用砖柱、钢筋混凝土屋架或木屋架或轻钢屋架为主要构件的结构；对于有重型吊车(起重吨位在150t以上)、跨度较大(跨度在36m以上)，或有特殊工艺要求的大型厂房，通常选用钢结构；其他大部分厂房均采用钢筋混凝土结构。,单层工业厂房的结构组成,三、,钢筋混凝土单层厂房的结构型式,钢筋混凝土单层厂房的结构型式主要有,排架结构和刚架结构,。,排架属于超静定结构，钢架有静定结构，超静定结构两种。,1. 排架结构,排架结构由屋架(或屋面梁)、柱和基础组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。根据厂房生产工艺和使用要求不同，排架结构可做成等高、不等高和锯齿形等多种形式，如图15.1所示。,排架结构的刚度较大，传力明确，构造简单，耐火性和防火性较好，施工也较方便，是目前大多数厂房所采用的结构型式。,图15.1 排架结构,2. 刚架结构,单层工业厂房的刚架结构是梁柱刚结、柱与基础铰接的结构。刚架顶节点做成铰接的称为三铰刚架(如图15.2(a)所示)；做成刚接的称为两铰刚架(如图15.2(b)所示)。刚架亦可用于多跨厂房(如图15.2(c)所示)。,刚架结构将梁柱合一，构件种类少，制作较简单，且结构轻巧，当跨度和高度较小时(跨度不超过18m，檐口高度不超过10m)，其经济指标稍优于排架结构。但其刚度较差，承载后会产生跨变，故不适于吊车吨位较大的厂房。,单层工业厂房的结构组成,图15.2 刚架形式,四、,单层厂房的组成和荷载,1. 结构组成,单层厂房排架结构通常由下列结构构件组成，并相互连接成整体，如图15.3所示。,1) 屋盖结构,屋盖结构由屋面板(包括天沟板)、屋架或屋面梁(包括屋盖支撑)组成，有时还设有天窗架和托架等。屋盖结构分有檩和无檩两种结构体系，将大型屋面板直接支承在屋架或屋面梁上的称为无檩屋盖体系；将小型屋面板或瓦材支承在檩条上，再将檩条支承在屋架上的称为有檩屋盖体系。在屋盖结构中，屋面板起围护作用并承受作用在板上的荷载，再将这些荷载传至屋架或屋面梁；屋架或屋面梁是屋面承重构件，承受屋盖结构自重和屋面板传来的活荷载，并将这些荷载传至排架柱。天窗架支承在屋架或屋面梁上，也是一种屋面承重构件。,单层工业厂房的结构组成,图15.3 厂房结构组成,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屋架下弦横向水平支撑；,14屋架端部垂直支撑；15柱间支撑,单层工业厂房的结构组成,单层工业厂房的结构组成,3) 纵向平面排架,纵向平面排架由纵向柱列、连系梁、吊车梁、柱间支撑和基础等组成，其作用是保证厂房的纵向稳定性和刚度，并承受作用在山墙、天窗端壁以及通过屋盖结构传来的纵向风荷载、吊车纵向水平荷载等，再将其传至基础，如图15.4所示，另外它还承受纵向水平地震作用、温度应力等。,图15.2 刚架形式,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,单层厂房的支撑包括屋盖支撑、天窗架支撑和,柱间支撑,，其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和安全，同时将风荷载、吊车,水平荷载或水平地震作用等传递,到相应的承力构件。,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以及作用在墙面上的风荷载等。,2. 单层厂房结构的荷载及传力途径,作用在厂房上的荷载有永久荷载和可变荷载两大类，如图15.5所示。其中，永久荷载(恒载)包括各种结构构件(如屋架、屋面板、柱等)的自重及各种建筑构造层的重量等。可变荷载(活载)包括吊车竖向荷载、吊车纵横向水平制动力、屋盖活荷载、风荷载和地震作 用等。,单层工业厂房的结构组成,图15.5 单层工业厂房的横向排架及其荷载示意图,各种荷载的传力途径如图15.6所示。单层厂房结构所承受的各种荷载，基本上都是传递给排架柱，再由柱传到基础，因此屋架(或屋面梁)、柱、基础是单层厂房的主要承重构件。在有吊车的厂房中，吊车梁也是主要承重构件，设计时应予以重视。,单层工业厂房的结构组成,图15.6 单层厂房传力路线示意,单层工业厂房的结构组成,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,一、,柱网布置,厂房承重柱或承重墙的定位轴线，在平面上构成的网格，称为柱网。柱网布置就是确定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的位置，也是确定其他构件的跨度及构件布置方案的依据。,柱网布置的一般原则是：符合生产和使用要求；建筑平面和结构方案经济合理；在厂房结构型式和施工方法上具有先进性和合理性；符合厂房建筑模数协调标准(GBJ 686)的有关规定；适应生产发展和技术革新的要求。