11(1) 单层工业厂房

《11(1) 单层工业厂房》由会员分享，可在线阅读，更多相关《11(1) 单层工业厂房（42页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、2 单层工业厂房2.1单层工业厂房的结构组成和布置2.1.1结构组成 钢筋混凝土单层工业厂房结构有两种基本类型：排架结构与刚架结构，如图2-1所示。 （a）排架结构 （b）刚架结构图2-1 钢筋混凝土单层工业厂房的两种基本类型排架结构是由屋架(或屋面梁)、柱、基础等构件组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。此类结构能承担较大的荷载，在冶金和机械工业厂房中应用广泛，其跨度可达30m，高度2030m，吊车吨位可达150t或150t以上。图2-2 单层厂房的结构组成 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；ll基础梁；12天窗架垂直支撑；13屋架下弦

2、横向水平支撑；14屋架端部垂直支撑；15柱间支撑刚架结构的主要特点是梁与柱刚接，柱与基础通常为铰接。因梁、柱整体结合，故受荷载后，在刚架的转折处将产生较大的弯矩，容易开裂；另外，柱顶在横梁推力的作用下，将产生相对位移，使厂房的跨度发生变化，故此类结构的刚度较差，仅适用于屋盖较轻的厂房或吊车吨位不超过l0t，跨度不超过l0m的轻型厂房或仓库等。本章主要讲述钢筋混凝土铰结排架结构的单层厂房，这类厂房通常由下列结构构件所组成，如图2-2所示。1 1 1 屋盖结构分无檩和有檩两种体系，前者由大型屋面板、屋面梁或屋架(包括屋盖支撑)组成；后者由小型屋面板、檩条、屋架(包括屋盖支撑)组成。屋盖结构有时还有

3、天窗架、托架，其作用主要是维护和承重(承受屋盖结构的自重、屋面活载、雪载和其它荷载，并将这些荷载传给排架柱)，以及采光和通风等。 2 2 2 横向平面排架由横梁(屋面梁或屋架)和横向柱列(包括基础)组成，它是厂房的基本承重结构。厂房结构承受的竖向荷载(结构自重、屋面活载、雪载和吊车竖向荷载等)及横向水平荷载(风载和吊车横向制动力、地震作用)主要通过它将荷载传至基础和地基，如图2-3所示。图2-3 单层厂房的横向排架及其荷载示意图3纵向平面排架由纵向柱列(包括基础)、连系梁、吊车梁和柱间支撑等组成，其作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，并承受作用在山墙和天窗端壁并通过屋盖结构传来的纵向风载、吊

4、车纵向水平荷载(图2-4)、纵向地震作用以及温度应力等。4.吊车梁简支在柱牛腿上，主要承受吊车竖向和横向或纵向水平荷载，并将它们分别传至横向或纵向排架。图 2-4 纵向排架示意图5支撑 包括屋盖和柱间支撑，其作用是加强厂房结构的空间刚度，并保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全。同时起传递风载和吊车水平荷载或地震力的作用。6基础承受柱和基础梁传来的荷载并将它们传至地基。 7围护结构 包括纵墙和横墙(山墙)及由墙梁、抗风柱(有时还有抗风梁或抗风桁架)和基础梁等组成的墙架。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。2.1.2柱网及变形缝的布置 1柱网布置 厂房承重柱(

5、或承重墙)的纵向和横向定位轴线，在平面上排列所形成的网格，称为柱网。柱网布置就是确定纵向定位轴线之间(跨度)和横向定位轴线之间(柱距)的尺寸。确定柱网尺寸，既是确定柱的位置，同时也是确定屋面板、屋架和吊车梁等构件的跨度并涉及到厂房结构构件的布置。柱网布置恰当与否，将直接影响厂房结构的经济合理性和先进性，对生产使用也有密切关系。图2-5 柱网布置示意图柱网布置的一般原则应为：符合生产和使用要求；建筑平面和结构方案经济合理；在厂房结构形式和施工方法上具有先进性和合理性；符合厂房建筑统一化基本规则的有关规定；适应生产发展和技术革新的要求。 厂房跨度在18及以下时，应采用3的倍数；在18以上时，应采用

6、6的倍数。厂房柱距应采用6或6的倍数，如图2-5。当工艺布置和技术经济有明显的优越性时，亦可采用21、27、33的跨度和9或其它柱距。 目前，从经济指标、材料消耗、 施工条件等方面来衡量，一般的，特别是高度较低的厂房，采用6柱距比12柱距优越。 但从现代化工业发展趋势来看，扩大柱距，对增加车间有效面积，提高设备布置和工艺布置的灵活性，机械化施工中减少结构构件的数量和加快施工进度等，都是有利的。当然，由于构件尺寸增大，也给制作、运输和吊装带来不便。12柱距是6柱距的扩大模数，在大小车间相结合时，两者可配合使用。此外，12柱距可以利用现有设备做成6屋面板系统(有托架梁)；当条件具备时又可直接采用1

7、2屋面板(无托架梁)。所以，在选择12柱距和9柱距时，应优先采用前者。 2变形缝 变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。如果厂房长度和宽度过大，当气温变化时，将使结构内部产生很大的温度应力，严重的可将墙面、屋面等拉裂，影响使用。为减小厂房结构中的温度应力，可设置伸缩缝，将厂房结构分成几个温度区段。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。并留出一定宽度的缝隙，使上部结构在气温变化时，水平方向可以自由地发生变形。温度区段的形状，应力求简单，并应使伸缩缝的数量最少。温度区段的长度(伸缩缝之间的距离)，取决于结构类型和温度变化情况。砼结构设计规范对钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距作

