混凝土结构设计单层工业厂房.ppt
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1、混凝土结构设计单层工业厂房第二章第二章 单层厂房单层厂房本章讨论单层装配式钢筋混凝土厂房的结构设计。为掌握钢筋混凝土单层厂房整体结构布置与设计计本章讨论单层装配式钢筋混凝土厂房的结构设计。为掌握钢筋混凝土单层厂房整体结构布置与设计计算,对厂房的结构组成、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介绍。算,对厂房的结构组成、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介绍。重点内容:单层厂房结构的选型与布置;钢筋混凝土排架结构的荷载计算、内力分析与组合;钢筋混重点内容:单层厂房结构的选型与布置;钢筋混凝土排架结构的荷载计算、内力分析与组合;钢筋混凝土排架柱及柱下单独基础的设
2、计。凝土排架柱及柱下单独基础的设计。难点为:单层厂房中支撑的布置;排架柱的内力组合;柱下单独基础抗冲切计算。难点为:单层厂房中支撑的布置;排架柱的内力组合;柱下单独基础抗冲切计算。2.l 概概 述述2.1.1 单层厂房的特点单层厂房的特点 工业厂房按层数分类,可分为单层厂房工业厂房按层数分类,可分为单层厂房(多用于机械、冶金等工业多用于机械、冶金等工业)、多层厂房、多层厂房(多用于食品、电子、多用于食品、电子、精密机器制造等工业精密机器制造等工业)和层数混合的厂房和层数混合的厂房(多用于化学工业、热电站多用于化学工业、热电站)三类。三类。一般说来,单层厂房具有以下结构特点:一般说来,单层厂房具
3、有以下结构特点:(1)单层厂房结构的跨度大、高度大,承受的荷载大,因而构件的内力大,截面尺寸大,用料多。单层厂房结构的跨度大、高度大,承受的荷载大,因而构件的内力大,截面尺寸大,用料多。(2)单层厂房常承受动力荷载单层厂房常承受动力荷载(如吊车荷载、动力机械设备荷载等如吊车荷载、动力机械设备荷载等),因此在进行结构设计时须考虑,因此在进行结构设计时须考虑动力荷载的影响。动力荷载的影响。(3)单层厂房是空旷型结构,室内几乎无隔墙,仅在四周设置柱和墙。柱是承受屋盖荷载、墙体单层厂房是空旷型结构,室内几乎无隔墙,仅在四周设置柱和墙。柱是承受屋盖荷载、墙体荷载、吊车荷载以及地震作用的主要构件。荷载、吊
4、车荷载以及地震作用的主要构件。(4)单层厂房的基础反力大,因此对工程地质勘察需提出较高的要求,并作深入的分析,以确定单层厂房的基础反力大,因此对工程地质勘察需提出较高的要求,并作深入的分析,以确定地基承载力和基础埋置深度、形式与尺寸。地基承载力和基础埋置深度、形式与尺寸。2.1.2 单层厂房的结构分类单层厂房的结构分类1.按承重结构的材料分类按承重结构的材料分类混合结构(砖柱、钢筋混凝土屋架或木屋架或轻钢屋架)混合结构(砖柱、钢筋混凝土屋架或木屋架或轻钢屋架)混凝土结构(钢筋混凝土柱、钢屋架或预应力混凝土屋架)混凝土结构(钢筋混凝土柱、钢屋架或预应力混凝土屋架)全钢结构(钢柱、钢屋架)全钢结构
5、(钢柱、钢屋架)2.按承重结构的型式分类按承重结构的型式分类排架(等高排架、不等高排架、锯齿形排架)排架(等高排架、不等高排架、锯齿形排架)刚架(门式刚架)刚架(门式刚架)排架结构由屋架排架结构由屋架(或屋面梁或屋面梁)、柱和基础组成,柱与屋架铰接,而与基础刚接。、柱和基础组成,柱与屋架铰接,而与基础刚接。刚架也是由横梁、柱和基础组成。柱与横梁刚接,而与基础铰接。刚架也是由横梁、柱和基础组成。柱与横梁刚接,而与基础铰接。22 单层厂房的结构组成与结构布置单层厂房的结构组成与结构布置22结构组成结构组成 装配式钢筋混凝土单层厂房结构是由多种构件组成的空间整体装配式钢筋混凝土单层厂房结构是由多种构
