1、单层排架结构单层排架结构 单层厂房的结构组成与布置原则单层厂房的结构组成与布置原则 结构的主要构件及作用结构的主要构件及作用 排架结构分析排架结构分析 排架柱设计排架柱设计 柱下独立基础设计柱下独立基础设计 屋面构件屋面构件 吊车梁设计要点吊车梁设计要点2.12.1.1 .1 单层工业厂房的结构种类单层工业厂房的结构种类2.1 2.1 单层工业厂房结构组成与布置单层工业厂房结构组成与布置砌体混合结构（砌体混合结构（）（按结构材料按结构材料钢结构钢结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构m15, t 5lQm36, t25lQ钢钢混凝土混合结构混凝土混合结构 按结构形式按结构形式排架结构（等高、不等高、
2、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） 刚架特点：刚架特点： 刚架立柱和横梁的截面高度都是随内力（主要是刚架立柱和横梁的截面高度都是随内力（主要是弯矩）的增减沿轴线方向做成变高的，节约材料。弯矩）的增减沿轴线方向做成变高的，节约材料。 优点：优点： 梁柱合一，构件种类少，制作较简单。梁柱合一，构件种类少，制作较简单。 缺点：缺点： 刚度较差，承载后会产生跨变，梁柱转角处产生刚度较差，承载后会产生跨变，梁柱转角处产生早期裂缝。早期裂缝。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2.1.2 单层排架结构组成1）屋面板2）天
3、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）柱间支撑一、柱网布置一、柱网布置 柱网是竖向承柱网是竖向承重构件纵横向定位重构件纵横向定位轴线所形成的网格。轴线所形成的网格。 柱距应采用柱距应采用6 6米或米或6 6米的倍数。米的倍数。 跨度在跨度在1818米以米以下采用下采用3 3米米(30M)(30M)的的倍数，在倍数，在1818米以上米以上采用采用6 6米米(60M)(60M)的倍的倍数。数。( (1M100mm) )2.1.3 2.1.3 单层排架结构布置单层排架结构布置二、定
4、位轴线二、定位轴线 柱网尺寸和定位轴线的一般原则柱网尺寸和定位轴线的一般原则 墙、边柱与纵向定位轴线的关系：墙、边柱与纵向定位轴线的关系：q柱距柱距6 6米、无吊车或米、无吊车或Q20tQ20t，边柱外缘和墙内缘与轴线重边柱外缘和墙内缘与轴线重合，称合，称封闭结合封闭结合。Dq柱距柱距6 6米、米、32tQ50t32tQ50t，边柱外缘和墙内缘与轴线边柱外缘和墙内缘与轴线之间加联系尺寸之间加联系尺寸D=125D=125，称，称非封闭结合非封闭结合。q柱距柱距1212米或米或Q50tQ50t，联系，联系尺寸尺寸D=250D=250、500500。 中柱与纵向定位轴线的关系：中柱与纵向定位轴线的关
5、系：等高跨等高跨上柱中心线与纵向轴线重合上柱中心线与纵向轴线重合h/2h/2单柱单柱高低跨高低跨双柱双柱tQ20高跨高跨tQ32高跨高跨A=DA=DtQ20高跨高跨A=B+CA=B+CtQ32高跨高跨A=B+C+DA=B+C+DA=DCBA=B+CCBA=B+C+DDA插入距；插入距；B墙厚；墙厚；C伸缩缝宽；伸缩缝宽；D联系尺寸联系尺寸 墙、柱与横向定位轴线的关系：墙、柱与横向定位轴线的关系：柱柱伸缩缝和端部处伸缩缝和端部处一般部位处柱中心线与轴线重合一般部位处柱中心线与轴线重合600600600墙墙非承重墙：墙内缘与轴线重合非承重墙：墙内缘与轴线重合承重墙：承重墙： 墙内缘与墙内缘与轴线的
6、距轴线的距离为半砖离为半砖或半砖的或半砖的倍数。倍数。三、变形缝设置三、变形缝设置 伸缩缝（温度应力）伸缩缝（温度应力）q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。q伸缩缝应从伸缩缝应从基础顶面基础顶面开始，将两个温度区段的上部结开始，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。构构件完全分开，并留出一定宽度的缝隙。 沉降缝（基础不均匀沉降）一般不设。下列情况之一设：沉降缝（基础不均匀沉降）一般不设。下列情况之一设：q 相邻部位高差很大；相邻部位高差很大；q 相邻跨吊车起重量悬殊；相邻跨吊车起重量悬殊；q 下卧土层有很大变化
