单层工业厂房设计

单层工业厂房结构设计单层工业厂房的结构设计主要包括以下几个内容：1单层厂房结构布置；2. 结构构件的选型；3. 排架结构设计； 荷载计算：恒、屋面活载（或雪载或积灰荷载）、风载、吊车荷载； 内力计算； 内力组合； 截面设计4. 基础设计；5. 其它构件设计（抗风柱、预埋件等）；6. 施工图的绘制。以下结合一具体实例，详细对单层厂房结构设计的各步骤进行讲解。例题：某金工车间为双跨等高无天窗厂房，跨度24m,柱距为6m,车间总长为66m （不考虑伸缩缝）。厂房每跨各设一台20/5t及5t中级工作制吊车，吊车轨顶标高+9.90m。基本风压为0.30kN/m2,基本雪压0.2kN/m2, 7度抗震设 防。厂址地形平坦，厂区地层自上而下为：（1）耕土层：厚约0.5m；（2）黄土状亚粘土：可塑稍湿，厚约 2m,地基承载力标准值fk =180kN/m2 ；（3） 中砂：中密，很湿，厚约 45m,地基承载力标准值fk = 280kN/m2 ；（4） 卵石：其颗粒空隙由中砂填充，中密，厚约57m, fk =600kN/m2 ；（5）基岩：表层中等风化，本层钻进深度 2m。厂区地层（除表土层）承载能力较高，是建筑的良好地基。厂区冲积层潜水，据45份观测资料，地下水位高程为-8.00m,根据调查及对有关资料分析，厂区最高水位为-6.00m,且无腐蚀性。供建厂使用的主要材料有：（1）钢材：钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构所需的钢筋种类、型钢及钢板可保证供应并备有各种规格(2)水泥：普通硅酸盐水泥，可配制 C10C40级混凝土。( 3)砖：普通粘土空心砖，强度等级为 MU7.5 。( 4)其它：如砂石、石灰等地方材料均能按设计要求供应。柱子可在现场 预制。该项目的施工单位有较高的施工水平，如果设计采用国家标准图及普通 作法，其施工质量均能达到设计及施工验收规范的要求。建筑构造：( 1 )屋面：卷材防水屋面，其做法为：三毡四油上铺小石子防水层80mm 泡沫砼保温层20mm厚1: 3水泥砂浆找平层预应力混凝土大型屋面板(2)墙体：240mm厚砖墙，水泥砂浆粉刷内外墙面，铝合金门窗。( 3)地面：室内为混凝土地面，室内外高差 150mm。设计任务：1 单层厂房结构布置；2选用标准构件；3排架柱及柱下基础设计。设计内容：1 确定上、下柱的高度及截面尺寸；2选用屋面板、天窗架、屋架、基础梁、吊车梁及轨道连接件；3计算排架所承受的各项荷载；4计算各种荷载作用下排架的内力；5柱及牛腿的设计，柱下单独基础设计；6绘制施工图( 1 )结构布置图(屋架、天窗架、屋面板、屋盖支撑布置；吊车梁、柱及 柱间支撑、墙体布置)；( 2)基础施工图(基础平面布置图及配筋图)；( 3)柱施工图(柱模板图、柱配筋图)。第一节单层厂房结构布置一、结构平面布置在结构平面布置中，厂房的跨度在18m和18m以下，一般取3m的倍数（30M。）；在18m以上，一般取6m的倍数（60M。）。必要时也允许采用 21m, 27m, 33m的跨度。厂房的柱距，一般取 6m或6m倍数（60M。），个别 也有取9m的柱距。结构平面的主要尺寸都由轴线表示。跨度方向的轴线称为纵向定位轴线， 以A、b、c 表示；柱距方向的轴线称为横向定位轴线，以、 、表示。轴线的尺寸应符合上述模数的规定。一）定位轴线和轴线划分紧密相关的构件是屋面板和屋架（屋面梁）。轴线尺寸均采用 标志尺寸或标志尺寸的倍数。所谓标志尺寸是构件的实际尺寸加上两端必要的 构造尺寸。例如，大型屋面板的实际尺寸是1490X 5970mm，标志尺寸是1500x 6000mm； 18m屋面大梁的实际跨度是 17950mm,标志跨度是18000mm。1、纵向定位轴线屋架（屋面大梁）的标志尺寸为 3m的倍数，是与大型屋面板的标志宽度相 配合的，而纵向定位轴线亦与屋架（屋面大梁）的标志尺寸相吻合，如图1。一般说来，当纵向定位轴线和屋架的标志尺寸相应，屋面板铺至屋架边缘，屋架的标志尺寸与纵墙内皮重合时，这种轴线称为封闭式纵向定位轴线。但是，纵向定位轴线还与吊车和柱子截面尺寸有关。为了吊车和柱子间的 构造连接以及吊车安全行驶的需要，吊车的轨距Lk要小于厂房的标志跨度L（L亦即纵向定位轴线的间距），使得吊车轨道中心离开纵向定位轴线一段距离（图2a）。工程中大量遇到的吊车轨距多是 LK二L-1.5m,例如LK为13.5m,16.5m ,22.5m等，吊车轨道中心至纵向定位轴线的距离为（L - LK） /2=750mm。如果屋架的跨度较大，屋架上弦斜边的实际长度与屋面板宽度方向的标志尺寸不相应时，可加铺宽度 小于一般屋面板的嵌板。