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1、任务四任务四 某单层工业厂房设计某单层工业厂房设计 1排架结构排架结构 门式刚架结构门式刚架结构 （1）按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构 一、一、单层工业厂房的结构组成与受力特点单层工业厂房的结构组成与受力特点1 1 结构组成结构组成2混合结构混合结构 钢筋混凝钢筋混凝土结构土结构 对无吊车或吊车吨位不超过对无吊车或吊车吨位不超过5t、跨度在、跨度在15m以内、柱顶标高以内、柱顶标高不超过不超过8m且无特殊工艺要求的小型厂房，可采用混合结构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、跨度大于对有重型吊车、跨度大于36m或有特殊工艺要
2、求的大型厂房，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可采用全钢结构或由钢筋混凝土柱与钢屋架组成的结构 （2）按生产规模可分为：大型、中型和小型按生产规模可分为：大型、中型和小型；（3）按主要承重材料可分为：按主要承重材料可分为：钢结构钢结构 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殊情况之外，一般均采用装配式钢筋混凝土结构1 1 结构组成结构组成一、一、单层工业厂房的结构组成与受力特点单层工业厂房的结构组成与受力特点3 单层厂房结构是由一些构件组成的一
3、个复杂的空间受力体系，可将结构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整体分为以下几个子结构体系:单层厂房结构单层厂房结构1.屋面板屋面板2.天沟板天沟板 3.天窗架天窗架 4.屋架屋架 5.托架托架 6.吊车梁吊车梁 7.排架柱排架柱 8.抗风柱抗风柱 9.基基 础础 10.连系梁连系梁 11.基础梁基础梁12.天窗架垂天窗架垂直支撑直支撑 13.屋架下弦屋架下弦横向水平支撑横向水平支撑14.屋架端部垂屋架端部垂直支撑直支撑 15.柱间支撑柱间支撑一、一、单层工业厂房的结构组成与受力特点单层工业厂房的结构组成与受力特点1 1 结构组成结构组成4
4、屋盖结构屋盖结构 有檩体系有檩体系 无檩体系无檩体系 由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括有天窗架盖支撑组成，有时还包括有天窗架和托架等构件和托架等构件 由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成支撑所组成 屋盖结构屋盖结构一、一、单层工业厂房的结构组成与受力特点单层工业厂房的结构组成与受力特点1 1 结构组成结构组成5横向排架横向排架 结结 构构 由横梁、横向柱由横梁、横向柱列及其基础所组列及其基础所组成的平面骨架，成的平面骨架，是厂房的基本承是厂房的基本承重结构。厂房承重结构。厂房承受的竖向荷载及受的竖向荷载及横向水
5、平荷载主横向水平荷载主要通过横向平面要通过横向平面排架传至基础及排架传至基础及地基地基横向平面排架组成及荷载图横向平面排架组成及荷载图一、一、单层工业厂房的结构组成与受力特点单层工业厂房的结构组成与受力特点1 1 结构组成结构组成6纵向排架纵向排架 结结 构构 由连系梁、吊车梁、纵向柱列、柱间支撑和基础等构件组由连系梁、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架。作用是保证厂房结构的纵向稳定性和成的纵向平面骨架。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
6、盖结构传来的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纵向风荷载等围护结构围护结构 位于厂房的四周，包括纵墙、横墙（山墙）、抗风柱、连位于厂房的四周，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纵向平面排架组成及荷载图组成及荷载图一、一、单层工业厂房的结构组成与受力特点单层工业厂房的结构组成与受力特点1 1 结构组成结构组成7 1 1 屋盖支撑布置屋盖支撑布置（1）上弦横向水平支撑）上弦横向水平支撑