7、；下卧土层有很大变化；q 各部分施工时间相差很长；各部分施工时间相差很长；q 沉降缝应将建筑物从沉降缝应将建筑物从屋顶到基础屋顶到基础全部分开。全部分开。 抗震缝（减轻震害）抗震缝（减轻震害） 当厂房平、立面布置复杂或结构高度、刚度相差很当厂房平、立面布置复杂或结构高度、刚度相差很大时设置。大时设置。四、厂房的剖面布置四、厂房的剖面布置 高度（满足生产工艺、建筑模数要求）高度（满足生产工艺、建筑模数要求）q 自室内地面至柱顶的高度应为自室内地面至柱顶的高度应为300mm300mm的倍数；的倍数；q 自室内地面至牛腿顶面的高度应为自室内地面至牛腿顶面的高度应为300mm300mm的倍数；的倍数；
8、q 自室内地面至吊车轨顶的标志高度应为自室内地面至吊车轨顶的标志高度应为600mm600mm的倍数。的倍数。 净空要求净空要求q屋架下弦与吊车架外轮廓线的距离屋架下弦与吊车架外轮廓线的距离 ；q吊车架外缘与内缘的间距吊车架外缘与内缘的间距 mmHC220)75(100)50(802tQmmtQmmB、 轨道中心线与纵向轴线的距离轨道中心线与纵向轴线的距离mm750柱顶标高轨顶标高牛腿顶标高室内地面3 0 0的倍数6 0 0的倍数3 0 0的倍数mmHC220)75(100)50(802tQmmtQmmB、750mm五、支撑布置五、支撑布置q 保证结构构件的保证结构构件的稳定稳定与正常工作与正常
9、工作q 增强厂房的整体稳定性和空间刚度增强厂房的整体稳定性和空间刚度q 把部分把部分水平荷载传递水平荷载传递到主要承重构件到主要承重构件q 保证在施工安装阶段结构构件的稳定保证在施工安装阶段结构构件的稳定 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：伸缩缝区段中央或临近中央。位置：伸缩缝区段中央或临近中央。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。600060
10、006000600060060006000600600aeCC-1CC-1CC-2CC-1CC-1CC-2CC-1CC-1CC-1CC-1CC-2CC-1CC-1CC-3CC-3CC-3CC-3GX-1GX-1GX-1GX-1332233443311CC-2CC-1CC-1CC-2CC-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-1GX-1GX-1GX-111垂直支撑与垂直支撑与水平系杆水平系杆CC-1CC-1CC-1GX-2GX-2GX-2GX-233CC-3CC-2CC-2CC-2GX-1GX-1GX-1GX-144GX-2GX-
11、2GX-2GX-2CC-2CC-2CC-2GX-1GX-1GX-1GX-122垂直支撑与垂直支撑与水平系杆水平系杆 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纵向排架柱作用：将屋架下弦受到的水平力传至纵向排架柱位置：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，将抗风作用：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纵向排架柱顶。柱传来的风荷载传给纵向排架柱顶。 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，保证横向水平力作用：增强排架间的协同工作
12、能力，保证横向水平力的纵向分布。的纵向分布。六、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁布置六、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁布置抗风柱抗风柱 作用作用：使部分风荷载经抗风柱下端直接传至基础：使部分风荷载经抗风柱下端直接传至基础而上部则通过屋盖系统传至纵向柱列。而上部则通过屋盖系统传至纵向柱列。 抗风柱的柱脚一般采用插入基础杯口的固接方式。抗风柱的柱脚一般采用插入基础杯口的固接方式。 抗风柱上端与屋架的连接必须满足抗风柱上端与屋架的连接必须满足两个要求两个要求：在水平方向必须与屋架有可靠的连接以保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荷载。证有效地传递风荷载。在竖向脱开，且两者之间能
