1、2022-12-6第12章单层厂房详解第第12章单层厂房详解章单层厂房详解第12章单层厂房详解12.1 单层厂房的结构形式、结构组成和结构布置单层厂房的结构形式、结构组成和结构布置12.1.1 单层厂房的结构形式单层厂房的结构形式排架结构、刚架结构排架结构、刚架结构排架结构排架结构：由屋架、柱和基础组成。柱与屋架铰结，与基础刚接。：由屋架、柱和基础组成。柱与屋架铰结，与基础刚接。排架可做成排架可做成等高、不等高、锯齿形等高、不等高、锯齿形等多种形式等多种形式装配式结构装配式结构(构件预制构件预制)跨度可超过跨度可超过30m，高度可达，高度可达(2030)m或更高。或更高。吊车吨位可达吊车吨位可
2、达150t甚至更大。甚至更大。刚架结构刚架结构：装配式钢筋混凝土刚架、钢结构门式刚架。：装配式钢筋混凝土刚架、钢结构门式刚架。柱和横梁刚接成一个构件，柱与基础通常为铰接柱和横梁刚接成一个构件，柱与基础通常为铰接。刚架顶点做成铰接：刚架顶点做成铰接：三铰刚架三铰刚架（静定结构）（静定结构）做成刚接：做成刚接：两铰刚架两铰刚架（超静定结构）（超静定结构）。刚架立柱和横梁常采用刚架立柱和横梁常采用变截面形式。变截面形式。第12章单层厂房详解12.1.2单层厂房的结构组成与传力路线单层厂房的结构组成与传力路线1.结构组成结构组成(1)屋盖结构：屋面板、屋架（屋面梁）屋盖结构：屋面板、屋架（屋面梁）包括
3、屋盖支撑、包括屋盖支撑、天窗架、托架天窗架、托架 屋盖结构包括：屋盖结构包括：无檩屋盖体系、有檩屋盖体系无檩屋盖体系、有檩屋盖体系 无檩屋盖体系：大型屋面板直接支撑在屋架无檩屋盖体系：大型屋面板直接支撑在屋架(屋面梁屋面梁)上。上。整体性强整体性强 有檩屋盖体系有檩屋盖体系:小型屋面板或瓦材直接支撑在檩条上，檩条再小型屋面板或瓦材直接支撑在檩条上，檩条再 支撑在屋架支撑在屋架(屋面梁屋面梁)上。上。整体性较弱整体性较弱(2)横向平面排架横向平面排架:横梁（屋架或屋面梁）、横向柱列、基础横梁（屋架或屋面梁）、横向柱列、基础基本承重结构基本承重结构(3)纵向平面排架纵向平面排架:纵向柱列、连系梁、
4、吊车梁、柱间支撑、基础纵向柱列、连系梁、吊车梁、柱间支撑、基础 保证厂房的纵向稳定性和刚性保证厂房的纵向稳定性和刚性第12章单层厂房详解纵向平面排架承受：纵向风载、吊车纵向水平荷载、纵向平面排架承受：纵向风载、吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、温度应力纵向水平地震作用、温度应力(4)吊车梁吊车梁:简支在柱牛腿上。承受吊车竖向荷载、吊车横向或纵向简支在柱牛腿上。承受吊车竖向荷载、吊车横向或纵向 水平荷载水平荷载(5)支撑：屋盖支撑、柱间支撑支撑：屋盖支撑、柱间支撑 加强厂房结构的空间刚度、保证结构的稳定和安全，加强厂房结构的空间刚度、保证结构的稳定和安全，将风荷载、吊车水平荷载或水平地震作用可
5、靠地传递将风荷载、吊车水平荷载或水平地震作用可靠地传递 到相应的结构构件上。到相应的结构构件上。(6)基础：承受柱和基础梁传来的荷载，将其传至地基。基础：承受柱和基础梁传来的荷载，将其传至地基。(7)围护结构：墙、连系梁、抗风柱、基础梁围护结构：墙、连系梁、抗风柱、基础梁承受构件自重及墙面上风载承受构件自重及墙面上风载2.传力路线传力路线按排架结构传力按排架结构传力第12章单层厂房详解12.1.3单层厂房的结构布置单层厂房的结构布置1.柱网与定位轴线柱网与定位轴线(1)柱网柱网跨度：承重柱或承重墙的跨度：承重柱或承重墙的纵向纵向定位轴线的距离定位轴线的距离柱距：承重柱或承重墙的柱距：承重柱或承
6、重墙的横向横向定位轴线的距离定位轴线的距离柱网：纵向定位轴线与横向定位轴线在平面上构成柱网。柱网：纵向定位轴线与横向定位轴线在平面上构成柱网。柱网布置应满足生产和使用要求，并柱网布置应满足生产和使用要求，并应满足模数要求。应满足模数要求。p87(2)纵向定位轴线纵向定位轴线跨度跨度 L 与吊车轨距与吊车轨距 Lk 之间的关系为：之间的关系为：详见详见p87第12章单层厂房详解(3)横向定位轴线横向定位轴线中柱通过柱截面中心中柱通过柱截面中心端柱中心线端柱中心线离山墙内边缘离山墙内边缘600，横向定位轴线位于山墙内边缘横向定位轴线位于山墙内边缘 图图12-92.变形缝变形缝伸缩缝、沉降缝、防震缝
