第13章 單層工業(yè)廠房

1、第13章 單層工業(yè)廠房13.1單層廠房的結構形式、結構組成和結構布置1. 教學內(nèi)容：單層廠房的結構型式，結構組成、單層廠房的構、配件布置，如何在平面圖上和立面圖上將廠房結構完整地布置好。2教學基本要求：通過本章學習，使學生了解單層廠房的結構型式，結構組成與結構布置的特點，理解單廠主結構構件的功能與型式、荷載傳遞路線、支撐系統(tǒng)的作用與布置原則。3重點：結構組成與結構布置的特點4難點：支撐系統(tǒng)的作用與布置原則13.1.1單層廠房的結構形式一、單層廠房結構分類：1.按承重結構材料分：（1）    混合結構：采用由磚柱，鋼筋混凝土屋架或木屋架或輕鋼屋架組成。無吊車或吊車噸

2、位不超過5t，跨度在15m以內(nèi)，柱頂標高在8m以下，無特殊工藝要求的小型廠房。（2）    鋼結構：當?shù)踯噰嵨辉?50t（中級荷載狀態(tài)）以上，跨度大于36m的大型廠房或有特殊工藝要求的廠房。如設有20t以上鍛錘的車間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構。（3）    混凝土結構：大部分廠房均可采用。這時應優(yōu)先采用裝配式和預應力混凝土結構。 2.按結構類型分：（1）    排架結構：由屋架(或屋面粱)柱和基礎組成,柱與屋架鉸接,與基礎剛接。特點：常用是裝配式鋼筋混凝土門式

3、剛架(簡稱門架)。梁柱合一，構件種類少，制作簡單，結構輕巧但剛度較差易產(chǎn)生跨變和裂縫，所以對于噸位較大的廠房其使用受到限制。（2）剛架結構：柱和橫梁剛接成一個構件，柱與基礎通常為鉸接。三鉸門架（靜定結構）特點：門架頂節(jié)點做成鉸接，柱和橫梁剛接成一個構件，柱與基礎通常為鉸接兩鉸門架（超靜定結構）特點：通常做成三段，方便施工吊裝，中間橫梁的彎矩為0。門架立柱和橫梁的截面做成變高，減輕自重，節(jié)約材料。做成矩形、工字形或空腹的。 12.1.2單廠的結構組成與傳力路線一、結構組成：1 屋蓋結構：組成：屋面板(包括天溝板)+屋架或屋面梁(包括屋蓋支撐)+天窗架+托架等。分類：無檁體系：將大型屋面

4、板直接支承(焊牢)在屋架或屋面梁上的稱為無檁屋蓋體系。有檁體系：將小型屋面板<或瓦材)支承在檁條上，再將檁條支承在屋架上的通常稱有檁屋蓋體系。作用：屋面板：起覆蓋、圍護作用；屋架或屋面梁：承受屋架結構自重和屋面活荷載(包括雪荷載和其他荷載，如積灰荷載、懸吊荷載等)。并將這些荷載傳至排架柱，故稱為屋面承重結構。天窗架：是用于設置供通風、采光用天窗的，也是一種屋面承重結構。 2.橫向平面排架：組成：橫梁(屋架或屋面梁)+橫向柱列(包括基礎)作用：是廠房的基本承重結構。廠房結構承受的豎向荷載(結構自重、屋面活荷載和吊車豎向荷載等)及橫向水平荷載(風荷載、吊車橫向水平荷載和橫向水平地震

5、作用等)主要是通過橫向平面排架傳至基礎和地基。3.縱向平面排架:組成：向柱列(包括基礎)+連系梁+吊車梁+柱間支撐等組成，作用：a.保證廠房結構的縱向穩(wěn)定性和剛性b.承受作用在山墻、天窗端壁以及通過屋蓋結構傳來的縱向荷載(縱風、吊車荷載、地震作用、溫度應力等)4.吊車梁:位置：吊車梁一般簡支在柱牛腿上.作用：主要承受吊車豎向荷載，橫向或縱向水平荷載,分別傳至橫向或縱向平面排架。5.支撐:組成：屋蓋支撐+柱間支撐作用：是加強廠房結構的空間剛度，并保證結構構件在安裝和使用階段的穩(wěn)定和安全；同時起著把風荷載、吊車水平荷載或水平地震作用等傳遞到主要承重構件上去的作用。6.基礎:作用:承承受柱和基礎梁傳

6、來的荷載并將它們傳至地基。7.維護結構組成：縱墻+橫墻(山墻)+連系粱抗風柱(有時還有抗風梁或抗風桁架)+基礎梁等組成的墻架。作用：承受墻面上的風荷載及自重，并傳到基礎梁上。 二、傳力路線13.1.3廠房的結構布置1.    柱網(wǎng)布置：柱距和跨度確定，它直接影響到廠房造價、使用面積及施工速度，按廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準（GBJ6-86）等規(guī)定。柱網(wǎng)：廠房承重柱(或承重墻)的定位軸線，在平面上排列所形成的網(wǎng)格。是確定縱向定位軸線之間(跨度)和橫向定位軸線之間(柱距）的尺寸?？缍?8m,采用擴大模數(shù)30M數(shù)列；跨度18m,采用擴大模數(shù)60M數(shù)列； 柱距采用擴大橫

7、數(shù)60M數(shù)列，一般為6m，必要時也可12m。(2)橫向定位軸線布置 應與柱距方向屋面板、吊車梁等構件標志尺寸一致，也即與柱的中心線重合，通過屋架中心線或屋面板橫向接縫。特殊情況：a.內(nèi)墻處柱中心線需從橫向定位軸線向移。b.雙柱伸縮縫處兩柱中心線各離橫向定位軸線c.內(nèi)墻處橫向定位軸線在內(nèi)墻為非承重墻時應與墻內(nèi)緣重全，為承重墻時墻內(nèi)緣與橫向定位軸線距離為半磚或半磚倍數(shù)。(3)縱向定位軸線布置:為保證吊車安全運行吊車邊緣至上柱外邊緣之間留有一定空隙(750mm)，故需將縱向定位軸線從柱外邊緣內(nèi)移一個稱之為“聯(lián)系尺寸”的于以解決外墻邊柱與縱向定位軸線的關系為：a.無吊車或柱距為6m吊車起重量200KN