7、 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、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。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构成：沿厂房跨度方向用交叉角钢钢、直腹杆和屋架上弦杆构成的水平、直腹杆和屋架上弦杆构成的水平 桁架。桁架。作用：保作用：保证证屋架上弦的屋架上弦的侧侧向向稳稳定性；增定性；增强强屋盖的整体屋盖的整体刚刚度；作度；作为为山山墙墙抗抗风风柱的柱的顶顶端水平支座，承受由山端水平支座，承受由山墙传墙传来的来的风风荷荷载载和其他和其他纵纵向水平荷向水平荷载载，并，并传传至厂房至
8、厂房纵纵向柱列。向柱列。布置：当屋盖布置：当屋盖为为有有檩檩体系，或屋盖体系，或屋盖为为无无檩檩体系，但屋面板与屋架的体系，但屋面板与屋架的连连接接质质量不能保量不能保证证且抗且抗风风柱与屋架上弦柱与屋架上弦连连接，每一伸接，每一伸缩缝缩缝区段端部第一区段端部第一或第二柱或第二柱间间布置；当布置；当设设有天窗，且天窗通有天窗，且天窗通过过厂房端部的第二柱厂房端部的第二柱间间或通或通过过伸伸缩缝缩缝，应应在第一或第二柱在第一或第二柱间间的天窗范的天窗范围围内内设设置，并在天窗范置，并在天窗范围围内内沿沿纵纵向向设设置置13道通道通长长的受的受压压系杆，将天窗范系杆，将天窗范围围内各榀屋架与上弦横
9、内各榀屋架与上弦横向水平支撑向水平支撑连连系起来。系起来。二、二、单层工业厂房的结构布置与支撑布置单层工业厂房的结构布置与支撑布置8 上弦横向水平支撑布置上弦横向水平支撑布置1 1 屋盖支撑布置屋盖支撑布置二、二、单层工业厂房的结构布置与支撑布置单层工业厂房的结构布置与支撑布置9（2）下弦横向水平支撑）下弦横向水平支撑构成：沿厂房跨度方向用交叉角构成：沿厂房跨度方向用交叉角钢钢、直腹杆和屋架下弦杆构成的、直腹杆和屋架下弦杆构成的水平桁架水平桁架。作用：将山作用：将山墙风墙风荷荷载载及及纵纵向水平向水平荷荷载传载传至至纵纵向柱列；防止屋架下向柱列；防止屋架下弦弦侧侧向振向振动动。布置：当屋架下弦
10、布置：当屋架下弦设设有有悬悬挂吊挂吊车车，或厂房内有或厂房内有较较大振大振动动，或山，或山墙风墙风荷荷载载通通过过抗抗风风柱柱传传至屋架下弦，至屋架下弦，应应在每一伸在每一伸缩缝缩缝区段两端的第一区段两端的第一或第二柱或第二柱间设间设置，宜与上弦横向置，宜与上弦横向水平支撑水平支撑设设置在同一柱置在同一柱间间。下弦横向水平支撑布置下弦横向水平支撑布置2 2 屋盖支撑布置屋盖支撑布置二、二、单层工业厂房的结构布置与支撑布置单层工业厂房的结构布置与支撑布置10（3）纵向水平支撑）纵向水平支撑构成：由交叉角构成：由交叉角钢钢、直杆和屋架下弦第一、直杆和屋架下弦第一节间组节间组成的成的纵纵向水平桁架向
11、水平桁架。作用：加作用：加强强屋盖屋盖结结构的横向水平构的横向水平刚刚度；保度；保证证横向水平荷横向水平荷载载的的纵纵向分布，向分布，加加强强厂房的空厂房的空间间工作；保工作；保证证托架上弦的托架上弦的侧侧向向稳稳定。定。布置：当布置：当设设有有软钩桥软钩桥式吊式吊车车且厂房高度大、且厂房高度大、吊吊车车起重量起重量较较大，大，应应在屋架下弦端在屋架下弦端节间节间沿沿厂房厂房纵纵向通向通长长或局部或局部设设置一道；当已置一道；当已设设有有下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑时时，为为保保证证厂房空厂房空间刚间刚度，度，应应尽可能与横向水平尽可能与横向水平支撑支撑连连接，以形成封接，以形成封闭闭的水
12、平支撑系的水平支撑系统统。纵向水平支撑布置纵向水平支撑布置2 2 屋盖支撑布置屋盖支撑布置二、二、单层工业厂房的结构布置与支撑布置单层工业厂房的结构布置与支撑布置11（4）垂直支撑）垂直支撑构成：由角构成：由角钢钢杆件与屋架直腹杆杆件与屋架直腹杆组组成的垂直桁架，形式成的垂直桁架，形式为为十字交叉形十字交叉形或或W形。形。作用：保作用：保证证屋架受荷后在平面外的屋架受荷后在平面外的稳稳定；定；传递纵传递纵向水平力。向水平力。布置：布置：应应与下弦横向水平支撑布置在同一柱与下弦横向水平支撑布置在同一柱间间内。内。当厂房跨度小于当厂房跨度小于18m且无天窗且无天窗时时，一般可不，一般可不设设垂直支
13、撑和水垂直支撑和水平系杆；平系杆；当厂房跨度当厂房跨度1830m、屋架、屋架间间距距为为6m、采用大型屋面板、采用大型屋面板时时，应应在每一伸在每一伸缩缝缩缝区段端部的第一或第二柱区段端部的第一或第二柱间间，屋架跨中，屋架跨中设设置置一道垂直支撑；一道垂直支撑；当屋架跨度大于当屋架跨度大于30m时时，应应在每一伸在每一伸缩缝缩缝区段端部的第一或区段端部的第一或第二柱第二柱间间，屋架跨度，屋架跨度1/3左右的左右的节节点点处设处设置两道垂直支撑。置两道垂直支撑。2 2 屋盖支撑布置屋盖支撑布置二、二、单层工业厂房的结构布置与支撑布置单层工业厂房的结构布置与支撑布置12 垂直支撑和水平系杆布置图垂
