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1、第三章 单层厂房排架结构,同济大学土木工程学院建筑工程系顾祥林,一、概述1. 单层厂房的应用和类型,单层工业厂房能提供一个大的室内空间，且厂房中一般配有水平和垂直运输工具，因此在工业建筑中得到广泛的应用。,重工业生产中的炼钢、铸造、装配、机修、金工,轻工业生产中的纺织,一、概述1. 单层厂房的应用和类型,按生产规模：单层厂房可分为大、中、小型厂房,按组成材料：单层厂房可分为 混合结构厂房（吊车吨位50kN，跨度 15m，柱距 6m） 钢结构厂房（吊车吨位150kN，跨度 36m，柱特殊工艺要求如100kN以上锻锤） 钢筋混凝土结构厂房,按结构形式：单层厂房可分为排架结构和刚架结构,一、概述2.
2、 单层厂房的特点,生产工艺流程和车间内部运输比较容易组织,小型工部,中型工部,大型工部,露天仓库,总装配,一、概述2. 单层厂房的特点,可以充分利用地基承载力，在地面上放置较重的、有较大振动的机器,可以设置天窗，用以天然采光和自然通风,扩建、改建比较方便,构件标准化。具有装配式房屋的共性,占地面积大,一、概述3. 单层厂房排架结构的设计步骤,工艺设计要求,方案设计阶段,技术设计阶段,施工图阶段,选择结构构件,排架荷载的计算和内力分析,结构构件设计,结构布置图,构件施工图,节点大样图,定柱网等平面问题,定结构形式标高等剖面问题,定结构构件类型问题,结构布置,二、单层厂房组成和结构布置1. 单层厂
3、房的组成,天窗架,屋架,屋架下弦水平支撑,排架柱,基础,围护墙,屋面板,天沟板,连系梁,天窗架垂直支撑,托架,抗风柱,屋架端部垂直支撑,吊车梁,柱间支撑,基础梁,屋盖系统,梁柱系统,基础,支撑系统,围护系统,二、单层厂房组成和结构布置2. 单层厂房的其它形式,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,模数,*以100mm为基本单位，用M表示（模数）,*厂房建筑构件的截面尺寸，宜取M /2或1 M进阶,*厂房的跨度18m时，跨度取3m（30M ）的倍数,*厂房的跨度18m时，跨度取6m（60M ）的倍数，当工艺布置有明显的优越性时，跨度亦可用21m、27m、33m,*厂房的柱距一般取6
4、m或6m （60M ）的倍数，个别亦可采用9m,*厂房自室内地坪至柱顶和牛腿面的高度取3M 的倍数，,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,横向定位轴线（跨度方向的轴线，用1、2、3、表示）,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,纵向定位轴线（柱距方向的轴线，用A、B、C、表示）,吊车产品说明书,吊车起重量500kN时，B280mm，其它，B2100mm,排架内力分析定,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,纵向定位轴线（柱距方向的轴线，用A、B、C、表示）,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,纵向定位轴线（柱距方向的轴线，用A、B、C
5、、表示）,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,柱网及结构的平面布置图,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,变形缝（伸缩逢、沉降缝和抗震缝）,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,变形缝（伸缩逢、沉降缝和抗震缝）,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,变形缝（伸缩逢、沉降缝和抗震缝）,当相邻跨厂房高度差异悬殊地基土的压缩性有显著差异厂房结构类型明显不同,沉降缝,当相邻跨厂房高度差异悬殊厂房结构类型明显不同,抗震缝,沉降缝的基础处必须断开！,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,厂房的高度,超越高度500mm,安全行驶高度2
6、20mm,厂房的高度还应考虑统一的模数,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,厂房的高度,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,天窗的布置,二、单层厂房组成和结构布置3. 承重结构构件的布置,基础的布置,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,屋盖支撑,横向水平支撑,纵向水平支撑,垂直支撑,系杆,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,横向水平支撑（上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑）,*由交叉的角钢和屋架上、下弦组成的水平桁架,*一般布置在厂房温度区段的两端,*作用是加强屋盖纵向水平面内的刚性，传递山墙和抗风柱传来的水平荷载,二、单层厂房组成和结构布置4.
