单层厂房常见问题解答.docx

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单层厂房常见问题解答

第12章单层厂房常见问题解答

1．单层厂房的特点如何？

答：

承载能力方面的特点：

作用在单层厂房结构上的荷载、厂房的跨度和高度都往往比较大，并且常受到来自吊车、动力机械设备的荷载的作用，要求单层厂房的结构构件要有足够的承载能力。

设计方式方面的特点：

为了便于定型设计，单层厂房常采用构配件标准化、系列化、通用化、生产工厂化和便于机械化施工的建造方式。

本章主要讲述常用的装配式钢筋混凝土排架结构的单层厂房。

2．单层厂房的结构体系及其组成如何？

答：

单层厂房的结构体系及其组成：

（1）屋盖和墙体维护结构体系

屋面板、屋架或屋面梁、托架、天窗架属于屋盖结构体系。

屋盖结构分无檩屋盖和有檩屋盖两种，无檩屋盖由大型屋面板、屋面梁或屋架（包括屋盖支撑）组成，有檩屋盖由小型屋面板、檩条、屋架（包括屋盖支撑）组成。

当设有天窗架、托架时，主要起围护和承重（承重屋架结构自重、屋面活荷载、雪荷载和其它荷载），以及采光和通风的作用。

（2）横向排架结构体系

屋面梁或屋架、横向柱列和基础等组成横向平面排架结构，它是单层厂房的基本承重结构。

（3）纵向排架结构体系

纵向平面排架结构体系是由纵向柱列和基础、连系梁、吊车梁和柱间支撑等组成的。

它的作用是保证厂房结构的纵向稳定和承受纵向水平荷载的作用。

3．单层厂房的结构型式上可分为哪两大类？

其组成、特点和适用如何？

答：

单层厂房的结构型式上可分为排架结构和刚架结构二大类。

（1）排架结构型式是指钢筋混凝土排架由屋面梁（或屋架）、柱和基础组合，排架柱上部与屋架铰接，排架柱下部与基础刚接的结构型式。

排架结构是目前单层厂房的基本结构形式。

其跨度可超过30m，高度达20~30m或更高，吊车吨位可达150吨以上。

根据生产工艺和使用要求，排架结构可设计成如图12-2所示的单跨结构和多跨结构。

多跨结构可以采用如图12-3所示的等高、不等高和锯齿形等多种形式。

排架结构具有构造简单、施工方便的特点。

图12-2排架类型

图12-3锯齿形厂房

（2）刚架结构型式的特点是梁柱合一，刚接成一个构件，柱下部与基础铰接，顶节点可为铰接或刚接。

目前常用的刚架结构是装配式门式刚架。

顶节点为铰接时，称为三铰门式刚架（图12-4a），顶节点为刚接时称为二铰门式刚架（图12-4b）。

门式刚架可以做成单跨或多跨结构，其顶部一般为人字形，也可做成弧形。

图12-4单层厂房门式刚架结构体系

刚架结构具有构件种类少，制作较简单，结构轻巧，室内有较大空间的优点，但由于横梁在荷载作用下会产生水平推力，产生跨变，在梁柱节点处易产生早期裂缝。

所以门式刚架一般适用于吊车起重量不超过10吨，跨度不超过16-34m的金工，机修，装配等车间或仓库。

4．单层厂房的传力途径如何？

答：

为了说明作用在厂房上的荷载是如何传递到地基的，结合上述的体系，将荷载分为竖向荷载和水平荷载，其荷载的传递路线如图12-6所示。

由荷载的传递路线可以看出，作用在厂房结构上的大部分荷载（屋盖上的竖向荷载，吊车上的竖向荷载和横向水平荷载，横向风荷载或横向地震作用，部分墙体和墙梁的自重以及柱上的设备等荷载）都是通过横向排架传给基础、再传到地基中去。

所以，一般单层厂房中，横向排架是主要承重结构，屋架、吊车梁、柱和基础是主要承重构件。

5．什么称为单层厂房的柱网？

什么是单层厂房的柱网布置？

纵向定位轴线与横向定位轴线如何表示？

答：

承重柱和承重墙在平面上构成的网格称为柱网。

柱网布置就是确定柱子的跨度（即纵向定位轴线之间的距离）和柱距（即横向定位轴线之间的距离）。

纵向定位轴线，一般以

、

、

、……表示；横向定位轴线，一般以

、

、

、……表示。

6．柱网布置的一般原则是什么？

答：

柱网布置的一般原则是：

符合生产和使用要求；建筑平面和结构方案经济合理；在厂房结构形式和施工方法上先进和合理；符合《厂房建筑模数协调标准》（GBJ6—86）的规定；适应生产发展和技术革新的要求。