7、伸缩缝、沉降缝、防震缝沉降缝：将结构从基础至上部结构全部分开沉降缝：将结构从基础至上部结构全部分开伸缩缝、防震缝：仅上部结构分开，基础连成整体伸缩缝、防震缝：仅上部结构分开，基础连成整体伸缩缝、沉降缝均应满足防震缝缝宽的要求。伸缩缝、沉降缝均应满足防震缝缝宽的要求。3.单层厂房的支撑单层厂房的支撑屋盖支撑、柱间支撑屋盖支撑、柱间支撑第12章单层厂房详解(1)屋盖支撑：屋盖支撑：上、下弦水平支撑、垂直支撑、纵向水平系杆上、下弦水平支撑、垂直支撑、纵向水平系杆 上、下弦水平支撑：上、下弦水平支撑：布置在屋架（屋面梁）上、下弦平面内及天窗布置在屋架（屋面梁）上、下弦平面内及天窗架上弦平面内架上弦平面
8、内。节间应与屋架节间相适应。节间应与屋架节间相适应。垂直支撑：垂直支撑：布置在屋架（屋面梁）间或天窗架间布置在屋架（屋面梁）间或天窗架间 系系 杆：刚性系杆（压杆）、柔性系杆（拉杆）杆：刚性系杆（压杆）、柔性系杆（拉杆）设置在屋架（屋面梁）上、下弦及天窗上弦平面内设置在屋架（屋面梁）上、下弦及天窗上弦平面内第12章单层厂房详解柱间支撑：上部柱间支撑、中部柱间支撑、下部柱间支撑柱间支撑：上部柱间支撑、中部柱间支撑、下部柱间支撑作用：作用：保证厂房结构的纵向刚度和稳定，将作用于保证厂房结构的纵向刚度和稳定，将作用于厂房纵向的水厂房纵向的水平荷载平荷载（包括风荷载、吊车纵向水平制动力等）可靠地传（包
9、括风荷载、吊车纵向水平制动力等）可靠地传 到基础。到基础。柱间支撑应设置在厂房中央，上部柱间支撑在厂房两端第一个柱距内柱间支撑应设置在厂房中央，上部柱间支撑在厂房两端第一个柱距内应同时设置应同时设置有利于温度变化或混凝土收缩。有利于温度变化或混凝土收缩。同时柱顶应设置同时柱顶应设置通长刚性连系杆通长刚性连系杆以传递荷载，当屋架端部设有下弦连以传递荷载，当屋架端部设有下弦连系杆时，也可不设柱顶连系杆。系杆时，也可不设柱顶连系杆。第12章单层厂房详解屋盖支撑第12章单层厂房详解图第12章单层厂房详解4.抗风柱、圈梁、连系梁、过梁、基础梁抗风柱、圈梁、连系梁、过梁、基础梁(1)抗风柱：抵抗山墙的风荷
10、载，主要承受风荷载抗风柱：抵抗山墙的风荷载，主要承受风荷载 下部与基础连接下部与基础连接：采用插入基础杯口的固接方式：采用插入基础杯口的固接方式简化支座：简化支座：固定端固定端 上部与屋架连接上部与屋架连接：水平方向能可靠传递水平风荷载：水平方向能可靠传递水平风荷载 竖向允许产生相对位移，以防厂房与抗风柱竖向允许产生相对位移，以防厂房与抗风柱 沉降不均匀而产生不利影响。沉降不均匀而产生不利影响。连接方式：连接方式：弹簧板连接、有竖向长孔的螺栓弹簧板连接、有竖向长孔的螺栓 连接连接 P92简化支座：简化支座：简支简支 抗风柱抗风柱上柱采用矩形，上柱采用矩形，=350mmx350mm 下柱一般采用
11、工字形或矩形下柱一般采用工字形或矩形第12章单层厂房详解抗风柱计算简图：抗风柱计算简图：第12章单层厂房详解(2)圈梁、连系梁、过梁、基础梁圈梁、连系梁、过梁、基础梁 圈梁：圈梁：置于墙体内置于墙体内，宽度为墙厚，高度，宽度为墙厚，高度=120mm，现浇（或预制）构件。圈梁应与柱拉接现浇（或预制）构件。圈梁应与柱拉接 作用：作用：增强房屋整体刚度，防止基础不均匀沉降或较大振动荷增强房屋整体刚度，防止基础不均匀沉降或较大振动荷 载对厂房的不利影响载对厂房的不利影响连系梁：连系梁：两端搁置在柱牛腿上两端搁置在柱牛腿上，连接采用螺栓连接或焊接，预制构件，连接采用螺栓连接或焊接，预制构件作用作用:(1
12、)连系纵向柱列，增强厂房纵向刚度，把风荷载传连系纵向柱列，增强厂房纵向刚度，把风荷载传 递到纵向柱列。递到纵向柱列。(2)支撑上部墙体支撑上部墙体 第12章单层厂房详解过梁：支撑门窗洞口上部墙体，预制构件过梁：支撑门窗洞口上部墙体，预制构件基础梁：支撑围护墙体，预制构件基础梁：支撑围护墙体，预制构件基础梁直接搁置在柱基础杯口上，施工时在支座处应基础梁直接搁置在柱基础杯口上，施工时在支座处应坐浆坐浆。第12章单层厂房详解12.2排架计算排架计算单层厂房结构实际上是单层厂房结构实际上是空间结构空间结构，可简化为，可简化为平面结构平面结构进行计算。在横进行计算。在横向按向按横向平面排架横向平面排架计
13、算，在纵向按计算，在纵向按纵向平面排架纵向平面排架计算。并且近似地认计算。并且近似地认为为各自独立工作各自独立工作。纵向排架柱较多，抗侧刚度较大，每根柱内力（弯矩、剪力）不大，纵向排架柱较多，抗侧刚度较大，每根柱内力（弯矩、剪力）不大，一般不必计算，一般不必计算，柱纵向按构造配筋。柱纵向按构造配筋。仅计算横向排架仅计算横向排架。排架计算的目的是排架计算的目的是为柱和基础设计提供内力数据为柱和基础设计提供内力数据主要内容为：主要内容为：确定确定计算简图、荷载计算、柱控制截面的内力分析和内力组合计算简图、荷载计算、柱控制截面的内力分析和内力组合。有时还应计算排架结构有时还应计算排架结构水平位移水平
