六、鋼筋混凝土單層廠房
(一)單層廠房的結(jié)構(gòu)類型
單層廠房是各類廠房中最基本的、應(yīng)用最普遍的一種；，它對各種類型的工業(yè)生產(chǎn)有較大的適應(yīng)性，如冶金和機械工業(yè)工廠中的軋鋼、煉鋼，鑄造，鍛壓、金工、裝配等車間，往往設(shè)有較重的機械和設(shè)備，產(chǎn)品較重且輪廓尺寸較大，因而大多采用單層廠房結(jié)構(gòu)。單層廠房按其主要承重結(jié)構(gòu)的材料分，有混合結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。廠房內(nèi)無吊車或吊車起重量不超過50kN、跨度在15m以內(nèi)、柱頂標高在5m以內(nèi)， 無特殊工藝要求的小型廠房，可采用混合結(jié)構(gòu)(磚柱、鋼筋混凝土屋架、木屋架或輕鋼屋架)。當(dāng)?shù)踯噰嵨辉?50kN(中級工作制)以上、跨度大于36m的大型廠房或有特殊工藝要求的廠房(如設(shè)有100kN以上鍛錘的車間以及高溫車間的特殊部位等)，一般采用鋼屋架、鋼筋混凝土柱或全鋼結(jié)構(gòu)。其他大部分廠房均可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。而且，目前除特殊情況外，均采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
單層廠房按主要結(jié)構(gòu)的受力形式分有排架結(jié)構(gòu)和剛架結(jié)構(gòu)。

　鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)是由屋面梁或屋架、柱和基礎(chǔ)所組成。柱與屋架鉸接，而與基礎(chǔ)剛接(圖11-75)。根據(jù)廠房工藝和使用要求的不同，排架結(jié)構(gòu)可做成等高(圖11-76b)、不等高(圖11-76c、d)等形式。鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的剛度大，耐久性和防水性好，施工方便，目前大多數(shù)廠房均采用這一類結(jié)構(gòu)。它的跨度可達30多米，高度可達20多米，吊車噸位可達1500kN甚至更大。

　圖11—77為鋼屋架與鋼筋混凝土柱組成的排架結(jié)構(gòu)，它一般用于跨度較大的廠房。當(dāng)以磚墻或磚垛代替鋼筋混凝土柱時，則為磚排架結(jié)構(gòu)，一般用于輕型廠房， 目前常用的剛架結(jié)構(gòu)是裝配式鋼筋混凝土門式剛架：它是由梁或屋架與柱剛接為同一構(gòu)件，柱與基礎(chǔ)一般為鉸接，使基礎(chǔ)不受彎矩，減少基礎(chǔ)用料，同時也可減少基礎(chǔ)變形對結(jié)構(gòu)的影響，圖11—78為鋼筋混凝土三鉸、兩鉸及無鉸門式剛架。
　(二)單層廠房結(jié)構(gòu)組成和布置
1．結(jié)構(gòu)組成
裝配式鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)是目前單層廠房中最基本的、應(yīng)用比較普遍的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)受力明確、設(shè)計與施工方便。它通常由下列構(gòu)件組成，并相互連成一整體(圖11-79)。
(1)屋蓋結(jié)構(gòu)、屋蓋結(jié)構(gòu)分無檁和有檁兩種體系。無檁體系由大型屋面板、屋面梁或屋架(包括屋蓋支撐／所組成；有檁體系由小型屋面板、檁條、屋架(包括屋蓋支撐)組成，屋蓋結(jié)構(gòu)有時還設(shè)有天窗架，托架，屋蓋結(jié)構(gòu)起圍護和承重雙重作用。
(2)柱子。承受屋架、吊車梁、外墻和支撐傳來的荷載，把它們傳給基礎(chǔ)。

