【正文】 鋼筋混凝土單層工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設計施工組織設計 鋼筋混凝土單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)有兩種基本類型：排架結(jié)構(gòu)與剛架結(jié)構(gòu)，如圖21所示。 （a）排架結(jié)構(gòu) （b）剛架結(jié)構(gòu)圖21 鋼筋混凝土單層工業(yè)廠房的兩種基本類型排架結(jié)構(gòu)是由屋架(或屋面梁)、柱、基礎(chǔ)等構(gòu)件組成，柱與屋架鉸接，與基礎(chǔ)剛接。此類結(jié)構(gòu)能承擔較大的荷載，在冶金和機械工業(yè)廠房中應用廣泛，其跨度可達30m，高度20～30m，吊車噸位可達150t或150t以上。圖22 單層廠房的結(jié)構(gòu)組成 1—屋面板；2—天溝板；3—天窗架；4—屋架；5—托架；6—吊車梁；7—排架柱；8—抗風柱；9—基礎(chǔ)；10—連系梁；ll—基礎(chǔ)梁；12—天窗架垂直支撐；13—屋架下弦橫向水平支撐；14—屋架端部垂直支撐；15—柱間支撐剛架結(jié)構(gòu)的主要特點是梁與柱剛接，柱與基礎(chǔ)通常為鉸接。因梁、柱整體結(jié)合，故受荷載后，在剛架的轉(zhuǎn)折處將產(chǎn)生較大的彎矩，容易開裂；另外，柱頂在橫梁推力的作用下，將產(chǎn)生相對位移，使廠房的跨度發(fā)生變化，故此類結(jié)構(gòu)的剛度較差，僅適用于屋蓋較輕的廠房或吊車噸位不超過l0t，跨度不超過l0m的輕型廠房或倉庫等。本章主要講述鋼筋混凝土鉸結(jié)排架結(jié)構(gòu)的單層廠房，這類廠房通常由下列結(jié)構(gòu)構(gòu)件所組成，如圖22所示。1． 1． 1． 屋蓋結(jié)構(gòu)分無檁和有檁兩種體系，前者由大型屋面板、屋面梁或屋架(包括屋蓋支撐)組成；后者由小型屋面板、檁條、屋架(包括屋蓋支撐)組成。屋蓋結(jié)構(gòu)有時還有天窗架、托架，其作用主要是維護和承重(承受屋蓋結(jié)構(gòu)的自重、屋面活載、雪載和其它荷載，并將這些荷載傳給排架柱)，以及采光和通風等。 2． 2． 2． 橫向平面排架由橫梁(屋面梁或屋架)和橫向柱列(包括基礎(chǔ))組成，它是廠房的基本承重結(jié)構(gòu)。廠房結(jié)構(gòu)承受的豎向荷載(結(jié)構(gòu)自重、屋面活載、雪載和吊車豎向荷載等)及橫向水平荷載(風載和吊車橫向制動力、地震作用)主要通過它將荷載傳至基礎(chǔ)和地基，如圖23所示。圖23 單層廠房的橫向排架及其荷載示意圖3．縱向平面排架由縱向柱列(包括基礎(chǔ))、連系梁、吊車梁和柱間支撐等組成，其作用是保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定性和剛度，并承受作用在山墻和天窗端壁并通過屋蓋結(jié)構(gòu)傳來的縱向風載、吊車縱向水平荷載(圖24)、縱向地震作用以及溫度應力等。簡支在柱牛腿上，主要承受吊車豎向和橫向或縱向水平荷載，并將它們分別傳至橫向或縱向排架。圖 24 縱向排架示意圖5．支撐 包括屋蓋和柱間支撐，其作用是加強廠房結(jié)構(gòu)的空間剛度，并保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件在安裝和使用階段的穩(wěn)定和安全。同時起傳遞風載和吊車水平荷載或地震力的作用。6．基礎(chǔ)承受柱和基礎(chǔ)梁傳來的荷載并將它們傳至地基。 7．圍護結(jié)構(gòu) 包括縱墻和橫墻(山墻)及由墻梁、抗風柱(有時還有抗風梁或抗風桁架)和基礎(chǔ)梁等組成的墻架。這些構(gòu)件所承受的荷載，主要是墻體和構(gòu)件的自重以及作用在墻面上的風荷載。 1．柱網(wǎng)布置 廠房承重柱(或承重墻)的縱向和橫向定位軸線，在平面上排列所形成的網(wǎng)格，稱為柱網(wǎng)。