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1、第第1111章章 单层厂房结构单层厂房结构单层厂房结构的组成和布置单层厂房结构的组成和布置排架结构计算排架结构计算 单层厂房排架柱设计单层厂房排架柱设计柱下钢筋混凝土独立基础柱下钢筋混凝土独立基础单层厂房各构件与柱的连接单层厂房各构件与柱的连接单层厂房屋盖结构单层厂房屋盖结构吊车梁吊车梁1单层工业厂房的结构形式单层工业厂房的结构形式按结构材料按结构材料砌体混合结构（砌体混合结构（钢结构钢结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构）（11.1 11.1 概述概述按结构形式按结构形式排架结构（等高、不等高、锯齿形）排架结构（等高、不等高、锯齿形）刚架结构（两铰门架、三铰门架）刚架结构（两铰门架、三铰门架）钢
2、钢混凝土混合结构混凝土混合结构2等高排架等高排架不等高排架不等高排架锯齿型排架锯齿型排架311.2 11.2 单层厂房结构的组成和布置单层厂房结构的组成和布置11.2.1 11.2.1 结构的组成结构的组成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15）柱间支撑411.2.2 支撑的布置支撑的布置柱间支撑柱间支撑作用：保证厂房纵向排架的作用：保证厂房纵向排架的刚度和稳定；将水平荷载传刚度和稳定；将水平荷载传至基础。至基础。位置：伸缩缝区段中央或位置：伸缩缝区段中央或临近
3、中央。临近中央。位置：伸缩缝区段两端。位置：伸缩缝区段两端。屋架垂直支撑及水平系杆屋架垂直支撑及水平系杆作用：增加屋架的侧向稳定，防止上下弦杆的侧向颤动。作用：增加屋架的侧向稳定，防止上下弦杆的侧向颤动。5位置：伸缩缝区段两端。位置：伸缩缝区段两端。屋架下弦横向水平支撑屋架下弦横向水平支撑作用：将屋架下弦受到的水平力传至柱顶。作用：将屋架下弦受到的水平力传至柱顶。屋架纵向水平支撑（下弦）屋架纵向水平支撑（下弦）作用：增强排架间的协同工作能力。作用：增强排架间的协同工作能力。位置：伸缩缝区段两端。位置：伸缩缝区段两端。屋架上弦横向水平支撑屋架上弦横向水平支撑作用：增强屋盖整体刚度和上弦的侧向稳定
4、，将抗风柱传来作用：增强屋盖整体刚度和上弦的侧向稳定，将抗风柱传来的风荷载传给排架柱。的风荷载传给排架柱。611.2.3 变形缝变形缝伸缩缝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。横向伸缩缝一般采用双柱；纵向伸缩缝一般采用单柱。沉降缝沉降缝一般不设。下列情况之一设：一般不设。下列情况之一设：相邻部位高差很大；相邻部位高差很大；相邻跨吊车起重量悬殊；相邻跨吊车起重量悬殊；下卧土层有很大变化；下卧土层有很大变化；各部分施工时间相差很长。各部分施工时间相差很长。抗震缝抗震缝当厂房平、立面布置复杂或结构高度、刚度相差很大时设置。当厂房平、立面布置复杂或结构高度、刚度相差很大时设置。711
5、.3.1 11.3.1 排架计算简图排架计算简图 从整体结构中选取有代从整体结构中选取有代表性的一部分作为计算的对表性的一部分作为计算的对象，该部分称为计算单元。象，该部分称为计算单元。单层工业厂房是由纵横向排架组成的空间结构。为方便，单层工业厂房是由纵横向排架组成的空间结构。为方便，可简化为纵、横向平面排架分别进行分析。除进行抗震和温度可简化为纵、横向平面排架分别进行分析。除进行抗震和温度应力分析，纵向排架一般不计算。应力分析，纵向排架一般不计算。柱子下端固接于基础顶面，横梁与柱铰接；柱子下端固接于基础顶面，横梁与柱铰接；横梁为没有轴向变形的刚杆。横梁为没有轴向变形的刚杆。11.3 11.3
