厂房框架形式将以钢结构为主

厂房的主要承重结构通常采用框架体系，因为框架体系的横向刚度较大，且能形成矩形的内部空间，便于桥式吊车运行，能满足使用上的要求。

厂房横向框架的柱脚一般与基础刚接，而柱顶可分为铰接和刚接两类。柱顶铰接的框架对基础不均匀沉陷及温度影响敏感性小，框架节点构造容易处理，且因屋架端部不产生弯矩，下弦杆始终受拉，可免去一些下弦支撑的设置。但柱顶铰接时下柱的弯矩较大，厂房横向刚度差，因此一般用于多跨厂房或厂房高度不大而刚度容易满足的情况。当采用钢屋架、钢筋混凝土柱的混合结构时，常采用铰接框架形式。

反之，在厂房较高，吊车的起重量大，对厂房刚度要求较高时，钢结构的单跨厂房框架常采用柱顶刚接方案。在选择框架类型时必须根据具体条件进行分析比较。

7.1.4.1　横向框架主要尺寸和计算简图

（1）主要尺寸。框架的主要尺寸如图7.3所示。

图7.3　横向框架尺寸的确定

框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的横向距离，可由下式定出:

式中　LK——桥式吊车的跨度；

S——由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离，应满足下式要求:

B——吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查得；

D——吊车外缘和柱内边缘之间的必要空隙:当吊车起重量不大于500k N时，不宜小于80mm；当吊车起重量大于或等于750k N时，不宜小于100mm；当在吊车和柱之间需要设置安全走道时，则D不得小于400mm；

b1——上段柱宽度。

S的取值:对于中型厂房一般采用0.75m或1m，重型厂房则为1.25m甚至达2.0m。框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离:

式中　h1——吊车轨顶至屋架下弦底面的距离:

h2——地面至吊车轨顶的高度，由工艺要求决定；

h3——地面至柱脚底面的距离。中型车间约为0.8～1.0m，重型车间为1.0～1.2m。

式（7.4）中A为吊车轨道顶面至起重小车顶面之间的距离；250～300mm是考虑屋架的挠度和下弦水平支撑下伸肢宽及制造、安装误差所留出的空隙。

吊车梁的高度可按1/5～1/12L选用，L为吊车梁的跨度，吊车轨道高度可根据吊车起重量决定。框架横梁一般采用梯形或人字形屋架，其形式和尺寸参见本章7.2节。

（2）计算简图。单层厂房框架是由柱和屋架（横梁）所组成，各个框架之间有屋面板或檩条、托架、屋盖支撑等纵向构件相互连接在一起，故框架实际上是空间工作的结构，应按空间工作计算才比较合理和经济，但由于计算较繁，工作量大，所以通常均简化为单个的平面框架（图7.4）来计算。框架计算单元的划分应根据柱网的布置确定（图7.2），使纵向每列柱至少有一根柱参加框架工作，同时将受力最不利的柱划入计算单元中。对于各列柱距均相等的厂房，只计算一个框架。对有拔柱的计算单元，一般以最大柱距作为划分计算单元的标准，其界限可以采用柱距的中心线，也可以采用柱的轴线，如采用后者，则对计算单元的边柱只应计入柱的一半刚度，作用于该柱的荷载也只计入一半。

图7.4　横向框架的计算简图

（a）柱顶刚接；（b）柱顶铰接

对于由格构式横梁和阶形柱（下部柱为格构柱）所组成的横向框架，一般考虑桁架式横梁和格构柱的腹杆或缀条变形的影响，将惯性矩（对高度有变化的桁架式横梁按平均高度计算）乘以折减系数0.9，简化成实腹式横梁和实腹式柱。对柱顶刚接的横向框架，当满足下式的条件时，可近似认为横梁刚度为无穷大，否则横梁按有限刚度考虑:

式中　KAB——横梁在远端固定使近端A点转动单位角时在A点所需施加的力矩值；

KAB——柱在A点转动单位角时在A点所需施加的力矩值。

框架的计算跨度L（或L1、L2）取为两上柱轴线之间的距离。

横向框架的计算高度H:柱顶刚接时，可取为柱脚底面至框架下弦轴线的距离（横梁假定为无限刚性），或柱脚底面至横梁端部形心的距离（横梁为有限刚性）[图7.5（a）、（b）]；柱顶铰接时，应取为柱脚底面至横梁主要支承节点间距离[图7.5（c）、（d）]。对阶形柱应以肩梁上表面作分界线将H划分为上部柱高度H1和下部柱高度H2。