7、 支撑的布置,上弦横向水平支撑,*当屋面为大型屋面板，且板与梁或或屋架上弦有三点焊接，屋面板纵肋的空隙用C15C20细石混凝土灌实，能传递山墙传来的水平力时，可以不设上弦水平支撑,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,上弦横向水平支撑（有下列情况之一时，应设上弦横向水平支撑）,*有檩体系或跨度较大的无檩体系，当屋面板与屋架焊接点的质量不能保证，且抗风柱与屋架上弦连接时,*纵向天窗通到厂房端部第二柱间或通过伸缩缝时，在第一或第二柱间的天窗架范围内设上弦横向水平支撑，并在天窗架范围内沿纵向设置一至三道通长的受压系杆。,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,下弦横向水平支撑（有下列情况之
8、一时，应设下弦横向水平支撑）,*山墙抗风柱与屋架下弦连接时,*有吊点设在屋架下弦的纵向运行的悬挂式吊车（或电葫芦）时,*厂房内有较大的振动源，如设有硬钩吊车或50kN以上的锻锤时,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,纵向水平支撑,*由交叉的角钢和屋架下弦组成的水平桁架,*一般布置在屋架的第一节间和屋架的中部,*作用是加强屋盖横向水平面内的刚度,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,纵向水平支撑（有下列情况之一时，应设纵向水平支撑）,*厂房内设有托架时，托架所在柱间及两端各延伸一个柱间,*厂房内设有软钩桥式吊车，但厂房高大，吊车的起重量较大时（厂房柱高1518m以上，中级工作制吊车
9、，起重量在300kN以上），等高多跨厂房可沿边柱列屋架下弦端部各布置一道通长的纵向水平支撑，跨度较小的单跨厂房可沿下弦中部布置一道通长的纵向水平支撑,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,纵向水平支撑（有下列情况之一时，应设纵向水平支撑）,*厂房内设有硬钩桥式吊车或50kN级以上锻锤时，可沿中间柱列适当增加纵向水平支撑,*纵向水平支撑及横向水平支撑应尽量连接成封闭的水平支撑系统,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,垂直支撑,*由交叉的角钢和屋架的直腹杆或天窗架立柱组成的垂直桁架,*一般布置在厂房温度区段的两端的屋架端部或跨中,*作用是保证屋架出平面的稳定，传递纵向水平荷载,二、单
10、层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,垂直支撑,*屋架端部（或天窗架）的高度（外包尺寸）大于1.2m时，屋架（天窗架）两端各设一道垂直支撑,*屋架中部的垂直支撑，按教材中表3-2的规定设置，表中L=屋架的跨度,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,系杆,*单根的联系杆件，受拉系杆为柔性系杆，一般为钢构件，受压系杆为刚性，可为钢杆件也可为钢筋混凝土杆件,*一般通长布置，一端最终连接在垂直支撑或上、下弦横向水平支撑的结点上,*作用是保证屋架及其杆件的稳定，避免屋架下弦产生过大的振动,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,系杆,*有上弦横向水平支撑时，设上弦受压系杆,*有下弦横向水平支撑
11、或纵向水平支撑时，设下弦受压系杆,*屋架中部有垂直支撑时，在垂直支撑同一铅垂面设通长的上弦受压系杆和通长的下弦受拉系杆,*当屋架横向水平支撑设置在端部第二柱间时，第一柱间的所有系杆均为刚性系杆,*屋架端部有垂直支撑时，在垂直支撑同一铅垂面设通长的受压系杆,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,1 = 上弦横向水平支撑； 2 = 上弦受压系杆；3 = 下弦横向水平支撑； 4 = 下弦受压系杆；5 = 垂直支撑； 6 = 下弦受拉系杆；7 = 天窗架支撑； 8 = 纵向水平支撑。,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,柱间支撑,*由交叉的钢斜杆或钢门架组成，分上柱和下柱支撑,*上柱支撑
12、一般布置在厂房温度区段的两端与横向水平支撑相应的位置及温度区段中央，下柱支撑布置在温度区段中央,*作用是帮助纵向柱列共同抵御水平力,二、单层厂房组成和结构布置4. 支撑的布置,柱间支撑（有下列情况之一时，应设柱间支撑）,*设有重级工作制的吊车或中、轻级工作制吊车但起重量100kN,*厂房跨度18m，或柱高8m,*纵向柱的总数每排在7根以下,*设有起重量30kN的悬挂吊车,*露天吊车的柱列,二、单层厂房组成和结构布置5. 围护结构的布置,墙体,*沿厂房四周均匀布置，墙体中还设有圈梁、过梁和墙梁,二、单层厂房组成和结构布置5. 围护结构的布置,圈梁（圈梁系一封闭的钢筋混凝土梁，作用是增加厂房的整体