13、允许一定的竖在竖向脱开，且两者之间能允许一定的竖向相对位移。向相对位移。圈梁、连系梁、过梁和基础梁圈梁、连系梁、过梁和基础梁2.22.2 排架结构分析排架结构分析单层工业厂房是由纵、横向排架组成的空间结构。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，为方便，可简化为纵、横向平面排架分别进行分析，忽略两者的相互影响。忽略两者的相互影响。除进行抗震和温度应力分析，纵向排架一般不计算。除进行抗震和温度应力分析，纵向排架一般不计算。排架结构分析排架结构分析主要包括：确定计算简图，荷载计算，主要包括：确定计算简图，荷载计算，柱控制截面的内力分析和内力组合，以
14、及验算排架柱控制截面的内力分析和内力组合，以及验算排架的水平位移值。的水平位移值。2.22.2.1 .1 分析模型分析模型一、计算单元一、计算单元 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。二、结构简图二、结构简图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。uEIABlEIuEIlEIuHHAB计算单元计算单元12345柱总高柱总高H H柱顶标高基础底面标高初步拟定底基础高度柱顶标高基础底面标高初步拟定底基础高度上部标
15、高上部标高HuHu柱顶标高轨顶标高轨道构造高度柱顶标高轨顶标高轨道构造高度 吊车梁支承处的吊车梁高吊车梁支承处的吊车梁高三、荷载计算三、荷载计算形式、大小、作用位置、方向。形式、大小、作用位置、方向。1F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1F2F3F4FWqq、215F风荷载风荷载屋面活荷载：屋面活荷载：q包括屋面均布活荷载，雪荷载和屋面积灰荷载三种包括屋面均布活荷载，雪荷载和屋面积灰荷载三种q排架计算时，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，仅取大者，积灰排架计算时，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，仅
16、取大者，积灰荷载与前两者中大者同时考虑；荷载分项系数荷载与前两者中大者同时考虑；荷载分项系数 1.41.4q吊车荷载（桥式吊车）：对排架的作用有竖向荷载和水平荷载两种吊车荷载（桥式吊车）：对排架的作用有竖向荷载和水平荷载两种F F5 5F F5 51507501F4F1e2F0e4e3F1M1M2M2M恒载下计算简图恒载下计算简图111eFM440212)(eFeFFM恒载下轴力图恒载下轴力图1F21FF 421FFF3421FFFF1F21FF 421FFF3421FFFF 恒载恒载风向1s5 . 01h2hSLkWkhWkkwBSW22sinhBwShwBSwBSWkkkkh 风载风载风荷
17、载：风荷载：q排架承受的风荷载由计算单元范围内的外墙面及屋面传来，垂排架承受的风荷载由计算单元范围内的外墙面及屋面传来，垂直作用于建筑物表面，并且在迎风面形成正压区，在背风面形直作用于建筑物表面，并且在迎风面形成正压区，在背风面形成负压区。成负压区。q柱顶以下墙面上的风荷载按作用在排架柱上的均布荷载考虑，柱顶以下墙面上的风荷载按作用在排架柱上的均布荷载考虑，其风压高度变化系数可按柱顶标高取值。其风压高度变化系数可按柱顶标高取值。q柱顶以上的风荷载按作用在柱顶的水平集中力考虑，其值为屋柱顶以上的风荷载按作用在柱顶的水平集中力考虑，其值为屋面风荷载合力的水平分力以及女儿墙迎风面和背风面水平风荷面风
18、荷载合力的水平分力以及女儿墙迎风面和背风面水平风荷载的总和。载的总和。 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minmaxDD、maxT0T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，在这一侧产生的轮压称最大轮压；生的轮压称最大轮压；与最大轮压相对应的另一侧轮压称最小轮压。（同时发生）与最大轮压相对应的另一侧轮压称最小轮压。（同时发生）K 桥式吊车桥式吊车按照使用（或达到额定值）的频繁程度分为轻按照使用（或达到额定值）的频繁程度分为轻级、中级、重级和特重级四个载荷