8、 的廠房，外縱墻處縱向定位軸線與邊柱外側和墻內(nèi)側重合，即構成封閉軸線。b. 柱距為6m吊車起重量 200KN的廠房，其外縱墻處縱向定位軸線與邊柱外緣加設聯(lián)系尺寸D。D=150mm，對于起重量500KN ，柱距為12m 時， 或 D=250mm ，即構成非封閉軸線。2變形縫:(1)伸縮縫：設置原因：溫發(fā)生變化時，埋在土中及地面上結構受到影響不一，上部受到約束將產(chǎn)生溫度應力的影響，廠房長度和跨度過大過大會造成較大拉應力，導致結構墻面開裂。規(guī)范通過設置伸縮縫把廠房結構分成若干個溫度區(qū)段，來防止這種破壞。設置要求：從基礎頂面開始，將兩個溫度區(qū)段的結構構件完全分開。縮縫與結構類型，溫度變化相關，當溫度應

9、力過大時應驗算溫度應力。(2)沉降縫：設置原因：若建筑物高差較大、吊車噸位相差較大，荷載差別很大、下臥層土質有很大差別、廠房各部分的施工時間先后相差很長，此時地基變形明顯不同，此時會產(chǎn)生不均勻沉降。設置要求：應將結構從基礎至上部結構完全分開。架結構尺寸不均勻沉降不敏感，故通?？刹辉O此縫。(3)防震縫：設置原因：建造在地震區(qū)廠房平、剖面布置復雜，結構高度或剛度相差較大時，需用防震縫。設置要求：應將結構從基礎至上部結構完全分開。*地震地區(qū)的伸縮縫和沉降縫應符合防震縫的要求。為防止結構由不同原因產(chǎn)生過大或不均勻變形需設置變形縫。最大距離見附錄9，在排架結構中，室內(nèi)100m，露天70m 。 

10、溫度變化產(chǎn)生裂縫示意圖3. 單層廠房的支撐支撐雖然不是主要的承重構件，但卻聯(lián)系各種主要結構構件并把它們構成整體，是其重要組成部分。（1）.支撐的主要作用：a.保證結構件的穩(wěn)定與正常工作；b.增強廠房的整體穩(wěn)定性和空間剛度；c.把有些水平荷載(如縱向風荷載、吊車縱向水平荷載及水平地震作用等)傳遞到主要承重構件。d.根據(jù)具體情況設置某些臨時支撐以保證結構構件的穩(wěn)定。 （2）.分類：屋蓋支撐和柱間支撐屋蓋支撐：組成：上、下弦水平支撐、垂直支撐及縱向水平系桿設置原則：a.應考慮廠房的跨度及高度；b.柱網(wǎng)布置及結構形式；c.廠房內(nèi)起重設備的特征、起重量大小及工作制度等；d.有無振動設備及特殊的局部水于荷

11、載。支撐設置部位及作用:A.屋架上弦水平支撐設置部位：廠房每個伸縮縫區(qū)段端部的橫向水平支撐。作用：構成剛性框增強屋蓋的整體剛度，保證屋架上弦或屋面梁上翼繚平面外的穩(wěn)定，同時將抗風柱傳來風荷載傳遞到(縱向)排架柱頂。設置要求：89當采用鋼筋混凝土屋面梁的有檁屋蓋體系時，應在梁的上翼緣平面內(nèi)設置橫向水平支撐,并在端部的第一柱距內(nèi)以及伸縮縫區(qū)段兩端的第一或第二個柱距內(nèi)。當采用大型屋面板且連接可靠，能保證屋蓋子面的穩(wěn)定并能傳遞山墻風荷載時，則認為能起上弦橫向支撐的作用，可不設置橫向水平支撐。對于采用鋼筋混凝土拱形及梯形屋架的屋蓋系統(tǒng),應在每一個伸縮縫區(qū)段端部的第一或第二個柱距內(nèi)布置上弦橫向水平支撐。當

12、廠房設置天窗時可根據(jù)屋架上弦桿件的穩(wěn)定條件，在天窗范圍內(nèi)沿廠房縱向設置連系桿。B.屋架下弦支撐 下弦橫向水平支撐 作用：下弦橫向水平支撐的作用是承受垂直支撐傳來的荷載，并將山墻風荷載傳遞至兩旁柱上。設置要求：90當廠房跨度L18m時，下弦橫向水平支撐應布置在每一伸縮縫區(qū)段端部的第一個柱距內(nèi)，當廠房跨度L<18m且山墻上的風荷載由屋架上弦傳遞時，可不設屋蓋下弦橫向水平支撐。當設有屋蓋下弦縱向水平支撐時，為保證廠房空間剛度，必須同時設置相應的屋架下弦水平支撐。下弦縱向水平支撐 作用：能提高廠房的空間剛度，增強排架間的空間作用，保證橫向水平力的縱向分布。設置要求：90當廠房柱距為6m，廠房內(nèi)設

13、有普通橋式吊車，吊車噸位lot(重級)或30t(中級)時應設下下弦縱向水平支撐C.屋架垂直支撐和水平系桿:作用：垂直支撐除保證屋蓋系統(tǒng)的空間剛度和屋架安裝時結構的安全外，并將屋架上弦平面的水平荷載傳遞到屋架下弦平面內(nèi)。設置要求：*垂直支撐應與屋架下弦橫向水平支撐布置在同柱間內(nèi)。當廠房跨度為18-30m時，屋架間距為6m時，采用大型屋面板時,應在物價跨度中點布置一道垂直支撐.對于拱型屋架及屋面梁，因其支座處高度不大，故該處可不設垂直支撐。(但需對梁支座進行抗傾覆驗算，如穩(wěn)定性滿足時，應采用措施。)但對于梯形屋架，在支座處必須設置垂直支撐。當屋架跨度超過30m，間距為6m，采用大型屋面板時，應在屋

