单层厂房结构设计

混凝土结构设计第二章思维导图单层厂房结构设计。单层厂房是指层数为一层的厂房，它主要用于重型机械制造工业、冶金工业等重工业。这类厂房的特点是生产设备体积大、重量重、厂房内以水平运输为主。

单层厂房结构设计

• 结构类型和结构体系
  • 单层厂房依据其跨度高度。和吊车起重量等因素的不同可采用混合结构、混凝土结构或钢结构。
  • 单层工业厂房常用的结构体系主要有排架结构和钢架结构两种。
  • 装配式钢筋混凝土排架结构是单层厂房中最应用，最广泛的一种结构体系。由屋架或屋面梁柱和基础所组成。柱顶与屋架为角接。柱底与基础顶面为固接。
• 结构组成及荷载传递
  • 结构组成
    • 屋盖结构
      • 屋盖结构由排架，柱顶以上部分各构件组成，其作用主要是维护和承重。以及采光和通风。
      • 屋盖结构分无檁和有檁两种体系。无檁体系由大型面板、屋架或屋面。无盖支撑。有时还包括天窗架。和托架等构建。
    • 纵、横向平面排架。
      • 横向平面排架。由横梁，屋架或屋面梁。横向柱列，包括基础，是厂房的基本结构。厂房承受的竖向荷载及横向水平荷载。主要通过很向平面排架传至基础及地基
    • 维护结构
      • 维护结构包括纵墙横墙抗风柱，连系梁，基础梁等构建。这些构件所承受的荷载主要是墙体和构件自重及作用在墙面上的风荷载。
  • 荷载传递
    • 作用在纵横向平面排架上的荷载可分为永久荷载和可变荷载。永久荷载包括各种构件围护结构固定设备的自重。可变荷载包括屋面荷载，雪荷载。积灰荷载。风荷载，吊车荷载等。
• 结构布置
  • 在单层厂房的结构，类型和结构体系确定之后即可根据厂房，生产工艺等各项要求。进行厂房结构布置。包括厂房平面布置，支撑布置和维护结构布置等
  • 厂房平面布置
    • 柱网布置
      • 昨晚布置的原则首先应满足生产工艺及使用要求，在此前提下，一球建筑平面和结构方案经济合理。另外，还应遵守厂房建筑统一化基本规则的规定。为厂房设计标准化，生产工厂化和施工机械化创造条件。
    • 变形缝
      • 温度区段的长度。取决于结构类型，施工方法和结构所处的环境。
      • 单层厂房排架结构对地基不均匀沉降有较好的适应能力。故在一般单层厂房中。不设沉降缝。
  • 支撑布置
    • 单层厂房支撑分屋盖支撑和柱间支撑
      • 屋盖支撑
        • 无盖支撑包括上下弦横向水平支撑，纵向水平支撑。垂直支撑与纵向水平系杆。天窗架支撑。
      • 柱间支撑
        • 柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。其作用是承受由抗风柱和屋盖横向水平支撑传来的山墙风载，由屋盖结构传来的纵向水地震作用。即由吊车梁传来的吊车纵向水平制动力。将他们传给基础。另外，柱间支撑还能提高厂房结构的纵向刚度。
  • 维护结构布置
    • 单层厂房的围护结构包括屋面板。成体抗风柱。圈梁、连系梁，过梁，基础梁等构件，其作用是承受风、积雪、雨水、地震作用以及地基产生不均匀沉降所引起的内力。
• 构建选型与截面尺寸确定
  • 钢筋混凝土单层厂房结构的结构构件有屋面板、天窗架、屋架、支撑 、吊车梁、连系梁基础梁、柱和基础等
  • 屋盖结构构件
    • 屋面板
      • 无檁体系屋盖常用预应力混凝土大型屋面板，他适用于保温或不保温卷材防水屋面，屋面坡度不应该大于五分之。
    • 檩条
      • 檁条搁在屋架或屋面大梁上，起着支撑小型屋面板并将屋面荷载传给屋架的作用。
    • 屋架
      • 屋架是无盖结构的主要承重构件，他直接承受屋面荷载。有时还承受悬挂吊车管道的吊重。对保证厂房的刚度起重要作用。
    • 天窗架和托架
      • 天窗架的作用是形成天窗，以便采光和通风。同时承受屋面板传来的竖向荷载和作用在天窗上的风荷载。并将它们传给屋架。
  • 吊车梁