14、直支撑和水平系杆布置图2 2 屋盖支撑布置屋盖支撑布置二、二、单层工业厂房的结构布置与支撑布置单层工业厂房的结构布置与支撑布置13（5）水平系杆）水平系杆构成：分构成：分为为上弦水平系杆和下弦水平系杆上弦水平系杆和下弦水平系杆。作用：上弦水平系杆是作用：上弦水平系杆是为为保保证证屋架上弦或屋面梁受屋架上弦或屋面梁受压压翼翼缘缘的的侧侧向向稳稳定；定；下弦水平系杆是下弦水平系杆是为为防止在吊防止在吊车车或有其它水平振或有其它水平振动时动时屋架下弦屋架下弦侧侧向向颤动颤动。布置：当屋盖布置：当屋盖设设置垂直支撑置垂直支撑时时，未，未设设置垂直支撑的屋架置垂直支撑的屋架间间，在相，在相应应于于垂直支
15、撑平面内的屋架上弦和下弦垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节节点点处处，设设置通置通长长的水平系杆。的水平系杆。刚刚性系杆（性系杆（压压杆）：凡杆）：凡设设在屋架端部主要支承在屋架端部主要支承节节点点处处和屋架上弦和屋架上弦屋脊屋脊节节点点处处的通的通长长水平系杆，均水平系杆，均应应采用采用刚刚性系杆；当屋架横向水性系杆；当屋架横向水平支撑平支撑设设在伸在伸缩缝缩缝区段两端的第二柱区段两端的第二柱间间内内时时，第一柱，第一柱间间内的水平内的水平系杆均系杆均应应采用采用刚刚性系杆。性系杆。柔性系杆（拉杆）：其余均可采用柔性系杆。柔性系杆（拉杆）：其余均可采用柔性系杆。2 2 屋盖支撑布置屋盖支撑布置
16、二、二、单层工业厂房的结构布置与支撑布置单层工业厂房的结构布置与支撑布置14（6）天窗架支撑）天窗架支撑构成：包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架构成：包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架间间的垂直支撑和水平系杆。的垂直支撑和水平系杆。作用：保作用：保证证天窗架上弦的天窗架上弦的侧侧向向稳稳定定；将天窗端壁上的；将天窗端壁上的风风荷荷载传给载传给屋架屋架。布置：布置：纵纵向位置（柱向位置（柱间间）：一般天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均：一般天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均设设置在天窗端部第一柱置在天窗端部第一柱间间内。内。横向位置（道）横向位置（道）：一般垂直支撑：一般垂直支撑设设置在天窗两置
17、在天窗两侧侧。水平系杆水平系杆：在未：在未设设置上弦横向水平支撑的天窗架置上弦横向水平支撑的天窗架间设间设置；置；应应在上弦在上弦节节点点处设处设置柔性系杆；置柔性系杆；对对有有檩檩屋盖体系，屋盖体系，檩檩条可以代替柔性系杆。条可以代替柔性系杆。2 2 屋盖支撑布置屋盖支撑布置二、二、单层工业厂房的结构布置与支撑布置单层工业厂房的结构布置与支撑布置153 3 柱间支撑布置柱间支撑布置 构成：由交叉构成：由交叉钢钢杆件杆件组组成，交叉成，交叉倾倾角宜取角宜取45，支撑，支撑钢钢构件的截构件的截面尺寸需面尺寸需经经承承载载力和力和稳稳定定计计算确定算确定。柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件
18、。柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。作用：提高厂房的作用：提高厂房的纵纵向向刚刚度和度和稳稳定性；将吊定性；将吊车车纵纵向水平制向水平制动动力、山力、山墙墙及天窗端壁的及天窗端壁的风风荷荷载载、纵纵向水平地震作用等向水平地震作用等传传至基至基础础。柱间支撑作用示意图柱间支撑作用示意图二、二、单层工业厂房的结构布置与支撑布置单层工业厂房的结构布置与支撑布置16分分类类：对对于有吊于有吊车车的厂房，按其位置可分的厂房，按其位置可分为为上柱柱上柱柱间间支撑和下支撑和下柱柱柱柱间间支撑。支撑。上柱上柱柱柱间间支撑支撑：位于牛腿上部，并在柱顶设置通长的刚性系位于牛腿上部，并在柱顶设置通长的刚性
19、系杆；杆；承受作用在山承受作用在山墙墙及天窗壁端的及天窗壁端的风风荷荷载载，并保，并保证证厂房上部厂房上部的的纵纵向向刚刚度。度。下柱下柱柱柱间间支撑支撑：位于牛腿下部；位于牛腿下部；承受上部支撑承受上部支撑传传来的内力、来的内力、吊吊车纵车纵向制向制动动力和力和纵纵向水平地震作用等，并将其向水平地震作用等，并将其传传至基至基础础。形式：十字交叉形；当柱形式：十字交叉形；当柱间间要通行或放置要通行或放置设备设备，或，或柱距柱距较较大而不宜采用交叉大而不宜采用交叉支撑支撑时时，可采用，可采用门门架式支架式支撑。撑。门架式柱间支撑门架式柱间支撑3 3 柱间支撑布置柱间支撑布置 二、二、单层工业厂房
