混凝土結構設計單層工業(yè)廠房

混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2024/3/25混凝土結構設計單層工業(yè)廠房第二章單層廠房本章討論單層裝配式鋼筋混凝土廠房的結構設計。為掌握鋼筋混凝土單層廠房整體結構布置與設計計算，對廠房的結構組成、構件選型、排架內力分析與組合及主要構件設計等都一一作了介紹。重點內容：單層廠房結構的選型與布置；鋼筋混凝土排架結構的荷載計算、內力分析與組合；鋼筋混凝土排架柱及柱下單獨基礎的設計。難點為：單層廠房中支撐的布置；排架柱的內力組合；柱下單獨基礎抗沖切計算?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房2.l概述2.1.1單層廠房的特點工業(yè)廠房按層數(shù)分類，可分為單層廠房(多用于機械、冶金等工業(yè))、多層廠房(多用于食品、電子、精密機器制造等工業(yè))和層數(shù)混合的廠房(多用于化學工業(yè)、熱電站)三類。一般說來，單層廠房具有以下結構特點： (1)單層廠房結構的跨度大、高度大，承受的荷載大，因而構件的內力大，截面尺寸大，用料多。(2)單層廠房常承受動力荷載(如吊車荷載、動力機械設備荷載等)，因此在進行結構設計時須考慮動力荷載的影響。(3)單層廠房是空曠型結構，室內幾乎無隔墻，僅在四周設置柱和墻。柱是承受屋蓋荷載、墻體荷載、吊車荷載以及地震作用的主要構件。(4)單層廠房的基礎反力大，因此對工程地質勘察需提出較高的要求，并作深入的分析，以確定地基承載力和基礎埋置深度、形式與尺寸?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房2.1.2單層廠房的結構分類1.按承重結構的材料分類混合結構（磚柱、鋼筋混凝土屋架或木屋架或輕鋼屋架）混凝土結構（鋼筋混凝土柱、鋼屋架或預應力混凝土屋架）全鋼結構（鋼柱、鋼屋架）2.按承重結構的型式分類排架（等高排架、不等高排架、鋸齒形排架）剛架（門式剛架）混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房排架結構由屋架(或屋面梁)、柱和基礎組成，柱與屋架鉸接，而與基礎剛接。剛架也是由橫梁、柱和基礎組成。柱與橫梁剛接，而與基礎鉸接?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房2．2單層廠房的結構組成與結構布置2．2．結構組成裝配式鋼筋混凝土單層廠房結構是由多種構件組成的空間整體.根據(jù)組成構件作用不同，可將單層廠房結構分為承重結構和圍護結構兩大類。承重結構：直接承受荷載并將荷載傳給其它構件，如屋面板、天窗架、屋架、柱、吊車梁、基礎等；圍護結構：主要承受自重及風荷載，如外縱墻、山墻、連系梁、抗風柱、基礎梁等?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.2.1.1屋蓋結構屋蓋結構分無檁體系和有檁體系兩種：當大型屋面板直接支承(焊牢)在屋架或屋面梁上的稱為無檁體系，其剛度和整體性好，目前應用很廣泛；當小型屋面板(或瓦材)支承在檁條上，檁條支承在屋架上(板與檁條，檁條與屋架均需有牢固的連接)，通常稱為有檁體系。該體系由于采用了小型屋面板及檁條，所以構件重量輕，便于運輸與安裝。但因構件種類多，荷載傳遞路線長，故其剛度和整體性較差，其造價比無檁體系的大，所以它只有在運輸、吊裝等困難的情況下，或在輕型不保溫的廠房中才被采用?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房2.2.1.2橫向平面排架混凝土結構設計單層工業(yè)廠房橫向平面排架是由屋架(屋面梁)、橫向柱列和基礎組成，是單層廠房的基本承重結構(圖2．4)。廠房結構的豎向荷載和橫向水平荷載主要通過它傳給地基。因此，在單層廠房的結構設計中，一定要進行橫向平面排架計算?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房豎向荷載傳遞途徑混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2．2．1．