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1、 混凝土结构设计 Design of Concrete Structure华中科技大学建筑工程系 2013年第12章 单层厂房第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 本章主要内容及重点 本章主要内容及重点结构形式 结构组成 结构布置 构件选型与截面设计 横向排架结构内力分析 柱的设计 柱下独立基础设计 横向排架结构内力分析柱的设计 柱下独立基础设计 主要内容：主要内容：重点：重点：第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.1 12.1 结构形式 结构形式混合结构 钢筋混凝土结构 1.单层厂房的结构形式 对无吊车或吊车吨位不超过5t、跨度在15m以内、柱顶标高不超过8
2、m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36m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。（1）按主要承重材料可分为：钢结构 除上述情况以外的单层厂房均可采用混凝土结构。而且除特殊情况之外，一般均采用装配式钢筋混凝土结构第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构排架结构 门式刚架结构（2）按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构 12.1 12.1 结构形式 结构形式1.单层厂房的结构形式 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构12.2 12.2 结构组成 结构组成1.结构组成 单层厂房结构是由一些构件组成的一个
3、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:单层厂房结构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.屋架下弦横向水平支撑14.屋架端部垂直支撑 15.柱间支撑第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构12.2 12.2 结构组成 结构组成屋盖结构 有檩体系 无檩体系 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和托架等构件 由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成 屋盖结构1.结构组成 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.2
4、12.2 结构组成 结构组成横向排架 结 构 由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面骨架，是厂房的基本承重结构。厂房承受的竖向荷载及横向水平荷载主要通过横向平面排架传至基础及地基横向平面排架组成及荷载图1.结构组成 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.2 12.2 结构组成 结构组成纵向排架 结 构 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盖结构传来的纵向风荷载等围护结构 位于厂房的四周，包括纵墙、横墙（山墙）、抗风柱、连系梁、
5、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纵向平面排架组成及荷载图1.结构组成 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构12.2 12.2 结构组成 结构组成 单层厂房结构中，纵向平面排架和横向平面排架间主要通过屋盖结构和支撑体系相连接而形成空间结构，各构件及其作用为单层厂房结构构件及其作用 构件名称 构件作用 备注屋盖结构屋面板承受屋面构造层自重、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载以及施工荷载等，并将它们传给屋架（屋面梁），具有覆盖、围护和传递荷载的作用支撑在屋架（屋面梁）或檩条上天沟板屋面排水并承受屋面积水及天沟板上的构造层自重、施工荷载等，并将
6、它们传给屋架天窗架形成天窗以便于采光和通风，承受其上屋面板传来的荷载及天窗上的风荷载等，并将它们传给屋架托架当柱距比屋架间距大时，用以支撑屋架，并将荷载传给柱1.结构组成 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构12.2 12.2 结构组成 结构组成构件名称 构件作用 备注屋盖结构屋架或屋面梁与柱形成横向排架结构，承受屋盖上的全部竖向荷载，并将它们传给柱檩条支撑小型屋面板（或瓦材），承受屋面板传来的荷载，并将它们传给屋架有檩体系屋盖中采用柱排架柱承受屋盖结构、吊车梁、外墙、柱间支撑等传来的竖向和水平荷载，并将它们传给基础同时为横向排架和纵向排架中的构件抗风柱承受山墙传来的风荷载，并将