,厂房跨度在18m及以下时，应采用扩大模数30M数列；在18m以上时，应采用扩大模数60M数列，如图15.7所示。当跨度在18m以上，工艺布置有明显优越性时，也可采用扩大模数30M数列。,厂房的柱距应采用扩大模数60M数列。,图15.7 跨度和柱距示意图,从经济指标、材料用量和施工条件等方面衡量，采用6m柱距比12m柱距优越。但从现代工业发展趋势来看，扩大柱距对增加厂房有效面积，提高设备布置和工艺布置的灵活性，机械化施工中减少结构构件的数量和加快施工进度等，都是有利的。当然，由于构件尺寸增加，也会给制作、运输和吊装带来不便。,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,二、,变形缝,变形缝包括伸缩缝、沉降缝和抗震缝。,当厂房长度和跨度过大时，为防止气温变化时结构内部产生很大的温度应力，使墙面、屋面和构件等拉裂，影响使用，可设置伸缩缝将厂房结构分成若干温度区段，如图15.8所示。伸缩缝应从基础顶面开始，将上部结构构件完全分开，并留出一定宽度的缝隙。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)，取决于结构类型和温度变化情况。混凝土结构设计规范对钢筋混凝土结构伸缩缝的最大距离做了规定。,图15.8 温度变化产生裂缝示意图,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,当厂房相邻两部分高度相差很大(如10m以上)，两跨间吊车吨位相差悬殊，地基承载力或下卧层土质有巨大差别，或厂房各部分的施工时间先后相差很长，地基土的压缩程度不同等情况时，为避免厂房因基础不均匀沉降而引起开裂和损坏，需在适当部位用沉降缝将厂房划分成若干各自刚度较一致的单元。沉降缝应将建筑物从屋顶到基础全部分开，以使在缝两边发生不同沉降时不致损坏整个建筑物。沉降缝可兼作伸缩缝。,防震缝是为减轻厂房震害而采取的措施之一。当厂房平、立面布置复杂，结构高度或刚度相差很大及在厂房侧边贴建有生活间、变电所、炉子间等毗邻屋时，应设置防震缝将相邻两部分基础以上部分分开。地震区的伸缩缝和沉降缝均应符合防震缝的宽度要求。,三、,承重构件与定位轴线的关系,1. 中间柱与横向定位轴线的联系,除横向变形缝处及端部排架柱外，中间柱的中心线应与横向定位轴线,相重合，如图15.9所示。此时，屋架端部位于柱中心线通过处。连系梁、,吊车梁、基础梁、屋面板及外墙板等构件的标志长度皆以柱中心线为准。,图15.9 中间柱与横向定位轴线的联系,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,2. 横向伸缩缝、防震缝处柱与横向定位轴线的联系,在单层厂房中，横向伸缩缝、防震缝处一般是在一个基础上设双柱、双屋架。各柱有各自的基础杯口，双柱间有一定的间距。横向变形缝处定位轴线的标定采用双轴线处理。各轴线均由吊车梁和屋面板标志尺寸端部通过，两轴线间的距离为缝宽，两柱中心线各自轴线后退600mm，如图15.10所示。,图15.10 横向伸缩缝、防震缝与横向定位轴线的联系,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,3. 山墙与横向定位轴线的联系,山墙为非承重墙时，墙内缘和抗风柱外缘应与横向定位轴线相重合。端部排架柱的中心线应自横向定位轴线内移600mm，端部实际柱距减少600mm，如图15.11所示。,山墙为砌体承重时，墙内缘与横向定位轴线间的距离 应按砌体的块料类别分别为半块或半块的倍数或墙厚的一半，如图15.12所示。,图15.11 端柱、非承重山墙与横向定位轴线的联系,图15.12 承重山墙与横向定位轴线的联系,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,4. 墙、边柱与纵向定位轴线的联系,纵向定位轴线的标定与吊车桥架端头长度、桥架端头与上柱内缘的安全缝隙宽度以及上柱宽度有关，如图15.13所示。,从图中可以看出，厂房跨度L与吊车跨度L,k,之间存在如下关系：,图15.13 轴线与上柱宽度、吊车桥架端头及安全缝隙间的关系,其中e为纵向定位轴线至吊车轨中心线的距离，一般取750mm。当吊车起重量50t时或由构造要求时，可取1000mm。混合结构的厂房中，当采用梁式吊车时允许取500mm。,对于无吊车或只设悬挂式吊车的厂房及柱距为6m，吊车起重量20/5t的厂房，纵向定位轴线标定时，轴线与外墙内缘及柱外缘重合，如图15.14所示。,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,对于柱距为6m，吊车起重量30/5t的厂房，纵向定位轴线标定时，轴线与柱外缘之间应增设连系尺寸,c,。