14、架1/3左右跨度上的節(jié)點處設置兩道垂直支撐及系桿。在一般情況下，當屋面采用大型屋面板時，應在未設置支撐的屋架間內(nèi)，相應于垂直支撐平面的屋架上弦和下弦節(jié)點處設置通長的水平系桿;對于有檁體系, 屋架上弦的水平系桿可以用檁條代替(但應對檁條進行穩(wěn)定和承載力驗算)，僅在下弦設置通長的水平系桿。垂直支撐·般在伸縮縫區(qū)段的兩端各設置一道，當屋架跨度不大于18m，屋面為大型屋面板的一般廠房中，無天窗時可不設置垂直支撐和水平系桿；有天窗時，可在屋脊節(jié)點處設置一道水平系桿。D.天窗架支撐：天窗架上弦水平支撐作用：用來保證天窗架弦桿平面外的穩(wěn)定。設置部位：當屋蓋為有檁體系或雖為無檁體系但大型屋面板與屋架

15、的連接不能起整體作用時，應將上弦水平支撐布置在天窗端部的第一柱距內(nèi)，天窗架垂直支撐作用：用來保證天窗架弦桿平面外的穩(wěn)定，還將天窗端壁上的風荷載傳至屋架上弦。設置部位：天窗的垂直支撐應與屋架上弦水平支撐布置在同一柱距內(nèi)(在天窗端部的第一柱距柱距內(nèi))，般沿天窗的兩側設置，為了不妨礙天窗的開啟，也可設置在天窗斜桿平面內(nèi)。通風天窗設有擋風板時，在天窗端部的第一柱距內(nèi)應設置擋風板柱的垂直支撐。.柱間支撐 組成：一般包括上部柱間支撐、中部及下部柱間支撐。形式：通常宜采用十字交叉形支撐，交叉桿件的傾角為35一550 之間。當l/h2時采用人字形支撐，l/h2.5時采用八字形支撐；當柱距為12m且h2較小時，

16、采用斜柱式支撐比較合理。作用:保證廠房結構的縱向剛度和穩(wěn)定，并將水平荷載(包括天窗端壁部和廠房山墻上的風荷載，吊車縱向水平制動力等其他縱向荷載)傳至基礎。設置原則：凡屬下列情況之一者，應設置柱間支撐：(1)廠房內(nèi)設有懸臂吊車或3t及以上懸掛吊車；(3)廠房跨度在18m以，或上柱高在8m以上；(4)縱向柱列的總數(shù)在七根以下；(5)露天吊車棧橋的柱列。設置要求:柱 間支撐應布置在伸縮縫區(qū)段的中央或臨近中央（上部柱間支撐在廠房第一柱距內(nèi)也應同時設置），這樣有利于在溫度變化或混凝土收時，廠房可較自由變形不至產(chǎn)較 大的溫度收縮力。并在柱頂設置通長剛性系桿來傳遞水平荷載，（如圖）當屋架端部設有下弦連系桿時

17、，柱頂連系桿也可不設。當鋼筋混凝土矩形或工字形柱的截面高度A600mm時，其下部柱間支撐應設計成雙片，且其間距應等于柱高減去200mm，雙肢柱的下部柱間支撐應設在吊車梁的垂直面內(nèi).當上段柱截面高度大于1000mm或設有人孔及剛度要求較高時，柱間支撐一般宜設計成雙片形式。 4.抗風柱、圈梁、過梁、基礎梁1）抗風柱設置原因：將山墻分成區(qū)格減小墻風荷承將風載分三向傳給地基(直接傳至縱向柱列、傳抗風柱基礎、經(jīng)上端通過屋蓋系統(tǒng)傳至縱向柱列）設置形式：上端與屋架(屋面梁)上弦鉸接;滿足兩個要求：a.水平方向有可靠連接保證傳力；b.豎向脫開能允許位移。柱腳一般采用插入基礎杯口的固接。截面尺寸：上柱

18、矩形(bXh350X300)下柱工字形或矩形，或雙肢柱(截面較高) 。計算形式：a.抗風柱一般可近似按受彎構件計算，(正反兩個方向)b.抗風柱如還承受其它豎向荷載應按偏心受壓構件計算。（承重墻梁、墻板及平臺板等傳來），2)圈梁：作用：將墻體與廠房柱箍在一起，增強廠房整體性、提高剛度、防止不均勻沉降和震動帶來的不利影響。形式：梁寬與墻寬同（墻寬h240時，梁寬b2/3h）梁高h120mm且為砌體倍數(shù)，截面中縱筋4?10，箍筋間距250。設置：圈梁布置與墻體高度、對廠房剛度的要求以及地基情況有關。（1）天吊車廠房，當墻厚240mm，檐口標高5-8m，應在檐口附近布置一道，當檐口標高8m，應在中間增

19、設一道。（2）有吊車廠房，除在檐口和窗頂設圈梁外，尚宜在吊車梁高度附近增設一道或兩道圈梁，間隔高超過m，還應增設一道。（3）圈梁應盡可能在同一平面內(nèi)封閉設置，在門窗口不連續(xù)處應在洞口上增設相同圈梁，且保證規(guī)定的搭接長度。3）連系梁作用：聯(lián)系縱向柱列、增強廠房縱向剛度、把風載傳至縱向柱列、承受上部墻體荷載。制作：連系梁一般擱在柱子牛腿上，可采用螺栓連接或焊接連接。4）過梁作用：承擔洞口上部墻體重量。設置：盡可能三梁（圈梁、連系梁和過梁）合一設置。5）基礎梁作用：承托圍護墻體的重量、為避免墻、柱受荷載不同而產(chǎn)生不均勻沉降、導致墻體開裂。設置：*梁截面一般為矩形或梯形,*兩端直接擱在基礎杯口上(一級

20、抗震時增設預埋件與柱焊接)。*當柱基礎埋置較深時，宜在杯口設置混凝土墊塊節(jié)約墻體，但必須保證基礎梁頂面至少要低于室內(nèi)地坪50mm。*廠房高度不大、地基較好、柱基礎埋得較淺時，也可不設基礎梁而做磚石或混凝土的墻基礎.6）圍護墻為保證磚墻的風載能有效傳遞給柱子，應保證柱子和墻有良好連接，一般用柱內(nèi)錨固鋼筋解決。連系梁、過梁及基礎粱均有全國通用圖集，如連系梁圖集93G321以及基礎梁圖集93G320，設計時可直接選用。 13.2排架配筋計算1. 教學內(nèi)容：單層廠房排架的選取（為什么是橫向排架而不是縱向排架），計算簡圖的確定，排架上各種荷載的計算，內(nèi)力計算方法，內(nèi)力組合方法，廠房結構構件的設

