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1、1,第四章 单层厂房结构,本章主要内容及重点,概述,结构组成,结构布置,构件选型与截面设计,横向排架结构内力分析,柱的设计,柱下独立基础设计,横向排架结构内力分析,柱的设计,柱下独立基础设计,主要内容：,重点：,2,第四章 单层厂房结构,4.1 概 述,1 工业厂房的分类,工业厂房由于生产性质、工艺流程、机械设备和产品的不同，按层数分类，可分为：,单层厂房,多层厂房,层数混合的厂房,如精密仪表、电子、食品等工业,如化学工业、热电厂等,如冶金或机械厂的炼钢、轧钢、铸造、锻压、金工、装配等车间，一般因设有大型机器或设备，产品较重且轮廓尺寸较大，故宜直接在地面上生产而设计成单层厂房,3,第四章 单层
2、厂房结构,4.1 概 述,混合结构,钢筋混凝土结构,2 单层厂房的分类,对无吊车或吊车吨位不超过5t、跨度在15m以内、柱顶标高不超过8m且无特殊工艺要求的小型厂房，可采用混合结构,对有重型吊车、跨度大于36m或有特殊工艺要求的大型厂房，可采用全钢结构或由钢筋混凝土柱与钢屋架组成的结构,（1）按生产规模可分为：大型、中型和小型；,（2）按主要承重材料可分为：,钢结构,除上述情况以外的单层厂房均可采用混凝土结构。而且除特殊情况之外，一般均采用装配式钢筋混凝土结构,4,第四章 单层厂房结构,4.1 概 述,2 单层厂房的分类,排架结构,门式刚架结构,（3）按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构,
3、5,第四章 单层厂房结构,4.2 结构组成,1 结构组成,单层厂房结构是由一些构件组成的一个复杂的空间受力体系，可将结构整体分为以下几个子结构体系:,单层厂房结构,1.屋面板2.天沟板 3.天窗架 4.屋架 5.托架 6.吊车梁 7.排架柱 8.抗风柱 9.基 础 10.连系梁 11.基础梁12.天窗架垂直支撑 13.屋架下弦横向水平支撑14.屋架端部垂直支撑 15.柱间支撑,6,单层排架结构组成,1）屋面板,2）天沟板,3）天窗架,4）屋架,5）托架,6）吊车梁,7）排架柱,8）抗风柱,9）基础,10）连系梁,11）基础梁,12）天窗架垂直支撑,13）屋架下弦横向支撑,14）屋架垂直支撑,1
4、5）柱间支撑,7,8,第四章 单层厂房结构,4.2 结构组成,屋盖结构,有檩体系,无檩体系,由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括有天窗架和托架等构件,由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成,屋盖结构,1 结构组成,9,第四章 单层厂房结构,4.2 结构组成,横向排架 结 构,由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面骨架，是厂房的基本承重结构。厂房承受的竖向荷载及横向水平荷载主要通过横向平面排架传至基础及地基,横向平面排架组成及荷载图,1 结构组成,10,11,第四章 单层厂房结构,4.2 结构组成,纵向排架 结 构,由连系梁、吊车梁、纵向柱列、柱间支撑和基础等构件组成的纵向平面骨
5、架。作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，承受吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、温度应力以及作用在山墙及天窗架端壁并通过屋盖结构传来的纵向风荷载等,围护结构,位于厂房的四周，包括纵墙、横墙（山墙）、抗风柱、连系梁、基础梁等构件。这些构件所承受的荷载，主要是墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载,纵向平面排架组成及荷载图,1 结构组成,12,13,第四章 单层厂房结构,4.2 结构组成,单层厂房结构中，纵向平面排架和横向平面排架间主要通过屋盖结构和支撑体系相连接而形成空间结构，各构件及其作用为,单层厂房结构构件及其作用,1 结构组成,14,第四章 单层厂房结构,4.2 结构组成,1 结构组成
6、,15,第四章 单层厂房结构,4.2 结构组成,1 结构组成,16,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,工业设计要求,方案设计阶段,技术设计阶段,施工图阶段,确定柱网布置等平面问题,1 厂房结构的设计步骤,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。,确定结构形式、标高等剖面问题,选择结构构件类型,确定结构布置,确定结构计算简图,荷载计算及排架内力分析,结构构件（柱、基础等）设计,结构布置图（屋面、柱、基础等）,构件布置与配筋图,节点大样图,17,第四章 单层厂房结构,
