排架結構由排架柱和屋面大梁或屋架組成,建築材料可采用鋼材、鋼筋混凝土和砌體。作為豎向承重構件的排架柱由於需要布置吊車常做成階型柱,又稱牛腿柱,排架柱截面形式有矩形、工字形和格構柱等形式,矩形柱主要適用於吊車荷載較小的中小型工業建築,而工字形和格構柱尤其是鋼結構柱主要適用於大型和重型結構工業建築。
作為水平承重構件的屋架可采用實腹式屋面大梁或桁架式屋架,實腹式屋面大梁主要適用於18m以內跨度排架結構,桁架式屋架應用更為廣泛,可適用各種跨度。依據建築形式和屋面排水坡度要求,常用的桁架式屋架形式有矩形、三角形、梯形、拋物線形等,矩形屋架又稱為平行弦屋架,其桿件長度和節點形式統壹,加工制作方便,但需要屋面構造處理實現排水坡度要求;三角形屋架在建築設計中可做成兩坡頂和四坡頂,使建築體型高低錯落,豐富了建築立面表現;梯形屋架上弦坡度小,方便屋面施工和維修,並且由結構形成屋面排水坡度節省了構造找坡的材料和費用,是常采用的屋架形式。qM=ql/82FM=Fh/2(a)(b)(c)圖1平面排架結構彎矩圖
2.排架結構受力特點
排架結構壹般是由豎向排架柱和水平平面桁架式屋架組成,排架柱剛接與基礎上,而排架柱與屋面桁架之間連接為鉸接。典型建築荷載可分為豎向荷載和水平荷載,排架結構在豎向荷載單獨作用下彎矩圖如圖1(b)所示,水平構件彎矩圖與簡支梁相同,屋架跨中彎矩最大;排架柱僅承受由於偏心作用引起的彎矩,彎矩作用較小或無彎矩產生。排架結構在水平荷載作用下彎矩圖如圖1(c)所示,排架柱起主要作用,屋架僅傳遞水平荷載而無彎矩產生。排架柱與屋架是兩個相對獨立構件,使得構件長度與剛架系統相比要短,減小了構件長細比進而增大構件剛度,更易於滿足結構正常使用極限狀態要求。單層排架工業建築更適合於懸掛重、吊車荷載大、結構跨度要求高的大型重型工業建築。
平面桁架式屋架是格構式受彎構件,由弦桿和腹桿組成,各根桿件主要承受軸力。弦桿通過拉壓作用承受桁架平面內整體彎矩,腹桿主要承受整體剪力。排架結構中屋架為簡支構件,在豎向均布荷載作用下整體彎矩圖為拋物線,桁架外形愈接近整體彎矩圖,弦桿軸力愈均勻。三角形屋架與平行弦屋架幾何形式與整體彎矩圖相差較大,弦桿內力很不均勻,為了施工方便弦桿截面選型常為等截面,使得三角形與平行弦屋架經濟性較差,三角形屋架常用於跨度較小的工業建築,平行弦屋架由於桿件長度單壹,易於制作,使用也較為廣泛。拋物線形屋架幾何形式更接近整體彎矩圖,受力更合理,經濟性更好,為了方便制作拋物線形屋架上弦桿可簡化為折線形式。
3.排架結構支撐系統布置
在結構整體布置過程中結構應具有足夠的空間剛度,而排架結構是橫向平面結構,平面外剛度較小,通過設置支撐系統可以滿足結構縱向剛度要求。支撐系統由屋面支撐和柱間支撐構成。屋面支撐系統包括上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、垂直支撐、下弦縱向水平支撐和系桿組成,其中上弦橫向水平支撐與垂直支撐設於溫度區段兩端第二開間,當溫度區段較長時,在區段中部開間再設壹道,無支撐的開間設置系桿,下弦橫向水平支撐僅在屋架下部存在懸掛荷載或需傳遞屋蓋縱向風荷載時采用;縱向支撐僅在廠房跨度較大且存在較大振動荷載和吊車荷載情況下采用。柱間支撐包括上柱支撐和下柱支撐,壹般設於結構兩端和溫度區段中部。
4.結論
綜上所述,可知:①建築排架結構常采用排架柱和平面桁架式屋架組合形式;②排架結構常用於吊車荷載較大的大型工業建築中;③排架結構是壹種平面結構形式,為獲得足夠的結構空間剛度和穩定性,需要設置屋面支撐系統和柱間支撐系統。
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