21、計，施工圖的繪制。2教學基本要求：通過本章學習，使學生理解排架結構計算簡圖形的由來，掌握單廠荷載計算方法，掌握有側移排架和無側移內(nèi)力計算及排架的內(nèi)力組合方法，理解單層廠房考慮整體空間作用的概念，了解排架抽柱時內(nèi)力計算方法。3重點：掌握有側移排架和無側移內(nèi)力計算及排架的內(nèi)力組合方法。4難點：有側移排架和無側移內(nèi)力計算及排架的內(nèi)力組合方法。由前述單層廠房空間結構可簡化成縱向和橫向平面排架，且一般縱向排架剛度大，可不必計算，故這里僅討論橫向平面排架計算，排架計算的目的是為柱和基礎提供設計內(nèi)力值（即組合值）。其主要步驟為：（1）確定排架計算簡圖（2）荷載計算（3）排架內(nèi)力計算，有必要還需計算變形（4）

22、排架內(nèi)力組合（5）排架配筋計算一、        排架計算簡圖1.計算單元：相鄰柱距的中心線截出的個典型區(qū)段，稱為排架的計算單元。*陰影部分：就是排架的負荷范圍，或稱從屬面積。(除吊車等移動的荷載以外)*柱的計算軸線：取上部和下部柱截面重心的連線；*屋面梁(屋架)用沒有軸向變形的剛桿表示。*柱總高H=柱頂標高+基礎底面標高的絕對值-初步擬定的基礎高度*上部柱高Hu=柱頂標高-軌頂標高+軌道構造高度+吊車梁高*上柱和下柱的截面抗彎剛度(ECIU和ECIL):由混凝土強度等級及預先假定的柱截面形狀和尺寸確定。2.計算假定：柱上端

23、與橫梁(屋架或屋面梁)鉸接，柱下端與基礎頂面剛接；屋面梁或屋架沒有軸向變形。 二、計算荷載1荷載種類：恒載：屋蓋自重F1、上柱自重 F2、下柱自重 F3、吊車梁自重 F4、圍護結構自重 F5活載：屋面活載F6、吊車荷載 Tmax、Dmax、Dmin、均布風載 q1、q2、W1恒載（1）屋蓋恒載F1 * F1組成：屋面、屋架自重、屋蓋支撐系統(tǒng)重量（可按50N/M2考慮）。F1經(jīng)過屋架支座傳給柱頂、屋架為端節(jié)點處上弦與下弦中心線的交點作用在柱上；屋面梁為通過梁端支承墊板的中心線作用在柱頂。一般設計規(guī)定F1作用點位于廠房定位軸線內(nèi)150mm處，上柱截面高度400mm故F1總是偏心于上柱軸線

24、，其偏心距e1=h1/2-150，彎矩M1=F1e1 。（2）柱自重F2、 F3：F2與上柱重心線重合，F(xiàn)3與下柱重心線吻合。（3）吊車梁自重F4  吊車梁自重按型號確定，軌道自重按1-2KN/m估算。F4離定位軸線距離750mm，即吊車梁軌道重心線，并在牛腿頂面，故對封閉軸線結構，對上柱重心線的偏心距e4=750-h2/2，彎矩M4=F4e4 （4）墻重F5 砌于基礎梁上墻體，對柱無豎向力作用，僅將水平風力傳給柱子；砌于連系梁上墻自重傳給柱子，若設墻厚，則對下柱重心線的偏心距為 e5=d/2+h2/2 。 為便于內(nèi)力計算需將上、下柱存在偏心距的折桿改造成直桿，此改造必須維

25、持與原計算圖式的內(nèi)力等效，即對F1來說，將 移至上柱形心后并附以力矩，還同時應考慮對下柱偏心的影響，在變階處加F1e1才能與原圖式的內(nèi)力等效，同理還可做出F2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5 的簡圖。 活載（1）屋面活載屋面均布活載由荷載規(guī)范中的表4.3.1采用，一般不上人屋面為0.7KN/m2 ，若施工荷載較大時可按實際采用。B.雪荷載其標準值為： Sk=?r?S0式中：S0-基本風壓，由空曠地面上50年，是最大積雪重量確定；?r-屋面積雪分布系統(tǒng)，由屋頂形式查"荷載規(guī)范"中的表6.2.1采用。注意：排架計算時，可按積雪全跨均勻分布考慮，取?r =1。C.屋面積灰荷載主要針對

26、有積灰生產(chǎn)的廠房，對于具有一定除塵制度的機械、水泥廠的廠房屋面，可以由荷載規(guī)范確定.對于屋面上形成灰堆時，在設計屋面板、檁條時，其積灰荷載標準值宜乘以增大系數(shù)：在高低跨處兩倍于屋面高差，但不大于6m 的分布寬度內(nèi)取2.0，在天溝處不大于3m 的分布寬度內(nèi)取1.4 。注意: 屋面均布活載不與雪載同時考慮，僅取兩者中的大值與屋面積灰荷載一起組合。 3.吊車荷載F 根據(jù)吊車荷載達到其額定值的頻繁程度吊車開動時間/全部生產(chǎn)時間 =15%，輕級，適用于安裝、檢修車間。=25%，中級，適用于金工或裝配車間。40%，重級，適用于冶煉，軋鋼車間。吊車直接參加工作的，特重級。橋式吊車=大車(橋架)+小