7、4.3 结构布置,2 屋盖支撑布置,（1）上弦横向水平支撑,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。,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
8、置，并在天窗范围内沿纵向设置13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。,18,屋盖支撑,19,20,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,上弦横向水平支撑布置,2 屋盖支撑布置,21,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,（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。,下弦横向水平支撑
9、布置,2 屋盖支撑布置,22,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,（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。,纵向水平支撑布置,2 屋盖支撑布置,23,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,（4）垂直支撑,构成：由角钢杆件与屋架直腹杆组成的垂
10、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1830m、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。,2 屋盖支撑布置,24,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,垂直支撑和水平系杆布置图,2 屋盖支撑布置,25,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,（5）水平系杆
11、,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。,2 屋盖支撑布置,26,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,（6）天窗架支
12、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。,2 屋盖支撑布置,27,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,天窗架支撑布置,2 屋盖支撑布置,28,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,3 柱间支撑布置,构成：由交叉钢杆件组成，交叉倾角宜取45，支撑钢
13、构件的截面尺寸需经承载力和稳定计算确定。,柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。,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。,柱间支撑作用示意图,29,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,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。,形式：十字交叉形；当柱间要通行或放置设备，或
14、柱距较大而不宜采用交叉支撑时，可采用门架式支撑。,门架式柱间支撑,3 柱间支撑布置,30,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,布置：当设有A6A8的吊车，或A1A5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。,3 柱间支撑布置,31,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,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
15、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。,柱间支撑与伸缩变形的关系,3 柱间支撑布置,32,柱间支撑的传力示意图,33,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,4 围护结构布置,抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦铰接；当屋架设有下弦横向水平支撑时，也可与下弦铰接或同时与上、下弦铰接。抗风柱与屋架之间一般采用竖向可以移动、水平方向又有较大刚度的弹簧板连接；如厂房沉降量较大时，宜采用槽形孔螺栓连接。,（1）抗风柱,抗风柱与屋架上、下弦连接构造,34,第四章 单层厂房结构,4.3 结构布置,（2）圈梁、连系梁、过梁和基础梁,圈梁是设置于墙体内并与柱子连接的现浇钢筋混
