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1、本本 章章 内内 容容 3.1 3.1 工业厂房的类型和结构体系工业厂房的类型和结构体系 3.2 3.2 单层厂房结构组成及传力路线单层厂房结构组成及传力路线 3.3 3.3 结构布置与构件选型结构布置与构件选型 3.4 3.4 排架结构内力分析排架结构内力分析 3.5 3.5 柱的设计柱的设计 3.6 3.6 柱下独立基础设计柱下独立基础设计 3.7 3.7 单层厂房结构中其他主要构件设计要点单层厂房结构中其他主要构件设计要点第1页/共175页工业厂房的类型工业厂房的类型 单层厂房单层厂房:设备、产品重，尺寸大，如冶金、机械等。特点：特点：跨度、净空较大;荷载大;有吊车和机 械设备的振动;利
2、于构件设计标准化;一般采 用装配式结构。多层厂房多层厂房:如精密仪表、电子、食品等。层数混合厂房：层数混合厂房：化工、热电厂等。3.1 3.1 工业厂房的类型和结构体系 按层数分按层数分第2页/共175页 按规模分按规模分 按结构材料分按结构材料分 大型：大型：重型吊车(250t，工作级别A4、A5),跨度 36m，或有特殊工艺要求(如锻锤、高温 中型：中型：介于大型和小型之间 小型：小型：无吊车或起重量5t，跨度15m 柱顶标高750e750第19页/共175页 对多跨等高厂房对多跨等高厂房纵向定位轴线与吊车的关系纵向定位轴线与吊车的关系 e750e750第20页/共175页 对多跨不等高厂
3、房对多跨不等高厂房纵向定位轴线与吊车的关系纵向定位轴线与吊车的关系 第21页/共175页 为了使端部屋架与抗风柱和山墙的位置不发生冲突，山 墙处端柱中心线内移600mm，伸缩缝两侧的柱中心线向两 边各移600mm，伸缩缝中心线与横向定位轴线重合。（2 2）横向定位轴线厂厂房房的的横横向向定定位位轴轴线线 第22页/共175页3 3变形缝设置伸缩缝沉降缝防震缝设缝条件设缝条件缝宽缝宽断开位置断开位置当需要设置伸缩缝、沉降缝和防震缝时，三缝宜合一，并应符合防震缝的宽度。第23页/共175页 当房屋很长时，将产生很大的温度应力，导致构件 开裂，影响使用；设置伸缩缝将房屋分成几个温度区段，减小温度应力
4、；温度区段长度取决于结构类型、施工方法和结构所处 的环境等因素；伸缩缝应从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结 构构件完全分开 伸缩缝伸缩缝第24页/共175页 沉降缝沉降缝 排架结构一般不设沉降缝。当相邻两部分高差10m，或相邻两跨吊车起重 量相差悬殊，或地基承载力或下卧层土质有较大 差别时，应考虑设置沉降缝。沉降缝应从屋顶到基础完全分开。当平、立面布置复杂，或相邻两部分的刚度和高度相 差较大，或厂房侧边布置附属用房时，应设置防震缝。防震缝应沿厂房全高设置，基础可不设缝。防震缝防震缝第25页/共175页 无吊车时，屋架下弦底面标高由设备高度和生产需要确定。有吊车时，根据起吊需要的净空确定吊车
5、轨顶标高4 4厂房剖面设计确定屋架下弦底面标高确定吊车轨道顶面标高第26页/共175页 按模数要求按模数要求厂房剖面高度示意厂房剖面高度示意第27页/共175页支撑布置屋盖支撑柱间支撑 作用作用 保证施工、使用过程中厂房结构的稳定性和整体 性，并可靠地传递水平荷载。联系各主要承重构件以构成厂房结构空间骨架。根据厂房跨度、高度、屋架形式、有无天窗、吊车起重量和工作制、有无振动设备以及抗震设防等情况合理布置。设置原则设置原则第28页/共175页1 1屋盖支撑类型作用布置第29页/共175页 组成组成：沿厂房跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架上弦 杆构成的水平桁架。（1 1）上弦横向水平支撑 作用作用
6、 保证屋架上弦的侧向稳定性；增强屋盖的整体刚度；作为山墙抗风柱顶的水平支座，承受由山墙传来的风 荷载，传至厂房纵向柱列。第30页/共175页上弦横向水平支撑布置上弦横向水平支撑布置第31页/共175页 组成：组成：沿厂房跨度方向用交 叉角钢、直腹杆和屋 架下弦杆构成的水平 桁架。作用作用（2 2）下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑布置下弦横向水平支撑布置 将山墙风荷载及纵向水平 荷载传至纵向柱列；防止屋架下弦侧向振动。第32页/共175页 组成：组成：由交叉角钢、直杆和屋架下弦第一节间组成（3 3）纵向水平支撑 加强屋盖结构的横向水平刚度；保证横向水平荷载的纵向分布，加强厂房空间工作；保证托架上
