混凝土结构与砌体结构模块9课件.ppt

1、混凝土结构与砌体结构模块模块9 9 单层厂房排架结构单层厂房排架结构 9.3单层厂房柱 9.1 单层厂房的组成和结构布置 9.2排架结构的荷载及内力计算 （1）了解单层厂房的组成和布置。（2）掌握排架结构的内力计算及荷载计算方法。（3）熟悉排架结构的内力组合。（4）掌握柱下独立基础和牛腿的设计。学习目标学习目标模块模块9 9 单层厂房排架结构单层厂房排架结构9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 钢筋混凝土单层厂房的承重结构主要由屋架（或屋面梁）、柱和基础组成，其结构按主要承重结构形式的不同分为排架结构和刚架结构两种。排架结构是柱与屋架（或屋面梁）为铰接，而与基础为刚

2、接所组成的结构（见图9-1），其具有传力明确、构造简单、施工方便的特点，适合于预制装配，是目前常用的单层厂房的结构形式。刚架结构的特点是柱与屋架（或屋面梁）刚接成一个构件，而与基础通常为铰接。刚架结构有三铰门式刚架（顶节点为铰接）和两铰门式刚架（顶节点为刚接）两种形式，如图9-2所示。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置图9-2 钢筋混凝土刚架结构图9-1 钢筋混凝土排架结构（a）三铰门式刚架 （b）两铰门式刚架 单层厂房的结构组成9.1.19.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置图9-3 单层厂房排架结构的组成1屋面板；2天窗架垂直支承；3

3、天窗架；4屋架；5抗风柱；6屋架下弦横向水平支承；7屋架端部垂直支承；8基础梁；9基础；10排架柱；11吊车梁；12托架；13连系梁；14柱间支承；15天沟板9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 1 1）屋盖结构）屋盖结构 混凝土屋盖结构由屋面板（包括天沟板）、屋架或屋面梁（包括屋盖支承）组成，有时还设有天窗架和托架等。混凝土屋盖结构分无檩和有檩两种屋盖体系，将大型屋面板直接支承在屋架或屋面梁上的称为无檩屋盖体系；将小型屋面板或瓦材支承在檩条上，并将檩条支承在屋架上的称为有檩屋盖体系。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置2 2）横向平面排

4、架）横向平面排架 横向平面排架由横梁（屋架或屋面梁）、横向柱列和基础组成，是厂房的基本承重结构。厂房结构承受的竖向荷载、横向水平荷载以及横向水平地震作用都是由横向平面排架承担并传至地基的。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 3 3）纵向平面排架）纵向平面排架 纵向平面排架由纵向柱列、连系梁、吊车梁、柱间支承和基础等组成，其作用是保证厂房的纵向稳定性和刚性，并承受作用在山墙、天窗端壁以及通过屋盖结构传来的纵向风荷载、起重机纵向水平荷载等，并将其传至地基，如图9-4所示。另外，它还承受纵向水平地震作用、温度应力作用等。图9-4 纵向平面排架9.1 9.1 单层厂房的组

5、成和结构布置单层厂房的组成和结构布置4 4）吊车梁）吊车梁 吊车梁一般为装配式，简支在柱的牛腿上，主要承受起重机竖向荷载、横向或纵向水平荷载，并将它们分别传至横向或纵向平面排架。吊车梁是直接承受起重机动力荷载的构件。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置5 5）支承）支承 单层厂房的支承包括屋盖支承和柱间支承两种，其作用是加强厂房结构的空间刚度，保证结构构件在安装和使用阶段的稳定与安全，同时起着把风荷载、起重机水平荷载或水平地震作用等传递到相应承重构件的作用。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置6 6）基础）基础 基础承受柱和基础梁传来的荷

6、载并将它们传至地基。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置7 7）围护结构）围护结构 围护结构包括纵墙、横墙（山墙）及由连系梁、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等。单层厂房的传力途9.1.29.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置图9-5 单层厂房的传力路线示意图 单层厂房的结构布置9.1.39.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 1 1）定位轴线布置）定位轴线布置 （1）纵向定位轴线一般用编号 表示。对于无起重机或起重机起重量不