柱網(wǎng)布置就是確定縱向定位軸線之間(跨度)和橫向定位軸線之間(柱距)的尺寸。確定柱網(wǎng)尺寸，既是確定柱的位置，同時也是確定屋面板、屋架和吊車梁等構(gòu)件的跨度并涉及到廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置。柱網(wǎng)布置恰當與否，將直接影響廠房結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟合理性和先進性，對生產(chǎn)使用也有密切關(guān)系。圖25 柱網(wǎng)布置示意圖柱網(wǎng)布置的一般原則應為：符合生產(chǎn)和使用要求；建筑平面和結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟合理；在廠房結(jié)構(gòu)形式和施工方法上具有先進性和合理性；符合《廠房建筑統(tǒng)一化基本規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定；適應生產(chǎn)發(fā)展和技術(shù)革新的要求。 廠房跨度在18及以下時，應采用3的倍數(shù)；在18以上時，應采用6的倍數(shù)。廠房柱距應采用6或6的倍數(shù)，如圖25。當工藝布置和技術(shù)經(jīng)濟有明顯的優(yōu)越性時，亦可采用2233的跨度和9或其它柱距。 目前，從經(jīng)濟指標、材料消耗、 施工條件等方面來衡量，一般的，特別是高度較低的廠房，采用6柱距比12柱距優(yōu)越。 但從現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展趨勢來看，擴大柱距，對增加車間有效面積，提高設備布置和工藝布置的靈活性，機械化施工中減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量和加快施工進度等，都是有利的。當然，由于構(gòu)件尺寸增大，也給制作、運輸和吊裝帶來不便。12柱距是6柱距的擴大模數(shù)，在大小車間相結(jié)合時，兩者可配合使用。此外，12柱距可以利用現(xiàn)有設備做成6屋面板系統(tǒng)(有托架梁)；當條件具備時又可直接采用12屋面板(無托架梁)。所以，在選擇12柱距和9柱距時，應優(yōu)先采用前者。 2．變形縫 變形縫包括伸縮縫、沉降縫和防震縫三種。如果廠房長度和寬度過大，當氣溫變化時，將使結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫度應力，嚴重的可將墻面、屋面等拉裂，影響使用。為減小廠房結(jié)構(gòu)中的溫度應力，可設置伸縮縫，將廠房結(jié)構(gòu)分成幾個溫度區(qū)段。伸縮縫應從基礎(chǔ)頂面開始，將兩個溫度區(qū)段的上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件完全分開。并留出一定寬度的縫隙，使上部結(jié)構(gòu)在氣溫變化時，水平方向可以自由地發(fā)生變形。溫度區(qū)段的形狀，應力求簡單，并應使伸縮縫的數(shù)量最少。溫度區(qū)段的長度(伸縮縫之間的距離)，取決于結(jié)構(gòu)類型和溫度變化情況?！俄沤Y(jié)構(gòu)設計規(guī)范》對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距作了規(guī)定(表21)，當廠房的伸縮縫間距超過規(guī)定值時，應驗算溫度應力。伸縮縫的具體做法見《有關(guān)建筑構(gòu)造手冊》。 在一般單層廠房中可不做沉降縫，只有在特殊情況下才考慮設置，如廠房相鄰兩部分高度相差很大(如l0以上)、兩跨間吊車起重量相差懸殊，地基承載力或下臥層土質(zhì)有較大差別，或廠房各部分的施工時間先后相差很長，土壤壓縮程度不同等情況。