第11章單層廠房-課件

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計第3章單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)課件審查：建工系2020/10/2813單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)本章主要介紹：單層廠房的組成、傳力途徑及設(shè)計內(nèi)容；單層廠房的結(jié)構(gòu)布置；排架的內(nèi)力計算；單層廠房柱設(shè)計；單層廠房結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的選型；各構(gòu)件間的連接。重點是單層廠房的組成、受力特點、支撐的布置、構(gòu)件選型、排架內(nèi)力計算、構(gòu)件間的連接。

本章提要2020/10/282精品資料3本章內(nèi)容3.1

概述3.2

單層工業(yè)廠房排架結(jié)構(gòu)的組成、傳力途徑及設(shè)計內(nèi)容3.3

單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)布置3.4

單層廠房結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的選型3.5

單層廠房排架內(nèi)力計算3.6

單層廠房柱的設(shè)計3.7

單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件間的連接構(gòu)造2020/10/2842020/10/2853.1概述（1）廠房首先要滿足生產(chǎn)工藝的要求，并為工廠創(chuàng)造良好的勞動衛(wèi)生條件，以利提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。（2）廠房內(nèi)一般都有笨重的機器設(shè)備、起重運輸設(shè)備（吊車）等，這就要求廠房有較大的空間。同時，廠房結(jié)構(gòu)要承受較大的靜、動荷載以及振動或撞擊力等。（3）有的廠房在生產(chǎn)過程中會散發(fā)大量的余熱、煙塵、有害氣體、有侵蝕性的液體以及生產(chǎn)噪音等，這就要求廠房有良好的通風(fēng)和采光。3.1.1單層工業(yè)廠房的特點2020/10/286（4）生產(chǎn)過程往往需要各種工程技術(shù)管網(wǎng)，如上下水、熱力、壓縮空氣、煤氣、氧氣管道和電力供應(yīng)等。廠房設(shè)計時應(yīng)考慮各種管道的敷設(shè)要求和它們的荷載。（5）生產(chǎn)過程中有大量的原料、加工零件、半成品、成品、廢料等需要用電瓶車、汽車或火車進(jìn)行運輸。廠房設(shè)計時應(yīng)考慮所采用的運輸工具的通行問題。2020/10/2873.1.2單層廠房的結(jié)構(gòu)類型單層廠房的結(jié)構(gòu)按其承重結(jié)構(gòu)的材料來分，有混合結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等類型?；旌辖Y(jié)構(gòu)的主要承重結(jié)構(gòu)為墻或帶壁柱墻，屋架可用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)或輕鋼結(jié)構(gòu)。中型以上廠房大多選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。3.1.2.1按材料分2020/10/288單層廠房的結(jié)構(gòu)按其施工方法來分，有裝配式和現(xiàn)澆式兩種。目前除特殊情況外，均采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。3.1.2.2按施工方法分2020/10/2891.排架結(jié)構(gòu)

裝配式單層廠房的主要承重結(jié)構(gòu)是屋架或屋面梁、柱和基礎(chǔ)。當(dāng)屋架與柱頂為鉸接，柱與基礎(chǔ)頂面為剛接時，這樣組成的結(jié)構(gòu)叫排架。排架結(jié)構(gòu)按其所用材料分鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)、鋼屋架和鋼筋混凝土柱組成的排架結(jié)構(gòu)、磚墻或磚垛代替鋼筋混凝土柱的磚排架結(jié)構(gòu)。隨著生產(chǎn)工藝及使用要求的不同，排架結(jié)構(gòu)可設(shè)計成等高或不等高、單跨或多跨的各種形式（如圖3.1所示）。3.1.2.3按承重結(jié)構(gòu)的形式分2020/10/28102.剛架結(jié)構(gòu)

剛架結(jié)構(gòu)也稱框架結(jié)構(gòu)，剛架結(jié)構(gòu)也是由橫梁、柱和基礎(chǔ)所組成。常用有鋼筋混凝土門式剛架和鋼框架結(jié)構(gòu)。（1）

鋼筋混凝土門式剛架。鋼筋混凝土門式剛架的基本特點是柱和屋架（橫梁）合并為同一個構(gòu)件，柱與基礎(chǔ)的連接為鉸接或剛接。門式剛架種類很多，目前在單層廠房中用得較多的是兩鉸和三鉸兩種形式。同樣，門式剛架也可用于多跨廠房。如圖3.2所示。2020/10/2811（2）

鋼框架結(jié)構(gòu)。鋼框架結(jié)構(gòu)的屋架、柱、吊車梁等主要構(gòu)件均采用鋼結(jié)構(gòu)。廠房鋼柱的上柱升高至屋架上弦，屋架的上下弦均與上柱相連接，使屋架與柱形成剛接，以提高廠房的橫向剛度。如圖3.3所示。2020/10/2812圖3.1鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)2020/10/2813圖3.2鋼筋混凝土門式剛架2020/10/2814圖3.3鋼框架結(jié)構(gòu)2020/10/28153.2單層工業(yè)廠房排架結(jié)構(gòu)的組成、傳力途徑及設(shè)計內(nèi)容單層工業(yè)廠房排架結(jié)構(gòu)通常由橫向平面排架和縱向平面排架及支撐系統(tǒng)連成一個整體的空間結(jié)構(gòu)體系，由下列構(gòu)件組成，如圖3.4所示。3.2.1單層工業(yè)廠房排架結(jié)構(gòu)的組成2020/10/2816圖3.4裝配式鋼筋混凝土單層廠房結(jié)構(gòu)2020/10/2817屋蓋結(jié)構(gòu)分無檁和有檁兩種體系，無檁體系由大型屋面板、屋面梁或屋架以及屋蓋支撐所組成，如圖3.5所示。有檁體系由小型屋面板、檁條、屋架（包括屋蓋支撐）組成，如圖3.6所示。屋蓋結(jié)構(gòu)有時還有天窗架、托架，其作用主要是圍護(hù)和承重（承受屋蓋結(jié)構(gòu)自重、屋面活荷載、雪荷載和其它荷載），以及采光和通風(fēng)。墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括外墻、抗風(fēng)柱、墻梁、基礎(chǔ)梁等，其作用主要是圍護(hù)和承重。3.2.1.1屋蓋和墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系2020/10/2818圖3.5無檁體系2020/10/2819圖3.6有檁體系2020/10/2820橫向平面排架是由屋面梁或屋架、橫向柱列和基礎(chǔ)等組成，它是廠房基本承重結(jié)構(gòu)。廠房橫向排架承受豎向荷載（如結(jié)構(gòu)自重、屋面活荷載和吊車豎向荷載等）及橫向水平荷載（如風(fēng)荷載、吊車橫向制動力和地震作用等）。如圖3.7所示。3.2.1.2橫向排架結(jié)構(gòu)體系2020/10/2821圖3.7單層廠房的荷載2020/10/2822縱向排架結(jié)構(gòu)體系是由縱向柱列和基礎(chǔ)、連系梁和柱間支撐等組成。其作用是保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定和承重，廠房縱向排架主要承受縱向水平荷載，如縱向風(fēng)荷載、吊車縱向制動力、縱向地震作用和溫度應(yīng)力等。如圖3.8所示。3.2.1.3縱向排架結(jié)構(gòu)體系2020/10/2823圖3.8廠房的縱向排架1—風(fēng)力；2—吊車縱向制動力；3—連系梁；4—柱間支撐；5—吊車梁；6—柱2020/10/28243.2.2荷載的傳遞永久荷載是長期作用在廠房結(jié)構(gòu)上的不變荷載（恒荷載），如各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件、圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及設(shè)備的自重等。3.2.2.1永久荷載2020/10/2825可變荷載是作用在廠房結(jié)構(gòu)上的活荷載，主要有：（1）