7．按照模数化的要求，厂房的跨度、柱距尺寸的取值有何要求？

答：

按照模数化的要求，厂房的跨度在18m以下，一般取3m的倍数；在18m以上，取6m的倍数，当工艺布置和技术经济有明显优越性时，也可采用21m，27m或33m的跨度。

厂房的柱距，一般取6m的倍数。

8．通常所说的单层厂房的变形缝哪三种？

单层厂房的变形缝是如何设置的？

答：

通常所说的单层厂房的变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。

伸缩缝从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结构完全分开，留出一定宽度的缝隙，当温度变化时，结构可自由的变形，防止房屋开裂。

沉降缝是将两侧厂房结构（包括基础）全部分开。

沉降缝也可兼作伸缩缝。

防震缝是为了减轻厂房震害而设置的。

当厂房平、立面布置复杂，结构高度或刚度相差很大，以及厂房侧变建变电所、生活间等坡屋时，应设置防震缝将相邻两部分完全分开。

地震区的厂房的伸缩缝和沉降缝均应符合防震缝的要求。

9．什么是厂房支撑体系？

单层厂房的支撑体系包括哪两部分？

答：

厂房支撑体系是连系屋架、柱等构件，使其构成厂房空间整体，保证整体刚性和结构几何稳定性的重要组成部分。

单层厂房的支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑两部分。

10．厂房屋盖支撑包括哪些部分？

答：

厂房屋盖支撑包括上、下弦横向水平支撑，纵向水平支撑，垂直支撑和纵向水平系杆。

11．什么是横向水平支撑？

横向水平支撑布置的位置及作用如何？

什么情况下应布置横向水平支撑？

答：

横向水平支撑是由交叉角钢和屋架上弦或下弦组成的水平桁架。

横向水平支撑布置在温度区段的两端及厂房端部的第一或第二柱间，其作用是加强屋盖的整体刚性，保证屋架的侧向稳定，将山墙抗风柱所承受的纵向水平力传至两侧柱列上。

凡屋面为有檩体系或屋面虽为无檩体系，但屋面板与屋架连接点的焊接质量不能保证，且山墙抗风柱与屋架上弦连接时应设置上弦横向水平支撑。

当天窗通到厂房端部的第二柱间或通过伸缩缝时，应在第一或第二柱间的天窗范围内设置上弦横向水平支撑并在天窗范围内沿纵向设置一到三道通长的受压系杆，

12．什么是纵向水平支撑？

纵向水平支撑的设置应根据哪些因素确定？

在什么情况下必须设置纵向水平支撑？

纵向水平支撑布置在什么位置？

答：

纵向水平支撑是由钢杆件和屋架下弦第一节间组成的水平桁架，作用是加强屋盖结构在横向水平面内的刚度，使横向水平荷载沿纵向分布。

纵向水平支撑的设置应根据厂房跨度、跨数和高度、屋架承重结构方案、吊车吨位及工作等因素确定。

当局部柱间设有托架时，则必须在设有托架的柱间和两端相邻的一个柱间设置下弦纵向水平支撑。

纵向水平支撑布置在下弦平面端节点中。

13．什么是垂直支撑？

垂直支撑有哪些形式？

垂直支撑的作用如何？

答：

垂直支撑是由钢杆件与屋架的垂直腹杆或天窗架的立柱组成的垂直桁架。

垂直支撑有十字交叉形，W形，斜叉形等。

垂直支撑通常与横向水平支撑配合使用，保证屋架及天窗架在荷载作用下的平面外稳定，将屋架上弦平面内的水平荷载传递到屋架下弦平面内。

14．单层厂房属在什么情况下应设置柱间支撑

答：

当单层厂房属下列情况之一时，应设置柱间支撑。

（1）厂房内设有重级工作制吊车或中、轻级工作制吊车，起重量在10t以上时；

（2）厂房跨度在18m及18m以上或柱高在8m或8m以上时；

（3）纵向柱的总数每排在7根以下时；

（4）设有3t及3t以上悬挂吊车时；

（5）露天吊车的柱列。

15．抗风柱的作用如何？

答：

单层厂房的山墙因受风面积较大，一般需设置抗风柱将山墙分为几个区格，使墙面所受到的风荷的一部分（靠近纵向柱列区格）直接传给纵向柱列，另一部分则经抗风柱下端传给基础，上端通过屋盖系统传给纵向柱列。