7、它们传给屋盖结构和基础也是围护结构的一部分支撑体系屋盖支撑加强屋盖结构空间刚度，保证屋架的稳定，将风荷载传给排架结构柱间支撑加强厂房的纵向刚度和稳定性，承受并传递纵向水平荷载至排架柱或基础1.结构组成 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构12.2 12.2 结构组成 结构组成构件名称 构件作用 备注围护结构外纵墙山墙厂房的围护构件，承受风荷载及其自重连系梁连系纵向柱列，增强厂房的纵向刚度，并将风荷载传递给纵向柱列，同时还承受其上部墙体的重量圈梁加强厂房的整体刚度，防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载引起的不利影响过梁承受门窗洞口上部墙体的重量，并将它们传给门窗两侧墙体基础梁 承受
8、围护墙体的重量，并将它们传给基础吊车梁承受吊车竖向和横向或纵向水平荷载，并将它们分别传给横向或纵向排架简支在柱牛腿上基础承受柱、基础梁传来的全部荷载，并将它们传给地基1.结构组成 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构1.结构组成 12.2 12.2 结构组成 结构组成第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构工业设计要求 方案设计阶段技术设计阶段施工图阶段 确定柱网布置等平面问题 1.厂房结构的设计步骤 一个建设项目的设计，一般包括工艺设计、建筑设计、结构设计和设备设计（如水、暖、电等）等几方面。就单层厂房结构设计而言，可分为方案设计、技术设计和施工图绘制等三个阶段。确定
9、结构形式、标高等剖面问题 选择结构构件类型 确定结构布置 确定结构计算简图 荷载计算及排架内力分析 结构构件（柱、基础等）设计 结构布置图（屋面、柱、基础等）构件布置与配筋图 节点大样图 12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构12.3 12.3 结构布置 结构布置2.柱网与定位轴线（1）柱网 纵向定位轴线间的距离为跨度，横向定位轴线间的距离为柱距。柱网的布置应符合厂房建筑模数协调标准GBJ6-68。跨度在18m及以下时，采用扩大模数30M数列（3m的倍数）；跨度在18m以上时，采用扩大模数60M数列（6m的倍数）。柱距一般采用6m，也有采用9m
10、和12m的。抗风柱的柱距一般采用扩大模数15M数列（1.5m的倍数）。第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构12.3 12.3 结构布置 结构布置2.柱网与定位轴线第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构12.3 12.3 结构布置 结构布置2.柱网与定位轴线第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构2.柱网与定位轴线12.3 12.3 结构布置 结构布置（2）纵向定位轴线 纵向定位轴线分为封闭式定位轴线和非封闭式定位轴线。具体根据吊车规格、厂房跨度、排架柱截面尺寸确定。厂房跨度：式中，B1为吊车轨道中心线至吊车桥架外边缘的距离，根据吊车规格确定；B2为吊车桥架外
11、边缘至上柱内边缘的净宽，Q50t 时，取B280mm，Q 50t 时，取B280mm；B3为上柱截面高度（边柱）或上柱截面高度的1/2（中柱）。第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构2.柱网与定位轴线12.3 12.3 结构布置 结构布置 当 e 750mm时，采用封闭式定位轴线；并取e=750mm。当 e 750mm时，采用非封闭式定位轴线。采用非封闭式定位轴线时，联系尺寸Q50t 时，D=150mm，Q 50t 时，取D=250mm（或D=500mm）。D封闭式定位轴线 非封闭式定位轴线第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构2.柱网与定位轴线12.3 12.3 结构
12、布置 结构布置（3）横向定位轴线 厂房中间部位：轴线与柱中心线重合。端部：轴线位于山墙内边缘，端柱中心线内移500mm（或600mm）。伸缩缝部位：轴线与伸缩缝中心线重合，两侧柱中心线内移500mm（或600mm）。500端部山墙处轴线定位500 500伸缩缝处轴线定位第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构2.柱网与定位轴线12.3 12.3 结构布置 结构布置（4）变形缝 变形缝包括伸缩缝、沉降缝和抗震缝。伸缩缝：伸缩缝宽度通常取100mm，对混凝土排架结构，伸缩缝的最大间距为100 m（室内或土中）或70m（露天）。沉降缝：沉降缝宽度通常取50mm。当相邻部位高差很大、相邻跨吊
