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工業建筑構造

(―)單層廠房的結構組成

單層廠房的骨架結構，是由支承各種豎向和水平荷載作用的構件所組成。廠房依靠各

種結構構件合理的連接為一體，組成一個完整的結構空間以保證廠房的堅固、耐久。

1.承重結構

(1)橫向排架:由基礎、柱、屋架組成，主要是承受廠房的各種豎向荷載。

(2)縱向連系構件：由吊車梁、圈梁、連系梁、基礎梁等組成，與橫向排架構成骨架，保證廠房的整體性和穩定性。.

(3)支撐系統構件：支撐系統包括柱間支撐和屋蓋支撐兩大部分。支撐構件設置在屋架之間的稱為屋架支撐;設置在縱向柱列之間的稱為柱間支撐。支撐構件主要傳遞水平荷載，起保證廠房空間剛度和穩定性的作用。

2.圍護結構

單層廠房的圍護結構包括外墻、屋頂、地面、門窗、天窗、地溝、散水、坡道、消防梯、吊車梯等。

(二)單層廠房承重結構構造

1.屋蓋結構

(1)屋蓋結構類型。屋蓋結構根據構造不同可以分為兩類：有檁體系屋蓋或無檁體系屋蓋。有檀體系屋面的剛度差，配件和接縫多，在頻繁振動下易松動，但屋蓋重量較輕，適合小機具吊裝，適用于中小型廠房。無檁體系屋面板直接擱置在屋架或屋面梁上，整體性好，剛度大，大中型廠房多采用這種屋面結構形式。

(2)屋蓋的承重構件。屋蓋結構的主要承重構件，直接承受屋面荷載。按制作材料分為鋼筋混凝土屋架或屋面梁、鋼屋架、木屋架和鋼木屋架。

1)鋼筋混凝土屋架或屋面梁。鋼筋混凝土屋面梁構造簡單、高度小、重心低、較穩定、耐腐蝕、施工方便。但構件重、費材料。一般跨度9m以下時用單坡形，跨度12?18m為雙坡。普通鋼筋混凝土屋面梁的跨度一般不大于15m,預應力鋼筋混凝土屋面梁跨度一般不大于18m。

兩鉸或三鉸拱屋架都可現場集中預制，現場組裝，用料省，自重輕，構造簡單。但其剛度較差，尤其是屋架平面的剛度更差，對有重型吊車和振動較大的廠房不宜采用。一般的實用跨度是9?15m。.

桁架式屋架按外形可分為三角形、梯形、拱形、折線形等類型。三角形組合式屋架自重較輕，這種屋架的弦桿受力不太理想，但其上弦坡度卻適于使用板瓦等有檁結構的屋面。拱形屋架受力最合理，但由于屋架端部屋面坡度太陡，適用于卷材屋面防水面中的中、重型廠折線形屋架吸引了拱形屋架的合理外形，改善了屋面坡度，是目前較常采.用的一種屋架形式。見圖2.1.31。

2)鋼屋架。無檁鋼屋架是將大型屋面直接支承地鋼屋架上，屋架間距就是大型屋面板的跨度。一般為6m。特點是：構件的種類和數量少，安裝效率高，施工進度快，易于進行鋪設保溫層等屋面工序的施工。其突出的優點是屋蓋橫向剛度大、整體性好、屋面構造簡單、較為耐久。但因屋面自重較重，對抗震不利。一般是中型以上特別是重型廠房，因其對廠房的橫向剛度要求較高，采用無檁方案比較合適。

有檁鋼屋架是在屋架上設檁條，在檁條上再鋪設屋面板，屋架間距就是檁條的跨度，通常為4?6m，檁條間距由所用屋面材料確定。有檁方案具有構件重量輕、用料省、運輸及安裝較方便等優點;缺點是屋蓋構件數量多、構造復雜、吊裝次數多、橫向整體剛度差。對于中小型廠房，特別是不需要設保溫層的廠房，采用有檁方案比較合適。

3)木屋架、鋼木屋架。對于溫度高、濕度大、結構跨度較大和有較大振動荷載的場所，不宜采用木屋蓋結構。木屋蓋結構適用范圍：跨度不超過12m，室內相對濕度不大于70%，室內溫度不大于50°C，吊車起重量不超過5t，懸掛吊車不超過1t。一般全木屋架適用跨度不超過15m，鋼木屋架的下弦受力狀況好，剛度也較好，適用跨度為18?21m。.