13、性）,对无桥式吊车的厂房，按下列原则布置：,*房屋檐口高度不足8m时，应在檐口附近设一道圈梁,*房屋檐口高度大于8m时，宜在墙体适当部位增设一道圈梁,二、单层厂房组成和结构布置5. 围护结构的布置,圈梁（圈梁系一封闭的钢筋混凝土梁，作用是增加厂房的整体性）,对有桥式吊车的厂房，按下列原则布置：,*除在檐口附近设一道圈梁外，应在吊车梁标高或墙体适当部位增设一道圈梁,*外墙高度大于15m时，根据墙体的高度适当增设圈梁,*有振动设备的厂房，除满足上述要求外，每隔4m应有一道圈梁,二、单层厂房组成和结构布置5. 围护结构的布置,圈梁的构造要求,二、单层厂房组成和结构布置5. 围护结构的布置,墙梁和过梁
14、,*当房屋的高度超过一定限度（如15m ）时，宜设置墙梁，以承受上部墙体的重量,*门窗洞口处应设置过梁，过梁在墙体上的支承长度不宜小于240mm,*圈梁、过梁和墙梁应尽量三梁合一,天窗架自重,三、排架荷载计算及内力分析1. 排架结构单层厂房所受的荷载和传力路径,横向平面排架所受的荷载,风吸力,风压力,水平地震作用,屋架自重,吊车横向水平制动力,设备重（作为吊车的竖向荷载的一部分传给吊车梁）,三、排架荷载计算及内力分析1. 排架结构单层厂房所受的荷载和传力路径,横向平面排架荷载的传递路径,三、排架荷载计算及内力分析1. 排架结构单层厂房所受的荷载和传力路径,横向平面排架荷载的传递路径,三、排架荷
15、载计算及内力分析1. 排架结构单层厂房所受的荷载和传力路径,纵向平面排架所受的荷载及其传递路径,风荷载,水平地震作用,三、排架荷载计算及内力分析2. 排架分析时的计算假定和计算简图,基本计算单元-以横向排架为主,三、排架荷载计算及内力分析2. 排架分析时的计算假定和计算简图,计算假定和计算简图,*屋架端部和上柱柱顶一般用钢板焊接，可简化为铰接点,*排架柱插入杯口一定深度后，一般用高等级细石混凝土灌注，可按固接点考虑,*屋架可简化为一无穷刚度体,*排架柱高由基础顶算至上柱柱顶。轴线为柱的几何轴线,*排架跨度以厂房的轴线为准,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,屋盖荷载P1,*P1
16、中的恒载包括屋面构造层、屋面板、天窗架、屋架及屋面支撑系统的自重，可根据构件的容重和尺寸算出,*P1中的活载包括雪荷载、屋面活载和积灰荷载,*P1有偏心时，计算简图上要附加弯矩,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,屋盖荷载P1,*屋面水平投影面上的雪荷载按下式计算,屋面积雪分布系数，当屋面坡度小于25时取为1.0,基本雪压，以当地平坦空旷地面上统计所得50年一遇最大积雪自重确定，可查阅建筑结构荷载规范,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,屋盖荷载P1,*屋面活载系指不上人屋面考虑施工、检修时的活荷载，亦按屋面水平投影考虑，一般为0.30.7kN/m2,*机械、冶
17、金、水泥厂的厂房屋面，应考虑屋面积灰荷载，可查阅建筑结构荷载规范,*屋面活载不与雪荷载同时考虑，取两者中的大值,*积灰荷载应与屋面活载和雪荷载两者中的大值同时考虑,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,墙重和柱重,*上柱自重P2下柱自重P3均可根据材料的容重和构件的尺寸算得，同时要考虑上柱自重对下柱的弯矩P2e2。,*有墙梁和排架相连，则应考虑墙梁传给排架的墙P5及相应的弯矩P5e5。,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,吊车梁传来的荷载,*吊车梁和轨道的自重P4按材料的容重和构件的尺寸算得。,*吊车梁和轨道的自重P4、吊车垂直轮压引起的荷载Dmax（Dmin）、
18、吊车水平制动时的水平作用力Tmax,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,最大和最小轮压,吊车的总重,吊车的起重量,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,吊车轮压引起的竖向荷载,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,吊车轮压引起的竖向荷载,*考虑到多台吊车同时工作的可能性，单跨厂房的一个排架最多考虑两台吊车，多跨厂房的一个排架最多考虑四台吊车,* Dmax既可能作用在A轴柱，又可能作用在B轴柱，应考虑两种可能性,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,吊车横向水平制动力（软钩吊车）,吊车的起重量,小车的自重,三、排架荷载计算及内力分析3.
