混凝土与砌体结构：单层厂房.ppt

混凝土与砌体结构 （单层厂房）,青岛理工大学 土木工程学院,建筑之家,单层厂房 single-story factory,本课程指导思想,注重建立工程概念 注重培养综合能力 注重提炼科学问题 注重激发创新意识 从理论转向实际，从简单转向综合 理论分析与工程概念相结合 科学方法与工程应用相结合 基础知识与工程创新相结合 培养土木工程师的基本素质,本章介绍装配式单层排架结构厂房的结构组成、结构型式以及结构布置的一般原则。 详细叙述作用在横向排架上的荷载、等高单层排架结构的内力分析方法以及排架柱、牛腿和柱下独立基础的配筋计算与有关构造措施。,本课程主要内容,单 层 厂 房,单层厂房的特点,单层厂房的特点,工业厂房分为单层厂房和多层厂房。 单层厂房：冶金、机械制造类车间，有重型设备，生产的产品重、体积大，不利于搬动，而且容易增加楼面荷载，因而大多采用单层厂房。,单层厂房的特点,单层厂房结构的跨度大、高度大、承受的荷载大，可以构成较大的空间。 厂房内可采用水平运输设备，因此，结构设计时必须考虑动力荷载的影响。 可充分利用地基的承载力布置大型设备基础，生产重型产品。 可利用屋盖进行天然采光和自然通风，在不采用人工照明和机械通风的情况下，也可以布置较大跨度和多跨度的大面积厂房。 扩建和改建方便，可适应生产发展的需要。 结构便于定型设计，使构配件标准化、系列化、通用化，可提高构配件生产工业化和现场施工机械化的程度，缩短设计和施工时间。 单厂占地多。,单层厂房的特点,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单层厂房按承重结构的分类,单层厂房结构按照其主要承重结构的材料分类,混合结构,厂房内无吊车或吊车吨位小于5吨、跨度在15米以内、高度在8米以内、无特殊工艺要求的小型厂房，通常选用混合结构。墙体材料为砖、石、砌块，屋架用钢筋混凝土或轻钢结构。,单 层 厂 房,单层厂房按承重结构的分类,2.钢结构,对于有重型吊车(如250吨以上)、跨度在36米以上、或有特殊工艺要求(如10吨以上锻锤、炼钢铸钢类车间等)的大型厂房，通常采用钢筋混凝土柱、钢屋架或钢柱、钢屋架即全钢结构。,3.混凝土结构,主要承重结构(屋架或屋面梁、柱、基础)均采用钢筋混凝土构件，一般中型厂房可采用钢筋混凝土结构。,单 层 厂 房,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,12.1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（按照承重结构形式分类）,由“屋面板屋架(屋面梁)柱基础”组成，柱 与屋架铰接，与基础刚接。 按照跨数的多少可分为单跨和多跨排架； 按厂房高度不同又可分为等高和不等高排架； 钢筋混凝土排架结构的跨度可超过30m，高度可达2030m，吊车吨位可达150t。排架结构传力明确，构造简单，施工方便。时目前单层厂房的主要结构形式。,1. 排架结构,单 层 厂 房,12.1单层厂房结构的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,2. 门式刚架结构,门式刚架结构是一种梁柱合一的结构，刚架的立柱与横梁刚接，与基础一般铰接，有时刚接。 门式刚架常作为中小型厂房的主体结构，它的跨度一般在921米，吊车起重量不超过10吨。门式刚架有三铰、二铰、无铰三种型式，可做成单跨或多跨结构。 刚架的立柱和横梁的截面高度随内力的增减沿轴线方向可以做成变高，节约材料。 目前，混凝土刚架结构使用很少，但钢的门式刚架应用仍很广泛。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,按顶点 的连接 方式分,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,3. V形折板及T形板结构,结构的屋面板与屋架合二为一、受力合理、施工方便、经济指标好。V形折板可直接搁置在墙上，也可放置在三角架、托梁上；,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,T形板分为单T板和双T板。它们仅适用于跨度较小、无吊车或吊车吨位小于3吨的中小型厂房。若将V形折板或T形板竖向搁置兼作承重墙，就可建成全折板或全T板结构,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,拱结构,一些无吊车或使用龙门吊车(轨道铺设在地面上)的单厂结构，可采用各种型式的拱结构。 拱结构的特点是必 须处理好拱脚推力 的支承问题，其做 法通常是设置拉杆。 如德国某仓库采用 落地拱结构，在基 础中设置拉杆，以 抵抗拱脚处水平推力。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,12.1.2 单层厂房的结构组成与传力途径,1.结构组成,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,(1). 