7、弦的侧向稳定。作用作用 当已设下弦横向水平支撑时，应尽可能与横向水平支撑连接，以形成封闭的水平支撑系统。第33页/共175页纵向水平支撑布置纵向水平支撑布置 第34页/共175页 垂直支撑垂直支撑 （4 4）垂直支撑和水平系杆 组成：组成：由角钢杆件与屋架直腹杆组成的垂直桁架 类型：类型：十字交叉形或W形 作用：作用：保证屋架受荷后在平面外的稳定 传递纵向水平力 设置：设置：应与下弦横向水平支撑布置在同一柱间内第35页/共175页 水平系杆水平系杆（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：作用：保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定 防止屋架下弦侧向颤动 当屋盖设置垂直
8、支撑时，应在未设置垂直支撑的屋 架间，相应于垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节 点处，设置通长的水平系杆。凡设在屋架端部节点处和屋架上弦屋脊节点处的通 长水平系杆，均应采用刚性系杆。当屋架横向水平 支撑设在伸缩缝区段两端的第二柱间内时，第一柱 间内的水平系杆均应采用刚性系杆。其余均可采用 柔性系杆。设置设置第36页/共175页垂直支撑和水平系杆布置垂直支撑和水平系杆布置第37页/共175页 组成：组成：包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架间的垂直 支撑和水平系杆。作用：作用：（5 5）天窗架支撑 保证天窗架上弦的侧向稳定；将天窗端壁上的风荷载传给屋架。天天窗窗架架支支撑撑布布置置第38页/共175
9、页 组成组成 由交叉钢杆件(型钢或钢管)组成,交叉倾角宜取452 2柱间支撑 提高厂房的纵向刚度和稳定性 将吊车纵向水平制动力、纵向风荷载和水平地震 作用等传至基础 分类分类 对于有吊车的厂房，按其位置分为上柱柱间支撑和 下柱柱间支撑。设置位置设置位置 上柱柱间支撑在伸缩缝区段两端与屋盖横向水 平支撑相对应的柱间，以及伸缩缝区段中央的 柱间；下柱柱间支撑在伸缩缝区段中部与上柱 柱间支撑相应的位置。作用作用第39页/共175页柱柱间间支支撑撑示示意意图图第40页/共175页 特点：特点：水平荷载传力路线较短，两端的温度伸缩变形较小。特点：特点：传力路线较长，伸缩变 形增大一倍,在结构中引 起较大
10、的温度应力。特点：特点：纵向伸缩受柱间支撑的 约束较大,结构不易发 生伸缩变形，在结构中 引起较大的温度应力。柱间支撑与伸缩变形的关系柱间支撑与伸缩变形的关系第41页/共175页承受风承受风/积雪积雪/雨水雨水/地震作用地震作用/地基不均匀地基不均匀沉降引起的内力沉降引起的内力围护结构布置屋面板和墙体抗风柱圈梁连系梁过梁基础梁第42页/共175页 当厂房高度及跨度不大时，可在山墙设置砖壁柱砖壁柱作 为抗风柱；当厂房高度和跨度较大时，采用RC抗风柱抗风柱，柱外 侧再贴砌山墙。1 1抗风柱 山墙风荷载传递路线山墙风荷载传递路线(抗风柱的作用）抗风柱的作用）靠近纵向柱列，直接传给纵向柱列；靠近抗风柱
11、上端，经抗风柱上端通过屋盖系统传至 纵向柱列；靠近抗风柱下端，经抗风柱下端传至基础。抗风柱的类型抗风柱的类型第43页/共175页当厂房高度很大时，为减小抗风柱的截面尺寸，山墙内侧设置水平抗风梁水平抗风梁或钢抗风桁架钢抗风桁架，作为抗风柱的支座。一般设在吊车梁的水平面上，两端与吊车梁上翼缘连接，使一部分风荷载通过吊车梁传递给纵向柱列。抗风柱的支座抗风柱的支座 连接方式：连接方式：一般与基础刚接，与屋架上（下）弦铰接。连接要求：连接要求：水平方向能有效地传递风荷载，竖向能允 许两者之间产生相对位移 抗风柱的连接抗风柱的连接 抗风柱的布置抗风柱的布置第44页/共175页抗抗风风柱柱及及其其连连接接构
12、构造造第45页/共175页2 2圈梁、连系梁、过梁和基础梁 圈梁圈梁 作用作用：将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以 增强厂房的整体刚度，防止由于地基的不 均匀沉降或较大的振动荷载对厂房产生不 利影响。布置布置：与墙体高度、对厂房刚度的要求以及地基 等情况有关。圈梁应连续设置在墙体内的同一水平面上，除伸缩 缝处断开外，其余部分应沿整个厂房形成封闭状封闭状。第46页/共175页 连系梁连系梁 连系梁除承受墙体荷载外，还具有连系纵向柱列、增强厂房的纵向刚度、传递纵向水平荷载的作用作用。当厂房高度较大（如15m以上）、墙体的砌体强度 不足以承受本身自重，或设置有高侧跨的悬墙时 应设置。连系梁连系梁一