6、件组成的空间整体.根据组成构件作用不同,可将单层厂房结构分为承重结构和围护结构两大类。根据组成构件作用不同,可将单层厂房结构分为承重结构和围护结构两大类。承重结构:直接承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、承重结构:直接承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、基础等;基础等;围护结构:主要承受自重及风荷载,如外纵墙、山墙、连系梁、抗风柱、基础梁等。围护结构:主要承受自重及风荷载,如外纵墙、山墙、连系梁、抗风柱、基础梁等。2.2.1.1 屋盖结构屋盖结构 屋盖结构分无檩体系和有檩体系两种:屋盖结构分无檩体系和有檩体系两种:当当大大型型屋屋面面
7、板板直直接接支支承承(焊焊牢牢)在在屋屋架架或或屋屋面面梁梁上上的的称称为为无无檩檩体体系系,其其刚刚度度和和整整体体性性好好,目目前前应用很广泛;应用很广泛;当当小小型型屋屋面面板板(或或瓦瓦材材)支支承承在在檩檩条条上上,檩檩条条支支承承在在屋屋架架上上(板板与与檩檩条条,檩檩条条与与屋屋架架均均需需有有牢牢固固的连接的连接),通常称为有檩体系。,通常称为有檩体系。该该体体系系由由于于采采用用了了小小型型屋屋面面板板及及檩檩条条,所所以以构构件件重重量量轻轻,便便于于运运输输与与安安装装。但但因因构构件件种种类类多多,荷荷载载传传递递路路线线长长,故故其其刚刚度度和和整整体体性性较较差差,
8、其其造造价价比比无无檩檩体体系系的的大大,所所以以它它只有在运输、吊装等困难的情况下,或在轻型不保温的厂房中才被采用。只有在运输、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 横向平面排架是由屋架横向平面排架是由屋架(屋面梁屋面梁)、横向柱列和基础组成,是单层厂房的基本承重结构、横向柱列和基础组成,是单层厂房的基本承重结构(图图24)。厂房结构的竖向荷载和横向水平荷载主要通过它传给地基。因此,在单层厂房的结构设计厂房结构的竖向荷载和横向水平荷载主要通过它传给地基。因此,在单层厂房的结构设计中,一定要进行横向平面排架计算。中,一定要进行横向平面排架
9、计算。竖竖向向荷荷载载传传递递途途径径 2213 纵向平面排架纵向平面排架 纵向平面排架是由连系梁、吊车梁、纵向柱列纵向平面排架是由连系梁、吊车梁、纵向柱列(包括柱间支撑包括柱间支撑)和基础组成和基础组成(图图2.2.3)。作用主要是保证厂。作用主要是保证厂房结构的纵向稳定和刚度,承受作用在厂房结构上的纵向水平荷载,并将其传给地基,同时也承受因温房结构的纵向稳定和刚度,承受作用在厂房结构上的纵向水平荷载,并将其传给地基,同时也承受因温度变化和收缩变形而产生内力。度变化和收缩变形而产生内力。2.2.2 结构布置结构布置为使单层厂房的构配件达到统一,提高设计标准化,单层厂房的主要尺寸和标高必须符合
10、规定的统一为使单层厂房的构配件达到统一,提高设计标准化,单层厂房的主要尺寸和标高必须符合规定的统一模数制。模数制。1.平面与剖面布置平面与剖面布置(1)定位轴线)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,表示;与其垂直的轴线,称为纵向定位轴线,以称为纵向定位轴线,以A、B表示,纵横向定位轴线在平面上排列所形成的网格,称为柱网。表示,纵横向定位轴线在平面上排列所形成的网格,称为柱网。定位轴线之间的距离和主要构件的定位轴线之间的距离和主要构件的标志尺寸相一致,且符合建筑模数。标志尺寸相一致,且符合建筑模数。所
11、谓标志尺寸就是构件的实际尺寸所谓标志尺寸就是构件的实际尺寸加上两端必要的构造尺寸。加上两端必要的构造尺寸。如,大型屋面板的实际尺寸是如,大型屋面板的实际尺寸是1490mmX 5970mm,标志尺寸是,标志尺寸是1500mmX5000mm;18m屋架的实屋架的实际跨度是际跨度是17950mm,标志跨度是,标志跨度是18000mm,横向定位轴线通过柱截面的几何中心,且通过屋架中心线与屋面板等横向接缝。在厂房端部横向定位横向定位轴线通过柱截面的几何中心,且通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轴线与山墙内边缘重合,将山墙内侧第一排柱中心内