14、位移。第12章单层厂房详解12.2.1计算简图计算简图计算单元：计算单元：相邻柱距中心线截出的典型区段相邻柱距中心线截出的典型区段斜线部分也为排架负荷面积（荷载从属面积）斜线部分也为排架负荷面积（荷载从属面积）假定：假定：(1)柱下端固接于基础顶面；柱下端固接于基础顶面；(2)柱上端与屋面梁或屋架铰接；柱上端与屋面梁或屋架铰接；(3)屋面梁或屋架屋面梁或屋架没有轴向变形没有轴向变形。柱柱计算轴线取上部和下部柱截面重心的连线计算轴线取上部和下部柱截面重心的连线，屋面梁或屋架用一根没，屋面梁或屋架用一根没有轴向变形的刚杆表示。有轴向变形的刚杆表示。第12章单层厂房详解图第12章单层厂房详解抽柱第1
15、2章单层厂房详解计算简图：计算简图：柱总高柱总高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度上柱高度Hu柱顶标高轨顶标高轨道构造高度吊车梁支撑处柱顶标高轨顶标高轨道构造高度吊车梁支撑处 的吊车梁高的吊车梁高 上、下部柱的截面弯曲刚度根据上、下部柱的截面弯曲刚度根据预先假定的柱的截面形状和尺寸预先假定的柱的截面形状和尺寸确定。确定。（先确定柱截面）（先确定柱截面）12.2.2荷载计算荷载计算作用在柱上的荷载分作用在柱上的荷载分恒载、活载恒载、活载两类。两类。恒载：恒载：屋盖自重屋盖自重F1，上柱自重上柱自重F2，下柱自重下柱自重F3，吊
16、车梁和轨道零件吊车梁和轨道零件自重自重F4，以及有时支承在，以及有时支承在牛腿上的围护结构自重牛腿上的围护结构自重等重力等重力F5等等活载：活载：屋面活载屋面活载F6，吊车荷载吊车荷载Tmax、Dmax和和Dmin，均布风载均布风载q1、q2，以及作用在，以及作用在屋盖支承处的集中风荷载屋盖支承处的集中风荷载W等。等。第12章单层厂房详解力对上柱计算轴线偏心距为，则力对上柱可换算为一力对上柱计算轴线偏心距为，则力对上柱可换算为一个轴压力，一个力矩，若上、下柱计算轴线个轴压力，一个力矩，若上、下柱计算轴线间距为，则上柱轴压力对下柱产生一个轴压力，间距为，则上柱轴压力对下柱产生一个轴压力，一个力矩
17、。一个力矩。与仅对柱产生轴压力，不产生其它力与仅对柱产生轴压力，不产生其它力 与与 对结构产生弯矩、剪力、轴力，具体应进行排架内力分析对结构产生弯矩、剪力、轴力，具体应进行排架内力分析注：屋盖上下弦中心线交点一般至柱外边的距离为注：屋盖上下弦中心线交点一般至柱外边的距离为150第12章单层厂房详解屋面荷载简化：（屋面荷载简化：（上柱简化到上柱中心线，下柱简化到下柱中心线上柱简化到上柱中心线，下柱简化到下柱中心线）第12章单层厂房详解1.恒荷载恒荷载各类恒荷载的数值可按材料的重力密度和结构的有关尺寸由计算得到，各类恒荷载的数值可按材料的重力密度和结构的有关尺寸由计算得到，标准构件可由标准图上直接
18、得到。标准构件可由标准图上直接得到。对于柱和吊车梁，可考虑结构安装顺序计算其自重产生的内力对于柱和吊车梁，可考虑结构安装顺序计算其自重产生的内力2.屋面活荷载屋面活荷载包括：包括：屋面均布活荷载屋面均布活荷载、雪荷载雪荷载、屋面积灰荷载屋面积灰荷载三种。三种。三者三者均按均按屋面水平投影面积屋面水平投影面积计算计算排架计算时，排架计算时，屋面均布活荷载、雪荷载屋面均布活荷载、雪荷载不同时考虑不同时考虑仅取其中的仅取其中的较大值较大值。第12章单层厂房详解雪荷载雪荷载：见：见p96 屋面积灰荷载屋面积灰荷载 按荷载规范取用，对于屋面上易形成灰堆处，在设计按荷载规范取用，对于屋面上易形成灰堆处，在
19、设计时，积灰荷载标准值可乘以放大系数。见时，积灰荷载标准值可乘以放大系数。见p97屋面积灰荷载应与屋面均布活荷载、雪荷载两者屋面积灰荷载应与屋面均布活荷载、雪荷载两者较大值组合较大值组合3.吊车荷载（吊车荷载（桥式吊车桥式吊车）悬挂吊车悬挂吊车（支撑系统承受）、手动吊车、电动葫芦（不考虑水平荷（支撑系统承受）、手动吊车、电动葫芦（不考虑水平荷载）载）桥式吊车桥式吊车在设计时，根据吊车在设计时，根据吊车工作级别工作级别，分个工作级别：，分个工作级别：A1A8级。级。工作级别按工作级别按利用等级利用等级和和荷载状态荷载状态划分划分第12章单层厂房详解(1)吊车吊车竖向荷载竖向荷载设计值设计值 Dm