8、了规定(表2-1)，当厂房的伸缩缝间距超过规定值时，应验算温度应力。伸缩缝的具体做法见有关建筑构造手册。 在一般单层厂房中可不做沉降缝，只有在特殊情况下才考虑设置，如厂房相邻两部分高度相差很大(如l0以上)、两跨间吊车起重量相差悬殊，地基承载力或下卧层土质有较大差别，或厂房各部分的施工时间先后相差很长，土壤压缩程度不同等情况。沉降缝应将建筑物从屋顶到基础全部分开，以使在缝两边发生不同沉降时不致损坏整个建筑物。沉降缝可兼作伸缩缝。防震缝是为了减轻厂房地震灾害而采取的有效措施之一。当厂房平、立面布置复杂或结构高度或刚度相差很大，以及在厂房侧边贴建生活间、变电所炉子间等附属建筑时，应设置防震缝将相邻

9、部分分开。地震区的厂房，其伸缩缝和沉降缝均应符合防震缝的要求。2.1.3 支撑的作用和布置原则 在装配式钢筋混凝土单层厂房结构中，支撑虽非主要的构件，但却是连系主要结构构件以构成整体的重要组成成分。实践证明，如果支撑布置不当，不仅会影响厂房的正常使用，甚至可能引起工程事故，所以应予以足够的重视。下面主要讲述各类支撑的作用和布置原则，至于具体布置方法及与其它构件的连接构造，可参阅有关标准图集。1.屋盖支撑屋盖支撑包括设置在屋面梁(屋架)间的垂直支撑、水平系杆以及设置在上、下弦平面内的横向支撑和通常设置在下弦水平面内的纵向水平支撑。(1) (1) (1) 屋面梁(屋架)间的垂直支撑及水平系杆。垂直

10、支撑和下弦水平系杆是用以保证屋架的整体稳定(抗倾覆)以及防止在吊车工作时(或有其他振动)屋架下弦的侧向颤动。上弦水平系杆则用以保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定(防止局部失稳)。 当屋面梁(或屋架)的跨度18m时，应在第一或第二柱间设置端部垂直支撑并在下弦设置通长水平系杆；当18m，且无天窗时，可不设垂直支撑和水平系杆；仅对梁支座进行抗倾覆验算即可。当为梯形屋架时，除按上述要求处理外，必须在伸缩缝区段两端第一或第二柱间内，在屋架支座处设置端部垂直支撑。(2)屋面梁(屋架)间的横向支撑。上弦横向支撑的作用是：构成刚性框，增强屋盖整体刚度，保证屋架上弦或屋面梁上翼缘的侧向稳定，同时将抗风柱传来

11、的风力传递到(纵向)排架柱顶。 当屋面采用大型屋面板，并与屋面梁或屋架有三点焊接，并且屋面板纵肋间的空隙用C20细石混凝土灌实，能保证屋盖平面的稳定并能传递山墙风力时，则认为可起上弦横向支撑的作用，这时不必再设置上弦横向支撑。凡屋面为有檩体系，或山墙风力传至屋架上弦而大型屋面板的连接又不符合上述要求时，则应在屋架上弦平面的伸缩缝区段内两端各设一道上弦横向支撑，当天窗通过伸缩缝时，应在伸缩缝处天窗缺口下设置上弦横向支撑。 （a）纵横向支撑形成 （b）设有托架的 （c）部分柱间设有托架的封闭支撑体系 纵向水平支撑 纵向水平支撑图 2-6 各类支撑平面图下弦横向水平支撑的作用是：保证将屋架下弦受到的

12、水平力传至(纵向)排架柱顶故当屋架下弦设有悬挂吊车或受有其它水平力，或抗风柱与屋架下弦连接，抗风柱风力传至下弦时，则应设置下弦横向水平支撑。 (3)屋面梁(屋架)间的纵向水平支撑。下弦纵向水平支撑是为了提高厂房刚度，保证横向水平力的纵向分布，增强排架的空间工作性能而设置的。设计时应根据厂房跨度、跨数和高度，屋盖承重结构方案，吊车吨位及工作制等因素考虑在下弦平面端节点中设置。如厂房还设有横向支撑时，则纵向支撑应尽可能同横向支撑形成封闭支撑体系，如图2-6；当设有托架时，必须设置纵向水平支撑，如图2-6b；如果只在部分柱间设有托架，则必须在设有托架的柱间和两端相邻的一个柱间设置纵向水平支撑，如图2

13、-6c，以承受屋架传来的横向风力。2柱间支撑柱间支撑的作用主要是提高厂房的纵向刚度和稳定性。对于有吊车的厂房，柱间支撑分上部和下部两种，前者位于吊车梁上部，用以承受作用在山墙上的风力并保证厂房上部的纵向刚度；后者位于吊车梁下部，承受上部支撑传来的力和吊车梁传来的吊车纵向制动力，并把它们传至基础，如图2-4所示。一般单层厂房，凡属下列情况之一者，应设置柱间支撑：(1)设有臂式吊车或3t及大于3t的悬挂式吊车时；(2)吊车工作级别为A6A8或吊车工作级别为A1A5且在10t或大于10t时；(3)厂房跨度在18m及大于18m或柱高在8m以上时；(4)纵向柱的总数在7根以下时；(5)露天吊车栈桥的柱列

14、。 当柱间内设有强度和稳定性足够的墙体，且其与柱连接紧密能起整体作用, 同时吊车起重量较小(5t)时，可不设柱间支撑。柱间支撑应设在伸缩缝区段的中央或临近中央的柱间。这样有利于在温度变化或混凝土收缩时，厂房可自由变形，而不致发生 较大的温度或收缩应力。当柱顶纵向水平力没有简捷途径传递时，则必须设置一道通长的纵向受压水平系杆(如连系梁)。柱间支撑杆件应与吊车梁分离，以免受吊车梁竖向变形的影响。柱间支撑宜用交叉形式，交叉倾角通常在3555间。当柱间因交通、设备布置或柱距较大而不宜或不能采用交叉式 图2-7 门架式支撑支撑时，可采用图2-7所示的门架式支撑。柱间支撑一般采用钢结构，杆件截面尺寸应经强

