第三章 单层工业建筑 3.1 单层厂房种类与布置

学习目标

• 掌握单层厂房的结构分类及选型原则。
• 理清混凝土排架结构的三大系统组成、传力路径与平面、剖面布置要点。
• 理解抗风柱、变形缝、支撑等核心构件的受力概念与构造要求。

一、 单层厂房结构种类与选型

1. 按结构材料分类

• 砌体混合结构：竖向构件用砌体，水平构件用混凝土、木或轻钢。适用于无吊车、吊车吨位较小、小跨度且柱顶标高不高的厂房。
• 钢－混凝土混合结构：竖向构件用混凝土，水平构件用钢。
• 混凝土结构 与 钢结构。

2. 按结构类型分类

• 排架结构（最常用）：柱和屋架（或屋面梁）为铰接，柱与基础为刚接。包括等高排架、不等高排架和锯齿形排架。
• 刚架结构：柱和屋架（或实腹梁）为刚接，柱与基础有刚接和铰接两种。主要用于轻型钢厂房（门式刚架）或某些混凝土刚架。

二、 混凝土排架结构三大系统组成

混凝土排架厂房由以下三大系统构成，除基础外，其余构件均采用预制装配：

三、 结构布置与定位轴线设计

1. 柱网布置与吊车跨度协调

• 基本概念：沿纵向的柱间距称为柱距；沿横向的间距称为跨度。
• 吊车跨度 ($L_k$) 计算公式：
  $L_k = L – 2\lambda$
  其中，$L$ 为厂房跨度，$\lambda$ 为纵向定位轴线至轨道中心线的距离（一般为 $750\text{ mm}$，吊车起重量 $Q > 50\text{ t}$ 时取 $1000\text{ mm}$）。
• 安全空隙要求：为防止吊车行驶时碰撞柱子，上柱内缘与吊车架外缘之间的空隙 $B_2 \ge 80\text{ mm}$（当 $Q \le 50\text{ t}$ 时）或 $100\text{ mm}$（当 $Q \ge 75\text{ t}$ 时）。

2. 边柱与轴线的结合方式

• 封闭结合（边柱外缘与纵向定位轴线重合）：适用于柱距 $6\text{ m}$、吊车起重量 $Q \le 20\text{ t}$ 的厂房。
• 非封闭结合（边柱外移一定距离 $D$）：当吊车起重量较大、柱截面增大时采用，以满足安全空隙 $B_2$ 的要求。

3. 横向定位轴线对中规范

• 一般柱的中心线与横向定位轴线重合。
• 端部柱（山墙柱）及变形缝两边柱：中心线自横向定位轴线向内移 $600\text{ mm}$。

四、 核心构件受力分析与构造

1. 支撑布置要点

• 柱间支撑：应布置在伸缩缝区段的中央或临近中央，用以保证厂房纵向刚度与稳定；一般采用十字交叉形支撑（倾角在 $35^\circ \sim 50^\circ$ 之间）。
• 屋盖支撑：横向水平支撑布置在伸缩缝区段两端的相邻屋架间；纵向水平支撑一般不设，仅在有重型/振动吊车或跨度大、空间刚度要求高时沿全长设置。

2. 抗风柱的传力与连接约束

• 传力路径：抗风柱底固定在基础杯口；柱顶与屋架相连，承受山墙传来的纵向风荷载，并将其分配传递给基础和屋架上弦。
• 连接要求：连接节点必须满足**“水平传力、竖向可滑”。通常通过弹簧板**连接，以防止厂房与抗风柱沉降不均匀时产生不利的剪切破坏。

3. 伸缩缝与沉降缝

• 伸缩缝：横向伸缩缝一般采用双柱；纵向伸缩缝采用单柱（在低跨屋架与牛腿之间设滚动支座）。
• 沉降缝：排架结构对地基不均匀沉降不敏感，一般不设沉降缝。仅在相邻高差或吊车起重量悬殊、土层变化大、各部分施工时间相差很长时才考虑设置。

思考题

抗风柱顶与屋架上弦连接时，如果为了图省事，直接用钢板将抗风柱顶与屋架节点“完全刚性焊死”（不允许任何竖向相对滑动），这在厂房建成并投入使用后，会给屋架及整个屋盖结构带来什么样的安全隐患？