16、凝土构件，其作用是将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大的振动荷载对厂房产生不利影响。,连系梁除承受墙体荷载外，还具有连系纵向柱列、增强厂房的纵向刚度、传递纵向水平荷载的作用。当墙体开有门窗洞口时，需设置钢筋混凝土过梁，以支承洞口上部墙体的重量。,在进行围护结构布置时，应尽可能地将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一种梁能兼作两种或三种梁的作用，以简化构造，节约材料，方便施工。在单层厂房中，一般采用基础梁来承托围护墙体的重量，并将其传至柱基础顶面，而不另做墙基础，以使墙体和柱的沉降变形一致。,4 围护结构布置,35,第四章 单层厂房结构,4.5 结构
17、布置,5 结构布置,一、柱网布置,柱网是竖向承重构件纵横向定位轴线所形成的网格。,柱距应采用6米或6米的倍数；,跨度在18米以下采用3米的倍数，在18米以上采用6米的倍数。,36,二、定位轴线,墙、边柱与纵向定位轴线的关系：,柱距6米、无吊车或,边柱外缘和墙内缘与轴线重合，称封闭结合。,柱距6米、,边柱外缘和墙内缘与轴线之间加联系尺寸D=125，称非封闭结合。,柱距12米、或,联系尺寸D=250、500。,单厂设计,4.1 组成与布置,4.1.1结构种类,4.1.2结构组成,4.1.3结构布置,37,中柱与纵向定位轴线的关系：,等高跨,上柱中心线与纵向轴线重合,38,39,40,墙、柱与横向定
18、位轴线的关系：,柱,伸缩缝和端部处,一般部位处柱中心线与轴线重合,600,600,600,墙,非承重墙：墙内缘与轴线重合,承重墙：,墙内缘与轴线的距离为半砖或半砖的倍数。,41,三、变形缝设置,伸缩缝,横向伸缩缝一般采用双柱；纵向伸缩缝一般采用单柱。,沉降缝,一般不设。下列情况之一设：,相邻部位高差很大；相邻跨吊车起重量悬殊；下卧土层有很大变化；各部分施工时间相差很长。,抗震缝,当厂房平、立面布置复杂或结构高度、刚度相差很大时设置。,42,四、厂房的剖面布置,高度,自室内地面至柱顶的高度应为300的倍数；,自室内地面至牛腿的高度应为300的倍数；,自室内地面至吊车轨道的标志高度应为600的倍数
19、。,净空,43,柱顶标高,轨顶标高,牛腿顶标高,室内地面,300的倍数,600的倍数,300的倍数,44,45,第四章 单层厂房结构,4.4 构件选型与截面尺寸确定,1 主要构件的选型,单层厂房结构的主要构件有屋盖结构构件、支撑、吊车梁、墙板、连系梁、基础梁、柱和基础等。,无檩体系屋盖常采用预应力混凝土大型屋面板，它适用于保温或不保温卷材防水屋面，屋面坡度不应大于1/5。无檩体系屋盖还可采用预应力F形屋面板，用于自防水非卷材屋面，以及预应力自防水保温屋面板、钢筋加气混凝土板等。,（1）屋盖结构构件,有檩体系屋盖常采用预应力混凝土槽瓦、波形大瓦等小型屋面板。,屋面板:,46,第四章 单层厂房结构
20、,4.4 构件选型与截面尺寸确定,檩条：檩条搁在屋架或屋面梁上，起着支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架的作用。它与屋架间用预埋钢板焊接，并与屋盖支撑一起保证屋盖结构的整体刚度和稳定性。,各种形式的屋面板,1 主要构件的选型,47,第四章 单层厂房结构,4.4 构件选型与截面尺寸确定,屋面梁和屋架：按型式可分为屋面梁、两铰（或三铰）拱屋架和桁架式屋架三大类。,屋面梁：屋面梁的外形有单坡和双坡两种。,两铰（或三铰）拱屋架：两铰拱的支座节点为铰接，顶节点为刚接；三铰拱的支座节点和顶节点均为铰接。两铰拱的上弦为钢筋混凝土构件，三铰拱的上弦可用钢筋混凝土或预应力混凝土构件。,两铰（或三铰）拱屋架,1 主
21、要构件的选型,48,钢筋混凝土及组合屋架,49,钢屋架,50,第四章 单层厂房结构,4.4 构件选型与截面尺寸确定,桁架式屋架：当厂房跨度较大时，采用桁架式屋架较经济，它在单层厂房中应用非常普遍。桁架式屋架的矢高和外形对屋架受力均有较大影响，一般取高跨比为1/61/8较为合理，其外形有三角形、拱形、梯形、折线形等几种。,各种形式屋架德内力（f/L=1/6）,1 主要构件的选型,51,第四章 单层厂房结构,4.4 构件选型与截面尺寸确定,天窗架和托架：,天窗架：天窗架的作用是形成天窗以便采光和通风，同时承受屋面板传来的竖向荷载和作用在天窗上的水平荷载，并将它们传给屋架。,托架：一般为12m跨度的