7、大于30 t的厂房，边柱外边缘、纵墙内缘、纵向定位轴线三者相重合，形成封闭结合，如图9-6（a）所示。纵向定位轴线之间的距离，即跨度 L与起重机跨度Lk之间一般有如下关系：（9-1）（9-2）9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 对边柱，当按计算e750 mm时，取e=750 mm，如图9-6（a）所示；对中柱，当为多跨等高厂房时，按计算e750 mm，也取e=750 mm，纵向定位轴线与上柱中心线重合，如图9-6（b）所示。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置图9-6 纵向定位轴线（a）边柱 （b）中柱 9.1 9.1 单层厂房的组成和

8、结构布置单层厂房的组成和结构布置 （2）横向定位轴线一般通过柱截面的几何中心，用编号、表示。在厂房纵向尽端处，横向定位轴线位于山墙内边缘，并把端柱中心线内移600 mm，同样在伸缩两侧的柱中心线也须向两边各移600 mm，以使伸缩缝中心线与横向定位轴线重合，如图9-7所示。图9-7 厂房的横向定位轴线9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置2 2）柱网布置）柱网布置 单层厂房承重柱的纵向和横向定位轴线在平面上形成的网格称为柱网。柱网布置就是确定柱子纵向定位轴线之间的尺寸（跨度）和横向定位轴线之间的尺寸（柱距）。柱网布置的一般原则：符合生产工艺和正常使用的要求；建筑和结构

9、方案经济合理；在施工方法上具有先进性和合理性；符合厂房建筑统一化、标准化的基本原则；适应生产发展和技术进步的要求。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置3 3）变形缝布置）变形缝布置 （1）伸缩缝。随着气温的变化，房屋结构会出现热胀冷缩的现象，这种温度变化将在结构中产生温度应力，引起结构变形，严重时会使墙面、屋面和构件等拉裂。因此，当房屋的长度或宽度过大时，为减小房屋结构中的温度应力，应设置伸缩缝。当建筑物的长度超过规定限值，又未采取可靠的构造措施或施工措施时，其伸缩缝间距不宜超过表9-1的限值。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置表9-1

10、 伸缩缝的最大间距 单位：mm9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 沿厂房的横向伸缩缝应从基础顶面开始，将相邻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，使上部结构在温度变化时，沿纵向可自由变形。在伸缩缝处应采用双排柱、双屋架（屋面梁），在伸缩缝处双柱基础可不分开，做成连在一起的双杯口基础。提提 示示9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 （2）沉降缝。沉降缝一般设置在以下几处：在建筑物的荷载和高度存在较大差异处；地基土的压缩性有显著差异处；结构类型和结构体系有明显不同处；基础类型或基础处理不一致处。在厂房各部分的施工时间先后

11、相差较长时，也应设置沉降缝。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 （3）防震缝。防震缝是为了减轻地震灾害而采取的措施之一，当相邻跨厂房高度相差悬殊、厂房结构类型和刚度有明显不同时，应设置防震缝。防震缝将房屋划分为简单规则的形状，使每一部分成为独立的抗震单元，使其在地震作用下互不影响。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置4 4）支承布置）支承布置 （1）屋盖支承。屋盖支承系统包括上弦横向水平支承，下弦水平支承，垂直支承，纵向水平系杆以及天窗架支承。上弦横向水平支承，如图9-8所示。图9-8 屋盖上弦横向水平支承9.1 9.1 单层厂房的组成

12、和结构布置单层厂房的组成和结构布置 下弦水平支承。屋盖下弦水平支承是指布置在屋架下弦平面内的水平支承，包括下弦横向水平支承和下弦纵向水平支承。当设置下弦纵向水平支承时，为保证厂房空间的刚度，必须同时设置相应的下弦横向水平支承，以形成封闭的水平支承系统，如图9-9所示。图9-9 屋盖下弦水平支承9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 垂直支承及纵向水平系杆。垂直支承是指在相邻两榀屋架之间由角钢与屋架的直腹杆组成的垂直桁架，如图9-10所示。图9-10 屋盖垂直支承（a）十字交叉形 （b）W形9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 当厂房跨度 L

