一个建设项目的设计,一般包括工艺设计、建筑设计、结构设计和设备设计(如水、暖、电等)等几方面。就单层厂房结构设计而言,可分为方案设计、技术设计和施工图绘制等三个阶段。

3.3.1 结构平面布置
1. 柱网布置
厂房承重柱的纵向和横向定位轴线所形成的网格,称为柱网。柱网布置就是确定纵向定位轴线(跨度)和横向定位轴线(柱距)的尺寸。要考虑工艺、经济、模数化等因素。
目的:确定柱的位置;确定屋面板、屋架和吊车梁等构件的跨度
原则:
(1)符合生产和使用要求;
(2)建筑平面和结构方案经济合理;
(3)厂房结构形式和施工方法具有先进性和合理性;
(4)符合《厂房建筑统一化基本规则》的有关规定;
(5)适应生产发展和技术革新的要求;
(6)纵轴线布置在柱外边缘,横轴线布置在柱的中心线;
(7)柱距和跨度应符合模数要求;当厂房跨度小于或等于18m时,跨度应以30M为模数,即9m,12m,15m,18m;当厂房跨度大于18m时,跨度应以60M为模数,即18m,24m,30m,36m等;当工艺布置及技术经济指标有明显有时,也可采用其它跨度。
厂房柱距一般采用6m(60M)较为经济,当工艺有特殊要求时,可局部抽柱,即柱距为12m;对于某些有扩大柱距要求的厂房也可采用9m及12m柱距。
2. 定位轴线
厂房定位轴线是确定厂房主要承重构件位置及其标志尺寸的基准线,同时也是施工放线和设备定位的依据。将沿厂房柱距方向的轴线称为纵向定位轴线,一般用编号A, B, C, …表示;沿厂房跨度方向的轴线称为横向定位轴线,一般用1, 2, 3, …编号表示。
标志尺寸:指构件的实际尺寸加上两端必要的构造尺寸。
封闭式定位轴线:当定位轴线之间的距离与相关主要构件的标志尺寸相一致时,使构件的端头与端头,或构件端头与墙内缘相重合,不留缝隙,形成封闭结合,这种轴线称为封闭式定位轴线。
3. 变形缝设置
变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。
(1)伸缩缝:为防止结构因温度变化和混凝土干缩变形而产生裂缝
伸缩缝必须贯通基础以上的建筑高度
(2)沉降缝:当建筑物相邻部分高度相差较大时(10米以上),两跨间吊车额定起重量相差交大时,或相邻建筑物地基承载力相差较大时,应布置沉降缝
不但应该贯通上部结构,还应贯通基础本身,沉降缝可兼做伸缩缝,但伸缩缝不能兼做沉降缝。
(3)防震缝:有抗震设防要求,其平、立面布置复杂或结构相邻部分的刚度相差较大,以及在厂房侧边布置附属用房时,应设置防震缝将相邻两部分分开。
在地面以上沿全高设置,基础可不设缝,宽度应考虑防止两侧结构相互碰撞
当厂房需要设置伸缩缝、沉降缝和防震缝时,三缝宜设置在同一位置处,并应符合防震缝的宽度。
3.3.2 厂房高度的确定
厂方高度是指室内地面至柱顶(或屋架下弦底面)的距离。厂房设计时须按生产工艺要求和有无吊车等因素,确定室内地面至屋架下弦底面及吊车轨道顶面的距离。这两个参数是厂房结构设计中的重要参数。
3.3.3 支撑布置
1、支撑的作用
(1)使厂房结构形成一个整体的空间骨架,保证厂房的空间刚度
(2)在施工安装阶段及在正常使用阶段,保证构件的稳定与安全
(3)承受和传递水平荷载到主要承重结构构件
支撑布置应结合厂房跨度、高度、屋架形式、有无天窗、吊车起重量和工作制、有无振动设备以及抗震设防等情况进行合理的布置。
2、屋盖支撑
屋盖支撑由设置在屋面梁(屋架)间的垂直支撑、水平系杆,以及设置在上、下弦平面内的横向水平支撑和通常设置在下弦平面内的纵向水平支撑,天窗架支撑组成。屋盖支撑将各榀屋架在水平方向连系起来。
屋盖支撑包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑、纵向水平系杆、天窗架支撑等。
(1)上弦横向水平支撑
构成:沿厂房跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架上弦杆构成的水平桁架。
作用:保证屋架上弦的侧向稳定性;增强屋盖的整体刚度;作为山墙抗风柱的顶端水平支座,承受由山墙传来的风荷载和其他纵向水平荷载,并传至厂房纵向柱列。
布置:当屋盖为有檩体系,或屋盖为无檩体系,但屋面板与屋架的连接质量不能保证且抗风柱与屋架上弦连接,每一伸缩缝区段端部第一或第二柱间布置;当设有天窗,且天窗通过厂房端部的第二柱间或通过伸缩缝,应在第一或第二柱间的天窗范围内设置,并在天窗范围内沿纵向设置1~3道通长的受压系杆,将天窗范围内各榀屋架与上弦横向水平支撑连系起来。