16．圈梁、连系梁、过梁和基础梁分别有那些作用？

答：

当用砖墙作为维护墙体时，一般要设置圈梁、连系梁、过梁和基础梁。

圈梁的作用是将墙体和柱、抗风柱等箍在一起，增加厂房的整体刚性，防止由于地基发生过大的不均匀沉降或较大振动荷载引起的不利影响。

连系梁的作用是支承墙体重量，连系纵向柱列，增强厂房纵向刚度，传递纵向水平荷载。

过梁的作用是承托门窗洞口上部的墙体重量。

基础梁的作用是承受墙体重量，并把围护墙体重量传给柱基，不另做墙体基础。

17．钢筋混凝土单层厂房结构的构件主要包括哪些？

哪些构件一般都可以根据具体工程，从工业厂房结构构件标准图集中选用标准、定型的构件。

答：

钢筋混凝土单层厂房结构的构件主要包括有屋面板、天窗架、支撑、吊车梁、墙板、连系梁、基础梁、柱、基础等。

为了加速建设步伐，提高设计标准化水平，缩短工期，这些构件除柱和基础外，一般都可以根据具体工程，从工业厂房结构构件标准图集中选用标准、定型的构件。

18．单层厂房的屋盖结构分哪两种？

无檩体系和有檩体系分别由哪些构件组成，其特点和作用如何？

答：

单层厂房的屋盖结构分无檩体系和有檩体系两种。

无檩体系由大型屋面板、天窗架、屋架和屋盖支撑组成，这种体系有较好的整体性和刚度，并且构件种类和数量较少，施工速度快，适用于大中型单层厂房。

有檩体系由小型屋面板、檩条、屋架和屋盖支撑组成，这种体系具有构件尺寸小，重量轻，便于运输和安装的特点，但是由于构件种类多，承载力较低，屋盖的刚度和整体性较差，一般用于非保温的小型车间和山区建筑中。

19．钢筋混凝土单层工业厂房结构的计算分析过程是如何进行简化的？

答：

钢筋混凝土单层工业厂房结构是一个空间结构，它的计算分析过程是求解一个空间结构的过程；但为了计算的简单，通常都将整个结构按纵、横向平面排架分别进行结构计算。

也就是说，近似的认为各个横向平面排架之间和各个纵向平面排架之间都是互不影响，独立工作的，从而把问题简化。

由于纵向排架柱子往往较多，纵向刚度较好，因此在承受吊车纵向制动力和山墙传来的纵向风荷作用时，每根柱子引起的内力值较小，故纵向排架一般可以不必计算，只需进行纵向排架在地震力作用下的内力分析和验算。