27、車(及起吊重物)組成A.作用在排架上的吊車豎向荷載設計值 Dmax、Dmin當小車吊有額定起重量開到大車某一極限位置(右) 時，在這一側的每個大車輪壓稱為吊車的最大輪壓Pmax在另一側的稱最小輪壓Pmin，Pmax,k、Pmin,k同時發(fā)生.吊車最大輪壓Pmax：可根據(jù)吊車型號、規(guī)格等查閱專業(yè)標準起重機基本參數(shù)和尺寸系列(ZQ1-628-62)或參照制造廠的產(chǎn)品規(guī)格得到。對于四輪吊車：大車自重標準值小車自重標準值Q的重量標準值吊車豎向荷載Dmax,k、Dmin,k：吊車是移動的，因而必須用吊車梁的支座豎向反力影響線來求出Dmax,k在另一側排架柱上則由Pmin,k產(chǎn)生Dmin,k。根據(jù)影響線原

28、理，B柱最大支座反力:Dmax,k=Pmax,k(y1+y2+y3+y4)考慮多臺吊車同時作用的可能性：Dmax,k=?.Pmax,kyiB柱最小支座反力:Dmin,k =?.Pmin,kyi= Dmax,k.Pmin,k/ Pmax,k式中: yi各大車輪子下影響線縱標的總和；?臺吊車的荷載折減系數(shù)，按表13-3(P104)其設計值分別為：Dmax=?Q.Dmax,k Dmin=?Q.Dmin,k ?Q=1.4Dmax  Dmin對下柱都是偏心力其彎距為：(分左右兩種情況)Mmax=Dmax.e4        

29、  Mmin=Dmin.e4 B.作用在排架上的吊車橫向水平荷載設計值Tmax：吊車水平荷載有縱向與橫向兩種*吊車縱向水平荷載Zmax:是由大車的運行機構在縱向運行剎車時引起的縱向水平慣性力。Zmax,k=Pmax,k.?-剎車輪與鋼軌間的滑動摩擦系數(shù)荷載規(guī)范規(guī)定：?=0.10。作用于：剎車輪與軌道的接觸點，方向與軌道一致，由縱向平面排架承受  吊車橫向水平荷載Tmax :作用位置：在吊車梁頂面的水平處。吊車吊有重物時剎車所引起的橫向水平荷載標準值         Ti,k=?(G2,

30、k+G3,k) ?-吊車橫向水平荷載系數(shù)荷載規(guī)范規(guī)定：對于軟鉤吊車：當額定起吊質量Q3l0t時,?=0.12當額定起吊質量Q3=1550t時,?=0.10當額定起吊質量Q375t時,?=0.08對于硬鉤吊車:    ?=0.20軟鉤吊車:是指通過鋼繩、吊鉤起吊重物（常見）硬鉤吊車:是指通過剛性體起吊重物（少用） 現(xiàn)假定平均地分配給各輪子，即每個輪子傳遞的橫向水平力為 :Tk= ?(G2,k+G3,k) /nn每臺吊車的輪子數(shù)目，四輪吊車n=4Tk= ? ? (G2,k+G3,k)由于吊車是在移動，故同樣要考慮最不利內(nèi)力，吊車對排架產(chǎn)生的最大橫向水平荷載標準值Tma

31、x時的吊車位置與產(chǎn)生Dmax Dmin相同，當考慮多臺吊車的荷載折減系數(shù)?后，有Tmax,k=?Tkyi =1/4?(G2,k+G3,k) yi 如果兩臺吊車作用下的Dmax已求得，則兩臺吊車作用下的Tmax可直接由此Dmax求得：  Tmax=Dmax·Tk/Pmax,k       (Dmax=?Q.Dmax,k         Dmax,k=?.Pmax,kyi     

32、 Tmax,=?Q.Tmax,k ) 這里應注意剎車可能向左、向右運行：*對單跨 作用方向有兩種;*對兩跨有四種荷載作用情況。 多臺吊車組合 :*考慮多臺吊車豎向荷載組合時，每個排架計算取值：一層吊車單跨： 2臺；一層吊車多跨 ： 4臺。*考慮多臺吊車水平荷載組合，每個排架計算取值：單跨或多跨： 2臺。多臺吊車同時出現(xiàn)Dmax Dmin的概率以及同時出現(xiàn)Tmax的概率都很小，因此計算排架時，多臺吊車的豎向荷載和水干荷載標準值應X多臺吊車的荷載折減系數(shù)?。折減系數(shù)與吊車作制度及吊車臺數(shù)有關。4風載:作用于建筑物表面上計算用的風壓稱為風荷載。垂直于建筑物表面的風荷載標準值：wk=?z?s

33、 ?zw0?s-風荷載體型系數(shù)；（“+”為壓，“”為吸力 ）?z-Z高度處的風振系數(shù);?z-風壓高度變化系數(shù)；w0-基本風壓(kNm2)基本風壓是以當?shù)乇容^空曠平坦地面上離地10m高統(tǒng)計所得50年一遇10min平均最大風速V0(ms)為標準，按w0=1/2?v02確定的風壓值?；撅L壓w0應按荷載規(guī)范中全國基本風壓分布圖的規(guī)定采用，但不得小于0.3kNm2 ,風載體型系數(shù)是指:風作用在建筑物表面所引起的實際壓力(或吸力)與基本風壓的比值。它表示建筑物表面在穩(wěn)定風壓作用下的靜態(tài)壓力分布規(guī)律，主要與建筑物的體型和尺寸有關，按荷載規(guī)范表6.3.1的規(guī)定采用。 例：封閉式雙坡屋面、封閉式雙跨

34、雙坡屋面對墻角及屋面周邊和屋面坡度>100的屋脊部位取  -1.5，作用寬度為房屋寬度的0.1倍和房屋平均高度的0.4倍兩者之間的小值，但不小于1.5m。  驗算圍護構件及其連接件的承載力時，對負壓區(qū)可采用下列局部風壓體型系數(shù)：對墻面取   -1.0；對墻角及屋面周邊和屋面坡度>100的屋脊部位取  -1.5；對檐口、雨篷、遮陽板、陽臺取  -2.0; 建筑物處于近地風的風流場中，近地風的風速隨高度而增加的規(guī)律與地面粗糙度有關，通常認為在離地面（300500m）時，風速才不再受地面粗糙的影響。荷載規(guī)范建