20、的结构布置与支撑布置单层工业厂房的结构布置与支撑布置174 4 围护结构布置围护结构布置 抗抗风风柱柱一一般般与与基基础础刚刚接接，与与屋屋架架上上弦弦铰铰接接；当当屋屋架架设设有有下下弦弦横横向向水水平平支支撑撑时时，也也可可与与下下弦弦铰铰接接或或同同时时与与上上、下下弦弦铰铰接接。抗抗风风柱柱与与屋屋架架之之间间一一般般采采用用竖竖向向可可以以移移动动、水水平平方方向向又又有有较较大大刚刚度度的的弹弹簧簧板板连连接接；如如厂厂房房沉沉降降量量较较大大时时，宜采用槽形孔螺栓连接。宜采用槽形孔螺栓连接。（1）抗风柱）抗风柱抗风柱与屋架上、下弦连接构造抗风柱与屋架上、下弦连接构造二、二、单层工
21、业厂房的结构布置与支撑布置单层工业厂房的结构布置与支撑布置18（2）圈梁、圈梁、连连系梁、系梁、过过梁和基梁和基础础梁梁 圈圈梁梁是是设设置置于于墙墙体体内内并并与与柱柱子子连连接接的的现现浇浇钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件，其其作作用用是是将将墙墙体体与与排排架架柱柱、抗抗风风柱柱等等箍箍在在一一起起，以以增增强强厂厂房房的的整整体体刚刚度度，防防止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。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。连连系系梁梁除除承承受受墙墙体体荷荷载载外外，还还具具有有连连系系纵纵向向柱柱列列、增增强强厂厂房房的的纵纵向向刚度、传递纵向水平荷载
22、的作用。刚度、传递纵向水平荷载的作用。当当墙墙体体开开有有门门窗窗洞洞口口时时，需需设设置置钢钢筋筋混混凝凝土土过过梁梁，以以支支承承洞洞口口上上部部墙体的重量。墙体的重量。在在进进行行围围护护结结构构布布置置时时，应应尽尽可可能能地地将将圈圈梁梁、连连系系梁梁和和过过梁梁结结合合起起来来，使使一一种种梁梁能能兼兼作作两两种种或或三三种种梁梁的的作作用用，以以简简化化构构造造，节节约约材材料料，方方便施工。便施工。在在单单层层厂厂房房中中，一一般般采采用用基基础础梁梁来来承承托托围围护护墙墙体体的的重重量量，并并将将其其传传至柱基础顶面，而不另做墙基础，以使墙体和柱的沉降变形一致。至柱基础顶面
23、，而不另做墙基础，以使墙体和柱的沉降变形一致。4 4 围护结构布置围护结构布置二、二、单层工业厂房的结构布置与支撑布置单层工业厂房的结构布置与支撑布置191 1 排架计算简图排架计算简图 （1）计计算算单单元：可在元：可在结结构平面构平面图图上由相上由相邻邻柱距的中柱距的中线线截出一个典型的截出一个典型的区段，作区段，作为为排架的排架的计计算算单单元。元。计算单元和计算模型计算单元和计算模型三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合20 （2）基本假定和基本假定和计计算算简图简图：为为了了简简化化计计算，算，对对于于钢钢筋混凝土排架筋混凝土排架结结构通常作
24、如下假定：构通常作如下假定：柱下端与基柱下端与基础顶础顶面面为刚为刚接；接；柱柱顶顶与排架横梁（屋架或屋面梁）与排架横梁（屋架或屋面梁）为铰为铰接；接；横梁（即屋架或屋面梁）横梁（即屋架或屋面梁）为轴为轴向向刚刚度很大的度很大的刚刚性性连连杆。杆。根据上述假定，可得到横向排架的根据上述假定，可得到横向排架的计计算算简图简图。三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合1 1 排架计算简图排架计算简图21横向排架的横向排架的计计算算简图简图三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合1 1 排架计算简图排架计算简图222 2
25、 排架荷载计算排架荷载计算 作用在横向排架作用在横向排架结结构上的荷构上的荷载载有恒有恒载载、屋面活荷、屋面活荷载载、雪荷、雪荷载载、积积灰荷灰荷载载、吊、吊车车荷荷载载和和风风荷荷载载等，除吊等，除吊车车荷荷载载外，其它荷外，其它荷载载均取自均取自计计算算单单元范元范围围内。内。（1）恒载）恒载：屋盖自重屋盖自重G1 ：屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、天：屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、天窗架、屋面构造窗架、屋面构造层层以及屋盖支撑等重力荷以及屋盖支撑等重力荷载载。悬墙悬墙自重自重G2：当：当设设有有连连系梁支承系梁支承围护墙围护墙体体时时，排架柱承受着，排架柱承受着计计