6、 排架计算排架计算ABuHHAB计算单元计算单元123458三、荷载计算三、荷载计算恒载恒载屋盖自重屋盖自重上柱自重上柱自重下柱自重下柱自重吊车梁及轨道自重吊车梁及轨道自重活载活载屋面活载屋面活载吊车荷载吊车荷载形式、大小、作用位置、方向。形式、大小、作用位置、方向。风荷载风荷载9150750恒载下计算简图恒载下计算简图恒载下轴力图恒载下轴力图恒载恒载10风向风载风载11吊车荷载吊车荷载竖向荷载竖向荷载横向水平荷载横向水平荷载纵向水平荷载纵向水平荷载最大轮压与最小轮压最大轮压与最小轮压当小车吊有额定起重量开到桥架某一极限位置时，在这一侧产当小车吊有额定起重量开到桥架某一极限位置时，在这一侧产生
7、的轮压；与最大轮压相对应的另一侧轮压称最小轮压。生的轮压；与最大轮压相对应的另一侧轮压称最小轮压。K桥式吊车按照使用的频繁程桥式吊车按照使用的频繁程度分为轻级度分为轻级(A1A3)、中级、中级(A4、A5)、重级、重级(A6、A7)和特和特重级重级(A8)四个载荷状态。四个载荷状态。12最大轮压与最小轮压最大轮压与最小轮压最大轮压最大轮压 可从产品目录可从产品目录中查得；最小轮压中查得；最小轮压 可可由下式确定：由下式确定：吊车竖向荷载标准值吊车竖向荷载标准值如果两台吊车相同，则如果两台吊车相同，则xP2maxP1maxP1maxP2maxK1K2y2y3y4y1=1B1B213吊车横向水平荷
8、载标准值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）（小车吊有重物刹车时引起的惯性力）传力过程：小车惯性力传力过程：小车惯性力大车大车吊车梁吊车梁排架柱排架柱作用位置：吊车梁顶面作用位置：吊车梁顶面作用方向：垂直轨道作用方向：垂直轨道横向制动系数。横向制动系数。每个轮子上的横向水平制动力：每个轮子上的横向水平制动力：如果吊车相同，如果吊车相同，同样，利用影响线可以确定柱子受到的水平力同样，利用影响线可以确定柱子受到的水平力14活载下计算简图活载下计算简图15吊车纵向水平荷载标准值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按一侧所有制动轮最大轮压之和的10%10%确定：确定
9、：（大车行驶中刹车引起的惯性力）（大车行驶中刹车引起的惯性力）作用位置：轨道顶面作用位置：轨道顶面作用方向：沿轨道方向作用方向：沿轨道方向多台吊车的组合系数多台吊车的组合系数2 2台台轻、中级轻、中级重、特重级重、特重级4 4台台轻、中级轻、中级重、特重级重、特重级3 3台台轻、中级轻、中级重、特重级重、特重级对于一层吊车厂房：水平对于一层吊车厂房：水平荷载最多考虑荷载最多考虑2 2台；多跨时，台；多跨时，竖向荷载最多考虑竖向荷载最多考虑4 4台。台。1611.3.3 11.3.3 排架内力计算排架内力计算1.变截面柱的反力计算变截面柱的反力计算设柱顶作用一单位力发生的位移为设柱顶作用一单位力
10、发生的位移为，代表柱顶发生单位侧向位移时柱内的剪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，用力，定义为柱的抗侧（推）刚度，用D D表示。表示。与与、有关。有关。172.等高排架内力计算等高排架内力计算（1）柱顶作用集中荷载）柱顶作用集中荷载由平衡条件：由平衡条件：由物理条件：由物理条件：由几何条件：由几何条件：可求得：可求得：称为柱称为柱i i的剪力分配系数。的剪力分配系数。18（2）任意荷载作用）任意荷载作用在柱顶加上不动铰支座，利用图表求出内力和支座反力；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；将支座反力反向作用于柱顶，求