19、状态。级、中级、重级和特重级四个载荷状态。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 可从产品目可从产品目录中查得；最小轮压录中查得；最小轮压 可由下式确定可由下式确定：（四轮吊车）：（四轮吊车）kPmax,kPmin,P2maxy1=1xP2maxP1maxP1maxK1K2y2y3y4B1B2kkkkkPGGGPmax, 3, 2, 1min,2吊车竖向荷载吊车竖向荷载kkDDmin,max,、如果两台吊车相同，则如果两台吊车相同，则kkkikkikkPPDyPDyPDmax,min,max,min,min,max,max,qG1,k：大车自重标准值；：大车自重标准值；qG2,k
20、：小车自重标准值；：小车自重标准值；qG3,k：吊车额定起吊重量标准值：吊车额定起吊重量标准值qD为为P在吊车梁支座产生的竖向荷在吊车梁支座产生的竖向荷载载q移动荷载，须用影响线求最值移动荷载，须用影响线求最值q: 多台吊车同时满载的可能性较小，多台吊车同时满载的可能性较小，与吊车工作制度及吊车台数有关与吊车工作制度及吊车台数有关Dmax可以发生在左柱，也可以发生在右柱，在可以发生在左柱，也可以发生在右柱，在Dmax、Dmin作用下，单跨排架的计算考虑上图作用下，单跨排架的计算考虑上图(a)、(b)两种荷载情况。两种荷载情况。Dmax 、Dmin对下柱均为偏心力，应将其换算成作用在下柱对下柱均
21、为偏心力，应将其换算成作用在下柱顶面的轴心压力和弯矩，其弯矩：顶面的轴心压力和弯矩，其弯矩：Mmax=Dmaxe4，Mmin=Dmine4吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载传力过程：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：垂直轨道侧（正、反向）作用方向：垂直轨道侧（正、反向）maxT吊车横向水平荷载系数吊车横向水平荷载系数tQtQtQ7508. 0501510. 01012. 0软钩4/ )(, 3,2kkGGTk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：ikkkyGGT)(41, 3, 2max,如果吊车相同
22、，如果吊车相同，kkPTDTmax,maxmax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 小车吊着重物在桥架上运行，在启动或制动时都将产生横向水平惯小车吊着重物在桥架上运行，在启动或制动时都将产生横向水平惯性力，即性力，即吊车横向水平荷裁吊车横向水平荷裁。这种横向惯性力通过小车制动轮与桥架上。这种横向惯性力通过小车制动轮与桥架上轨道间的摩擦力传给桥架，桥架又通过它的车轮在吊车轨顶传给两侧的轨道间的摩擦力传给桥架，桥架又通过它的车轮在吊车轨顶传给两侧的吊车梁，再经过吊车梁顶面与柱上的连接钢板传给两侧的排架柱。吊车梁，再经过吊车梁顶面与柱上的连接钢板传给两侧
23、的排架柱。硬钩硬钩 0.200.205M5MmaxMminM活载下计算简图活载下计算简图155eFM4maxmaxeDMmaxTmaxTW1q2q4minmineDMF5屋面活载屋面活载e1对上柱偏心距对上柱偏心距e4吊车梁支座对下柱偏心距吊车梁支座对下柱偏心距小车沿横向左右运行，对小车沿横向左右运行，对Tmax要考虑它向左和要考虑它向左和向右两种作用。向右两种作用。吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载max01 . 0 PT 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：作用位置：作用位置：轨道顶面轨道顶面 作用方向：作用方向：沿轨道方向，由纵向排架承受沿轨
24、道方向，由纵向排架承受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9 . 095. 085. 085. 08 . 09 . 0对于一层吊车厂房：对于一层吊车厂房：水平荷载水平荷载：单跨、多跨，最多考虑单跨、多跨，最多考虑2 2台；台；竖向荷载：竖向荷载：单跨时，最多考虑单跨时，最多考虑2 2台台多跨时，最多考虑多跨时，最多考虑4 4台。台。 当沿厂房纵向运行的桥架在启动或突然刹车时，引起的纵向水平当沿厂房纵向运行的桥架在启动或突然刹车时，引起的纵向水平惯性力，它由桥