26、算算单单元范元范围围内内连连系梁、系梁、墙墙体和窗等重力荷体和窗等重力荷载载。吊吊车车梁和梁和轨轨道及道及连连接件自重接件自重G3。柱自重柱自重G4（G5）：三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合23 （2）屋面活荷屋面活荷载载 ：包括屋面均布活荷：包括屋面均布活荷载载、屋面雪荷、屋面雪荷载载和屋面和屋面积积灰荷灰荷载载三部分。其荷三部分。其荷载载分分项项系数均系数均为为1.4。屋面均布活荷屋面均布活荷载载：屋面水平投影面上的屋面均布活荷：屋面水平投影面上的屋面均布活荷载标载标准准值值，按，按下列情况取：不上人的屋面下列情况取：不上人的屋面为为0.5k
27、N/m2；上人的屋面；上人的屋面为为2.0kN/m2。屋面雪荷屋面雪荷载载：屋面水平投影面上的雪荷：屋面水平投影面上的雪荷载标载标准准值值 (kN/m2)式中式中:为为基本雪基本雪压压(kN/m2)；为为屋面屋面积积雪分布系数。雪分布系数。屋面屋面积积灰荷灰荷载载：对设计对设计生生产产中有大量排灰的厂房及其中有大量排灰的厂房及其临临近建筑近建筑时时，应应考考虑虑屋面屋面积积灰荷灰荷载载的影响。的影响。屋屋面面均均布布活活荷荷载载不不与与雪雪荷荷载载同同时时考考虑虑，取取两两者者中中的的较较大大值值；当当有有屋屋面面积积灰灰荷荷载载时时，积积灰灰荷荷载载应应与与雪雪荷荷载载或或不不上上人人的的屋
28、屋面面均均布布活活荷荷载载两两者中的者中的较较大大值值同同时时考考虑虑。注：注：三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合2 2 排架荷载计算排架荷载计算 24吊吊车竖车竖向荷向荷载载：和和 的的标标准准值值按下式按下式计计算算式中式中 、表示第表示第 台吊台吊车车的最大的最大轮压轮压和最小和最小轮压轮压；与吊与吊车轮压车轮压相相对应对应的支座反力影响的支座反力影响线线的的竖竖向坐向坐标值标值。当当计计算吊算吊车车梁及其梁及其连连接的接的强强度度时时，吊，吊车竖车竖向荷向荷载应载应乘以乘以动动力系数。力系数。注：注：计计算算排排架架考考虑虑多多台台吊吊车车
29、竖竖向向荷荷载载时时，对对单单跨跨厂厂房房的的每每个个排排架架，参参与与组组合合的的吊吊车车台台数数不不宜宜多多于于2台台；对对多多跨跨厂厂房房的的每每个个排排架架，不不宜宜多于多于4台。台。（3）吊吊车车荷荷载载：三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合2 2 排架荷载计算排架荷载计算 25吊吊车车横向水平荷横向水平荷载载：吊吊车总车总的横向水平荷的横向水平荷载载可按下式取可按下式取值值：式中式中 吊吊车车的的额额定起重量；定起重量；小小车车重量；重量；重力加速度；重力加速度；横向水平荷横向水平荷载载系数。系数。对对于于一一般般四四轮轮桥桥式式吊吊车车
30、，大大车车每每一一轮轮子子传传递递给给吊吊车车梁梁的的横横向向水水平制平制动动力力 为为：式中式中 为第为第 个大车轮子的横向水平制动力。个大车轮子的横向水平制动力。考虑多台吊车水平荷载时，对单跨或多跨厂房的每个排架，参考虑多台吊车水平荷载时，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与组合的吊车台数不应多于2台。台。注：注：三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合2 2 排架荷载计算排架荷载计算 26吊吊车纵车纵向水平荷向水平荷载载：吊吊车车纵纵向向水水平平荷荷载载标标准准值值T0，按按作作用用在在一一边边轨轨道道上上所所有有刹刹车车轮轮的
31、的最大最大轮压轮压之和的之和的10%采用，即采用，即式式中中，n为为施施加加在在一一边边轨轨道道上上所所有有刹刹车车轮轮数数之之和和，对对于于一一般般的的四四轮轮吊吊车车，n=1。无无论单论单跨或多跨厂房，在跨或多跨厂房，在计计算吊算吊车纵车纵向水平荷向水平荷载时载时，一，一侧侧的的整个整个纵纵向排架上最多只能考向排架上最多只能考虑虑2台吊台吊车车。注：注：三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合2 2 排架荷载计算排架荷载计算 27式中式中 基本基本风压值风压值（kN/m2），是以当地比），是以当地比较较空空旷旷平坦地面上离平坦地面上离 高度高度z处处
32、的的风风振系数；振系数；风压风压高度高度变变化系数；化系数；风风荷荷载载体型系数。体型系数。地地10m高高处处统统计计所所得得的的50年年一一遇遇10分分钟钟平平均均最最大大风风速速为为标标准确定的准确定的风压值风压值；（4）风风荷荷载载：垂直于建筑物表面上的垂直于建筑物表面上的风风荷荷载标载标准准值值 （kN/m2）按下式）按下式计计算：算：三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合2 2 排架荷载计算排架荷载计算 283 3 等高排架内力分析等高排架内力分析 （1）柱柱顶顶水平集中力作用下等高排架内力分析水平集中力作用下等高排架内力分析：在在柱柱顶顶水