12、移500mm,并将端部屋面板做成一端伸臂板,并将端部屋面板做成一端伸臂板 一般说,在横向是与墙、柱中心线重合,在纵向则由墙内缘或柱外缘通过一般说,在横向是与墙、柱中心线重合,在纵向则由墙内缘或柱外缘通过(3)变形缝设置变形缝设置变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。伸缩缝伸缩缝:伸缩缝将厂房从基础顶面到屋面完全分开伸缩缝将厂房从基础顶面到屋面完全分开 混凝土规范混凝土规范)规定:对于装配式钢筋混凝土排架结构,当处于室内时,其伸缩缝的最大间距规定:对于装配式钢筋混凝土排架结构,当处于室内时,其伸缩缝的最大间距为为100m;当处在露天时,其伸缩缝的最大间距为;
13、当处在露天时,其伸缩缝的最大间距为70m。当超过上述规定或对厂房有特殊要求时,。当超过上述规定或对厂房有特殊要求时,应进行温度应力验算。此外,对于下列情况,伸缩缝的最大间距还应适当减小。应进行温度应力验算。此外,对于下列情况,伸缩缝的最大间距还应适当减小。沉降缝沉降缝单层厂房结构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,单层厂房结构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,在一般单层厂房中可不设沉降缝,只在特殊情况下才考虑设置在一般单层厂房中可不设沉降缝,只在特殊情况下才考虑设置.防震缝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
14、面、立面复杂,结构高度或刚度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,结构高度或刚度相差很大,以及在厂房侧边布置附属用房相差很大,以及在厂房侧边布置附属用房(如生活间、变电所、炉子间等如生活间、变电所、炉子间等)时,应设置防震缝。时,应设置防震缝。三缝合一三缝合一(5)剖面布置)剖面布置 厂房高度厂房高度 厂房的高度指室内地面至柱顶厂房的高度指室内地面至柱顶(或下撑式或下撑式屋架下弦底面屋架下弦底面)的距离。的距离。厂房的高度和轨顶标高是厂房结构设计中的厂房的高度和轨顶标高是厂房结构设计中的两个重要参数,要综合考虑生产工艺和建筑两个重要参数,要综合考虑生产工艺和建筑结构两
15、方面的因素才能确定。结构两方面的因素才能确定。确定厂房高度时,应按照厂房建筑模数协调标准确定厂房高度时,应按照厂房建筑模数协调标准(GBJ686)的规定,考虑建筑模数的要求。有吊的规定,考虑建筑模数的要求。有吊车和无吊车的厂房车和无吊车的厂房(包括有悬挂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大模数自室内地面至柱顶的高度应为扩大模数3M数列;有吊车的厂数列;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大模数房,自室内地面至支承吊车梁的牛腿面的高度应为扩大模数3M数列。数列。注:注:自室内地面至支承吊车梁的牛腿面的高度在自室内地面至支承吊车梁的牛腿面的高度在7.2
16、m以上时,宜采用以上时,宜采用7.8m、8.4m、9.0m和和9.6m等数值;等数值;预制钢筋混凝土柱自室内地面至柱底的高度宜为模数化尺寸。预制钢筋混凝土柱自室内地面至柱底的高度宜为模数化尺寸。确定厂房高度的原则是:确定厂房高度的原则是:在满足生产工艺前提下,尽可能合理地降低厂房高度,以便减小柱的内力,减少围护结构面积,在满足生产工艺前提下,尽可能合理地降低厂房高度,以便减小柱的内力,减少围护结构面积,降低造价;同时又要考虑减少构件种类,简化连接构造,保证施工方便等因素。降低造价;同时又要考虑减少构件种类,简化连接构造,保证施工方便等因素。厂房跨度工根据生产工艺要求确定,同时满足厂房建筑模数协
