1、單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計引言單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括以下幾個內(nèi)容：1 .單層廠房結(jié)構(gòu)布置；2 .結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選型；3 .排架結(jié)構(gòu)設(shè)計；荷載計算：包、屋面活載(或雪載或積灰荷載)、風載、吊車荷載；內(nèi)力計算；內(nèi)力組合； 截面設(shè)計4 .基礎(chǔ)設(shè)計；5 .其它構(gòu)件設(shè)計(抗風柱、預(yù)埋件等)；6 .施工圖的繪制。以下結(jié)合一具體實例，詳細對單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計的各步驟進行講解。例題：某金工車間為雙跨等高無天窗廠房，跨度 24m,柱距為6m,車間總 長為66m (不考慮伸縮縫)。廠房每跨各設(shè)一臺20/5t及5t中級工作制吊車，吊車軌頂標高+9.90m?；撅L壓為0.30kn/m2,基本雪壓0.2kn/m2, 7度抗

2、震設(shè) 防。廠址地形平坦，廠區(qū)地層自上而下為：(1)耕土層：厚約0.5m；(2)黃土狀亞粘土：可塑稍濕，厚約 2m,地基承載力標準值fk=180kn/m2；(3)中砂：中密，很濕，厚約 45m,地基承載力標準值fk=280kn/m2;(4)卵石：具顆粒空隙由中砂填充，中密，厚約 57m, fk=600kn/m2；(5)基巖：表層中等風化，本層鉆進深度 2m。廠區(qū)地層(除表土層)承載能力較高，是建筑的良好地基。廠區(qū)沖積層潛水，據(jù)45份觀測資料，地下水位高程為 -8.00m,根據(jù)調(diào)查及對有關(guān)資料分 析，廠區(qū)最高水位為-6.00m,且無腐蝕性。供建廠使用的主要材料有：(1)鋼材：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力

3、混凝土結(jié)構(gòu)所需的鋼筋種類、型鋼及鋼板可保證供應(yīng)并備有各種規(guī)格。（2）水泥：普通硅酸鹽水泥，可配制c10c40級混凝土。（ 3）磚：普通粘土空心磚，強度等級為mu7.5 。（ 4）其它：如砂石、石灰等地方材料均能按設(shè)計要求供應(yīng)。柱子可在現(xiàn)場預(yù)制。該項目的施工單位有較高的施工水平，如果設(shè)計采用國家標準圖及普通作法，其施工質(zhì)量均能達到設(shè)計及施工驗收規(guī)范的要求。建筑構(gòu)造：（ 1）屋面：卷材防水屋面，其做法為：三氈四油上鋪小石子防水層80mm 泡沫砼保溫層20mm 厚 1： 3 水泥砂漿找平層預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（ 2）墻體：240mm厚磚墻，水泥砂漿粉刷內(nèi)外墻面，鋁合金門窗。（ 3）地面：室內(nèi)為混凝

4、土地面，室內(nèi)外高差150mm 。設(shè)計任務(wù)：1 單層廠房結(jié)構(gòu)布置；2選用標準構(gòu)件；3排架柱及柱下基礎(chǔ)設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容：1 確定上、下柱的高度及截面尺寸；2選用屋面板、天窗架、屋架、基礎(chǔ)梁、吊車梁及軌道連接件；3計算排架所承受的各項荷載；4計算各種荷載作用下排架的內(nèi)力；5柱及牛腿的設(shè)計，柱下單獨基礎(chǔ)設(shè)計；6繪制施工圖（ 1）結(jié)構(gòu)布置圖（屋架、天窗架、屋面板、屋蓋支撐布置；吊車梁、柱及柱間支撐、墻體布置）；（ 2）基礎(chǔ)施工圖（基礎(chǔ)平面布置圖及配筋圖）；（ 3）柱施工圖（柱模板圖、柱配筋圖）。第一節(jié)單層廠房結(jié)構(gòu)布置一、結(jié)構(gòu)平面布置在結(jié)構(gòu)平面布置中，廠房的跨度在18m和18m以下，一般取3m的倍數(shù)（30m

