从图14-13所示的单层厂房结构组成图中可以看出,单层厂房结构主要由基础、基础梁、柱子、屋架及屋面梁、连系梁、起重机梁、圈梁、屋盖结构、支承与抗风柱等组成。
图14-13 单层厂房结构组成图
1.基础
基础承担柱子上的全部荷载和基础梁上部分墙体荷载,再传给地基。基础常采用柱下独立基础,最常见的形式为杯口基础,另外还有薄壁的壳体基础、无筋倒圆台基础和板肋式基础等。
2.基础梁
单层厂房排架结构的外墙通常为自承重墙,墙下一般不做条形基础,而是支承在基础梁上(图14-14)。基础梁的截面形式通常有矩形、梯形、倒L形。基础梁承受墙体荷载,并将荷载传给基础。
图14-14 基础梁的支承
3.柱子
柱子是单层厂房的主要承重构件,其截面形式有矩形、工字形、圆形和双肢形(图14-15)。
1)矩形柱。矩形柱仅用于截面尺寸为400mm×600mm以内,起重机较小的中小型厂房(图14-15a)。
2)工字形柱。工字形柱受力合理,重量较轻,经济节约,但制作较矩形柱复杂,主要适用于柱长边截面尺寸大于600mm时、受力较大的中型厂房(图14-15b、c)。
3)圆形柱。圆形柱施工方便,外形美观,截面刚度较小,抗风载和水载性能好,在桥梁中广泛应用,厂房中利用较少(图14-15d)。
4)双肢柱。双肢柱比工字形柱更合理,由两根肢柱用腹杆连接而成,有平腹杆和斜腹杆双肢柱,由每个单肢承受轴向压力,施工复杂,主要用于大型或重型厂房,特别是厂房高度很高或起重机起重量很大时采用(图14-15e)。
图14-15 单层厂房柱子形式及截面形状
a)矩形柱 b)、c)工字形柱 d)圆形柱 e)双肢柱
4.屋架及屋面梁
(1)屋架 常用的屋架有桁架式屋架和两铰拱、三铰拱屋架。
1)桁架式屋架。桁架式屋架是指由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构,组成桁架的所有各杆都是直杆,所有各杆的中心线(轴线)都在同一平面内,有三角形、梯形、平行弦、拱形和折线形等几种外形(图14-16)。
2)两铰拱、三铰拱屋架。如图14-17所示,拱屋架根据两端支座的形式分为无铰拱屋架、两铰拱屋架和三铰拱屋架。
①两铰拱屋架。两铰拱屋架支座节点为铰接,顶节点为刚接。这类屋架杆件数量少,构造简单,上弦可采用钢筋混凝土或预应力混凝土杆件,下弦则多采用角钢或钢筋。屋架刚度较差,不宜用于振动较大和重型的厂房。
钢筋混凝土两铰拱屋架适用于钢架间距为6m,跨度为12m、15m,屋面坡度为1/4的非卷材防水屋面的工业厂房。屋架上可铺设预应力大型屋面板或预应力F形屋面板。这种屋架一般用于不大于100kN的中级桥式起重机的车间。
②三铰拱屋架。钢筋混凝土三铰拱屋架的适用条件基本与两铰拱屋架相同,仅其顶部节点为铰接(图14-17c、图14-18)。三铰拱屋架常用跨度为9~18m,间距为4~6m,屋面坡度为1∶2~1∶3,斜梁高度h与其长度l之比一般为1∶12~1∶18。
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图14-16 桁架式屋架外形
a)三角形桁架式屋架 b)梯形桁架式屋架 c)平行弦桁架式屋架 d)拱形桁架式屋架 e)折线形桁架式屋架
图14-17 拱结构
a)无铰拱 b)两铰拱 c)三铰拱
三铰拱钢屋架杆件受力合理,通常采用圆钢即可,用钢量与三角形屋架大致相当,但其更能充分利用角钢和圆钢,且运输和装拆都较方便。三铰拱中拱拉杆一般较细且不能受压,也无法设置垂直支承和拱拉杆平面的水平支承,故整个屋盖的刚度较差,不宜用于振动荷载或跨度大于18m的工业厂房。当用于开敞式或风荷载较大的房屋中时,应确保吸力作用下拱拉杆不会受压。
图14-18 三铰拱
(2)屋面梁 屋面梁可用于单坡或双坡屋面,用于单坡屋面的跨度有6m、9m和12m三种,用于双坡屋面的跨度有9m、12m、15m和18m四种。屋面坡度较平缓,一般为1/10,适用于卷材防水屋面和非卷材防水屋面。屋面大梁可悬挂50kN以下的起重机。
5.连系梁
连系梁又称墙梁,是指柱与柱间纵向的水平联系构件。在单层厂房排架结构中的连系梁主要有两方面作用,一是作为水平构件起水平连系及支承作用,以增加结构的空间整体刚度;二是当墙体较高时,连系梁需承受墙重,以减小基础梁的荷载。小型厂房一般在起重机梁附近设一道连系梁,当厂房较高时,每隔4~6m高设一道,连系梁一般为矩形截面,搁置在柱的牛腿上。
6.起重机梁
当厂房根据生产工艺要求需布置起重机作为内部起重运输设备时,沿厂房纵向需布置起重机梁,以便安装起重机运行轨道。起重机梁搁置在柱子的牛腿上支承起重机荷载。起重机梁主要有预应力钢筋混凝土起重机梁和钢起重机梁两种形式。
(1)T形、工字形截面起重机梁 T形起重机梁和工字形起重机梁是较常见的两种形式。梁顶翼缘较宽,多为400~500mm,可增加梁的受压面积,也便于固定轨道。梁腹板较薄,常为120~180mm,支座处加厚,以利抗剪。梁高有600mm、900mm、1200mm等几种规格,施工简单,制作方便,但自重大,用料多。
(2)起重机梁的连接构造 起重机梁与柱连接,多采用焊接连接,起重机梁与柱牛腿连接处预埋锚件或垫钢板,焊接连接;起重机梁上端与柱间采用钢板或角钢焊接;起重机梁端头与车挡采用螺栓连接;起重机梁的对头空隙、起重机梁与柱之间空隙采用C20混凝土填实。
7.圈梁
圈梁主要是将墙体同厂房排架柱、抗风柱等箍在一起,以加强厂房的整体刚度及其稳定性。
8.屋盖结构
屋盖结构根据有无檩条分为无檩屋盖和有檩屋盖两种。无檩屋盖(图14-19a)由大型屋面板、屋面梁或屋架以及屋盖支承组成,这类屋盖构件大、类型少、便于工业化施工,需要较强的施工吊装能力,较广泛使用。有檩屋盖(图14-19b)由小型屋面板、檩条、屋架组成,这类屋盖构件小、重量轻、吊装方便,但构件数量多、施工烦琐、工期较长,多用在施工机械起吊能力较弱的施工现场。屋盖结构上部有时还设有天窗架、托架,作用主要是围护、承重、采光和通风。
图14-19 无檩屋盖和有檩屋盖构造图
a)无檩屋盖 b)有檩屋盖
9.抗风柱
抗风柱是单层工业厂房山墙处的结构构件,其作用主要是传递山墙的风荷载,上通过铰节点与钢梁的连接传递给屋盖系统而至整个排架承重结构,下通过与基础的连接传递给基础。
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