    • 吊车梁直接承受吊车起重运行和自动时产生的各种往复移动荷载。同时还起到传递厂房中向荷载。保证厂房纵向刚度的作用。
  • 柱
    • 柱的形式
      • 单层厂房钢筋混凝土柱的形式可分为单肢柱和双肢柱两类
    • 柱的截面尺寸
      • 排架柱的截面尺寸适根据界面承载力和截面刚度两个条件决定的，后者是保证吊车正常运行避免吊车车轮和轨道过早磨损的重要条件。
  • 基础
    • 基础的类型
      • 单层厂房一般采用柱下独立基础，其主要形式有杯型基础、高杯基础、爆扩桩基础和预制桩基础等
    • 基础尺寸的确定
      • 基础底面尺寸是根据基底反力和地基承载力由计算所确定。基础高度和外形尺寸可根据工程经验按下述方法预先拟定，而后加以验算。
• 排架结构内力分析
  • 单层厂房结构实际上是一个复杂的空间结构体系，目前除对纵向抗震计算采用空间结构计算模型外，一般将其简化为纵、横向平面排架分别计算
  • 计算单元
    • 单层厂房的计算单元一般是根据排架的受力状况选取的，如各榀排架的几何尺寸相同，则可直接根据其负荷载情况确定
    • 基本假定和计算简图
      • 1.柱下端嵌固于基础中，固定端位于基础顶面2.柱顶于屋面架或屋面梁伟铰接只能传递竖向轴力和水平剪力，不能传递弯矩3.横梁伟轴向刚度很大的刚性连杆
  • 排架结构上的荷载
    • 恒载
      • 恒载包括屋盖、柱、吊车梁及轨道连接件、围护结构等自重重力荷载，其值可根据构件的设计尺寸和材料重度计算。若选用标准构件，则可直接从相应的构件标准图集中 可查得
      • 1屋盖恒载2.悬挂墙自重重力荷载3.吊车梁和轨道及连接件重力荷载4.柱自重重力荷载
    • 屋面可变荷载
      • 1.屋面均布活荷载2.屋面雪荷载3.屋面积灰荷载
    • 风荷载
      • 作用在排架上的风荷载。是由计算单元这部分墙面及屋面传来的，其作用方向垂直于建筑物表面，有压力和犀利两种情况。沿建筑物表面均匀分布。当厂房较高时，风荷载对排架内力往往起控制作用。
      • 作用在排架柱顶以下墙面上的水平风荷载近似按均布荷载计算，其风压高度变化系数可根据注定标高确定。
      • 作用在排架柱顶以上屋盖上的风荷载人取为垂直于屋面的均布荷载。但仅考虑其水平分力对牌价的作用。悬疑水平集中荷载的形式作用在排架柱顶
    • 吊车荷载
      • 吊车按生产工艺要求和本身构造特点有不同的型号和规格，不同类型的吊车当起重量和跨度均相同时作用在厂房结构上的荷载是不同的。
      • 1.吊车竖向荷载。2.吊车横向水平荷载。3.吊车纵向水平荷载。
  • 高排架内力分析
    • 俺家内力分析就是求排架结构，在各种荷载作用下，柱各截面的弯矩和剪力而是要求的牌价注定简历问题就变为静定悬臂柱的内力计算。
    • 单阶一次超进定住在任意荷载作用下的注顶反力
    • 柱顶水平集中做集中力作用下等高排架内力分析。
    • 任意荷载作用下等高排架内力分析
    • 不等高排架内力分析
  • 单层厂房排架考虑整体空间作用的计算
    • 厂房整体空间作用的概念
      • 单层厂房是一个空间结构，在前述几节的讨论中，只记得空间结构抽象的平面排架结构进行计算。使计算简化。
    • 吊车荷载作用下考虑厂房整体空间作用的排架内力分析
    • 考虑厂房整体空间作用时排架内力计算步骤
  • 内力组合
    • 所谓内力组合，就是根据各种荷载可能同时出现的情况，求出在某些荷载作用下柱控制截面可能产生的最不利内力。作为柱和基础配筋计算的依据。因此内力组合时需要确定住的控制截面和的最不利内力并零荷载效应组合
    • 1.柱的控制截面2.内力组合原则。3.内力组合注意事项
• 柱的设计
  • 预制钢筋混凝土排架柱的设计。包括选择柱的形式、确定界面尺寸、配筋计算，吊装验算，牛腿设计等
  • 截面设计
    • 考虑二阶效应的弯矩设计值
    • 截面配筋设计
    • 构造要求
  • 牛腿设计