5、0）；在18m以上，一般取6m的倍數(shù)（60m0）。必要時也允許采用 21m, 27m, 33m的跨度。廠房的柱距，一般取 6m或6m倍數(shù)（60m。），個別 也有取9m的柱距。結(jié)構(gòu)平面的主要尺寸都由軸線表示。跨度方向的軸線稱為縱向定位軸線， 以、 表示；柱距方向的軸線稱為橫向定位軸線,以、 、表示。軸線的尺寸應(yīng)符合上述模數(shù)的規(guī)定。一）定位軸線和軸線劃分緊密相關(guān)的構(gòu)件是屋面板和屋架（屋面梁）。軸線尺寸均采用 標志尺寸或標志尺寸的倍數(shù)。所謂標志尺寸是構(gòu)件的實際尺寸加上兩端必要的 構(gòu)造尺寸。例如，大型屋面板的實際尺寸是1490x 5970mm,標志尺寸是1500x 6000mm； 18m屋面大梁的實際

6、跨度是 17950mm,標志跨度是18000mm。 1、縱向定位軸線屋架（屋面大梁）的標志尺寸為 3m的倍數(shù)，是與大型屋面板的標志寬度相配合的，而縱向定位軸線亦與屋架（屋面大梁）的標志尺寸相吻合，如圖 1。 一般說來，當縱向定位軸線和屋架的標志尺寸相應(yīng)，屋面板鋪至屋架邊緣 ，屋 架的標志尺寸與縱墻內(nèi)皮重合時，這種軸線稱為封閉式縱向定位軸線。但是，縱向定位軸線還與吊車和柱子截面尺寸有關(guān)。為了吊車和柱子間的構(gòu)造連接以及吊車安全行駛的需要，吊車的軌距l(xiāng)k要小于廠房的標志跨度l（l亦即縱向定位軸線的間距），使得吊車軌道中心離開縱向定位軸線一段距離（圖2a）。工程中大量遇到的吊車軌距多是 lk =l-1

7、.5 m,例如lk為13.5m,16.5m , 22.5m等，吊車軌道中心至縱向定位軸線的距離為（l - lk ） /2=750mm。如果屋架的跨度較大，屋架上弦斜邊的實際長度與屋面板寬度方向的標志尺寸不相應(yīng)時，可加鋪寬度 小于一般屋面板的嵌板。35匕）封閉軸線匚非封閉軸線（有聯(lián)系尺寸）d）非封閉軸線（有插入距）如圖2b, c所示，縱向定位軸線能否與縱墻內(nèi)皮重合，則與吊車端部尺寸 bi （查表1.1起重運輸機械專業(yè)標準 zq162）、吊車端部和上柱間的最 小空隙b2以及上柱截面高度 b3三個值有關(guān)。一般說來，當?shù)踯嚻鹬亓?50t時，b280mm,否則b2100mm。b3由排架內(nèi)力分析得到，一般

8、采用 400mm, 500mm, 。當 a = b1 + b2 （取最小值）+ b3（估算）0750mm 時， 縱向定位軸線可以與外縱墻內(nèi)皮重合，屋面板正好鋪至墻內(nèi)皮，屋面不出現(xiàn)縫 隙，這就是封閉式縱向定位軸線（圖 2b）。當a 750mm時，柱需外移，以滿 足b2要求，這時縱向定位軸線位置不變，但外縱墻內(nèi)皮不能和它重合，因而和 屋面間將留有一條縫隙，在屋面的構(gòu)造處理上需另補一條異形小板（圖2c）,這時的軸線稱為非封閉縱向定位軸線。非封閉軸線與外縱墻內(nèi)皮間的距離稱為 聯(lián)系尺寸，視吊車起重量的大小，可為 150mm, 250mm或500mm。當廠房為等高多跨時，中柱的上柱中心線一般與縱向定位軸線