屋盖结构,单层厂房的屋盖结构分无檩体系和有檩体系两种。 无檩体系由大型屋面板、天窗架、屋架和屋盖支撑组成。屋盖刚度大，整体性好，构件数量、种类少，较为常用。 有檩体系由小型屋面板(或瓦材)、檩条、天窗架、屋架和屋盖支撑组成。 构造和荷载传递复杂，整体性和刚度差，适于中、小型厂房。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,(2). 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（自重、屋面荷载、雪荷载和吊车竖向荷载）、横向水平荷载（风荷载、水平横向制动力和横向水平地震作用）由横向平面排架承担并传至地基及基础。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,(3). 纵向平面排架,纵向平面排架由纵向柱列、连系梁、吊车梁、柱间支撑和基础等组成。 作用是保证厂房的纵向稳定性和刚性，并承受纵向水平地震荷载、吊车纵向水平荷载、温度应力等。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,(4). 吊车梁,一般为装配式，简支在柱牛腿上； 承受吊车竖向荷载、横向或纵向水平荷载，并传递至横向或纵向平面排架； 是直接承受吊车动力荷载的构件,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,(5). 支撑,包括屋盖支撑和柱间支撑； 作用： 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和安全； 把风荷载、吊车水平荷载或水平地震作用等传递到 相应承重构件,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,(6). 基础,承受柱和基础传来的荷载并将它们传递至地基。,(7). 围护结构,包括纵墙、横墙（山墙）及由连系梁、抗风柱和基础梁等组成的墙架。 承受墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,2.传力路线,传递竖向荷载与横向水平荷载,横向平面排架导荷示意图,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,传递纵向水平荷载,纵向排架导荷示意图,总结：单厂结构所承受的竖向和水平荷载，基本 都是传递给柱，再由柱传递给基础和地基。 因此：屋架、柱、基础是单厂的主要承重构件， 吊车梁也是主要承重构件,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,12.1.3 单层厂房的结构布置,1. 柱网与定位轴线,（1） 柱网,纵向定位轴线的距离称为跨度，横向定位轴线的距离称为柱距； 纵向定位轴线和横向定位轴线在平面上交叉构成网格，称为柱网。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,12.1.3 单层厂房的结构布置,1. 柱网与定位轴线,柱网的布置：满足生产工艺的要求；符合建筑模数。,跨度在18m及18m以下，取3m的倍数；在18m以上，一般取6m的倍数；柱距应取6m的倍数 。,（1） 柱网,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,(b)非封闭式纵向定位轴,(a)封闭式纵向定位轴线 （周边轴线与围护墙内缘重合）,为使端屋架和山墙位置不冲突，山墙内侧第一排柱中心内移600mm。,（2） 纵向定位轴线,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,2. 变形缝（伸缩缝、沉降缝和防震缝）,伸缩缝示意图,厂房的长度或宽度过大时，要在一定距离处设置温度伸缩缝 ，以防止由于气温变化，厂房上、下部(埋在地下)结构变形不同而导致厂房发生墙面、屋面、纵梁拉裂 。,做法是从基础顶面开始将相邻温度区段的上部结构完全分开，在伸缩缝两侧形成并列的双排柱、双榀屋架，而基础可做成将双排柱连在一起的双杯口基础 。,伸缩缝,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,沉降缝,沉降缝在单层厂房中很少设置，只有当厂房各部分吊车起重量有很大差别、相邻厂房高差在10m以上，厂房所在部位地基差别巨大或下卧层土质有很大差别时才设置沉降缝。 沉降缝的做法是从基础开始构件全部分开，允许缝两边建筑有不同沉降而不致损坏整个建筑物。沉降缝可兼作温度缝用,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,防震缝,位于地震区的单层厂房，如因生产工艺或使用要求而使平、立面布置复杂或结构相邻部分的刚度和高度相差较大时，应设置防震缝将相邻两部分分开。,防震缝的宽度应根据较低的房屋高度确定。