22、预应力混凝土三角形或折线形构件，上弦为钢筋混凝土压杆，下弦为预应力混凝土拉杆。,天窗架的形式,托架的形式,1 主要构件的选型,52,第四章 单层厂房结构,4.4 构件选型与截面尺寸确定,（2）吊车梁：吊车梁除直接承受吊车起重、运行和制动时产生的各种往复移动荷载外，它还具有将厂房的纵向荷载传递至纵向柱列、加强厂房纵向刚度等作用。,吊车梁的类型,吊车梁一般根据吊车的起重量、工作级别、台数、厂房的跨度和柱距等因素选用。,1 主要构件的选型,53,第四章 单层厂房结构,4.4 构件选型与截面尺寸确定,2 柱,（1）柱的形式：主要有排架柱和抗风柱两类。钢筋混凝土排架柱一般由上柱、下柱和牛腿组成，其结构型
23、式可概括为单肢柱和双肢柱两类。上柱一般为矩形截面或环形截面；下柱的截面形式较多，根据其截面形式可分为矩形截面柱、I形柱、双肢柱和管柱等几类。,柱的形式,抗风柱一般由上柱和下柱组成，无牛腿，上柱为矩形截面，下柱一般为 I形截面。,54,第四章 单层厂房结构,4.4 构件选型与截面尺寸确定,（2）柱的截面尺寸：柱的截面尺寸除应满足承载力的要求外，还应保证具有足够的刚度，以免厂房变形过大，造成吊车轮与轨道过早磨损，影响吊车的正常运行，或导致墙体和屋盖产生裂缝，影响厂房的正常使用。柱的截面尺寸除了考虑吊车起重量和柱的类型两个因素外，还应考虑厂房跨数和高度、柱的型式、围护结构的材料和构造、施工和吊装等。
24、,2 柱,55,第四章 单层厂房结构,4.4 构件选型与截面尺寸确定,3 基础,单层厂房的柱下基础一般采用独立基础（也称扩展基础）。按施工方法可分为预制柱下独立基础和现浇柱下独立基础两种。对装配式钢筋混凝土单层厂房排架结构，常见的独立基础形式主要有杯形基础、高杯基础和桩基础等。,基础的类型,56,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,1 排架计算见图,（1）计算单元：可在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的区段，作为排架的计算单元。,计算单元和计算模型,57,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,（2）基本假定和计算简图：为了简化计算，对于钢筋混凝土排架结构通
25、常作如下假定：,柱下端与基础顶面为刚接；,柱顶与排架横梁（屋架或屋面梁）为铰接；,横梁（即屋架或屋面梁）为轴向刚度很大的刚性连杆。,根据上述假定，可得到横向排架的计算简图。,1 排架计算见图,58,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,横向排架的计算简图,1 排架计算见图,59,三、荷载计算,恒载,屋盖自重,上柱自重,下柱自重,吊车梁及轨道自重,活载,屋面活载,吊车荷载,形式、大小、作用位置、方向。,风荷载,60,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,2 排架结构上的荷载,作用在横向排架结构上的荷载有恒载、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载和风荷载等，除吊车荷载
26、外，其它荷载均取自计算单元范围内。,（1）恒载：,屋盖自重G1：屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、天窗架、屋面构造层以及屋盖支撑等重力荷载。,悬墙自重G2：当设有连系梁支承围护墙体时，排架柱承受着计算单元范围内连系梁、墙体和窗等重力荷载。,吊车梁和轨道及连接件自重G3。,柱自重G4（G5）：,61,恒载,62,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,恒载作用位置及相应的排架计算简图,2 排架结构上的荷载,63,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,（2）屋面活荷载：包括屋面均布活荷载、屋面雪荷载和屋面积灰荷载三部分。其荷载分项系数均为1.4。,屋面均布活荷载：
27、屋面水平投影面上的屋面均布活荷载标准值，按下列情况取：不上人的屋面为0.5kN/m2；上人的屋面为2.0kN/m2。,屋面雪荷载：屋面水平投影面上的雪荷载标准值(kN/m2)式中:为基本雪压(kN/m2)；为屋面积雪分布系数。,屋面积灰荷载：对设计生产中有大量排灰的厂房及其临近建筑时，应考虑屋面积灰荷载的影响。屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，取两者中的较大值；当有屋面积灰荷载时，积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑。,注：,2 排架结构上的荷载,64,包括屋面均布活荷载、屋面雪荷载和屋面积灰荷载三部分，它们均按屋面水平投影面积计算，其荷载分项系数均为1.4。（l）