3縱向平面排架縱向平面排架是由連系梁、吊車梁、縱向柱列(包括柱間支撐)和基礎組成(圖2.2.3)。作用主要是保證廠房結構的縱向穩(wěn)定和剛度，承受作用在廠房結構上的縱向水平荷載，并將其傳給地基，同時也承受因溫度變化和收縮變形而產生內力?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.2.2結構布置為使單層廠房的構配件達到統(tǒng)一，提高設計標準化，單層廠房的主要尺寸和標高必須符合規(guī)定的統(tǒng)一模數(shù)制。1.平面與剖面布置（1）定位軸線與廠房橫向平面排架平行的軸線，稱為橫向定位軸線，以①、②、⑧…表示；與其垂直的軸線，稱為縱向定位軸線，以A、B…表示，縱橫向定位軸線在平面上排列所形成的網格，稱為柱網?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房定位軸線之間的距離和主要構件的標志尺寸相一致，且符合建筑模數(shù)。所謂標志尺寸就是構件的實際尺寸加上兩端必要的構造尺寸。如，大型屋面板的實際尺寸是1490mmX5970mm，標志尺寸是1500mmX5000mm；18m屋架的實際跨度是17950mm，標志跨度是18000mm，混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房橫向定位軸線通過柱截面的幾何中心，且通過屋架中心線與屋面板等橫向接縫。在廠房端部橫向定位軸線與山墻內邊緣重合，將山墻內側第一排柱中心內移500mm，并將端部屋面板做成一端伸臂板一般說，在橫向是與墻、柱中心線重合，在縱向則由墻內緣或柱外緣通過

混凝土結構設計單層工業(yè)廠房(3)變形縫設置變形縫包括伸縮縫、沉降縫和防震縫三種。①伸縮縫:伸縮縫將廠房從基礎頂面到屋面完全分開《混凝土規(guī)范》)規(guī)定：對于裝配式鋼筋混凝土排架結構，當處于室內時，其伸縮縫的最大間距為100m；當處在露天時，其伸縮縫的最大間距為70m。當超過上述規(guī)定或對廠房有特殊要求時，應進行溫度應力驗算。此外，對于下列情況，伸縮縫的最大間距還應適當減小。混凝土結構設計單層工業(yè)廠房②沉降縫單層廠房結構主要是由簡支構件裝配而成，因地基不均勻沉降引起的不利影響較小。所以，在一般單層廠房中可不設沉降縫，只在特殊情況下才考慮設置.③防震縫防震縫是為了減輕廠房震害而采取的措施之一。當廠房平面、立面復雜，結構高度或剛度相差很大，以及在廠房側邊布置附屬用房(如生活間、變電所、爐子間等)時，應設置防震縫。三縫合一混凝土結構設計單層工業(yè)廠房（5）剖面布置①廠房高度廠房的高度指室內地面至柱頂(或下?lián)问轿菁芟孪业酌?的距離。廠房的高度和軌頂標高是廠房結構設計中的兩個重要參數(shù)，要綜合考慮生產工藝和建筑結構兩方面的因素才能確定。混凝土結構設計單層工業(yè)廠房確定廠房高度時，應按照《廠房建筑模數(shù)協(xié)調標準》(GBJ6—86)的規(guī)定，考慮建筑模數(shù)的要求。有吊車和無吊車的廠房(包括有懸掛吊車的廠房)自室內地面至柱頂?shù)母叨葢獮閿U大模數(shù)3M數(shù)列；有吊車的廠房，自室內地面至支承吊車梁的牛腿面的高度應為擴大模數(shù)3M數(shù)列。注：①自室內地面至支承吊車梁的牛腿面的高度在7.2m以上時，宜采用7.8m、8.4m、9.0m和9.6m等數(shù)值；②預制鋼筋混凝土柱自室內地面至柱底的高度宜為模數(shù)化尺寸?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房確定廠房高度的原則是：在滿足生產工藝前提下，盡可能合理地降低廠房高度，以便減小柱的內力，減少圍護結構面積，降低造價；同時又要考慮減少構件種類，簡化連接構造，保證施工方便等因素?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房廠房跨度工根據(jù)生產工藝要求確定，同時滿足《廠房建筑模數(shù)協(xié)調標準》的要求，以便采用標準預制構件。對于有吊車的廠房，跨度工可采用下列公式確定：混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.3支撐布置支撐體系是聯(lián)系屋架、柱等主要構件，并使其構成整體的重要部分，對單層廠房抗震設計尤為重要；單層廠房的支撐體系包括屋蓋支撐和柱間支撐兩部分。