20、ax、Dmin吊车有大车和小车组成吊车有大车和小车组成大车沿纵向行驶，小车在大车桥架上横向行驶。大车沿纵向行驶，小车在大车桥架上横向行驶。最大轮压标准值最大轮压标准值Pmax,k：当小车吊有额定起吊质量开到大车：当小车吊有额定起吊质量开到大车 某一极限位置时，在这一侧的某一极限位置时，在这一侧的每一每一 个大车的轮压个大车的轮压。最小轮压标准值最小轮压标准值Pmin,k：此时另一侧的轮压：此时另一侧的轮压 Pmax,k和和Pmin,k同时发生同时发生第12章单层厂房详解Pmax,k通常可根据吊车型号、规格等查到通常可根据吊车型号、规格等查到。对于对于四轮四轮吊车，每一边有两个轮子，则吊车，每一
21、边有两个轮子，则 2Pmin,k+2Pmax,kGkgkQk Pmin,k（GkgkQk）/2Pmax,k吊车是移动的，因而吊车是移动的，因而Pmax,k在吊车梁支座产生的最大反力标准值在吊车梁支座产生的最大反力标准值Dmax,k，必须用必须用吊车梁支座竖向反力影响线吊车梁支座竖向反力影响线来确定。来确定。同时，在另一侧排架柱上则由同时，在另一侧排架柱上则由Pmin,k产生产生Dmin,k。Dmax,k与与Dmin,k同时发生同时发生第12章单层厂房详解图图因此因此第12章单层厂房详解式中为多台吊车荷载折减系数，表式中为多台吊车荷载折减系数，表12-1同时出现，同时出现，可分别作用于左右两柱牛
22、腿上可分别作用于左右两柱牛腿上第12章单层厂房详解(2)吊车吊车横向水平荷载横向水平荷载设计值设计值 Tmax吊车的水平荷载：吊车的水平荷载：吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载、吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载两种两种吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载是由是由大车大车的运行机构在的运行机构在刹车刹车时引起的纵向水平惯性时引起的纵向水平惯性力。力。吊车纵向水平荷载标准值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应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压大轮压Pmax,k之和乘以刹车轮与钢轨间的滑动摩擦系数。之和乘以刹车轮与钢轨间的滑动摩擦系数。一般四轮吊车在一般四轮吊车在一边轨道上只有一
23、个刹车轮一边轨道上只有一个刹车轮，因此，因此其作用方向与轨道方向一致其作用方向与轨道方向一致第12章单层厂房详解 吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载是当是当小车小车吊有重物时刹车所引起的横向水平惯性吊有重物时刹车所引起的横向水平惯性力，它通过小车刹车轮与轨道之间的摩擦力传给大车，再通过大车轮力，它通过小车刹车轮与轨道之间的摩擦力传给大车，再通过大车轮在吊车轨顶传给吊车梁，而后在吊车轨顶传给吊车梁，而后由吊车梁与柱的连接钢板传给排架柱由吊车梁与柱的连接钢板传给排架柱。作用方向：作用方向：吊车梁顶面的水平处吊车梁顶面的水平处（吊车梁与柱连接详图（吊车梁与柱连接详图P147）总吊车横向水平荷载标准值总
24、吊车横向水平荷载标准值：（小车刹车引起小车刹车引起）第12章单层厂房详解等分于桥架的两端等分于桥架的两端，分别由轨道上的车轮平均传至轨道，其，分别由轨道上的车轮平均传至轨道，其方向与轨方向与轨道垂直道垂直。通常为通常为四轮吊车四轮吊车，因此通过，因此通过一个大车轮子一个大车轮子传递的传递的吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载标标准值准值Tk，按下式计算：，按下式计算：第12章单层厂房详解 由于吊车是移动的，吊车对排架产生的由于吊车是移动的，吊车对排架产生的最大横向水平荷最大横向水平荷载载应根据影响线确定。应根据影响线确定。代换得：代换得：第12章单层厂房详解吊车横向水平荷载：吊车横向水平荷载：第1
25、2章单层厂房详解小车可左右行驶，因此小车可左右行驶，因此对单跨厂房刹车有两种情况，对两跨厂房刹车对单跨厂房刹车有两种情况，对两跨厂房刹车有四种情况有四种情况(3)多台吊车的组合多台吊车的组合排架计算中考虑排架计算中考虑多台吊车的竖向荷载多台吊车的竖向荷载：对一层吊车的对一层吊车的单跨厂房单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多不宜多于两台；于两台；对一层吊车的对一层吊车的多跨厂房多跨厂房的每个排架，的每个排架，不宜多于四台。不宜多于四台。（每跨不多于两台）（每跨不多于两台）排架计算中考虑排架计算中考虑多台吊车的水平荷载多台吊车的水平荷载：对单跨或多跨厂房的每个