,三缝的存在给立面处理带来了麻烦，尽量少设缝或不设缝，,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,3. 单层厂房的支撑,作用：保证结构构件的稳定和正常工作；增强厂房的整体稳定性和空间刚度；把纵向风荷载、吊车纵向水平荷载和水平地震作用等传递到主要的承重构件；保证在施工安装阶段结构构件的稳定。,屋盖支撑： 上、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,柱间支撑： 上部柱间支撑； 中部柱间支撑； 下部柱间支撑； 系杆,分类：屋盖支撑、柱间支撑,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,（1） 屋盖支撑横向水平支撑,由交叉角钢和屋架上弦或下弦组成的水平架，布置在厂房端部及温度区段两端的第一或第二柱间。,作用：构成刚性框，增强屋盖的整体刚度，保证屋架的侧向稳定性，同时将山墙、抗风柱所承受纵向水平力传至两侧柱列上。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,2. 支撑布置横向水平支撑,上弦横向水平支撑的布置原则,当跨度较大，抗风柱与屋架上弦连接或有天窗时，在每一伸缩缝区段端部第一或第二柱间距内布置在屋架上弦平面内，且上弦横向水平支撑间距不宜超过60m。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,2. 支撑布置横向水平支撑,下弦横向水平支撑的布置原则,当抗风柱与屋架下弦连接，厂房内有较大振动设备(如硬钩吊车或5吨以上锻锤)，有纵向运行的悬挂吊车(吊车设在屋架下弦)或大于18m跨的钢结构屋盖均应设置。布置在每一伸缩缝区段端部第一或第二柱间距内屋架下弦平面内，且宜与上弦横向水平支撑设置在同一柱间。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,2. 支撑布置纵向水平支撑,组成：交叉角钢、直腹杆和屋架下弦第一节间组成的水平桁架。,作用：加强屋盖结构在横向水平面内的刚度。,布置原则：当厂房内有软钩吊车但厂房高大、吊车吨位大(起重量50吨)；有硬钩吊车；有5吨悬挂吊车或有较大振动时，可沿边列柱的屋架下弦端部各布置一道通长的下弦纵向水平支撑，也可在单跨厂房中部或多跨厂房中间柱列处设置；当有托架时，该支撑应布置在托架所在柱间，并向两端各延伸一个柱距。且应与下弦横向水平支撑连接，形成封闭的水平支撑系统。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,2. 支撑布置垂直支撑,组成：角钢与屋架直腹杆组成的交叉形或w形垂直桁架。,作用：保证屋架承受荷载后的平面外稳定；传递纵向水平力。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,2. 支撑布置垂直支撑,布置原则：应布置在与横向水平支撑相应的柱间(伸缩缝区段两端的第一或第二柱间)；当跨度30m时在屋架跨度1/3左右布置二道，若屋架端部高度1.2m，尚应在两端各布置一道。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,2. 支撑布置水平系杆,组成：柔性系杆为钢杆件；刚性系杆为钢筋混凝土或钢杆件。,作用：作为屋架上、下弦的侧向支承点，增强屋架平面外刚度，保证屋架的稳定；柔性系杆承受拉力；刚性系杆承受拉、压力。,布置原则：相应于垂直支撑平面内的屋架的上弦和下弦节点处，设置通长的水平系杆。屋架端部与屋架上弦屋脊节点处为刚性系杆，其余处可为柔性系杆。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,2. 支撑布置天窗架支撑,组成：交叉形或w形角钢与天窗架立柱组成的垂直桁架。,作用：保证天窗架在承受荷载后的平面外稳定；传递纵向水平力。,布置原则：对于跨度12m的天窗，可仅设天窗架垂直支撑，布置在天窗端部第一柱距及设有柱间支撑的柱距内的天窗二侧 。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,2. 支撑布置柱间支撑,组成：由交叉形钢杆组成，交叉杆件的倾角一般为35o55o(与水平面夹角) 。当柱间因交通、设备布置要求或柱距较大而不能采用交叉斜杆式支撑时，可做成门架式支撑。,作用：增强厂房的纵向刚度和稳定性，将水平荷载传至基础。,布置原则：上柱柱间支撑(位于吊车梁上部)和下柱柱间支撑(位于吊车梁下部)。 厂房跨度18m或柱高8m；设有起重量10t的中、轻级工作制吊车或设有超重级、重级工作制吊车；设有壁行吊车或起重量3t的悬挂吊车；纵向柱列柱的总根数少于7根；露天吊车栈桥的柱列。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,2. 支撑布置柱间支撑,布置在伸缩缝区段的中央或临近中央，上部柱间支撑在第一个柱距内也应同时布置,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,3. 