六、钢筋混凝土单层厂房
(一)单层厂房的结构类型
单层厂房是各类厂房中最基本的、应用最普遍的一种；，它对各种类型的工业生产有较大的适应性，如冶金和机械工业工厂中的轧钢、炼钢，铸造，锻压、金工、装配等车间，往往设有较重的机械和设备，产品较重且轮廓尺寸较大，因而大多采用单层厂房结构。单层厂房按其主要承重结构的材料分，有混合结构、钢结构和钢筋混凝土结构。厂房内无吊车或吊车起重量不超过50kN、跨度在15m以内、柱顶标高在5m以内， 无特殊工艺要求的小型厂房，可采用混合结构(砖柱、钢筋混凝土屋架、木屋架或轻钢屋架)。当吊车吨位在250kN(中级工作制)以上、跨度大于36m的大型厂房或有特殊工艺要求的厂房(如设有100kN以上锻锤的车间以及高温车间的特殊部位等)，一般采用钢屋架、钢筋混凝土柱或全钢结构。其他大部分厂房均可采用钢筋混凝土结构。而且，目前除特殊情况外，均采用装配式钢筋混凝土结构。
单层厂房按主要结构的受力形式分有排架结构和刚架结构。
钢筋混凝土排架结构是由屋面梁或屋架、柱和基础所组成。柱与屋架铰接，而与基础刚接(图11-75)。根据厂房工艺和使用要求的不同，排架结构可做成等高(图11-76b)、不等高(图11-76c、d)等形式。钢筋混凝土排架结构的刚度大，耐久性和防水性好，施工方便，目前大多数厂房均采用这一类结构。它的跨度可达30多米，高度可达20多米，吊车吨位可达1500kN甚至更大。
图11—77为钢屋架与钢筋混凝土柱组成的排架结构，它一般用于跨度较大的厂房。当以砖墙或砖垛代替钢筋混凝土柱时，则为砖排架结构，一般用于轻型厂房， 目前常用的刚架结构是装配式钢筋混凝土门式刚架：它是由梁或屋架与柱刚接为同一构件，柱与基础一般为铰接，使基础不受弯矩，减少基础用料，同时也可减少基础变形对结构的影响，图11—78为钢筋混凝土三铰、两铰及无铰门式刚架。
(二)单层厂房结构组成和布置
1．结构组成
装配式钢筋混凝土排架结构是目前单层厂房中最基本的、应用比较普遍的结构形式。这种结构受力明确、设计与施工方便。它通常由下列构件组成，并相互连成一整体(图11-79)。
(1)屋盖结构、屋盖结构分无檩和有檩两种体系。无檩体系由大型屋面板、屋面梁或屋架(包括屋盖支撑／所组成；有檩体系由小型屋面板、檩条、屋架(包括屋盖支撑)组成，屋盖结构有时还设有天窗架，托架，屋盖结构起围护和承重双重作用。
(2)柱子。承受屋架、吊车梁、外墙和支撑传来的荷载，把它们传给基础。
(3)吊车梁。两端简支在柱子牛腿上，主要承受吊车竖向和水平荷载。
(4)支撑。包括屋盖支撑和柱间支撑，其作用是加强厂房结构的空间刚度，并保证结构构件在安装和使用阶段的稳定性，同时起传递风载和吊车水平荷载或地震力的作用。
(5)基础。承受柱和基础梁传来的荷载并将它传至地基。
(6)围护结构。包括纵墙及横墙(山墙)以及由墙梁(有时还有抗风梁及抗风桁架)和基础梁等组成的墙架。它们主要是承受墙体和构件的白重以及作用在墙面上的风荷载。
2．柱网布置
厂房承重柱(或承重墙)的纵向和横向定位轴线，在平面上排列所形成的网格，称为柱网。柱网布置就是确定纵向定位轴线之间(柱距)和横向定位轴线之间(跨度)的尺 寸。确定柱网尺寸，即是确定柱的位置，同时也是确定屋面板、屋架和吊车梁等构件的跨度并涉及到厂房结构构件的布置。柱网布置应满足生产工艺流程的要求，并遵守国家有关厂房建筑统一模数制的规定，为厂房结构构件的统一、通用及施工工厂化创造条件。
柱网布置的原则一般为：
厂房跨度小于或等于18m时，应采用3m的倍数；跨度大于18m时，应采用6m的倍数。厂房柱距应采用6m或6m的倍数。当工艺布置有明显的优越性时，亦可采用21m、27m、33m的跨度和9m或其他柱距。
目前，一般单层厂房大多采用6m柱距，但从现代化工业发展趋势来看，扩大柱距，对增加车间的有效面积，提高设备布置和工艺布置的灵活性、机械化施工中减少结构构件的数量和加快施工进度等都是有利的。当厂房较为高大时，采用9m或12m柱距较6m柱距优越。当然，由于构件尺寸增大，也给制作、运输和吊装带来不方便。 12m柱距是6m柱距的扩大模数，在大小车间相结合时，两者可配合使用，此外， 12m柱距可以利用现有设备做成6m屋面板系统(有托架的)，当条件具备时又可直接采用 12m屋面板(无托架的)。所以，在选择12m柱距和9m柱距时，应优先采用前者。
3. 支撑布置
在装配式钢筋混凝土单层厂房结构中，支撑虽非主要的构件，但却是连系主要结构构件以构成整体的重要组成成分。实践证明，如果支撑布置不当，不仅会影响厂房的正常使用，甚至可能引起工程事故。
屋盖支撑包括设置在屋面梁(屋架)间的垂直支撑、水平系杆，以及设置在上、下弦平面内的横向支撑和设在下弦平面内的纵向水平支撑。