26、排架，参与组合的吊车台数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两不应多于两台。台。对于多台吊车问题，都对于多台吊车问题，都应乘以多台吊车荷载折减系数应乘以多台吊车荷载折减系数第12章单层厂房详解4.风荷载风荷载作用在建筑物或构筑物表面上计算用的风压，称为风荷载。作用在建筑物或构筑物表面上计算用的风压，称为风荷载。风荷载标准值风荷载标准值高度高度 z 处的风振系数处的风振系数 风载体型系数风载体型系数高度高度z处的风压高度变化系数处的风压高度变化系数基本风压值基本风压值 定义见定义见p102第12章单层厂房详解(1)排架计算时，作用在排架计算时，作用在柱顶以下的风荷载按均布考虑柱
27、顶以下的风荷载按均布考虑，风压高度风压高度 变化系数按柱顶取值。变化系数按柱顶取值。(2)柱顶至屋脊间屋盖部分的风荷载，取为柱顶至屋脊间屋盖部分的风荷载，取为均布均布，其对排架作用按，其对排架作用按 作用在柱顶的作用在柱顶的水平集中风荷载水平集中风荷载标准值考虑，风压高度变化系数标准值考虑，风压高度变化系数 按下列情况采用：按下列情况采用：有矩形天窗时，按天窗檐口取值有矩形天窗时，按天窗檐口取值 无矩形天窗时，按厂房檐口取值无矩形天窗时，按厂房檐口取值 作用在竖直面上的风载标准值，按柱顶到檐口顶部距离作用在竖直面上的风载标准值，按柱顶到檐口顶部距离 计算计算 作用在坡屋面上的风载水平分力标准值
28、的合力，按檐口作用在坡屋面上的风载水平分力标准值的合力，按檐口 顶部到屋脊的距离顶部到屋脊的距离 计算。见计算。见p105图图12-27排架计算单元的宽度排架计算单元的宽度第12章单层厂房详解12.2.3用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架柱顶水平位移相等的排架，称为柱顶水平位移相等的排架，称为等高排架等高排架。（。（广义广义）等高排架：柱顶标高相同的排架等高排架：柱顶标高相同的排架 柱顶标高不相同，但柱顶由倾斜横梁贯通相连的排架柱顶标高不相同，但柱顶由倾斜横梁贯通相连的排架 柱抗侧刚度柱顶位移柱抗侧刚度柱顶位移第12章单层厂房详解柱抗侧刚度柱抗侧刚度1.柱顶作用水平集中力时的剪力
29、分配柱顶作用水平集中力时的剪力分配 第12章单层厂房详解剪力分配系数剪力分配系数柱底弯矩柱底弯矩2任意荷载作用时的剪力分配任意荷载作用时的剪力分配第12章单层厂房详解 图 =+图(a)图(b)第12章单层厂房详解图图(a)可分解为：可分解为：图图(a)再叠加下图内力，即为原结构内力再叠加下图内力，即为原结构内力 图图(b)第12章单层厂房详解用力法计算不等高排架用力法计算不等高排架截断横梁截断横梁ab,cd，代以未知力，则，代以未知力，则 ，第12章单层厂房详解仅在悬臂柱仅在悬臂柱 j 点作用单位荷载时，在点作用单位荷载时，在 i i 点产生的位移点产生的位移仅在悬臂柱仅在悬臂柱 j 点作用单
30、位力矩时，在点作用单位力矩时，在 i 点产生的位移点产生的位移12.2.412.2.4内力组合内力组合1.1.控制截面：构件某一区段对截面配筋起控制作用的某些截面控制截面：构件某一区段对截面配筋起控制作用的某些截面(1)(1)上柱中，牛腿顶面（即上柱底截面）上柱中，牛腿顶面（即上柱底截面）I-II-I的内的内 力最大，因此截面力最大，因此截面I-II-I为上柱控制截面。为上柱控制截面。(2)(2)在下柱中在下柱中,牛腿顶面牛腿顶面II-IIII-II和柱底截面和柱底截面III-IIIIII-III 的内力较大，因此取截面的内力较大，因此取截面II-IIII-II和和III-IIIIII-III
31、为为 下柱的控制截面下柱的控制截面。第12章单层厂房详解2.不同种类内力组合不同种类内力组合 怎样搭配，其截面承载力最不利怎样搭配，其截面承载力最不利?考虑不同的活载分布，会出现不同的内力情况考虑不同的活载分布，会出现不同的内力情况柱截面对称配筋柱截面对称配筋最不利受力有如下特征：最不利受力有如下特征：大偏压：大偏压：小偏压：小偏压：第12章单层厂房详解因此因此第12章单层厂房详解3.同一种内力的组合同一种内力的组合荷载组合荷载组合荷载组合要考虑两方面：荷载组合要考虑两方面：(1)找出哪几种荷载同时作用时才是最不利的找出哪几种荷载同时作用时才是最不利的(2)几种活荷载同时作用又同时达到其设计值