45川插入距r1 J1“i bd）非封闭轴线（有插入距）Io封闭轴线二非封闭轴线（有联系尺寸）图26如图2b, c所示，纵向定位轴线能否与纵墙内皮重合，则与吊车端部尺寸B （查表1.1起重运输机械专业标准 ZQ1 62）、吊车端部和上柱间的最 小空隙B2以及上柱截面高度 B3三个值有关。一般说来，当吊车起重量w50t时，B2 80mm，否则B? 100mm。 B3由排架内力分析得到，一般采用 400mm, 500mm， 。当 A =B2 （取最小值）+ B3（估算）w 750mm 时，纵向定位轴线可以与外纵墙内皮重合，屋面板正好铺至墙内皮，屋面不出现缝 隙，这就是封闭式纵向定位轴线（图 2b）。当A 750mm时，柱需外移，以满 足B2要求，这时纵向定位轴线位置不变，但外纵墙内皮不能和它重合，因而和 屋面间将留有一条缝隙，在屋面的构造处理上需另补一条异形小板（图 2c）， 这时的轴线称为非封闭纵向定位轴线。非封闭轴线与外纵墙内皮间的距离称为 联系尺寸，视吊车起重量的大小，可为 150mm，250mm或500mm。当厂房为等高多跨时，中柱的上柱中心线一般与纵向定位轴线重合。当相邻两跨有高度差时，纵向定位轴线一般与较高部分厂房柱的外皮重合。但当该 柱的A 750mm时（图2d），必需增设一条纵向定位轴线。两条纵向定位轴线 间的距离 称为插入距，意思是需要插入轴线间的距离。插入距 一般也取150mm， 250mm等。2、横向轴线定位一般说来，横向定位轴线通过柱子的截面几何中心，所以它们的间距一般就是柱距。显然，横向定位轴线亦是与屋面板的标志尺寸相重合的。在厂房尽端，横向定位轴线与山墙内皮重合，将山墙内侧第一排柱中心线内移600m，并将端部屋面板做成一端伸臂板（图3）。这样做的目的是使端屋架和山墙抗风柱的位置不发生冲突，使端部屋面板与中部屋面板的长度相同，使屋面板端头 与山墙内皮重合，屋面不留缝隙，以形成封闭式横向定位轴线。同理，伸缩缝 两边亦应各移600mm，使伸缩缝中心线与横向定位轴线重合。二）构件的平面布置单层厂房构件的平面布置较规则，它主要与构件的型号有关，一旦构件选定，平面布置即可确定，具体布置详见下节。7表1-1 50 500/50kN 一般用途电动桥式起重机基本参数和尺寸起重运输机械专业标准ZQ1 62起重量Q跨度Lk尺寸吊车工作级别A4或A5宽度B轮距K轨顶以上高度H轨道中心至端部距离B1最大轮压F p,max最小轮压F p,min起重机总质量G+g小车总质量gkNmmmmmmmmmkNr kNkNkN5016.54650350018702307631164*20 （单闸）21 （双闸）19.551504000853519022.5904221425.564005250100P 4724428.51056328510016.5555044002140230115r 2518038 （单闸）39 （双闸）19.5555044001203220322.5125P 4722425.56400525021901355027028.5140P 6631515016.55650440020502301653424153 （单闸）55 （双闸）19.5555021402601704825522.51855831625.5640052501956038028.521068400150/3016.55650440020502601653525069 （单闸）74 （双闸）19.5555021501754328522.51855032125.5640052501956036028.521068405G+g+Q=（76+31） 2=214kN, G+g =214-Q=164 kN续表1-1 50 500/50kN 一般用途电动桥式起重机基本参数和尺寸起重运输机械专业标准ZQ1 62起重量Q跨度Lk尺寸吊车工作级别A4或A5宽度B轮距K轨顶以上高度H轨道中心至端部距离B1最大轮压F p,max最小轮压F p,min起重机总质量G+g小车总质量gkNmmmmmmmmmkN 1kNkN:kN200/5016.55650440022002301953025075 （单闸）78 （双闸）19.5 155502300260205 13528022.52154532025.564005250230 :5330528.524065410300/5016.560504600260026027050340117 （单闸）118 （双闸）19.5 I615048003002806536522.52907042025.56650525031078475:28.532088515500/5016.5 :63504800270030039575440140 （单闸）145 （双闸）19.527504157548022.5 :425 :85520125.5680052504458556028.54609561010z 6000600011#o 图3#2240mm时，不宜小于-d。