35、議，地面粗糙度可分為A、B、C、D四類：A類：指近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B類：指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)C類：指有密集建筑群的大城市市區(qū)；D類：有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。風壓高度變化系數(shù)應根據(jù)地面粗糙度類別表13-4取用（P106）注：排架計算時，*作用在柱頂以下墻面上的風荷載按均布考慮，其風壓高度變化系數(shù)可按柱頂標高取值，這是偏于安全的。*當基礎頂面至室外地坪的距離不大時，為簡化計算，風荷載可按柱全高計算，不再減去基礎頂面至室外地坪那些多算的風荷載*若基礎埋置較深時，則需按實際情況計算否則誤差較大。*柱頂至屋脊的屋蓋部分的風荷載，仍取為均布

36、的，但其對排架的作用則按柱頂?shù)乃斤L荷載標準值Wk考慮：Wk= W1k + W2kW1k-作用在豎直面上的風荷載，按柱頂至檐口頂部的距離h1計算；W2k-作用在坡屋面上風荷載水平分力的合力,按檐口頂至屋脊的距離h2計算.注意:坡屋面上的風荷載本身是垂直于該坡面的，因此對于圖示的雙坡屋面:W2k=F2-F1=(?s2-? s1) ?zW0h2B?s2、?s1 -分別為迎風和背風屋面坡面上的風載體型系數(shù)，因已考慮了力的方向，故取其絕對值。B -排架計算寬度?z-計算 Wk時采用的風壓高度變化系數(shù)。(有矩形天窗時，按天窗檐口取值；無矩形天窗時，按廠房檐口標高取值)風荷載是可以變向的，因此排架計算時，

37、要考慮左風和右風兩種情況。三、用剪力分配法計算等高排架：1符號規(guī)定彎矩以柱左側受拉為正，剪力以使隔離體順時針轉為正，軸力以壓為正。2剪力分配法等高排架的特點：各柱柱頂水平位移相等.可由柱頂標高相等，或柱頂標高不等但由橫梁貫通相連的兩種。       剪力分配法非常適用這種排架的計算剪力分配法：就是a先求出柱頂剪力，然后將柱看成b獨立懸臂柱在剪力和外力作用下計算內(nèi)力。               &

38、#160;  由結構力學可知，當單位水平力作用在單階懸臂柱頂時，柱頂水平側移為：            因此要使柱頂產(chǎn)生單位水平位移，則需在柱頂施加1/?u的水平力?？箓葎偠?          顯然,材料相同時，柱截面越大，許施加在柱頂?shù)乃搅υ酱?/?u反映了柱抵抗側移的能力，一般稱它為柱的“抗剪剛度”或“抗側剛度”    1）在柱頂水平集中力F作用下

39、：變形條件：?= ?A = ?B 平衡條件 ： 帶入前式：      ?A、?B分別為A、B柱剪力分配系數(shù)，顯然?A+?B=1 2）在任意荷載作用下 ：i） 解決思路：已求出在頂點水平力作用時排架柱頂剪力計算，故應設法將任意荷載化成頂點水平力，由位移法啟發(fā)，在柱頂加水平鏈桿，使各柱為一次超靜定結構，然后求出超靜定結構柱子的內(nèi)力和附加水平鏈桿反力R。因為鏈桿是假設的，故應在排架上加一大小相等、方向相反水平力R來抵消，最后內(nèi)力由兩種情況疊加得到。 ii） 解題步驟：附加水平鏈桿，并求各柱內(nèi)力和柱頂反

40、力R(R=RA+RB);將R反向作用?，但剪力分配法求各柱頂彎力；由+得最后內(nèi)力。 13.2.4內(nèi)力組合1控制截面：在荷載作用下柱子的內(nèi)力是沿柱高變化的，故設計時應選內(nèi)力較大、截面尺寸較小，也即較易發(fā)生破壞的截面為控制截面。在設計時只需對控制截面進行內(nèi)力組合、配筋，即能保證柱子安全，對單階柱其控制截面如下： II：上柱底截面（M、N、V） 內(nèi)力大，截面??；IIII：牛腿頂面彎矩較大（M）（吊車荷載引起）；（以下部柱截面為準，不計牛腿的影響）；：下柱底截面彎矩最大（M、N ），（風載、吊車橫向水平力引起）（基礎設計需要內(nèi)力） 注意：一般單階排架柱中，整個上部柱截面的

41、配筋是相同的，通常，整個下部柱截面配筋也是相同的。當柱上作用有較大的集中荷載(如墻體重力)時，如果截面需要的鋼筋較少，或者當下部柱高度較大，下部柱的配筋也可以是不相同，這時可在下部柱的中部再取一個控制截面，以便控制下部柱中縱向鋼筋的變化。2荷載組合：在單廠排架中，活載同時出現(xiàn)可能性（且同時達到設計值）較少，故應考慮其組合, 荷載規(guī)范規(guī)定:恒載+任一活載；恒載+0.9（任兩個或以上活載之和）。 3內(nèi)力組合：排架柱為偏壓構件，通常采用對稱配筋，由上冊知，在N不變時，不論大小偏壓，M愈大愈危險，也即需要的配筋愈多；而M不變時，對于小偏壓，N愈大愈危險，配筋愈多，對大偏壓時，N愈小，愈危險，

42、配筋愈多。在未知大小偏壓時，需考慮以下四種組合情況：Mmax及相應N、V；Mmax及相應N、V；  Nmax及相應N、V；  Nmin及相應 N、V。  內(nèi)力組合時應注意：每項組合必有恒載；吊車荷載有T必有D，但有D不一定有T；在 Nmax或Nmin 組合時，相應的M應盡量大；一根柱上只可能在一跨取一豎向吊車大，即 Dmax或 Dmin； 若求Mmax 時，發(fā)現(xiàn) M1比Mmax略小，但相就N要小得多，應考慮此組合； Tmax同時作用在左右兩柱，方向可左右；風大有左右兩(+-)方向之考慮；多臺吊車應考慮組合折減系數(shù)。 在排架內(nèi)力計算中，當求出了各種荷載單獨