15、度和稳定性验算。 2.1.4 4抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的作用及布置原则1. 抗风柱 单层厂房的端墙(山墙)，受风面积较大，一般需要设置抗风柱将山墙分成几个区格，使墙面受到的风载一部分(靠近纵向柱列的区格)直接传至纵向柱列，另一部分则经抗风柱下端直接传至基础和经上端通过屋盖系统传至纵向柱列。当厂房高度和跨度均不大(如柱顶在8m以下，跨度为912m)时，可在山墙设置砖壁柱作为抗风柱；当高度和跨度较大时，一般都设置钢筋混凝土抗风柱，柱外侧再贴砌山墙。在很高的厂房中，为不使抗风柱的截面尺寸过大，可加设水平抗风梁或钢抗风桁架，如图2-8a，作为抗风柱的中间铰支点。抗风柱一般与基础刚接，与屋架

16、上弦铰接，根据具体情况，也可与下弦铰接或同时与上、下弦铰接。抗风柱与屋架连接必须满足两个要求：一是在水平方向必须与屋架有可靠的连接以保证有效地传递风载；二是在竖向允许两者之间有一定相对位移的可靠性，以防厂房与抗风柱沉降不均匀时产生不利影响。所以，抗风柱和屋架一般采用竖向可以移动，水平向又有较大刚度的弹簧板连接，如图2-8b；如厂房沉降较大时，则宜采用螺栓连接，如图2-8c。 (a)抗风柱 (b)弹簧板连接 (c)螺栓连接图8 抗风柱及连接示意图1锚拉钢筋；2抗风柱；3吊车梁；4抗风梁；5散水坡；6基础梁；7屋面纵筋或檩条；8弹簧板；9屋架上弦；10柱中预埋件；11螺栓；12加劲板；13长圆孔；

17、14硬木块 2圈梁、连系梁、过梁和基础梁 当用砖作为厂房围护墙时，一般要设置圈梁、连系梁、过梁及基础梁。圈梁的作用是将墙体同厂房柱箍在一起，以加强厂房的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载引起对厂房的不利影响。圈梁设置于墙体内，和柱连接仅起拉结作用。圈梁不承受墙体重量，所以柱上不设置支承圈梁的牛腿。圈梁的布置与墙体高度、对厂房刚度的要求以及地基情况有关。对于一般单层厂房，可参照下述原则布置：对无桥式吊车的厂房，当墙厚240mm，檐高为58m时，应在檐口附近布置一道，当檐高大于8m时，宜增设一道；对有桥式吊车或有极大振动设备的厂房，除在檐口或窗顶布置外，尚宜在吊车梁处或墙中适当位置增

18、设一道，当外墙高度大于15m时，还应适当增设。圈梁应连续设置在墙体的同一平面上，并尽可能沿整个建筑物形成封闭状。当圈梁被门窗洞口切断时，应在洞口上部墙体中设置一道附加圈梁(过梁)，其截面尺寸不应小于被切断的圈梁。两者搭接长度的要求可参阅砌体结构教材。连系梁的作用是连系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度并传递风载到纵向柱列。此外，连系梁还承受其上部墙体的重量。连系梁通常是预制的，两端搁置在柱牛腿上，其连接可采用螺栓连接或焊接连接。过梁的作用是承托门窗洞口上部墙体重量。 在进行厂房结构布置时，应尽可能将圈梁，连系梁和过梁结合起来，以节约材料、简化施工，使一个构件在一般厂房中，能起到两种或三种构件的作用

19、。通常用基础梁来承托围护墙体的重量，而不另做墙基础。基础梁底部距土壤表面应预留lOOmm的空隙，使梁可随柱基础一起沉降。当基础梁下有冻胀性土时，应在梁下铺设一层干砂、碎砖或矿渣等松散材料，并预留50150mm的空隙，这可防止土壤冻结膨胀时将梁顶裂。基础梁与柱一般不要求连接，将基础梁直接放置在柱基础杯口上或当基础埋置较深时，放置在基础上面的混凝土垫块上，如图2-9所示。施工时，基础梁支承处应座浆。 图2-9 基础梁的位置 当厂房不高、地基比较好、柱基础又埋得较浅时，也可不设基础梁而做砖石或混凝土墙基础。连系梁、过梁和基础梁的选用，均可查国标、省标或地区标准图集，如连系梁可查图集G321和CG42

20、1，过梁可查图集G322和CG422，基础梁可查图集G320和CG420。2.2排架计算2.2.1排架计算简图1计算单元作用在厂房排架上的各种荷载，如结构自重、雪荷载、风荷载等(吊车荷载除外)，沿厂房纵向都是均匀分布的；横向排架的间距一般都是相等的。在不考虑排架间的空间作用的情况下，每一中间的横向排架所承担的荷载及受力情况是完全相同的。计算时，可通过任意两相邻排架的中线，截取一部分厂房(图2-10a中阴影部分)作为计算单元。图2-10 横向排架计算简图2基本假定为了简化计算，根据构造与实践经验，作如下假定：(1)柱下端固接于基础顶面，横梁铰接在柱上；(2)横梁为没有轴向变形的刚性杆件。如图2-

21、10b所示，由于柱插入基础杯口有一定的深度，并用细石混凝土和基础紧密地浇捣成一体(对二次浇捣的细石混凝土应注意养护，不使其开裂)，且地基变形是受控制的，基础的转动一般较小，因此假定(1)通常是符合实际的，但有些情况，例如地基土质较差、变形较大或有比较大的荷载(如大面积堆料)等，则应考虑基础位移和转动对排架内力的影响。由假定(2)可知，横梁两端的水平位移相等。假定(2)对于屋面梁或大多数下弦杆刚度较大的屋架是适用的，对于组合式屋架或两铰、三铰拱屋架应考虑其轴向变形对排架内力的影响。 3柱的尺寸排架计算属超静定问题，其内力与杆件尺寸有关，故在计算简图中需初步确定柱的尺寸。计算简图中，柱的计算轴线应