33、水平平集集中中力力作作用用下下，等等高高排排架架各各柱柱顶顶侧侧移移相相等等，沿沿横横梁梁与与柱柱的的连连接接处处将将各各柱柱的的柱柱顶顶切切开开，在在各各柱柱顶顶的的切切口口上上作作用用一一对对相相应应的剪力的剪力 。柱柱顶顶水平集中力作用下等高排架的水平集中力作用下等高排架的变变形和内力形和内力三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合29式中式中 第第 i 根排架柱的抗侧移刚度（或抗剪刚度），即悬臂根排架柱的抗侧移刚度（或抗剪刚度），即悬臂 第第 i 根排架柱的剪力分配系数，按下式计算：根排架柱的剪力分配系数，按下式计算：求求得得柱柱顶顶剪剪力力Vi
34、 后后，用用平平衡衡条条件件可可得得排排架架柱柱各各截截面面的的弯弯矩矩和剪力。和剪力。当当排排架架结结构构柱柱顶顶作作用用水水平平集集中中力力F时时，各各柱柱的的剪剪力力按按其其抗抗剪剪刚刚度与各柱抗剪度与各柱抗剪刚刚度度总总和的比例关系和的比例关系进进行分配。行分配。柱柱顶产生单位侧移所需施加的水平力柱柱顶产生单位侧移所需施加的水平力注：注：3 3 等高排架内力分析等高排架内力分析 三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合30剪力分配系数必剪力分配系数必满满足足 。各各柱柱的的柱柱顶顶剪剪力力Vi仅仅与与F 的的大大小小有有关关，而而与与其其作作用用
35、在在排排架架左左侧侧或右或右侧侧柱柱顶处顶处位置无关，但位置无关，但F 的作用位置的作用位置对对横梁内力有影响。横梁内力有影响。（2）任意荷任意荷载载作用下等高排架内力分析作用下等高排架内力分析：等高排架在任意荷：等高排架在任意荷载载作用作用下，下，为为了利用剪力分配法求解，通常可采用以下三个步了利用剪力分配法求解，通常可采用以下三个步骤骤来来进进行行这这种情况种情况下的排架内力分析。下的排架内力分析。对对承承受受任任意意荷荷载载作作用用的的排排架架，先先在在排排架架柱柱顶顶部部附附加加一一个个不不动动铰铰支支座座以以阻阻止止其其侧侧移移，则则各各柱柱为为单单阶阶一一次次超超静静定定柱柱，应应
36、用用柱柱顶顶反反力力系系数数可可求求得得各各柱柱反反力力Ri及及相相应应的的柱柱端端剪剪力力，柱柱顶顶假假想想的的不不动动铰铰支座支座总总反力反力为为 。3 3 等高排架内力分析等高排架内力分析 三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合31撤撤除除假假想想的的附附加加不不动动铰铰支支座座，将将支支座座总总反反力力R反反向向作作用用于于排排架架柱柱顶顶，应应用用剪剪力力分分配配法法可可求求出出柱柱顶顶水水平平力力R作作用用下下各各柱柱顶顶剪剪力力 。将将前前面面的的计计算算结结果果相相叠叠加加，可可得得到到在在任任意意荷荷载载作作用用下下排排架架柱柱顶顶剪
37、力剪力 ，然后可求出各柱的内力。，然后可求出各柱的内力。任意荷任意荷载载作用下等高排架内力分析作用下等高排架内力分析3 3 等高排架内力分析等高排架内力分析 三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合324 4 内力组合内力组合 所所谓谓内内力力组组合合，就就是是将将排排架架柱柱在在各各单单项项荷荷载载作作用用下下的的内内力力，按按照照它它们们在在使使用用过过程程中中同同时时出出现现的的可可能能性性，求求出出在在某某些些荷荷载载共共同同作作用用下下，柱柱控控制截面可能制截面可能产产生的最不利内力，作生的最不利内力，作为为柱和基柱和基础础配筋配筋计计算的依据
38、。算的依据。（1）柱的控制截面柱的控制截面 控制截面是指控制截面是指对对截面配筋起控制作用的截面。截面配筋起控制作用的截面。当柱高度当柱高度较较大大时时，下柱中，下柱中间间某截面也可能某截面也可能为为控制截面。控制截面。当当柱柱上上作作用用有有较较大大的的集集中中荷荷载载（如如悬悬墙墙重重量量等等）时时，可可根根据据其内力大小其内力大小还还需将集中荷需将集中荷载载作用作用处处的截面作的截面作为为控制截面。控制截面。三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合33 （2）荷荷载载效效应组应组合合 对对于于一一般般排排架架结结构构，荷荷载载效效应应组组合合的的设