19、排架上的荷载标准值,吊车横向水平制动力（硬钩吊车）,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,车轮传给吊车梁的水平荷载,* 对四轮桥式吊车,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,排架的水平荷载,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,排架的水平荷载,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,排架的水平荷载,*无论是单跨厂房还是多跨厂房，每榀排架最多考虑两台吊车,* Tmax的方向应考虑向左向右两种可能性,* 考虑多台吊车同时出现极端荷载的可能性较小，求得Dmax 、Dmin、 Tmax后，还应乘以一荷载折减系数， 的取值见教材表3-4,三、排架荷载
20、计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,风荷载,基本风压，以当地平坦空旷地面上离地面10m高统计所得50年一遇10分中平均最大风速v0（m/s），按W0= v02/1600确定，具体数值可查阅建筑结构荷载规范,风振系数，对于高度大于30 m且高宽比大于1.5的房屋，应考虑其影响，其值大于1,风载高度变化系数，具体数值可查阅建筑结构荷载规范,风载体型系数，具体数值可查阅建筑结构荷载规范,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,风荷载体型系数,三、排架荷载计算及内力分析3. 排架上的荷载标准值,风荷载,*柱顶以下的风载按均布荷载计算，屋面与天窗架所受的风荷载一般折算成作用在柱顶上的集中
21、风荷载,* 风荷载的方向是任意的，应考虑左、右两种可能性,三、排架荷载计算及内力分析4. 等高排架的内力分析,对称荷载下的对称结构-柱顶无侧移,三、排架荷载计算及内力分析4. 等高排架的内力分析,不对称荷载下的对称结构或对称荷载下的不对称结构,+,=,+,=,三、排架荷载计算及内力分析4. 等高排架的内力分析,设Hu=H，Hl=（1-）H，Ju=nJl，则有,实际上是二阶悬臂柱的柔度系数,顶部铰接底部固接变截面杆,三、排架荷载计算及内力分析4. 等高排架的内力分析,顶部铰接底部固接变截面杆,三、排架荷载计算及内力分析4. 等高排架的内力分析,顶部铰接底部固接变截面杆,求得Ra后,同理可求出各种
22、荷载作用下单阶柱的系数C1C12，制成表格以备查用，见教材附录3-2,三、排架荷载计算及内力分析4. 等高排架的内力分析,柱顶有水平集中荷载作用时的内力分析,根据导得的柔度系数,三、排架荷载计算及内力分析4. 等高排架的内力分析,柱顶有水平集中荷载作用时的内力分析,剪力分配系数,柱的抗侧刚度,三、排架荷载计算及内力分析5. 不等高排架的内力分析,半铰结点,不等高排架的计算简图,三、排架荷载计算及内力分析5. 不等高排架的内力分析,柱顶有水平集中荷载作用时的内力分析,采用力法,物理意义见上图，可查阅附录3的有关表格,三、排架荷载计算及内力分析5. 不等高排架的内力分析,柱上作用其他荷载时的内力分
23、析,三、排架荷载计算及内力分析6. 单层厂房排架的内力分析中的空间作用,单层厂房空间工作的概念,三、排架荷载计算及内力分析6. 单层厂房排架的内力分析中的空间作用,单层厂房空间工作的概念,排架之间的相互制约作用称为单层厂房结构的空间作用,三、排架荷载计算及内力分析6. 单层厂房排架的内力分析中的空间作用,单层厂房结构空间分配系数,+,水平荷载P作用下C排架柱顶的实际位移,排架的空间作用系数,水平荷载P作用下单榀排架柱顶的实际位移,三、排架荷载计算及内力分析6. 单层厂房排架的内力分析中的空间作用,等高多跨厂房结构空间分配系数,等高多跨排架的空间作用分配系数,排架的跨数,第i跨排架的单跨空间作用