13、车起重量悬殊、下卧土层有很大变化、各部分施工时间相差很长时应设置沉降缝。抗震缝：当厂房平、立面布置复杂或结构高度、刚度相差很大时宜设置抗震缝。抗震缝的宽度与房屋高度有关，最小宽度为100mm。地震区的伸缩缝和沉降缝均应符合抗震缝的要求。第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构12.3 12.3 结构布置 结构布置 3.屋盖支撑布置（1）上弦横向水平支撑 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。构成：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。作用：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
14、的顶端水平支座，承受由山墙传来的风荷载和其他纵向水平荷载，并传至厂房纵向柱列。布置：当屋盖为有檩体系，或屋盖为无檩体系，但屋面板与屋架的连接质量不能保证且抗风柱与屋架上弦连接，每一伸缩缝区段端部第一或第二柱间布置；当设有天窗，且天窗通过厂房端部的第二柱间或通过伸缩缝，应在第一或第二柱间的天窗范围内设置，并在天窗范围内沿纵向设置13道通长的受压系杆，将天窗范围内各榀屋架与上弦横向水平支撑连系起来。第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 上弦横向水平支撑布置3.屋盖支撑布置12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构（2）下弦横向水平支撑构成
15、：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：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。布置：当屋架下弦设有悬挂吊车，或厂房内有较大振动，或山墙风荷载通过抗风柱传至屋架下弦，应在每一伸缩缝区段两端的第一或第二柱间设置，宜与上弦横向水平支撑设置在同一柱间。下弦横向水平支撑布置3.屋盖支撑布置12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构（3）纵向水平支撑构成：由交叉角钢、直杆和屋架下弦第一节间组成的纵向水平桁架。作用：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，加强厂房的空间工作；保证托架上弦的侧向稳
16、定。布置：当设有软钩桥式吊车且厂房高度大、吊车起重量较大，应在屋架下弦端节间沿厂房纵向通长或局部设置一道；当已设有下弦横向水平支撑时，为保证厂房空间刚度，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。纵向水平支撑布置3.屋盖支撑布置12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构（4）垂直支撑构成：由角钢杆件与屋架直腹杆组成的垂直桁架，形式为十字交叉形或W形。作用：保证屋架受荷后在平面外的稳定；传递纵向水平力。布置：应与下弦横向水平支撑布置在同一柱间内。当厂房跨度小于18m 且无天窗时，一般可不设垂直支撑和水平系杆；当厂房跨度1830m、屋架间距
17、为6m、采用大型屋面板时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨中设置一道垂直支撑；当屋架跨度大于30m 时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨度1/3 左右的节点处设置两道垂直支撑。3.屋盖支撑布置12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 垂直支撑和水平系杆布置图3.屋盖支撑布置12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构（5）水平系杆构成：分为上弦水平系杆和下弦水平系杆。作用：上弦水平系杆是为保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定；下弦水平系杆是为防止在吊车或有其它水平振动时屋架
18、下弦侧向颤动。布置：当屋盖设置垂直支撑时，未设置垂直支撑的屋架间，在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。刚性系杆（压杆）：凡设在屋架端部主要支承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。柔性系杆（拉杆）：其余均可采用柔性系杆。3.屋盖支撑布置12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构（6）天窗架支撑构成：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：保证天窗架上弦的侧向稳定；将天窗端壁上的风荷载传