13、般为预制构件，两端支承在柱外侧的牛腿 上，通过牛腿将墙体荷载传给柱子。连系梁与柱之 间可采用螺栓或焊接连接。第47页/共175页 当围护墙为砌体时，一般需设置圈梁、连系梁、过梁和基础梁。应尽量将三三者者结结合合布布置置，简化构造，节约材料，方便施工。当墙体开有门窗洞口时，需设置钢筋混凝土过梁，以支承洞口上部墙体的重量。在单层厂房中，一般采用基础梁来承托围护墙体的重量，并将其传至柱基础顶面，而不另做墙基础，以使墙体和柱的沉降变形一致。过梁过梁 基础梁基础梁第48页/共175页 圈梁搭接及围护墙与柱的拉结圈梁搭接及围护墙与柱的拉结第49页/共175页基础梁布置基础梁布置第50页/共175页构件选型
14、屋盖结构构件吊车梁柱基础第51页/共175页 构件的选型，尽可能节约材料，降低造价。柱和基础一般应进行设计，其它构件可选用标准图集。构件选型原则构件选型原则 国家建设部批准的全国通用标准图集，适用于全国各地；某地区（省、市）审定的通用图集，适用于该地区（省、市）所属的部门；某设计院审定的定型图集，适用于该院所设计的工程。图集一般包括：设计和施工说明、构件选用表、结构布置 图、连接大样图、模板图、配筋图、预埋件详图、钢筋、钢材用量表。第52页/共175页1 1屋面板屋面板无檩体系：无檩体系：常用预应力混凝土大型屋面板，适用于卷材防 屋盖结构构件 常用尺寸:1.5(宽)6(长)0.24m(高)，由
15、面板横肋 和纵肋组成。连接:纵肋两端底部预埋钢 板与屋架上弦预埋钢板三点焊接。无檩体系屋盖其它屋面板 预应力F形屋面板，适用于自防水非卷材屋面；预应 力自防水保温屋面板钢筋加气混凝土板。有檩体系：有檩体系：预应力混凝土槽瓦、波形大瓦等小型屋面板。水屋面，屋面坡度不应大于1/5。第53页/共175页大型屋面板与屋架的连接大型屋面板与屋架的连接第54页/共175页各种形式的屋面板各种形式的屋面板第55页/共175页 常用形式：常用形式：RC和预应力砼形截面檩条，跨度一般为4m 或6m。2 2檩条 作用作用 支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架;与屋盖支撑一起保证屋盖结构的整体刚度和稳定性。连接：连接
16、：搁在屋架或屋面梁上，与屋架间用预埋钢板焊接。受力受力 斜放时，为双向受弯构件；正放时，为单向受弯构件，屋架上弦要做水平支托。第56页/共175页 型檩条与屋架的连接型檩条与屋架的连接第57页/共175页3 3屋面梁和屋架屋面梁两铰（三铰）拱屋架桁架式屋架第58页/共175页 作用作用 形式：形式：单坡和双坡两种。优点：优点：高度小，重心低，侧向刚度好，便于制作和安装。缺点：缺点：自重较大，浪费材料。（1 1）屋面梁 适用：适用：跨度18m、有较大振动或有腐蚀性介质的中、小型厂房（12m、15m、18m）。承受屋面荷载，作为横向排架的水平横梁传递水平 力，承受悬挂吊车、管道等吊重。与屋盖支撑、
17、屋面板、檩条等一起形成整体空间结构。第59页/共175页 构造构造（2 2）两铰（或三铰）拱屋架 特点：特点：比屋面梁轻，构造也简单。适用范围：适用范围：跨度为915m的中、小型厂房。由于刚度 较差，不宜用于重型和振动较大的厂房。两铰拱的支座节点为铰接，顶节点为刚接，三铰拱的支座节点和顶节点均为铰接，上弦为钢 筋混凝土构件。两铰（三铰）拱屋架两铰（三铰）拱屋架第60页/共175页（3 3）桁架式屋架三角形形式拱形梯形折线形 矢高和外形对屋架受力均有较大的影响，一般取高跨比为1/8-1/6较为合理。当厂房跨度较大时，采用桁架式屋架较经济。第61页/共175页u 连接：连接：与屋架上弦用钢板焊接。
18、u 跨度：跨度：6m或9m。u 设置天窗后的问题设置天窗后的问题 天窗架天窗架 形成天窗，采光、通风；承受屋面板传来的荷载和作用在天窗上的水平荷载。u 作用作用4 4、天窗架和托架 扩大了屋盖的受风面积，削弱了屋盖结构的整体刚度，在地震区，鞭端效应使天窗易发生破坏，应尽量避免设天窗或设置下沉式、井式天窗。第62页/共175页托架托架 作用：作用：当柱距 屋架间距时，用以支承屋架。形式：形式：一般为12m跨度的预应力混凝土三角形或折线形 构件，上弦为钢筋混凝土压杆，下弦为预应力混 凝土拉杆。托架的形式托架的形式第63页/共175页天窗架的形式天窗架的形式第64页/共175页 选用原则：选用原则：