11、出内力；将上述两种情况的内力叠加。将上述两种情况的内力叠加。193.不等高排架内力计算（了解）不等高排架内力计算（了解）ABCABC20（2 2）荷载组合）荷载组合1.21.2恒荷载标准值恒荷载标准值+1.41+1.41项活荷载标准值项活荷载标准值（对于单层排架结构，可以采用简化组合）（对于单层排架结构，可以采用简化组合）可变荷载效应控制可变荷载效应控制1.21.2恒荷载标准值恒荷载标准值+1.4 0.90(2+1.4 0.90(2项或项或2 2项以上项以上活荷载标准值）活荷载标准值）永久荷载效应控制永久荷载效应控制1.351.35恒荷载标准值恒荷载标准值+1.4+1.4所有活荷载的组合值所有
12、活荷载的组合值4.4.内力组合内力组合（1 1）控制截面）控制截面IIIIIIIIIIII（3 3）内力组合）内力组合构件设计时一般选取若干个可靠度较低因而对整构件设计时一般选取若干个可靠度较低因而对整个构件起控制作用的截面进行设计，这些截面称个构件起控制作用的截面进行设计，这些截面称为控制截面。为控制截面。21组合内容组合内容 最大弯矩及相应的轴力和剪力；最大弯矩及相应的轴力和剪力；最大轴力相应的弯矩和剪力；最大轴力相应的弯矩和剪力；最小轴力及相应的弯矩和剪力。最小轴力及相应的弯矩和剪力。注意事项注意事项每一项组合必须包括恒荷载产生的内力；每一项组合必须包括恒荷载产生的内力；有有T T必有必
13、有D D，有，有D D可以没有可以没有T T；组合最大轴力和最小轴力时，轴力为零的组合最大轴力和最小轴力时，轴力为零的项应考虑进去。项应考虑进去。钢筋砼钢筋砼N NM M曲线曲线*2211.4 11.4 单层厂房柱单层厂房柱11.4.1 11.4.1 柱子形式柱子形式平腹杆斜腹杆宜用矩形柱；宜用矩形柱；工字形工字形宜用双肢柱。宜用双肢柱。宜用工字形柱；宜用工字形柱；或矩形柱；或矩形柱；2311.4.2 矩形、工字形截面柱的设计矩形、工字形截面柱的设计取最不利内力组合，按偏压构件设计。取最不利内力组合，按偏压构件设计。偏压构件的承载力计算需用到计算长度。偏压构件的承载力计算需用到计算长度。，相应
14、的计算长度，相应的计算长度 为为 。对两端为不动铰支座的构件，其临界荷载为：对两端为不动铰支座的构件，其临界荷载为：对于其它支承的构件，将其换算为具有与两端铰支座相同临界对于其它支承的构件，将其换算为具有与两端铰支座相同临界荷载的受压构件，即荷载的受压构件，即24根据杆系稳定理论：根据杆系稳定理论：对于双跨排架，对于双跨排架，偏于安全，规范分别取偏于安全，规范分别取 和和 。无吊车荷载无吊车荷载HH对于等高等截面单跨排架，对于等高等截面单跨排架，25有吊车荷载有吊车荷载考虑房屋的空间作用，即不仅考虑同一排架内考虑房屋的空间作用，即不仅考虑同一排架内各柱参加工作；而且还考虑相邻排架的协同工各柱参
15、加工作；而且还考虑相邻排架的协同工作。因此，可将上端近似简化为不动铰支座。作。因此，可将上端近似简化为不动铰支座。HuHHl当当 ，时，时，。规范分别取规范分别取 和和 。变截面上段：变截面上段：变截面下段：变截面下段：，26（2）吊装阶段柱的验算）吊装阶段柱的验算验算内容验算内容：承载：承载力和裂缝宽度；力和裂缝宽度；荷载荷载：自重，考虑动：自重，考虑动力系数；力系数；安全等级安全等级：降一级，乘系数。：降一级，乘系数。如果不满足，增加吊点或调整配筋。如果不满足，增加吊点或调整配筋。272.3.4 2.3.4 牛腿设计牛腿设计长牛腿长牛腿短牛腿短牛腿1.1.牛腿的受力特征牛腿的受力特征应力分
16、布应力分布 牛腿上部主拉应力迹线基本上与牛腿边缘平行；牛腿上部主拉应力迹线基本上与牛腿边缘平行；牛腿下部主压应力迹线大致与牛腿下部主压应力迹线大致与abab连线平行；连线平行；牛腿中、下部主拉应力迹线是倾斜的。牛腿中、下部主拉应力迹线是倾斜的。28裂缝开展裂缝开展当达到极限值的当达到极限值的2040%，出现垂直裂缝，出现垂直裂缝；在极限荷载的在极限荷载的4060%，出现第一条斜裂缝，出现第一条斜裂缝；约极限荷载的约极限荷载的80%，突然出现第二条斜裂缝，突然出现第二条斜裂缝。破坏形态破坏形态剪切破坏剪切破坏斜压破坏斜压破坏弯压破坏弯压破坏局部承压破坏局部承压破坏292.2.牛腿截面尺寸的确定牛