19、给屋架。布置：纵向位置（柱间）：一般天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均设置在天窗端部第一柱间内。横向位置（道）：一般垂直支撑设置在天窗两侧。水平系杆：在未设置上弦横向水平支撑的天窗架间设置；应在上弦节点处设置柔性系杆；对有檩屋盖体系，檩条可以代替柔性系杆。3.屋盖支撑布置12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构天窗架支撑布置3.屋盖支撑布置12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构4.柱间支撑布置 构成：由交叉钢杆件组成，交叉倾角宜取45，支撑钢构件的截面尺寸需经承载力和稳定计算确定。柱间支撑是纵向平
20、面排架中最主要的抗侧力构件。作用：提高厂房的纵向刚度和稳定性；将吊车纵向水平制动力、山墙及天窗端壁的风荷载、纵向水平地震作用等传至基础。柱间支撑作用示意图12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构分类：对于有吊车的厂房，按其位置可分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑。上柱柱间支撑：位于牛腿上部，并在柱顶设置通长的刚性系杆；承受作用在山墙及天窗壁端的风荷载，并保证厂房上部的纵向刚度。下柱柱间支撑：位于牛腿下部；承受上部支撑传来的内力、吊车纵向制动力和纵向水平地震作用等，并将其传至基础。形式：十字交叉形；当柱间要通行或放置设备，或柱距较大而不宜采用交叉支撑时
21、，可采用门架式支撑。门架式柱间支撑4.柱间支撑布置 12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构布置：当设有A6A8的吊车，或A1A5的吊车起重量10t时或厂房跨度18m，或柱高8m时或厂房每列纵向柱总数7根时或设有3t以上的悬挂吊车时或露天吊车栈桥的柱列，应设置柱间支撑。上柱柱间支撑设置：一般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或临近中央的柱间。下柱柱间支撑设置：在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应的位置。4.柱间支撑布置 12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构优点：纵向水
22、平荷载作用下传力路线较短；厂房两端的温度伸缩变形较小；厂房纵向构件的伸缩受柱间支撑的约束较小，所引起的结构温度应力也较小。柱间支撑与伸缩变形的关系4.柱间支撑布置 12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构5.围护结构布置 抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦铰接；当屋架设有下弦横向水平支撑时，也可与下弦铰接或同时与上、下弦铰接。抗风柱与屋架之间一般采用竖向可以移动、水平方向又有较大刚度的弹簧板连接；如厂房沉降量较大时，宜采用槽形孔螺栓连接。（1）抗风柱抗风柱与屋架上、下弦连接构造12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结
23、构 单层厂房结构（2）圈梁、连系梁、过梁和基础梁 圈梁是设置于墙体内并与柱子连接的现浇钢筋混凝土构件，其作用是将墙体与排架柱、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。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。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。在进行围护结构布置时，应尽可能地将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一种梁能兼作两种或三种梁的作用，以简化构造，节约材料，方便施工。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，
24、以使墙体和柱的沉降变形一致。5.围护结构布置12.3 12.3 结构布置 结构布置第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.4 12.4 构件选型与截面尺寸确定 构件选型与截面尺寸确定1.主要构件的选型 单层厂房结构的主要构件有屋盖结构构件、支撑、吊车梁、墙板、连系梁、基础梁、柱和基础等。无檩体系屋盖常采用预应力混凝土大型屋面板，它适用于保温或不保温卷材防水屋面，屋面坡度不应大于1/5。无檩体系屋盖还可采用预应力F形屋面板，用于自防水非卷材屋面，以及预应力自防水保温屋面板、钢筋加气混凝土板等。（1）屋盖结构构件 有檩体系屋盖常采用预应力混凝土槽瓦、波形大瓦等小型屋面板。屋面板:
25、第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 檩条：檩条搁在屋架或屋面梁上，起着支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架的作用。它与屋架间用预埋钢板焊接，并与屋盖支撑一起保证屋盖结构的整体刚度和稳定性。各种形式的屋面板1.主要构件的选型 12.4 12.4 构件选型与截面尺寸确定 构件选型与截面尺寸确定第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 屋面梁和屋架：按型式可分为屋面梁、两铰（或三铰）拱屋架和桁架式屋架三大类。屋面梁：屋面梁的外形有单坡和双坡两种。两铰（或三铰）拱屋架：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。两铰拱的上弦为钢筋混凝土构件，三铰拱的
26、上弦可用钢筋混凝土或预应力混凝土构件。两铰（或三铰）拱屋架 1.主要构件的选型 12.4 12.4 构件选型与截面尺寸确定 构件选型与截面尺寸确定第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构桁架式屋架：当厂房跨度较大时，采用桁架式屋架较经济，它在单层厂房中应用非常普遍。桁架式屋架的矢高和外形对屋架受力均有较大影响，一般取高跨比为1/61/8 较为合理，其外形有三角形、拱形、梯形、折线形等几种。各种形式屋架德内力（f/L=1/6）1.主要构件的选型 12.4 12.4 构件选型与截面尺寸确定 构件选型与截面尺寸确定第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 天窗架和托架：天窗架：天
27、窗架的作用是形成天窗以便采光和通风，同时承受屋面板传来的竖向荷载和作用在天窗上的水平荷载，并将它们传给屋架。托架：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。天窗架的形式 托架的形式1.主要构件的选型 12.4 12.4 构件选型与截面尺寸确定 构件选型与截面尺寸确定第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构（2）吊车梁：吊车梁除直接承受吊车起重、运行和制动时产生的各种往复移动荷载外，它还具有将厂房的纵向荷载传递至纵向柱列、加强厂房纵向刚度等作用。吊车梁的类型 吊车梁一般根据吊车的起重量、工作级别、台数、厂房的跨度和柱距等因素选用。
28、1.主要构件的选型 12.4 12.4 构件选型与截面尺寸确定 构件选型与截面尺寸确定第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构2.柱（1）柱的形式：主要有排架柱和抗风柱两类。钢 筋 混 凝 土 排 架 柱 一 般 由 上 柱、下 柱 和 牛 腿 组 成，其 结 构 型 式 可 概括 为 单 肢 柱 和 双 肢 柱 两 类。上 柱 一 般 为 矩 形 截 面 或 环 形 截 面；下 柱 的 截面 形 式 较 多，根 据 其 截 面 形 式 可 分 为 矩 形 截 面 柱、I 形 柱、双 肢 柱 和 管柱等几类。柱的形式抗风柱一般由上柱和下柱组成，无牛腿，上柱为矩形截面，下柱一般为 I形
29、截面。12.4 12.4 构件选型与截面尺寸确定 构件选型与截面尺寸确定第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构（2）柱的截面尺寸：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，以 免 厂 房 变 形 过 大，造 成 吊 车 轮 与 轨 道 过 早 磨 损，影 响 吊 车的正常运行，或导致墙体和屋盖产生裂缝，影响厂房的正常使用。柱 的 截 面 尺 寸 除 了 考 虑 吊 车 起 重 量 和 柱 的 类 型 两 个 因 素 外，还应 考 虑 厂 房 跨 数 和 高 度、柱 的 型 式、围 护 结 构 的 材 料 和 构 造
30、、施 工和吊装等。2.柱 12.4 12.4 构件选型与截面尺寸确定 构件选型与截面尺寸确定第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构3.基础 单 层 厂 房 的 柱 下 基 础 一 般 采 用 独 立 基 础（也 称 扩 展 基 础）。按 施 工 方法 可 分 为 预 制 柱 下 独 立 基 础 和 现 浇 柱 下 独 立 基 础 两 种。对 装 配 式 钢 筋 混凝 土 单 层 厂 房 排 架 结 构，常 见 的 独 立 基 础 形 式 主 要 有 杯 形 基 础、高 杯 基础和桩基础等。基础的类型 12.4 12.4 构件选型与截面尺寸确定 构件选型与截面尺寸确定第 第12 12
31、章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析1.排架计算简图（1）计算单元：可在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的区段，作为排架的计算单元。计算单元和计算模型第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析（2）基本假定和计算简图：为了简化计算，对于钢筋混凝土排架结构通常作如下假定：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（即屋架或屋面梁）为轴向刚度很大的刚性连杆。根据上述假定，可得到横向排架的计算简图。1.排架计算简图第 第12 12章 章