13、 18 m且无天窗时，可不设垂直支承和水平系杆；当厂房跨度为1830 m时，在屋架跨中设一道垂直支承；当厂房跨度 L 30 m时，在屋架1/3跨度左右布置两道对称的垂直支承；当屋架端部高度大于1.2 m时，还应在屋架两端各布置一道垂直支承。当屋盖设置垂直支承时，应在未设置垂直支承的屋架间，在相应于垂直支承平面内的屋架上弦和下弦节点处设置通长的水平系杆。屋盖垂直支承应与下弦横向水平支承布置在同一柱距内。提提 示示9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 天窗架支承。天窗架支承包括设置在天窗两端第一柱间的上弦横向水平支承和沿天窗架两侧边设置的垂直支承。其作用是保证天窗架上弦

14、的侧向稳定，将天窗端壁上的风荷载传递给屋架。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 （2）柱间支承。柱间支承一般包括上部、中部及下部柱间支承，如图9-11所示。图9-11 柱间支承1柱顶连系杆;2上部柱间支承;3下部柱间支承9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 柱间支承的形式如图9-12所示。当 l /h 2时，可采用人字形支承；当 l /h 2.5时，可采用八字形支承；当柱距为15 m且 h2较小时，采用斜柱式支承比较合理。图9-12 柱间支承的形式 1十字交叉形支承；2空腹门形支承；3大八字形支承；4小八字形支承；5单斜撑；6人字撑 9

15、.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 柱间支承的作用是保证厂房结构的纵向刚度和稳定，并将水平荷载（包括天窗端壁部和厂房山墙上的风荷载、起重机的纵向水平制动力以及作用于厂房纵向的其他荷载）传至基础。凡属下列情况之一者，应设置柱间支承：厂房内设有悬臂起重机或3 t及以上悬挂起重机。厂房内设有重级工作制起重机，或设有中级、轻级工作制起重机，起重量在10 t及以上。厂房跨度在18 m以上或柱高在8 m以上。纵向柱列的总数在7根以下。露天起重机栈桥的柱列。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 5 5）围护结构布置）围护结构布置 （1）抗风柱。单层厂房

16、的山墙受风面积较大，一般需在山墙内侧设置抗风柱将山墙分成几个区格，使山墙面受到的风荷载的一部分（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。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 （2）圈梁、连系梁、过梁、基础梁。用砌体作为厂房的围护结构时，一般要设置圈梁或连系梁、过梁及基础梁。圈梁的作用是增强房屋的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对厂房的不利影响。圈梁位于墙体内，和柱连接，柱对它仅起拉结作用。通常柱上不需设置支承圈梁的牛腿。圈梁宜连续地设在同一水平面上，并形成封闭圈。当圈梁被门窗洞口截断

17、时，应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁，附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其垂直距离的两倍，且不得小于1.0 m，如图9-13所示。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置图9-13 附加圈梁与圈梁的搭接 1附加圈梁；2圈梁9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置 连系梁。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荷载到纵向柱列；此外，它还承受其上部墙体的自重。过梁。过梁的作用是承受门窗洞口上的墙体自重。基础梁。在一般厂房中，基础梁的作用是承受围护墙体的自重，并将其传给柱下单独基础，而不另设墙基础。基础梁与柱一般不连接（一级抗震等级的

18、基础梁顶面应增设预埋件并与柱焊接），将基础梁直接搁置在柱基础杯口上，当基础埋置较深时，则放置在基础上面的混凝土垫块上，如图9=14所示。9.1 9.1 单层厂房的组成和结构布置单层厂房的组成和结构布置图9-14 基础梁布置 排架结构的计算单元与计算简图9.2.19.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算1 1）排架结构的计算单元）排架结构的计算单元 由于横向排架沿厂房纵向一般为等间距均匀排列，作用于厂房上的各种荷载（起重机荷载除外）基本上沿厂房纵向均匀分布，计算时，可以通过任意相邻纵向柱距的中心线截取出有代表性的一段作为整个结构的横向平面排架的计算单元，如图9-15（a）

19、中的阴影部分所示。除起重机等移动荷载以外，阴影部分就是排架的负荷范围，或称从属面积。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算图9-15 横向排架的计算单元和计算简图（a）计算单元 （b）计算简图9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 2 2）排架结构的计算简图）排架结构的计算简图 在确定排架结构的计算简图时，为简化计算做了以下假定：（1）柱上端与屋架（屋面梁）为铰接。（2）柱下端固接于基础顶面。（3）排架横梁为无轴向变形刚性杆，横梁两侧柱顶的水平位移相等。（4）排架柱的高度计取由固定端至柱顶铰接节点处，排架柱的轴线为柱的几何中心线。（5）当柱为

