单层工业厂房设计教学PPT.ppt

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1、模块三 单层工业厂房,能力目标一：能辨识厂房的结构形式及组成能力目标二：能进行单层工业厂房柱网布置能力目标三：能进行单层工业厂房支撑设计能力目标四：能进行厂房围护结构的布置能力目标五：能进行承重构件的构造设计能力目标六：能进行柱与其他构件的连接工作任务及作业布置,能力目标一：能辨识厂房的结构形式及组成,钢筋混凝土单层工业厂房结构有两种基本类型：排架结构与刚架结构。,请问此图中厂房属哪种结构形式？,请问此图中厂房属哪种结构形式？,1、承重结构：组成屋盖结构、横向平面排架、纵向平面排架结构。（1）屋盖结构：分有檩体系和无檩体系。有檩体系由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑组成。无檩体系由大型屋面板、

2、屋架或屋面梁、屋盖支撑组成。另外屋盖结构不有天沟板、天窗架、托架等。,请仔细观察下列图片中的屋盖结构属于哪种体系？,单层厂房结构的组成：分为承重结构和围护结构,屋盖结构可分为有檩体系和无檩体系。,（2）横向平面排架由横梁（即屋架或屋面梁）、横向柱列和基础组成，承担着厂房的主要荷载，包括屋盖荷载（屋盖自重、雪荷载及屋面活荷载等）、吊车荷载（竖向荷载及横向水平荷载）、横向风荷载及纵横墙（或墙板）的自重等，并将其传至基础和地基。,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，其作用是保证厂房结构的纵向刚度和稳定性，并承受屋盖结构（通过山墙和天窗端壁）传来的纵向风荷载、吊车纵向制动力

3、、纵向地震作用等，再将其传至地基。,2、围护结构：由纵墙、横墙（山墙）、连系梁、抗风柱（有时设抗风梁或桁架）和基础梁等构件组成，兼有围护和承重作用。主要是承受自重及作用在墙面上的风荷载。,请指出构件名称,屋面板,天沟板,天窗架,屋架,托架,吊车梁,排架柱,抗风柱,杯口基础,连系梁,基础梁,天窗架垂直支撑,屋架下弦横向水平支撑,屋架端部垂直支撑,柱间支撑,柱,抗风柱,墙体重量,吊车横向水平荷载,吊车纵向水平荷载,纵墙风荷载,吊车竖向荷载,屋面荷载,竖向荷载,地基,吊车梁,墙、墙梁,柱间支撑,基础,连系梁,屋面板,基础梁,山墙风荷载,屋盖,墙梁,柱间支撑,吊车梁,屋架,墙、墙梁,竖向荷载,荷载传递

4、路线,能力目标二：能进行单层工业厂房柱网布置,柱网布置就是确定纵向定位轴线之间(跨度)和横向定位轴线之间(柱距)的尺寸。,非承重山墙与横向定位轴线的定位,承重山墙与横向定位轴线的定位,伸缩缝、防震缝处柱与横向定位轴线的定位,横向定位轴线的定位,纵向定位轴线的定位,边柱与纵向定位轴线的定位(a)封闭结合；(b)非封闭结合,等高跨中柱的纵向定位轴线,注：边柱h+B0.75米时采用封闭结合。中柱当柱中心至吊车轨道中心的距离0.75米时可用一条定位轴线。,2变形缝,1.变形缝包括伸缩缝、沉降缝、防震缝及施工缝。（）,2.伸缩缝应从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结构构件完全分开。（）,6.单层厂房相

5、邻两部分高度相差很大，如l0米以上，应考虑设置伸缩缝。（）,7、单层厂房两跨间吊车起重量相差悬殊，地基承载力或下卧层土质有较大差别，或厂房各部分的施工时间先后相差很长，土壤压缩程度不同等情况时，应考虑设置沉降缝。（）,3.沉降缝应将建筑物从屋顶到基础全部分开。（）,5.地震区厂房的伸缩缝和防震缝均应符合沉降缝的要求。（）,判断,4.沉降缝可兼作伸缩缝。（）,伸缩缝的最大间距,a 双柱式(横向伸缩缝)b 滚轴式(纵向伸缩缝)图3.1.15 单层厂房伸缩缝的构造,能力目标三：能进行单层工业厂房支撑设计,支撑的类型有哪些？,答：支撑类型主要有柱间支撑和屋盖支撑。屋盖支撑又包括上、下弦横向水平支撑；下

