【正文】 第 11章 單層廠房結(jié)構(gòu) 主講人： 王鳳來(lái) 博士、教授、博導(dǎo) 2023年 10月 土木工程的專業(yè)精髓 鋼筋混凝土基本構(gòu)件 受拉 受壓 受彎 受剪 受扭 截面基本受力形態(tài) 基本構(gòu)件的受力往往是基本受力形態(tài)的 復(fù)合 土木工程的專業(yè)精髓 學(xué)生建議：是否可以成為土木工程的符號(hào)？ 工程師是怎樣煉成的？ 在工程中提煉符合實(shí)際受力狀態(tài)、能夠計(jì)算的計(jì)算簡(jiǎn)圖 —— 需要專業(yè)工具、邏輯思維能力和工程經(jīng)驗(yàn) 將工程按照計(jì)算簡(jiǎn)圖還原到工程中去，實(shí)現(xiàn)兩者的高度相似 —— 需要專業(yè)工具、邏輯思維能力和工程經(jīng)驗(yàn) 邊界條件如何取？ —— 結(jié)構(gòu)約束和相互影響關(guān)系 我們要掌握的： 計(jì)算跨度、計(jì)算高度如何??？ —— 結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系 桿件的幾何特性如何?。?—— E、 G、 b、 h、 A、 I 計(jì)算荷載如何??？ —— 荷載的類(lèi)型及傳遞關(guān)系 改變 111 概 述 采用單層廠房的優(yōu)點(diǎn)是便于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、提高構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化和施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化的程度，同時(shí)可以縮短設(shè)計(jì)和施工期限，保證施工質(zhì)量。 采用多跨廠房的優(yōu)點(diǎn)：由于廠房橫向的跨數(shù)增加，提高了廠房橫向的整體剛度，從而可以減少柱子的截面尺寸。 所用材料的不同 混合結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu) 無(wú)吊車(chē)或吊車(chē)起重量不超過(guò) 5t、跨度小于 15m、柱頂標(biāo)高不超過(guò) 8m的小型廠房 吊車(chē)起重量超過(guò) 150t、跨度大于 36m的大型廠房，或有特殊工藝要求的廠房（如設(shè)有 5t以上鍛錘的車(chē)間或高溫車(chē)間等），則應(yīng)采用鋼屋架、鋼筋混凝土柱或采用全鋼結(jié)構(gòu)。 鋼筋混凝土單層廠房的承重結(jié)構(gòu)主要由屋面梁或屋架、柱和基礎(chǔ)組成，其結(jié)構(gòu)形式通常有排架或剛架二種。 柱與屋面梁或屋架為鉸接，而與基礎(chǔ)剛接所組成的平面結(jié)構(gòu)，稱為排架結(jié)構(gòu)。排架結(jié)構(gòu)可做成等高、不等高或鋸齒形等多種形式 當(dāng)柱與梁為剛接，其所構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)，稱為剛架結(jié)構(gòu)。當(dāng)廠房跨度在 18m及以下時(shí)，多采用三鉸門(mén)式剛架；跨度更大時(shí)，則多采用兩鉸門(mén)式剛架。 112 單層廠房結(jié)構(gòu)的組成和布置 1121 結(jié)構(gòu)的組成 1．屋蓋結(jié)構(gòu) 有檁體系屋蓋結(jié)構(gòu)包括由小型屋面板（或其它的瓦材）、檁條、屋架和屋蓋支撐體系所組成。 無(wú)檁體系屋蓋結(jié)構(gòu)包括由大型屋面板、屋架（或屋面梁）和屋蓋支撐體系所組成；有時(shí)還設(shè)有天窗架及托架等。 屋面板 直接承受屋面上的荷載，并把它傳給屋架或天窗架； 天窗架 其下端支承在屋架上，用以承受天窗上的荷載，并把它傳給屋架； 屋架 承受屋架上的全部荷載，并把它傳給柱子或托架； 托架 當(dāng)柱子間距比屋架間距大時(shí)，用托架支承兩個(gè)柱子之間的屋架，該屋架荷載通過(guò)托架再傳給柱子。 2．吊車(chē)梁 承受吊車(chē)荷載（包括吊車(chē)梁自重、吊車(chē)橋架重、吊車(chē)運(yùn)載重物時(shí)所產(chǎn)生的垂直輪壓、以及啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的縱向及橫向水平力等），并把它傳給柱子。 3．柱子 承受屋架、吊車(chē)梁、外墻和支撐傳來(lái)的荷載，以及地震荷載等，并把它傳給基礎(chǔ)，是廠房的主要承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件。 4．支撐 加強(qiáng)廠房結(jié)構(gòu)的空間剛度，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝和使用時(shí)的穩(wěn)定和安全，同時(shí)起傳遞山墻風(fēng)荷載、吊車(chē)縱向水平荷載或地震荷載等。 5．基礎(chǔ) 6．圍護(hù)結(jié)構(gòu) 抗風(fēng)柱 連系梁和基礎(chǔ)梁承受外墻重量，并把它傳給柱子和基礎(chǔ)。 1122 支撐的布置 廠房支撐體系可分為屋蓋支撐和柱間支撐兩類(lèi) 1．屋蓋支撐 （ 1）屋架上弦橫向水平支撐 增強(qiáng)屋蓋的整體剛度，保證屋架上弦或屋面梁上翼緣的出平面穩(wěn)定，同時(shí)可將山墻風(fēng)荷載傳至廠房?jī)蓚?cè)的縱向排架柱列，為抗風(fēng)柱上端提供不動(dòng)的側(cè)向支點(diǎn)，改善了抗風(fēng)柱的受力狀態(tài)。 （ 2）屋架間垂直支撐與水平系桿 用以保證屋架在施工和使用中以及吊車(chē)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的縱向水平力作用下的穩(wěn)定性。 （ 3）天窗架支撐 增加天窗架系統(tǒng)的空間剛度，并將天窗壁板傳來(lái)的風(fēng)荷載傳遞給屋蓋系統(tǒng)。 （ 4）屋架下弦橫向和縱向水平支撐 為了保證橫向水平荷載的縱向分布，提高廠房的剛度。 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(duì)于上部柱間支撐，是用以承受作用在山墻上的水平風(fēng)荷載；而對(duì)于下部柱間支撐，用以承受上部支撐傳來(lái)的力和吊車(chē)梁傳來(lái)的吊車(chē)縱向剎車(chē)力，并把它傳至基礎(chǔ)。 1123 變形縫 廠房的變形縫包括伸縮縫、沉降縫和防震縫三種。 伸縮縫的做法是從基礎(chǔ)頂面開(kāi)始將相鄰兩個(gè)溫度區(qū)段的上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件完全分開(kāi)，并留出一定寬度的縫隙，使上部結(jié)構(gòu)在氣溫有變化時(shí)，在水平方向可以自由地發(fā)生變形。 沉降縫是考慮由于結(jié)構(gòu)上部大小不同的相鄰荷載傳到地基引起不均勻沉降，為防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫而設(shè)置的。 133 排架計(jì)算 單層廠房結(jié)構(gòu)是一個(gè)空間受力體系，設(shè)計(jì)時(shí)為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般按縱向及橫向的平面結(jié)構(gòu)來(lái)分析。 廠房的橫向由屋架與柱子相連接，構(gòu)成一個(gè)橫向平面排架受力體系，廠房的各種荷載都是通過(guò)排架的柱子傳遞到基礎(chǔ)和地基中去的。 廠房的縱向由屋面板、吊車(chē)梁及柱間支撐和柱列，構(gòu)成一個(gè)縱向結(jié)構(gòu)體系。 1131 計(jì)算簡(jiǎn)圖 在確定排架計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，作如下假定： 1．柱子頂端與屋架或橫梁為鉸接 2．柱子下端與基礎(chǔ)頂面為固接 3．橫梁為沒(méi)有軸向變形的剛性桿 4．排架之間相互無(wú)聯(lián)系 橫向排架的計(jì)算，是從廠房平面圖中相鄰柱距的軸線之間，截出一個(gè)典型區(qū)段作為計(jì)算單元 1132 排架荷載計(jì)算 1．永久荷載 （ 1）屋蓋荷載：包括屋面荷載、屋架、托架、天窗架及支撐等自重，荷載通過(guò)屋架作用于柱頂，如圖 G1 （ 2）柱子自重 G2和 G3 （ 3）懸墻、吊車(chē)梁及軌道等自重：作用在柱子的牛腿頂面上， G4和 G5 當(dāng)采用封閉結(jié)合的廠房，亦即邊柱外緣和外墻內(nèi)緣與縱向定位軸線相重合時(shí) ,無(wú)論采用任何屋架（或屋面梁）及任何形式的柱，其柱頂集中荷載的作用點(diǎn)，均位于廠房縱向定位軸線內(nèi)側(cè) 150mm處，上柱截面高度通常為 400mm，故其偏心距一般為 e1=50mm。 2．屋面活荷載 屋面活荷載包括屋面均布活荷載、雪荷載和積灰荷載三種，均按屋面的水平投影面積計(jì)算。 3．風(fēng)荷載 風(fēng)荷載的大小與建筑地點(diǎn)、廠房高度、廠房外表面形狀以及周?chē)h(huán)境等情況有關(guān) 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算 0???? zszk u?在平面排架計(jì)算時(shí)，其迎風(fēng)面和背風(fēng)面的荷載設(shè)計(jì)值 q1和 q2應(yīng)按下式計(jì)算 Bq kQ ???4．吊車(chē)荷載 （ 1）吊車(chē)豎向荷載 m a x1m in )(21 PGP ????對(duì)一般常用四輪吊車(chē)，其相應(yīng)的 Pmin值，可按下式求得 : 吊車(chē)豎向荷載是指吊車(chē)在運(yùn)行時(shí)作用在排架上的吊車(chē)輪壓。 《 荷載規(guī)范 》 規(guī)定，對(duì)單跨廠房一般按不多于 兩臺(tái) 吊車(chē)考慮；對(duì)多跨廠房一般按不多于 四臺(tái)吊車(chē)考慮。 ?? icQ yPD ma xma x ?? ? ?? ma xmi nma xmi nmi n PPDyPD icQ ??（ 2）吊車(chē)水平荷載 )(4 11 F Qh ??? ??《 荷載規(guī)范 》 規(guī)定，對(duì)單跨或多跨廠房的每個(gè)排架參與組合的吊車(chē)臺(tái)數(shù)不應(yīng)多于 2臺(tái)，并需考慮正反兩個(gè)方面的剎車(chē)情形。 ??? ihch yFF 1?對(duì)四輪吊車(chē)通過(guò)吊車(chē)橋架，其每個(gè)輪子在吊車(chē)軌道上的橫向水平荷載設(shè)計(jì)值為： 吊車(chē)每個(gè)輪子剎車(chē)力 Fh1對(duì)柱子所產(chǎn)生的最大橫向水平荷載設(shè)計(jì)值 Fh maxmax1maxmax11PDFPDFkhhQh ???? ? ? ?? ma xmi nma xmi nmi nP