横向排架承受厂房的主要荷载作用，而且柱子较少，刚度亦较差，因此厂房结构设计时，必须进行横向排架内力分析和计算。

20．排架内力分析的目的是什么？

其主要内容包括哪些？

答：

排架内力分析的目的主要是为了求得在各种荷载作用下起控制作用的构件截面的最不利内力，以此作为设计柱子和基础的依据。

主要内容为：

计算单元的选取、荷载计算、柱控制截面的内力分析和内力组合。

必要时，还应验算排架的水平位移值。

21．一般钢筋混凝土排架通常作哪些假定？

答：

一般钢筋混凝土排架通常作如下假定：

（1）柱的下端与基础固结：

将钢筋混凝土预制柱插入基础杯口一定的深度，并用高强等级的细石混凝土和基础紧密地浇成一体，因此可作为固端考虑。

（2）柱的上端与屋架（或者屋面梁）铰接：

屋架（或者屋面梁）与柱顶连接处，用螺栓连接或用预埋件焊接，这种连接对抵御转动的能力很弱，因此可作为铰接考虑。

（3）排架横梁为无限轴向刚性的刚杆，横梁两端处的柱的水平位移相等：

排架横梁为钢筋混凝土屋架或屋面梁时，由于这类构件的下弦刚度较大，在受力后长度变化很小，可以略去不计，因此可认为横梁是刚性连杆。

但当横梁采用下弦刚度较小的组合式屋架或三绞拱、二绞拱等屋架时，由于变形较大，则应考虑横梁轴向变形对排架内力的影响。

22．根据结构上作用的荷载在时间和空间上的变异，排架上的荷载在设计上可分为哪三类？

答：

根据结构上作用的荷载在时间和空间上的变异，在设计上可分为三类。

（1）永久荷载（恒荷载）：

在结构使用期间，其值不随时间变化，或其量值随时间的变异与平均值相比可以忽略不计者；也包括具有某个限值的单调变异的荷载，例如结构自重、土压力等。

（2）可变荷载（活荷载）：

在结构使用期间，其量值随时间的变异既不是单调的，与平均值相比又不可忽略的荷载。

例如楼面活荷载、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载等。

（3）偶然荷载：

在设计所考虑的使用期间下不一定出现的荷载，但它一旦出现，其量值很大且持续时间很短。

例如爆炸力、撞击力、龙卷风、地震作用等。

23．作用在排架上的荷载标准值（以下简称荷载）主要有哪些？

答：

作用在排架上的荷载标准值（以下简称荷载）主要有：

（1）厂房结构的恒荷载。

一般包括屋盖自重G1，上柱自重G2，下柱自重G3，吊车梁及轨道等零件自重G4以及有时支承在柱牛腿上的维护结构等重量G5；

（2）活荷载一般包括：

屋面活荷载Q1;吊车荷载，包括吊车垂直轮压和水平制动力。

Dmax、Tmax；均布风荷载和集中于柱顶标高处的集中风载，如q、FW等。

24．等高排架在任意荷载作用下采用剪力分配法计算时哪三个步骤？

答：

等高排架在任意荷载作用下采用剪力分配法计算时可以分为三个步骤：

图12-37

（1）在直接受荷柱的顶端加一不动铰支座以阻止水平侧移，求其支座反力R。

现以吊车横向水平制动力Tmax为例，见图12-37。

（2）撇除附加的铰支座，且加反向作用力R于排架柱顶，见图12-37，以恢复到原来的实际情况。

（3）把图12-37两种情况求得的排架各柱内力叠加起来，即为排架的实际内力。

25．什么是排架的荷载组合和内力组合？

答：

排架结构除承受永久荷载作用外，还承受可变荷载的作用（一种或是多种），对于排架柱的某一截面而言，并不一定是在所有可变荷载同时作用时产生的内力才是最不利的。

因此在排架柱内力分析时，是先将排架内力分析中各种荷载单独作用时各柱的内力的结果求出来，经过组合，求出起控制作用的截面的最不利内力，以此作为柱及基础配筋计算的依据。

26．单层厂房内力组合时的控制截面是哪里？

答：

单层厂房内内力组合时的控制截面应为上柱的底部截面、牛腿的顶部面和下柱的底部截面。

27．对不考虑抗震计算的单层工业厂房排架，常见的荷载组合有哪几种？

答：

对不考虑抗震计算的单层工业厂房排架，常见的荷载组合有以下几种：

（1）恒荷载+0.9（屋面活荷载+吊车荷载+风荷载）；

（2）恒荷载+0.9（屋面活荷载+风荷载）;

