第12章 单层厂房

混凝土结构 与砌体结构设计第 12 章 单层厂房主讲：吕 振 利 电话：13905068697

主要内容：概述 结构组成 结构布置 构件选型与截面设计 横向排架结构内力分析 柱的设计 柱下独立基础设计

重点：横向排架结构内力分析 柱的设计 柱下独立基础设计

§12.1 单层厂房的结构形式、结构组成和结构布置 工业厂房的分类

工业厂房由于生产性质、工艺流程、机械设备和产品的不同，按层数分类， 可分为：

如冶金或机械厂的炼钢、轧钢、铸造、锻压、金工、装 单层厂房 —— 配等车间，一般因设有大型机器或设备，产品较重且轮 廓尺寸较大，故宜直接在地面上生产而设计成单层厂房

多层厂房 —— 如精密仪表、电子、食品等工业

层数混合 —— 如化学工业、热电厂等 的厂房

单层厂房的分类(1)按生产规模可分为：大型、中型和小型 ；(2)按主要承重材料可分为：

混合结构 ——

对无吊车或吊车吨位不超过5t、跨度在15m以内、柱顶标高 不超过8m且无特殊工艺要求的小型厂房，可采用混合结构

钢结构

对有重型吊车、跨度大于36m或有特殊工艺要求的大型厂房， —— 可采用全钢结构或由钢筋混凝土柱与钢屋架组成的结构

钢筋混凝 —— 除上述情况以外的单层厂房均可采用混凝土结构。而且除特 土结构 殊情况之外，一般均采用装配式钢筋混凝土结构

12.1.1 单层厂房的结构形式可分为：排架结构和刚架结构

排架结构

门式刚架结构

12.1.2

单层厂房的结构组成

单层厂房结构是由一些构件组成的一个复杂的空间受力体系，可将结构 整体分为以下几个子结构体系:1. 屋面板 2. 天沟板 3. 天窗架 4. 屋架 5. 托架 6. 吊车梁 7.排架柱 8. 抗风柱 9. 基 础 10. 连系梁 11. 基础梁 12. 天窗架垂 直支撑 13. 屋架下弦 横向水平支撑 14.屋架端部垂 直支撑 15. 柱间支撑 单层厂房结构

1 结构组成

屋盖结构 ——

有檩体系 ——

由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖 支撑所组成 由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋

无檩体系 —— 盖支撑组成，有时还包括有天窗架和托架等构件

屋盖结构

横向排架结构 ——由横梁、横向柱 列及其基础所组 成的平面骨架， 是厂房的基本承 重结构。厂房承 受的竖向荷载及 横向水平荷载主 要通过横向平面 排架传至基础及 地基横向平面排架组成及荷载图

纵向排架结构 ——

由连系梁、吊车梁、纵向柱列、柱间支撑和基础等构 件组成的纵向平面骨架。作用是保证厂房结构的纵向

稳定性和刚度，承受吊车纵向水平荷载、纵向水平地 震作用、温度应力以及作用在山墙及天窗架端壁并通 过屋盖结构传来的纵向风荷载等

纵向

平面排架 组成及荷载图

位于厂房的四周，包括纵墙、横墙(山墙)、抗风柱、连

围护结构 —— 系梁、基础梁等构件。这些构件所承受的荷载，主要是墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载

单层厂房结构中，纵向平面排架和横向平面排架间主要通过屋盖结构和 支撑体系相连接而形成空间结构，各构件及其作用为单层厂房结构构件及其作用构件名称 构件作用 备注 支撑在屋架(屋 面梁)或檩条上

承受屋面构造层自重、屋面活荷载、雪荷载、积 屋面板 灰荷载以及施工荷载等，并将它们传给屋架(屋 面梁),具有覆盖、围护和传递荷载的作用

屋 盖 结 构

天沟板

屋面排水并承受屋面积水及天沟板上的构造层自 重、施工荷载等，并将它们传给屋架

形成天窗以便于采光和通风，承受其上屋面板传 天窗架 来的荷载及天窗上的风荷载等，并将它们传给屋 架 托架 当柱距比屋架间距大时，用以支撑屋架，并将荷 载传给柱

构件名称

构件作用

备注

屋 屋架或 与柱形成横向排架结构，承受屋盖上的全部竖 盖 屋面梁 向荷载，并将它们传给柱 结 支撑小型屋面板(或瓦材),承受屋面板传来 有檩体系屋盖 檩条 构 的荷载，并将它们传给屋架 中采用 同时为横向排 承受屋盖结构、吊车梁、外墙、柱间支撑等传 排架柱 架和纵向排架 来的竖向和水平荷载，并将它们传给基础 中的构件 柱 承受山墙传来的风荷载，并将它们传给屋盖结 也是围护结构 抗风柱 构和基础 的一部分 支 撑 体 系 屋盖 支撑 柱间 支撑 加强屋盖结构空间刚度，保证屋架的稳定，将 风荷载传给排架结构 加强厂房的纵向刚度和稳定性，承受并传递纵 向水平荷载至排架柱或基础