39、设计计值值S应应从从下下列列组组合合值值中中取取最不利最不利值值确定：确定：由可由可变变荷荷载载效效应应控制的控制的组组合合 由永久荷由永久荷载载效效应应控制的控制的组组合合4 4 内力组合内力组合三、三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合34 （3）不利内力不利内力组组合合 通常通常选择选择以下四种内力以下四种内力组组合作合作为为截面最不利内力截面最不利内力组组合：合：+Mmax及相及相应应的的N，V；Mmax及相及相应应的的N，V；Nmax及相及相应应的的M，V；Nmin及相及相应应的的M，V。4 4 内力组合内力组合三、三、单层工业厂房铰接排架的内力
40、分析与组合单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合351 1 截面设计截面设计（1）截面配筋计算）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 或稳或稳定系数定系数 与柱的计算长度有与柱的计算长度有 关。关。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范根据单层厂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柱的类型柱的类型排排 架架 方方 向向垂直排架方向垂直
41、排架方向有柱间支撑有柱间支撑无柱间撑无柱间撑无吊车无吊车厂房柱厂房柱单单 跨跨1.5H1.0H1.2H两跨及多跨两跨及多跨1.25H1.0H1.2H有吊车有吊车厂房柱厂房柱上上 柱柱2.0Hu1.25Hu1.5Hu下下 柱柱1.0Hl0.8Hl1.0Hl露天吊车柱和栈桥柱露天吊车柱和栈桥柱2.0Hl1.0Hl四、四、单层工业厂房排架柱设计单层工业厂房排架柱设计36 在在厂厂房房结结构构钢钢筋筋混混凝凝土土柱柱中中，常常在在其其支支承承屋屋架架、托托架架、吊吊车车梁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。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。牛牛腿腿按按承
42、承受受的的竖竖向向力力作作用用点点至至牛牛腿腿根根部部柱柱边边缘缘水水平平距距离离的的不不同同分为两类：分为两类：时为长牛腿，按悬臂梁进行设计；时为长牛腿，按悬臂梁进行设计；时为短牛腿时为短牛腿 ，是一个变截面短悬臂深梁。，是一个变截面短悬臂深梁。五、牛腿设计五、牛腿设计37（1）牛腿的受力特点及破坏形态牛腿的受力特点及破坏形态 试试验验研研究究表表明明，从从加加载载至至破破坏坏，牛牛腿腿大大体体经经历历弹弹性性、裂裂缝缝出出现现与与开开展展和和最后破坏三个阶段。最后破坏三个阶段。弹性阶段弹性阶段：通过通过 环环氧树脂牛腿模型的氧树脂牛腿模型的光弹试验，得到了光弹试验，得到了主应力迹线。主应力
43、迹线。牛腿的应力状态牛腿的应力状态五、牛腿设计五、牛腿设计38裂缝出现与开展阶段裂缝出现与开展阶段：试验表明，当荷载达到极限荷载的试验表明，当荷载达到极限荷载的20%40%时，由于上柱根部与时，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；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当荷载达到极限荷载的40%40%60%60%时，在加载垫板内侧附近出现一条时，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。斜裂缝，
44、其方向大体与主压应力轨迹线平行。五、五、牛腿设计牛腿设计39破坏阶段破坏阶段：随随a/h0值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态：值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态：弯压破坏弯压破坏 剪切破坏剪切破坏 牛腿的破坏形态牛腿的破坏形态斜压破坏斜压破坏五、五、牛腿设计牛腿设计40（2）牛腿截面尺寸的确定牛腿截面尺寸的确定 牛腿的截面宽度与柱宽相同。牛腿的截面宽度与柱宽相同。牛牛腿腿截截面面尺尺寸寸通通常常以以不不出出现现斜斜裂裂缝缝作作为为控控制制条条件件。设设计计时时以以下下列列经经验公式作为抗裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸：验公式作为抗裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸：式中式中Fvk、Fhk分别为