19、根据吊车的起重量、工作级别、台数、跨度 和柱距等因素选用。吊车梁 钢筋混凝土等截面实腹吊车梁 钢筋混凝土和钢组合式吊车梁 预应力混凝土等截面和变截面吊车梁不同类型的吊车梁，其优缺点不同，适用范围也不同。类型类型第65页/共175页吊车梁的类型吊车梁的类型第66页/共175页柱l 排架柱：排架柱：上柱、下柱、牛腿。排架柱抗风柱 上柱：上柱：矩形或环形。下柱：下柱：矩形柱、I形柱、双肢柱、管柱。l 抗风柱：抗风柱：由上柱、下柱组成，无牛腿，上柱为矩形，下柱一般为I形。第67页/共175页柱的形式柱的形式第68页/共175页截面形式截面形式矩形I形双肢柱管 柱材料用量材料用量比较比较混凝土混凝土10
20、0%（6070）%（5565）%（4060）%钢钢 材材100%（6070）%（7080）%（7080）%一般应用范围一般应用范围（mm）h700或现浇柱h=6001400小型h=500800大型h1400400左右h=7001500各种截面柱的材料用量及应用范围各种截面柱的材料用量及应用范围第69页/共175页u 基础形式：基础形式：常采用柱下独立基础，如杯形基础、高杯 基础、桩基础等。阶形杯形基础 锥形杯形基础 双杯基础 高杯基础 爆扩桩基础 桩基础基础 第70页/共175页3.4 3.4 排架结构内力分析排架结构计算简图的确定排架荷载计算排架结构内力组合排架结构内力计算主要步骤主要步骤第
21、71页/共175页 纵向平面排架：纵向平面排架：在非地震区，不必计算(排架柱多,水平 刚度较大)。横向平面排架：横向平面排架：必须计算（主要承重结构），求出排架 柱内力，作为柱、基础设计的依据。一般将空间结构简化横、纵向平面排架的分别计算。第72页/共175页排架计算简图 基本假定 柱下端与基础顶面为刚接；柱顶与排架横梁（屋架或屋面梁）为铰接；横梁（屋架或屋面梁）为轴向刚度很大的刚性连杆。第73页/共175页 当各列柱距相等时，可在结构平面图上由相邻柱距的中相邻柱距的中 线线截取一个典型的区段，作为排架的计算单元；当有局部抽柱时，应根据具体情况选取计算单元。当屋 盖刚度较大，或设有可靠的下弦纵
22、向水平支撑时，可选 取较宽的计算单元。计算单元内的几榀排架可以合并为合并为 一榀排架一榀排架进行内力分析。计算单元 合并后平面排架的惯性矩应按合并考虑。求得内力后，应将合并的柱内力再分配到原两根柱内。第74页/共175页计算单元和计算模型计算单元和计算模型第75页/共175页选择好计算单元后，结合基本假定，可得计算简图。选择好计算单元后，结合基本假定，可得计算简图。柱高由基础顶面算至柱顶；计算轴线均取上、下柱截面形心线；对变截面柱，折线用变截面表示，跨度以厂房轴线为准。计算简图第76页/共175页 排架荷载主要包括：恒载、屋面活荷载、雪荷载、积灰 荷载、吊车荷载和风荷载。除吊车荷载，其它荷载均
23、取自计算单元范围内。排架荷载计算第77页/共175页 屋盖自重屋盖自重G1恒载 恒载包括屋盖、柱、吊车梁及轨道连接件、围护结构等自重。根据构件尺寸、材料容重计算，或由标准图集查得。悬墙自重悬墙自重G2（连系梁、墙体、窗）吊车梁和轨道及连接件自重吊车梁和轨道及连接件自重G3 柱自重柱自重G4（G5）（上柱自重G4、下柱自重G5）包括屋架(屋面梁)、屋面板、天沟、屋面构造层(找平层、保温层、防水层等)、屋盖支撑等。第78页/共175页各种恒载作用下，排架结构的计算简图计算简图第79页/共175页 屋面均布活荷载屋面均布活荷载（标准值）上人屋面 2.0 kN/m2 不上人屋面 0.5 kN/m2 屋
24、面雪荷载屋面雪荷载（标准值）（kN/m2）屋面积灰荷载屋面积灰荷载屋面活荷载屋面均布活荷载和雪荷载，不同时考虑，取大值；不上人的屋面均布活荷载和雪荷载，取大值积灰荷载。建筑结构荷载规范第80页/共175页 屋面活荷载均以集中力集中力的形式作用于柱顶，作用点位置作用点位置与恒载相同。当多跨厂房时，应考虑屋面活荷载的不利布置活荷载的不利布置。屋面活荷载作用下排架计算简图屋面活荷载作用下排架计算简图第81页/共175页吊车荷载 吊车竖向荷载吊车横向水平荷载吊车纵向水平荷载荷载类型第82页/共175页 常用吊车类型：常用吊车类型：桥式吊车、悬挂式吊车、悬臂吊车、门式 吊车、电动葫芦等;按吊钩种类分：按
25、吊钩种类分：软钩吊车、硬钩吊车;按动力来源分：按动力来源分：电动、手动;工作级别：工作级别：按吊车在使用期内要求的总工作循环次数和载 荷状态分为8个工作级别，作为吊车设计的依 据。工作级别越高，表示其工作繁重程度越 高，利用次数越多。（1 1）吊车荷载特点一般厂房中使用的多为软钩、电动桥式吊车。第83页/共175页最大轮压最大轮压 Pmax：小车吊有额定最大起重量运行至大车一侧 的极限位置时，小车所在侧每个大车的轮压。最小轮压最小轮压 Pmin：另一侧吊车的每个轮压。吊车竖向荷载吊车竖向荷载 Dmax（Dmin）：吊车轮压Pmax（Pmin）在厂 房横向排架柱上产生的竖向 最大（小）压力。最大