20、变截面柱时，取上柱和下柱截面重心的连线，排架柱的轴线为一条折线。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 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；上部柱高 H1=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；上、下部柱的截面弯曲刚度 Ec I1、Ec I2由混凝土强度等级以及预先假定的柱截面形状和尺寸确定。提提 示示 排架结构荷载计算9.2.29.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 作用在排架上的荷载分恒荷载和活荷载两类。恒荷载一般包括屋盖自重 F1、上柱自重 F2、下柱自重 F3、吊车梁和轨道零件自重 F4

21、，以及有时支承在牛腿上的围护结构自重 F5等。活荷载一般包括屋面活荷载F6，起重机荷载 Tmax和 Dmax或Dmin，均布风载q1、q2，以及作用在屋盖支承处的集中风荷载 W等。如图9-16所示为上述作用在排架上的荷载。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算图9-16 作用在排架上的荷载9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算1 1）恒荷载的计算）恒荷载的计算 各种恒荷载的数值可按材料重力密度和结构的有关尺寸由计算得到，标准构件可从标准图上直接查得。在排架计算中，取恒荷载的荷载分项系数 G=1.2。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架

22、结构的荷载及内力计算2 2）屋面均布活荷载的计算）屋面均布活荷载的计算 房屋建筑屋面的水平投影面上的屋面均布活荷载，应按建筑结构荷载规范（GB 500092012）中表5.3.1采用。对不上人屋面，其屋面均布活荷载标准值为0.5 kN/m2。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算3 3）雪荷载的计算）雪荷载的计算9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算4 4）起重机荷载的计算）起重机荷载的计算 （1）起重机竖向荷载 Dmax（或 Dmin）。起重机竖向荷载是指起重机在运行时，通过作用于吊车梁上的轮压传给排架柱的荷载。当起重机小车在额定最大起重量

23、的情况下行驶至大车某一侧端头极限位置时，小车所在一侧的每个大车轮压即为起重机的最大轮压 Pmax，同时另外一侧的每个大车轮压即为最小轮压 Pmin，如图9-17所示。Pmax和 Pmin可根据所选用的起重机型号、规格由产品目录或手册查得。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算图9-17 起重机最大轮压与最小轮压 当两台起重机满载靠紧并行，其中较大一台起重机的内轮正好运行至计算排架柱的位置时，作用于最大轮压Pmax一侧排架柱上的起重机荷载为最大值Dmax，如图9-18所示；与此同时，在另一侧的排架柱上，则由最小轮压 Pmin产生竖向荷载为 Dmin。Dmax或 Dmin

24、可根据图9-18所示的起重机最不利位置和吊车梁支座反力影响线求得。Dmax=Pmaxyi（9-4）Dmin=Pminyi（9-5）9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算图9-18 起重机纵向运行最不利位置及吊车梁支座反力影响线9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 （2）起重机横向水平荷载Tmax。起重机的横向水平荷载Tmax是当小车沿厂房横向运动时，由于启动或突然制动产生的惯性力，通过小车制动轮与桥架上导轨之间的摩擦力传给大车，再通过大车轮均匀地传给大车轨道和吊车梁，然后由吊车

25、梁与上柱的连接钢板传给两侧排架柱。起重机横向水平荷载的作用位置在吊车梁顶面，且同时作用于起重机两侧的排架柱上，方向相同。当四轮起重机满载运行时，每个大车轮引起的横向水平荷载标准值为T=（g+Q）/4 （9-6）（3）起重机纵向水平荷载 Te。起重机纵向水平荷载是由起重机的大车突然启动或制动引起的纵向水平惯性力，它由大车的制动轮与轨道的摩擦，经吊车梁传到纵向柱列或柱间支承。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算图9-11 柱间支承9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 当厂房有柱间支承时，起重机纵向水平荷载全部由柱间支承承受；当厂房无柱间支承时