17、腿截面尺寸的确定截面高度根据斜截面抗裂，截面高度根据斜截面抗裂，按下式确定：按下式确定：作用在牛腿顶部的竖向力标准组合值；作用在牛腿顶部的竖向力标准组合值；作用在牛腿顶部的水平力标准组合值；作用在牛腿顶部的水平力标准组合值；裂缝控制系数，需作疲劳验算的牛腿取，其余；裂缝控制系数，需作疲劳验算的牛腿取，其余；b b 牛腿宽度，同柱宽；牛腿宽度，同柱宽；a a 考虑安装偏差考虑安装偏差20mm20mm，当，当a0a0取取a=0a=0。为防止局部受压破坏，加载板尺寸应满足：为防止局部受压破坏，加载板尺寸应满足：303.3.牛腿顶面水平拉杆设计牛腿顶面水平拉杆设计抵抗竖向力产生的弯矩所需钢筋抵抗竖向力
18、产生的弯矩所需钢筋近似取近似取抵抗水平力所需钢筋抵抗水平力所需钢筋314.4.牛腿斜截面承载力及构造要求牛腿斜截面承载力及构造要求水平箍筋：水平箍筋：弯起钢筋：弯起钢筋：范围内箍筋总面积范围内箍筋总面积不少于不少于应设弯起筋，应设弯起筋，不能用纵向钢筋兼作弯起钢筋不能用纵向钢筋兼作弯起钢筋面积不少于面积不少于不少于不少于2根，根，3211.5 11.5 柱下独立基础（扩展基础）柱下独立基础（扩展基础）独立基础形式：独立基础形式：平板式基础（杯形基础）平板式基础（杯形基础）(a)(a)、(b)(b)、(c)(c)板肋式基础（杯口、肋板肋式基础（杯口、肋板预制）板预制）(d)(d)壳体基础壳体基础
19、(e)(e)倒圆台板式基础倒圆台板式基础(f)(f)桩基桩基11.5.1 11.5.1 概述概述a)b)杯口杯底预制柱c)底板肋d)e)f)3311.5.2 11.5.2 独立基础设计独立基础设计地基基础破坏类型地基基础破坏类型地基破坏地基破坏冲切破坏冲切破坏受弯破坏受弯破坏设计内容：设计内容：地基计算（确定底板尺寸）地基计算（确定底板尺寸）抗冲切承载力计算（确定基础高度）抗冲切承载力计算（确定基础高度）受弯承载力计算（确定底板配筋）受弯承载力计算（确定底板配筋）构造（根据工程经验）构造（根据工程经验）34基础是绝对刚性的；基础是绝对刚性的；基底某点反力与该点的地基沉降成正比。基底某点反力与该
20、点的地基沉降成正比。1.基础底边尺寸基础底边尺寸假定假定轴心受压基础轴心受压基础取取对于甲级、乙级和部分丙级建筑，还需进行变形验算。对于甲级、乙级和部分丙级建筑，还需进行变形验算。35偏心受压基础偏心受压基础令当 时，地基承载力应满足：地基承载力应满足：362.基础高度及冲切验算基础高度及冲切验算沿柱边冲切沿变阶处冲切基础高度尚应满足抗剪承载力：基础高度尚应满足抗剪承载力：NMpnh0450450NMpnh0450450h0h0h0h0bbbtABCDEFh0h0h0h0bbbtABDEFC373.配筋计算配筋计算短边方向：短边方向：长边方向：长边方向：Npnh0IAs2As1bhClbCAB
21、CD*II*e2IIIIe1384.4.构造要求构造要求材料材料混凝土：混凝土：C20C20；钢筋：钢筋：保护层厚度保护层厚度有有100100厚素混凝土垫层时，为厚素混凝土垫层时，为3535；没有垫层时为；没有垫层时为7070。插入深度插入深度应满足应满足表表2-52-5的要求（与柱截面形式和截面尺寸有关）的要求（与柱截面形式和截面尺寸有关）纵筋锚固要求纵筋锚固要求吊装时的稳定要求（吊装时的稳定要求（5%5%柱长）柱长）39杯底厚度杯底厚度 、杯壁厚度、杯壁厚度见表见表2-62-6。杯壁配筋杯壁配筋柱轴心或小偏心受压且柱轴心或小偏心受压且时可不配筋；时可不配筋；，大偏心受压且，大偏心受压且柱轴心或小偏心受压且柱轴心或小偏心受压且时可按构造配筋；时可按构造配筋；其它情况按计算配筋。其它情况按计算配筋。40