（3）恒荷载+0.9 （吊车荷载+风荷载）；

（4）恒荷载+0.9 （屋面活荷载+吊车荷载）；

（5）恒荷载+吊车荷载；

（6）恒荷载+风荷载

28．对于排架柱通常考虑哪四种内力组合

答：

对于排架柱通常考虑以下四种内力组合：

（1）+Mmax及相应的N、V；

（2）-Mmax及相应的N、V；

（3）Nmax及相应的M、V；

（4）Nmin及相应的M、V。

29．进行单层厂房结构的内力组合时，还应注意哪几点问题？

答：

进行单层厂房结构的内力组合时，还应注意以下几点问题：

（1）永久荷载在任何一种内力组合下都存在。

（2）吊车竖向荷载Dmax可分别作用在一跨的左柱或右柱，对于这两种情况，每次只能选择其中一种情况参加内力组合。

对于单跨厂房，参与组合的吊车不宜多于两台。

（3）在考虑吊车横向水平荷载时，该跨必然相应作用有该吊车的竖向荷载；但在考虑该吊车竖向荷载时，该跨不一定相应作用有该吊车的横向水平荷载。

（4）在考虑吊车横向水平荷载时，对单跨或多跨厂房，参与组合的吊车不应多于两台。

对于多跨厂房，可能有两种情况：

即任意一跨内有两台吊车或任意两跨内各有一台吊车。

对这两种情况均应考虑不同方向制动的两种情况，但只能选其中一种情况参与组合。

（5）风荷载的作用方向有向左和向右两种，只能考虑其中一种参与组合。

（6）在没有吊车的厂房中，第

（2）种及第（6）种荷载组合往往起决定性作用。

对有吊车的厂房，当不考虑吊车荷载时，柱的计算长度按无吊车厂房采用。

30．影响厂房空间作用的主要因素有哪些？

答：

一般来说影响厂房空间作用有下列主要因素。

（1）屋盖的刚度：

屋盖刚度越大，则空间作用越显著，所以无檩体系屋盖比有檩体系屋盖空间作用大。

另外，厂房跨度越大，空间作用也越大。

（2）厂房两端山墙：

有无山墙对厂房空间作用影响很大，有山墙时厂房的空间作用比无山墙的情况大好几倍。

（3）厂房长度：

对有山墙厂房，厂房长度越长，山墙的作用相对减弱；对无山墙厂房或一端有山墙的厂房则相反，厂房长度越长，空间作用越大。

（4）排架本身的刚度：

排架本身的刚度越大，直接受力排架承担的荷载越多，传给其它排架的荷载越小，空间作用越小。

31．在什么情况下，排架计算不考虑空间作用？

答：

在下列情况下，排架计算不考虑空间作用（即取μ=1）：

（1）当厂房一端有山墙或两端均无山墙，且厂房长度小于36m时；

（2）天窗跨度大于厂房跨度的二分之一，或者天窗布置使厂房屋盖沿纵向不连续时；

（3）厂房柱距大于12m时（包括一般柱距小于12m，但有个别柱距不等且最大柱距超过12m的情况；

（4）当屋架下弦为柔性拉杆时。

32．吊车竖向荷载和横向水平荷载作用下，考虑单跨厂房空间作用的排架内力计算，可按什么步骤进行？

答：

吊车竖向荷载和横向水平荷载作用下，考虑单跨厂房空间作用的排架内力计算，可按下列步骤进行：

（1）排架柱顶附加不动铰支座，求出支座反力R；

（2）将柱顶反力R乘以厂房空间作用分配系数μ，并将它沿反方向施加于撤除附加铰支座的排架柱顶；

（3）将以上两种情况求得的排架各柱内力叠加起来，即为所求各柱内力。

33．钢筋混凝土柱的设计内容包括哪些？

答：

钢筋混凝土柱的设计内容包括：

（1）选择柱的形式—在结构设计的方案阶段，根据厂房规模和荷载的大小，考虑到地区材料、施工等方面的具体条件，通过技术经济分析比较，选择柱的形式。

（2）确定柱的外形—根据厂房的结构形式、工艺和建筑要求确定。

（3）柱的截面配筋计算—在排架内力分析（包括抗震验算和内力组合）的基础上，计算保证承载力所需要的柱截面配筋，并验算柱在吊装运算阶段的承载力和裂缝宽度。

（4）牛腿设计—支承吊车梁和墙梁的柱牛腿的设计。

（5）进行连接构造设计—指柱与屋架、吊车梁、柱间支撑等构件进行连接时，需要预埋在柱中的埋件的设计。

34．在单层厂房中，为什么要重视牛腿的设计？

牛腿设计内容主要包括哪些？

答：

在单层厂房中，常采用柱侧伸出牛腿来支撑屋架、（屋面梁）、托架和吊车梁。

因此牛腿是单层厂房柱很重要的组成部分。

它负荷大，受力状态复杂，因此必须重视牛腿的设计。

牛腿设计内容主要包括确定牛腿的截面尺寸、进行配筋计算和构造设计。

35．牛腿按其所受竖向荷载作用点到下柱边缘的距离a分为哪两类？

答：

牛腿按其所受竖向荷载作用点到下柱边缘的距离a分为两类：

当a

时为短牛腿；当a

时为长牛腿。

36．牛腿的破坏形态随着

值的不同而不同，大致上可分为哪三种？

答：

牛腿的破坏形态随着

值的不同而不同，大致上可分为以下三种：

（1）弯压破坏：

当

和纵筋配筋率较低时，发生的破坏形态。

（2）斜压破坏：

当

时，发生的破坏形态。

（3）剪切破坏：

当

或

虽大但是牛腿边缘高度较小时，发生的破坏形态。

37．偏心受压基础设计一般基础底面积的确定可按哪些步骤进行？

答：

一般基础底面积的确定可按以下步骤进行：

先按中心受压情况计算基础底面积

；

估算偏心受压基础底面积

，基础底面长、短边之比

应当小于或等于

，一般可取

左右；

按式（12-51）或式（12-52）计算

和

，按照《建筑地基基础设计规范》规定，偏心受压基础的基底总压应力应满足，

（12-53）

（12-54）

如不满足式（12-53）和式（12-54）要求时，应调整底面积，直至满足为止；

对有吊车厂房，应控制

，以免基础基底反力不均匀而引起基础过量转动而影响厂房正常使用；对无吊车厂房，当基础荷载中计入风荷载引起的内力时，允许

，但应控制

，以防基础转动过大。

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