26、，起重机纵向水平荷载由同一伸缩区段内的所有柱共同承受。在横向排架结构计算分析中，一般不考虑起重机纵向水平荷载。提提 示示 设计生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑物时，应考虑积灰荷载。对于具有一定除尘设施和保证清灰制度的机械、冶金、水泥厂的厂房屋面，其水平投影面上的屋面积灰荷载应分别按建筑结构荷载规范（GB 500092012）中表5.4.11和表5.4.1-2采用；对于屋面上易形成灰堆处，在设计屋面板、檩条时，积灰荷载标准值可乘以增大系数：在高低跨处两倍于屋面高差但不大于6 m的分布宽度内取2.0；在天沟处不大于3 m的分布宽度内取1.4。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载

27、及内力计算5 5）屋面积灰荷载的计算）屋面积灰荷载的计算9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 在进行排架结构计算时，屋面均布活荷载不与雪荷载同时组合，仅取两者中的较大值。屋面积灰荷载应与雪荷载和屋面均布活荷载两者中的较大值同时组合。屋面均布活荷载、雪荷载、屋面积灰荷载均属于可变荷载，均按屋面水平投影面积计，其荷载分项系数均取 Q=1.4。提提 示示9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 6 6）风荷载的计算）风荷载的计算 作用在建筑物或构筑物表面上计算用的风压称为风荷载。（1）当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按式（9

28、-8）计算。wk=z s zw 0 （9-8）9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算图9-20 封闭式双坡屋面和封闭式双跨双坡屋面的风载体型系数s（a）封闭式双坡屋面 （b）封闭式双跨双坡屋面9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 （2）屋面传来的集中风荷载。作用于柱顶以上的风荷载，通过屋架以集中力Fw的形式施加于排架柱顶，其值为屋架高度范围内的外墙迎风面、背风面的风荷载及坡屋面上风荷载的水平分力的总和，计算时也取为均布荷载，此时的风压高度变化系数z按下述情况确定：有矩形天窗时，取天窗檐口标高；无矩形天窗时，按厂房檐口标高取值。进行排架计算时

29、，将柱顶以上的风荷载以集中力Fw的形式作用于排架柱顶，其计算简图如图9-21 所示。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算图9-20 封闭式双坡屋面和封闭式双跨双坡屋面的风载体型系数s 排架结构内力计算9.2.39.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 在进行排架内力分析之前，首先要确定排架上有哪几种可能单独考虑的荷载情况，以单跨排架为例，若不考虑地震作用，可能有以下8种单独作用的荷载情况：（1）恒荷载（G 1、G2、G3、G4等）。（2）屋面活荷载（Q1）。（3）起重机竖向荷载D max作用于左柱（Dmin作用于右柱）。（4）起重机竖向荷载

30、D max作用于右柱（Dmin作用于左柱）。（5）起重机水平荷载 Tmax作用于左、右柱，方向由左向右。（6）起重机水平荷载 Tmax作用于左、右柱，方向由右向左。（7）风荷载（Fw、q1、q2），方向由左向右。（8）风荷载（Fw、q1、q2），方向由右向左。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 1 1）单跨排架在恒荷载及屋面活荷载作用下的内力计算）单跨排架在恒荷载及屋面活荷载作用下的内力计算 在恒荷载 G 1、G 2、G 3、G4及屋面活荷载 Q 1作用下，单跨排架一般属于结构对称、荷载也对称的情况，可按无侧移排架计算。由于在排架计算简图中假定横梁为无轴向变形的刚

31、性连杆，所以排架柱可按图9-22（a）所示的简图计算内力。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算图9-22 单跨等高排架的计算简图（a）无轴向变形的刚性连杆 （b）柱顶有侧移的排架 根据对排架上的荷载分析可知，G1对上柱及下柱截面均有偏心，Q1对上、下柱也有偏心且偏心距与G1相同，G2、G4对下柱截面也有偏心，在计算中可将 G1、G2、G4及Q1简化为作用在柱截面形心的轴力和作用在相应柱顶（上柱）及牛腿顶面（下柱）处的力矩 M1和M2。由于G1、G2、G3、G4及 Q1作用于柱截面形心时，只引起柱的轴向力，不引起弯矩和剪力，所以可按图9-23所示计算柱截面的弯矩和剪力