28、屋面均布活荷载屋面均布活荷载系考虑屋面在施工、检修时的活荷载，其标准值根据建筑结构荷载规范规定按下列情况取：不上人的屋面为0.5kN/m2，上人的屋面为2.0kN/m2。对不上人的屋面，当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用。（2）屋面雪荷载屋面雪荷载的计算方法见第二章。（3）积灰荷载 对于生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑物应考虑屋面积灰荷载。对于具有一定除尘设施和保证清灰制度的机械、冶金和水泥厂房的屋面，按荷载规范规定，其积灰荷载在0.31.0 kN/m2之间。荷载的组合：屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取较大值计算。当有积灰荷载时，积灰荷载应与屋面活荷载或雪荷载二者中较大值同时
29、考虑。上述三种荷载都是以集中力按与屋盖自重相同的途径传至柱顶。,屋面荷载,65,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,吊车竖向荷载：和 的标准值按下式计算式中、表示第 台吊车的最大轮压和最小轮压；与吊车轮压相对应的支座反力影响线的竖向坐标值。,当计算吊车梁及其连接的强度时，吊车竖向荷载应乘以动力系数。,注：,计算排架考虑多台吊车竖向荷载时，对单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于2台；对多跨厂房的每个排架，不宜多于4台。,（3）吊车荷载：,2 排架结构上的荷载,66,吊车荷载,竖向荷载,横向水平荷载,纵向水平荷载,K,桥式吊车按照使用的频繁程度分为轻级(A1A3)、中级(
30、A4、A5)、重级(A6、A7)和特重级(A8)四个载荷状态。,67,最大轮压与最小轮压,最大轮压 可从产品目录中查得；最小轮压 可由下式确定：,吊车竖向荷载标准值,如果两台吊车相同，则,x,P2max,P1max,P1max,P2max,K1,K2,y2,y3,y4,y1=1,B1,B2,68,69,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,吊车横向水平荷载：吊车总的横向水平荷载可按下式取值：式中 吊车的额定起重量；小车重量；重力加速度；横向水平荷载系数。,对于一般四轮桥式吊车，大车每一轮子传递给吊车梁的横向水平制动力 为：式中 为第 个大车轮子的横向水平制动力。,考虑多台吊车水平
31、荷载时，对单跨或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不应多于2台。,注：,2 排架结构上的荷载,70,吊车横向水平荷载标准值,（小车吊有重物刹车时引起的惯性力）,传力过程：小车惯性力,大车,吊车梁,排架柱,作用位置：吊车梁顶面,作用方向：垂直轨道,71,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,吊车纵向水平荷载：吊车纵向水平荷载标准值T0，按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用，即式中，n为施加在一边轨道上所有刹车轮数之和，对于一般的四轮吊车，n=1。,无论单跨或多跨厂房，在计算吊车纵向水平荷载时，一侧的整个纵向排架上最多只能考虑2台吊车。,注：,2 排架结构上的荷
32、载,72,吊车纵向水平荷载标准值,按一侧所有制动轮最大轮压之和的10%确定：,（大车行驶中刹车引起的惯性力）,作用位置：轨道顶面,作用方向：沿轨道方向,对于一层吊车厂房：水平荷载最多考虑2台；多跨时，竖向荷载最多考虑4台。,73,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,式中 基本风压值（kN/m2），是以当地比较空旷平坦地面上离 高度z处的风振系数；风压高度变化系数；风荷载体型系数。,地10m高处统计所得的50年一遇10分钟平均最大风速为标准确定的风压值；,（4）风荷载：垂直于建筑物表面上的风荷载标准值（kN/m2）按下式计算：,2 排架结构上的荷载,74,风载,风荷载的组合值和准
33、永久值系数可分别取0.6和0。,75,活载下计算简图,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,3 等高排架内力分析,（1）柱顶水平集中力作用下等高排架内力分析：,在柱顶水平集中力作用下，等高排架各柱顶侧移相等，沿横梁与柱的连接处将各柱的柱顶切开，在各柱顶的切口上作用一对相应的剪力。,柱顶水平集中力作用下等高排架的变形和内力,101,二、剪力分配法,柱顶作用集中荷载,由平衡条件：,由物理条件：,由几何条件：,102,4.2.2 等高排