45、作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖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；裂缝控制系数；a竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离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；向力和水平拉力值；b牛腿宽度；牛腿宽度；h0牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。五、五、牛腿设计牛腿设计41纵向受力钢筋计算纵向受力钢筋计算：在竖向力设计值：在竖向力设计值Fv和水平拉力设计值和水平拉力设计值Fh共同作共同作用下，通过对用下，通过对 A 点取力矩平衡可得：点取力矩平衡可得：近近似似取取 ，则则由由上上式式可可得得纵纵向向受受力力钢钢筋筋总截面
46、面积总截面面积As为为式中式中 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；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，当意义同前，当a0.3h0时，取时，取a=0.3h0；fy为纵向受拉钢筋强度设计值。为纵向受拉钢筋强度设计值。五、五、牛腿设计牛腿设计42（4）水平箍筋及弯起钢筋水平箍筋及弯起钢筋 在在牛牛腿腿的的截截面面尺尺寸寸满满足足公公式式的的抗抗裂裂条条件件后后，可可不不进进行行斜斜截截面面受受剪剪承承载载力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。水水平平箍箍筋筋的的直直径径应应取取6-1
47、2mm6-12mm，间间距距100-150mm100-150mm，且且在在上上部部2 2h h0 0/3/3范范围围内内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/21/2。当牛腿的剪跨比当牛腿的剪跨比a a/h h0 00.30.3时，宜设置弯起钢筋。时，宜设置弯起钢筋。纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。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。弯起钢筋的锚固同纵向受力钢筋。五、五、牛腿设计牛腿设计43 （1 1）轴心荷载作用下的基础）轴心荷载作用下的基础：在轴心荷载作用下，基础底面的压在轴心荷载作用下
48、，基础底面的压力为均匀分布，设计时应满足：力为均匀分布，设计时应满足：轴心受压基础压力分布轴心受压基础压力分布 若若基基础础的的埋埋置置深深度度为为d，基基础础及及其其上上填填土土的的平平均均重重度度为为 ,则则 ，可得基础底面面积为：可得基础底面面积为：六、六、柱下单独基础设计柱下单独基础设计44 （2）偏心荷载作用下的基础偏心荷载作用下的基础：在偏心荷载作用下，基础底面的压力：在偏心荷载作用下，基础底面的压力为线性分布。为线性分布。偏心受压基础压力分布偏心受压基础压力分布六、六、柱下单独基础设计柱下单独基础设计45基础底面边缘的压力可按下式计算：基础底面边缘的压力可按下式计算：取取 ，并并
49、将将 代代入入，可可将将基基础础底底面面边边缘缘的的压压力力值值写写成如下形式：成如下形式：六、六、柱下单独基础设计柱下单独基础设计46在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求：在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求：在在确确定定偏偏心心荷荷载载作作用用下下基基础础的的底底面面尺尺寸寸时时，一一般般采采用用试试算算法法。首首先先按按轴轴心心荷荷载载作作用用下下初初步步估估算算基基础础的的底底面面面面积积；再再考考虑虑基基础础底底面面弯弯矩矩的的影影响响，将将基基础础底底面面积积适适当当增增加加（20-40）%，初初步步选选定定基基础础底底面面的的边边长长l和和b，计计算算偏偏
50、心心荷荷载载作作用用下下基基础础底底面面的的压压力力值值，然然后后验验算算是是否否满满足足要要求求；如如不满足，应调整基础底面尺寸重新验算，直至满足为止。不满足，应调整基础底面尺寸重新验算，直至满足为止。六、六、柱下单独基础设计柱下单独基础设计47 独独立立基基础础的的高高度度除除应应满满足足构构造造要要求求外外，还还应应根根据据柱柱与与基基础础交交接接处处以以及及基基础变阶处混凝土的受冲切承载力计算确定。础变阶处混凝土的受冲切承载力计算确定。基础冲切破坏示意图基础冲切破坏示意图六、六、柱下单独基础设计柱下单独基础设计48 建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范规规定定，对对矩矩形形截截面面