雪荷載，以基本雪壓所算得的在廠房各屋面上的積雪重量。（2）

風(fēng)荷載，以基本風(fēng)壓所算得的在廠房各部分表面上的風(fēng)壓（吸）力。（3）

吊車荷載，吊車起吊重物在廠房內(nèi)運行時的移動集中荷載包括吊車豎向荷載和吊車水平荷載（4）

積灰荷載，大量排灰的廠房及其鄰近建筑，應(yīng)考慮積灰荷載。（5）

施工荷載，廠房在施工或檢修時的荷載。3.2.2.2可變荷載2020/10/2826作用在單層廠房結(jié)構(gòu)上所有荷載按其作用方向可分為豎向荷載、橫向水平荷載以及縱向水平荷載三種。荷載的傳遞，特別是水平荷載的傳遞，實際上很復(fù)雜的，而不是簡單的直接傳遞，為了清楚起見，再把上面分析的荷載傳遞路線綜合成圖表來表達(dá)，如圖3.9所示。在一般的單層廠房中，橫向排架是主要承重結(jié)構(gòu)，而屋架、吊車梁、柱和基礎(chǔ)是廠房中的主要承重構(gòu)件。3.2.2.3偶然荷載2020/10/2827圖3.9荷載傳遞路線圖2020/10/2828單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)建筑設(shè)計資料，以及堅固適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容：（1）確定結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置；（2）確定主要承重構(gòu)件；（3）進(jìn)行排架內(nèi)力分析與組合；（4）排架柱設(shè)計；（5）確定主要構(gòu)件之間的連接構(gòu)造。3.2.3單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容2020/10/28293.3單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)布置單層廠房承重柱的縱向和橫向定位軸線在平面上形成的有規(guī)律的網(wǎng)格稱為柱網(wǎng)。柱子縱向定位軸線間的距離稱為跨度，橫向定位軸線的距離稱為柱距。確定柱網(wǎng)尺寸時，首先要滿足生產(chǎn)工藝要求，尤其是工藝設(shè)備的布置；其次是根據(jù)建筑材料、結(jié)構(gòu)形式、施工技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)效果，以及提高建筑工業(yè)化程度和建筑處理、擴大生產(chǎn)、技術(shù)改造等方面因素來確定；此外，還應(yīng)滿足模數(shù)制的要求。3.3.1柱網(wǎng)的布置2020/10/2830（1）

跨度單層廠房的跨度在18m以下時，應(yīng)采用30M數(shù)列（1M=100mm)，即9m、12m、15m、18m；在18m以上時，應(yīng)采用擴大模數(shù)60M數(shù)列，即24m、30m、36m等。如圖3.10所示。（2）

柱距單層廠房的柱距應(yīng)采用擴大模數(shù)60M數(shù)列，見圖3.10。單層廠房山墻處的抗風(fēng)柱柱距宜采用擴大模數(shù)15M數(shù)列。2020/10/2831圖3.10跨度和柱距示意圖2020/10/2832（1）伸縮縫為減少廠房結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力，可設(shè)置伸縮縫，將廠房結(jié)構(gòu)分成若干溫度區(qū)段。伸縮縫的一般做法是從基礎(chǔ)頂面開始將相鄰溫度區(qū)段的上部結(jié)構(gòu)完全分開，在伸縮縫兩側(cè)設(shè)置并列的雙排柱、雙榀屋架，而基礎(chǔ)可做成將雙排柱連在一起的雙杯口基礎(chǔ)。3.3.2變形縫的設(shè)置2020/10/2833（2）沉降縫

由于單層廠房結(jié)構(gòu)主要是由簡支構(gòu)件裝配而成，因地基發(fā)生不均勻沉降在構(gòu)件中產(chǎn)生的附加內(nèi)力不大，所以在單層廠房結(jié)構(gòu)中，除主廠房結(jié)構(gòu)與生活間等附屬建筑物相連接處外，很少采用沉降縫。沉降縫應(yīng)將建筑物從基礎(chǔ)到屋頂全部分開，以使縫兩邊發(fā)生不同沉降時不至于相互影響。2020/10/2834（3）防震縫

防震縫是為減輕震害而采取的措施之一。當(dāng)廠房平面、立面復(fù)雜，結(jié)構(gòu)高度或剛度相差很大，以及在廠房側(cè)邊布置附房，如生活間、變電所、爐子間等時，設(shè)置抗震縫將相鄰部分分開，防震縫的寬度在廠房縱橫跨交接處可采用100~150mm，其它情況可采用50~90mm。2020/10/2835變形縫的對比2020/10/2836支撐的作用，從圖3.11所舉的有檁屋蓋體系廠房支撐布置中可以看出：如果不設(shè)支撐時，山墻上的風(fēng)力W將從A點傳至B點，這樣不僅廠房整體剛度差，穩(wěn)定性也難于保證。如設(shè)了支撐，山墻上的風(fēng)力W則從A點傳至1→2→3→4→5→6,再傳至柱間支撐，最后傳至基礎(chǔ)。支撐的主要作用是：(1)

保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向及橫向水平剛度；(2)

在施工和使用階段，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性；(3)

將某些水平荷載傳給主要承重結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)。3.3.3支撐的布置2020/10/2837圖3.11有檁屋蓋體系廠房支撐作用示意圖2020/10/2838屋蓋支撐包括上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、下弦縱向水平支撐、垂直支撐及系桿等。1.橫向水平支撐橫向水平支撐是由交叉角鋼和屋架上弦或下弦組成的水平桁架。其作用是，加強屋蓋結(jié)構(gòu)在縱向水平面內(nèi)的剛度，將山墻抗風(fēng)柱所承受的縱向水平力傳到兩側(cè)柱列上去，布置在溫度區(qū)段的兩端。設(shè)置在屋架上弦平面內(nèi)的稱為上弦橫向水平支撐；設(shè)置在屋架下弦平面內(nèi)的稱為下弦橫向水平支撐。3.3.3.1屋蓋支撐2020/10/2839（1）上弦橫向水平支撐。當(dāng)屋蓋結(jié)構(gòu)的縱向平面內(nèi)的剛度不足，具有以下情況之一時，應(yīng)設(shè)置上弦橫向水平支撐：①跨度較大的無檁體系屋蓋，當(dāng)屋面板與屋架連接點的焊接質(zhì)量不能保證，且山墻抗風(fēng)柱與屋架上弦連接時,如圖3.12(a)中的1；②廠房設(shè)有天窗，當(dāng)天窗通到廠房兩端的第二柱間或通過伸縮縫時，此時，應(yīng)在第一或第二柱間的天窗范圍內(nèi)設(shè)置上弦橫向水平支撐，并在天窗范圍內(nèi)沿縱向設(shè)置一至三道通長的受壓系桿，以保證屋架上弦的側(cè)向穩(wěn)定。如圖3.12(c)、(d)中的2。2020/10/2840（2）下弦橫向水平支撐。當(dāng)具有以下情況之一時，應(yīng)設(shè)置下弦橫向水平支撐，下弦橫向水平支撐一般宜設(shè)于廠房端部及伸縮縫處第一柱間，如圖3.12(a)、(c)中的3、4。①廠房跨度≥18m，或廠房跨度＜18m，且山墻上風(fēng)荷載由屋架上弦傳遞時；②屋架下弦懸掛吊車的縱向水平荷載較大而通過垂直支撐傳力時，可在懸掛吊車軌道盡頭的柱間設(shè)置；③當(dāng)廠房高度較大，縱向風(fēng)荷載由山墻抗風(fēng)柱傳至屋架下弦時；④廠房內(nèi)有較大的振動荷載，吊車噸位大時。2020/10/28412.縱向水平支撐縱向水平支撐一般是由交叉角鋼等鋼桿件和屋架下弦第一節(jié)間組成的水平桁架。其作用是加強屋蓋結(jié)構(gòu)在橫向水平面內(nèi)的剛性；在屋蓋設(shè)有托架時，還可以保證托架上緣的側(cè)向穩(wěn)定，并將托架區(qū)域內(nèi)的橫向水平風(fēng)力有效地傳到相鄰柱子上去。當(dāng)具有以下情況之一時，應(yīng)設(shè)置縱向水平支撐（1）廠房內(nèi)設(shè)有托架時，則必須在設(shè)有托架的柱間和兩端相鄰的一個柱間設(shè)置下弦縱向水平支撐，見圖3.13(a)。2020/10/2842（2）廠房內(nèi)設(shè)有軟鉤橋式吊車，廠房高大，吊車噸位大時（如單跨廠房柱高15~18m以上，中級工作制吊車30t以上時）。如圖3.13(b)所示（3）廠房內(nèi)設(shè)有硬鉤橋式吊車或5t級以上的鍛錘時，此時，布置要求如圖3.13(b)所示，當(dāng)?shù)踯噰嵨淮蠡驅(qū)S房剛度有特殊要求時，可沿中間柱列適當(dāng)增設(shè)縱向水平支撐，如圖3.13(c)所示。當(dāng)廠房已設(shè)有下弦橫向水平支撐時，則縱向水平支撐應(yīng)盡可能與橫向水平支撐連接，以形成封閉的水平支撐系統(tǒng)，如圖3.13（a)、(b)所示。2020/10/28433.垂直支撐及水平系桿