25、架每侧的制动轮传至两侧轨道，再通过吊车梁传给厂惯性力，它由桥架每侧的制动轮传至两侧轨道，再通过吊车梁传给厂房纵向排架。房纵向排架。2.2.2 2.2.2 等高排架的内力计算等高排架的内力计算一、柱的抗侧刚度一、柱的抗侧刚度设柱顶作用一单位力发生的位移为设柱顶作用一单位力发生的位移为 ，u 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，定义为柱的力，定义为柱的抗侧刚度抗侧刚度，用，用D D表示。表示。u/11u/1lEICHu03) 11(1330nCluIIn HHu与与、有关。有关。30/1HEICuDl 等高排架等高排架是指是指柱顶水平位移值相等柱顶水平位移值相等
26、的排架，它包括柱顶标高相同，的排架，它包括柱顶标高相同，或柱顶标高虽不同但柱顶由倾斜横梁贯通相连的排架。或柱顶标高虽不同但柱顶由倾斜横梁贯通相连的排架。1uHuEIlEIuHlH二、剪力分配法二、剪力分配法 柱顶作用集中荷载柱顶作用集中荷载niiVF1由平衡条件：由平衡条件：iiiiiuuuDV1由物理条件：由物理条件：由几何条件：由几何条件：niuuu1可求得：可求得：FuuVnini111i称为柱称为柱i i的的剪力分配系数剪力分配系数。1VF1uiunuiVnVFFuuViniii111柱自身抗侧刚度与所有柱总抗柱自身抗侧刚度与所有柱总抗侧刚度的比值。侧刚度的比值。求出各柱顶剪力后，各柱
27、可按求出各柱顶剪力后，各柱可按独立悬臂柱计算内力。独立悬臂柱计算内力。 任意荷载作用任意荷载作用5M5MmaxMminMmaxTW1q2q5M5MmaxMminMmaxTW1q2qRq在柱顶加不动铰支座，阻止水平位移，利用图表（见教材在柱顶加不动铰支座，阻止水平位移，利用图表（见教材附录附录2，P429-432）求出内力和支座反力）求出内力和支座反力R；q为消除不动铰支座影响，撤销柱顶不动铰支座，并将支座为消除不动铰支座影响，撤销柱顶不动铰支座，并将支座反力反力R反向作用于柱顶，以恢复到原来的实际情况，并求反向作用于柱顶，以恢复到原来的实际情况，并求出该工况内力；出该工况内力；q将上述两种情况
28、的内力叠加，得到排架柱实际内力。将上述两种情况的内力叠加，得到排架柱实际内力。2.2.3 2.2.3 水平位移计算水平位移计算 为了保证吊车的正常运行，需要控制厂房的水平位移。为了保证吊车的正常运行，需要控制厂房的水平位移。 正常使用极限状态，考虑一台最大吊车的横向水平荷载作正常使用极限状态，考虑一台最大吊车的横向水平荷载作用，吊车梁顶处的水平位移用，吊车梁顶处的水平位移 应满足：应满足：Kumm10Ku且且1800KKHu2200KKHu（轻、中级工作制）（轻、中级工作制）（重、特重级工作制）（重、特重级工作制）ABHKmaxTmaxTKu当当mm5Ku时可不验算相对位移。时可不验算相对位移
29、。Hk- -基础顶面至吊车梁顶面的距基础顶面至吊车梁顶面的距离离2.2.4 2.2.4 排架计算模型的讨论排架计算模型的讨论一、排架的整体空间作用一、排架的整体空间作用 基本概念基本概念结构均匀、荷载均匀结构均匀、荷载均匀FFFFFau结构不均匀、荷载均匀结构不均匀、荷载均匀FFFFFbu结构均匀、荷载不均匀结构均匀、荷载不均匀Fcu 排架结构的排架结构的整体空间作用整体空间作用指的是排架与排架，排架与山墙指的是排架与排架，排架与山墙之间相互关联的整体作用之间相互关联的整体作用在在b b、c c两种情况下，其最大侧向位移量两种情况下，其最大侧向位移量即在即在b b、c c两种情况的侧移小于按平
30、面排架计算的侧移。两种情况的侧移小于按平面排架计算的侧移。aubucu、 空间工作的条件：空间工作的条件：各横向排架（山墙可理解为广义横向排架）之间有联系各横向排架（山墙可理解为广义横向排架）之间有联系（即屋盖有一定的整体刚度）；（即屋盖有一定的整体刚度）；各横向排架彼此情况不同，或者结构不均匀、或者荷载各横向排架彼此情况不同，或者结构不均匀、或者荷载不均匀。不均匀。在设计中，需要考虑整体空间工作时，只对吊车荷载才考在设计中，需要考虑整体空间工作时，只对吊车荷载才考虑厂房的整体空间作用（局部荷载下整体空间作用比均布虑厂房的整体空间作用（局部荷载下整体空间作用比均布荷载下要大）。荷载下要大）。柱
31、顶在单个荷载作用下的空间作用分配系数柱顶在单个荷载作用下的空间作用分配系数kmkFku平面排架平面排架kF平面排架平面排架kkuu xFxkFF 平面排架平面排架kukukF空间排架空间排架kkxkmFFF称为空间作称为空间作用分配系数用分配系数kkkuum当某榀排架柱顶作用水平力当某榀排架柱顶作用水平力 时，如果考虑排架整体空间作时，如果考虑排架整体空间作用，该排架仅承担用，该排架仅承担 ，其余部分由其它排架承担。，其余部分由其它排架承担。kFkkFm吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法maxTmaxTmax52TCR max52TCmRkmaxTma