34、架的内力计算,一、柱的抗侧刚度,设柱顶作用一单位力发生的位移为,，,代表柱顶发生单位侧向位移时柱内的剪力，定义为柱的抗侧（推）刚度，用D表示。,与,、,有关。,单厂设计,4.1 组成与布置,4.2 结构分析,4.2.1分析模型,4.2.2内力计算,103,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,式中 第 i 根排架柱的抗侧移刚度（或抗剪刚度），即悬臂 第 i 根排架柱的剪力分配系数，按下式计算：,求得柱顶剪力Vi 后，用平衡条件可得排架柱各截面的弯矩和剪力。,当排架结构柱顶作用水平集中力F时，各柱的剪力按其抗剪刚度与各柱抗剪刚度总和的比例关系进行分配。,柱柱顶产生单位侧移所需施加的
35、水平力,注：,3 等高排架内力分析,104,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,剪力分配系数必满足。,各柱的柱顶剪力Vi仅与F 的大小有关，而与其作用在排架左侧或右侧柱顶处位置无关，但F 的作用位置对横梁内力有影响。,（2）任意荷载作用下等高排架内力分析：等高排架在任意荷载作用下，为了利用剪力分配法求解，通常可采用以下三个步骤来进行这种情况下的排架内力分析。,对承受任意荷载作用的排架，先在排架柱顶部附加一个不动铰支座以阻止其侧移，则各柱为单阶一次超静定柱，应用柱顶反力系数可求得各柱反力Ri及相应的柱端剪力，柱顶假想的不动铰支座总反力为。,3 等高排架内力分析,105,任意荷载作
36、用,在柱顶加上不动铰支座，利用图表求出内力和支座反力；,将支座反力反向作用于柱顶，求出内力；,将上述两种情况的内力叠加。,106,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,撤除假想的附加不动铰支座，将支座总反力R反向作用于排架柱顶，应用剪力分配法可求出柱顶水平力R作用下各柱顶剪力。,将前面的计算结果相叠加，可得到在任意荷载作用下排架柱顶剪力，然后可求出各柱的内力。,任意荷载作用下等高排架内力分析,3 等高排架内力分析,107,R=Ri,Vi=Ri十iR,108,109,4.2.3 水平位移计算,110,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,4 不等高排架内力分析,不等高
37、排架在任意荷载作用下，由于高、低跨的柱顶位移不相等，因此，不能用剪力分配法求解，其内力通常用结构力学中的力法进行分析。式中，为基本结构的柔度系数，可由单位力弯矩图图乘得到；、为载常数。,两跨不等高排架内力分析,111,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,5 考虑厂房整体空间作用的排架内力分析,（1）厂房整体空间作用的概念,当各榀排架柱顶均受有水平集中力R，且厂房两端无山墙时每一榀排架都相当于一个独立的平面排架。,当各榀排架柱顶均受有水平集中力R，但厂房两端有山墙时，山墙则通过屋盖等纵向联系构件对其它各榀排架有不同程度的约束作用，使各榀排架柱顶水平位移呈曲线分布，且。,当仅其中一
38、榀排架柱顶作用水平集中力R，且厂房两端无山墙时，则直接受荷排架通过屋盖等纵向联系构件，受到非直接受荷排架的约束，使其柱顶的水平位移减小，即。,当仅其中一榀排架柱顶作用水平集中力R，但厂房两端有山墙时，则直接受荷载排架受到非受荷排架和山墙两种约束，故各榀排架的柱顶水平位移将更小，即。,112,4.2.4 排架计算模型的讨论,一、排架的整体空间作用,基本概念,结构均匀、荷载均匀,结构不均匀、荷载均匀,结构均匀、荷载不均匀,113,在b、c两种情况下，其最大侧向位移量,即在b、c两种情况的侧移小于按平面排架计算的侧移。,这种排架与排架、排架与山墙之间相互关联的作用称为整体空间作用。,厂房的整体空间作
39、用的大小主要与下列因素有关；,（1）屋盖刚度：,（2）厂房两端有无山墙：,（3）厂房长度：,（4）排架本身刚度,114,在恒载、屋面荷载、风载等沿厂房纵向均布的荷载作用下，除了靠近山墙外的排架，它们的水平位移稍小以外，其余排架的水平位移基本上是差别不大。因而各排架之间相互牵制作用不显著，按简化成平面排架来计算对排架内力影响很小，故在均布荷载作用下不考虑整体空间作用。吊车荷载（竖向和水平）是局部荷载（荷载不均匀），当吊车荷载局部作用于某几个排架时，其余排架以及两山墙都对承载的排架有牵制作用。如厂房跨数较多、屋盖刚度较大，则牵制作用也较大。这种排架与排架、排架与山墙之间相互关联和牵制的整体作用即称
40、为厂房的整体空间作用。,115,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,厂房空间作用分析,当结构布置或荷载分布不均匀时，由于屋盖等纵向联系构件将各榀排架或山墙联系在一起，故各榀排架或山墙的受力及变形都不是单独的，而是相互制约。这种排架与排架，排架与山墙之间的相互制约作用，称为厂房的整体空间作用。,单层厂房整体空间作用的程度主要取决于屋盖的水平刚度、荷载类型、山墙刚度和间距等因素。,5 考虑厂房整体空间作用的排架内力分析,116,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,（2）吊车荷载作用下考虑厂房整体空间作用的排架内力分析,根据试验资料及理论分析，给出了吊车荷载作用下单层