22、取上、下部柱截面的形心线(图2-10c)。柱总高H=柱顶标高+基础底面标高的绝对值-初步拟定的基础高度；上柱高柱顶标高-轨顶标高+轨道构造高度+吊车梁支承处的梁高；为使支承吊车梁的牛腿顶面标高能符合300的倍数，吊车轨顶的构造高度与标志高度之间允许有200的差值。 柱截面尺寸要能满足承载力与刚度的要求，主要取决于厂房的跨度、高度及吊车起重量等参数，可参考同类厂房或按表1、2、3初步选定。通过计算最后确定的截面尺寸，若其截面惯性矩与初选的截面惯性矩之差在30以内，则可不必重新计算。 为了保证吊车的正常运行，确定柱截面尺寸时，尚应考虑到应使吊车的外边缘与上柱侧面之间留有一定的 图2-11 吊车端部

23、的预留孔隙空隙，如图2-11所示，详见有关吊车设计资料。 2.2.2排架荷载计算1恒荷载恒载包括屋盖、吊车梁和柱的自重，以及支承在柱上的围护墙的重量等，其值可根据构件的设计尺寸和材料的重力密度进行计算；对于标准构件，可从标准图集上查出。各类常用材料的自重的标准值可查建筑结构荷载规范。2屋面活荷载屋面活荷载包括雪荷载、积灰荷载和施工荷载等，其标准值可从建筑结构荷载规范中查得。考虑到不可能在屋面积雪很深时进行屋面施工，故规定雪荷载与施工荷载不同时考虑，设计时取两者中的较大值。当有积灰荷载时，应与雪荷载或施工荷载中的较大者同时考虑。屋面水平投影面上的雪荷载标准值()可按下式计算： （2-1）式中 雪

24、荷载标准值()；基本雪压(kN/m2)，系以当地一般空旷平坦地面上统计所得的50年一遇的最大积雪的自重确定。可从建筑结构荷载规范中查出全国各地的基本雪压值。对山区,应乘以系数1.2； 屋面积雪分布系数，可根据各类屋面的形状从建筑结构荷载规范中查出。3吊车荷载 吊车荷载是由吊车两端行驶的四个轮子以集中力形式作用于两边的吊车梁上，再经吊车梁传给排架柱的牛腿上,如图2-12所示，吊车荷载可分为竖向荷载和水平荷载两种形式。 图2-12 吊车荷载示意图(1）吊车竖向荷载。吊车竖向荷载是指吊车(大车和小车)重量与所吊重量经吊车梁传给柱的竖向压力。如图2-13所示，当吊车起重量达到额定最大值，而小车同时驶到

25、大车桥一端的极限位置时，则作用在该柱列吊车梁轨道上的压力达到最大值，称为最大轮压；此时作用在对面柱列轨道上的轮压则为最小轮压。与的标准值，可根据吊车的规格(吊车类型、起重量、跨度及工作级别)从起重机设计规范及产品样本中查出。当与确定后，即可根据吊车梁(按简支梁考虑)的支座反力影响线及吊车轮子的最不利位置，如图2-14所示，计算两台吊车由吊车梁传给柱子的最大吊车竖向荷载的标准值与最小吊车竖向荷载标准值。当两台吊车不同时： （2-2）式中、两台起重量不同的吊车最大轮压的标准值，且、两台起重量不同的吊车最小轮压的标准值，且；表2-1 6m柱距可不做刚度验算的柱截面最小尺寸表2-2 单层厂房边柱常用截

26、面（mm）表2-3 单层厂房中柱常用截面（mm） 图 2-13吊车的最大轮压与最小轮压 图 2-14吊车梁的支座反力影响线及吊车轮子的最不利位置、与吊车轮子相对应的支座反力影响线上竖向坐标值，按图2-14所示的几何关系计算。 当两台吊车完全相同时，上式可简化为： （2-3） 式中为相应于吊车轮压处于最不利位置时，支座反力影响线的竖向坐标值之和，按图2-14计算。当车间内有多台吊车共同工作时，考虑到同时达到最不利荷载位置的概率很小，建筑结构荷载规范规定：计算排架考虑多台吊车竖向荷载时，对一层吊车的单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于2台；对一层吊车的多跨厂房的 图2-15 吊车的横向水

27、平荷载 每个排架，不宜多于4台。 (2) (2) (2) 吊车水平荷载。吊车水平荷载分为横向水平荷载和纵向水平荷载两种。吊车的横向水平荷载主要是指小车水平刹车或启动时产生的惯性力，其方向与轨道垂直，可由正、反两个方向如图2-15所示作用在吊车梁的顶面与柱联结处。吊车横向水平荷载的标准值，可按小车重量g与额定起重量G之和的百分数采用，并乘以重力加速度。因此，吊车上每个轮子所传递的横向水平力T(kN)为： (2-4)式中 横向制动力系数，对软钩吊车，当G10t时，取12；当G=1650t时，取10；当G75t时，取8，对硬钓吊车，取20。 n每台吊车两端的总轮数一般为4。当吊车上面每个轮子的值确定

28、后，可用计算吊车竖向荷载的办法，计算吊车的最大横向水平荷载两台吊车不同时： (2-5a)两台吊车相同时： (2-5b)注意是同时作用在吊车两边的柱列上。吊车的纵向水平荷载是指大车刹车或启动时所产生的惯性力，作用于刹车轮与轨道的接触点上，方向与轨道方向一致，由厂房的纵向排架承担。吊车纵向水平荷载标准值，应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压力之和的10计算，即 (2-6)式中 吊车台数； 每台吊车刹车轮数。吊车纵向水平荷载，仅在验算纵向排架柱少于7根时使用。当车间内有多台吊车共同工作时，计算吊车水平荷载，砼结构设计规范规定，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。(3) 多