24、分配系数，按教材表3-5、表3-6取用,三、排架荷载计算及内力分析6. 单层厂房排架的内力分析中的空间作用,考虑厂房结构空间作用时的实用计算方法,=,+,=,直接采用空间模型对厂房进行分析时，无需考虑m！,三、排架荷载计算及内力分析7. 排架荷载效应组合,荷载效应组合原则,*1.2永久荷载效应+0.9 (1.4 风载效应+1.4 活荷载效应+1.4 吊车荷载效应),*1.2永久荷载效应+0.9 (1.4 风载效应+1.4 吊车荷载效应),*1.2永久荷载效应+0.9 (1.4 风载效应+1.4 活荷载效应),*1.2永久荷载效应+ 0.9 (1.4 活荷载效应+1.4 吊车荷载效应),*1.2
25、永久荷载效应+1.4 吊车荷载效应,*1.2永久荷载效应+1.4 风载效应,*1.2永久荷载效应+1.4 活荷载效应,三、排架荷载计算及内力分析7. 排架荷载效应组合,荷载效应组合原则,*1.35永久荷载效应+1.4 0.6 风载效应+1.4 0.7 活荷载效应+1.4 0.7 吊车荷载效应,*1.35永久荷载效应+1.4 0.6 风载效应+1.4 0.7 活荷载效应,*1.35永久荷载效应+1.4 0.6 风载效应+1.4 0.7 吊车荷载效应,*1.35永久荷载效应+1.4 0.7 活荷载效应+1.4 0.7 吊车荷载效应,*1.35永久荷载效应+1.4 0.7 活荷载效应,*1.35永久
26、荷载效应+1.4 0.6 风载效应,*1.35永久荷载效应+1.4 0.7 吊车荷载效应,三、排架荷载计算及内力分析7. 排架荷载效应组合,注意事项,*永久荷载任何情况下都存在,*吊车垂直荷载有最大轮压分别作用在一跨两个柱子上的情况,每次只选其中一项参加组合,*有吊车水平荷载时，必有垂直荷载。反之不一定,*吊车水平荷载有两个方向，每次只选一项参加组合,*风有左来风和右来风两种情况，每次只选一项参加组合,四、单层厂房柱的设计1. 柱的结构形式和截面尺寸,结构形式,四、单层厂房柱的设计1. 柱的结构形式和截面尺寸,矩形截面高度一般在700mm以内,工字形截面高度一般为8001600mm,教材中表3
27、-7,截面尺寸,双肢柱的截面高度可参考教材中表3-7再增大10%,四、单层厂房柱的设计2. 矩形和I形截面排架柱的配筋计算,材料力学中一般根据支承情况来确定柱的计算长度,柱的计算长度,排架柱上部为铰接下部为固接,地基土具有压缩性,有联系梁、吊车梁、圈梁等与柱相连,材料力学的方法？,教材中表3-9给出了具体的规定,四、单层厂房柱的设计2. 矩形和I形截面排架柱的配筋计算,柱的配筋计算-同一般压弯构件,I-I截面上柱的弯矩和轴力都最大,I-I截面作为上柱的控制截面,II-II截面下柱在吊车垂直荷载下的弯矩最大,III-III截面下柱在吊车水平荷载下的弯矩最大，轴力也最大,II-II、III-III
28、截面作为下柱的控制截面,四、单层厂房柱的设计2. 矩形和I形截面排架柱的配筋计算,柱的配筋计算,问题：由荷载效应组合可知，同一截面可求出多组内力，那么哪组内力对配筋起控制作用？,解决方法：*对应每组内力均求出配筋，取配筋大者进行设计，此法工作量大、烦琐*按一定原则选取最不利的几组内力进行分析比较，此法方便、适用,四、单层厂房柱的设计2. 矩形和I形截面排架柱的配筋计算,柱的配筋计算-内力和配筋的关系,根据M-N关系，得出下列四条规则：,1）大偏压，M不变时，N越小，As越大,2）大偏压，N不变时， M越大，As越大,3）小偏压，M不变时，N越大，As越大,4）小偏压，N不变时， M越大，As越
29、大,四、单层厂房柱的设计2. 矩形和I形截面排架柱的配筋计算,柱的配筋计算-最不利的内力,*最大正弯矩Mmax及相应的轴力N,*最大负弯矩-Mmax及相应的轴力N,*最大轴力Nmax及相应的最大正弯矩Mmax或最大负弯矩-Mmax,*最小轴力Nmin及相应的最大正弯矩Mmax或最大负弯矩-Mmax,四、单层厂房柱的设计2. 矩形和I形截面排架柱的配筋计算,柱在平面外的承载力验算-吊车起重量490kN，或起重量294kN且柱距为12m,吊车梁反力的偏心距,吊车最不利位置时，吊车梁传给牛腿的反力差，可由影响线来求得。,四、单层厂房柱的设计3. 牛腿的设计,牛腿的分类,ah0，短牛腿,ah0，长牛腿