垂直支撐一般是由角鋼桿件與屋架的直腹桿或天窗架的立柱組成的垂直桁架。屋架垂直支撐根據(jù)屋架高度不同做成十字交叉形或W形天窗架，垂直支撐一般做成斜叉形。垂直支撐的作用是保證屋架及天窗架在承受荷載后的平面外穩(wěn)定；并傳遞縱向水平力，所以垂直支撐與橫向水平支撐配合作用。屋架的垂直支撐，宜按下列要求布置：2020/10/2844（1）當(dāng)屋架跨度大于18m小于30m時，垂直支撐應(yīng)布置在廠房端部第二柱間和伸縮縫兩邊第二柱間，并在屋架跨中設(shè)置一道垂直支撐和水平系桿。（2）當(dāng)屋架跨度大于30m時，應(yīng)在屋架跨度的1/3左右節(jié)點處設(shè)置兩道垂直支撐和水平系桿。（3）豎桿較高的折線形或梯形屋架之間，除按以上要求布置支撐外，在屋架的端部需增設(shè)垂直支撐和水平系桿。（4）當(dāng)屋架設(shè)有輕型懸掛吊車時，懸掛吊車節(jié)點位置可設(shè)置斜撐式垂直支撐，如圖3.14所示。2020/10/28454.天窗架支撐

天窗架支撐包括天窗上弦水平支撐和天窗架間垂直支撐。天窗架支撐的作用是增強整體剛度，保證其系統(tǒng)的空間穩(wěn)定性，并把端壁上的水平風(fēng)荷載傳給屋架。天窗架支撐一般均設(shè)置在天窗架的兩端，如圖3.15所示。2020/10/2846圖3.12橫向水平支撐布置圖2020/10/2847圖3.13縱向水平支撐布置2020/10/2848圖3.14斜撐式垂直支撐2020/10/2849圖3.15天窗架上弦橫向支撐2020/10/2850柱間支撐一般采用交叉鋼斜桿組成。交叉傾角α在35°~55°之間，以45°為宜，鋼桿件的截面尺寸需經(jīng)強度和穩(wěn)定計算確定（如圖3.16(a)所示）。當(dāng)柱間因交通、設(shè)備布置或柱距較大而不能采用交叉斜桿式支撐時，可以做成門架式支撐，如圖3.16(b)所示。柱間支撐的作用是保證廠房的縱向剛度和穩(wěn)定性，吊車縱向制動力和山墻縱向風(fēng)荷載及縱向地震力經(jīng)屋蓋系統(tǒng)傳遞到兩縱向柱列上去。3.3.3.2柱間支撐2020/10/2851柱間支撐布置：一般上柱柱間支撐設(shè)置在溫度區(qū)段兩側(cè)與屋蓋橫向水平支撐相對應(yīng)的柱間，以及溫度區(qū)段中央或臨近中央的柱間，下柱柱間支撐設(shè)置在溫度區(qū)段中部與上柱柱間支撐相應(yīng)的位置。柱間支撐的布置原則：凡屬下列情況之一的一般廠房需設(shè)置柱間支撐。（1）設(shè)有重級工作制吊車或中輕級工作制吊車起重量≥10t時；（2）廠房跨度≥18m或柱高≥8m時；（3）縱向柱的總數(shù)每排≤7根；2020/10/2852

（4）設(shè)有3t及3t以上懸掛吊車時；

（5）露天吊車柱列。2020/10/2853圖3.16柱間支撐2020/10/2854當(dāng)用磚砌體作為廠房圍護(hù)墻時，一般要設(shè)置圈梁、連續(xù)梁、過梁和基礎(chǔ)梁。圈梁的作用是將墻體同廠房柱箍在一起，以加強廠房的整體剛度，防止由于地基不均勻沉降、較大振動荷載或地震對廠房引起的不利影響。圈梁設(shè)在墻內(nèi)，并與柱用鋼筋拉接。圈梁不承受墻體重量，故柱上不設(shè)置支承圈梁的牛腿。圈梁的布置與墻體高度、廠房的剛度要求及地基情況有關(guān)。3.3.4圈梁、連續(xù)梁、過梁和基礎(chǔ)梁的布置2020/10/2855圈梁應(yīng)連續(xù)設(shè)置在墻體的同一水平面上，并盡可能沿整個建筑物形成封閉狀。如圖3.17。圈梁的截面寬度宜與墻厚相同。連續(xù)梁的作用是連系縱向柱列，以增強廠房的縱向剛度，并將風(fēng)荷載傳給縱向柱列。此外，連續(xù)梁還承受其上面墻體的重量。連梁通常是預(yù)制的，兩端擱置在柱牛腿上，用螺栓或電焊與牛腿連接。過梁的作用是承托門窗洞口上部墻體的重量。在一般廠房中，通常用基礎(chǔ)梁來承受圍護(hù)墻體的重量，如圖3.18。2020/10/2856圖3.17圈梁的搭接長度2020/10/2857圖3.18基礎(chǔ)梁的擱置2020/10/28583.4單層廠房結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的選型工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)圖集有三類：經(jīng)國家建委審定的全國通用標(biāo)準(zhǔn)圖集，適用于全國各地；經(jīng)某地區(qū)或某工業(yè)部門審定的通用圖集，適用于該地區(qū)或該部門所屬單位；經(jīng)某設(shè)計單位審定的定型圖集適用于該單位。這些圖集一般包括設(shè)計和設(shè)計施工說明、構(gòu)件選用表、結(jié)構(gòu)布置圖、連接大樣圖、模板圖、配筋圖、預(yù)埋件詳圖、鋼筋及鋼材用量表等幾個部分，均屬結(jié)構(gòu)施工圖范疇。3.4.1單層廠房標(biāo)準(zhǔn)或通用定型構(gòu)件的選擇方法2020/10/2859“設(shè)計和施工說明”包括構(gòu)件適用范圍，主要設(shè)計依據(jù)，主要計算方法，使用材料，施工、制作及安裝要求等部分。選用構(gòu)件時要特別注意與施工說明內(nèi)容相吻合?！皹?gòu)件選用表”是選用構(gòu)件時的主要依據(jù)。一般可根據(jù)兩種方法選用：（1）根據(jù)荷載或?qū)ω?fù)荷的限制條件（2）根據(jù)允許的最大內(nèi)力（彎矩和剪力）2020/10/2860（1）

無檁體系屋面構(gòu)件無檁體系采用大型屋面板，適用于大中型單層廠房。各種無檁體系屋蓋的類型、特點、尺寸、允許均布荷載及適用條件見表3.1。（2）屋面板有檁體系屋面板類型、尺寸、特點及適用條件見表3.2。（3）檁條檁條與屋架上弦的連接一般采用焊接。鋼筋混凝土檁條類型、跨度等見表3.3。3.4.2屋面構(gòu)件選型2020/10/2861表3.1屋面板類型表