(2)下弦横向水平支撑
构成:沿厂房跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架下弦杆构成的水平桁架。
作用:将山墙风荷载及纵向水平荷载传至纵向柱列;防止屋架下弦侧向振动。
布置:当屋架下弦设有悬挂吊车,或厂房内有较大振动,或山墙风荷载通过抗风柱传至屋架下弦,应在每一伸缩缝区段两端的第一或第二柱间设置,宜与上弦横向水平支撑设置在同一柱间。

(3)纵向水平支撑
构成:由交叉角钢、直杆和屋架下弦第一节间组成的纵向水平桁架。
作用:加强屋盖结构的横向水平刚度;保证横向水平荷载的纵向分布,加强厂房的空间工作;保证托架上弦的侧向稳定。
布置:当设有软钩桥式吊车且厂房高度大、吊车起重量较大,应在屋架下弦端节间沿厂房纵向通长或局部设置一道;当已设有下弦横向水平支撑时,为保证厂房空间刚度,应尽可能与横向水平支撑连接,以形成封闭的水平支撑系统。

(4)垂直支撑
构成:由角钢杆件与屋架直腹杆组成的垂直桁架,形式为十字交叉形或W形。
作用:保证屋架受荷后在平面外的稳定;传递纵向水平力。
布置:应与下弦横向水平支撑布置在同一柱间内。
当厂房跨度小于18m且无天窗时,一般可不设垂直支撑和水平系杆;
当厂房跨度18~30m、屋架间距为6m、采用大型屋面板时,应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间,屋架跨中设置一道垂直支撑;
当屋架跨度大于30m时,应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间,屋架跨度1/3左右的节点处设置两道垂直支撑。

(5)水平系杆
构成:分为上弦水平系杆和下弦水平系杆。
作用:上弦水平系杆是为保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定;下弦水平系杆是为防止在吊车或有其它水平振动时屋架下弦侧向颤动。
布置:当屋盖设置垂直支撑时,未设置垂直支撑的屋架间,在相应于垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节点处,设置通长的水平系杆。
刚性系杆(压杆):凡设在屋架端部主要支承节点处和屋架上弦屋脊节点处的通长水平系杆,均应采用刚性系杆;当屋架横向水平支撑设在伸缩缝区段两端的第二柱间内时,第一柱间内的水平系杆均应采用刚性系杆。
柔性系杆(拉杆):其余均可采用柔性系杆。
(6)天窗架支撑
构成:包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架间的垂直支撑和水平系杆。
作用:保证天窗架上弦的侧向稳定;将天窗端壁上的风荷载传给屋架。
布置:
纵向位置(柱间):一般天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均设置在天窗端部第一柱间内。横向位置(道):一般垂直支撑设置在天窗两侧。
水平系杆:在未设置上弦横向水平支撑的天窗架间设置;应在上弦节点处设置柔性系杆;对有檩屋盖体系,檩条可以代替柔性系杆。