32、。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算图9-23 在力矩 M1、M 2作用下的计算简图9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算2 2）在风荷载及起重机荷载作用下的排架内力计算）在风荷载及起重机荷载作用下的排架内力计算 （1）在起重机竖向荷载Dmax（或Dmin）作用下的内力计算。起重机竖向荷载Dmax（或D min）作用于牛腿顶面并对下柱截面有偏心，可将其简化为作用于柱截面中心的轴向力 Dmax（或Dmin）和附加力矩 MD，max（或 MD，min），按图9-24所示简图分别计

33、算，然后叠加而得。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算图9-24 在Dmax和Dmin分别作用下的计算简图（a）Dmax作用在A柱 （b）Dmin作用在B柱9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 当MD，max作用在A柱时，排架柱的内力可由图9-25（b）和图9-25（c）的内力叠加得到。图9-25 MD，max作用在A柱的内力计算9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 （2）在起重机水平荷载作用下的排架内力计算。在起重机水平荷载Tmax作用下，排架柱的内力可由图9-26（b）和图9-26（c）的内力叠加得到。图9

34、-26 两跨等高排架在Tmax作用下的内力计算9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 （3）在风荷载作用下的排架内力计算。排架在风荷载Fw、q1、q2作用下的计算简图可由图9-27（a）与图9-27（b）叠加而得。其中图9-27（a）可分解为Fw、q1、q2分别单独作用的受力情况，如图9-28（a）、图（b）、图（c）所示。图9-27 单跨排架风荷载作用下的内力计算9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算图9-28 Fw、q1、q2分别作用的受力情况（a）Fw单独作用的受力情况 （b）q1单独作用的受力情况 （c）q2单独作用的受力情况 排架结

35、构的控制截面与内力组合9.2.49.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 排架结构的控制截面是指对柱内钢筋量计算起控制作用的截面，也就是内力最大的截面。在一般的单阶排架柱中，上柱各截面是相同的，通常上柱底部截面的内力最大，因此取截面为上柱的控制截面；在下柱中，通常各截面也是相同的，而牛腿顶截面在起重机竖向荷载作用下弯矩最大，柱底截面在风荷载和起重机水平荷载作用下弯矩最大，且轴力也最大，故取和截面为下柱的控制截面，如图9-29所示。1 1）排架结构的控制截面）排架结构的控制截面9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算图9-29 单阶排架柱的控制截面

36、 由偏心受压正截面的M-N 相关曲线可知，构件可在不同弯矩 M 和轴力 N 的组合下达到其极限承载力。内力 M 和 N 对截面最不利的具体搭配，需要进行内力组合才能进行判断。对排架柱各控制截面，一般应考虑以下4种内力组合：（1）+Mmax及相应的 N 、V 。（2）-Mmax及相应的 N 、V 。（3）Nmax及相应的 M 、V 。（4）Nmin及相应的 M 、V 。9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算9.2 9.2 排架结构的荷载及内力计算排架结构的荷载及内力计算 在进行内力组合时，还须注意以下问题：（1）恒荷载必须参与每一种组合。（2）起重机竖向荷载Dmax可分

37、别作用于左柱和右柱，但只能选择其中一种参与组合。（3）起重机水平荷载Tmax向右与向左方向只能选其中一种参与组合。（4）风荷载向右、向左方向只能选其中一种参与组合。（5）组合Nmax或 Nmin时，应使弯矩 M 最大，对于轴力为零，而弯矩不为零的荷载（如风荷载）也应考虑组合。（6）在考虑起重机横向水平荷载 Tmax时，必然有D max（或 Dmin）参与组合，即“有 T 必有 D ”；但在考虑起重机荷载 Dmax（或 Dmin）时，该跨不一定作用有该起重机的横向水平荷载，即“有 D 不一定有 T ”。提提 示示 柱下独立基础设计9.3.19.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 柱的基础是单层厂房

38、中的重要受力构件，上部结构传来的荷载都是通过基础传至地基的。按受力形式的不同，柱下独立基础有轴心受压柱下基础和偏心受压柱下基础两种，在单层厂房中，柱下独立基础一般是偏心受压的。按施工方法不同，柱下独立基础可分为预制柱下基础和现浇柱下基础两种。单层厂房柱下独立基础的常用形式是扩展基础，有阶梯形和锥形两类，如图9-30所示。预制柱下基础因与预制柱连接的部分做成杯口，故又称为杯形基础。图9-30 柱下扩展基础的形式（a）现浇柱下阶梯形基础 （b）阶梯形杯口基础 （c）现浇柱下锥形基础 （d）锥形杯口基础9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱1 1）确定基础底面尺寸）确定基础底面尺寸 （1）轴心受压柱下