32、 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析横向排架的计算简图1.排架计算简图第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析2.排架结构上的荷载 作用在横向排架结构上的荷载有恒载、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载和风荷载等，除吊车荷载外，其它荷载均取自计算单元范围内。（1）恒载：屋盖自重F1：屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、天窗架、屋面构造层以及屋盖支撑等重力荷载。悬墙自重F5：当设有连系梁支承围护墙体时，排架柱承受着计算单元范围内连系梁、墙体和窗等重力荷载。吊车
33、梁和轨道及连接件自重F4。柱自重F2（F3）：F5F5F6F6第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构2.排架结构上的荷载 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析 恒载作用位置及相应的排架计算简图2.排架结构上的荷载 F1F1F1F1F1F2F3F4F2+F4+F5F5e4e5第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析（2）屋面活荷载：包括屋面均布活荷载、屋面雪荷载和屋面积灰荷
34、载三部分。其荷载分项系数均为1.4。屋面均布活荷载：屋面水平投影面上的屋面均布活荷载标准值，按下列情况取：不上人的屋面为0.5kN/m2；上人的屋面为2.0kN/m2。屋面雪荷载：屋面水平投影面上的雪荷载标准值(kN/m2)式中:为基本雪压(kN/m2)；为屋面积雪分布系数。屋面积灰荷载：对设计生产中有大量排灰的厂房及其临近建筑时，应考虑屋面积灰荷载的影响。不 上 人 的 屋 面 均 布 活 荷 载 不 与 雪 荷 载 同 时 考 虑，取 两 者 中 的 较 大 值；当 有 屋 面 积 灰 荷 载 时，积 灰 荷 载 应 与 雪 荷 载 或 不 上 人 的 屋 面 均 布 活荷载两者中的较大值
35、同时考虑。注：2.排架结构上的荷载 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构（3）吊车荷载：桥式吊车产生的荷载有：竖向荷载 横向水平荷载 纵向水平荷载 荷载计算以工作级别为依据，工作级别是根据吊车的利2.排架结构上的荷载 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析 吊车荷载示意图用等级（总工作循环次数）和荷载状态（达到额定起吊重量）的频繁程度确定的。工作级别分为轻级(A1A3)、中级(A4、A5)、重级(A6、A7)和特重级(A8)。第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 吊车竖向荷载：最大轮压与最小轮压：最大轮压 可从产品目录中查得；最小轮压 可由下
36、式确定：2.排架结构上的荷载 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析 和 按下式计算：式中，多台吊车的荷载折减系数。第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析 和 同时出现，可出现在左柱，也可以出现在右柱，因此计算中应考虑两种情况。和 对 下 柱 为 偏 心 压 力，作用 于 牛 腿 顶 面，换 算 到 下 柱 形 心 得 到 轴向压力和力矩。当计算吊车梁及其连接的强度时，吊车竖向荷载应乘以动力系数。注：计 算 排 架 考 虑 多 台 吊 车 竖 向 荷 载 时，对 单 跨 厂 房 的 每 个 排
37、架，参与 组 合 的 吊 车 台 数 不 宜 多 于2台；对 多 跨 厂 房 的 每 个 排 架，不 宜多于4台。2.排架结构上的荷载 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析吊车横向水平荷载：吊车总的横向水平荷载可按下式取值：式中 吊车的额定起重量；小车重量；横向水平荷载系数。对 于 一 般 四 轮 桥 式 吊 车，大 车 每 一 轮 子 传 递 给 吊 车 梁 的 横 向 水平制动力 为：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2台。注：2.排架结构上的荷载 第 第12 12章