沉降縫應將建筑物從屋頂?shù)交A(chǔ)全部分開，以使在縫兩邊發(fā)生不同沉降時不致?lián)p壞整個建筑物。沉降縫可兼作伸縮縫。防震縫是為了減輕廠房地震災害而采取的有效措施之一。當廠房平、立面布置復雜或結(jié)構(gòu)高度或剛度相差很大，以及在廠房側(cè)邊貼建生活間、變電所爐子間等附屬建筑時，應設置防震縫將相鄰部分分開。地震區(qū)的廠房，其伸縮縫和沉降縫均應符合防震縫的要求。 支撐的作用和布置原則 在裝配式鋼筋混凝土單層廠房結(jié)構(gòu)中，支撐雖非主要的構(gòu)件，但卻是連系主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件以構(gòu)成整體的重要組成成分。實踐證明，如果支撐布置不當，不僅會影響廠房的正常使用，甚至可能引起工程事故，所以應予以足夠的重視。下面主要講述各類支撐的作用和布置原則，至于具體布置方法及與其它構(gòu)件的連接構(gòu)造，可參閱有關(guān)標準圖集。屋蓋支撐包括設置在屋面梁(屋架)間的垂直支撐、水平系桿以及設置在上、下弦平面內(nèi)的橫向支撐和通常設置在下弦水平面內(nèi)的縱向水平支撐。(1) (1) (1) 屋面梁(屋架)間的垂直支撐及水平系桿。垂直支撐和下弦水平系桿是用以保證屋架的整體穩(wěn)定(抗傾覆)以及防止在吊車工作時(或有其他振動)屋架下弦的側(cè)向顫動。上弦水平系桿則用以保證屋架上弦或屋面梁受壓翼緣的側(cè)向穩(wěn)定(防止局部失穩(wěn))。 當屋面梁(或屋架)的跨度18m時，應在第一或第二柱間設置端部垂直支撐并在下弦設置通長水平系桿；當≤18m，且無天窗時，可不設垂直支撐和水平系桿；僅對梁支座進行抗傾覆驗算即可。當為梯形屋架時，除按上述要求處理外，必須在伸縮縫區(qū)段兩端第一或第二柱間內(nèi)，在屋架支座處設置端部垂直支撐。(2)屋面梁(屋架)間的橫向支撐。上弦橫向支撐的作用是：構(gòu)成剛性框，增強屋蓋整體剛度，保證屋架上弦或屋面梁上翼緣的側(cè)向穩(wěn)定，同時將抗風柱傳來的風力傳遞到(縱向)排架柱頂。 當屋面采用大型屋面板，并與屋面梁或屋架有三點焊接，并且屋面板縱肋間的空隙用C20細石混凝土灌實，能保證屋蓋平面的穩(wěn)定并能傳遞山墻風力時，則認為可起上弦橫向支撐的作用，這時不必再設置上弦橫向支撐。凡屋面為有檁體系，或山墻風力傳至屋架上弦而大型屋面板的連接又不符合上述要求時，則應在屋架上弦平面的伸縮縫區(qū)段內(nèi)兩端各設一道上弦橫向支撐，當天窗通過伸縮縫時，應在伸縮縫處天窗缺口下設置上弦橫向支撐。 （a）縱橫向支撐形成 （b）設有托架的 （c）部分柱間設有托架的封閉支撐體系 縱向水平支撐 縱向水平支撐圖 26 各類支撐平面圖下弦橫向水平支撐的作用是：保證將屋架下弦受到的水平力傳至(縱向)排架柱頂．故當屋架下弦設有懸掛吊車或受有其它水平力，或抗風柱與屋架下弦連接，抗風柱風力傳至下弦時，則應設置下弦橫向水平支撐。 (3)屋面梁(屋架)間的縱向水平支撐。下弦縱向水平支撐是為了提高廠房剛度，保證橫向水平力的縱向分布，增強排架的空間工作性能而設置的。設計時應根據(jù)廠房跨度、跨數(shù)和高度，屋蓋承重結(jié)構(gòu)方案，吊車噸位及工作制等因素考慮在下弦平面端節(jié)點中設置。如廠房還設有橫向支撐時，則縱向支撐應盡可能同橫向支撐形成封閉支撐體系，如圖26；當設有托架時，必須設置縱向水平支撐，如圖26b；如果只在部分柱間設有托架，則必須在設有托架的柱間和兩端相鄰的一個柱間設置縱向水平支撐，如圖26c，以承受屋架傳來的橫向風力。2．柱間支撐柱間支撐的作用主要是提高廠房的縱向剛度和穩(wěn)定性。對于有吊車的廠房，柱間支撐分上部和下部兩種，前者位于吊車梁上部，用以承受作用在山墻上的風力并保證廠房上部的縱向剛度；后者位于吊車梁下部，承受上部支撐傳來的力和吊車梁傳來的吊車縱向制動力，并把它們傳至基礎(chǔ)，如圖24所示。