32、x5TCmax5TCmaxTmax5)1 (TCmkmax5)1 (TCmkmax5TCmkmax5TCmk考虑空间作用后，上柱弯矩增大；下柱弯矩减小。考虑空间作用后，上柱弯矩增大；下柱弯矩减小。二、屋架、地基变形对内力的影响二、屋架、地基变形对内力的影响平衡条件：平衡条件：FVVBA物理条件：物理条件：AAAuDVBBBuDV几何条件：几何条件：AxBuuuEAxLuxBVX 横梁变形横梁变形AuBuEAA AB BADBDFL LBVXAVBuAuxuBuEAABDDFLEAABDDFL左右两种情况A柱的剪力是否相同？思考题思考题 地基不均匀沉降地基不均匀沉降ABFmaxDminD地基不均
33、匀沉降对排架内力有无影响？ABF 地基转动地基转动三、柱长不同的等高排架计算三、柱长不同的等高排架计算ABCuuuEIEIEIABC四、四、抽柱后的计算模型抽柱后的计算模型ABC123计算单元计算单元uAEI2ABClAEI2uCEI2lCEI2uBEIlBEI将计算单元内的排架合并。将计算单元内的排架合并。 单层厂房中，有时由于工艺要求，或者在局部区段少放置若干根柱单层厂房中，有时由于工艺要求，或者在局部区段少放置若干根柱( (习称习称“抽柱抽柱”），或者中列柱的柱距比边列柱的为大，因而形成了纵），或者中列柱的柱距比边列柱的为大，因而形成了纵向柱距不等的情况。向柱距不等的情况。恒载和风荷载的
34、计算方法用一般排架。吊车荷载不同，恒载和风荷载的计算方法用一般排架。吊车荷载不同，B B轴柱按加轴柱按加长吊车梁的影响线确定；长吊车梁的影响线确定；A A和和C C轴柱应考虑作用在轴柱应考虑作用在、柱子上相、柱子上相应值的一半，即应值的一半，即ABC123计算单元计算单元max2Dmax1Pmax2Pmax1Pmax2P1D3D231max2maxDDDD求得内力后， A和C轴柱的弯矩、剪力除2得到原结构单根柱的内力，轴力根据实际受荷情况确定。2.3 2.3 排架柱设计排架柱设计2.3.1 2.3.1 荷载组合荷载组合 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）3.2.4-
35、3.2.51.2恒荷载标准值恒荷载标准值+1.41项活荷载标准项活荷载标准1.2恒荷载标准值恒荷载标准值+1.40.90(2项或项或2项以上项以上活荷载标准值）活荷载标准值） 可变荷载效应控制可变荷载效应控制（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） 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+ +所有活荷载的组合值所有活荷载的组合值IIIIIIIIIIII2.3.2 2.3.2 内力组合内力组合一、控制截面一、控制截面 构件设计时一般选取若干个可靠度较低因而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
36、计，这些截对整个构件起控制作用的截面进行设计，这些截面称为面称为控制截面控制截面。二、组合内容二、组合内容q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；q最小弯矩及相应的轴力和剪力；最小弯矩及相应的轴力和剪力；q最大轴力及相应的弯矩和剪力；最大轴力及相应的弯矩和剪力；q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。三、注意事项三、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；对活荷载，必须明确组合的目标，即每次组合只能以一对活荷载，必须明确组合的目标，即每次组合只能以一种内力为目标来决定内力取舍；种内力为目标来决定内力取舍；有有T T必有
37、必有D D，有，有D D也有也有T T；风荷载有向左和向右两种作用情况，只能选择其中一种风荷载有向左和向右两种作用情况，只能选择其中一种情况进行内力组合；情况进行内力组合；组合最大轴力和最小轴力时，轴力为零的项应考虑进去。组合最大轴力和最小轴力时，轴力为零的项应考虑进去。uNuM钢筋砼钢筋砼N NM M曲线曲线*2.3.3 2.3.3 混凝土柱截面设计混凝土柱截面设计平腹杆平腹杆斜腹杆斜腹杆一、截面形式一、截面形式mmh600宜用矩形柱；宜用矩形柱；mmh800600工字形或矩形柱；工字形或矩形柱；mmh1400900宜用双肢柱。宜用双肢柱。mmh1400宜用工字形柱；宜用工字形柱；从刚度要求