9、重合。當相 鄰兩跨有高度差時，縱向定位軸線一般與較高部分廠房柱的外皮重合。但當該 柱的a750mm時（圖2d）,必需增設(shè)一條縱向定位軸線。兩條縱向定位軸線 間的距離 稱為插入距，意思是需要插入軸 線間的距離。插入距 一般也取 150mm, 250mm等。2、橫向軸線定位一般說來，橫向定位軸線通過柱子的截面幾何中心，所以它們的間距一般 就是柱距。顯然，橫向定位軸線亦是與屋面板的標志尺寸相重合的。在廠房盡 端，橫向定位軸線與山墻內(nèi)皮重合，將山墻內(nèi)側(cè)第一排柱中心線內(nèi)移600m,并將端部屋面板做成一端伸臂板（圖3）。這樣做的目的是使端屋架和山墻抗風柱的位置不發(fā)生沖突，使端部屋面板與中部屋面板的長度相同

10、，使屋面板端頭 與山墻內(nèi)皮重合，屋面不留縫隙，以形成封閉式橫向定位軸線。同理，伸縮縫 兩邊亦應(yīng)各移600mm,使伸縮縫中心線與橫向定位軸線重合。二）構(gòu)件的平面布置單層廠房構(gòu)件的平面布置較規(guī)則，它主要與構(gòu)件的型號有關(guān)，一旦構(gòu)件選 定，平面布置即可確定，具體布置詳見下節(jié)。6表1-1 50500/50kn一般用途電動橋式起重機基本參數(shù)和尺寸 起重運輸機械專業(yè)標準zq1 62起重量q跨度lk尺寸吊車工作級別a4或a5寬度b輪距k軌頂以上高度h軌道中心至端部跑離bi最大輪壓f p,max最小輪壓f p,min起重機總質(zhì)量g+g小車總質(zhì)量 gknmmmmmmmmmr knknknkn5016.546503

11、50018702307631164”20 （單閘）21 （雙閘）19.551504000853519022.5904221425.564005250p 1004724428.51056328510016.5555044002140230r 1152518038 （單閘）39 （雙閘）19.5555044001203220322.5 ：r 1254722425.56400525021901355027028.5 r 1406631515016.55650440020502301653424153 （單閘）55 （雙閘）19.5 155502140260r 1704825522.518558316

12、25.5 164005250_ 1956038028.521068400150/3016.5 15650440020502601653525069 （單閘）74 （雙閘）19.5555021501754328522.5 11855032125.5640052501956036028.521068405*g+g+q=（76+31）m2=214kn, g+g =214-q=164 kn續(xù)表1-1 50、500/50kn一般用途電動橋式起重機基本參數(shù)和尺寸 起重運輸機械專業(yè)標準zq1 62起重量q跨度lk尺寸吊車工作級別a4或a5寬度b輪距k軌頂以上高度h軌道中心至端部跑離b1最大輪壓f p,max

13、最小輪壓f p,min起重機總質(zhì)量g+g小車總質(zhì)量 gknmmmmmmmmmknknkn 1kn200/5016.55650440022002301953025075 （單閘）78 （雙閘）19.5555023002602053528022.52154532025.5640052502305330528.524065410300/5016.560504600260026027050340117 （單閘）118 （雙閘）19.56150480030028065f 36522.52907042025.56650525031078475；28.532088515500/5016.5635048002

14、70030039575440 140 （單閘）145 （雙閘）19.527504157548022.54258552025.5680052504458556028.546095610860014 0加 * &mu . 6口加 * 6口口口 l &mu 卜 40g _,d 1 3 1 i fio圖3工圖4二、結(jié)構(gòu)剖面布置廠房的高度，指的是屋架下弦下皮（或屋蓋結(jié)構(gòu)最低構(gòu)件的下皮）以及吊 車軌頂距室內(nèi)地面的高度，分別是以屋架下弦底面標高和軌頂標高表示（室內(nèi) 地面標高為土 0.000） o這兩個數(shù)值是廠房結(jié)構(gòu)剖面設(shè)計中的兩個重要參數(shù)，要 綜合考慮生產(chǎn)工藝和建筑結(jié)構(gòu)兩方面的因素才能確定。無吊車廠房，屋架