2020/10/2862表3.2有檁體系屋面板

2020/10/2863表3.3鋼筋混凝土檁條類型表2020/10/2864屋架或屋面梁直接承受屋面荷載；有些廠房的屋架（或屋面梁）還承受懸掛吊車、管道或其它工藝設(shè)備及天窗架等荷載，并和屋蓋支撐系統(tǒng)一起，保證屋蓋水平和垂直方向的剛度和穩(wěn)定性。目前常用的鋼筋混凝土屋架的形式及其適用條件見表3.4。屋面梁和屋架一般為平臥制作，因此除按一般受彎構(gòu)件計算外，還應(yīng)進(jìn)行施工階段翻身扶直以及吊裝（或運輸）時的驗算，驗算時應(yīng)將構(gòu)件自重乘以1.5的動力系數(shù)。3.4.3屋架選型2020/10/2865表3.4鋼筋混凝土屋架類型表2020/10/28662020/10/2867吊車梁是有吊車廠房的重要承重構(gòu)件，它直接承受吊車起重、運行、制動時產(chǎn)生的各種往復(fù)移動荷載。為此吊車梁除了要滿足一般梁的強度、抗裂度、剛度等要求外，還要滿足疲勞強度的要求。同時，吊車梁還傳遞廠房縱向荷載（如山墻上的風(fēng)荷載）。吊車梁的選用一般按吊車的起重能力、跨度和吊車工作制的不同，可采用不同形式。常用鋼筋混凝土吊車梁見表3.5。3.4.4吊車梁選型2020/10/2868表3.5常用鋼筋混凝土吊車梁2020/10/2869柱主要承受屋蓋和吊車梁等豎向荷載、風(fēng)荷載及吊車產(chǎn)生的縱向和橫向水平荷載，有時還承受墻體、管道設(shè)備等荷載。所以，柱應(yīng)具有足夠的抗壓和抗彎能力。目前柱子標(biāo)準(zhǔn)圖集CL335給出了一些柱子的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，但大多數(shù)情況還需要設(shè)計者自行設(shè)計。常用柱的類型見圖3.19。常用柱距6m的柱截面尺寸參見表3.6。3.4.5常用柱選型2020/10/2870圖3.19柱的類型(a)矩形柱；(b)工字形柱；(c)預(yù)制空腹板工字形柱；(d)單肢管柱；(e)雙肢柱；(f)平腹桿雙肢柱；(g）斜腹桿雙肢柱；(h)雙肢管柱2020/10/2871表3.6柱截面尺寸參考表（柱距6m)2020/10/2872基礎(chǔ)支承廠房上部結(jié)構(gòu)的全部重量，然后傳遞到地基中去，因此基礎(chǔ)起著承上傳下的作用。選擇什么類型的基礎(chǔ)，主要取決于上部結(jié)構(gòu)荷載的大小和性質(zhì)、工程地質(zhì)條件等。一般情況下，可采用獨立的杯形基礎(chǔ)?；A(chǔ)的類型、特點及適用條件見表3.7。3.4.6基礎(chǔ)選型2020/10/2873表3.7基礎(chǔ)類型表2020/10/28742020/10/28753.5單層廠房排架內(nèi)力計算單層廠房結(jié)構(gòu)實際上是一空間結(jié)構(gòu)體系，為了計算方便，一般分別按縱、橫兩個方向作為平面排架來分析，即假定各個橫向平面排架（或縱向平面排架）均單獨工作。計算單元：單層廠房是一個復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，實際計算時，可根據(jù)廠房的構(gòu)造和荷載特點進(jìn)行簡化并確定計算簡圖，如圖3.20所示。由相鄰柱距的中部截取一個典型區(qū)段，稱為計算單元，如圖3.20所示。3.5.1計算假定和計算簡圖2020/10/2876為簡化計算，根據(jù)構(gòu)造特點，對確定排架的計算簡圖時，有以下計算假定:（1）屋架或屋面大梁與柱頂連接處，僅用預(yù)埋鋼板焊牢，它抵抗轉(zhuǎn)動的能力很小，計算中只考慮傳遞垂直力和水平剪力，按鉸接結(jié)點考慮。（2）排架柱與基礎(chǔ)的連接做法是：預(yù)制柱插入基礎(chǔ)杯口一定深度，柱和基礎(chǔ)間用高強度等級細(xì)石混凝土澆筑密實。因此排架柱與基礎(chǔ)連接處按固定端位于基礎(chǔ)頂面。2020/10/2877（3）鉸接排架的橫梁（屋架）的剛度很大，受力后的軸向變形可忽略不計。排架受力后橫梁兩端兩個柱子的柱頂水平位移相等。（4）排架柱的高度由固定端算至柱頂鉸接處，排架柱的軸線為柱的幾何中心線。當(dāng)柱為變截面時，排架柱的軸線為一折線，如圖3.20(a)、(b)所示。（5）排架的跨度以廠房的縱向定位軸線為準(zhǔn)，計算簡圖如圖3.20(c)所示。只需在變截面處增加一個力偶M,M等于上柱傳下的豎向力乘以上下柱幾何中心線間距離e。2020/10/2878圖3.20排架計算簡圖2020/10/2879單層廠房設(shè)計任務(wù)2020/10/2880計算假定與計算模型2020/10/28812020/10/2882（1）

屋面恒荷載屋面恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值用G1k表示，設(shè)計值用G1表示，它包括各種構(gòu)造層屋面板、天溝板、屋架、天窗、天窗架、屋架支撐、托架等自重。一般來說，G1對上柱截面的幾何中心有一個偏心距e1，G1對下柱截面的幾何中心又增加了附加偏心距e2，如圖3.22所示。3.5.2排架荷載計算10.5.2.1恒荷載作用在排架上的荷載分為恒荷載和活荷載兩類，如圖3.21所示。2020/10/2883（2）

上柱自重上柱自重標(biāo)準(zhǔn)值用G2k表示，設(shè)計值用G2表示，它沿上柱中心線作用。（3）吊車梁及軌道等零件自重標(biāo)準(zhǔn)值用G3k表示，設(shè)計值用G3表示，它沿吊車梁中心線作用于牛腿頂面，一般吊車梁中心線到柱外邊緣（邊柱）或柱中心線（中柱）的距離為750mm。（4）

下柱自重下柱自重標(biāo)準(zhǔn)值用G4k表示，設(shè)計值用G4表示，它沿下柱中心線作用。2020/10/2884（5）

支承在柱牛腿上的圍護(hù)結(jié)構(gòu)等自重支承在柱牛腿上的圍護(hù)結(jié)構(gòu)等自重標(biāo)準(zhǔn)值用G5k表示，設(shè)計值用G5表示，它沿承重梁中心線作用在柱牛腿頂面。（6）

墻體荷載當(dāng)墻直接砌筑在基礎(chǔ)梁上或大型墻板直接擱置在基礎(chǔ)上時，它們對排架柱無豎向作用力，它們對排架的作用是傳遞墻面上的水平風(fēng)荷載給排架柱。2020/10/2885圖3.21排架上的荷載2020/10/2886圖3.22排架在屋面恒荷載作用下的計算簡圖和柱的內(nèi)力圖2020/10/2887屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值用Q1k表示，設(shè)計值用Q1表示，作用點和計算簡圖與屋蓋恒荷載相同。

屋面活荷載包括屋面均布活荷載、雪荷載和積灰荷載三種。均按屋面的水平投影面積計算。（1）

屋面均布活荷載屋面均布活荷載按《荷載規(guī)范》采用。當(dāng)施工荷載較大時，則按實際情況采用。3.5.2.2屋面活荷載2020/10/2888（2）

雪荷載

雪荷載是積雪重量，為積雪深度和平均積雪密度的乘積。屋面雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值Sk計算式為：