41、单跨的空间工作分配系数。,厂房空间工作示意图,5 考虑厂房整体空间作用的排架内力分析,117,称为空间作用分配系数,当某榀排架柱顶作用水平力 时，如果考虑排架整体空间作用，该排架仅承担，其余部分由其它排架承担。,118,吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法,考虑空间作用后，上柱弯矩增大；下柱弯矩减小。,119,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,单跨厂房空间作用分配系数,5 考虑厂房整体空间作用的排架内力分析,120,单跨厂房空间作用分配系数,121,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,6 内力组合,所谓内力组合，就是将排架柱在各单项荷载作用下的内力，按照它们
42、在使用过程中同时出现的可能性，求出在某些荷载共同作用下，柱控制截面可能产生的最不利内力，作为柱和基础配筋计算的依据。,（1）柱的控制截面,控制截面是指对截面配筋起控制作用的截面。,当柱高度较大时，下柱中间某截面也可能为控制截面。,当柱上作用有较大的集中荷载（如悬墙重量等）时，可根据其内力大小还需将集中荷载作用处的截面作为控制截面。,122,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,（2）荷载效应组合,对于一般排架结构，荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定：,由可变荷载效应控制的组合,由永久荷载效应控制的组合,6 内力组合,123,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架
43、结构内力分析,（3）不利内力组合,通常选择以下四种内力组合作为截面最不利内力组合：+Mmax及相应的N，V；Mmax及相应的N，V；Nmax及相应的M，V；Nmin及相应的M，V。,6 内力组合,124,第四章 单层厂房结构,4.5 横向排架结构内力分析,（4）内力组合注意事项,每次内力组合时，都必须考虑恒荷载产生的内力。,每次内力组合时，只能以一种内力为目标来决定可变荷载的取舍，并求得与其相应的其余两种内力。,在吊车竖向荷载中，同一柱的同一侧牛腿上有Dmax或Dmin作用，两者只能选择一种参加组合。,吊车横向水平荷载Tmax同时作用在同一跨内的两个柱子上，向左或向右，组合时只能选取其中一个方
44、向。,6 内力组合,125,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,1 截面设计,（1）截面配筋计算 在对柱进行受压承载力计算或验算时，柱的偏心距增大系数 或稳定系数 与柱的计算长度有 关。混凝土结构设计规范根据单层厂房的实际支承及受力特点，结合工程经验所给出的计算长度。,刚性屋盖单层厂房排架柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度,126,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,（2）构造要求 柱的混凝土强度等级不宜低于C20，纵向受力钢筋直径d不宜小于12mm，全部纵向钢筋的配筋率不宜超过5%。柱内纵向钢筋的净距不应小于50mm；对水平浇筑的预制柱，其上部纵向钢筋的最小净间距不应小于3
45、0mm和1.5d(为钢筋的最大直径)，下部纵向钢筋的最小净间距不应小于25mm和d。偏心受压柱中垂直于弯矩作用平面的纵向受力钢筋以及轴心受压柱中各边的纵向受力钢筋，其中距不宜大于300mm。,1 截面设计,127,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,2 牛腿设计,在厂房结构钢筋混凝土柱中，常在其支承屋架、托架、吊车梁和连系梁等构件的部位，设置从柱侧面伸出的短悬臂，称为牛腿。牛腿按承受的竖向力作用点至牛腿根部柱边缘水平距离的不同分为两类：时为长牛腿，按悬臂梁进行设计；时为短牛腿，是一个变截面短悬臂深梁。,128,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,（1）牛腿的受力特点及破坏形