构件名称 外纵墙 山墙 围 护 结 构 连系梁 圈梁 过梁 基础梁

构件作用 厂房的围护构件，承受风荷载及其自重 连系纵向柱列，增强厂房的纵向刚度，并将风荷载 传递给纵向柱列，同时还承受其上部墙体的重量 加强厂房的整体刚度，防止由于地基不均匀沉降或 较大振动荷载引起的不利影响 承受门窗洞口上部墙体的重量，并将它们传给门窗 两侧墙体 承受围护墙体的重量，并将它们传给基础 承受吊车竖向和横向或纵向水平荷载，并将它们分 别传给横向或纵向排架 承受柱、基础梁传来的全部荷载，并将它们传给地 基

备注

吊车梁基础

简支在柱 牛腿上

2

单层厂房结构的传力路线

详P110图12-6

12.1.3

单层厂房的结构布置

一个建设项目的设计，一般包括工艺设计、建筑设计、结构设计和设备 设计(如水、暖、电等)等几方面。就单层厂房结构设计而言，可分为方案 设计、技术设计和施工图

绘制等三个阶段。

工业设计要求 方案设计阶段 ——

技术设计阶段 ——

施工图阶段 ——

确定柱网布置等平面问题 P111图12-7~12-9 确定结构形式、标高等剖面问题 选择结构构件类型 确定结构布置 确定结构计算简图 荷载计算及排架内力分析 结构构件(柱、基础等)设计 结构布置图(屋面、柱、基础等) 构件布置与配筋图 节点大样图

屋盖支撑布置屋盖支撑包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、 垂直支撑、纵向水平系杆、天窗架支撑等。 (1)上弦横向水平支撑 构成：沿厂房跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架上弦杆构成的水平 桁架。 作用：保证屋架上弦的侧向稳定性；增强屋盖的整体刚度；作为山墙 抗风柱的顶端水平支座，承受由山墙传来的风荷载和其他纵向水平荷 载，并传至厂房纵向柱列。 布置：当屋盖为有檩体系，或屋盖为无檩体系，但屋面板与屋架的连 接质量不能保证且抗风柱与屋架上弦连接，每一伸缩缝区段端部第一 或第二柱间布置；当设有天窗，且天窗通过厂房端部的第二柱间或通 过伸缩缝，应在第一或第二柱间的天窗范围内设置，并在天窗范围内 沿纵向设置1~3道通长的受压系杆，将天窗范围内各榀屋架与上弦横 向水平支撑连系起来。

上弦横向水平支撑布置

(2)下弦横向水平支撑构成：沿厂房跨度方向用交叉角 钢、直腹杆和屋架下弦杆构成的 水平桁架 。 作用：将山墙风荷载及纵向水平 荷载传至纵向柱列；防止屋架下 弦侧向振动。 布置：当屋架下弦设有悬挂吊车， 或厂房内有较大振动，或山墙风 荷载通过抗风柱传至屋架下弦， 应在每一伸缩缝区段两端的第一 或第二柱间设置，宜与上弦横向 水平支撑设置在同一柱间。下弦横向水平支撑布置

(3)纵向水平支撑 构成：由交叉角钢、直杆和屋架下弦第一节间组成的纵向水平桁架 。 作用：加强屋盖结构的横向水平刚度；保证横向水平荷载的纵向分布， 加强厂房的空间工作；保证托架上弦的侧向稳定。 布置：当设有软钩桥 式吊车且厂房高度大、 吊车起重量较大，应 在屋架下弦端节间沿 厂房纵向通长或局部 设置一道；当已设有 下弦横向水平支撑时， 为保证厂房空间刚度， 应尽可能与横向水平 支撑连接，以形成封 闭的水平支撑系统。

纵向水平支撑布置

(4)垂直支撑构成：由角钢杆件与屋架直腹杆组成的垂直桁架，形式为十字交叉形 或W形。 作用：保证屋架受荷后在平面外的稳定；传递纵向水平力。 布置：应与下弦横向水平支撑布置在同一柱间内。 当厂房跨度小于18m且无天窗时，一般可不设垂直支撑和

水 平系杆； 当厂房跨度18~30m、屋架间距为6m、采用大型屋面板时， 应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨中设置 一道垂直支撑； 当屋架跨度大于30m时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或 第二柱间，屋架跨度1/3左右的节点处设置两道垂直支撑。

垂直支撑和水平系杆布置图

(5)水平系杆

构成：分为上弦水平系杆和下弦水平系杆 。 作用：上弦水平系杆是为保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定； 下弦水平系杆是为防止在吊车或有其它水平振动时屋架下弦侧向颤动。 布置：当屋盖设置垂直支撑时，未设置垂直支撑的屋架间，在相应于 垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节点处，设置通长的水平系杆。 刚性系杆(压杆):凡设在屋架端部主要支承节点处和屋架上弦 屋脊节点处的通长水平系杆，均应采用刚性系杆；当屋架横向水 平支撑设在伸缩缝区段两端的第二柱间内时，第一柱间内的水平 系杆均应采用刚性系杆。 柔性系杆(拉杆):其余均可采用柔性系杆。

(6)天窗架支撑构成：包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架间的垂直支撑和水平系杆。 作用：保证天窗架上弦的侧向稳定 ；将天窗端壁上的风荷载传给屋架 。 布置：

纵向位置(柱间) :一般天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均设 置在天窗端部第一柱间内。横向位置(道) :一般垂直支撑设置在天窗两侧。 水平系杆 ：在未设置上弦横向水平支撑的天窗架间设置；应在上弦 节点处设置柔性系杆；对有檩屋盖体系，檩条可以代替柔性系杆。