Sk=μrS0（3）

積灰荷載對生產(chǎn)中有大量排灰的廠房及其鄰近建筑物應(yīng)考慮積灰荷載，可由《荷載規(guī)范》查得。2020/10/2889吊車按生產(chǎn)工藝要求和吊車本身構(gòu)造特點有多種不同的型號和規(guī)格。橋式吊車為廠房中常用的一種吊車形式，橋式吊車由大車（橋架）和小車組成，如圖3.23所示。吊車對排架的作用有豎向荷載、橫向水平荷載和縱向水平荷載，現(xiàn)分別敘述如下：（1）

吊車豎向荷載吊車豎向荷載是一種通過輪壓傳給排架柱的移動荷載，由吊車額定起重量、大車自重、小車自重三部分組成。如圖3.23所示。3.5.2.3吊車荷載2020/10/2890對于四輪吊車的最小輪壓標(biāo)準(zhǔn)值Pmin,k可按下式計算：

Pmin,k=1/2(Qbk+Qlk+Qck)-Pmax,k每榀排架上作用的吊車豎向荷載指的是幾臺吊車組合后通過吊車梁傳給柱的可能的最大反力。由于吊車荷載是移動荷載，每榀排架上作用的吊車豎向荷載組合值需用影響線原理求出。作用在排架上的吊車豎向荷載的組合值與吊車的臺數(shù)及吊車沿廠房縱向運行所處位置有關(guān)。2020/10/2891當(dāng)兩臺吊車挨緊并行，且其中一臺起重量較大的吊車輪子正好運行至計算排架上，而兩臺吊車的其余輪子分布在相鄰兩柱距之間時，吊車豎向荷載組合值可達(dá)最大，其標(biāo)準(zhǔn)值Dmax,k、Dmin,k按下列公式計算：

Dmax,k=ζ∑yiPimax,k

=ζ［(y1+y1′)P1max,k+(y2+y2′)P2max,k］

Dmin,k=ζ∑yiPimin,k

=ζ［(y1+y1′)P1min,k+(y2+y2′)P2min,k］2020/10/2892由于多臺吊車共同作用時，各臺吊車荷載不能同時達(dá)到最大值，因此應(yīng)將各吊車荷載的最大值進(jìn)行折減。當(dāng)兩臺吊車完全相同時，可按下式計算：

2020/10/2893吊車豎向荷載Dmax,k和Dmin,k沿吊車梁的中心線作用在牛腿頂面。它們是相對于下柱截面具有偏心距e4的偏心壓力。Dmax,k和Dmin,k應(yīng)換算成作用于下柱頂面的軸力和力矩，如圖3.25(a)所示。2020/10/2894（2）吊車橫向水平荷載T吊車橫向水平荷載是指載有重物的小車在左右行駛中突然剎車時，由于吊車Qbk和小車Qlk的慣性力而在廠房排架柱上所產(chǎn)生的橫向水平制動力。橫向制動力應(yīng)等分作用在排架的兩側(cè)柱子上，它的方向有左右兩種可能性，如圖3.25(b)所示。吊車橫向水平制動力本應(yīng)按兩側(cè)柱子的剛度大小分配，但為簡化計算，《荷載規(guī)范》允許近似地平均分配給兩側(cè)排架柱，如圖3.26所示。2020/10/2895

對于各類四輪橋式吊車，當(dāng)其小車滿載運行中突然剎車時，在大車每一輪子上所產(chǎn)生的橫向水平制動力的標(biāo)準(zhǔn)值為：

Tk=1/4α(Qck+Qlk)每個大車輪傳給吊車軌道的橫向水平制動力T確定后，即可按計算吊車豎向荷載Dmax,k和Dmin,k的方法計算Tmax,k：

2020/10/2896（3）

吊車縱向水平荷載T0吊車縱向水平荷載T0是指吊車沿廠房縱向運行中突然剎車時，由吊車自重和吊重物的慣性力在廠房縱向排架柱上所產(chǎn)生的水平制動力，它是通過每側(cè)的制動輪傳至兩側(cè)吊車軌道，然后再由吊車梁傳給縱向柱列或柱間支撐，如圖3.27所示。2020/10/28972020/10/2898【例3.1】有單跨單層廠房，跨度為24m，柱距為6m，設(shè)計時考慮兩臺As級工作制20/5t橋式軟鉤吊車，求作用于排架柱上的Dmax,k、Dmin,k、Tmax,k?！窘狻浚?）查《ZQ1—62》得：吊車橋距l(xiāng)K=22.5m時，吊車最大寬度B=5600mm；大車輪距K=4400mm；小車重Qlk=77.2kN;吊車最大輪壓Pmax,k=202kN；吊車最小輪壓Pmin,k=60kN。2020/10/2899

（2）確定吊車的最不利位置及柱支座反力影響線，如圖3.28所示。

（3）計算Dmax,k、Dmin,k、Tmax,k查表得折減系數(shù)ζ=0.9。

Dmax,k=387.23kN

Dmin,k=115.02kN

Tk=6.93kN

Tmax,k=13.28kN

2020/10/28100圖3.23橋式吊車荷載2020/10/28101圖3.25吊車荷載2020/10/28102圖3.26吊車橫向水平制動力2020/10/28103圖3.27吊車縱向水平荷載2020/10/28104圖3.28吊車梁反力影響線2020/10/28105排架計算時作用在不同位置處風(fēng)荷載的計算原則：（1）作用在排架柱頂以下墻面上的風(fēng)荷載按均布考慮，迎風(fēng)面為q1，背風(fēng)面為q2，其風(fēng)壓高度變化系數(shù)可按柱頂標(biāo)高取值。3.5.2.4風(fēng)荷載2020/10/28106（2）作用于柱頂以上屋蓋部分的風(fēng)荷載仍取為均布荷載，但對排架的作用則按作用在柱頂?shù)募酗L(fēng)荷載W考慮，其風(fēng)壓高度變化系數(shù)取值如下：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(biāo)高取值。（3）作用在排架上的風(fēng)荷載如圖3.30所示，其設(shè)計值分別按下式計算：

q1=γQwk1B=γQμs1μzw0B

(kN/m)

q2=γQwk2B=γQμs2μzw0B

(kN/m)

2020/10/281072020/10/28108【例3.2】如圖3.31所示。柱距為6m的單跨單層廠房，建于天津市郊區(qū)，求作用于排架上的風(fēng)荷載設(shè)計值?！窘狻繌摹逗奢d規(guī)范》中查得天津市基本風(fēng)壓為w0=0.4kN/m2；風(fēng)荷載體型系數(shù)μs值如圖3.31(b)所示。計算單元寬度B=6m。（1）柱頂以下風(fēng)荷載按均布荷載計算，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz按柱頂標(biāo)高計算，由《荷載規(guī)范》查得15m高度處μz=0.84;10m高處μz=0.71；故12m高度處：

μz=0.76

q1=γQμs1μzw0B=2.04

kN/m(→)

q2=γQμs2μzw0B=1.28

kN/m(→)

2020/10/28109（2）

計算作用于柱頂?shù)募酗L(fēng)荷載w風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz按天窗檐口處標(biāo)高（+17.920）計算。由《荷載規(guī)范》查得20m高度處，μz=0.94，故17.92m高度處：

μz=0.90

W=20.34kN（→）作用于排架風(fēng)荷載如圖3.32所示。2020/10/28110圖3.30橫向排架上的風(fēng)荷載2020/10/28111圖3.31(a)廠房剖面圖；(b)計算簡圖及μs值2020/10/28112圖3.32作用于排架風(fēng)荷載2020/10/28113等高排架就是指在排架計算簡圖中，各柱柱頂標(biāo)高相同或柱頂標(biāo)高雖不同，但柱頂有傾斜橫梁貫通連接的排架，如圖3.33所示。3.5.3排架的內(nèi)力計算3.5.3.1等高排架內(nèi)力分析

排架內(nèi)力分析就是確定排架柱在各種荷載單獨作用下各個控制截面上的內(nèi)力，并繪制各排架柱的彎矩M圖、軸力N圖及剪力V圖。2020/10/28114（1）當(dāng)排架柱頂作用水平集中荷載W時，如圖3.34所示。由于橫梁為剛性連桿，所以各柱柱頂水平位移相等。即：