2.柱

廠房中的柱由柱身(包括上柱和下柱)、牛腿及柱上預埋鐵件組成，柱是廠房中的主要承重構件之一，在柱頂上支承屋架，在牛腿上支承吊車梁。柱子的類型很多，按材料分為磚柱、鋼筋混凝土柱、鋼柱等，目前采用較多的是鋼筋混凝土柱。

(1)鋼筋混凝土柱。鋼筋混凝土柱按截面的構造尺寸分為矩形柱、工字形柱、雙肢柱、管柱等。見圖2.1.32。

矩形柱截面有方形和長方形兩種，多采用長方形，截面尺寸b×h，一般為400mm×600mm，其特點是外形簡單，受彎性能好，施工方便，容易保證質量要求。但柱截面中間部分受力較小，不能充分發揮混凝土的承載能力，自重也重，僅適用于小型廠房。

工字形柱截面尺寸b×h，一般為400mmX600mm、400mmX800mm、'500mmX1500mm等，與截面尺寸相同的矩形柱相比，承載力基本相等，但因為工字形柱將矩形柱橫截面受力較小的中間部分的混凝土省_去做成腹板，則可節約混凝土30%?50%。若截面高度較大時，為了方便水、暖、電等管線穿過，又減輕柱的自重，也可在腹板上開孔。但工字形柱制作比矩形柱復雜，在大、中型廠房內采用較為廣泛。

雙肢柱由兩根承受軸向力的肢桿和聯系兩肢的腹桿組成。.其腹桿有平腹桿和斜腹桿兩種布置形式。平腹桿雙肢柱的外形簡單，施工方便，腹桿上的長方孔便于布置管線，但受力性能和剛度不如斜腹桿雙肢柱。斜腹桿雙肢柱是桁架形式，各桿基本承受軸向力，彎矩很小，較省材料。當柱的高度和荷載較大，吊車起重量大于30t，柱的截面尺寸b×h大于600mmX1500mm時，宜選用雙肢柱。

鋼筋混凝土管柱有單肢管柱和雙肢管柱之分，單肢管柱的外形和等截面的矩形柱相似，可伸出支承吊車梁的牛腿。雙肢管柱的外形類似雙肢柱，管肢D為300?500mm,壁厚60mm左右。鋼筋混凝土管柱在工廠預制，可采用機械化方式生產，可在現場拼裝，受氣候影響較小;但因外形是圓的，設置預埋件較困難，與墻的連接也不如其他形式的柱方便。

(2)鋼-鋼混凝土組合柱。當柱較高，自重較重，因受吊裝設備的限制，為減輕柱重量時一般采用鋼-鋼混凝土組合柱。其組合形式為上柱為鋼柱，下柱為鋼筋混凝土雙肢柱。

(3)鋼柱。一般分為等截面和變截面形式兩類柱。它們可以是實腹式的，也可以是格構式的。吊車噸位大的重型廠房適用選用鋼柱。

(4)柱牛腿。單層廠房結構中的屋架、托梁、吊車梁和連系梁等構件，常由設置在柱上的牛腿支承。鋼筋混凝土牛腿有實腹式和空腹式之分，通常多采用實腹式。鋼筋混凝土實腹式牛腿的構造要求要滿足如下要求，見圖2.1.33。

1)為了避免沿支承板內側剪切破壞，牛腿外緣高hk≥h/3>200mm。

2)支承吊車梁的牛腿，其外緣與吊車梁的距離為100mm，以免影響牛腿的局部承壓能力，造成外緣混凝土剝落。

3)牛腿挑出距離C大于100mm時，牛腿底面的傾斜角α≤45°，否則會降低牛腿的承載能力。當c小于或等于100mm時，牛腿底面的傾斜角α可以為0°。

3.基礎

基礎是廠房的主要承重構件，承擔著廠房上部的全部重量，并傳送到地基。所以基礎起著承上傳下的重要作用。

基礎類型的選擇主要取決于建筑物上部結構荷載的性質和大小、工程地質條件等。單p廠房一般是采用預制裝配式鋼筋混凝土排架結構，廠房的柱距與跨度較大，所以廠房的基礎一般多采用獨立式基礎,。

4.吊車梁

吊車梁是有吊車的單層廠房的重要構件之一。當廠房設有橋式或梁式吊車時，需要在柱牛腿上設置吊車梁，吊車的輪子就在吊車梁鋪設的軌道上運行。吊車梁直接承受吊車起重、運行和制動時的各種往返移動荷載;同時，吊車梁還要承擔傳遞廠房縱向荷載(如山墻上的風荷載)，保證廠房縱向剛度和穩定性的作用。

鋼筋混凝土吊車梁的類型很多，按截面形式分，有等截面的T形、工字形吊車梁，元寶式吊車梁、魚腹式吊車梁、空腹魚腹式吊車梁等，見圖2.1.34。吊車梁可用非預應力與預應力鋼筋混凝土制作。