29、台吊车的荷载折减系数在排架分析中，常常考虑多台吊车的共同作用。多台吊车同时达到荷载标准值的概率很小，故在设计中进行荷载组合时，根据砼结构设计规范规定，应对其标准值乘以相应的折减系数。折减系数如表2-4所示：表2-4 多台吊车的荷载折减系数参与组合的吊车台数吊车的工作级别A1A5A6A82340.900.850.800.950.900.80注：对于多层吊车的单跨或多跨厂房，计算排架时，参与组合的吊车台数及荷载的折减系数，应按实际情况考虑。（4）吊车的动力系数当计算吊车梁及其连接的强度时，砼结构设计规范规定吊车竖向荷载应乘以动力系数。对悬挂吊车(包括电动葫芦)及工作级别A1A5 的软钩吊车，动力系

30、数可取1.05；对工作级别为A6A8的软钩吊车、硬钩吊车和其他特种吊车，动力系数可取为1.1。（5）吊车荷载的组合值、频遇值及准永久值系数吊车荷载的组合值、频遇值及准永久值系数可按表2-5中的规定采用。厂房排架设计时，在荷载准永久组合中不考虑吊车荷载。但在吊车梁按正常使用极限状态设计时，可采用吊车荷载的准永久值。表2-5 吊车荷载的组合值、频遇值及准永久值系数4风荷载 作用在排架上的风荷载，是由计算单元这部分墙身和屋面传来的，其作用方向垂直于建筑物的表面，如图2-16所示，分压力和吸力两种。风荷载的标准值可按下式计算： (2-7)式中 基本风压(kN/m2)，以当地比较空旷平坦地面上离地10m

31、高统计所得50年一遇10分钟平均最大风速(m/s)为标准，按确定。值与建筑物所在地和环境有关，可从砼结构设计规范中全国基本风压分布图中查得，对山区和沿海区，应乘以相应的调整系数，应大于或等于0.30。高度处的风振系数，对于单层厂房结构，可取。风荷载体型系数，取决于建筑物的体型，由风洞试验确定，可从砼结构设计规范中有关表格查出。风压高度变化系数，一般来讲，离地面越高，风压值越大，即为建筑物不同高度处的风压与基本风压(10标高处)的比值，它与建筑物所处的地面粗糙度有关，其值可从砼结构设计规范中的有关表格查出。图2-16 排架风荷载计算简图 图2-17 等高排架的形式计算单层工业厂房风荷载时，柱顶心

32、下的风荷载可按均布荷载计算，屋面与天窗架所受的风荷载一般折算成作用在柱顶上的某种集中水平风荷载。2.2.3排架内力计算单层工业厂房的横向排架可分为两种类型：等高排架和不等高排架。如果排架各柱顶标高相同，或者柱顶标高不同，但由倾斜横梁贯通联结，当排架发生水平位移时，其柱顶的位移相同，如图2-17所示，在排架计算中，这类排架称为等高排架；若柱顶位移不相等，则称为不等高排架。对于等高排架，可采用下面介绍的简便方法计算，对于不等高排架，可参阅有关资料按力法进行计算。由结构力学可知，当单位水平力作用于单阶悬臂柱顶时，如图2-18a所示，柱顶水平位移为 （8）式中，n=,，可由附表5中附表图5查得。因此要

33、使柱顶产生单位水平位移，则需在柱顶施加1/的水平力，如图2-18b所示。显然，若材料相同，柱的刚度越大，需要施加的水平力越大。由此可见1/反映了柱抵抗侧移的能力，称之为“抗侧移刚度”，有时也称之为“抗剪刚度”。对于由若干柱子构成的等高排架，在柱顶水平力作用下，其柱顶剪力可根据各柱的抗剪刚度进行分配，这就是结构力学中的剪力分配法。下面就柱顶作用水平力和作用任意荷载两种情况，分别讨论剪力分配法在等高排架内力计算时的应用。1柱顶作用水平集中力F时如图2-18c所示，设排架有根柱，任一柱的抗剪刚度为，则其分担的柱顶剪力可由平衡条件和变形条件求得。 (a) (b) （c）图2-18 排架柱顶位移根据横梁

34、刚度为无限大，受力后不产生轴向变形的假定，那么各柱顶的水平位移值应是相等的，即 (2-9a)在考虑平衡条件时为了使各柱顶的剪力与相应的柱顶位移相联系，可在柱顶上部切开，在各柱的切口处的内力为一对相应的剪力(铰处无弯矩)，如图2-18c所示，并取上部为隔离体，由平衡条件得 (2-9b)由的概念可知，各柱顶的位移为, , 即 ， (2-9c)将式2-9c代入式2-9b，可得： 故 （2-9d）将代入式2-9c,并根据位移相等条件可得 写成通式为 (2-10a)式中 i柱的剪力分配系数，等于该柱本身的抗剪刚度与所有柱总的抗剪刚度之比 (2-10b)2任意荷载作用时为了能利用上述的剪力分配系数，对任意

35、荷载就必须把计算过程分为两个步骤：如图2-19所示，先在排架柱顶附加不动铰支座以阻止水平侧移，求出其支座反力R(图2-19b)然后撤除附加不动铰支座且加反向作用的R于排架柱顶(图2-19c)，以恢复到原受力状态叠加上述两步骤中的内力，即为排架的实际内力。 （a）任意荷载作用下的排架；（b）在柱顶附加不动铰支座；（c）支座反力R作用于柱顶图2-19 各种荷载作用时排架计算示意图各种荷载作用下的不动铰支座支反力R可从附表5的附表图5-25-8中查得。图2-19中的即为吊车横向水平荷载作用下的不动铰支座反力系数。【例1】用剪力分配法计算图2-20所示的排架在风荷载作用下的内力。已知：屋面及天窗架传来