3、柱间支撑布置
柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。
构成:由交叉钢杆件组成,交叉倾角宜取45°,支撑钢构件的截面尺寸需经承载力和稳定计算确定。
作用:提高厂房的纵向刚度和稳定性;将吊车纵向水平制动力、山墙及天窗端壁的风荷载、纵向水平地震作用等传至基础。
形式:十字交叉形;当柱间要通行或放置设备,或柱距较大而不宜采用交叉支撑时,可采用门架式支撑。
分类:对于有吊车的厂房,按其位置可分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑。
上柱柱间支撑:位于牛腿上部,并在柱顶设置通长的刚性系杆;承受作用在山墙及天窗壁端的风荷载,并保证厂房上部的纵向刚度。下柱柱间支撑:位于牛腿下部;承受上部支撑传来的内力、吊车纵向制动力和纵向水平地震作用等,并将其传至基础。
布置:当设有A6~A8的吊车,或A1~A5的吊车起重量≥10t时或厂房跨度≥18m,或柱高≥8m时或厂房每列纵向柱总数<7根时或设有3t以上的悬挂吊车时或露天吊车栈桥的柱列,应设置柱间支撑。

上柱柱间支撑设置:一般在伸缩缝区段两端与屋盖横向水平支撑相对应的柱间以及伸缩缝区段中央或临近中央的柱间。下柱柱间支撑设置:在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应的位置。
优点:纵向水平荷载作用下传力路线较短;厂房两端的温度伸缩变形较小;厂房纵向构件的伸缩受柱间支撑的约束较小,所引起的结构温度应力也较小。
3.3.4 围护结构布置
1、抗风柱
布置位置:山墙上
主要作用:将作用在山墙上的纵向风,荷载传递给柱和基础。
与屋架连接要求
水平方向必须与屋架有可靠的连接以保证有效传递风荷。竖向允许两者之间有一定相对位移的可能性,以防止厂房与抗风柱沉降不均匀时产生不利影响。
与屋架连接方式:水平可传力,竖向可移动
计算简图:与基础刚接,与屋架上弦铰接。

2、圈梁
作用:将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起,以增强厂房的整体刚度,防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载对厂房产生不利影响。
圈梁设置于墙体内,和柱连接仅起拉结作用。圈梁不承受墙体重量,所以柱上不必设置支承圈梁的牛腿。
布置:根据厂房刚度要求、墙体高度和地基情况等确定。
对无桥式吊车的厂房,当墙厚≤240mm,檐口标高为5~8m时,应在檐口附近布置一道圈梁;当檐口标高大于8m时,宜增设一道;
对有桥式吊车,或有较大振动设备的厂房,除在檐口或窗顶布置圈梁外,尚宜在吊车梁标高处或墙中适当位置增设一道。
构造:圈梁应连续布置在墙体的同一水平面上,并形成封闭状;当圈梁在门窗洞口处不连续时,应在洞口上部墙体中布置一道相同截面的附加圈梁。附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其中到中垂直间距的两倍,且不得小于1m。
3、连系梁
作用:连系纵向柱列,以增强厂房的纵向刚度并传递风荷载到纵向柱列;此外,还承受其上部墙体的重量。
布置:连系梁一般是预制的简支梁,两端搁置在柱牛腿上,其连接可采用螺栓连接或焊接。
4、过梁
承受门窗洞口上的墙体重量。
在进行厂房的结构布置时,应尽量将圈梁、连系梁和过梁结合起来,使一个构件能起到两个或三个构件的作用,以节约材料,简化施工。
5、基础梁
承受围护墙体的重量,并把它传给柱下单独基础,不另设墙基础。
处理方法
基础梁底部距土壤表面应预留100mm的空隙,使梁可随柱基础一起沉降,当基础下有冻胀性土时,应在梁下铺设一层干砂、碎砖或矿渣等松散材料,并留50~150mm的空隙,这可防止土壤冻结膨胀时将梁顶裂。基础梁与柱一般不连接,将基础梁的两端搁置在柱基础杯口上。
当柱基础埋置较深时,则通过混凝土垫块搁置在杯口上。施工时,基础梁支承处应坐浆。当厂房高度不大,且地基比较好,柱基础又埋得较浅时,也可不设基础梁而做墙下刚性基础。