(1)T形吊車梁。T形截面的吊車梁，上部翼緣較寬，以增加梁的受壓面積，便于固定吊車軌道。它施工簡單，制作方便。但自重大，耗費材料多，不是很經濟。非預應力混凝土T形截面吊車梁一般用于柱距6m、廠房跨度不大于30m、噸位10t以下的廠房，預應力鋼筋混凝土T形吊車梁適用于10?30t的廠房。

(2)工字形吊車梁。工字形吊車梁腹壁薄，節約材料，自重較輕。預應力工字形吊車梁適用于廠房柱距6m，廠房跨度12?33m,吊車起重量為5?25t的廠房。

(3)魚腹式吊車梁。魚腹式吊車梁腹板薄，外形像魚腹。該種形式的梁受力合理，能.充分發揮材料的強度和減輕自重，節省材料，可承受較大荷載，梁的剛度大。但構造和制作比較復雜，運輸、堆放需設專門支墊。預應力混凝土魚腹式吊車梁適用于廠房柱距不大于12m，廠房跨度12?33m，吊車起重量為15?150t的廠房。

5.支撐

單層廠房的支撐作用：可以使廠房形成整體的空間骨架，保證廠房的空間剛度;在施工和正常使用時保證構件的穩定和安全;承受和傳遞吊車縱向制動力、山墻風荷載、縱向地震力等水平荷載。單層廠房的支撐分屋架支撐和柱間支撐兩類。

(1)屋架支撐。屋架支撐構件主要有：上弦橫向支撐、上弦水平系桿、下弦橫向水平支撐、下弦垂直支撐及水平系桿、縱向支撐、天窗架垂直支撐、天窗架上弦橫向支撐等。支撐、系桿構件為鋼構件或鋼筋混凝土構件。

1)屋架支撐布置原則。屋架支撐應根據廠房的跨度、高度、屋蓋形式、屋面剛度、吊車起重量及工作制，有無懸掛吊車和天窗設置等情況并結合抗震要求等進行合理布置。

①天窗架支撐：天窗上弦水平支撐一般設置于天窗兩端開間和中部有屋架上弦橫向水平支撐的開間處，天窗兩側的垂直支撐一般與天窗上弦水平支撐位置一致。上弦水平系桿通常設置在天窗中部節點處。

②屋架上弦橫向水平支撐：對于有檁體系必須設置;對于無檁體系，當廠房設有橋式吊車時，通常宜在變形縫區段的兩段及有柱間支撐的開間設置。支撐間距一般不大于60m。

③屋架垂直支撐：一般應設置于屋架跨中和支座的垂直平面內。除有懸掛吊車外，應與上弦橫向水平支撐同一開間內設置。

④屋架下弦橫向水平支撐：一般用于下弦設有懸掛吊車或該水平面內有水平外力作用時。

⑤屋架下弦縱向水平支撐：通常在有托架的開間內設置。只有當柱子很高，吊車起重量很大，或車間內有臂行吊車或有較大的鍛錘時，才在變形縫區段內與下弦橫向水平支撐組合成下弦封閉式支撐體系。

⑥縱向系桿：通常在設有天窗架的屋架上下弦中部節點設置;此外，在所有設置垂直支撐的屋架端部均設置有上弦和下弦的水平系桿。

2)屋架支撐的類型。包括上、下弦橫向水平支撐，上下弦縱向水平支撐，垂直支撐和縱向水平系桿(加勁桿)等。橫向水平支撐和垂直支撐一般布置在廠房端部和伸縮縫兩側的第二或第一柱間上。見圖2.1.35。

屋架上弦橫向支撐、下弦橫向水平支撐和縱向支撐，一般采用十字交叉形式，交叉角一般為25°?65°,多為45°。

(2)柱間支撐。柱間支撐的作用是加強廠房縱向剛度和穩定性，將吊車縱向制動力和山墻抗風柱經屋蓋系統傳來的風力經柱間支撐傳至基礎。柱間支撐的形式見圖2.1.36。

柱間支撐的布置形式如下：

1)有吊車或跨度小于18m或柱高大于8m的廠房，在變形縫區段中設置;有橋式吊車時，還應在變形縫區段兩端開間上加設上柱支撐。

2)當吊車軌頂標高大于或等于10m時，柱間支撐應做成兩層;當柱截面高度大于或等于1.0m時，下柱支撐宜做成雙肢，各肢與柱翼緣連接，肢間用角鋼連接。

3)當柱間需要通行、需設置設備或柱距較大，采用交叉式支撐有困難時，可采用門架式支撐。

柱間支撐一般用鋼材制作。其交叉角一般為35°?55°，以45°為宜。

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（責任編輯：zyc）

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