15、下弦底面標高由設(shè)備的高度和生產(chǎn)需要的使用高度確有吊車廠房，屋架下弦底面標高由設(shè)備的高度和吊車需要的高度確定，并 可用下式表達：h = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + h6 + h7,或 h = h1 + h2 + h8 + h5 + h6 + h7取兩個數(shù)值中的較大者（圖4）。式中，hi 最高設(shè)備的高度，由工藝設(shè)計人確定，當只有個別高大設(shè)備時，可采用局部降低該處地面的辦法以減少廠房高度；h2 超越安全高度（ 500mm） ; h3 最高吊物高度，h,一一吊索最小高度（h3、h,均由工藝設(shè)計人確定）；h5、h6 吊車底、頂至吊車軌頂高度（查表 1-1） ; h7吊車行駛安全高度

16、（學 220mm）; hg 司機室底至吊車底高度（查表 1- 1）。吊車軌頂標高由屋架下弦底面標高減去（he+h7）得到，一般由工藝設(shè)計人向土建設(shè)計人提供。吊車軌頂標高減去吊車軌道連接高度和吊車梁梁端高度（均可查有關(guān)標準圖集），即為柱的牛腿頂面標高（圖 4）。在確定屋架下弦底面標高和牛腿頂面標高時，都應(yīng)按照廠房建筑統(tǒng)一化 基本規(guī)則，考慮統(tǒng)一模數(shù)的要求。當外墻采用大型板材時，還應(yīng)與板材的尺 寸相適應(yīng)。對于連續(xù)多跨廠房，如果相鄰各跨根據(jù)各自的工藝需要所決定的廠房高度 參差不一時，會使得構(gòu)造復(fù)雜，計算麻煩，構(gòu)件規(guī)格增多，不利于工業(yè)化施 工。這時最好做成等高廠房，可以增加廠房結(jié)構(gòu)的剛度，簡化構(gòu)造處理。

17、一般 可按下列規(guī)定處理：（1）當高跨一側(cè)僅有一個低跨時，如高度差0 2.10m,可不設(shè)高低跨；（2）當高跨一側(cè)連續(xù)有兩個低跨時，如高度差0 1.80m,可不設(shè)高低跨；（3）當高跨一側(cè)連續(xù)有三個低跨（或更多）時，如高度差01.50m,可不設(shè)高低跨。確定廠房高度的原則是，在滿足生產(chǎn)工藝前提下，盡可能合理地降低廠房 高度，以便減小柱的內(nèi)力，減少圍護結(jié)構(gòu)面積，降低造價；同時還要考慮減少 構(gòu)件種類，簡化連接構(gòu)造，保證施工方便等因素?？傊瑧?yīng)結(jié)合具體工程特 點，進行全面分析來確定。三、外墻1、圈梁 設(shè)置圈梁的目的是將墻體和柱、抗風柱等箍在一起，以增加廠房 的整體剛性，防止由于地基發(fā)生過大的不均勻沉降或較大

18、的振動荷載對廠房產(chǎn) 生不利影響。圈梁為現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)件，埋設(shè)在墻體內(nèi)，和柱子連續(xù)，在平 面上盡可能沿整個廠房交圈。它在受力上主要起拉結(jié)作用，不承受墻體重量， 所以柱子上不必設(shè)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)。對無橋式 吊車的廠房檐高不足8m時，應(yīng)在檐口附近設(shè)置一道圈梁；當檐高大于 8m時， 宜在墻體適當部位增設(shè)一道圈梁。對有橋式吊車的廠房，除在檐口附近或窗頂 處設(shè)置一道圈梁外，沿應(yīng)在吊車梁標高處或墻體適當部位增設(shè)一道圈梁；當外 墻高度在15m以上時，還應(yīng)根據(jù)墻體高度適當增設(shè)。對于有振動設(shè)備的廠房， 除滿足上述要求外，每隔4m距離，應(yīng)有一道圈梁。圈梁應(yīng)盡