剖面,轨顶标高减去吊车轨道连接高度和吊车梁梁端高度(查有关标准图集)，即为柱的牛腿顶面标高，此时尚应考虑模数的要求。,生产工艺和建筑结构,屋架下弦底标高 吊车轨顶标高,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,4.围护结构布置屋面板、墙体、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁、基础梁,抗风柱,作用：承受山墙面的水平风载或同时承受由连系梁传来的竖向荷载(山墙自重)。,布置原则： 当厂房高度及跨度均不大时，可在山墙设置砖壁柱。 当厂房高度和跨度均较大时，可采用钢筋混凝土柱。 当厂房高度很大时，可在山墙内侧设置水平抗风梁作为抗风柱的中间支座。,一般情况下按受弯构件考虑。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,抗风柱一般与基础刚接，与屋面上弦铰接；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。,抗风柱与屋架连接的两个要求： 一、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； 二、在竖向应允许两者之间有一定相对位移地可能性，以防止抗风柱与屋架沉降不均匀产生不利影响。 因此，两者之间要采用竖向可以移动、水平方向有较大刚度的弹簧板连接。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,圈梁：设置于墙体内并与柱子连接的现浇钢筋混凝土构件。,作用：将墙体和柱子等箍在一起，增加厂房的整体刚性，抵抗地基发生过大的不均匀沉降，或较大的振动荷载对厂房的不利影响 。,布置：埋设在墙体内并和柱子用预埋在柱中的拉结筋连接，在平面上尽可能沿整个厂房交圈，但在伸缩缝处不得不切断。圈梁一般应在柱顶及吊车梁顶标高处各设一道。当外墙高度超过15m时，通常每46m增设一道圈梁。圈梁截面宽度宜与墙体厚度等同，当墙厚240mm时，不宜小于2/3墙厚，圈梁截面高度不宜小于120mm。当圈梁在门窗洞口处不连接时，应在洞口上部墙体中布置一道相同截面的附加圈梁，两者的搭接长度不应小于垂直距离的两倍，且大于1m。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,连系梁,作用：连系纵向柱列以增强厂房的纵向刚度并传递纵向水平荷载，还承受上部墙体的重量。 一般为预制的简支梁，两端搁置在柱牛腿上，与柱之间可采用螺栓或焊接连接。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,过梁,作用：承托门窗洞口上部 的墙体重量。,在进行围护结构布置时，尽量将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一种梁起到两种甚至三种梁的作用，简化构造，节约材料，方便施工。,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,基础梁,12.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置,单 层 厂 房,12.2 排架结构计算,12.2 排架结构计算,单厂（空间结构体系）,分解,横向平面排架（柱子少，刚度差，需进行内力分析） 纵向平面排架（柱列少于7根，考虑抗震时分析）,单 层 厂 房,1、计算简图的确定 2、排架结构上的荷载统计 3、柱控制截面的内力分析和内力组合 4、排架侧移验算（必要时）,排架计算的主要内容：,12.2 排架结构计算,单 层 厂 房,12.2.1 计算简图,1. 计算单元,各榀排架的几何尺寸完全相同，作用于厂房上的屋面荷载、雪荷载和风荷载都是均布的，可通过纵向柱距的中线截取计算单元。,12.2 排架结构计算,单 层 厂 房,2. 简化假定与计算简图,简化假定,1、通常屋架与柱顶用预埋钢板焊接，可视为铰接，它只能传递竖向力和水平力，不能传递弯矩；,2、排架柱(预制)插入基础杯口有一定深度，柱和基础间用高等级细石混凝土浇筑密实，柱与基础连接处可视为固定端，固定端位于基础顶面。,排架横梁(屋架或屋面梁)刚度很大，受力后的轴向变形可忽略不计，简化为一刚性连杆，即排架受力后，横梁两端的柱顶水平位移相等。,12.2 排架结构计算,单 层 厂 房,计算简图,(a)排架结构,排架柱的高度由固定端算至柱顶铰结点处。排架柱的轴线为柱的几何中心线。当柱为变截面柱时，排架柱的轴线为一折线。,排架的跨度以厂房的轴线为准。横梁用一条线来代表(EA=)，由上图(b)改用上图(c)，需在柱的变截面处增加一个力偶M，M 等于上柱传下的竖向力乘以上下柱几何中心线的间距e 。,12.2 排架结构计算,单 层 厂 房,12.2.2 荷载计算,12.2.2 荷载计算,1. 恒荷载：屋盖、柱、吊车梁、轨道连接件和围护结构。,屋盖恒载G1,包括屋面构造层、屋面板、天窗架、屋架、屋盖支撑等重力荷载。