(3)吊車梁。兩端簡支在柱子牛腿上，主要承受吊車豎向和水平荷載。
(4)支撐。包括屋蓋支撐和柱間支撐，其作用是加強廠房結(jié)構(gòu)的空間剛度，并保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件在安裝和使用階段的穩(wěn)定性，同時起傳遞風(fēng)載和吊車水平荷載或地震力的作用。
(5)基礎(chǔ)。承受柱和基礎(chǔ)梁傳來的荷載并將它傳至地基。
(6)圍護結(jié)構(gòu)。包括縱墻及橫墻(山墻)以及由墻梁(有時還有抗風(fēng)梁及抗風(fēng)桁架)和基礎(chǔ)梁等組成的墻架。它們主要是承受墻體和構(gòu)件的白重以及作用在墻面上的風(fēng)荷載。
2．柱網(wǎng)布置
廠房承重柱(或承重墻)的縱向和橫向定位軸線，在平面上排列所形成的網(wǎng)格，稱為柱網(wǎng)。柱網(wǎng)布置就是確定縱向定位軸線之間(柱距)和橫向定位軸線之間(跨度)的尺 寸。確定柱網(wǎng)尺寸，即是確定柱的位置，同時也是確定屋面板、屋架和吊車梁等構(gòu)件的跨度并涉及到廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置。柱網(wǎng)布置應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝流程的要求，并遵守國家有關(guān)廠房建筑統(tǒng)一模數(shù)制的規(guī)定，為廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件的統(tǒng)一、通用及施工工廠化創(chuàng)造條件。
柱網(wǎng)布置的原則一般為：
廠房跨度小于或等于18m時，應(yīng)采用3m的倍數(shù)；跨度大于18m時，應(yīng)采用6m的倍數(shù)。廠房柱距應(yīng)采用6m或6m的倍數(shù)。當(dāng)工藝布置有明顯的優(yōu)越性時，亦可采用21m、27m、33m的跨度和9m或其他柱距。
目前，一般單層廠房大多采用6m柱距，但從現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展趨勢來看，擴大柱距，對增加車間的有效面積，提高設(shè)備布置和工藝布置的靈活性、機械化施工中減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量和加快施工進度等都是有利的。當(dāng)廠房較為高大時，采用9m或12m柱距較6m柱距優(yōu)越。當(dāng)然，由于構(gòu)件尺寸增大，也給制作、運輸和吊裝帶來不方便。 12m柱距是6m柱距的擴大模數(shù)，在大小車間相結(jié)合時，兩者可配合使用，此外， 12m柱距可以利用現(xiàn)有設(shè)備做成6m屋面板系統(tǒng)(有托架的)，當(dāng)條件具備時又可直接采用 12m屋面板(無托架的)。所以，在選擇12m柱距和9m柱距時，應(yīng)優(yōu)先采用前者。
3. 支撐布置
在裝配式鋼筋混凝土單層廠房結(jié)構(gòu)中，支撐雖非主要的構(gòu)件，但卻是連系主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件以構(gòu)成整體的重要組成成分。實踐證明，如果支撐布置不當(dāng)，不僅會影響廠房的正常使用，甚至可能引起工程事故。
屋蓋支撐包括設(shè)置在屋面梁(屋架)間的垂直支撐、水平系桿，以及設(shè)置在上、下弦平面內(nèi)的橫向支撐和設(shè)在下弦平面內(nèi)的縱向水平支撐。
4. 抗風(fēng)柱、圈梁、連系梁、過梁和基礎(chǔ)梁的布置
(1)抗風(fēng)柱。當(dāng)廠房高度和跨度均不大(柱頂在8m以下，跨度為9-12m)時，可在山墻設(shè)置磚壁柱作為抗風(fēng)柱；當(dāng)高度和跨度較大時，一般都設(shè)置鋼筋混凝土抗風(fēng)柱，柱外側(cè)再貼砌山墻。在很高的廠房中，為不使抗風(fēng)柱的截面尺寸過大，可加沒水平抗風(fēng)梁或鋼抗風(fēng)桁架，作為抗風(fēng)柱的中間鉸支點。
抗風(fēng)柱與屋架連接必須滿足兩個要求：一是在水平方向必須與屋架有可靠的連接以保證有效地傳遞風(fēng)載；二是在豎向應(yīng)允許兩者之間有一定相對位移的可能性，以防廠房與抗風(fēng)柱沉降不均勻寸產(chǎn)生不利影響。
(2)圈梁、連系梁、過梁和基礎(chǔ)梁。當(dāng)用磚作為廠房圍護墻時，一般要設(shè)置圈梁、連系梁、過梁及基礎(chǔ)梁。