6、弦纵向水平支撑；垂直支撑；水平系杆。,支撑的作用是什么？,答：支撑的主要作用是（1）使厂房形成整体空间骨架，保证厂房的空间刚度。（2）在施工阶段保证结构构件的稳定性。（3）传递水平荷载。（4）为主体结构构件提供侧向支撑点，改善它们的侧向稳定性。,此图中有哪些支撑？,此图中有哪些支撑？,此图中有哪些支撑？,1）上弦横向水平支撑作用：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，将山墙抗风柱传来的风荷载传至两侧柱列上。设置条件及位置：当屋面采用大型屋面板且为无檩体系，并与屋面梁或屋架有三点焊接，并且屋面板纵肋间的空隙用C20细石混凝土灌实，能保证屋盖平面的稳定并能传递山墙风力时，则认为

7、可起上弦横向支撑的作用，这时不必再设置上弦横向支撑。,凡屋面为有檩体系，或山墙风力传至屋架上弦而大型屋面板的连接又不符合上述要求时，或有天窗时，则应在屋架上弦平面的伸缩缝区段内两端的第一或第二柱间各设一道上弦横向支撑。,2）下弦横向水平支撑作用：保证将屋架下弦受到的水平力传至纵向排架柱列，防止下弦杆产生振动。位置：当厂房跨度L18m时，宜设于厂房端部及伸缩缝处第一柱间。,3）下弦纵向水平支撑作用：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，增强各排架间的空间作用。在屋盖设有托架时，还可以保证托架上翼缘的侧向稳定，并将托架区域内的横向水平荷载有效地传到相邻柱上。设置条件及位置：

8、由交叉角钢等钢杆件和屋架下弦第一节间组成的水平桁架。当设有托架时，必须设置纵向水平支撑，以承受屋架传来的横向风力。当设置下弦纵向水平支撑时，为保证厂房空间刚度，必须同时设置相应的下弦横向水平支撑，形成封闭的水平支撑系统。,4）垂直支撑与水平系杆作用：垂直支撑与上弦水平系杆保证屋架的整体稳定，防止倾覆。下弦水平系杆防止在吊车或其他振动影响产生的下弦侧向颤动。设置条件及位置：当屋架跨度18m，且无天窗时，可不设垂直支撑和水平系杆；当厂房跨度为1830m时，应在伸缩缝区段两端的第一或第二柱间的屋架跨中设置一道垂直支撑。当厂房跨度L30m时，在屋架1/3跨度左右布置两道对称垂直支撑；此时应在屋架跨中设

9、置通长上弦及下弦水平系杆。当屋架端部高度大于1.2m时（如梯形屋架），还必须在伸缩缝区段两端第一或第二柱间内，在屋架支座处设置端部垂直支撑。此时在屋架端部亦应增设水平系杆。,5）天窗架支撑：包括设置在天窗两端第一柱间的上弦横向水平支撑和沿天窗架两侧边设置的垂直支撑。作用：保证天窗架上弦的侧向稳定；将天窗端壁上的风荷载传递给屋架。位置：应设置在天窗架两端的第一柱距内，一般与屋架上弦横向水平支撑布置在同一柱间。,6）柱间支撑：分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑。分别位于吊车梁上部和下部。作用：增强厂房的纵向刚度和稳定性；承受由山墙传来的风荷载、由屋盖结构传来的纵向水平地震作用及由吊车梁传来的纵向水平荷

10、载，并将它们传至基础。位置：设置在伸缩缝区段两端与屋盖横向水平支撑相对应的柱间以及伸缩缝区段中央或临近中央的柱间，并在柱顶设置通长的刚性连系杆以传递水平作用力。,交叉斜杆式柱间支撑 门架式柱间支撑,能力目标四：能进行厂房围护结构的布置,1）抗风柱：抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦铰接。,2）圈梁：当用砖作为厂房围护墙时，一般要设置圈梁、连系梁、过梁及基础梁。圈梁的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 或 引起对厂房的不利影响。圈梁设置于墙体内，和柱连接仅起 作用。圈梁不承受墙体重量，所以柱上不设置支承圈梁的牛腿。圈梁的布置与墙体高度、对厂房刚度的要求以及地基情况有关。一

11、般在 和 标高处各设一道，当外墙高度大于15m时，还应沿高 增设一道。3）连系梁：作用是连系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度并传递 到纵向柱列。此外，连系梁还承受其 的重量。连系梁通常是预制的，两端搁置在柱牛腿上，其连接可采用螺栓连接或焊接连接。4）过梁：作用是承托门窗洞口上部墙体重量。,柱顶,吊车梁,46m,地基的不均匀沉降,较大振动荷载,拉结,风载,上部墙体,在进行厂房结构布置时，应尽可能将圈梁，连系梁和过梁结合起来，以节约材料、简化施工，使一个构件在一般厂房中，能起到两种或三种构件的作用。）基础梁：通常用基础梁来承托 的重量，而不另做墙基础。基础梁底部距土壤表面应预留 的空隙，使梁可随柱基