ΔA=ΔB=ΔC=Δ如沿橫梁與柱的連接部位將各柱柱頂切開，因柱頂是鉸無彎矩，在各柱的切口上代替一對相應(yīng)剪力VA、VB、VC，并取橫梁為脫離體，則由平衡條件∑X=0得：

W=VA+VB+VC

2020/10/28115設(shè)各柱柱頂在單位水平集中力作用下柱頂位移為δA、δB和δC。則在柱頂剪力VA、VB、VC作用下，各柱柱頂水平位移為：

ΔA=VAδA

ΔB=VBδB

ΔC=VCδC即：

VA=ΔA/δA=Δ/δA

VB=ΔB/δB=Δ/δB

VC=ΔC/δC=Δ/δC2020/10/28116由公式（3.16)得：

Δ/δA+Δ/δB+Δ/δC=W則各柱柱頂剪力為：

VA=Δ/δA=ηAW

VB=Δ/δB=ηBW

VC=Δ/δC=ηCW即

Vi=ηiW2020/10/28117（2）

當(dāng)任意荷載作用時在任意荷載作用下，排架柱的計算分為兩個步驟：

第一步：先在排架柱頂附加一個不動鉸支座以阻止水平側(cè)移，如圖3.35所示，求出支座反力R（可利用附表算出）。

第二步：撤除附加不動鉸支座，并將R以反方向作用于排架柱頂，如圖3.35（c）所示，以恢復(fù)到原來結(jié)構(gòu)體系。2020/10/28118小結(jié)：2020/10/28119小結(jié)：2020/10/28120小結(jié)：2020/10/28121小結(jié)：2020/10/28122【例3.3】一單層單跨廠房排架如圖3.36所示。A柱與B柱相同。I上A=I上B=2.13×109mm4，I下A=I下B=5.876×109

mm4，上柱高H1=3.30m，全柱高H2=10.80m，排架上作用有吊車最大橫向水平荷載Tmax=8.9kN，作用點距柱頂高度y=2.4m，求排架柱的內(nèi)力，并繪制內(nèi)力圖。【解】（1）

計算幾何參數(shù)

n=I上/I下=0.362λ=H1/H2=0.306（2）

求柱頂剪力

①

求支座反力Tmax作用點至柱頂高度y=2.4m，y/H1=0.728，即y=0.728H1，計算簡圖如圖3.37所示。2020/10/28123查附表17e(y=0.7H1)得C5=0.66。查附表17f(y=0.8H1)得C5=0.615。用插入法得，當(dāng)y=0.728H1時：

C5=0.647

Ra=TmaxC5＝-5.76kN(→)

Rb=0

Ra+Rb=5.76kN(→)

②

將（Ra+Rb)反向作用于柱頂并進(jìn)行分配確定剪力分配系數(shù)：

ηA=ηB=0.52020/10/28124

ηA(Ra+Rb)=2.88kN(←)

③

求柱頂剪力將圖3.37(b)、（c)圖中各柱頂所產(chǎn)生的剪力疊加得：

Va=5.76-2.88=2.88kN(→)

Vb=-2.88kN(←)

(3)

畫內(nèi)力圖如圖3.38所示。2020/10/28125【例3.4】一等高排架如圖3.39(a)所示，已知W=5.66kN，q1=1.68kN/m,q=1.05kN/m，A柱與C柱相同，I上A=I上C=2.13×105cm4,I下A=I下C=9.23×105cm4,I上B=4.17×105cm4,I下B=9.23×105cm4。求柱的內(nèi)力并繪制彎矩圖?！窘狻?/p>

(1)

計算剪力分配系數(shù)

λ=H1/H2=0.254

A、C柱

n=I上/I下=0.231

B柱

n=I1/I2=0.4522020/10/28126查附表17a得：

A、C柱

C0=2.85

δA=δC=694×1/Ecm

B柱

C0=2.94

δB=672×1/Ecm剪力分配系數(shù)：

ηA=ηC=0.33

ηB=0.342020/10/28127

(2)

計算各柱頂剪力由q1的作用求A柱鉸支座反力RA。查附表17h得C11=0.361。

RA=q1H2C11=7.41kN(←)在q2的作用下得：

RC=q2H2C11=4.63kN

R=RA+RC=12.04kN(←)拆除不動鉸支座，將W+R=5.66+12.04=17.7kN反向作用于柱頂并分配，如圖3.39(b)、(c)所示。2020/10/28128

VA=ηA(W+R)-RA=-1.57kN(←)

VB=ηB(W+R)=6kN(→)

VC=ηC(W+R)-RC=1.2kN(→)

（3）

繪制彎矩圖（如圖3.40所示）。2020/10/28129圖3.33等高排架內(nèi)力分析2020/10/28130圖3.34柱頂作用有集中荷載的等高排架2020/10/28131圖3.35作用任意荷載的等高排架2020/10/28132圖3.362020/10/28133圖3.37吊車橫向荷載作用計算簡圖及柱頂剪力計算2020/10/28134圖3.38吊車橫向荷載作用內(nèi)力圖2020/10/28135圖3.39風(fēng)荷載作用下計算簡圖及柱頂剪力計算2020/10/28136圖3.40風(fēng)荷載作用下的彎矩圖2020/10/28137不等高排架見圖3.41所示，在水平風(fēng)荷載作用下，排架中各柱水平側(cè)移ΔD=ΔE,ΔF=ΔG，而ΔE≠ΔG，所以內(nèi)力計算時不能采用剪力分配法，多采用力學(xué)方法或借助于圖表進(jìn)行內(nèi)力分析。以排架橫梁內(nèi)力作為基本未知量x1和x2，并取圖示基本結(jié)構(gòu)。此時，排架各柱在所有外荷載q1、q2、q3和多余未知力x1、x2的共同作用下，可列出力學(xué)方法典型方程：

3.5.3.2不等高排架內(nèi)力分析2020/10/28138

ΔD=ΔE

ΔF=ΔG即：

-(δD+δE)x1+δEFx2+ΔDEq=0

δEFx1-(δE+δF)x2+ΔEGq=0聯(lián)立上述兩個方程，求解得到各橫梁內(nèi)力x1和x2后，即可按靜定懸臂柱求得排架各柱內(nèi)力。2020/10/28139圖3.41不等高排架的內(nèi)力分析2020/10/28140控制截面就是對柱子配筋量起控制作用的某些截面。一般取上柱柱底截面Ⅰ—Ⅰ為上柱的控制截面；對下柱，在吊車豎向荷載作用下，牛腿頂面處的彎矩最大，在風(fēng)荷載和吊車橫向水平荷載作用下，柱底截面的彎矩最大，因此通常取牛腿頂面Ⅱ—Ⅱ和柱底Ⅲ—Ⅲ這兩個截面為下柱的控制截面，如圖3.42所示。3.5.4排架的內(nèi)力組合3.5.4.1控制載面的選擇2020/10/28141圖3.42柱的控制截面2020/10/28142由于在柱的截面上存在著正負(fù)彎矩，故排架柱常采用對稱配筋。對于柱底Ⅲ—Ⅲ截面也是基礎(chǔ)頂面的柱截面，由于基礎(chǔ)計算的需要，尚應(yīng)有M、N和V的組合。未確定柱截面大偏壓或小偏壓之前，對于矩形、工字形截面柱一般應(yīng)考慮以下四種內(nèi)力組合類型：

（1）+Mmax及相應(yīng)的N、V；

（2）

-Mmax及相應(yīng)的N、V；

（3）

Nmax及相應(yīng)的M、V；

（4）

Nmin及相應(yīng)的M、V。3.5.4.2內(nèi)力組合2020/10/28143《荷載規(guī)范》中規(guī)定：對于一般排架結(jié)構(gòu)，荷載效應(yīng)的基本組合可采用簡化規(guī)則，并按下列組合值中取最不利值確定：（1）