38、章 单层厂房结构 单层厂房结构2.排架结构上的荷载 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析吊车纵向水平荷载：吊 车 纵 向 水 平 荷 载 标 准 值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，即式 中，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，n=1。无论单跨或多跨厂房，在计算吊车纵向水平荷载时，一侧的整个纵向排架上最多只能考虑2台吊车。注：2.排架结
39、构上的荷载 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析式中 基本风压值（kN/m2），是以当地比较空旷平坦地面上离 高度z 处的风振系数；对单层厂房：风压高度变化系数；风荷载体型系数。地10m 高 处 统 计 所 得 的50年 一 遇10分 钟 平 均 最 大 风 速 为 标准确定的风压值；（4）风荷载：垂直于建筑物表面上的风荷载标准值（kN/m2）按下式计算：2.排架结构上的荷载 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构2.排架结构上的荷载 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析 风荷载
40、的计算q5q6F5F3W墙面上均布风荷载：第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构2.排架结构上的荷载 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析柱顶水平集中荷载：排架计算时，作用在柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，其风压高度变化系数按柱顶标高取值，这是偏于安全的。当基础顶面至室外地坪的距离不大时，为简化计算，风荷载可按柱全高计算。12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构2.排架结构上的荷载 柱顶至屋脊间屋盖部分的风荷载，仍取为均布的，其对排架的作用则按作用在柱顶的水平集中风荷载标准值 Wk考
41、虑。这时的风压高度变化系数可按下述情况确定：有矩形天窗时，按天窗檐口取值；无矩形天窗时，按厂房檐口标高取值。式中，W1k 为作用在竖直面上的风荷载标准值，按柱顶至檐口顶部的距离h1计算；W2k为作用在坡屋面上风荷载水平分力标准值的合力，按檐口顶部至屋脊的距离h2计算。对双坡屋面：注意：风荷载有左风和右风之分。12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析（1）柱顶水平集中力作用下等高排架内力分析：在 柱 顶 水 平 集 中 力 作 用 下，等 高 排 架 各 柱 顶 侧 移 相 等，各 柱 的 剪力 按 其 抗 剪 刚 度 与 各 柱 抗 剪 刚 度 总 和 的 比 例 关 系
42、 进 行 分 配。这 种 方 法简称剪力分配法。设柱顶在单位水平力作用下产生的侧移为，则 为柱顶产生单位侧移所需的水平力即柱的抗剪（推或侧）刚度，用D表示。由结构力学求得：第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构3.等高排架内力分析 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构3.等高排架内力分析 式中，则于是柱顶水平集中力作用下等高排架的变形和内力 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析式中 Di 第 i 根排架柱的抗侧移刚度（或抗剪刚度）
43、，即悬臂柱 柱顶产生单位侧移所需施加的水平力 第 i 根排架柱的剪力分配系数，按下式计算：求 得 柱 顶 剪 力Vi 后，用 平 衡 条 件 可 得 排 架 柱 各 截 面 的 弯 矩和剪力。当 排 架 结 构 柱 顶 作 用 水 平 集 中 力F 时，各 柱 的 剪 力 按 其 抗 剪刚度与各柱抗剪刚度总和的比例关系进行分配。注：3.等高排架内力分析 第三章 第三章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析剪力分配系数必满足。各 柱 的 柱 顶 剪 力Vi仅 与F 的 大 小 有 关，而 与 其 作 用 在 排 架 左 侧或右侧柱顶处位置无关
44、，但F 的作用位置对横梁内力有影响。（2）任意荷载作用下等高排架内力分析：等高排架在任意荷载作用下，为了利用剪力分配法求解，通常可采用以下三个步骤来进行这种情况下的排架内力分析。对 承 受 任 意 荷 载 作 用 的 排 架，先 在 排 架 柱 顶 部 附 加 一 个 不 动 铰支 座 以 阻 止 其 侧 移，则 各 柱 为 单 阶 一 次 超 静 定 柱，应 用 柱 顶 反力 系 数 可 求 得 各 柱 反 力Ri及 相 应 的 柱 端 剪 力，柱 顶 假 想 的 不 动铰支座总反力为。通常可查表计算。3.等高排架内力分析 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.