12、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，并预留50150mm的空隙，这可防止土壤冻结膨胀时将梁顶裂。基础梁与柱一般不要求连接，将基础梁直接放置在柱基础杯口上或当基础埋置较深时，放置在基础上面的混凝土垫块上。施工时，基础梁支承处应座浆。,围护墙体,100mm,。,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墙基础。连系梁、过梁和基础梁的选用，均可查国标、省标或地区标准图集。,能力目标五：能进行承重构件的构造设计,2.1屋盖承重构件1、屋架：按其形式可分为三角形、拱形、梯形、折线形等。按制作材料分，有普通钢筋混凝土屋架和预应力钢

13、筋混凝土屋架，常见的钢筋混凝土屋架形式见上图。(a)三角形；(b)组合式三角形；(c)预应力三角拱；(d)拱形；(e)预应力梯形；(f)折线形,2、屋面梁也叫薄腹梁，有单坡和双坡两种，其截面形式有T形和工字形两种,上图为钢筋混凝土工字形屋面大梁。,3、预应力钢筋混凝土托架,当厂房全部或局部柱距为12m时，屋架间距仍保持6m时，需在12m柱距间设置托架来支承中间屋架，通过托架将屋架上的荷载传递给柱子。,2.2 单层厂房柱1、柱的形式 一般可按柱截面高度h参考以下原则选用：当h500mm时，采用矩形。当600h800mm时，采用矩形或形。当900h1200mm时，采用形。当1300h1500mm时

14、，采用形或双肢柱。当h1 600mm时，采用双肢柱。单层厂房柱高及常用截面尺寸见P272274表3.1.24。,a 矩形截面柱；b I形柱；c 平腹杆双肢柱；d 斜腹杆双肢柱；e 管柱,2、柱高的确定柱顶标高=轨顶标高+轨顶至吊车顶距H+吊车顶端与柱顶的净空尺寸h7,h1最高设备的高度，由工艺设计人确定，当只有个别高大设备时，可采用局部降低该处地面的办法以减少厂房高度；h2超越安全高度（500mm）；h3最高吊物高度h4吊索最小高度（h3、h4均由工艺设计人确定）；h5、h6吊车底、顶至吊车轨顶高度（查P276表3.1.6）；h7吊车行驶安全高度（220mm）；h8司机室底至吊车底高度,3、牛

15、腿的设计竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离，此时应考虑安装偏差20mm；当考虑安装偏差后的竖向力作用点仍位于下柱截面以内时，取=0；为了防止保护层剥落，要求C170mm。当牛腿的悬挑长度C100mm时，也可不做斜面，即取a=0。,a 边柱牛腿 b 中柱牛腿 c 支撑屋架牛腿,1）承受竖向力所需的纵向受力钢筋：配筋率，按牛腿的有效截面计算，不应小于0.2及0.45ftfy，也不宜大于0.6；其数量不宜少于4根，直径不宜小于12mm。纵向受拉钢筋的一端伸人柱内，并应具有足够的锚固长度，其水平段长度不小于0.4la，在柱内的垂直长度，除满足锚固长度外，尚不小于15d，不大于22d；另一端沿牛腿外缘弯

16、折，并伸人下柱150mm。纵向受拉钢筋是拉杆，不得下弯兼作弯起钢筋。2）牛腿内应按构造要求设置水平箍筋及弯起钢筋，它能起抑制裂缝的作用。水平箍筋应采用直径612mm的钢筋，在牛腿高度范围内均匀布置，间距100150mm。但在任何情况下，在上部2/3 h0范围内的水平箍筋的总截面面积不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/2。,3）当牛腿的剪跨比a/h00.3时，宜设弯起钢筋。弯起钢筋宜采用HRB400级或HRB500级热轧带肋，并宜使其与集中荷载作用点到牛腿斜边下端点连线的交点位于牛腿上部l/6至l/2之间的范围内，l为该连线的长度，其截面面积不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/2，根

17、数不宜少于2根，直径不宜小于12mm。纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。,4、柱下钢筋混凝土独立基础,双柱杯形基础,现浇锥形基础,杯形基础,双肢柱基础,双肢柱单杯基础,柱式基础,长颈杯形基础,底板配筋：基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。当基础底面边长大于或等于2.5m时，底板受力钢筋的长度可取边长的0.9倍，并宜交错布置。当有垫层时，钢筋保护层的厚度不小于40mm；无垫层时不小于70mm。,基础形状：独立基础的底面一般为矩形，长宽比宜小于2。基础的截面形状一般可采用对称的阶梯形或锥形。锥形基础的边缘高度，不宜小于200mm；阶梯形基础的每阶段