38、出发，需满足表从刚度要求出发，需满足表2- 3 的要求。的要求。二、截面配筋二、截面配筋取最不利内力组合，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：202HEINl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22)( HEINl0HH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，
39、HH18. 10偏于安全，规范分别取偏于安全，规范分别取 和和 。H5 . 1H25. 1v 无吊车荷载无吊车荷载HlNHlNHH43. 10对于等高等截面单跨排架，对于等高等截面单跨排架，柱的计算长度 l0l0垂直排架方向柱 的 类 别排架方向有柱间支撑无柱间支撑单 跨1.5H1.0H1.2H无吊车厂房柱两跨及多跨1.25H1.0H1.2H上 柱2.0Hu1.25Hu1.5Hu有吊车厂房柱下 柱1.0Hl0.8 Hl1.0Hl露天吊车柱和栈桥柱2.0Hl1.0Hlv 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
40、邻排架的协同工各柱参加工作；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。当当 ， 时，时， 。uuHHHl)7 . 07 . 0(0规范分别取规范分别取 和和 。lHl03/ulHHlHl 0变截面上段：变截面上段：变截面下段：变截面下段：)tan(3，33ulluHHII12. 0/ulIIuHl0 . 20lHl0 . 10lNHuHHluEIlEI柱的计算长度 l0l0垂直排架方向柱 的 类 别排架方向有柱间支撑无柱间支撑单 跨1.5H1.0H1.2H无吊车厂房柱两跨及多跨1.25H1.0H1.2H上 柱2.0Hu1.25Hu
41、1.5Hu有吊车厂房柱下 柱1.0Hl0.8 Hl1.0Hl露天吊车柱和栈桥柱2.0Hl1.0Hl三、吊装验算三、吊装验算验算内容：吊装、运验算内容：吊装、运输阶段的承载力和裂输阶段的承载力和裂缝宽度验算（一般考缝宽度验算（一般考虑翻身吊装）虑翻身吊装） ；荷载：自重，考虑动力系数荷载：自重，考虑动力系数1.5；安全等级：降一级，乘系数安全等级：降一级，乘系数0.9 ；四、构造四、构造如果不满足，增加吊点或调整配筋。如果不满足，增加吊点或调整配筋。单点绑扎起吊，吊点设在变阶处；单点绑扎起吊，吊点设在变阶处；柱的混凝土强度一般按设计强度的柱的混凝土强度一般按设计强度的70考虑；考虑；2.3.4
42、2.3.4 牛腿设计牛腿设计0ha 长牛腿长牛腿0ha 短牛腿短牛腿一、试验研究一、试验研究Fa0hh 应力分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。 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。F 破坏形态破
43、坏形态剪切破坏剪切破坏1 . 0/0ha斜压破坏斜压破坏75. 01 . 0/0ha弯压破坏弯压破坏75. 0/0haF局部承压破坏局部承压破坏牛腿在使用过程中，设计上不允许出现斜裂缝指裂缝，牛腿在使用过程中，设计上不允许出现斜裂缝指裂缝，这是确定牛腿截面尺寸的主要依据。这是确定牛腿截面尺寸的主要依据。试验证明，试验证明，a/ha/h0 0是影响裂缝出现迟早的主要依据。是影响裂缝出现迟早的主要依据。v 截面尺寸截面尺寸二、截面设计（截面尺寸、截面配筋、构造）二、截面设计（截面尺寸、截面配筋、构造）牛腿的截面宽度通常与柱同宽，因此主要确定截面高度；牛腿的截面宽度通常与柱同宽，因此主要确定截面高度
44、；牛腿截面高度的确定一般以控制其在使用阶段不出现或牛腿截面高度的确定一般以控制其在使用阶段不出现或仅出现细微斜裂缝为准；仅出现细微斜裂缝为准；牛腿的纵向钢筋和弯筋对斜裂缝出现无明显的影响，影牛腿的纵向钢筋和弯筋对斜裂缝出现无明显的影响，影响截面抗裂能力的主要是牛腿的截面尺寸。响截面抗裂能力的主要是牛腿的截面尺寸。截面高度根据斜截面抗裂，按下式确定：截面高度根据斜截面抗裂，按下式确定：005 . 05 . 01habhfFFFtkvkhkvkvkF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；hkF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