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图7.5　横向框架的高度取值方法

（a）柱顶刚接，横梁视为无限刚性；（b）柱顶刚接，横梁视为有限刚性；（c）柱顶铰接，横梁为上承式；（d）柱顶铰接，横梁为下承式

7.1.4.2　横向框架的荷载和内力

（1）荷载。作用在横向框架上的荷载可分为永久荷载和可变荷载两种。

永久荷载有:屋盖系统、柱、吊车梁系统、墙架、墙板及设备管道等的自重。这些重量可参考有关资料、表格、公式进行估计。

可变荷载有:风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、吊车荷载、地震荷载等。这些荷载可由荷载规范和吊车规格查得。

对框架横向长度超过容许的温度缝区段长度而未设置伸缩缝时，则应考虑温度变化的影响；对厂房地基土质较差、变形较大或厂房中有较重的大面积地面荷载时，则应考虑基础不均匀沉陷对框架的影响。永久荷载的荷载分项系数为γG＝1.2（计算柱脚锚栓时取1.0），可变荷载的荷载分项系数γQ＝1.4。雪荷载一般不与屋面均布活荷载同时考虑，积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载两者中的较大者同时考虑。屋面荷载化为均布的线荷载作用于框架横梁上。当无墙架时，纵墙上的风力一般作为均布荷载作用在框架柱上；有墙架时，尚应计入由墙架柱传于框架柱的集中风荷载。作用在框架横梁轴线以上的屋架及天窗上的风荷载按集中在框架横梁轴线上计算。吊车垂直轮压及横向水平力一般根据同一跨间、两台满载吊车并排运行的最不利情况考虑，对多跨厂房一般只考虑四台吊车作用。

（2）内力分析和内力组合。框架内力分析可按结构力学的方法进行，也可利用现成的图表或计算机程序分析框架内力。应根据不同的框架，不同的荷载作用，采用比较简便的方法。为便于对各构件和连接进行最不利的组合，对各种荷载作用应分别进行框架内力分析。

为了计算框架构件的截面，必须将框架在各种荷载作用下所产生的内力进行最不利组合。要列出上段柱和下段柱的上下端截面中的弯矩、轴向力和剪力。此外还应包括柱脚锚固螺栓的计算内力。每个截面必须组合出正弯矩最大及相应的轴向力和剪力；负弯矩最大及相应的轴向力和剪力；轴向力最大及相应的弯矩和剪力；对柱脚锚栓则应组合出可能出现的最大拉力:即最小轴向力和相应的最大弯矩（绝对值最大）和剪力的组合。

柱与屋架刚接时，应对横梁的端弯矩和相应的剪力进行组合。最不利组合可分为4组:①使屋架下弦杆产生最大压力[图7.6（a）]；②使屋架上弦杆产生最大压力，同时也使下弦杆产生最大拉力[图7.6（b）]；③、④使腹杆产生最大拉力或最大压力[图7.6（c）、（d）]。组合时考虑施工情况，只考虑屋面恒载所产生的支座端弯矩和水平力的不利作用，不考虑它的有利作用。

图7.6　框架横梁端弯矩最不利组合

在内力组合中，一般采用简化规则由可变荷载效应控制的组合:当只有一个可变荷载参与组合时，组合值系数取1.0，即:恒载＋可变荷载；当有两个或两个以上可变荷载参与组合时，组合值系数取0.9，即:恒载＋0.9（可变荷载1＋可变荷载2＋……）。在地震区应参照《建筑抗震设计规范》进行偶然组合。对单层吊车的厂房，当对采用两台及两台以上吊车的竖向和水平荷载组合时，应根据参与组合的吊车台数及其工作制，乘以相应的折减系数。比如两台吊车组合时，对轻中级工作制吊车，折减系数为0.9；对重级工作制吊车，折减系数取0.95。

7.1.4.3　框架柱的类型

框架柱按结构形式可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱三大类。

等截面柱有实腹式和格构式两种[图7.7（a）、（b）]，通常采用实腹式。等截面柱将吊车梁支于牛腿上，构造简单，但吊车竖向荷载偏心大，只适用于吊车起重量Q＜150k N，或无吊车且厂房高度较小的轻型厂房中。

阶形柱也可分为实腹式和格构式两种[图7.7（c）、（d）、（e）]。从经济角度考虑，阶形柱由于吊车梁或吊车桁架支承在柱截面变化的肩梁处，荷载偏心小，构造合理，其用钢量比等截面柱节省，因而在厂房中广泛应用。阶形柱还根据厂房内设单层吊车或双层吊车做成单阶柱或双阶柱。阶形柱的上段由于截面高度h不高（无人孔时h＝400～600mm；有人孔时h＝900～1000mm），并考虑柱与屋架、托架的连接等，一般采用工字形截面的实腹柱。下段柱，对于边列柱来说，由于吊车肢受的荷载较大，通常设计成不对称截面，中列柱两侧荷载相差不大时，可以采用对称截面。下段柱截面高度≤1m时，采用实腹式；截面高度≥1m时，采用缀条柱[图7.7（d）、（e）]。