以集中力G1的形式施加于柱顶，作用点位于屋架上下弦几何中心线汇交处(对标准屋架通常在纵向定位轴线内侧l50mm处)。G1对上柱截面中心往往有偏心距e1，对下柱截面中心又增加另一偏心距e0，所以G1对柱顶截面中心有一个外力矩，对变截面处下柱截面中心有一个附加力矩。,单 层 厂 房,悬墙自重重力荷载G2,当设有连系梁支承围护墙体时，计算单元范围内的悬墙重力荷载以竖向集中力G2的形式通过连系梁传给支承连系梁的柱牛腿上，其作用点通过连系梁或墙体截面的形心轴，距下柱截面几何中心也有偏心距。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,吊车梁、轨道及连接件重力荷载G3,G3大小可查标准图集，轨道和连接件的重力荷载也可按0.81.0kn/m估算。G3作用点一般距纵向定位轴线750mm，它对下柱截面几何中心线的偏心距为e3。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,柱自重重力荷载G4（G5）,上柱自重重力荷载G4和下柱自重重力荷载G5分别作用于各自截面的几何中心线上，G4对下柱截面几何中心线有一偏心距e0,上述各种恒荷载的数值可按材料密度与构件的有关尺寸计算得到；恒荷载的分项系数取为1.2； 计算方式：悬臂柱 排架,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,2. 屋面均布活荷载,屋面水平投影面上的均布活荷载标准值： 应按现行荷载规范的规定取值。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,3.屋面雪活荷载,屋面水平投影面上的雪活荷载标准值：,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,4.屋面积灰荷载,设计生产中有大量排灰的厂房以及临近建筑时，应考虑积灰荷载，对于屋面，其水平投影面上的积灰荷载应按荷载规范的相应规定取值；,对于屋面上容易形成积灰的局部部位，在设计屋面板、檩条时可以取局部积灰增大系数。如： 高低跨处两倍屋面高差但布大于6m范围内，取2.0； 天沟处不大于3m的分布范围内取1.4。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,考虑活荷载同时出现可能小，荷载规范规定，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，取两者较大值。 积灰荷载应与雪荷载或不上人屋面均布荷载两者中的较大值同时考虑。,三种活荷载均以竖向集中力的形式作用于柱顶，作用点同屋盖恒荷载。,三种活荷载均属于可变荷载，都按屋面的水平投影面积计算，荷载分项系数都取1.4。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,5. 吊车荷载,吊车,悬挂吊车：,手动吊车、电动葫芦：,桥式吊车,不列入排架计算，由有关支撑系统承受,不考虑水平荷载,吊车的工作级别,利用等级,荷载状态,A1、A2、A3 轻级 A4、A5 中级 A6、A7、A8 重级,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,（1）作用在排架上的吊车竖向荷载设计值Dmax，Dmin,吊车竖向荷载是吊车满载运行时通过轮压传给排架柱的竖向移动荷载。桥式吊车由大车和小车组成，大车在吊车梁上沿厂房纵向行驶，小车在大车桥架上沿横向行驶，带有吊钩的起重卷扬机安装在小车上。,当吊车满载且小车行驶到吊车桥架一侧的极限位置时，小车所在一侧轮压将出现最大轮压标准值Pmax,k；同时，另一侧吊车轮压出现最小轮压标准值Pmin,k。 Pmax,k与 Pmin,k同时发生。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,最大轮压和最小轮压可根据吊车厂家提供的资料查得。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,一般预制吊车梁为简支梁，利用简支梁的反力影响线可求出吊车对排架柱产生的最大、最小竖向荷载Dmax、Dmin。分析表明，只有当两台吊车挨紧运行，且其中起重量大的一台的轮子行至排架柱轴线位置时，作用于计算排架柱的吊车竖向荷载才是最大值Dmax(另一侧排架柱为最小值Dmin)。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,Dmax,k=Pmax,kyi,Dmin,k=Pmin,kyi= Dmax,k,yi各轮子下的影响线纵标值的总和； 多台吊车的荷载折减系数。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,吊车最大轮压设计值：Pmax=Q Pmax,k,Q 吊车的荷载分项系数，1.4.,吊车最小轮压设计值：Pmin=Q Pmin,k,作用在排架上的吊车竖向荷载设计值：,Dmax= Q Dmax,k,Dmin= Q Dmin,k,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,应注意吊车Dmax可以发生在左柱也可能发生的右柱两种情况,e4 吊车梁支座钢垫板的中心至下柱中心线的距离。