46、态 试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大体经历弹性、裂缝出现与开展和最后破坏三个阶段。,弹性阶段：通过 环氧树脂牛腿模型的光弹试验，得到了主应力迹线。,牛腿的应力状态,2 牛腿设计,129,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,裂缝出现与开展阶段：试验表明，当荷载达到极限荷载的20%40%时，由于上柱根部与牛腿交界处的主拉应力集中现象，在该处首先出现自上而下的竖向裂缝，裂缝细小且开展较慢，对牛腿的受力性能影响不大；当荷载达到极限荷载的40%60%时，在加载垫板内侧附近出现一条斜裂缝，其方向大体与主压应力轨迹线平行。,2 牛腿设计,130,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,2
47、牛腿设计,破坏阶段：随a/h0值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态：弯压破坏,剪切破坏,牛腿的破坏形态,斜压破坏,131,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,（2）牛腿截面尺寸的确定 牛腿的截面宽度与柱宽相同。牛腿截面尺寸通常以不出现斜裂缝作为控制条件。设计时以下列经验公式作为抗裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸：,式中Fvk、Fhk分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖 裂缝控制系数；a竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离,向力和水平拉力值；,b牛腿宽度；,h0牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。,2 牛腿设计,132,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,牛腿尺寸及配筋
48、,为了防止牛腿顶面加载垫板下混凝土的局部受压破坏，垫板下的局部压应力应满足,式中：A为局部受压面积；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。,2 牛腿设计,133,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,（3）纵向受力钢筋计算与构造,计算简图：试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下，其受力特征可以用由牛腿顶部水平纵向受力钢筋为拉杆和牛腿内的斜向受压混凝土为压杆组成的三角桁架模型来描述。,牛腿的计算简图,2 牛腿设计,134,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,纵向受力钢筋计算：在竖向力设计值Fv和水平拉力设计值Fh共同作用下，通过对 A 点取力矩平衡可得：,近似取，则由上式可得纵向
49、受力钢筋总截面面积As为,式中 Fv、Fh分别为作用在牛腿顶部的竖向力设计值和水平拉力设计值；,a意义同前，当a0.3h0时，取a=0.3h0；,fy为纵向受拉钢筋强度设计值。,2 牛腿设计,135,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,牛腿配筋构造,构造要求：,2 牛腿设计,136,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,（4）水平箍筋及弯起钢筋 在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条件后，可不进行斜截面受剪承载力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。水平箍筋的直径应取6-12mm，间距100-150mm，且在上部2h0/3范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉
50、钢筋截面面积的1/2。当牛腿的剪跨比a/h00.3时，宜设置弯起钢筋。纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。弯起钢筋的锚固同纵向受力钢筋。,2 牛腿设计,137,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,3 柱的吊装验算,柱在其自重作用下为受弯构件，其计算简图和弯矩图如图所示，一般取上柱柱底、牛腿根部和下柱跨中三个控制截面。,柱的吊装方式及计算简图,138,第四章 单层厂房结构,4.6 柱 的 设 计,4 抗风柱的设计,抗风柱承受山墙传来的风荷载，其外边缘与厂房横向封闭轴线重合，离屋架中心线600mm。为了避免抗风柱与端屋架相碰，应将抗风柱的上部截面高度适当减小，形成变截面柱。,抗风柱计算简图,（