36、的风荷载集中力设计值为，由墙传来的风荷载均布荷载设计值为=2.5kN/m，=1.6Kn/m。柱截面参数：边柱2.13109mm4，9.23109 mm4， 中柱4.17109mm4，9.23109mm4；上柱高均为3.10m，柱总高为12.22m解：(1)计算剪力分配系数：=0.254， 边柱 ，中柱 查表11-1，得位移系数计算式 边柱C0=2.85，=69.4(mm)中柱C0=2.94，67.2(mm)剪力分配系数为：AC/(2+)=0.33B=/ (2+)=0.34(2) 计算各柱顶剪力，把荷载分为W、W1和W2三种情况，分别求出各柱顶所产生的剪力，然后叠加。在W1的作用下，查表11-1

37、，得反力系数计算式，柱顶不动铰支座反力：0.3612.512.22=11.0() 图2-20 例题20图在W2的作用下，Rc=11.0=7.0(kN) ()故各柱总的柱顶剪力为VA=A(W+RA+RC) -RA=0.33(3+11+7)-11= 4.07(kN)()VB=B(W+RA+RC)=0.3421=7.14()VC=C(W+RA+RC) -RC=0.3321-7=-0.07(kN) () (3)绘制弯矩图。由上述柱顶剪力值，即可根据柱本身所受荷载情况，绘制出各柱的弯矩图，如图2-20所示。 2.2.4排架内力组合 通过排架的内力分析，可分别求出排架柱在恒荷载及各种活荷载作用下所产生的内

38、力(M、N、V)，但柱及柱基础在恒荷载及哪几种活荷载(不一定是全部的活荷载)的作用下才产生最危险的内力，然后根据它来进行柱截面的配筋计算及柱基础设计，此乃排架内力组合所需解决的问题。 1控制截面 为便于施工，阶形柱的各段均采用相同的截面配筋，并根据各段柱产生最危险内力的截面(称为“控制截面”)进行计算。 上柱：最大弯矩及轴力通常产生于上柱的底截面I-I(图2-21)，此即上柱的控制截面。下柱：在吊车竖向荷载作用下，牛腿顶面处-截面的弯矩最大；在风荷载 图2-21 排架柱的控制截面或吊车横向水平力作用下，柱底截面-的弯矩最大，故常取此两截面为下柱的控制截面。对于一般中、小型厂房，吊车荷载不大，故

39、往往是柱底截面-控制下柱的配筋；对吊车吨位大的重型厂房，则有可能是-截面下柱底截面-的内力值也是设计柱基的依据，故必须对其进行内力组合。 2荷载组合 建筑结构荷载规范中规定：对于一般排架、框架结构基本组合，可采用简化规则，并应按下列组合值中取最不利值确定：（1）由可变荷载效应控制的组合: （2-11） (2-12)（2）由永久荷载效应控制的组合：按下式计算 （2-13）式中 永久荷载的分项系数；第i 个可变荷载的分项系数，其中为可变荷载的分项系数；按永久荷载标准值计算的荷载效应值； 按可变荷载标准值计算的荷载效应值,其中为诸可变荷载效应中起控制作用者；可变荷载的组合值系数； 参与组合的可变荷载

40、数。注: 1.基本组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。2.当对无法明显判断时，轮次以各可变荷载效应为，选其中最不利的荷载效应组合。3.当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。常用的几种荷载效应组合分为：(1)恒载+0.9(屋面活载十吊车荷载十风载)；(2)恒载+0.9(吊车荷载十风载)；(3)恒载+0.9(屋面活载十风载)；(4)1.2永久荷载效应1.4屋面荷载效应(5)1.2永久荷载效应1.4吊车荷载效应(6)1.2永久荷载效应1.4风荷载效应(7)1.2永久荷载效应0.9（1.4吊车荷载效应1.4风荷载效应1.4屋面荷载效应）(8)1.2永久

41、荷载效应0.9（1.4吊车荷载效应1.4风荷载效应）(9)1.2永久荷载效应0.9(1.4风荷载效应1.4屋面荷载效应）(10)1.2永久荷载效应0.9(1.4风荷载效应1.4屋面荷载效应）(11)1.2永久荷载效应0.9(1.4吊车荷载效应1.4屋面荷载效应）(12)1.35永久荷载效应0.7（1.4吊车竖向荷载效应1.4屋面活荷载效应）3内力组合单层排架柱是偏心受压构件，其截面内力有，, 因有异号弯矩，且为便于施工，柱截面常用对称配筋,即。对称配筋构件，当一定时，无论大、小偏压，越大，则钢筋用量也越大。当一定时，对小偏压构件，越大，则钢筋用量也越大；对大偏压构件，越大，则钢筋用量反而减小。

42、因此，在未能确定柱截面是大偏压还是小偏压之前，一般应进行下列四种内力组合：(1)与相应的；(2) 与相应的；(3) 与相应的(取绝对值较大者)；(4)与相应的(取绝对值较大者)； (5) 及相应的和；组合时以某一种内力为目标进行组合,例如组合最大正弯矩时,其目的是为了求出某截面可能产生的最大弯矩值，所以，凡使该截面产生正弯矩的活荷载项，只要实际上是可能发生的，都要参与组合，然后将所选项的值分别相加。内力组合时，需要注意的事项有：(1)永久荷载是始终存在的，故无论何种组合均应参加；(2)在吊车竖向荷载中，对单跨厂房应在与中取一个，对多跨厂房，因一般按不多于四台吊车考虑，故只能在不同跨各取一项；

43、(3)吊车的最大横向水平荷载同时作用于其左、右两边的柱上。其方向可左，可右，不论单跨还是多跨厂房，因为只考虑两台吊车，故组合时只能选择向左或向右；(4)同一跨内的与不一定同时发生，但组合时不能仅选用，而不选或，因为不能脱离吊车竖向荷载而独立存在；(5)左、右向风不可能同时发生；(6)在组合或时，应使相应的也尽可能大些，这样更为不利。故凡使，但的荷载项，只要有可能，应参与组合；(7)在组合与时应注意，有时M虽不为最大，但其相应的却比时的大得多(小偏压时)或小得多(大偏压时)，则有可能更为不利故在上述四种组合中，不一定包括了所有可能的最不利组合。2.2.5排架考虑厂房空间作用时的计算如图2-22所