（1）屋蓋支撐①（上、下弦）橫向水平支承構成剛性框、增強屋面的整體剛度，保證屋架（屋面梁）的側向穩(wěn)定，同時將山墻抗風柱所承受的縱向水平力傳到兩側柱列上?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房②縱向水平支撐*加強屋蓋結構在橫向水平面內的剛度，保證橫向水平荷載的縱向分布，增強排架的空間工作?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房③屋架間的垂直支撐及水平系桿混凝土結構設計單層工業(yè)廠房④天窗架支撐混凝土結構設計單層工業(yè)廠房（2）柱間支撐混凝土結構設計單層工業(yè)廠房3.圍護結構布置（1）抗風柱混凝土結構設計單層工業(yè)廠房（2）圈梁、連系梁、過梁和基礎梁混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.4單層廠房結構主要構件選型單層廠房結構設計的三個階段：方案設計階段；技術設計階段；施工圖設計階段。除拄和基礎外，一般都可以根據(jù)工程的具體情況，從工業(yè)廠房結構構件標準圖集中選用合適的標準構件。國家建筑標準設計圖集介紹全國通用標準圖；大區(qū)通用標準圖（如中南標、華北標等）；省（直轄市）通用標準圖（如河南省標、北京市標、上海市標等）地（市）通用標準圖“如鄭州市標、洛陽市標等”。全國通用標準圖集一般包括設計和施工說明、構件選用表、結構布置圖、連接大樣圖、模板圖、配筋圖、鋼筋節(jié)點圖、預埋件大樣圖，鋼筋及鋼材用量表等部分，它們均屬于結構施工圖，因此，可作為施工的依據(jù)?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房2.4.2屋面主要構件選型屋面板目前，單層廠房屋面板主要有以下幾種：預應力混凝土大型屋面板，預應力混凝土“F”形屋面板、預應力混凝土單肋板和預應力混凝土夾心保溫屋面板，其中應用較多的是預應力混凝土屋面板(或稱為預應力混凝土大型屋面板)，其外型尺寸常用的是1．5mX6m，為配合屋架尺寸，還有0.9mX6m的嵌板，其形式見國家標準圖集92G410(四)。編號的意義：Y-WB-2x8混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2、檁條在有檁體系屋蓋中，檁條擱在屋架或屋面梁上，支承小型屋面板并將屋面荷載傳給屋架或屋面梁。它與屋架的連接應牢固，使其與支撐構件共同組成整體，以保證廠房的空間剛度，可靠地傳遞水平荷載。混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.4.3、屋架屋架是廠房結構的一個重要組成部分，屋架選型的合理與否直接關系到廠房屋蓋結構的剛度和穩(wěn)定性。選擇合理的屋架型式，不僅要考慮受力合理與否，而且還要綜合考慮其它因素，如施工條件、材料供應、跨度大小等?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房屋架的選型方法先確定屋架型式（屋面梁、三鉸或兩鉸拱屋架、桁架式屋架），然后根據(jù)具體的設計條件從屋架標準圖集中選用合適的屋架?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房2.4.4.天窗架及托架混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.4.5吊車梁吊車梁直接承受吊車傳來的豎向荷載和水平制動力，由于吊車往返運行，因此吊車梁除了要滿足承載力、抗裂度和剛度要求外，還要滿足疲勞強度的要求。鋼筋混凝土吊車梁的型式很多，目前常用的主要有以下幾種：(1)混凝土等截面吊車梁：用于廠房跨度30m以下，吊車起重量為30t以下(2)組合式吊車梁：自重較輕，適用于吊車起重量較小(一般不大于5t)的輕、中級工作制吊車。(3)預應力混凝土等截面吊車梁。適用于吊車起重量為75t以下的情況。(4)預應力混凝土變截面吊車梁。一般在吊車起重量大、跨度大時采用(5)桁架式吊車梁。