39、基础。当柱下独立基础处于轴心受压时，假定基础底面的压力为均匀分布，如图9-31所示。图9-31 轴心受压柱下基础的计算简图9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 （2）偏心受压柱下基础。当偏心荷载作用在基础底面时，假定基础底面的压力按线性非均匀分布，如图9-32（a）所示，这时基础底面边缘的最大和最小压力可按式（9-11）计算。（9-11）,max,minbkkbkkkPpNGMAW9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱图9-32 偏心受压基础计算简图9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 令e=Mbk/（Nbk+Gk）,并将 W=lb2/6代入式（9-11）可得（9-12）但由于基础与地基的接触面

40、是不可能受拉的，因此这部分基础底面与地基之间是脱离的，即这时承受地基反力的基础底面积不是 bl 而是3al，此时 p k,max不能按式（9-12）计算，而应按式（9-13）计算。pk,max=（9-13）（9-14）,max,minbkk6(1)kkPpNGeblbbkk2()3NGal2bae9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 在确定偏心受压柱下基础的底面尺寸时，应符合下列要求：pk=fa （9-15）pk,max1.2fa （9-16）在式（9-16）中将地基承载力特征值提高20%的原因是：p k,max只在基础边缘的局部范围内出现，而且 pk,ma

41、x中的大部分是由活荷载而不是恒荷载产生的。k,maxk,min2Pp9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 确定偏心受压基础的底面尺寸一般采用试算法：先按轴心受压柱下基础所需的底面积增大20%40%，初步选定长、短边尺寸，然后验算是否符合式（9-15）、式（9-16）的要求。如不符合，则需另行假定尺寸并重算，直至满足要求为止。提提 示示9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 建筑地基基础设计规范（GB 500072011）规定，对矩形截面柱的矩形基础，在柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力可按下列公式计算：（9-17）（9-18）（9-19）9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱图9-33 阶

42、形基础的受冲切承载力的截面位置（a）柱与基础交接处 （b）基础变阶处1冲切破坏锥体最不利一侧的斜截面；2冲切破坏锥体的底面线9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱图9-34 冲切破坏锥体的底面在 l 方向落在基础底面以外2 2）底板受力钢筋计算）底板受力钢筋计算 基础底板在地基净反力的作用下，在两个方向上都将产生向上的弯曲，因此需在底板两个方向都配置受力钢筋。配筋计算的控制截面一般取在柱与基础交接处或变阶处（对阶形基础）。计算（两个方向）弯矩时，把基础视作固定在柱周边或变阶处（对阶形基础）的四面挑出的倒置的悬臂板，如图9-35所示。（1）轴心荷载作用下的基础。9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱

43、9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱图9-35 矩形基础底板的计算简图9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 则由图9-35（a）得 M1=(9-20)沿长边 b 方向的受拉钢筋截面面积 As可近似按式（9-21）计算。(9-21)同理，沿短边 l 方向，对柱边截面的弯矩M为 M=(9-22)2111(2)6aab p1sy010.9MAf h2j1()(2)24bbaa p 则由图9-35（a）得 M1=(9-20)沿长边 b 方向的受拉钢筋截面面积 As可近似按式（9-21）计算。(9-21)同理，沿短边 l 方向，对柱边截面的弯矩M为 M=(9-22)2111(2)6aab p1sy010

44、.9MAf h2j1()(2)24bbaa p9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 沿短边方向的钢筋一般置于沿长边钢筋的上面，如果两个方向的钢筋直径均为 d ，则截面的有效高度 h 0=h0-d ，于是，沿短边方向的钢筋截面面积As为As=（9-23）y010.9()Mfhd9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 （2）偏心荷载作用下的基础。当偏心距小于或等于 b /6时，如图9-35（b）所示，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计值 M、M可分别按下列公式计算：M=（9-24）M=（9-25）21j,maxj,11(2)()12alapp