44、示，若厂房某一排架柱顶受一水平集中力P的作用，当按平面排架计算时，力P完全由这一榀排架单独承担，将产生柱顶平面位移(图2-22a)。但实际上，厂房是由若干榀排架组成的整体空间结构，排架与排架间由纵向构件连接，故力P是由全部厂房排架及两端山墙所共同承担，在这榀排架上仅承担，故其柱顶空间位移仅为(图2-22b)。令空间位移与平面位移的比值为： = (2-14)称为厂房的“空间作用分配系数”，显然厂房的空间作用愈好，值就愈小。据实测，某无檩屋盖的单跨厂房，其值仅为0.12。 （a）按平面排架计算 （b）考虑空间作用时的排架计算图2-22 厂房排架的空间作用根据实测及理论分析，值的大小主要与下列因素有

45、关：(1)屋盖刚度。屋盖刚度大时，沿纵向分布的荷载能力强，空间作用好，值小。因此，无檩屋盖的值小于有檩屋盖。 （a）两端有山墙作用 （b）两端无山墙作用图2-23 均布荷载作用下的厂房空间作用(2)厂房两端有无山墙。山墙的横向刚度很大，能分担大部分的水平荷载。故两端有山墙的厂房的值远远小于无山墙的值。(3)厂房长度。厂房的长度大，水平荷载可由较多的横向排架分担，则值小，空间作用大。 (4)荷载形式。局部荷载作用下，厂房的空间作用好；当厂房承担均匀分布的荷载时，如风荷载，因各排架直接承受的荷载基本相同，仅靠两端的山墙分担荷载，如图2-23a 所示，其空间作用小；若两端无山墙，在均布荷载作用下，如

46、图2-23b所示，近于平面排架受力，无空间作用。目前在单层厂房计算中，仅在分析吊车荷载内力时，才考虑厂房的空间作用。单层厂房空间作用分配系数可从表2-6中直接查得，但应注意，该表下部注中强调了四种情况下不考虑空间作用。 表2-6 单跨厂房空间作用分配系数平面排架考虑厂房的空间作用的计算方法，与排架内力计算中的任意荷载作用时相类似，仅在其排架顶部加一弹性支承即可。如图2-24所示，其内力计算可按下列步骤进行：(1)先假设排架无侧移，求出吊车荷载作用下的柱顶反力R及柱顶剪力；(2)将柱顶反力R乘以空间分配系数，并将其沿反方向加于可侧移的排架上，求出各柱顶剪力； (3)将上述两项的柱顶剪力叠加，即为

47、考虑空间作用的柱顶剪力。平面排架考虑厂房的空间作用后，其所负担的荷载及侧移值均减少，故排架柱的主筋可节约520左右；但直接承受荷载的上柱，其弯矩值则有所增大，需增加配筋。（a）加有弹性支承的排架结构； （b）吊车荷载下求内力； （c）作用下求内力图2-24 厂房排架考虑空间作用的计算2.3单层厂房柱2.3.1柱的形式单层厂房柱的形式很多，常用的见图2-25，分为下列几种：矩形截面柱：如图2-25a所示，其外形简单，施工方便，但自重大，经济指标差，主要用于截面高度的偏压柱。 (a)矩形截面柱；（b）I形柱；（c）平腹杆双肢柱；(d)斜腹杆双肢柱；（e）管柱图2-25 柱的形式I形柱：如图2-25

48、b所示，能较合理地利用材料，在单层厂房中应用较多，已有全国通用图集可供设计者选用。但当截面高度后，自重较大，吊装较困难，故使用范围受到一定限制。双肢柱：如图2-25c、d所示，可分为平腹杆与斜腹杆两种。前者构造简单，制造方便，在一般情况下受力合理，且腹部整齐的矩形孔洞便于布置工艺管道，故应用较广泛。当承受较大水平荷载时，宜采用具有桁架受力特点的斜腹杆双肢柱。双肢柱与I形柱相比，自重较轻，但整体刚度较差，构造复杂，用钢量稍多。管柱：如图2-25e所示，可分为圆管和方管(外方内圆)混凝土柱，以及钢管混凝土柱三种。前两种采用离心法生产，质量好，自重轻，但受高速离心制管机的限制，且节点构造较复杂；后一

49、种利用方钢管或圆钢管内浇膨胀混凝土后，可形成自应力(预应力)钢管混凝土柱，可承受较大荷载作用。单层厂房柱的形式虽然很多、但在同一工程中，柱型及规格宜统一，以便为施工创造有利条件。通常应根据有无吊车、吊车规格、柱高和柱距等因素，做到受力合理、模板简单、节约材料、维护简便，同时要因地制宜，考虑制作、运输、吊装及材料供应等具体情况。一般可按柱截面高度参考以下原则选用： 当500mm时，采用矩形；当600800mm时，采用矩形或I形；当9001200mm时，采用I形；当13001500mm时，采用工形或双肢柱；当1600mm时，采用双肢柱。柱高可按表2-1确定，柱的常用截面尺寸，边柱查表2-2，中柱查

50、表2-3。对于管柱或其它柱型可根据经验和工程具体条件选用。 2.3.2柱的设计 柱的设计一般包括确定柱截面尺寸、截面配筋设计、构造、绘制施工图等。当有吊车时还需要进行牛腿设计。1截面尺寸使用阶段柱截面尺寸除应保证具有足够的承载力外，还应有一定的刚度以免造成厂房横向和纵向变形过大，发生吊车轮和轨道的过早磨损，影响吊车正常运行或导致墙和屋盖产生裂缝，影响厂房的使用。柱的截面尺寸可按表2-12-3确定。I形柱的翼缘高度不宜小于120mm，腹板厚度不应小于100mm，当处于高温或侵蚀性环境中，翼缘和腹板的尺寸均应适当增大。I形柱的腹板可以开孔洞，当孔洞的横向尺寸小于柱截面高度的一半，竖向尺寸小于相邻两