圈梁3的高度不应小于 120mm，纵向钢筋一般可采用4 104 12,箍筋不少于 6300混凝土强度等级不宜低于C15.2、连系梁 单层厂房的外墙一般做成自承重墙，不宜设置墙梁（亦称连系 梁）。当墙的高度超过一定限度（例如 15m以上），墙体的砌体强度不足以承 受本身自重时，需要在墙下布置连系梁。连系梁两端支承在柱牛腿上，并通过 牛腿将墙体荷载传给柱子。连系梁除支承墙体重量外，还起到连系纵向柱列、增强厂房纵向刚度、传 递纵向水平荷载的作用。连系梁与柱之间采用螺栓或焊接连续。3、基础梁 当墙体的砌体强度足以承受墙体自重时，可采用基础梁将墙体 重量传给柱基，而不另作墙体基础。这是因为柱的荷载较大，而自承重墙的重 量较轻，两者基础的沉降值往往相差较多，如果构造处理不当，会使墙面开 裂，影响生产使用。外墙基础梁一般设置在边柱的外侧，基础梁顶面至少低于 室内地面50mm基础梁底部距土层表面应预留 100mm左右空隙，使基础梁可以 随柱一起沉降。基础梁一般不要与柱连接，将梁直接放置在柱基础的杯口上即 可。当基础埋置较深时，可将基础梁放在混凝土垫块上面。4、过梁 当墙上有门窗洞口时，要设置钢筋混凝土过梁承托门窗洞口上部 的墙体重量。单独设置的过梁宜采用预制构件，两端搁置在墙体上的支承长度 不宜小于 240mm。在进行厂房围护结构的布置时，应尽可能地将圈梁、连系梁和过梁结合起 来，使一种梁能起到两种梁甚至三种梁的作用，以简化构造，节约材料，方便 施工。四、例题结构布置一) 定位轴线1、横向定位轴线：本厂房长度为 66m，小于混凝土结构设计规范 (GB50010-2002规定的70 m,可不设温度缝，同时本结构也不需设沉降缝，因此，除端柱需内移600mm外，横向定位轴线均通过柱截面几何中心。2、 纵向定位轴线：查表 1-1起重运输机械专业标准ZQ1 62可得,Bi=0.25m， Lk=22.5m，B20.08m。边柱：B3=0.4m，B1+B2 +B3=0.25+0.08+0.4=0.73 m0.75 m，因此采用封闭 式纵向定位轴线，图 5、图 10(a)；中柱：B3=0.3m，B1+B2 +B3=0.25+0.08+0.3=0.63 m0.75 m，中柱的上柱中 心线与纵向定位轴线重合，图 5、图 10(a)。本例的定位轴线见图 6。二）柱高由工艺要求，轨顶标志高度为+9.9m ,吊车最大为20/5t , Lk =24- 1.5=22.5m,中级工作制，查表1-1起重运输机械专业标准 ZQ1 62可得轨 顶至吊车顶距 H=2.136m，故：柱 顶 标 高 = 轨 顶 标 高 + H + 吊 车 顶 端 与 柱 顶 的 净 空 尺 寸 =9.900+2.136+0.220=12.216m。由牛腿顶面标高及模数要求，吊车梁高度为 1.2m，轨顶垫高取0.2m，故牛 腿顶面高二轨顶标高一吊车梁高一轨顶垫高 =9.9001.200 0.200=8.500m。为满 足模数要求，牛腿顶面标高取为8.700m，柱顶标高为12.600m，上柱高H1=12.600-8.700=3.900m ， 全 柱 高 H2= 柱 顶 标 高 + 基 顶 至 +0.000 高 度 =12.600+0.500=13.100m；下柱高=13.100-3.900=9.200m。实际轨顶标高=8.700+1.200+0.200=10.100m与 9.900m要求相差在土 0.200m 范围内，故满足要求。本例剖面布置见图 5.三）圈梁本例有桥式吊车，除在檐口附近设置一道圈梁外，在标高 8.64处增设一道 圈梁见图 5。16147416,1514.50TZ5D010.1008.7005 940,00梁圈8.64勺0.902400024000172-TGB771-TGB77Db1-TGB77b-TGB68Sa /2-TGB62-TGB77Y-XDL-7ZYDL-2BYDL-2Z YDL-2ZYDL-2ZYDL-2ZD-2-TQB68 -2-TG-2-TGE868CxDDYDL-2ZYDL-2Z1aZ-2a Z-2sABZ-1aZ-1Z-11-TGB77a2-TGB772-TGB77600060006000600060006000600065图6*2Y8上柱 ZCs-39-1a 下柱 ZCx-92-11/ 600011-TGB68Sb1-TGB68bsD曲 Y7 AWBY 7 I上柱ZCs-下柱Z1-TGB77DaYDL-2Z YDL-2ZYDL-2BZ-2Z-2bZ-21上柱 ZCs-39-Z-1Z-ib上柱 ZCs-39-MrZ-1ba60006000：11*06000 *1219