單層工業廠房結構設計指導書
引言單層工業廠房的結構設計主要包括以下幾個內容：
1. 單層廠房結構布置；
2. 結構構件的選型；
3. 排架結構設計；
①荷載計算：恆、屋面活載（或雪載或積灰荷載）、風載、吊車荷載；
②內力計算；
③內力組合；
④截面設計
4. 基礎設計；
5. 其它構件設計（抗風柱、預埋件等）；
6. 施工圖的繪製。
以下結合一具體例項，詳細對單層廠房結構設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）。廠房每跨各設一台20/5t及5t中級工作制吊車，吊車軌頂標高+9.
90m。基本風壓為0.30kn/m2，基本雪壓0.
2kn/m2，7度抗震設防。廠址地形平坦，廠區地層自上而下為：
（1）耕土層：厚約0.5m；
（2）黃土狀亞粘土：可塑稍溼，厚約2m，地基承載力標準值；
（3）中砂：中密，很濕，厚約4～5m，地基承載力標準值；
（4）卵石：其顆粒空隙由中砂填充，中密，厚約5～7m，；
（5）基岩：表層中等風化，本層鑽進深度2m。
廠區地層（除表土層）承載能力較高，是建築的良好地基。廠區沖積層潛水，據4～5份觀測資料，地下水位高程為 -8.00m，根據調查及對有關資料分析，廠區最高水位為 -6.
00m，且無腐蝕性。
供建廠使用的主要材料有：
（1）鋼材：鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構所需的鋼筋種類、型鋼及鋼板可保證**並備有各種規格。
（2）水泥：普通矽酸鹽水泥，可配製c10～c40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計要求**。柱子可在現場預製。
該項目的施工單位有較高的施工水平，如果設計採用國家標準圖及普通作法，其施工質量均能達到設計及施工驗收規範的要求。
建築構造：
（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
預應力混凝土大型屋面板
（2）牆體：240mm厚磚牆，水泥砂漿粉刷內外牆面，鋁合金門窗。
（3）地面：室內為混凝土地面，室內外高差150mm。
設計任務：
1．單層廠房結構布置；
2．選用標準構件；
3．排架柱及柱下基礎設計。
設計內容：
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、基礎梁、吊車梁及軌道連線件；
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力；
5．柱及牛腿的設計，柱下單獨基礎設計；
6．繪製施工圖
（1）結構布置圖（屋架、天窗架、屋面板、屋蓋支撐布置；吊車梁、柱及柱間支撐、牆體布置）；
（2）基礎施工圖（基礎平面布置圖及配筋圖）；
（3）柱施工圖（柱模板圖、柱配筋圖）。
第一節單層廠房結構布置
一、結構平面布置
在結構平面布置中，廠房的跨度在18m和18m以下，一般取3m的倍數（30）；在18m以上，一般取6m的倍數（60）。必要時也允許採用21m，27m，33m的跨度。廠房的柱距，一般取6m或6m倍數（60），個別也有取9m的柱距。
結構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①、②、③、……表示。軸線的尺寸應符合上述模數的規定。
一）定位軸線
和軸線劃分緊密相關的構件是屋面板和屋架（屋面梁）。軸線尺寸均採用標誌尺寸或標誌尺寸的倍數。所謂標誌尺寸是構件的實際尺寸加上兩端必要的構造尺寸。
例如，大型屋面板的實際尺寸是1490×5970mm，標誌尺寸是1500×6000mm；18m屋面大樑的實際跨度是17950mm，標誌跨度是18000mm。
1、縱向定位軸線
屋架（屋面大樑）的標誌尺寸為3m的倍數，是與大型屋面板的標誌寬度相配合的，而縱向定位軸線亦與屋架（屋面大樑）的標誌尺寸相吻合，如圖1。一般說來，當縱向定位軸線和屋架的標誌尺寸相應，屋面板鋪至屋架邊緣①，屋架的標誌尺寸與縱牆內皮重合時，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。為了吊車和柱子間的構造連線以及吊車安全行駛的需要，吊車的軌距要小於廠房的標誌跨度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m，例如為13.