26、轮压 Pmax、最小轮压Pmin可从吊车产品说明书中查得，且根据平衡条件，有下列关系 n（Pmax+Pmin）=G+Q1+Q n吊车每一侧的轮子数。（2 2）吊车竖向荷载第84页/共175页 对两台吊车情况，由吊车梁的支座反力影响线可求得吊 车竖向荷载 吊车荷载为移动荷载，与大小车位置有关，还与吊车台数有关，需要用影响线理论影响线理论计算。第85页/共175页吊车竖向荷载计算简图吊车竖向荷载计算简图第86页/共175页 吊车竖向荷载Dmax和Dmin分别作用在同一跨两侧排架柱的牛 腿顶面，其位置与吊车梁自重同。对有吊车的两跨等高排架结构，吊车竖向荷载下的计算简图计算简图第87页/共175页 横
27、向水平荷载：横向水平荷载：小车吊起起重量以后，在启动和刹车时 产生的惯性力惯性力。传递路线：传递路线：小车制动轮（摩擦力）大车吊车轨道 吊车梁排架柱（连接钢板）作用方向：作用方向：可向左，可向右。荷载分配：荷载分配：由于荷载通过轮与轨道的摩擦力传递，应按 两侧柱侧移刚度柱侧移刚度分配。为简化计算，规定：水水 平荷载平均分于桥架两端，分别由轨道上的车平荷载平均分于桥架两端，分别由轨道上的车 轮平均传至轨道，其方向与轨道垂直。轮平均传至轨道，其方向与轨道垂直。（3 3）吊车横向水平荷载第88页/共175页 一般四轮桥式吊车，大车每轮传给吊车梁的横向水平制动力 两台并行吊车，由影响线理论可求得吊车横
28、向水平荷载 Tmax 第89页/共175页 吊车纵向水平荷载：吊车纵向水平荷载：桥式吊车在厂房纵向启动和刹车时产 生的惯性力。传递路线：传递路线：吊车两端制动轮（磨擦力）吊车轨道吊车 梁纵向柱列或柱间支撑。作用点：作用点：刹车轮与轨道的接触点，其方向与轨道方向一致。作用大小：作用大小：有柱间支撑，全部由柱间支撑承受；无柱间支 撑，由柱承担,按各柱纵向抗侧刚度比分配柱吊车纵向水平 荷载T0，按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和 的10%采用 n为施加在一边轨道上所有刹车轮数之和，对于一般的四轮吊车，取n=1。（4 4）吊车纵向水平荷载第90页/共175页 风荷载：风荷载：风以一定的速度向前
29、流动遇到建筑物的阻塞时，在建筑物上产生的风压风压。作用方向：作用方向：垂直于建筑物表面，有压力和吸力压力和吸力两种情况。考虑左吹风、右吹风垂直于建筑物表面上的风荷载标准值风荷载标准值 风荷载 计算中作如下简化简化 柱顶以下按均布，按柱顶标高确定。柱顶以上按均布，仅考虑水平分力，且以集中荷载形 式作用在排架柱顶。第91页/共175页第92页/共175页排架结构内力计算等高排架内力计算不等高排架的内力计算 考虑厂房整体空间作用的排架内力计算第93页/共175页 等高排架：等高排架：各柱顶标高相等或柱顶标高虽不相等,但柱 顶由倾斜横梁相连的排架。特点：特点：等高排架在任意荷载作用下各柱顶侧移相等。方
30、法：方法：剪力分配法。等高排架内力分析等等高高排排架架计计算算简简图图第94页/共175页 计算简图：计算简图：柱顶不动铰支、柱底固定、单阶变截面柱。1单阶一次超静定柱在任意荷载作用下的柱顶反力 用力法求柱顶反力用力法求柱顶反力第95页/共175页 因主要与柱的形状有关，称其为“形常数形常数”因与荷载有关，称其为“载常数载常数”，由图乘法图乘法可求得力法方程第96页/共175页可求得为柱顶位移系数；为在边阶处集中力矩下的柱顶反力系数；由上可知，若柱顶位移系数和反柱顶位移系数和反力系数力系数已知，可求得柱顶的反力R，且C0和CM仅与柱的尺寸有关。第97页/共175页将各柱在柱顶处切开，切口处用一
31、对相应的剪力Vi来代替，则 平衡条件平衡条件 变形条件变形条件 物理条件物理条件2 2柱顶水平集中力作用下等高排架内力分析柱顶水平集中力作用下等高排架内力分析 第98页/共175页 柱顶水平集中力作用下的等高排架内力分析柱顶水平集中力作用下的等高排架内力分析 第99页/共175页由物理条件和变形条件得：代入平衡条件，得即第100页/共175页说明说明 在柱顶水平集中力下，各柱的剪力按其抗剪刚度与各 柱抗剪刚度总和的比例分配，故称剪力分配法。剪力分配系数满足 柱顶剪力Vi仅与F的大小有关，而与其作用在排架左侧 或右侧柱顶处无关，但F的作用位置对横梁内力有影响。第101页/共175页3 3任意荷载