51、孔洞中距的一半时，柱的刚度可按实腹工形柱计算，承载力计算时应扣除孔洞的削弱部分。当开孔尺寸超过上述范围时，则应按双肢柱计算。 2截面配筋设计根据排架计算求得的控制截面的最不利内力组合、和，按偏心受压构件进行截面配筋计算(详见第五章)。由于柱截面在排架方向有正反方向相近的弯矩，并避免施工中主筋易放错，一般采用对称配筋。具有刚性屋盖的单层厂房柱和露天栈桥柱的计算长度可按表2-7取用； 表2-7 采用刚性屋盖的单层工业厂房和露天吊车栈桥柱的计算长度注：从基础顶面算起的柱全高； 从基础顶面至装配式吊车梁底面或现浇式吊车梁顶面的柱下部高度； 从装配式吊车梁底面或从现浇式吊车梁顶面算起的柱上部高度。 表中

52、有吊车厂房排架柱的计算长度，当计算中不考虑吊车荷载时，可按无吊车厂房的计算长度采用；但上柱的计算长度仍按有吊车厂房采用。3吊装运输阶段的验算单层厂房施工时，往往采用预制柱，现场吊装装配，故柱经历运输、吊装工作阶段。柱在吊装运输时的受力状态与其使用阶段不同，故应进行施工阶段的承载力及裂缝宽度验算。吊装时柱的混凝土强度一般按设计强度的70%考虑，当吊装验算要求高于设计强度的70方可吊装时，应在设计图上予以说明。如图2-26所示，吊点一般设在变阶处，故应按图中的1-1,2-2,3-3三个截面进行吊装时的承载力和裂缝宽度的验算。验算时，柱自重采用设计值，并乘以动力系数1.5。 图2-26 柱的吊装验算

53、承载力验算时，考虑到施工荷载下的受力状态为临时性质，安全等级可降一级使用。裂缝宽度验算时，可采用受拉钢筋应力为： (2-15) 求出后，可按混凝土结构设计原理确定裂缝宽度是否满足要求。当变阶处柱截面验算钢筋不满足要求时，可在该局部区段附加配筋。运输阶段的验算，可根据支点位置，按上述方法进行。3.3.3牛腿与预埋件设计单层厂房排架柱一般都带有短悬臂(牛腿)以支承吊车梁、屋架及连系梁等，并在柱身不同标高处设有预埋件，以便和上述构件及各种支撑进行连接，如图2-27所示。下面分别就牛腿和预埋件的设计进行讨论。（a）边柱牛腿； （b）中柱牛腿； （c）支承屋架牛腿图2-27 几种常见的牛腿形式1牛腿的设

54、计(1)牛腿的受力特点，破坏形态与计算简图。如图2-27所示，牛腿指的是其上荷载的作用点至下柱边缘的距离(短悬臂梁的有效高度)的短悬臂梁。它的受力性能与一般的悬臂梁不同，属变截面深梁。图2-28是一环氧树脂牛腿模型()的光弹实验结果。从图中可看出，主拉应力的方向基本上与牛腿的上表面平行，且分布较均匀；主压应力则主要集中在从加载点到牛腿下部转角点的连线附近，这与 一般悬臂梁有很大的区别。 图2-28牛腿的光弹试验结果 试验表明，在吊车的竖向和水平荷载作用下，随h0值的变化，牛腿呈现出下列几种破坏形态，如图2-29所示。当时，发生剪切破坏；当时，发生斜压破坏；当时，发生弯压破坏；当牛腿上部由于加载

55、板太小而导致混凝土强度不足时，发生局压破坏。 常用牛腿的，其破坏形态为斜压破坏。实验验证的破坏特征是：随着荷载增加，首先牛腿上表面与上柱交接处出现垂直裂缝，但它始终开展很小(当配有足够受拉钢筋时)，对牛腿的受力性能影响不大，当荷载增至4060的极限荷载时，在加载板内侧附近出现斜裂缝(图2-29b)，并不断发展；当荷载增至7080的极限荷载时，在裂缝的外侧附近出现大量短小斜裂缝；随荷载继续增加，当这些短小斜裂缝相互贯通时，混凝土剥落崩出，表明斜压主压应力已达,牛腿即破坏。也有少数牛腿在斜裂缝发展到相当稳定后，如图2-29c所示，突然从加载板外侧出现一条通长斜裂缝，然后随此斜裂缝的开展,牛腿破坏。

56、破坏时，牛腿上部的纵向水平钢筋象桁架的拉杆样，从加载点到固定端的整个长度上，其应力近于均匀分布，并达到。 (a)剪切破坏（）； (b)、(c)斜压破坏（）；(d)弯压破坏()；(e)局压破坏 图2-29 牛腿的各种破坏形态根据上述破坏形态，的牛腿可简化成图2-30所示的一个以纵向钢筋为拉杆，混凝土斜撑为压杆的三角形桁架，这即为牛腿的计算简图。图2-30 牛腿的计算简图(2)牛腿尺寸的确定。牛腿的宽度与柱宽相同。牛腿的高度是按抗裂要求确定的。因牛腿负载很大，设计时应使其在使用荷载下不出现裂缝。由上述受力分析可知，影响牛腿第一条斜裂缝出现的主要参数是剪跨比、水平荷载与竖向荷载的值。根据试验回归分析，可得以下计算公式: (2-16) 式中作用于牛腿顶部按荷载特效应标准组合计算的竖向力值；作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的水平拉力值；裂缝控制系数，对支撑吊车梁的牛腿，取；对