由可變荷載效應(yīng)控制的組合（2）

由永久荷載效應(yīng)控制的組合3.5.4.3荷載組合效應(yīng)2020/10/28144（1）每次組合只能以一種內(nèi)力+Mmax、-Mmax、Nmax或Nmin為目標(biāo)，決定活荷載的取舍，并按這些荷載求得相應(yīng)的其余兩種內(nèi)力。（2）恒荷載產(chǎn)生的內(nèi)力在任何一種內(nèi)力組合中都必須考慮。（3）風(fēng)荷載有左吹風(fēng)或右吹風(fēng)兩種情況，組合時兩者只取其中之一。（4）吊車橫向水平荷載Tmax同時作用在左、右兩側(cè)排架柱上，向左或向右。組合時只取其中之一。3.5.4.4內(nèi)力組合注意事項2020/10/28145（5）在同一跨內(nèi)Dmax和Dmin與Tmax不一定同時發(fā)生，故在組合中有Dmax或Dmin時，不一定要有Tmax，但在組合中有Tmax時，則必有Dmax或Dmin，因為吊車水平荷載不可能脫離其豎向荷載而單獨存在。（6）每一種組合中，M、N、V都是相對應(yīng)的，即使是在相同荷載作用下產(chǎn)生的。此外在組合Nmax和Nmin時，對于N=0雖然將其組合不改變N值，但只要增加了M值，也是截面的不利組合。2020/10/28146【例3.5】單層單跨廠房排架內(nèi)力計算?！窘狻?.設(shè)計資料（1）某機修車間，為單層單跨廠房，廠房總長為72m，跨度為24m，柱距為6m，設(shè)有兩臺30/5tA5級工作制吊車，車間平面如圖3.43所示。（2）屋面構(gòu)造及圍護(hù)結(jié)構(gòu)屋面構(gòu)造：二氈三油防水層（上鋪小石子）；25mm厚水泥砂漿找平層；60mm厚水泥蛭石保溫層；預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面板。圍護(hù)結(jié)構(gòu)：240mm厚普通磚墻。2020/10/28147（3）自然條件：基本風(fēng)壓0.35kN/m2；基本雪壓0.20kN/m2。建筑場地為Ⅰ級濕陷性黃土，修正后的地基承載力f=180kN/m2，地下水位低于地面6m，本例不考慮地震作用。（4）材料：鋼筋為HPB235級、HRB335?；炷粒夯A(chǔ)采用C15，柱采用C25。2.結(jié)構(gòu)方案及主要承重構(gòu)件根據(jù)廠房跨度、柱頂高度及吊車起重量大小，本車間采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)剖面如圖3.44所示。2020/10/28148為保證屋蓋的整體性及空間剛度，屋蓋采用無檁體系。根據(jù)廠房具體條件，柱間支撐設(shè)置位置如圖3.43所示廠房主要承重構(gòu)件選用如下：（1）屋面板：采用標(biāo)準(zhǔn)圖G410（一）中的1.5m×

1.6m預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板（YWBⅡ），板重標(biāo)準(zhǔn)值（包括灌縫在內(nèi)）為1.4kN/m2。（2）屋架：采用標(biāo)準(zhǔn)圖集G415中的預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架，其自重標(biāo)準(zhǔn)值為106kN/榀。（3）吊車梁：采用標(biāo)準(zhǔn)圖集G323中的鋼筋混凝土吊車梁，DL11，其高度1.2m，其自重標(biāo)準(zhǔn)值為40.8kN/根，軌道及連接件自重取0.8kN/m。2020/10/281493.計算簡圖及柱截面幾何尺寸的確定（1）計算簡圖本車間為機修車間，工藝無特殊要求，結(jié)構(gòu)布置均勻，荷載分布也均勻。故可從整個廠房中選擇具有代表性的排架作為計算單元，如圖3.43所示。計算單元寬度B=6.0m。根據(jù)建筑剖面及其構(gòu)造，確定廠房計算簡圖，如圖3.45所示。其中上柱高H1=4.2m，下柱高H3=10.4m，柱總高H2=14.6m。2020/10/28150（2）柱截面幾何參數(shù)上柱截面：bh=500mm×500mm，上柱截面A1=2.5×105mm2，慣性矩I1=5.21×109mm4。下柱截面選用工字形截面，b=500mm,

h=1000mm,

bw=120mm、hf=200mm。下柱截面積A2=2.815×105mm2，慣性矩I2=35.6×109mm4，柱截面尺寸如圖3.46所示。4.荷載的計算(1)恒荷載設(shè)計值

①屋蓋結(jié)構(gòu)自重設(shè)計值屋架自重設(shè)計值：1.2×106=127.2kN/榀2020/10/28151故作用于兩端柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)自重設(shè)計值為：

P1=127.2×0.5+3.192×6×24×0.5=293.4kN②柱自重設(shè)計值上柱：

A1=2.5×105mm2上柱自重設(shè)計值：

P2=31.5kN下柱：

A2=2.815×105mm2

下柱自重設(shè)計值：

P3=87.8kN2020/10/28152

③吊車梁及軌道自重設(shè)計值

P4=1.2×(40.8+6×0.8)=54.7kN各恒荷載作用位置如圖3.47所示。(2）

屋面活荷載設(shè)計值由《荷載規(guī)范》查得屋面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2，而雪荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為0.2kN/m2，本車間不考慮積灰荷載，故僅按活荷載計算。

P6=1.4×0.7×6×24×0.5=70.6kN

P6的作用位置與P1相同，如圖3.47所示。2020/10/28153(3）吊車荷載設(shè)計值本車間選用的吊車主要參數(shù)如下：

30/5t吊車，中級工作制吊車，吊車梁高1.2mB=6.15m,K=4.8m,Pmax,k=290kN,Pmin,k=70kN,Qck=302kN,Qlk=118kN吊車梁支座反力影響線如圖3.48所示。故作用于排架柱上的吊車豎向荷載設(shè)計值

Dmax=802kN

Dmin=193.6kN由于作用在每一個輪上的吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值：2020/10/28154

Tk=1/4α(Qck+Qlk)對于30/5t的軟鉤吊車α=0.1。所以T=10.45kN故作用于排架上的吊車水平荷載設(shè)計值為：

Tmax=γQT∑yi=28.89kN（4)風(fēng)荷載設(shè)計值由《荷載規(guī)范》查得，基本風(fēng)壓w0=0.35kN/m2，風(fēng)壓高度系數(shù)按B類地面取用。柱頂：H=14.1m,μz=1.11；檐口：H=17.4m，μz=1.19；2020/10/28155

屋頂：H=18.8m，μz=1.22。風(fēng)載體型系數(shù)如圖3.49所示。故風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：

w1=0.311kN/m2

w2=0.194kN/m2作用于排架上的風(fēng)荷載的設(shè)計值為：

q1=γQw1B=2.61kN/m

q2=γQw2B=1.63kN/m柱頂集中力設(shè)計值為：

W=14.06kN2020/10/28156風(fēng)荷載是可以改變方向的，計算時需考慮左來風(fēng)和右來風(fēng)兩種情況，因此風(fēng)荷載作用下排架計算簡圖如圖3.50所示。5.內(nèi)力分析

內(nèi)力計算所選取的控制截面為上柱柱底Ⅰ—Ⅰ、下柱牛腿頂面Ⅱ—Ⅱ及下柱柱底Ⅲ—Ⅲ。內(nèi)力符號及控制截面如圖3.51所示。幾何參數(shù)：

n=I1/I2=0.146

λ=H1/H2=0.2882020/10/28157（1）恒荷載作用下的內(nèi)力①計算簡圖由實際恒荷載作用(圖3.47)得恒荷載作用下排架計算簡圖，如圖3.52所示。

A柱柱頂：

M1=14.67kN·m

A柱牛腿頂面：

M2=-59.35kN·m②

計算柱頂剪力由于恒荷載與排架對稱，排架不產(chǎn)生水平位移，即相當(dāng)于在排架柱頂有一水平鉸支座。由附表17求柱頂反力。2020/10/28158由附表得：C1=1.954，C3=1.207。由M1引起的柱頂反力：