45、5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析撤 除 假 想 的 附 加 不 动 铰 支 座，将 支 座 总 反 力R 反 向 作 用 于 排 架柱 顶，应 用 剪 力 分 配 法 可 求 出 柱 顶 水 平 力R 作 用 下 各 柱 顶 剪 力。将 前 面 的 计 算 结 果 相 叠 加，可 得 到 在 任 意 荷 载 作 用 下 排 架 柱 顶剪力，然后可求出各柱的内力。任意荷载作用下等高排架内力分析3.等高排架内力分析 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构3.等高排架内力分析 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析（3）对称性的利用：等高排架在恒载作
46、用下，其结构和荷载通常都是对称的。这时柱顶无侧移，每根柱都可以简化为荷载不变、柱顶存在不动铰支座的单根柱进行计算（可查表计算）。=+B AA BC C第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析4.不等高排架内力分析 不 等 高 排 架 在 任 意 荷 载 作 用 下，由 于 高、低 跨 的 柱 顶 位 移 不 相 等，因 此，不 能 用 剪 力 分 配 法 求 解，其 内 力 通 常 用 结 构 力 学 中 的 力 法 进 行 分析。式中，为基本结构的柔度系数，可由单位力弯矩图图乘得到；、为载常数。两跨不等高排架内力分析第
47、 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析5.考虑厂房整体空间作用的排架内力分析（1）厂房整体空间作用的概念 当 各 榀 排 架 柱 顶 均 受 有 水 平 集 中 力R，且 厂 房 两 端 无 山 墙 时 每 一 榀 排架都相当于一个独立的平面排架。当 各 榀 排 架 柱 顶 均 受 有 水 平 集 中 力R，但 厂 房 两 端 有 山 墙 时，山 墙 则通 过 屋 盖 等 纵 向 联 系 构 件 对 其 它 各 榀 排 架 有 不 同 程 度 的 约 束 作 用，使各榀排架柱顶水平位移呈曲线分布，且。当 仅 其 中 一
48、榀 排 架 柱 顶 作 用 水 平 集 中 力R，且 厂 房 两 端 无 山 墙 时，则直 接 受 荷 排 架 通 过 屋 盖 等 纵 向 联 系 构 件，受 到 非 直 接 受 荷 排 架 的 约 束，使其柱顶的水平位移减小，即。当 仅 其 中 一 榀 排 架 柱 顶 作 用 水 平 集 中 力R，但 厂 房 两 端 有 山 墙 时，则直 接 受 荷 载 排 架 受 到 非 受 荷 排 架 和 山 墙 两 种 约 束，故 各 榀 排 架 的 柱 顶水平位移将更小，即。第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析 厂房空间作
49、用分析 当 结 构 布 置 或 荷 载 分 布不 均 匀 时，由 于 屋 盖 等 纵 向联 系 构 件 将 各 榀 排 架 或 山 墙联 系 在 一 起，故 各 榀 排 架 或山 墙 的 受 力 及 变 形 都 不 是 单独 的，而 是 相 互 制 约。这 种排 架 与 排 架，排 架 与 山 墙 之间 的 相 互 制 约 作 用，称 为 厂房的整体空间作用。单 层 厂 房 整 体 空 间 作 用 的 程 度 主 要 取 决 于 屋 盖 的 水 平 刚 度、荷 载类型、山墙刚度和间距等因素。5.考虑厂房整体空间作用的排架内力分析 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 1
50、2.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析（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 根 据 试 验 资 料 及 理 论 分 析，给 出 了 吊 车 荷 载 作 用 下 单 层 单 跨 的 空 间 工作分配系数。厂房空间工作示意图5.考虑厂房整体空间作用的排架内力分析 第 第12 12章 章 单层厂房结构 单层厂房结构 12.5 12.5 横向排架结构内力分析 横向排架结构内力分析厂 房 情 况吊车起重量（t）厂房长度（m）60 60有檩屋盖两端无山墙或一端有山墙30 0.90 0.85两端有山墙30 0.85无檩屋盖两端无山墙或一端有山墙75 厂房跨度（m）1227 27