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东南大学建筑结构设计-单层排架说课讲解_图文

一、单层排架概述

单层排架是一种广泛应用于工业和民用建筑中的承重结构体系，主要由柱、梁、支撑等构件组成，形成一种平面框架结构。其结构形式简单，受力明确，施工方便，因此在各类建筑中得到了广泛的应用。单层排架的跨度一般在6至12米之间，柱网布置通常为6米×6米或9米×9米，最大可达18米×18米。在工程实践中，单层排架的设计需要充分考虑荷载、材料、构造等因素，以确保结构的安全、经济和适用。

单层排架的设计过程涉及对荷载的准确计算和分析。在结构设计阶段，荷载包括恒载、活载、雪载和风载等。恒载是指结构自重和永久荷载，如楼面、屋面等；活载是指可变荷载，如设备、人员等；雪载和风载则分别考虑当地气候条件和建筑物的抗风性能。根据我国相关规范，单层排架的承载能力应满足下列条件：恒载和活载的总和不超过结构承载力，雪载和风载应小于结构的抗倾覆和抗滑移安全系数。

以某钢铁厂车间为例，其单层排架的设计需满足以下要求：车间长宽分别为60米和40米，柱网布置为9米×9米，屋面荷载为0.5kN/m2，楼面荷载为1.0kN/m2。在设计过程中，首先对结构进行荷载组合计算，然后根据荷载大小和柱网布置选择合适的梁截面和柱截面。以柱为例，考虑到柱子既要承受屋面和楼面的竖向荷载，又要承受水平荷载，故柱截面通常采用矩形或工字形，并采用钢筋混凝土材料。通过结构分析软件对整个排架进行建模计算，可得到柱和梁的内力分布情况，从而确定构件的截面尺寸。

单层排架的构造设计同样重要，它直接影响到结构的耐久性和抗震性能。在构造设计阶段，需对连接节点、支撑系统、柱基础等关键部位进行详细设计。例如，柱与梁的连接节点采用焊接或螺栓连接，以确保节点处的刚度和强度；支撑系统则采用桁架或斜撑，以增强结构的整体稳定性；柱基础则根据地质条件和荷载大小设计成条形基础或独立基础。在实际工程中，构造设计还需考虑施工工艺、材料供应等因素，以确保设计方案的可行性和经济性。

二、单层排架设计原则与要求

(1)单层排架设计时，首先要遵循结构安全、经济、适用和耐久的基本原则。结构安全是设计的基础，要求在设计过程中充分考虑各种可能出现的荷载和作用，确保结构在任何情况下都能保持稳定和安全。根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），单层排架的荷载组合需按照恒载、活载、雪载和风载进行计算，并满足结构承载力的要求。例如，在某办公楼的设计中，考虑到楼面活载为2.0kN/m2，屋面恒载为0.8kN/m2，雪载为0.3kN/m2，风载为0.6kN/m2，设计时需确保结构在这些荷载作用下的安全。

(2)在单层排架设计过程中，需遵循材料经济原则。这意味着在满足结构安全的前提下，要尽量减少材料的使用，降低工程成本。设计时应根据建筑的功能、用途和建筑物的规模来选择合适的材料。例如，对于跨度较小的单层排架，可采用C20混凝土和HRB400钢筋；而对于跨度较大的排架，则可能需要采用更高强度等级的钢筋和混凝土，如C30混凝土和HRB500钢筋。以某厂房为例，通过优化设计，成功降低了钢筋用量，节约了约10%的工程成本。

(3)单层排架设计还应满足适用性和耐久性的要求。适用性要求结构在正常使用条件下，能适应各种功能和用途的变化，如空间布局的调整、荷载的增加等。耐久性则要求结构在长期使用过程中，具有良好的抗腐蚀、抗冻融、抗风化等性能。设计时应考虑建筑物的使用年限，一般工业建筑的设计使用年限为50年。例如，在某仓储库房的设计中，考虑到库房内存储物品的重量和种类，对屋面、楼面和墙体等构件进行了加强设计，以满足长期存储需求。同时，为提高结构的耐久性，在构造设计上采用了防水、保温和隔热措施，以降低维护成本和延长使用寿命。

三、单层排架结构设计步骤与方法

(1)单层排架结构设计的第一步是进行荷载分析。这一步骤包括确定恒载、活载、雪载和风载等，并根据《建筑结构荷载规范》进行组合计算。荷载分析的结果将直接影响后续的设计决策，如构件尺寸的选择和材料的确定。例如，在计算一个跨度为12米的单层排架时，需要考虑屋面和楼面的恒载、活载以及当地的雪载和风载，确保所有荷载组合下的结构安全。

(2)在完成荷载分析后，接下来是结构选型和构件设计。这一阶段涉及选择合适的结构体系和构件类型，如梁、柱、支撑等。构件设计包括确定截面尺寸、配筋计算和连接节点设计。例如，对于一个跨度为9米的单层排架，可能选择工字形截面梁和矩形截面柱，并根据荷载计算结果进行配筋设计。同时，设计人员还需考虑连接节点的强度和刚度，确保节点能够有效地传递荷载。

(3)设计完成后，需要对结构进行建模和计算。这一步骤通常使用专业的结构分析软件进行，如SAP2000、ETABS等。建模时需精确模拟结构的几何形状、材料属性和边界条件。计算结