32、作用下等高排架内力分析任意荷载作用下等高排架内力分析 柱顶附加不动铰支座，求各柱反力Ri，不动铰支座总反 力为 。将支座总反力R反向作用于排架柱顶，求出柱顶水平力 R作用下各柱顶剪力 。计算结果叠加，得任意荷载作用下排架柱顶剪 力 。计算步骤计算步骤第102页/共175页 任意荷载作用下的等高排架内力分析任意荷载作用下的等高排架内力分析 第103页/共175页 通常用结构力学中的力法进行分析通常用结构力学中的力法进行分析 不等高排架内力分析第104页/共175页1 1厂房整体空间作用的概念厂房整体空间作用的概念考虑房整体空间作用的排架内力计算 当结构布置或荷载分布不均匀时，由于屋盖等纵向联系
33、构件将各榀排架或山墙联系在一起，各榀排架或山墙的受 力及变形都是相互制约的。这种相互制约作用称为整体空整体空 间作用间作用。空间作用的程度空间作用的程度主要取决于：屋盖的水平刚度、荷载类 型、山墙刚度和间距等。一般单厂，恒载、屋面活载、雪载、风载作用下，可不可不 考虑空间作用考虑空间作用，按平面排架结构分析内力时。吊车荷载作吊车荷载作 用下，可以考虑整体空间作用用下，可以考虑整体空间作用。第105页/共175页 屋盖：屋盖：水平面内受力的梁 各榀横向排架：各榀横向排架：梁的弹性支座 各支座反力各支座反力Ri:相应排架所分担的水平力 单个荷载作用下空间作用分配系数单个荷载作用下空间作用分配系数
34、值越小,空间作用越大。2吊车荷载作用下考虑厂房整体空间作用的排架 内力分析第106页/共175页厂房整体空间作用分析厂房整体空间作用分析第107页/共175页柱顶附加不动铰支座，求出Tmax作用下柱顶反力将反向 加于排架柱顶，求出各柱顶剪力上述两项计算的柱顶剪力叠加，即为考虑空间作用的柱 顶剪力;按静定悬臂柱求各柱的内力。3.3.考虑厂房整体空间作用时排架内力计算步骤考虑整体空间作用时，柱顶剪力不考虑整体空间作用时，柱顶剪力 第108页/共175页考虑空间作用时排架内力分析考虑空间作用时排架内力分析第109页/共175页 上柱底上柱底 下柱顶下柱顶 下柱底下柱底 集中荷载作用处的截面集中荷载作
35、用处的截面 当柱上作用有较大的集中荷载（如悬 墙重量等）时，根据其内力大小还需 将集中荷载作用处的截面作为控制截面。排架结构内力组合柱的控制截面 柱的控制截面柱的控制截面 第110页/共175页 由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合 荷载效应组合 由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合第111页/共175页不利内力组合l 通常选择以下四种内力组合作为截面最不利内力组合通常选择以下四种内力组合作为截面最不利内力组合 +Mmax及相应的N，V Mmax及相应的N，V Nmax及相应的M，V Nmin及相应的M，V第112页/共175页l 内力组合注意事项内力组合注意事项 每次
36、均应组合恒载。每次组合时只能以一种内力为目标。对同一柱，Dmax、Dmin只能取一。Tmax可向左、向右，只能取一。D与Tmax不一定同时发生,但有Tmax时,必须有Dmax、Dmin。以Nmax或Nmin为目标进行内力组合时，应使M尽可能大。左、右吹风只能取一。多台吊车参与组合时，应乘以荷载折减系数。第113页/共175页3.5 3.5 柱的设计柱的截面设计 柱的牛腿设计 柱的吊装验算抗风柱的设计主要内容排架柱抗风柱第114页/共175页柱的截面设计截面尺寸的确定 柱的截面尺寸除应满足承载力的要求外，还应保证具 有足够的刚度。由于影响厂房结构刚度的因素较多，目前主要是根据 工程经验和实测试验
37、资料来保证厂房的刚度。第115页/共175页截面配筋计算 正截面承载力：正截面承载力：一般对称配筋，按偏压构件计算。斜截面承载力：斜截面承载力：非地震区可按构造配箍筋。在对柱进行受压承载力计算或验算时，柱的计算长度l0与柱的偏心距增大系数 或稳定系数 有关。第116页/共175页构造要求混凝土强度等级不应低于C25 混凝土构造要求混凝土构造要求钢筋构造要求钢筋构造要求 纵筋：纵筋：直径、配筋率、间距等。箍筋：箍筋：形式、直径、间距等。第117页/共175页柱的牛腿设计牛腿的受力特点及破坏形态牛腿截面尺寸的确定 纵向受力钢筋的计算与构造 水平箍筋及弯起钢筋 牛腿设计第118页/共175页作用：作
38、用：将牛腿顶面荷载传给柱子。支承构件：支承构件：屋架、托架、吊车梁、连系梁。牛腿示意图牛腿示意图第119页/共175页牛腿的受力特点及破坏形态 试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大体经历三个阶段 弹性阶段弹性阶段 裂缝出现与开展阶段裂缝出现与开展阶段 最后破坏阶段最后破坏阶段第120页/共175页弹性阶段主应力迹线特点主应力迹线特点主拉应力沿长度分布较均匀，加载 点附近稍向下倾斜。ab连线附近带状区域内，主压应力 迹线大体与ab连线平行，分布较均匀。上柱根与牛腿交界处存在应力集中。牛腿的应力状态牛腿的应力状态 第121页/共175页 2040极限荷载时，上柱根与牛腿交界处首先出现自 上而下的竖向