43、作用下控制截面上的內(nèi)力以后，應考慮哪幾種荷載同時作用最危險、其同時出現(xiàn)的可能性多大。 13.2.5單層廠房考慮空間作用的計算規(guī)范規(guī)定：只對吊車荷載作用考慮結構空間作用的影響，對其他荷載不予考慮。1空間作用的概念排架與排架、排架與山墻之間相互關聯(lián)的整體作用稱為廠房的整體空間作用。先考察單跨廠房在某一柱頂水平集中力作用下的空間作用，將屋蓋看成一個很寬的“水平梁”，各柱在水平方向作用時猶如彈性支座，故可作為彈性地基梁處理。 在Fk作用下平面排架實際受到 Fk ,Fk同“水平梁”抗彎、抗剪剛度直接有關。?若屋蓋平面內(nèi)剛度無窮大，則各榀排架受到的力均相等;?若平面剛度無窮小，則Fk全

44、部由該受力排架承擔，即按不考慮空間作用按平面排架內(nèi)力分析;?實際情況介于兩者之中，直接受力排架承擔Fk，但比相鄰排架大。單個荷載作用下的廠房空間作用分配系數(shù)（或側移折減系數(shù)）由于Fk難以測定，考慮到彈性結構中力與位移成正比，故對于空間結構某榀排架柱頂施加力Fk，排架實際受到的力為Fk =mkFk ,即該排架直接提供的反力為Fk ,其它排架、山墻通過縱向連系構件的傳遞作用提供（FkFk）的反力?？臻g作用的影響因素：屋蓋剛度：剛度愈大，空間作用愈顯著。有檁屋蓋體系空間作用>無檁體系兩端山墻：有山墻的空間作用>比無山墻受荷形式：承受局部荷載空間作用>承受均布荷載廠房長度：對兩端有山

45、墻的，長度增大山墻作用減小，空間作用小；兩端無山墻，長度增大，空間作用大； 2單跨廠房在吊車荷載作用下的空間作用分配系數(shù)m由前述吊車橫向水平荷載Tmax ，作用在吊車梁頂面， Tmax =yi，此時影響線并沒有考慮空間作用，實際上即使T遠離B柱很遠，因空間作用B柱邊有反力，反之，即使B柱直接作用下，則B柱反力也小于T。       經(jīng)過調(diào)整后的m值見表13-7 (P122)注：考慮整體空間工作后，上柱彎矩將增大，因而相應的配筋增多；但下柱彎矩減小，總的鋼筋用量有所降低。  3排架考慮空間作用的實用計算法：

46、在吊車豎向和橫向水平荷載作用下考慮空間作用的計算可類似剪力分配法進行。增設附加鏈桿，求固端剪力和附加鏈桿反力R；將R反向作用于原排架，因空間作用排架柱頂存在彈簧支座，即以 抵消部分R，故去掉彈簧支座時應加上 ，即實際受到的力為 R =mR；將固端剪力和分配剪力得到柱頂剪力；按懸臂柱在柱頂剪力和處力共同作用下求內(nèi)力。 13.2.6排架計算中的幾個問題1排架柱距不等時的計算因工藝上要求在局部處需將柱距增大，即所謂"抽柱"情況。           將排架合并為"

47、;合并排架"并注意：計算單元寬度24m ，否則各柱間位移不等；“合并排架”邊柱為2JA，2JC，中柱為JB ；荷載計算時，除吊車荷載外，其余按原計算單元寬度考慮；“合并排架”吊車荷載以中間排架軸線產(chǎn)生D2max，D2min，T2max 吊車位置考慮，即：                    由“合并排架”求得的N、V、M再分別還原排架： A柱： B柱： C柱： &#

48、160; 13.3單層廠房柱1. 教學內(nèi)容：單層廠房柱的形式、柱的設計及柱的構造要求。2教學基本要求：通過本章學習，使學生了解廠房柱的各種型式，掌握矩形和工形截面柱的設計方法和構造要求，掌握柱牛腿的設計及柱的施工階段驗算。3重點：牛腿的設計方法4難點：牛腿的設計和構造柱子設計包括以下內(nèi)容：柱子選型；柱子的外型尺寸確定；內(nèi)力計算；截面設計；牛腿設計；施工吊裝階段強度及抗裂度驗算；連接構造及預埋件設計。 13.3.1柱子選型1. 選型原則 一般為預制柱； 受力合理、體型簡單、節(jié)約材料、維護簡便； 在同一工程中柱型及規(guī)格不宜過多。 2. 常

49、用柱型a.    矩形柱（實腹）b.    b.工字形柱c.    c.雙肢柱由兩個肢桿和腹桿連接而成，肢桿主要承受軸向壓力，發(fā)揮砼的優(yōu)點，在制作時有平腹桿和斜腹桿兩種， d.管柱  分為單肢、雙肢及四肢管柱，              3.按截面高度選擇柱形的參考值h600mm時，矩形h600800mm時， 工字形或矩形h9001400mm時，工字形h&g

50、t;1400mm時，雙肢柱注意：對設有懸臂吊車，壁行吊車的柱子，采用矩形實腹柱；抗震設防烈度為80和90 時，采用矩形，工字形和斜腹桿雙肢柱。柱底至室內(nèi)地坪以上500mm范圍內(nèi)和階梯形柱的上柱宜采用矩形截面. 13.3.2柱的設計1設計內(nèi)容一般包括：確定柱的外形構造尺寸和截面尺寸，根據(jù)各控制截面的最不利組合的內(nèi)力進行截面設計，施工吊裝、運輸階段的承載力和裂縫寬度驗算，與屋架、吊車梁等構件的連接和繪制施工圖等。當有吊車時，還需進行牛腿設計。 柱子截面尺寸和外形構造尺寸柱子除滿足承載力外，還應有足夠的剛度，否則會使廠房的橫向變形過大，使吊車輪子和軌道過早磨損，防礙吊車正常運行。

51、       若按表13-8確定截面尺寸，則可認為滿足剛度要求。                    注意：工字形柱的翼緣厚度 100mm，腹板厚度 80mm；對有高溫、腐蝕及撞擊荷載時應適當放大上述尺寸；對工字形柱如腹桿開孔通道，若孔橫向尺寸<截面高度的一半，孔的豎向尺寸小于相鄰兩孔之間的凈距時，柱的剛度可按實腹工字形柱計算，但在計算承載