32、的可能性不大，几种活荷载同时作用又同时达到其设计值的可能性不大，因此要因此要 考虑活荷载组合值系数。考虑活荷载组合值系数。荷载规范：对于荷载规范：对于一般框架、排架结构一般框架、排架结构，可以采用简化规则；，可以采用简化规则；第12章单层厂房详解对于对于永久荷载效应控制的组合永久荷载效应控制的组合，则，则第12章单层厂房详解4.内力组合注意事项内力组合注意事项1)恒载任何情况必须参加组合。恒载任何情况必须参加组合。2)每次组合以每次组合以内力目标内力目标为依据来确定荷载项的取舍为依据来确定荷载项的取舍。3)风荷载、吊车横向水平荷载方向可向左也可向右，应考虑最风荷载、吊车横向水平荷载方向可向左也
33、可向右，应考虑最不利情况不利情况4)与与 同时存在，因此同时存在，因此 与与 必须必须同时组同时组合合。但。但 与与 可以不同时存在，但考虑最不利情况，可以不同时存在，但考虑最不利情况，一般可与一般可与 同时组合。同时组合。第12章单层厂房详解5)若厂房若厂房每一跨考虑两台吊车每一跨考虑两台吊车，在计算吊车荷载时，应考虑吊车荷，在计算吊车荷载时，应考虑吊车荷载折减系数。对于多跨厂房，只考虑载折减系数。对于多跨厂房，只考虑两台吊车两台吊车的荷载折减系的荷载折减系 数，但对于数，但对于 ，若在中柱左、右两跨中各取其中一，若在中柱左、右两跨中各取其中一 项，则此时应将荷载折减系数改为四台吊车的值。项
34、，则此时应将荷载折减系数改为四台吊车的值。第12章单层厂房详解12.2.512.2.5单层厂房排架考虑整体空间作用的单层厂房排架考虑整体空间作用的基本概念基本概念 排架与排架、排架与山墙之间相互关联的整体作用称为厂房的整排架与排架、排架与山墙之间相互关联的整体作用称为厂房的整体空间作用。体空间作用。条件：条件：(1)(1)各横向排架（或山墙）之间在纵向应相互连接，例如屋面板连各横向排架（或山墙）之间在纵向应相互连接，例如屋面板连 接。接。(2)(2)各横向排架刚度或荷载不同各横向排架刚度或荷载不同(局部荷载局部荷载)。无檩屋盖比有檩屋盖纵向联系强，局部荷载作用下厂房整体空间无檩屋盖比有檩屋盖纵
35、向联系强，局部荷载作用下厂房整体空间 作用强；两端有山墙又比一端有山墙空间作用大。作用强；两端有山墙又比一端有山墙空间作用大。厂房的空间整体作用与厂房的空间整体作用与(1)(1)屋盖的平面刚度，屋盖的平面刚度，(2)(2)厂房的长度，厂房的长度，(3)(3)有无山墙，有无山墙，(4)(4)厂房跨度等因素有关。厂房跨度等因素有关。第12章单层厂房详解 由于相同条件下，局部荷载下的整体空间作用比均布由于相同条件下，局部荷载下的整体空间作用比均布荷载下的要大，并且均布荷载下的整体空间作用尚待积累荷载下的要大，并且均布荷载下的整体空间作用尚待积累更多的经验，因此在设计中，当需要考虑整体空间作用时，更多
36、的经验，因此在设计中，当需要考虑整体空间作用时，只对吊车荷载才考虑厂房的整体空间作用。只对吊车荷载才考虑厂房的整体空间作用。第12章单层厂房详解图图第12章单层厂房详解12.2.6排架计算的两个问题排架计算的两个问题1.多跨排架中间抽柱问题多跨排架中间抽柱问题(1)计算简图计算简图应注意计算单元纵向宽度不宜大于应注意计算单元纵向宽度不宜大于24m。(2)“合并排架合并排架”的恒载，风载等的计算方法与一般排架相同，但吊车的恒载，风载等的计算方法与一般排架相同，但吊车荷载应按计算单元的中间排架的吊车位置来计算；见荷载应按计算单元的中间排架的吊车位置来计算；见P119图图12-41。第12章单层厂房
37、详解图图第12章单层厂房详解(3)简图和荷载求得内力后，必须进行还原，以求得柱的实际内力。简图和荷载求得内力后，必须进行还原，以求得柱的实际内力。轴线轴线 A、上各柱内力（）为采用计算简图计算所得内力、上各柱内力（）为采用计算简图计算所得内力 （）除以）除以2。但对于吊车荷载但对于吊车荷载 产生的轴力产生的轴力N，应按该柱实际承受吊车，应按该柱实际承受吊车 竖向荷载计算。例如对于竖向荷载计算。例如对于排架柱排架柱 3产生的的轴向力应等于产生的的轴向力应等于 2.排架的水平位移验算排架的水平位移验算矩形、工字形柱截面尺寸满足一定要求（表矩形、工字形柱截面尺寸满足一定要求（表12-4）时，认为排架