45、l2j,maxj,min1()(2)()48labbpp3 3）构造要求）构造要求 （1）一般要求。轴心受压柱下基础的底面一般采用正方形。锥形基础的边缘高度不宜小于300 mm；阶梯形基础的每阶高度宜为300500 mm。混凝土强度等级不宜低于C20。底板受力钢筋一般采用HRB335级钢筋，其最小直径不宜小于8 mm，间距不宜大于200 mm。当基础底板的边长不小于2.5 m时，沿此方向的钢筋长度可减短10%，但宜交错布置，如图9-36所示。9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱图9-36 基础底边边长不小于2.5 m时的底部配筋示意图 9.3 9.3 单层厂

46、房柱单层厂房柱图9-37 现浇柱基础中插筋的构造9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 （2）预制基础的杯口形式和柱的插入深度。当预制柱的截面为矩形及工字形时，柱基础采用单杯口形式；当为双肢柱时，可采取双杯口形式，也可采用单杯口形式。预制柱的杯口构造如图9-38所示。图9-38 预制柱的杯口构造9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 预制柱插入基础杯口应有足够的深度，使柱可靠地嵌固在基础中，柱的插入深度h1应满足表9-2的要求，同时 h1还应满足柱纵向受力钢筋锚固长度的要求和柱吊装时稳定性的要求，即应使 h1不小于0.05倍柱长（吊装时的柱长）。9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱表9-2 柱的插

47、入深度 h1 单位：mm9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱表9-3 基础的杯底厚度和杯壁厚度 单位：mm （3）无短柱基础杯口的配筋构造。当柱为轴心或小偏心受压且 t/h20.65时，或大偏心受压且 t /h20.75时，杯壁可不配筋。当柱为轴心或小偏心受压且0.5 t /h20.65时，杯壁可按表9-4的要求构造配筋，钢筋置于杯口顶部，每边两个，如图9-39（a）所示；在其他情况下，应按计算配筋。当双杯口基础的中间隔板宽度小于400 mm时，应在隔板内配置 12200的纵向钢筋和 8300的横向钢筋，如图9-39（b）所示。9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱9.3 9.3 单层厂房柱单层

48、厂房柱图9-39 无短柱基础的杯口配筋构造 9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱表9-4 杯壁构造配筋 柱截面设计9.3.29.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱表9-5 刚性屋盖单层房屋排架柱、露天起重机柱和栈桥柱的计算长度9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 柱截面设计的构造要求：（1）矩形和工字形柱的混凝土强度等级常采用C20C30，当轴向力大时宜用较高等级。（2）柱内纵向受力钢筋的直径不宜小于12 mm，全部纵向受力钢筋的配筋率不宜超过5%；当混凝土强度等级小于或等于C50时，全部纵向受力钢筋的配筋率不应小于0.5%；当混凝土强度等级大于C50时，全部纵向受力钢筋的配筋率不应小于0.6%

49、，柱截面每边纵向钢筋的配筋率不应小于0.2%。（3）柱内纵向钢筋的净距不应小于50 mm，对水平浇筑的预制柱，其最小净距不应小于25 mm且不应小于纵向钢筋的直径。牛腿设计9.3.39.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱1 1）牛腿截面尺寸的确定）牛腿截面尺寸的确定 牛腿截面宽度一般与柱宽相同；牛腿的顶面长度与吊车梁中线的位置、吊车梁端部的宽度 b c以及吊车梁至牛腿端部的距离c1有关，一般吊车梁中线到上柱外边缘的水平距离为750 mm，吊车梁至牛腿端部的水平距离 c1通常为70100 mm，如图9-40所示。牛腿的总高度 h 以使用阶段不出现斜裂缝为控制条件来确定，规范给出了初定牛腿的总高度

50、h 的验算公式为 Fvk （9-26）tk0hkvk0(10.5)0.5f bhFaFh9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱图9-40 牛腿截面9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 2 2）牛腿顶面纵向受力钢筋面积的确定）牛腿顶面纵向受力钢筋面积的确定 牛腿顶面纵向受力钢筋面积的计算可归结为三角形桁架拉杆的计算，由承受竖向力所需的受拉钢筋和承受水平拉力所需的水平锚筋组成，其总面积 As的计算式为 As （9-27）vhy0y1.20.85F aFf hf9.3 9.3 单层厂房柱单层厂房柱 （1）纵向受力钢筋的构造。牛腿顶部的纵筋宜采用变形钢筋，全部纵筋及弯起钢筋应沿牛腿外边缘向下伸入下柱内1