19、可能連續(xù)設(shè)置在墻體的同一平面內(nèi)，除伸縮縫處不得不切斷外， 其余部分應(yīng)沿整個廠房形成封閉狀。當圈梁被門窗洞口切斷時，應(yīng)在洞口上部 設(shè)置一道附加圈梁（課本圖 1321）與圈梁搭接，附加圈梁的截面尺寸不應(yīng)小 于被切斷的圈梁，搭接長度應(yīng)不小于圈梁與附加圈梁高差的兩倍。2 一一圈梁的寬度宜與墻體厚度等同，當墻厚 d240mm時，不宜小于工d。圈梁3的高度不應(yīng)小于 120mm,縱向鋼筋一般可采用4小104小12,箍筋不少于小6300混凝土強度等級不宜低于c15.2、連系梁 單層廠房的外墻一般做成自承重墻，不宜設(shè)置墻梁（亦稱連系 梁）。當墻的高度超過一定限度（例如15m以上），墻體的砌體強度不足以承受本身自

20、重時，需要在墻下布置連系梁。連系梁兩端支承在柱牛腿上，并通過牛腿將墻體荷載傳給柱子。連系梁除支承墻體重量外，還起到連系縱向柱列、增強廠房縱向剛度、傳遞縱向水平荷載的作用。連系梁與柱之間采用螺栓或焊接連續(xù)。3、基礎(chǔ)梁 當墻體的砌體強度足以承受墻體自重時，可采用基礎(chǔ)梁將墻體重量傳給柱基，而不另作墻體基礎(chǔ)。這是因為柱的荷載較大，而自承重墻的重量較輕，兩者基礎(chǔ)的沉降值往往相差較多，如果構(gòu)造處理不當，會使墻面開裂，影響生產(chǎn)使用。外墻基礎(chǔ)梁一般設(shè)置在邊柱的外側(cè)，基礎(chǔ)梁頂面至少低于室內(nèi)地面50mm基礎(chǔ)梁底部距土層表面應(yīng)預(yù)留100mm&右空隙，使基礎(chǔ)梁可以隨柱一起沉降?；A(chǔ)梁一般不要與柱連接，將梁直接放置在柱

21、基礎(chǔ)的杯口上即可。當基礎(chǔ)埋置較深時，可將基礎(chǔ)梁放在混凝土墊塊上面。4、過梁 當墻上有門窗洞口時，要設(shè)置鋼筋混凝土過梁承托門窗洞口上部的墻體重量。單獨設(shè)置的過梁宜采用預(yù)制構(gòu)件，兩端擱置在墻體上的支承長度不宜小于240mm。在進行廠房圍護結(jié)構(gòu)的布置時，應(yīng)盡可能地將圈梁、連系梁和過梁結(jié)合起來，使一種梁能起到兩種梁甚至三種梁的作用，以簡化構(gòu)造，節(jié)約材料，方便 施工。四、例題結(jié)構(gòu)布置一)定位軸線1、橫向定位軸線：本廠房長度為66m,小于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(gb50010-2002規(guī)定的70 m,可不設(shè)溫度縫，同時本結(jié)構(gòu)也不需設(shè)沉降縫， 因此，除端柱需內(nèi)移 600mm 外，橫向定位軸線均通過柱截面幾何中心

22、。2、 縱 向定位軸線：查表1-1 起重運輸機械專業(yè)標準zq1 62可得，bi=0.25m, lk=22.5m, b20.08m。邊柱：b3=0.4m, b1+b2 +b3=0.25+0.08+0.4=0.73 mi0.75 m,因此采用封閉式縱向定位軸線，圖5、圖10(a)；中柱：b3=0.3m, b1+b2 +b3=0.25+0.08+0.3=0.63 mi0.75 m,中柱的上柱中心線與縱向定位軸線重合，圖5、圖10(a)。本例的定位軸線見圖6。二）柱高由 工 藝要 求 ， 軌 頂標 志 高 度 為 +9.9m ， 吊 車 最大 為 20/5t ， lk=24- 1.5=22.5m,中級工作制，查表1-1起重運輸機械專業(yè)標準 zq162可得軌 頂至吊車頂距 h=2.136m,故：柱頂標高=軌頂標高+ h +吊車頂端與柱頂?shù)膬艨粘叽?=9.900+2.136+0.220=12