4. 抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置
(1)抗风柱。当厂房高度和跨度均不大(柱顶在8m以下，跨度为9-12m)时，可在山墙设置砖壁柱作为抗风柱；当高度和跨度较大时，一般都设置钢筋混凝土抗风柱，柱外侧再贴砌山墙。在很高的厂房中，为不使抗风柱的截面尺寸过大，可加没水平抗风梁或钢抗风桁架，作为抗风柱的中间铰支点。
抗风柱与屋架连接必须满足两个要求：一是在水平方向必须与屋架有可靠的连接以保证有效地传递风载；二是在竖向应允许两者之间有一定相对位移的可能性，以防厂房与抗风柱沉降不均匀寸产生不利影响。
(2)圈梁、连系梁、过梁和基础梁。当用砖作为厂房围护墙时，一般要设置圈梁、连系梁、过梁及基础梁。
圈梁的作用是将墙体同厂房柱箍在一起，以加强厂房的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载引起对厂房的不利影响。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，所以柱上不设置支承圈梁的牛腿。
圈梁的布置与墙体高度、对厂房刚度的要求以及地基情况有关。对于一般单层厂房，可参照下列原则布置：对无桥式吊车的厂房，当墙厚≤240mm、檐高为5—8m时，应在檐口附近布置一道，当檐高大于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，外墙高度大干15m时还应适当增设。
连系梁的作用是连系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度并传递风载到纵向柱列；此外，连系梁还承受其上部墙体的重量。连系梁通常是预制的，两端搁置在柱牛腿上，其连接可采用螺栓连接或焊接连接。
过梁的作用是承托窗洞口上部的墙体重量。
在进行厂房结构布置时，应尽可能将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一个构件起 到两种或三种构件的作用，以节约材料，简化施工。在一般厂房中，通常用基础梁来承托围护墙体的重量，而不另做墙基础。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。在基础梁下有冻胀性土时，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。基础梁与柱一般不要求连接，将基础梁直接放置在柱基础杯口上或当基础埋置较深时，放置在基础上面的混凝土垫块上。当厂房内有较大振动的设备或在地震区时，基础梁与柱应有可靠的连接。 (三)变形缝
在单层厂房中有时需设置变形缝，它包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。
如果厂房长度和宽度过大，当气温变化时，将使结构内部产生很大的温度内力，严重的可使墙面、屋面等拉裂，影响使用。为减小厂房结构中的温度应力，需要用伸缩缝将厂房结构分成几个温度区段-伸缩缝的作法是从基础顶面开始，将桕邻温度区段的上部结构完全分开，并留出一定宽度的缝隙，使上部结构在气温有变化寸，水平方向可以自山地发生变形。温度区段的形状应力求简单，并使伸缩缝的数量最少，温度区段的长度(伸缩缝之间的距离)取决于结构类型和温度变化情况。《混凝土规范》规定，室内 的装配式钢筋混凝土排架结构的伸缩缝最大间距为lOOm，露天的装配式钢筋混凝土排 架结构为70m。
一般单层厂房排架结构中不设置沉降缝．只有在特殊条件：下才考虑设置，如厂房相邻两部分高度相差很大，两跨间吊车起重量相差悬殊，地基强度或—下卧层土质有极大差别，厂房各部分的施工时间先后相差很长，土壤压缩程度不同等。沉降缝应将建筑物从屋顶到基础全部分开，当缝两边的厂房有过大的不均匀沉降时，不致使结构产生较大的附加应力和变形，沉降缝可兼作伸缩缝，而伸缩缝不能兼作沉降缝、
防震缝是为了减轻厂房地震灾害而采取的措施之一、关于防震缝详见《抗震规范》。
(四)单层厂房的受力特点
单层厂房结构所承受的主要荷载如图11-80所示。
厂房的基本承重结构为由横梁(屋面梁或屋架)与横向柱列(柱及基础)组成的横向排架，竖向荷载以及横向水平荷载主要通过横向排架传到基础和地基：除横向排架外，厂房的纵向柱列通过吊车梁、连系梁、柱间支撑等构件的联系，也形成—个骨架体系，承受作用在山墙和天窗端壁，然后通过屋盖结构传来的纵向风荷载以及吊车纵向水平荷载等(图11-81)。
图11—81 纵向排架荷载传递示意图