39、裂缝，裂缝细小且开展较慢，对牛腿受力 性能影响不大；4060极限荷载时，加载垫板内侧附近出现斜裂缝 ，方向大体与主压应力轨迹线平行。裂缝出现与开展阶段 牛牛腿腿的的破破坏坏形形态态第122页/共175页破坏阶段 随随a/h0值的不同，值的不同，牛腿有三种不同的破牛腿有三种不同的破坏形态坏形态弯压破坏 剪切破坏 斜压破坏 第123页/共175页 弯压破坏弯压破坏 发生条件：，且纵筋配置较少时。斜压破坏斜压破坏 发生条件：。剪切破坏剪切破坏 发生条件：，或虽 较大但牛腿外边缘高 度h1较小时。第124页/共175页牛腿截面尺寸的确定 牛腿的截面宽度与柱宽相同，故确定牛腿的截面尺寸 主要是确定其截面
40、高度截面高度。牛腿截面尺寸通常以不出现斜裂缝作为控制条件控制条件。设计时应以下列经验公式作为抗裂控制条件来确定牛 腿的截面尺寸：第125页/共175页牛腿尺寸牛腿尺寸 为防止牛腿顶面加载垫板下混凝土的局部受压破坏局部受压破坏，垫板下的局部压应力应满足：第126页/共175页纵向受力钢筋的计算与构造 计算简图计算简图 三角桁架：三角桁架：水平纵筋为拉杆拉杆、斜向受压混凝土为压杆压杆。牛腿的计算简图牛腿的计算简图第127页/共175页对A点取矩 近似取 =0.85，纵向受力钢筋计算及构造要求纵向受力钢筋计算及构造要求 时，则由上式得As为：第128页/共175页水平箍筋及弯起钢筋 牛腿截面尺寸满足
41、抗裂条件后，可不进行斜截面受剪承载力计算，只需按构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。u 水平箍筋：水平箍筋：应取612mm，间距 100150mmu 弯起钢筋：弯起钢筋：牛腿剪跨比a/h00.3时，宜设置。纵筋不得 兼作弯起钢筋。位置：位置：宜使其与荷载作用点到牛腿斜边下端点连线的交 点位于牛腿上部l/6l/2之间。面积：面积：不宜小于承受竖向力纵筋截面积。根数：根数：不宜少于2根。第129页/共175页 牛腿配筋构造牛腿配筋构造第130页/共175页柱的吊装验算吊装方式：吊装方式：平吊、翻身吊。计算简图：计算简图：简支外伸梁。控制截面：控制截面：一般取上柱底、牛腿根部、下柱跨中。计算截面：计算截
42、面：平吊时：平吊时：形截面可简化为2hf（宽）bf（高）只考虑两翼缘最外边的一排钢筋参与 工作。翻身吊时：翻身吊时：可按矩形或I形截面。当验算不满足要求时，应优先采用调整或增设吊点以减小弯矩的方法或采取临时加固措施来解决；当变截面处配筋不足时，可在该局部区段加配短钢筋。第131页/共175页 柱柱的的吊吊装装方方式式及及计计算算简简图图第132页/共175页抗风柱的设计抗风柱尺寸的确定 上柱上柱不宜小于350300mm，下柱下柱截面高度不宜小于600mm。柱顶标高：柱顶标高：应低于屋架上弦中心线50mm，使柱顶对屋架 施加的水平力传至屋架上弦中心线。变阶处标高：变阶处标高：应低于屋架下弦底边2
43、00mm，防止屋架产生 挠度时与抗风柱相碰 。第133页/共175页 柱顶：柱顶：不动铰支座，与屋架下弦也相连时也是为一个不 动铰支座。柱底：柱底：固定于基础顶面。计算简图及内力分析 计算简图计算简图 忽略抗风柱自重时,可按变截面受弯构件（风荷载）。山墙设有连系梁时,可按变截面偏压构件(风荷载,墙重量)。内力分析内力分析第134页/共175页抗抗风风柱柱计计算算简简图图 第135页/共175页3.6 3.6 柱下独立基础设计 确定基础形式和埋深。确定基础的底面尺寸。确定基础高度。基础底板的配筋计算 柱下独立基础按照受力特点分为柱下独立基础按照受力特点分为 轴心受压基础。偏心受压基础两类。基础设
44、计主要内容基础设计主要内容第136页/共175页基础底面尺寸的确定轴心荷载作用下的基础在轴心荷载作用下，基础底面的压力为均匀分布，设计时 应满足下式要求：若基础的埋置深度为d，基础及其上填土的平均重度为 ，则，将其代入上式可得基础底面面积为：第137页/共175页轴心受压基础压力分布轴心受压基础压力分布第138页/共175页偏心荷载作用下的基础 在偏心荷载作用下，基础底面的压力为线性分布，则基础底面边缘的压力可按下式计算：第139页/共175页偏心受压基础压力分布偏心受压基础压力分布 第140页/共175页取，并将代入上式，可得基础底面边缘的压力值，见式：根据力的平衡条件，可求得基础底面边缘的