18、高度，宜为300500mm。混凝土强度等级：基础的混凝土强度等级不宜低于C20。垫层的厚度不宜小于70mm，混凝土强度等级应为C10。,杯底厚度：杯底应具有足够的厚度a1，以防预制柱在安装时发生杯底冲切破坏。锥形基础的边缘高度:一般取a2200mm，且a2a1和a2hc/4（hc为预制柱的截面高度）；当锥形基础的斜坡处为非支模制作时，坡度角不宜大于250，最大不得大于350。,杯口深度：杯口的深度等于柱的插入深度h1+50mm。为了保证预制柱能嵌固在基础中，柱伸入杯口应有足够的深度h1；h1还应满足柱内受力钢筋锚固长度的要求，并应考虑吊装安装时柱的稳定性。杯口尺寸：杯口应大于柱截面边长，其顶部

19、每边留出75mm，底部每边留出50mm，以便预制柱安装时进行就位、校正，并二次浇筑细石混凝土。,能力目标六：能进行柱与其他构件的连接,1、屋架（或屋面梁）与柱顶的连接：是通过连接钢板与屋架端部预埋件之间焊接或螺栓连接实现的。垫板中心应落在屋架传给柱子压力合力作用线（屋架上、下弦中心线交点）的位置上，一般位于距厂房定位轴线150mm处。,2、吊车梁与柱的连接：吊车梁的竖向压力通过吊车梁梁底支承板与牛腿顶面预埋件连接的钢板来传递；吊车梁的水平力则通过吊车梁端顶面预埋件与上柱侧面预埋件间的连接钢板（或角钢）来传递。吊车梁与柱间宜用C20C30细石混凝土填实。,吊车梁与轨道的连接方法一般采用螺栓连接,

20、3、墙与柱的连接为保证墙体的稳定和传递墙面上的风荷载，墙与柱一般采用柔性连接，即在钢筋混凝土柱中沿高度每隔500mm600mm伸出拉结筋，将拉结筋砌入墙体的灰缝中。当墙体中设有圈梁时，应将拉结筋伸入圈梁与圈梁现浇。,4、柱间支撑与柱的连接：柱间支撑一般由型钢构成，较小截面柱的柱间支撑，如阶形柱的上柱柱间支撑，布置在上柱截面形心轴线上，其上下节点分别在上柱柱顶和上柱根部附近；较大截面柱的柱间支撑，如阶形柱的下柱柱间支撑，布置在下柱截面翼缘部分的形心轴线上，其上下节点分别在牛腿顶面和基础顶面附近。,5、屋架（或屋面梁）与山墙抗风柱连接抗风柱与屋架的连接一般采用弹簧板做成柔性连接，以保证有效地传递水

21、平风荷载。在垂直方向允许屋架和抗风柱因下沉不均匀而有相对的竖向位移。厂房沉降较大时，则宜采用螺栓连接的方法。抗风柱下柱的顶面与屋架（或屋面梁）下弦的底面之间应至少留有150mm空隙，以防止抗风柱与屋盖变形不一致时的不利影响。抗风柱下端一般插入基础杯口内视为固定端连接。,6、连系梁与柱的连接,7、圈梁与柱的连接,连系梁截面,工作任务(P287),已知：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。

22、一、柱网布置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规定的70 m，可不设温度缝，同时本结构也不需设沉降缝(P262)，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（P260)。,2、纵向定位轴线：查表3.1.6（P275)可得B1=0.25m，Lk=22.5m，B20.08m（当吊车起重量50t时，80mm，否则100mm）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（P261)；中柱：B3=0.3m，B1+B2+B3=0.25+0.08+0.3=0.63 m0.75 m，中柱

23、的上柱中心线与纵向定位轴线重合。二、选用屋盖承重构件 根据跨度等要求，选用预应力梯形屋架。,三、柱高的确定：柱顶标高=轨顶标高+H（查P275表3.1.6）+吊车顶端与柱顶的净空尺寸=9.900+2.300+0.220=12.420m。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=轨顶标高-吊车梁高-轨顶垫高=9.900-1.200-0.200=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0.200m范围内，故满足要求。,四、截面尺寸：根据（P273)表3.1.3及表3.1.4：边柱上柱采用矩形截面，截面尺寸为400400；下柱采用I形截面，截面尺寸为4001000150100；中柱上柱采用矩形截面，截面尺寸为400600；下柱采用I形截面，截面尺寸为4001000150100,