分离式柱[图7.7（f）]由支承屋盖结构的屋盖肢和支承吊车梁或吊车桁架的吊车肢所组成，两柱肢之间用水平板相连接。吊车肢在框架平面内的稳定性就依靠连在屋盖肢上的水平连系板来解决。屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊车水平荷载，按压弯构件设计。吊车肢仅承受吊车的竖向荷载，当吊车梁采用突缘支座时，按轴心受压构件设计；当采用平板支座时，仍按压弯构件设计。分离式柱构造简单，制作和安装比较方便，但用钢量比阶形柱多，且刚度较差，只宜用于吊车轨顶标高低于10m、且吊车起重量Q≥75t的情况，或者相邻两跨吊车的轨顶标高相差很悬殊，而低跨吊车的起重量Q≥50t的情况。

图7.7　框架柱的形式

（a）等截面实腹柱；（b）等截面格构柱；（c）阶形实腹柱；（d）阶形格构柱；（e）双阶柱；（f）分离式柱

7.1.4.4　纵向框架的柱间支撑

（1）柱间支撑的作用和布置。柱间支撑与厂房框架柱相连接，其作用为:①组成坚强的纵向构架，保证广房的纵向刚度；②承受厂房端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力等，在地震区尚应承受厂房纵向的地震力，并传至基础；③可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度。

柱间支撑由两部分组成:在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑，下层柱间支撑与柱和吊车梁一起在纵向组成刚性很大的悬臂桁架。显然，将下层支撑布置在温度区段的端部，在温度变化的影响方面将是很不利的。因此，为了使纵向构件在温度发生变化时能较自由地伸缩，下层支撑应该设在温度区段中部。只有当吊车位置高而车间总长度又很短（如混铁炉车间）时，下层支撑设在两端不会产生很大的温度应力，而对厂房纵向刚度却能提高很多，这时放在两端才是合理的。

当温度区段小于90m时，在它的中央设置一道下层支撑[图7.8（a）]；如果温度区段长度超过90m，则在它的1/3点处各设一道支撑[图7.8（b）]，以免传力路程太长。

图7.8　柱间支撑的布置

上层柱间支撑又分为两层，第一层在屋架端部高度范围内属于屋盖垂直支撑。当屋架为三角形或虽为梯形但有托架时，并不存在此层支撑。第二层在屋架下弦至吊车梁上翼缘范围内。为了传递风力，上层支撑需要布置在温度区段端部，由于厂房柱在吊车梁以上部分的刚度小，不会产生过大的温度应力，从安装条件来看这样布置也是合适的。此外，在有下层支撑处也应设置上层支撑。上层柱间支撑宜在柱的两侧设置，只有在无人孔而柱截面高度不大的情况下才可沿柱中心设置一道。下层柱间支撑应在柱的两个肢的平面内成对设置，如图7.8（b）侧视图的虚线所示；与外墙墙架有联系的边列柱可仅设在内侧，但重级工作制吊车的厂房外侧也同样设置支撑。此外，吊车梁和辅助桁架作为撑杆是柱间支撑的组成部分，承担并传递厂房纵向水平力。

（2）柱间支撑的形式和计算。柱间支撑按结构形式可分为十字交叉、八字式、门架式等（图7.9）。十字交叉支撑的构造简单、传力直接、用料节省，使用最为普遍，其斜杆倾角宜为45°左右。上层支撑在柱间距大时可改用斜撑杆；下层支撑高而不宽者可以用两个十字形，高而刚度要求严格者可以占用两个空间[图7.9（c）]。当柱间距较大或十字撑妨碍生产空间时，可采用门架式支撑[图7.9（d）]。图7.9（e）的支撑形式，上层为V形，下层为人字形，它与吊车梁系统的连接应做成能传递纵向水平力而竖向可自由滑动的构造。

图7.9　柱间支撑的形式

上层柱间支撑承受端墙传来的风力；下层柱间支撑除承受端墙传来的风力以外，还承受吊车的纵向水平荷载。在同一温度区段的同一柱列设有两道或两道以上的柱间支撑时，则全部纵向水平荷载（包括风力）由该柱列所有支撑共同承受。当在柱的两个肢的平面内成对设置时，在吊车肢的平面内设置的下层支撑，除承受吊车纵向水平荷载外，还承受与屋盖肢下层支撑按轴线距离分配传来的风力；靠墙的外肢平面内设置的下层支撑，只承受端墙传来的风力与吊车肢下层支撑按轴线距离分配受力。

柱间支撑的交叉杆和图7.9（d）的上层斜撑杆和门形下层支撑的主要杆件一般按柔性杆件（拉杆）设计，交叉杆趋向于受压的杆件不参与工作，其他的非交叉杆以及水平横杆按压杆设计。某些重型车间，对下层柱间支撑的刚度要求较高，往往交叉杆的两杆均按压杆设计。