45、最大压力值为：。第141页/共175页在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求：第142页/共175页基础高度验算 试验研究表明，当柱与基础交接处或基础变阶处的高度高度 不足不足时，柱传来的荷载将使基础发生如下图所示的冲切冲切 破坏破坏。基础冲切破坏示意图基础冲切破坏示意图 第143页/共175页混凝土结构设计规范规定，矩形截面柱的阶形基础 ，在柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力受冲切承载力 应符合下列规定：第144页/共175页计算阶形基础的受冲切承载力截面位置计算阶形基础的受冲切承载力截面位置 第145页/共175页基础底板配筋轴心荷载作用下的基础 为简化计算，将基础底板划
46、分为四个区块，每个区块 都可看作是固定于柱边的悬臂板悬臂板，且区块之间无联系。截面弯矩设计值为：第146页/共175页基础底板配筋计算图基础底板配筋计算图 第147页/共175页 由于长边方向的钢筋一般置于沿短边方向钢筋的下面，此处若假定b方向为长边，故沿长边沿长边b方向方向的受力钢筋截 面面积，可近似按下式计算：如果基础底板两个方向受力钢筋直径均为d，则截面 的有效高度为。故沿短边沿短边l方向方向的受力钢筋 截面面积为：第148页/共175页偏心荷载作用下的基础 当偏心矩小于或等于 基础宽度时，沿弯矩作用方 向在任意截面处，及垂直于弯矩作用方向在任 意截面处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设
47、计值 、，可分别按下列公式计算：对于阶形基础，尚应进行变阶截面处的配筋计算变阶截面处的配筋计算，并比较由上述所计算的配筋及变阶截面处的配筋，取二者较取二者较大者作为基础底板的最后配筋大者作为基础底板的最后配筋。第149页/共175页构造要求基础形状 底板配筋 混凝土强度等级 杯口深度 杯口尺寸 杯底厚度 锥形基础的边缘高度 第150页/共175页3.7 3.7 单厂结构其他主要构件的设计要点屋架的设计要点连接构造及预埋件的设计要点吊车梁的设计要点第151页/共175页钢筋混凝土屋架的设计要点屋架高度和截面尺寸的确定荷载及其组合内力分析杆件截面设计及配筋构造屋架的扶直吊装验算第152页/共175
48、页屋架高度和杆件截面尺寸 屋架高度与跨度之比一般取1/10-1/6。上弦杆为压弯构件，其节间长度不宜过大，为了铺放屋面 板，一般取3 m；当屋架跨度较大时，为减少节点和腹杆数，可取4.5-6 m。下弦为受拉构件，节间长度一般取4-6 m。应尽可能使屋架上较大的集中荷载作用在节点上，还要考虑便于布置屋架支撑等。第153页/共175页荷载及组合 作用于屋架上的荷载有恒荷载和活荷载两类，在进 行荷载组合时，需注意以下几点注意以下几点：屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取较大值；风荷载对屋架一般为吸力，使竖向荷载作用下的屋架 内力减小，可不考虑；对于屋面活荷载，既可以作用于全跨，也有可能作用 于半跨
49、；在施工时，由于吊装次序的先后，亦可能出现屋面板 布满半跨的情况；当屋架在半跨荷载作用时，可能使 屋架腹杆内力最大，甚至使内力符号发生改变。第154页/共175页因此，在设计屋架时应考虑以下三种荷载组合三种荷载组合：全跨恒载+全跨活载；全跨恒载+半跨活载；屋架（包括屋盖支撑）自重重力荷载+半跨屋面 板重力荷载+半跨屋面安装活载。第155页/共175页内力分析 内力计算方法内力计算方法 简化计算时，假定屋架各节点为上弦连续梁的不动 铰支座，计算简图如图所示，可用弯矩分配法计算 内力；在桁架节点荷载作用下，按铰接桁架计算各杆的轴 力。设计时，也可近似地将上弦按简支梁求出支座 反力。第156页/共1
50、75页屋架计算简图屋架计算简图第157页/共175页杆件截面设计及配筋构造要求 屋架上弦杆上弦杆一般为小偏心受压，通常设计成对称配筋截 面。下弦杆下弦杆一般按轴心受拉杆件（忽略自重荷载）计算受拉 承载力，并进行裂缝宽度或抗裂验算。屋架的腹杆腹杆为轴心受力杆件。受拉腹杆受拉腹杆尚需进行裂缝宽度 验算。第158页/共175页屋架的扶直和吊装验算 扶直验算扶直验算 吊装验算吊装验算 屋架扶直和吊装计算简图屋架扶直和吊装计算简图 第159页/共175页吊车梁的设计要点 吊车梁是厂房的主要承重构件，承受吊车在起重、运行时产生的各种移动荷载；同时对传递纵向水平荷载、加强厂房纵向刚度起着重要作用。截面尺寸的