,12.2.2 荷载计算,Dmax在左柱,Dmax在右柱,单 层 厂 房,桥式吊车的水平荷载有纵向水平荷载和横向水平荷载。,（2）作用在排架上的吊车横向水平荷载设计值Tmax,桥式吊车的纵向水平荷载是吊车的大车在启动或制动时引起的惯性力产生的，通过大车制动轮与钢轨间的摩擦传给厂房纵向结构。,吊车纵向水平荷载的作用点：刹车轮与轨道的接触点，其方向与轨道方向一致。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,桥式吊车的水平荷载有纵向水平荷载和横向水平荷载。,（2）作用在排架上的吊车横向水平荷载设计值Tmax,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,桥式吊车的横向水平荷载是由吊车上的小车在启动或制动时引起的惯性力而产生的。,通过小车的刹车轮与轨道之间的摩擦力传给大车，再通过大车轮在轨道顶传给吊车梁，最后由吊车梁与柱的连接钢板传给排架柱。 T的作用点：吊车梁顶面标高处，且有向左或向右两种可能性。,（2）作用在排架上的吊车横向水平荷载设计值Tmax,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,吊车横向水平荷载标准值，应按小车重力标准值和额定起重量标准值之和乘以横向水平荷载系数，总的吊车横向水平荷载标准值Ti,k为：,（2）作用在排架上的吊车横向水平荷载设计值Tmax,Ti,k（G2,k+G3,k),吊车横向水平荷载系数 对于软钩吊车：当额定起重量Q310t时，0.12 当额定起重量15tQ350t时，0.10 当额定起重量Q3 75t时，0.08 对于硬钩吊车： 0.20,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,吊车的横向水平荷载应等分于桥架的两端，通常大车的轮子总数为4，即每侧轮子为2个，因此通过一个轮子传递的吊车横向水平荷载标准值为：,吊车为移动荷载，吊车对排架产生的最大横向水平荷载也应根据影响线确定，影响线的位置与产生竖向荷载Dmax、Dmin相同：,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,注意小车刹车有左右两种方向,单跨两种荷载情况； 双跨有四种荷载情况。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,多台吊车的水平荷载： 不论是单跨还是多跨，参与组合的吊车台数不应多于2台。,多台吊车竖向荷载： 一层吊车单跨厂房：参与组合的吊车台数不宜多于2台； 一层吊车多跨厂房：参与组合的吊车台数不宜多于4台；,（3）多台吊车的组合,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,多台吊车同时出现Dmax和Dmin以及Tmax的概率都很小，因此排架计算时，多台吊车的竖向荷载和水平荷载都应乘以多台吊车的荷载折减系数。折减系数与吊车的工作级别和吊车台数有关。,多台吊车的荷载折减系数,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,6. 风荷载作用在排架上的风荷载是由计算单元这部分墙面和屋面传力的，作用方向垂直于建筑物表面，有风压力和风吸力。,（1）垂直于主要承重结构建筑物表面的风荷载标准值,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,以当地空旷平坦地面上离地面10m高度处，统计所得50年一遇10分钟平均风速为标准，按0 20确定的风压。 基本风压可按荷载规范中全国基本风压分布图或附表D.4的数据采用。,风作用在建筑物表面所引起的实际压力或吸力与基本风压的比值。主要表示建筑物在稳定风压下的静态风压（吸）力分布规律，主要与建筑物的体形和尺寸有关。可按荷载规范表7.3.1查用。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,风压高度变化系数与建筑物的高度和地面粗糙度有关，地面粗糙度分为A、B、C、D四类，可根据高度和地面粗糙度查荷载规范。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,（2）当计算维护结构时,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,作用于单层厂房排架结构上的风荷载可分为两部分：,（1）柱顶以下墙面上的风荷载，可近似地按竖向均布荷载计，风 压高度系数偏安全地按柱顶标高确定。 当基础顶面至室外地坪距离不大时，风荷载可按柱全高计算， 不再减去地面以下的部分，当基础埋置较深时，应按实际情况 计算。