38、侧）时，认为排架侧向刚度能够满足要求，不需验算水平位移。向刚度能够满足要求，不需验算水平位移。但对于某些但对于某些吊车吨位较大时，为安全计，应验算水平位移吊车吨位较大时，为安全计，应验算水平位移验算位移部位：验算位移部位：吊车梁顶与柱连接点吊车梁顶与柱连接点K第12章单层厂房详解荷载取荷载取排架内一台最大吊车的横向水平荷载作用在排架内一台最大吊车的横向水平荷载作用在K点点验算，荷载采验算，荷载采用标准值，不考虑长期荷载效应。用标准值，不考虑长期荷载效应。，满足正常使用。，满足正常使用。,水平位移限值如下：水平位移限值如下：吊车工作级别为吊车工作级别为15的厂房柱：的厂房柱：吊车工作级别为吊车工
39、作级别为68的厂房柱：的厂房柱：基础顶面到吊车梁顶面距离基础顶面到吊车梁顶面距离 对于露天栈桥柱水平位移，应按悬臂柱计算，考虑一台最大吊对于露天栈桥柱水平位移，应按悬臂柱计算，考虑一台最大吊车的横向水平荷载，同时考虑吊车梁安装偏差车的横向水平荷载，同时考虑吊车梁安装偏差20mm产生的偏心力矩产生的偏心力矩作用，则作用，则 及及第12章单层厂房详解计算时，计算时，厂房柱截面刚度分别取为厂房柱截面刚度分别取为计算计算 时应将柱中纵筋按弹性模量比换算成混凝土时应将柱中纵筋按弹性模量比换算成混凝土第12章单层厂房详解12.312.3单层厂房柱单层厂房柱12.3.112.3.1柱的型式柱的型式矩形、工字
40、形、矩形、工字形、双肢柱双肢柱 第12章单层厂房详解12.3.2 12.3.2 矩形柱的设计矩形柱的设计确定截面尺寸确定截面尺寸内力计算内力计算截面配筋截面配筋牛腿计算与配筋牛腿计算与配筋施工吊装强度、裂缝验算施工吊装强度、裂缝验算构件连接设计构件连接设计(预埋件设计预埋件设计)1.1.截面尺寸和外形构造截面尺寸和外形构造原则：承载力要求、刚度要求原则：承载力要求、刚度要求对于对于 6m 6m 柱距的厂房柱最小截面尺寸见表柱距的厂房柱最小截面尺寸见表12-412-4。2.2.截面设计截面设计按按最不利内力最不利内力进行截面设计进行截面设计计算长度见表计算长度见表12-512-5柱：时，偏心受压
41、柱应考虑裂缝宽度验算柱：时，偏心受压柱应考虑裂缝宽度验算单层厂房柱的上、下柱控制截面都有可能为单层厂房柱的上、下柱控制截面都有可能为 ,应验算裂缝宽度。应验算裂缝宽度。第12章单层厂房详解3.构造要求构造要求混凝土为混凝土为C20、C25、C30、(C35)纵筋纵筋HRB335，HRB400箍筋箍筋HPB235。纵筋最大配筋率为纵筋最大配筋率为5%，纵筋直径，纵筋直径=12最小配筋率为最小配筋率为0.5%(C50)每侧纵筋最小配筋率为每侧纵筋最小配筋率为0.2%柱截面高度柱截面高度h=600，则柱侧面设置直径，则柱侧面设置直径(1016)构造钢筋，并同时构造钢筋，并同时设置设置复合箍筋或拉筋复
42、合箍筋或拉筋。见图见图12-44，注意柱上设置的预埋件注意柱上设置的预埋件M1M5，其作用不同。，其作用不同。4.吊装、运输阶段的承载力和裂缝宽度验算吊装、运输阶段的承载力和裂缝宽度验算 预制柱一般采用翻身吊，按运输、吊装时混凝土实际强度，分别进预制柱一般采用翻身吊，按运输、吊装时混凝土实际强度，分别进行承载力和裂缝宽度验算。行承载力和裂缝宽度验算。第12章单层厂房详解图第12章单层厂房详解M”第12章单层厂房详解验算时应注意下列问题：验算时应注意下列问题：1)柱身自重应乘以动力系数柱身自重应乘以动力系数1.5；强度验算采用荷载设计值，裂缝宽度验算采用荷载标准值。强度验算采用荷载设计值，裂缝宽
43、度验算采用荷载标准值。2)因吊装验算系临时性的，故构件因吊装验算系临时性的，故构件安全等级可较其使用阶段的安全等安全等级可较其使用阶段的安全等级降低一级级降低一级；3)柱的砼强度一般按设计强度的柱的砼强度一般按设计强度的70%考虑考虑；当吊装验算要求高于设计；当吊装验算要求高于设计强度的强度的70%方可吊装时，应在施工图上注明；方可吊装时，应在施工图上注明；4)一般宜采用单点绑扎起吊，吊点设在变阶处一般宜采用单点绑扎起吊，吊点设在变阶处。当需用多点起吊时，。当需用多点起吊时，吊装方法应与施工单位共同商定并进行相应的验算；吊装方法应与施工单位共同商定并进行相应的验算；5)当柱变阶处截面吊装验算配
44、筋不足时，可在该局部区段加配短钢筋。当柱变阶处截面吊装验算配筋不足时，可在该局部区段加配短钢筋。第12章单层厂房详解12.3.3牛腿牛腿根据牛腿竖向力根据牛腿竖向力 Fv 的作用点至下柱边缘的水平距离的作用点至下柱边缘的水平距离 a 的大小，的大小，一般把牛腿分为两类：一般把牛腿分为两类：时为短牛腿时为短牛腿 时为长牛腿时为长牛腿第12章单层厂房详解长牛腿长牛腿的受力特点与的受力特点与悬臂梁悬臂梁相似，可按悬臂梁设计。相似，可按悬臂梁设计。短牛腿短牛腿实质上是一根实质上是一根悬臂深梁悬臂深梁，受剪力影响较大受剪力影响较大，变形不符合平截，变形不符合平截 面假定，不能象悬臂梁那样，按受弯构件分析