5m，16.5m，22.5m等，吊車軌道中心至縱向定位軸線的距離為（=750mm。
圖 1
圖2如圖2b，c所示，縱向定位軸線能否與縱牆內皮重合，則與吊車端部尺寸（查表1.1《起重運輸機械專業標準zq1—62》）、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。一般說來，當吊車起重量≤50t時，≥80mm，否則≥100mm。
由排架內力分析得到，一般採用400mm，500mm，……。當（取最小值）+ (估算)≤750mm時，縱向定位軸線可以與外縱牆內皮重合，屋面板正好鋪至牆內皮，屋面不出現縫隙，這就是封閉式縱向定位軸線（圖2b）。當＞750mm時，柱需外移，以滿足要求，這時縱向定位軸線位置不變，但外縱牆內皮不能和它重合，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。
非封閉軸線與外縱牆內皮間的距離稱為聯絡尺寸，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＞750mm時（圖2d），必需增設一條縱向定位軸線。
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誌尺寸相重合的。在廠房盡端，橫向定位軸線與山牆內皮重合，將山牆內側第一排柱中心線內移600m，並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牆抗風柱的位置不發生衝突，使端部屋面板與中部屋面板的長度相同，使屋面板端頭與山牆內皮重合，屋面不留縫隙，以形成封閉式橫向定位軸線。同理，伸縮縫兩邊亦應各移600mm，使伸縮縫中心線與橫向定位軸線重合。
二）構件的平面布置
單層廠房構件的平面布置較規則，它主要與構件的型號有關，一旦構件選定，平面布置即可確定，具體布置詳見下節。
表1-1 50500/50kn一般用途電動橋式起重機基本引數和尺寸
《起重運輸機械專業標準zq1—62》
續表1-1 50500/50kn一般用途電動橋式起重機基本引數和尺寸
《起重運輸機械專業標準zq1—62》
圖 3
圖 4
二、結構剖面布置
廠房的高度，指的是屋架下弦下皮（或屋蓋結構最低構件的下皮）以及吊車軌頂距室內地面的高度，分別是以屋架下弦底面標高和軌頂標高表示（室內地面標高為±0.000）。這兩個數值是廠房結構剖面設計中的兩個重要引數，要綜合考慮生產工藝和建築結構兩方面的因素才能確定。
無吊車廠房，屋架下弦底面標高由裝置的高度和生產需要的使用高度確定。
有吊車廠房，屋架下弦底面標高由裝置的高度和吊車需要的高度確定，並可用下式表達：
，或取兩個數值中的較大者（圖4）。
式中，——最高裝置的高度，由工藝設計人確定，當只有個別高大裝置時，可採用區域性降低該處地面的辦法以減少廠房高度；——超越安全高度（≥500mm）；——最高吊物高度，——吊索最小高度（、均由工藝設計人確定）；、——吊車底、頂至吊車軌頂高度（查表1-1）；h7——吊車行駛安全高度（≥220mm）；——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（）得到，一般由工藝設計人向土建設計人提供。
吊車軌頂標高減去吊車軌道連線高度和吊車梁樑端高度（均可查有關標準圖集），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，都應按照《廠房建築統一化基本規則》，考慮統一模數的要求。當外牆採用大型板材時，還應與板材的尺寸相適應。
對於連續多跨廠房，如果相鄰各跨根據各自的工藝需要所決定的廠房高度參差不一時，會使得構造複雜，計算麻煩，構件規格增多，不利於工業化施工。這時最好做成等高廠房，可以增加廠房結構的剛度，簡化構造處理。一般可按下列規定處理：
（1）當高跨一側僅有乙個低跨時，如高度差≤2.10m，可不設高低跨；
（2）當高跨一側連續有兩個低跨時，如高度差≤1.80m，可不設高低跨；
（3）當高跨一側連續有三個低跨（或更多）時，如高度差≤1.50m，可不設高低跨。
確定廠房高度的原則是，在滿足生產工藝前提下，盡可能合理地降低廠房高度，以便減小柱的內力，減少圍護結構面積，降低造價；同時還要考慮減少構件種類，簡化連線構造，保證施工方便等因素。總之，應結合具體工程特點，進行全面分析來確定。
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