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,（2）柱顶(屋架下弦)以上的风荷载，仍取为垂直于屋面的均布荷载，但仅考虑其水平分力对排架的作用，通过屋架以集中力的形式作用于排架柱顶。 风压高度变化系数：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。,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；,作用在坡屋面上的风荷载水平分力标准值的合力，按檐口顶部至屋脊的的距离h2计算。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,内力分析时，注意左、右风。,风荷载的设计值等于标准值乘以荷载分项系数1.4。,12.2.2 荷载计算,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,12.2.3 用剪力分配法计算等高排架,12.2.3 剪力分配法计算等高排架,等高排架：柱顶水平位移相等的排架。 有柱顶标高相同和柱顶标高不相同两种。,排架横梁刚度无穷大、横梁无轴向变形 荷载作用下，所有柱顶的水平位移均相等。,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,求柱顶剪力方法： 1 先求横梁内力，再求柱顶剪力（力法），适于各种排架。 2 剪力分配法，适于计算等高排架（本章主要内容）内力。,单阶悬臂柱在柱顶单位水平力作用下的柱顶位移,1,H,Hu,EcIL,EcIu,C0单阶柱水平位移系数，查附录9。,12.2.3 剪力分配法计算等高排架,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,1,在柱顶施加单位力时，产生柱顶位移； 反之，要使柱顶产生单位位移，则应在柱顶施加 的力。,12.2.3 剪力分配法计算等高排架,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,1. 柱顶作用水平集中力时的剪力分配,1=,i=,n=,12.2.3 剪力分配法计算等高排架,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,横梁假定为无轴向变形的刚性连杆，由变形条件得：,12.2.3 剪力分配法计算等高排架,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,1=,i=,n=,各柱的柱顶剪力求出后，各柱可按独立的悬臂柱计算内力,各柱的柱顶剪力、柱顶水平集中力、不动铰支座的反力，自左向右取正号，反之为负。,12.2.3 剪力分配法计算等高排架,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,2. 任意荷载作用时的剪力分配,（a）,（b）,（c）,（d）,12.2.3 剪力分配法计算等高排架,单 层 厂 房,单 层 厂 房,12.2.4 内力组合,单 层 厂 房,12.2. 4 内力组合,1. 控制截面,上柱的底部截面的弯矩和轴力比上柱其它截面要大，故上柱的截面是控制截面；,下柱的上部截面在吊车竖向荷载作用下弯矩值最大，故下柱的截面为控制截面；,下柱的底部截面(位于基础顶面)通常在吊车横向水平制动力和风荷载作用下弯矩值最大，而且设计基础时也需要截面的内力,故下柱的截面为控制截面。,控制截面是指构件某一区段中对截面配筋起控制作用的那些截面，非所有截面。,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,2. 不同种类内力的组合内力组合的目标,单层厂房排架柱的内力有弯矩M、轴力N和剪力V，三种不同的内力如何搭配，其截面承载力才是最不利？问题一,单层厂房排架柱为偏心受压构件，对柱的截面配筋起控制作用的是弯矩M、轴力N，剪力V一般不起控制作用。一般情况下，可按以下四个项目进行不利内力组合：,对称配筋时，（1）、（2）合并为一种组合，即Mmax及相应的N和V。,12.2.4 内力组合,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,通常，上述四种内力组合已能满足设计要求，但在某些情况下，他们可能并不是最不利的。 有时M虽然不是最大，而比最大值略小，而其对应的轴力N小很多，则这组内力的偏心矩e0最大，配筋量最多，有可能成为最不利的内力。,12.2.4 内力组合,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,3. 同一种内力的组合内力组合的原则,对于一般排架、框架结构，其承载能力极限状态的荷载效应基本组合可按荷载规范的简化规则进行组合：,对于不同的荷载（如恒荷载、活荷载）引起的同一种内力，荷载如何组合才能使这种内力最不利? 问题二,（1）由可变荷载效应控制的组合：,上面两种组合取其中较大值。