對一般中型廠房多采用等高T形或I形截面吊車梁。(6)部分預應力混凝土吊車梁。適用于吊車起重量為30t以下的情況?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.4.6常用柱型2.4.6.1柱的截面形式單層廠房鋼筋混凝土柱按其截面形式分為兩大類：單肢柱(包括矩形、I形、環(huán)形截面)和雙肢柱(包括平腹桿、斜腹桿、雙肢管柱)。混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.5排架內力分析本節(jié)介紹橫向平面排架結構(以下簡稱排架)的內力分析方法。它主要解決兩個問題：(1)求出排架柱在各種荷載作用下起控制作用的截面的最不利內力，作為柱截面設計和承載力校核的依據(jù)；(2)求出柱傳給基礎的最不利內力，作為基礎設計的依據(jù)?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房2.5.1計算筒圖2.5.1.1計算單元混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.計算假定與計算簡圖(1)柱上端與屋架(或屋面梁)鉸接(2)柱下端與基礎固接(3)排架橫梁為無軸向變形的剛桿，橫梁兩端處柱的水平位移相等（跨變排架應考慮橫梁軸向變形的影響）計算簡圖：

(4)排架柱的高度由固定端算至柱頂鉸結點處(5)排架的跨度以廠房的軸線為準，混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.4.2荷載計算掌握各種荷載值的計算，荷載的作用位置（荷載的大小、作用點）恒荷載（1）屋蓋自重；（2）上柱自重；（3）下柱自重；（4）吊車梁及軌道等自重?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.活荷載（1）屋面活荷載（作用位置與屋蓋恒載相同）①屋面均布活荷載；②雪荷載；③屋面積灰荷載。當不考慮屋面積灰荷載時，取屋面均布活荷載和雪荷載兩者中的較大值；當考慮屋面積灰荷載時，取屋面均布活荷載、雪荷載和屋面積灰荷載三者中的較大值。雪荷載的計算：混凝土結構設計單層工業(yè)廠房風荷載的計算風荷載標準值風荷載的方向是變化的，設計時既要考慮左風荷載、又要考慮右風荷載。混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房作用于排架上的風荷載混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房3.吊車荷載吊車的工作級別（原規(guī)范稱為吊車的工作制度）：根據(jù)吊車荷載達到其額定值的程度將吊車的工作級別分為A1—A8級。其中A1—A5級對應于原規(guī)范的輕級和中級工作制；其中A6—A8級對應于原規(guī)范的重級和超重級工作制?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房（1）吊車豎向荷載（最大豎向荷載、最小豎向荷載混凝土結構設計單層工業(yè)廠房當小車吊在額定最大起重量Q開到大車某一極限工況位置時，在這一側的每個大車輪壓稱為吊車的最大輪壓Pmax,k(標準值)，在另一側的稱為最小輪壓標準值Pmin,k。Pmax,k與Pmin,k同時發(fā)生。計算吊車輪壓施加于排架柱的荷載時，應考慮數(shù)臺吊車的不利組合：單跨廠房的一榀排架，最多考慮兩臺吊車；對多跨廠房的一榀排架時，最多考慮四臺吊車。混凝土結構設計單層工業(yè)廠房Pmax,k與Pmin,k可根據(jù)吊車型號、規(guī)格等查閱產品目錄或起重運輸機械專業(yè)標準(ZQI一62)得到。對于四輪吊車最大輪壓設計值Pmax與和最小輪壓設計值Pmin可按下列公式計算但吊車是移動的，故作用于每榀排架上的吊車豎向荷載組合值需應用影響線原理求出。產生的最大豎向荷載Dmax。時，另一邊相應柱子承受Pmin產生的最小豎向荷載Dmin。