Ra′=1.963kN（←）由M2引起的柱頂反力：

Ra″=-4.91kN（→）所以RA=Ra′+Ra″=-2.95kN（→）故柱頂剪力：Va=2.95kN③

內(nèi)力圖恒荷載作用下的內(nèi)力圖如圖3.53所示，N圖、V圖從略。2020/10/28159(2）

屋蓋活荷載作用下的內(nèi)力①計算簡圖屋蓋活荷載P6對排架的作用位置與P1相同。柱頂：M1=3.53kN·m牛腿頂面：M2=-17.65kN·m計算簡圖如圖3.54所示。②計算柱頂剪力由M1引起的柱頂反力：

Ra′=0.472kN由M2引起的柱頂反力：2020/10/28160

Ra″=-1.459kN所以RA=-0.987kN故柱頂剪力：Va=0.987kN③

內(nèi)力圖屋蓋活荷載作用下的M圖，如圖3.55所示，V、N圖從略。（3）吊車豎向荷載作用下的內(nèi)力①計算簡圖當(dāng)Dmax作用在A柱時，Dmin同時作用在B柱。在把Dmax及Dmin移到下柱中心線上時，相應(yīng)產(chǎn)生的力矩為：2020/10/28161

Mmax=321kN·m

Mmin=-77.44kN·m計算簡圖如圖3.56所示。②柱頂剪力在A、B柱頂附加不動鉸支座。由n=0.146、λ=0.288、C3=1.207

Ra=26.5kN

Rb=-6.402kN

Ra+Rb=20.098kN2020/10/28162

將（Ra+Rb)反向作用于柱頂并進(jìn)行分配，（ηa=ηb=0.5)再分別與Ra、Rb疊加，即得柱頂剪力Va、Vb，如圖3.57所示。

Va=-16.45kN

Vb=16.45kN③內(nèi)力圖豎向荷載作用下內(nèi)力圖如圖3.58所示。(4）吊車水平荷載作用下的內(nèi)力分析吊車水平荷載作用下的內(nèi)力分析不考慮廠房整體空間工作。2020/10/28163①計算簡圖

Tmax=28.89kN，作用點距柱頂高度y=3m。

y/H1=0.714,y=0.714H1計算簡圖如圖3.59(a)所示。②柱頂剪力在排架柱頂附加不動鉸支座，由n=0.146,λ=0.288,查附表(y=0.7H1)并用插入法得

C5=0.624則Ra=-18.03kN

Rb=02020/10/28164將（Ra+Rb)反向作用于柱頂并進(jìn)行分配，再分別疊加，即得柱頂剪力，如圖3.59（b)、(c)所示。

Va=9.015kN

Vb=-9.015kN③內(nèi)力圖吊車橫向荷載作用下內(nèi)力圖見圖3.60所示。(5）風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力①計算簡圖左吹風(fēng)時，計算簡圖如圖3.61(a)所示。2020/10/28165②柱頂剪力在排架柱頂附加不動鉸支座，求在均布風(fēng)荷載（左風(fēng)）作用下柱頂反力，如圖3.61(b)所示。由n=0.146,λ=0.288，查附表得C11=0.342。則Ra=13.03kN

Rb=8.139kN

R=Ra+Rb=21.169kN拆除不動鉸支座，將

W+R=14.506+21.169=35.675kN反向作用于柱頂并分配，如圖3.61(c)所示。2020/10/28166

ηa(W+R)=17.838kN

ηb(W+R)=17.838kN疊加圖3.61(b)及圖3.61（c)得柱頂總剪力

Va=4.808kN

Vb=9.699kN③

內(nèi)力圖風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力圖，如圖3.62所示。6.排架內(nèi)力組合排架內(nèi)力組合時，不考慮廠房整體空間工作，對A柱進(jìn)行最不利內(nèi)力組合，具體方法和數(shù)據(jù)見表3.9。2020/10/28167圖3.43車間平面圖2020/10/28168圖3.44結(jié)構(gòu)剖面圖2020/10/28169圖3.45計算簡圖2020/10/28170圖3.46柱截面尺寸2020/10/28171圖3.47恒荷載作用位置2020/10/28172圖3.48支座反力影響線2020/10/28173圖3.49風(fēng)載體型系數(shù)示意圖2020/10/28174圖3.50風(fēng)荷載作用下排架計算簡圖2020/10/28175圖3.51內(nèi)力符號及控制截面2020/10/28176圖3.52恒荷載作用下計算簡圖2020/10/28177圖3.53恒荷載作用下彎矩圖2020/10/28178圖3.54屋蓋活荷載計算簡圖2020/10/28179圖3.55屋蓋活荷載作用下彎矩圖2020/10/28180圖3.56吊車豎向荷載計算簡圖2020/10/28181圖3.57柱頂剪力2020/10/28182圖3.58豎向荷載作用下內(nèi)力圖2020/10/28183圖3.59吊車水平荷載作用下計算簡圖2020/10/28184圖3.60吊車橫向荷載作用下內(nèi)力圖2020/10/28185圖3.61風(fēng)荷載作用下計算簡圖及柱頂剪力計算2020/10/28186圖3.62風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力圖2020/10/28187表3.9A柱內(nèi)力匯總及內(nèi)力組合表2020/10/281883.6單層廠房柱的設(shè)計

（1）選擇柱型；

（2）確定柱的外形尺寸；

（3）柱的截面設(shè)計；

（4）牛腿設(shè)計；

（5）柱子在施工吊裝時的強度和裂縫寬度驗算；

（6）預(yù)埋件及其它連接構(gòu)造的設(shè)計；

（7）繪制施工圖。3.6.1柱的計算內(nèi)容2020/10/28189柱在吊裝時的混凝土強度一般應(yīng)達(dá)到設(shè)計強度的70%。吊裝方式有翻身吊和平吊兩種情況，如圖3.63(a)、(b)所示。第二個問題是計算σss時Ms應(yīng)用自重標(biāo)準(zhǔn)值乘以動力系數(shù)計算。運輸?shù)跹b階段的最大裂縫寬度允許值［wmax］可取為0.2mm。當(dāng)驗算不滿足要求時，應(yīng)優(yōu)先采用調(diào)整或增設(shè)吊點以減少彎矩，或在吊裝時采用臨時加固措施來解決。3.6.2運輸及吊裝驗算2020/10/28190圖3.632020/10/28191牛腿設(shè)計內(nèi)容主要有確定牛腿的截面尺寸、進(jìn)行配筋計算和構(gòu)造設(shè)計。牛腿按其所受豎向荷載作用點到牛腿下部與柱邊緣交接點的水平距離a的大小，可把牛腿分為兩大類。當(dāng)a≤h0時為短牛腿，如圖3.64(a)所示；當(dāng)a＞h0時為長牛腿，如圖3.64(b)所示。其中h0為牛腿根部垂直截面的有效高度。當(dāng)為長牛腿時，與懸臂梁相似，按懸臂梁進(jìn)行計算。3.6.3牛腿設(shè)計2020/10/28192圖3.64牛腿荷載作用位置2020/10/28193從環(huán)氧樹脂牛腿模型光彈性試驗得到牛腿的主應(yīng)力跡線，如圖3.65所示。

當(dāng)外荷載Fv為極限荷載的20%~40%時，在牛腿主拉應(yīng)力跡線的密集區(qū)首先出現(xiàn)垂直裂縫①，如圖3.66所示。

當(dāng)Fv繼續(xù)增加到極限荷載的40%~60%時，在加載板內(nèi)側(cè)附近出現(xiàn)第一條斜裂縫②，如繼續(xù)加載則裂縫②不斷發(fā)展；

當(dāng)加載至極限荷載的80%左右時，突然在加載板外側(cè)出現(xiàn)斜裂縫③，這預(yù)示牛腿即將破壞。3.6.3.1牛腿的應(yīng)力狀態(tài)和破壞過程2020/10/28194（1）

剪切破壞當(dāng)a/h