30、，设计方法同一般钢筋混凝土悬臂梁,四、单层厂房柱的设计3. 牛腿的设计,牛腿的受力特点与破坏形态-弹性阶段,*荷载Fv较小时，牛腿基本处于弹性受力阶段,*在Fv达极限荷载的20 40%时，牛腿根部出现裂缝 ；在Fv达极荷载的40 60%时，出现裂缝,*继续加载，随着a/h0值的不同，牛腿的破坏形态各不相同,四、单层厂房柱的设计3. 牛腿的设计,牛腿的受力特点与破坏形态-弯压破坏,当0.75a/h0 1时，裂缝逐渐发展，裂缝以外的部分绕牛腿和下柱的交点转动，最后压区混凝土被压碎，牛腿破坏,四、单层厂房柱的设计3. 牛腿的设计,牛腿的受力特点与破坏形态-斜压破坏,当0.145时，取=45,四、单层
31、厂房柱的设计3. 牛腿的设计,牛腿的截面尺寸-计算公式,当FvsVcr时，牛腿不会开裂,按短期荷载效应组合计算的竖向压力值,按短期荷载效应组合计算的横向拉力值,四、单层厂房柱的设计3. 牛腿的设计,牛腿的截面尺寸,*为了防止发生非根部受拉破坏， h1h/3，且要求h1200mm,*为了防止发生保护层剥落，c170mm,*为了防止发生局部受压破坏，要求Fvs/A 0.75fc（A牛腿面上局部承压面积），否则应加大局部受压面积、提高混凝土强度或在牛腿中增设钢筋网片,四、单层厂房柱的设计3. 牛腿的设计,牛腿的配筋设计和构造要求-纵筋（按计算确定）,四、单层厂房柱的设计3. 牛腿的设计,牛腿的配筋设
32、计和构造要求-纵筋（按计算确定）,对A点取矩,设计时取0.85, ，则有,四、单层厂房柱的设计3. 牛腿的设计,牛腿的配筋设计和构造要求-纵筋（按计算确定）,牛腿顶部竖向力设计值,牛腿顶部水平拉力设计值,四、单层厂房柱的设计3. 牛腿的设计,牛腿的配筋设计和构造要求-纵筋（按计算确定）,*纵筋宜采用HRB335或HRB400（RRB400）级钢筋,*承受竖向力的纵向受力钢筋按全截面计算的最大配筋率为0.6%，最小配筋率为0.2%和0.45ft/fy中的大者,*纵筋不得少于4根，直径不应小于12mm，不得兼作弯筋,*纵筋伸入上柱的锚固长度，采用直线型锚固时，不应小于la，其他如图,*牛腿面上的水
33、平力通过预埋件直接传给纵筋，抵抗水平力的纵筋不得少于2根，直径不得少于12mm,四、单层厂房柱的设计3. 牛腿的设计,牛腿的配筋设计和构造要求-纵筋（按构造要求确定）,*箍筋的直径为612mm，间距为100150mm，配筋范围为整个牛腿,*牛腿上部2h0/3范围内水平箍筋的总截面积不宜小于承受Fv的受拉钢筋总截面积的一半,四、单层厂房柱的设计3. 牛腿的设计,牛腿的配筋设计和构造要求-弯筋（按构造要求确定）,*当h0/a0.3时，牛腿中应设弯筋，弯筋的配筋范围为牛腿上部l/6 l/2的范围内,*弯筋应采用HRB335或HRB400（RRB400）级钢筋，钢筋的直径不应小于12mm，弯筋的截面积
34、不应小于受拉钢筋截面积的一半，且不应小于0.001bh，弯筋的根数不少于2根,四、单层厂房柱的设计4. 矩形和I形截面排架柱的构造,*矩形截面柱混凝土的强度等级不宜低于C20，I形截面柱混凝土的强度等级不宜低于C25,*柱纵向受力钢筋的直径不应小于12mm，纵筋的间距应大于等于50mm，但不得大于350mm,*上、下柱纵向受力钢筋应在牛腿面以下搭接，搭接长度按下式计算，且ll300mm（受拉时），ll 200mm（受压时） ：,混凝土和纵筋,受拉钢筋锚固长度,钢筋搭接长度修正系数，其值参见教材中表3-10取用,四、单层厂房柱的设计4. 矩形和I形截面排架柱的构造,纵筋,*伸入根部的牛腿纵向钢筋