圈梁的作用是將墻體同廠房柱箍在一起，以加強廠房的整體剛度，防止由于地基的不均勻沉降或較大振動荷載引起對廠房的不利影響。圈梁設(shè)置于墻體內(nèi)，和柱連接僅起拉結(jié)作用。圈梁不承受墻體重量，所以柱上不設(shè)置支承圈梁的牛腿。
圈梁的布置與墻體高度、對廠房剛度的要求以及地基情況有關(guān)。對于一般單層廠房，可參照下列原則布置：對無橋式吊車的廠房，當(dāng)墻厚≤240mm、檐高為5—8m時，應(yīng)在檐口附近布置一道，當(dāng)檐高大于8m時，宜增設(shè)一道，對有橋式吊車或有較大振動設(shè)備的廠房，除在檐口或窗頂布置圈梁外，尚宜在吊車梁標高處或墻中適當(dāng)位置增設(shè)一道，外墻高度大干15m時還應(yīng)適當(dāng)增設(shè)。
連系梁的作用是連系縱向柱列，以增強廠房的縱向剛度并傳遞風(fēng)載到縱向柱列；此外，連系梁還承受其上部墻體的重量。連系梁通常是預(yù)制的，兩端擱置在柱牛腿上，其連接可采用螺栓連接或焊接連接。
過梁的作用是承托窗洞口上部的墻體重量。
　　在進行廠房結(jié)構(gòu)布置時，應(yīng)盡可能將圈梁、連系梁和過梁結(jié)合起來，使一個構(gòu)件起 到兩種或三種構(gòu)件的作用，以節(jié)約材料，簡化施工。在一般廠房中，通常用基礎(chǔ)梁來承托圍護墻體的重量，而不另做墻基礎(chǔ)。基礎(chǔ)梁底部距土壤表面應(yīng)預(yù)留100mm的空隙，使梁可隨柱基礎(chǔ)一起沉降。在基礎(chǔ)梁下有凍脹性土?xí)r，應(yīng)在梁下鋪設(shè)一層干砂、碎磚或礦渣等松散材料，并留50～150mm的空隙。這可防止土壤凍結(jié)膨脹時將梁頂裂�；�礎(chǔ)梁與柱一般不要求連接，將基礎(chǔ)梁直接放置在柱基礎(chǔ)杯口上或當(dāng)基礎(chǔ)埋置較深時，放置在基礎(chǔ)上面的混凝土墊塊上。當(dāng)廠房內(nèi)有較大振動的設(shè)備或在地震區(qū)時，基礎(chǔ)梁與柱應(yīng)有可靠的連接�！� (三)變形縫
在單層廠房中有時需設(shè)置變形縫，它包括伸縮縫、沉降縫和防震縫。
如果廠房長度和寬度過大，當(dāng)氣溫變化時，將使結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫度內(nèi)力，嚴重的可使墻面、屋面等拉裂，影響使用。為減小廠房結(jié)構(gòu)中的溫度應(yīng)力，需要用伸縮縫將廠房結(jié)構(gòu)分成幾個溫度區(qū)段-伸縮縫的作法是從基礎(chǔ)頂面開始，將桕鄰溫度區(qū)段的上部結(jié)構(gòu)完全分開，并留出一定寬度的縫隙，使上部結(jié)構(gòu)在氣溫有變化寸，水平方向可以自山地發(fā)生變形。溫度區(qū)段的形狀應(yīng)力求簡單，并使伸縮縫的數(shù)量最少，溫度區(qū)段的長度(伸縮縫之間的距離)取決于結(jié)構(gòu)類型和溫度變化情況�！痘炷�土規(guī)范》規(guī)定，室內(nèi) 的裝配式鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的伸縮縫最大間距為lOOm，露天的裝配式鋼筋混凝土排 架結(jié)構(gòu)為70m。
一般單層廠房排架結(jié)構(gòu)中不設(shè)置沉降縫．只有在特殊條件：下才考慮設(shè)置，如廠房相鄰兩部分高度相差很大，兩跨間吊車起重量相差懸殊，地基強度或—下臥層土質(zhì)有極大差別，廠房各部分的施工時間先后相差很長，土壤壓縮程度不同等。沉降縫應(yīng)將建筑物從屋頂?shù)交�礎(chǔ)全部分開，當(dāng)縫兩邊的廠房有過大的不均勻沉降時，不致使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力和變形，沉降縫可兼作伸縮縫，而伸縮縫不能兼作沉降縫、
防震縫是為了減輕廠房地震災(zāi)害而采取的措施之一、關(guān)于防震縫詳見《抗震規(guī)范》。
(四)單層廠房的受力特點
單層廠房結(jié)構(gòu)所承受的主要荷載如圖11-80所示。

　廠房的基本承重結(jié)構(gòu)為由橫梁(屋面梁或屋架)與橫向柱列(柱及基礎(chǔ))組成的橫向排架，豎向荷載以及橫向水平荷載主要通過橫向排架傳到基礎(chǔ)和地基：除橫向排架外，廠房的縱向柱列通過吊車梁、連系梁、柱間支撐等構(gòu)件的聯(lián)系，也形成—個骨架體系，承受作用在山墻和天窗端壁，然后通過屋蓋結(jié)構(gòu)傳來的縱向風(fēng)荷載以及吊車縱向水平荷載等(圖11-81)。

　圖11—81 縱向排架荷載傳遞示意圖