,c,值应为300或其倍数，当墙体为砌体时，可采用50mm或其整倍数。此标定尚须保证屋架在柱上应有的支承长度不得小于300mm，如不足则上柱头应伸出牛腿以保证支座长度,。（牛腿的破坏形态主要与牛腿的剪跨比有关分别是：剪弯破坏、斜压破坏、剪切破坏）。,图15.14 外墙、边柱与纵向定位轴线的联系,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,在无吊车或只有悬臂式吊车的厂房中，当采用带有承重壁柱的外墙时，如壁柱较大，足够支承屋顶承重构件，则墙内缘与纵向定位轴线相重合，如图15.15(a)所示；如壁柱较小，不够支承屋顶承重构件，则墙内缘与纵向定位轴线间的距离应为墙体半块或半块的倍数，如图15.15(b)所示；当采用承重外墙时，墙内缘与纵向定位轴线间的距离宜为墙体半块的倍数或使墙中心线与定位轴线相重合，如图15.15(c)所示。,图15.15 带承重壁柱的外墙与承重外墙,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,5. 中柱与纵向定位轴线的联系,1) 等高跨中柱,等高厂房的中柱，宜设置单柱和一条纵向定位轴线。定位轴线通过相邻两跨屋架的标志尺寸端部，并与上柱中心线相重合，如图15.16(a)所示。由于相邻跨内的桥式吊车起重量、厂房柱距或构造等要求需设插入距 时(插入距为300数列)，中柱可采用单柱及两条纵向定位轴线，如图15.16(b)所示。,图15.16 等高跨中柱,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,2) 高低跨处中柱,高低跨处采用单柱时，如高跨吊车起重量20/5t，则高跨上柱外缘与封墙内缘宜与纵向定位轴线相重合，如图15.17(a)所示。当高跨吊车起重量较大，如30/5t时，其上柱外缘与纵向定位轴线间宜设连系尺寸,c,，这时应采用两条纵向定位轴线，两线间距为插入距,i,，且,c,=,i,，如图15.17(b)所示。,图15.17 高低跨处中柱,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,6. 纵向伸缩缝、防震缝处柱与纵向定位轴线的联系,等高厂房需设纵向伸缩缝时，可采用单柱并设两条纵向定位轴线。伸缩缝一侧的屋架或屋面大梁搁置在活动支座上，如图15.18所示。若需设防震缝时，应设双柱、双定位轴线，两单位轴线之间设插入距,i,。,图15.18 等高厂房纵向伸缩缝,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,不等高厂房需设纵向伸缩缝时，一般设在高低跨处。当采用单柱处理时，低跨屋架或屋面梁可搁置在设有活动支座的牛腿上，高低跨处应采用两条纵向定位轴线，如图15.19所示。当采用双柱时，应采用两条纵向定位轴线，并设插入距。柱与纵向定位轴线的定位规定可分别按各自的边柱处理，如图15.20所示。,图15.19 不等高厂房纵向伸缩缝(单柱),图15.20 不等高厂房纵向伸缩缝(双柱),单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,四、,厂房标高的确定,厂房高度是由地平面到屋顶承重结构下表面的垂直距离。如屋顶承重结构是倾斜的，则厂房高是由地平面到屋顶承重结构最低点的垂直距离。,对于无吊车厂房，柱顶标高是根据最大生产设备的高度与其安装、检修时所需的净空高度，并考虑使用、卫生、建筑模数等要求确定的。,对于有吊车厂房，柱顶标高应按下式计算(如图15.21所示)：,式中，H柱顶标高，应符合3M数列；,H,1,吊车轨顶标高，由工艺设计人员提出；,H轨顶至吊车上小车顶部的高度，根据吊车起重量由吊车规格表中查出；,C,h,屋架下弦底面至吊车小车顶面的安全空隙，按国家标准，根据吊车起重量可取,300mm、400mm及500mm。如屋架下弦悬挂有管线等其他设施时，此空隙尺寸,还需另加必要的尺寸。,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,从图15.21可知，H,1,=H,2,+H,3,；H,2,为柱牛腿标高，H,3,为吊车梁高、吊车轨高及垫层厚度之和。,为适应设备更新和重新组织生产工艺流程，提高厂房的通用性，常把厂房高度有意提高一些，以资储备。,图15.21 厂房标高的确定,单层工业厂房平面、剖面尺寸的确定,习 题,15-1,排架结构钢筋混凝土单层工业厂房由哪几部分组成？试述单层厂房结构的传力途径。,15-2,什么是柱网？柱网尺寸如何确定？,15-3,单层厂房的定位轴线如何确定？,15-4,厂房标高如何确定？,