35、的下弯位置不应与上、下柱的纵向受力钢筋相重合,*牛腿纵向钢筋与弯筋宜放置上、下两排,*柱截面高度大于600mm时，在侧面应设置直径为1016mm的纵向受力钢筋，并应设置相应的附加箍筋或拉筋,四、单层厂房柱的设计4. 矩形和I形截面排架柱的构造,箍筋,四、单层厂房柱的设计5. 柱与其它构件的连接,四、单层厂房柱的设计6. 双肢柱的设计要点,内力分析,按单跨多层框架进行分析,按桁架进行分析,四、单层厂房柱的设计6. 双肢柱的设计要点,构件设计,*平腹杆双肢柱肢杆按偏心受压构件设计，腹杆按受弯构件设计,*斜腹杆双肢柱基本上是轴拉或轴压构件,*肩梁当aht0时，按倒牛腿计算，当aht0时，按梁计算,*
36、双肢柱混凝土的强度等级不宜小于C30，肢杆纵筋的配筋率宜在0.4%3%之间，腹杆纵筋的配筋率宜在0.55%2%之间,四、单层厂房柱的设计6. 双肢柱的设计要点,腹杆中纵筋的锚固（箍筋的构造见教材的有关内容）,四、单层厂房柱的设计7. 抗风柱的设计要点,尺寸的确定,*抗风柱的截面尺寸按教材中表3-6选用,*柱顶低于屋架上弦中心线50mm,*上、下柱交界处的标高应低于屋架下弦边缘200mm，避免屋架发生挠度时和抗风柱相碰,四、单层厂房柱的设计7. 抗风柱的设计要点,上柱计算长度：2.0Hu 1.5 Hu 2.5 Hu下柱计算长度：1.25Hl 1.0 Hl 1.0 Hl,计算简图和受力分析,四、单
37、层厂房柱的设计7. 抗风柱的设计要点,抗风柱的设计,*有墙传来荷载时，抗风柱按偏心受压构件设计,*无墙传来荷载时，抗风柱主要承受风载，按受弯构件设计,四、单层厂房柱的设计8. 矩形和I形截面柱运输和吊装验算,*柱受的荷载主要为其自重，应乘以动力系数1.5,*吊装验算系临时性的，构件安全等级可较其使用阶段降低一级,*当柱变阶处的配筋不足时，可在该区域加配短钢筋,五、单层厂房屋盖结构设计1. 屋面板,预应力混凝土大型屋面板,*常用规格为1.5m6m，有时也可采用3m 6m和3m 9m,五、单层厂房屋盖结构设计2. 屋面梁和屋架,屋面梁,*屋面梁一般按简支梁设计,*屋面梁梁端不小于600mm，上翼缘
38、的宽度一般为240350mm，高度为100160mm，使屋面板有足够的支撑长度。下翼缘的宽度一般为240mm，高度为120mm。梁卧制时腹板的厚度不应小于60mm，立制时腹板的厚度不应小于80mm，预应力筋通过区段不应小于120mm,*屋面梁的选型见教材表3-11,五、单层厂房屋盖结构设计2. 屋面梁和屋架,屋架的选型和尺寸,*屋架的选型见教材表3-11,*屋架的高跨比一般为1/101/6，杆件的截面形式一般为矩形，受力较大的上弦也可做成T形、I形或管形。上弦截面的宽度不应小于200mm，高度不应小于180mm，下弦截面高度不应小于140mm。腹杆的最小截面尺寸不小于120mm 100mm，其
39、中心线与截面短边尺寸之比不应大于40（拉杆）和35（压杆）,五、单层厂房屋盖结构设计2. 屋面梁和屋架,屋架的荷载,*屋架的荷载主要有恒载和活载两种：恒载包括屋面构造层和构件的自重；活载包括屋面活载、雪荷载、积灰荷载、悬挂吊车等。,*计算活载时应考虑下列问题： 1）屋面活载和雪荷载不同时考虑，取两者中的大值； 2）风载一般情况下是吸力，起减小屋架内力的作用，设计时可不予考虑,五、单层厂房屋盖结构设计2. 屋面梁和屋架,屋架的荷载效应组合,使用阶段,施工阶段,五、单层厂房屋盖结构设计2. 屋面梁和屋架,屋架的内力分析,上弦连续梁支座的反力，可按简支梁近似求得,五、单层厂房屋盖结构设计2. 屋面梁
40、和屋架,屋架的内力分析,实际上，屋架上弦的节点与连续梁不完全一样，有位移；屋架的节点也不都完全是铰节点。因为节点位移或刚性连接会产生次内力或次应力。考虑次内力的影响，对跨度小于30m的屋架，计算截面的承载力时应乘以强度降低系数， 的取值如下：,*预应力混凝土多边形和梯形屋架的上弦杆 =0.91.0,*钢筋混凝土多边形和梯形屋架的上弦杆 =0.81.0,*上述屋架的受压腹杆 =0.80.9,*上述屋架的受拉腹杆和下弦拉杆 =1.0,五、单层厂房屋盖结构设计2. 屋面梁和屋架,屋架的扶直与吊装,扶直时应考虑动力系数1.5,吊装时，上弦受拉，应进行吊装验算，其他构件可不进行验算,五、单层厂房屋盖结构