52、力時應扣除洞的削弱部分；當開孔尺寸超過上述規(guī)定時，柱的剛度和承載力應按雙肢柱計算。  工字形柱的外形構造尺寸                        柱截面設計根據(jù)排架計算求得的控制截面最不利組合的內(nèi)力M和N后，按偏心受壓構件進行截面計算，應注意：a.排架柱的計算高度必須用計算長度l0。b.排架柱根據(jù)不同情況上下柱l0的不同。  

53、          施工吊裝、運輸階段的承載力和裂縫寬度驗算在就地脫模柱吊點翻身時，要使柱截面的窄面向上，起吊時的計算簡圖應根據(jù)吊點位置確定，在控制截面（右圖位置）的承載力驗算和裂縫寬度驗算時，這時應注意：1)柱翻身及吊裝時荷載和計算長度a.荷載=自重 X 動力系數(shù)1.5（考慮脫模及吊裝時動力影響） b.計算長度=柱全長(即包含插入基礎的長度 柱截面高度)2)因吊裝的臨時性，構件安全等級可較使用階段降低一級。3)計算柱混凝土強度一般按設計強度的70考慮。（要求高于設計強度的70方可吊裝

54、）4)一般采用單點綁扎起吊，（吊點設在牛腿根部變階處，柱底為地面支撐）當需用多點起吊時，吊裝方法應與施工單位共同商定，并按相應的計算簡圖進行相應的驗算。5)當柱變階處截面吊裝驗算配筋不足時，可在該局部區(qū)段加配短鋼筋。          與屋架、吊車梁等構件的連接和繪制施工圖等。a.構造要求?砼為C20C30，柱縱筋為HRB400或HRB335，箍筋d6mm用HPB235。?縱筋d12mm，全部縱筋?5%;砼C50時縱筋?0.5%，砼>C50時縱筋?0.6%;柱每側縱筋?0.2%。?柱截面高h600m

55、m時，縱向構造筋d=1016mm,并設復合箍筋和拉結筋。?柱縱筋凈距c 50mm；水平澆筑的預制柱，最小凈距25mm和縱筋直徑d;垂直于彎矩作用平面的縱筋的中距s350mm。 b.施工圖如圖柱子截面尺寸和外形構造尺寸                 牛腿設計：牛腿主要作用為：在不加大整根柱子截面條件下承擔較大的豎向動力或靜力荷載。例如，支承吊車梁或托架。1）分類按豎向的力FK的作用點至下柱邊緣的水平距離a的大小一般分為兩類：a

56、h0時為短牛腿 (受力復雜，為變截面深梁，是研究對象)a>h0時為長牛腿  (按懸臂梁設計)h0:為牛腿與下柱交接處牛腿垂直截面的有效高度。           2)試驗研究結果:I.彈性階段：主拉應力跡線基本與牛腿上邊緣平行，且間距較均勻;主壓應力跡線大致與加載點到牛腿下部轉角的斜連線ab平行。II.裂縫的出現(xiàn)與發(fā)展階段：當加載至2040%，牛腿根部首先出現(xiàn)垂直裂縫，但開展很緩慢，對牛腿承載能力影響不大；繼續(xù)加載至4060%，加載板內(nèi)側附近產(chǎn)生斜裂縫，方向大體與主壓應力軌跡線平

57、行。繼續(xù)加載裂縫不斷擴展，但幾乎不出現(xiàn)其它裂縫。III.破壞階段：繼續(xù)加大荷載直至接近破壞（約80%），突然出現(xiàn)斜裂縫，預示牛腿即將破壞。                隨a/h0一的不同，牛腿的裂縫開展和破壞具有不同的破壞形態(tài)         3 ）截面尺寸:  截面寬=柱同寬 截面高度h-以控制其在使用階段不出現(xiàn)或僅出現(xiàn)細微的斜裂縫為準  &#

58、160;Fvs-作用于牛腿頂部按荷載標準組合計算的豎向力值Fhs -作用于牛腿頂部按荷載標準組合計算的水平拉力值?-裂縫控制系數(shù),對需要進行疲勞驗算的牛腿取?=0.65 ;對其他牛腿取? = 0.8 ；a -豎向力的作用點至下柱邊緣的水平距離，此時應考慮安裝偏差 20mm；豎向力的作用點位于下柱截面以內(nèi)時，取 a=0；b-牛腿寬度；h0-牛腿與下柱交接處的垂直截面有效高度，取h0 =h1-as+c.tg?， ?為牛腿底面的傾斜角，當 ? >450，取 ? =450 。為防止局部破壞，局部受壓面積A應滿足       &

59、#160;      Fvs/A0.75fc。*A-牛腿支承面上的局部受壓面積A=a.b(墊板長x 寬)。若不滿足上式的要求，應采取加大受壓面積，提高混凝土強度等級或設置鋼筋網(wǎng)等有效措施。 4）承載力計算a.計算簡圖斜壓破壞可看成由混凝土斜向壓桿及水平縱向鋼筋拉桿組成的三角桁架          b. 縱筋計算根據(jù)平衡條件，對A取矩得：    取as/(0.85ho)=0.2，得（當a<0.3h0時，

60、取a=0.3h0）Fv-作用于牛腿頂部豎向力設計值Fhs -作用于牛腿頂部水平拉力設計值 c. 構造要求?牛腿縱向受拉筋As一般用HRB335和HRB400級鋼筋，直徑12mm由于縱向受拉鋼筋的應力沿牛腿上部受拉邊全長基本相同，因此不得將其下彎兼作彎起鋼筋，而應全部直通至牛腿外邊緣再沿斜邊下彎，并應超過下柱邊緣15d；另一端在柱內(nèi)應有足夠的錨固長度(按梁的上部鋼筋的有關規(guī)定)，以免鋼筋未達到設計強度前被拔出而降低牛腿的承載能力.As配筋率（按全截面計算）0.2%，也0.6%，且根數(shù) 4根，承受水平拉力的錨筋應焊在預埋件上，且2根。 通常在滿足抗裂要求前提下，可不進行牛腿的斜截面受剪承載力計算，但仍需按構造要求設置水平箍筋和彎起鋼筋。?水平箍筋：直徑取612mm，間距為100150mm，且在上部2h0/3范圍內(nèi)的水平箍筋總截面面積承受豎向力