Dmax和Dmin即為作用在排架柱上的吊車豎向荷載，兩者同時出現(xiàn)。Dmax和Dmin對下柱都是偏心壓力，應把它們換算成作用在下柱頂面的軸心壓力和力矩?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房（2）吊車橫向水平荷載Tmax吊車橫向水平荷載由小車吊起重物后的橫向水平制動力引起，作用于吊車梁頂面與柱聯(lián)結處。通過一個大車輪傳遞的吊車橫向水平力標準值：--橫向水平荷載系數(shù)吊車在排架上產生的最大水平荷載標準值：吊車橫向水平荷載應同時作用于支承該吊車的兩側柱上；考慮多臺吊車水平荷載時，對單跨或多跨廠房的每個排架，參與組合的吊車臺數(shù)不應多于2臺。混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.5.3排架內力分析不考慮廠房整體空間作用排架計算方法：1.等高排架內力分析（剪力分配法）（1）階梯形柱的位移計算混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房柱頂位移，可查P301附錄Ⅰ混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.柱頂水平集中力作用下的內力混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.柱頂水平集中力作用下的內力混凝土結構設計單層工業(yè)廠房3.任意荷載作用下的內力混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.4.4不等高排架內力分析采用力法求解混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.5.6排架內力組合在分析排架結構的內力時，先求出各種荷載單獨作用時各柱的內力，然后進行內力組合。其目的是求出起控制作用的截面的最不利內力，作為柱及基礎設計的依據(jù)。1.控制截面上柱柱底截面：Ⅰ-Ⅰ截面；下柱牛腿頂面：Ⅱ-Ⅱ截面；柱底截面：Ⅲ-Ⅲ截面。混凝土結構設計單層工業(yè)廠房2.荷載效應組合《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009-2006的規(guī)定（簡要復習）（1）作用（荷載）效應的基本組合：對于基本組合，荷載效應組合的設計值應從下列組合值中取最不利值確定：①由可變荷載效應控制的組合：對于一般排架、框架結構，基本組合可采用簡化規(guī)則：當僅有一個可變荷載時：混凝土結構設計單層工業(yè)廠房②由永久荷載效應控制的組合：（2）基本組合的荷載分項系數(shù)取值的規(guī)定：①永久荷載分項系數(shù)當其效應對結構不利時：對由可變荷載效應控制的組合，1.2；對由永久荷載效應控制的組合，1.35。當其效應對結構有利時：一般情況下，應取1.0；對結構傾覆、滑移或漂浮驗算，取0.9。②可變荷載的分項系數(shù)一般情況下，應取1.4；對標準值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結構的活荷載，應取1.3?；炷两Y構設計單層工業(yè)廠房3）對常見的住宅、辦公樓等民用建筑，當僅有一個可變荷載作用時，其承載能力極限狀態(tài)設計表達式可簡化為：①由可變荷載效應控制的組合：②由永久荷載效應控制的組合：混凝土結構設計單層工業(yè)廠房單層廠房的荷載效應組合：（1）組合原則①由可變荷載效應控制的組合：當有多個可變荷載作用時：當只有一個可變荷載作用時：②由永久荷載效應控制的組合：混凝土結構設計單層工業(yè)廠房與原規(guī)范不同，在考慮組合時，摒棄了“遇風組合”的慣例，要求所有可變荷載當作為伴隨荷載時，都必須以其組合值為代表值，而不僅僅限于有風荷載參與組合的情況。至于對組合值系數(shù)，除風荷載仍取外，對其它可變荷載，目前建議統(tǒng)一取。當設計一般排架和框架時，為便于計算，仍允許采用簡化的組合規(guī)則，也即對所有參與組合的可變荷載的效應設計值，乘以一個統(tǒng)一的組合系數(shù)，但考慮到原規(guī)范中的組合系數(shù)0.85在某些情況下偏于不安全，因此將它提高到0.9。在應用荷載組合時，為減輕計算工作量，當考慮以自重為主時，對可變荷載容許只考慮與結構自重方向一致的豎向荷載，例如雪荷載、吊車豎向荷載?；炷两Y構設計