41、设计3. 天窗架,荷载：屋面传来的全部荷载+天窗架的重量+天窗侧板和窗扇的重量+天窗侧面的风荷载等,内力分析：先按三铰拱计算各铰接点的反力，再按三角形封闭桁架计算杆件的内力,配筋设计：同一般钢筋混凝土构件,五、单层厂房屋盖结构设计4. 托架,荷载：屋架传来的全部荷载和自重。还应考虑山墙传来的纵向水平荷载，一般情况下，当竖向荷载400kN时，纵向水平力= 80kN；当竖向荷载500kN时，纵向水平力= 120kN。,内力分析：节点荷载下按桁架。屋架反力和托架中心线有偏心时要考虑整体受扭,配筋设计：同一般钢筋混凝土构件,扶直吊装：同屋架,六、单层厂梁的设计1. 吊车梁,吊车梁上的荷载,吊车梁除了自
42、身及轨道的自重外主要为吊车传来的荷载。,吊车荷载的特点,*一组移动的集中荷载（竖向垂直轮压和水平制动力）,*具有冲击和振动作用,*是重复荷载,*在吊车梁上产生扭矩,六、单层厂梁的设计1. 吊车梁,吊车梁上的荷载,*当吊车梁的跨度12m时，如同一跨内有两台以上的吊车，计算吊车梁承载力、抗裂度、变形及裂缝时，用较大吨位的相邻两台吊车；验算疲劳时，按最大吨位的一台吊车考虑，且不考虑横向水平荷载,*悬挂吊车及中、轻级工作制的软钩吊车，动力系数为1.05,*重级工作制的软钩吊车、硬钩吊车及其它特种吊车，动力系数为1.1,六、单层厂梁的设计1. 吊车梁,吊车梁的内力-按影响线求得,六、单层厂梁的设计1.
43、吊车梁,吊车梁的内力-按影响线求得,注意：梁的绝对最大弯矩不在梁的跨中！,六、单层厂梁的设计1. 吊车梁,吊车梁的内力-扭矩,安装误差引起的偏心距，一般不超过20mm,动力系数,六、单层厂梁的设计1. 吊车梁,吊车梁的配筋设计和构造要求,*按弯、剪、扭构件进行配筋设计,*钢筋混凝土吊车梁，混凝土强度等级不应小于C30,*预应力混凝土吊车梁，混凝土强度等级不应小于C40,*非预应力钢筋一般采用HPB400或PPB400,*截面尺寸,上翼缘在T作用下受弯,六、单层厂梁的设计1. 吊车梁,吊车梁的疲劳验算-疲劳的基本概念,当材料的应力不断地由最小值fmin升到最大值fmax，又退到最小值，经过200
44、万次加卸载后，尽管材料的最大应力始终底于一次受力时的极限应力，材料也会破坏-疲劳破坏,fmax称为材料的疲劳强度， f =fmax -fmin称为疲劳应力幅,钢筋的疲劳指标,混凝土的疲劳指标,疲劳指标的取值见混凝土结构设计规范（GB50010-2002）的有关规定,六、单层厂梁的设计1. 吊车梁,吊车梁的疲劳验算-基本假定,*梁截面保持为平面,*受压区、受拉区混凝土的法向应力分布图形均为三角形,*采用换算截面进行计算,六、单层厂梁的设计1. 吊车梁,吊车梁的疲劳验算,吊车梁正截面的疲劳验算,吊车梁斜截面的疲劳验算,六、单层厂梁的设计2. 基础梁,基础梁的形式与构造,*墙厚为240mm时，b=3
45、00mm，b1=200mm；墙厚为370mm时，b=400mm，b1=300mm；h=（1/151/10）l,*混凝土的强度等级一般为C20,*梁中的钢筋宜取HRB335，梁的保护层厚度取为35mm,六、单层厂梁的设计2. 基础梁,基础梁的内力分析-采用弹性半空间无限体作用有集中荷载时的结果,平面的宽度为b，则离边界h处任意点的竖向应力为,当x=0时,等效的原则p0的大小不变，应力分布曲线的面积不变,六、单层厂梁的设计2. 基础梁,基础梁上的荷载,将钢筋混凝土梁等效成砌体，则折算的梁高为：,砌体的弹性模量,混凝土的弹性模量,基础梁的梁高,六、单层厂梁的设计2. 基础梁,基础梁的内力分析,其它情况下的弯矩和剪力,无洞墙体或洞口在45线以外的弯矩,六、单层厂梁的设计2. 基础梁,基础梁的配筋设计,基础梁的配筋设计同一般钢筋混凝土梁,