45、系数，需作疲劳验算的牛腿取裂缝控制系数，需作疲劳验算的牛腿取0.650.65，其余，其余0.80.8；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：AfFcvs75. 0v 截面配筋截面配筋将牛腿简化为一个以纵向钢筋为拉杆和混凝将牛腿简化为一个以纵向钢筋为拉杆和混凝土斜撑为压杆的三角形桁架土斜撑为压杆的三角形桁架牛腿承载力计算简图牛腿承载力计算简图yh0yvsfF2 . 1hf85. 0aFAvFa0h0hhFyvsfhaFA01近似取近似
46、取85. 0抵抗竖向力产生的弯矩所需钢筋抵抗竖向力产生的弯矩所需钢筋1sA抵抗水平力所需钢筋抵抗水平力所需钢筋2sA020)(hfAhaFysshyhyhssfFfhFhaA2 . 1)(002v 构造构造水平箍筋：水平箍筋：弯起钢筋：弯起钢筋：上柱下柱弯起钢筋ahlaas范围内箍筋总面积范围内箍筋总面积不少于不少于3/20h2/1sA126150100ds，3 . 0/0ha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01%15. 02/bhAs、不少于不少于2根，根，12d2.4 2.4 柱下独立基础设计柱下独立基础设计独立基础形式：独立
47、基础形式：q平板式基础（杯形基础）平板式基础（杯形基础）(a)(a)、(b)(b)、(c)(c)；q板肋式基础（杯口、肋板肋式基础（杯口、肋板预制）板预制）(d)(d)；q壳体基础壳体基础(e)(e)；q倒圆台板式基础倒圆台板式基础(f)(f)；q桩基桩基2.42.4.1.1 概述概述a)b)杯口杯口杯底杯底预制柱预制柱c)底板底板肋肋d)e)f)2.4.2 2.4.2 平板式独立基础设计平板式独立基础设计一、基础破坏类型一、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二、设计内容：二、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
48、）；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）。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。基底某点反力与该点的地基沉降成正比。三、地基计算三、地基计算v 假定假定v 轴心受压基础轴心受压基础pFGdafAGFp取取AdGmdfFAmaF上部结构传至基础顶面的竖向力设计值；上部结构传至基础顶面的竖向力设计值；G基础及基础上方土的重力设计值；基础及基础上方土的重力设计值；A基础底面面积；基础底面面积； m-基础及上方土重力密度平均值基础及上方土重力密度平均值fa地基承载力
49、设计值。地基承载力设计值。v 偏心受压基础偏心受压基础WMblGFppminmax令令)/(GFMemaxpcNGhcMcVGFhVMMccVminpb)61 (minmaxbeblGFppM-作用于基础底面的力矩设计值作用于基础底面的力矩设计值W-基础底面面积抵抗矩，基础底面面积抵抗矩，W=lb2/6 基础底面全截面受压时，根据假定，基底压力线性基础底面全截面受压时，根据假定，基底压力线性非均匀分布，如下图示，地基最大、最小反力见下式非均匀分布，如下图示，地基最大、最小反力见下式当当e eb b6 6时，时，P Pminmin0 0，这时基础底面全部为压应力，地基反力图形为梯形；，这时基础底
50、面全部为压应力，地基反力图形为梯形；当当e eb b6 6时，则时，则P Pminmin0 0，这时基础底面一侧边缘的压应力为零地基反力，这时基础底面一侧边缘的压应力为零地基反力图形为三角形。图形为三角形。上述两种情况，基础的全部底面积和地基是密切接触的。上述两种情况，基础的全部底面积和地基是密切接触的。当当e eb b6 6时，则时，则P Pminmin0 0，这说明基础底面积的一部分将产生拉力，由于基，这说明基础底面积的一部分将产生拉力，由于基础与土壤的接触面是不能受拉的，因此这部分基础底面与地基之间就脱离，础与土壤的接触面是不能受拉的，因此这部分基础底面与地基之间就脱离，根据根据作用力和