45、。面假定，不能象悬臂梁那样，按受弯构件分析。第12章单层厂房详解试验研究试验研究试验研究结果试验研究结果（1）弹性阶段的应力分布）弹性阶段的应力分布如图为如图为a/h00.5的环氧树脂牛腿模型进行光弹试验得到的主应力迹的环氧树脂牛腿模型进行光弹试验得到的主应力迹线线第12章单层厂房详解(a)牛腿上部，主拉应力迹线基本与牛腿上边缘平行牛腿上部，主拉应力迹线基本与牛腿上边缘平行,并沿长度方向比并沿长度方向比较均匀，牛腿中下部主拉应力迹线是倾斜的。较均匀，牛腿中下部主拉应力迹线是倾斜的。(b)牛腿下部，主压应力迹线大致与从加载点到牛腿下部与柱相交点牛腿下部，主压应力迹线大致与从加载点到牛腿下部与柱相
46、交点连线平行。连线平行。第12章单层厂房详解(2)裂缝的出现与开展裂缝的出现与开展试验表明，当荷载加到时出现竖向裂缝（试验表明，当荷载加到时出现竖向裂缝（1），），但其开展开很小，对牛腿的受力性能影响不大；荷载加到极限荷载但其开展开很小，对牛腿的受力性能影响不大；荷载加到极限荷载 时，出现斜裂缝（时，出现斜裂缝（2），此后随荷载增加到接近破坏），此后随荷载增加到接近破坏荷载时（约荷载时（约 ），突然出现第二条斜裂缝（），突然出现第二条斜裂缝（3）。预示牛腿即将）。预示牛腿即将破坏。破坏。斜裂（斜裂（2）称为临界斜裂缝，）称为临界斜裂缝，为确定牛腿截面尺寸的主要依据。为确定牛腿截面尺寸的主要依据
47、。第12章单层厂房详解(3)破坏形态破坏形态1)剪切破坏：包括剪切破坏：包括纯剪破坏、斜压破坏、斜拉破坏纯剪破坏、斜压破坏、斜拉破坏纯剪破坏：纯剪破坏：或或 虽较大，但边缘高度虽较大，但边缘高度h1较小较小 时，发生沿加载板内侧接近竖直截面的纯剪破坏。时，发生沿加载板内侧接近竖直截面的纯剪破坏。斜压破坏：斜压破坏：时，临界斜裂缝出现后，加载到时，临界斜裂缝出现后，加载到 ，在临界斜裂缝外侧的压杆范围，在临界斜裂缝外侧的压杆范围 内，出现大量短小斜裂缝，并逐渐贯通，压杆混凝土内，出现大量短小斜裂缝，并逐渐贯通，压杆混凝土 压碎。压碎。斜拉破坏：斜拉破坏：临界斜裂缝出现后，随荷载增加出现斜裂缝临界
48、斜裂缝出现后，随荷载增加出现斜裂缝(3)，并逐渐，并逐渐 扩展将牛腿拉断扩展将牛腿拉断 第12章单层厂房详解2)弯曲破坏弯曲破坏：和纵向受力钢筋较少时出现，临界斜和纵向受力钢筋较少时出现，临界斜 裂缝不断向受压区延伸，拉筋屈服，最后压区混凝土裂缝不断向受压区延伸，拉筋屈服，最后压区混凝土 压碎。压碎。3)局压破坏：加载板尺寸过小，使加载板下混凝土局部压坏。局压破坏：加载板尺寸过小，使加载板下混凝土局部压坏。4)粘结破坏：钢筋锚固长度不足，造成钢筋粘结破坏。粘结破坏：钢筋锚固长度不足，造成钢筋粘结破坏。第12章单层厂房详解(4)牛腿在竖向力和水平拉力同时作用下的受力情况牛腿在竖向力和水平拉力同时
49、作用下的受力情况对同时作用有竖向力和水平拉力的牛腿的试验结果表明，对同时作用有竖向力和水平拉力的牛腿的试验结果表明，由于水由于水平拉力的作用，牛腿截面出现斜裂缝的荷载比仅有竖向力作用的牛腿平拉力的作用，牛腿截面出现斜裂缝的荷载比仅有竖向力作用的牛腿有不同程度的降低。有不同程度的降低。当当 Fh/Fv0.20.5 时，开裂荷载下降时，开裂荷载下降36%47%，同时牛腿的承载力亦下降。同时牛腿的承载力亦下降。试验还表明，有水平拉力作用的牛腿与没有水平拉力作用的牛腿，试验还表明，有水平拉力作用的牛腿与没有水平拉力作用的牛腿，两者破坏规律相似。两者破坏规律相似。第12章单层厂房详解 2.牛腿设计牛腿设
50、计 包括：确定牛腿的截面尺寸、承载力计算、配筋构造包括：确定牛腿的截面尺寸、承载力计算、配筋构造(1)截面尺寸的确定截面尺寸的确定牛腿截面宽度与柱同宽。牛腿截面宽度与柱同宽。牛腿的截面高度确定：牛腿的截面高度确定：一般以一般以斜截面抗裂度（针对临界斜裂缝）为标准斜截面抗裂度（针对临界斜裂缝）为标准控制牛腿在控制牛腿在使用阶段不出现或仅出现细微斜裂缝为准使用阶段不出现或仅出现细微斜裂缝为准。第12章单层厂房详解图牛腿的截面高度按下式确定：牛腿的截面高度按下式确定：第12章单层厂房详解 作用于牛腿顶面按荷载效应作用于牛腿顶面按荷载效应标准组合标准组合计算的竖向力值计算的竖向力值 作用于牛腿顶面按荷