一般單層廠房，凡屬下列情況之一者，應設置柱間支撐：(1)設有臂式吊車或3t及大于3t的懸掛式吊車時；(2)吊車工作級別為A6～A8或吊車工作級別為A1～A5且在10t或大于10t時；(3)廠房跨度在18m及大于18m或柱高在8m以上時；(4)縱向柱的總數(shù)在7根以下時；(5)露天吊車棧橋的柱列。 當柱間內(nèi)設有強度和穩(wěn)定性足夠的墻體，且其與柱連接緊密能起整體作用, 同時吊車起重量較小(≤5t)時，可不設柱間支撐。柱間支撐應設在伸縮縫區(qū)段的中央或臨近中央的柱間。這樣有利于在溫度變化或混凝土收縮時，廠房可自由變形，而不致發(fā)生 較大的溫度或收縮應力。當柱頂縱向水平力沒有簡捷途徑傳遞時，則必須設置一道通長的縱向受壓水平系桿(如連系梁)。柱間支撐桿件應與吊車梁分離，以免受吊車梁豎向變形的影響。柱間支撐宜用交叉形式，交叉傾角通常在35176。～55176。間。當柱間因交通、設備布置或柱距較大而不宜或不能采用交叉式 圖27 門架式支撐支撐時，可采用圖27所示的門架式支撐。柱間支撐一般采用鋼結(jié)構(gòu)，桿件截面尺寸應經(jīng)強度和穩(wěn)定性驗算。 4抗風柱、圈梁、連系梁、過梁和基礎(chǔ)梁的作用及布置原則1. 抗風柱 單層廠房的端墻(山墻)，受風面積較大，一般需要設置抗風柱將山墻分成幾個區(qū)格，使墻面受到的風載一部分(靠近縱向柱列的區(qū)格)直接傳至縱向柱列，另一部分則經(jīng)抗風柱下端直接傳至基礎(chǔ)和經(jīng)上端通過屋蓋系統(tǒng)傳至縱向柱列。當廠房高度和跨度均不大(如柱頂在8m以下，跨度為9～12m)時，可在山墻設置磚壁柱作為抗風柱；當高度和跨度較大時，一般都設置鋼筋混凝土抗風柱，柱外側(cè)再貼砌山墻。在很高的廠房中，為不使抗風柱的截面尺寸過大，可加設水平抗風梁或鋼抗風桁架，如圖28a，作為抗風柱的中間鉸支點?？癸L柱一般與基礎(chǔ)剛接，與屋架上弦鉸接，根據(jù)具體情況，也可與下弦鉸接或同時與上、下弦鉸接?？癸L柱與屋架連接必須滿足兩個要求：一是在水平方向必須與屋架有可靠的連接以保證有效地傳遞風載；二是在豎向允許兩者之間有一定相對位移的可靠性，以防廠房與抗風柱沉降不均勻時產(chǎn)生不利影響。所以，抗風柱和屋架一般采用豎向可以移動，水平向又有較大剛度的彈簧板連接，如圖28b；如廠房沉降較大時，則宜采用螺栓連接，如圖28c。 (a)抗風柱 (b)彈簧板連接 (c)螺栓連接圖8 抗風柱及連接示意圖1－錨拉鋼筋；2－抗風柱；3－吊車梁；4－抗風梁；5－散水坡；6－基礎(chǔ)梁；7－屋面縱筋或檁條；8－彈簧板；9－屋架上弦；10－柱中預埋件；11－螺栓；12－加勁板；13－長圓孔；14硬木塊 2．圈梁、連系梁、過梁和基礎(chǔ)梁 當用磚作為廠房圍護墻時，一般要設置圈梁、連系梁、過梁及基礎(chǔ)梁。圈梁的作用是將墻體同廠房柱箍在一起，以加強廠房的整體剛度，防止由于地基的不均勻沉降或較大振動荷載引起對廠房的不利影響。圈梁設置于墻體內(nèi)，和柱連接僅起拉結(jié)作用。圈梁不承受墻體重量，所以柱上不設置支承圈梁的牛腿。圈梁的布置與墻體高度、對廠房剛度的要求以及地基情況有關(guān)。對于一般單層廠房，可參照下述原則布置：對無橋式吊車的廠房，當墻厚≤240mm，檐高為5～8m時，應在檐口附近布置一道，當檐高大于8m時，宜增設一道；對有橋式吊車或有極大振動設備的廠房，除在檐口或窗頂布置外，尚宜在吊車梁處或墻中適當位置增設一道，當外墻高度大于15m時，還應適當增設。圈梁應連續(xù)設置在墻體的同一平面上，并盡可能沿整個建筑物形成封閉狀。當圈梁被門窗洞口切斷時，應在洞口上部墻體中設置一道附加圈梁(過梁)，其截面尺寸不應小于被切斷的圈梁。兩者搭接長度的要求可參閱《砌體結(jié)構(gòu)》教材。連系梁的作用是連系縱向柱列，以增強廠房的縱向剛度并傳遞風載到縱向柱列。此外，連系梁還承受其上部墻體的重量。連系梁通常是預制的，兩端擱置在柱牛腿上，其連接可采用螺栓連接或焊接連接。過梁的作用是承托門窗洞口上部墻體重量。 在進行廠房結(jié)構(gòu)布置時，應盡可能將圈梁，連系梁和過梁