    • 在厂房结构中，屋架、托架、吊车梁和连续梁构件常由设置在柱上的牛腿来支承。承受很大的竖向荷载，有时也承受地震作用和风荷载所引起的水平荷载。所以他是一个比较重要的结构构件，在设计柱时必须重视牛腿的设计。
    • 牛腿的受力特点及破坏形态
      • 试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大体经历弹性、裂缝出现与开展和破坏三个阶段。
      • 1.弯压破坏。2.斜压破坏。3.剪切破坏。
    • 牛腿截面尺寸的确定
      • 牛腿的截面宽度与柱宽相同。故确定牛腿的截面。主要是确定其截面高度。
    • 牛腿的配筋计算与构造
      • 斜截面受弯承载力计算及纵筋构造要求
      • 水平估计箍筋和弯筋的构造要求。
    • 柱的吊装验算
      • 排架柱在施工调装过程中的受力状态与使用阶段不同，而且此时混凝土的强度可能未达到设计强度，因此还应根据住在吊装阶段的受力特点，和材料实际强度，对住进行承载力和裂缝宽度验算。
• 柱下独立基础设计
  • 按受力性能，杯行基础可分为轴心受压基础和偏心受压基础，在基础形式和埋深深度确定后。这种基础设计的主要内容为，确定基础底面尺寸和基础高度。计算基础底板配筋并采用必要的构造措施等。
  • 1.轴心受压基础。
  • 2.偏心受压基础。
    • 1.按轴心受压基础初步估算底面面积。2.计算基础底面内力3.计算基底压力值。4.验算地基承载力。
  • 基础高度验算
    • 试验研究表明，当柱与基础交接处或基础变阶处的高度不足时。如果基础底面两个方向的边长相同或相近。则冲切不破坏椎体落在基础底面。以内，柱传来的荷载将使基础发生冲切破坏。
    • 1.受冲切承载力验算。2.受剪承载力计算。
  • 基础底板配筋计算
    • 试验表明，基础底板在地基静力作用下，两个方向均产生向上的弯曲，因此需要在底板下部双向配置受力钢筋。
    • 1.轴心受压基础。2.偏心受压基础。
  • 基础配筋构造要求
    • 基础采用的混凝土强度等级不应低于c20，,垫层混凝土强度等级应为c10，垫层的厚度一般为100mm不宜小于70mm垫层四周应伸出基础100mm
• 钢筋混凝土层架设计要点
  • 屋架主要承受单层厂房的屋盖荷载，并将其传也住同时还作为排架结构中的横梁。连接两侧排架柱，使他们在各种荷载作用下共同工作，因此屋架是单层厂房的重要构件。
  • 屋架的高度和杆件截面尺寸。
  • 荷载及荷载组合
    • 作用于屋架上的荷载有恒载与活荷载。一般来说，屋架各杆件并不都是在全跨恒载和活荷载作用下达到其最不利受力状态。为此，考虑荷载的不利组合。
  • 计算简图和内力计算
    • 按具有不同铰支座的连续梁计算上弦杆的弯矩
    • 按铰接桁架计算各杆件的轴力
      • 屋架承载后，因节点刚性作用产生的内力以及因节点位移产生的内力，称为次内力
  • 杆件截面设计和配筋构造要求。
    • 屋架的混凝土强度一般采用c30~c35。预应力采用预应力钢丝钢绞线和预应力螺纹钢筋。普通钢筋可采用HRB400 HRB500级或HRB335级热轧钢筋。
  • 屋架的扶直和吊装验算
    • 屋架一般为平卧制作，施工时先扶直后吊装。其受力状态与使用阶段不同，故需进行施工阶段的验算。
• 吊车梁设计要点
  • 吊车梁主要承受吊车在起重运行时产生的各种移动荷载。同时他又是厂房的纵向构件。对传递纵向水平荷载，加强厂房纵向刚度起重要作用，是厂房的主要承重构件之一。
  • 拟定截面尺寸。
    • 吊车梁的混凝土强度等。采用c30~c35。预应力钢筋采用预应力钢丝钢绞线和预应力螺纹钢筋。普通钢筋应采用HRB400 HRB500级钢筋。
  • 吊车荷载的特点及吊车梁验算项目
    • 1.吊车荷载是两组移动的集中荷载:吊车的竖向轮压和横向水平制动力。2.吊车荷载具有冲击和振动作用。3.吊车荷载是重复荷载。4.吊车荷载使吊车梁产生扭距。