17、调标准的要求,以便采用标准预制厂房跨度工根据生产工艺要求确定,同时满足厂房建筑模数协调标准的要求,以便采用标准预制构件。对于有吊车的厂房,跨度工可采用下列公式确定:构件。对于有吊车的厂房,跨度工可采用下列公式确定:2.3 支撑布置支撑布置支撑体系是联系屋架、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;支撑体系是联系屋架、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。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)屋盖支撑(上、下弦)横向水平支承(上、下弦)横向水平支承构成刚性框、增强屋
18、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承受构成刚性框、增强屋面的整体刚度,保证屋架(屋面梁)的侧向稳定,同时将山墙抗风柱所承受的纵向水平力传到两侧柱列上。的纵向水平力传到两侧柱列上。纵向水平支撑纵向水平支撑*加强屋盖结构在横向水平面内的刚度,保证横向水平荷载的纵向分布,增强排架的空间工作。加强屋盖结构在横向水平面内的刚度,保证横向水平荷载的纵向分布,增强排架的空间工作。屋架间的垂直支撑及水平系杆屋架间的垂直支撑及水平系杆天窗架支撑天窗架支撑(2)柱间支撑)柱间支撑3.围护结构布置围护结构布置(1)抗风柱)抗风柱(2)圈梁、连系梁、过梁和基础梁)圈梁、连系梁、过梁和基础梁
19、 2.4 单层厂房结构主要构件选型单层厂房结构主要构件选型单层厂房结构设计的三个阶段:单层厂房结构设计的三个阶段:方案设计阶段;技术设计阶段;施工图设计阶段。方案设计阶段;技术设计阶段;施工图设计阶段。除拄和基础外,一般都可以根据工程的具体情况,从工业厂房结构构件标准图集中选用合适的标准构除拄和基础外,一般都可以根据工程的具体情况,从工业厂房结构构件标准图集中选用合适的标准构件。件。国家建筑标准设计图集介绍国家建筑标准设计图集介绍全国通用标准图;全国通用标准图;大区通用标准图(如中南标、华北标等);大区通用标准图(如中南标、华北标等);省(直辖市)通用标准图(如河南省标、北京市标、上海市标等)
20、省(直辖市)通用标准图(如河南省标、北京市标、上海市标等)地(市)通用标准图地(市)通用标准图“如郑州市标、洛阳市标等如郑州市标、洛阳市标等”。全国通用标准图集一般包括设计和施工说明、构件选用表、结构布置图、连接大样图、模板图、配全国通用标准图集一般包括设计和施工说明、构件选用表、结构布置图、连接大样图、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,它们均属于结构施工图,因此,可作筋图、钢筋节点图、预埋件大样图,钢筋及钢材用量表等部分,它们均属于结构施工图,因此,可作为施工的依据。为施工的依据。2.4.2 屋面主要构件选型屋面主要构件选型屋面板屋面板目前,单层厂房屋面板主要
21、有以下几种:预应力混凝土大型屋面板,预应力混凝土目前,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、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,其中应用较多的是预应力混凝土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,其中应用较多的是预应力混凝土屋面板(或或称为预应力混凝土大型屋面板称为预应力混凝土大型屋面板),其外型尺寸常用的是,其外型尺寸常用的是15mX 6m,为配合屋架尺寸,还有,为配合屋架尺寸,还有0.9mX 6m的嵌板,其形式见国家标准图集的嵌板,其形式见国家标准图集92G410(四四)。编号的意义:编号的意义:Y-WB-2x
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