,12.2.4 内力组合,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,（2）由永久荷载效应控制的组合：,组合值系数ci对风荷载为0.6，其他活荷载为0.7。 荷载分项系数Qi为1.4。,本项组合的可变荷载应取为和恒荷载的方向一致，不一致的可变荷载不予组合，如水平风荷载，水平吊车荷载。切记！,最后的内力应取由可变荷载效应控制和永久荷载效应控制的内力的较大值。,12.2.4 内力组合,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,4. 内力组合注意事项,2）每次组合都必须包含恒荷载；,3）当取Nmax或Nmin为内力组合目标时，应使相应的M绝对值尽可能的大，因此对于不产生轴向力而产生弯矩的荷载项（如风荷载和吊车水平荷载）中的弯矩值也应该组合进去；,4） 风荷载有左风和右风两种情况，每次组合只能取其中一种；,1）每次组合以一种内力为目标来决定其他荷载项的取舍；,12.2.4 内力组合,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,注意Dmax（或Dmin）与Tmax的关系： 有T必有D； 有D未必有T； 有D也应有T。,注意取用的吊车荷载数目 内力表中的吊车荷载都表示一个跨度内有两台吊车，吊车荷载折减系数已经按2台考虑，因此对于吊车水平荷载Tmax，不论单跨还是多跨，只能取表中的一项（或左或右）； 对于吊车竖向荷载，单跨时在Dmax或Dmin中两者取其一，多跨时或者取一项或者取两项（在不同跨内各取一项），对于后者，吊车荷载折减系数应改为4台吊车的值，即内力应乘以换算系数。,5）对吊车荷载应注意以下三点：, 在恒荷载任一种活荷载的内力组合中，只能在吊车的竖向荷载Dmax或Dmin与吊车水平荷载Tmax两者中取一种；,12.2.4 内力组合,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,6） 柱底水平剪力对基础底面产生弯矩，故在组合截面-的内力时，要把相应的水平剪力值求出。,5. 对内力组合值的评判,12.2.4 内力组合,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,6） 柱低水平剪力对基础底面产生弯矩，故在组合截面-的内力时，要把相应的水平剪力值求出。,5. 对内力组合值的评判,即：不论大小偏压，弯矩M对配筋 总是不利； 轴向力N，在大偏心受压时对 配筋是有力的，在小偏心受 压时是不利的。,12.2.4 内力组合,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,6） 柱低水平剪力对基础底面产生弯矩，故在组合截面-的内力时，要把相应的水平剪力值求出。,5. 对内力组合值的评判,M相差不多时， 对大偏心受压即M/N0.3h0的，N小的不利； 对小偏心受压即M/N0.3h0的，N大的不利。,可按以下规则评判内力的组合值：,N相差不多时，M越大越不利;,12.2.4 内力组合,单 层 厂 房,单 层 厂 房,12.2.5 整体空间作用的基本概念,单 层 厂 房,12.2.5 单层厂房排架考虑整体空间作用的基本概念,结构规则荷载规则,情况1：各排架水平位移相同，互不牵制。因此，与没有纵向构件连系的单个排架相同，都属于平面排架。,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,结构规则荷载规则,结构不规则荷载规则,情况2：厂房两端有山墙，且其侧向刚度很大，故该处水平位移很小，山墙对其他排架有不同程度的约束作用，故柱顶水平位移呈曲线。,12.2.5 单层厂房排架考虑整体空间作用的基本概念,12.2.5 整体空间作用的基本概念,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,结构规则荷载规则,结构规则 荷载不规则,结构不规则荷载规则,情况3：厂房某一排架直接承受荷载作用时，其他所有排架都因受到牵动而产生位移。,12.2.5 单层厂房排架考虑整体空间作用的基本概念,12.2.5 整体空间作用的基本概念,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,结构规则荷载规则,结构规则 荷载不规则,结构不规则荷载规则,结构不规则 荷载不规则,情况4：荷载情况同上，但厂房两端有山墙，故各排架的位移最小。,12.2.5 单层厂房排架考虑整体空间作用的基本概念,12.2.5 整体空间作用的基本概念,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,结构规则荷载规则,结构规则 荷载不规则,结构不规则荷载规则,结构不规则 荷载不规则,12.2.5 单层厂房排架考虑整体空间作用的基本概念,12.2.5 整体空间作用的基本概念,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,整体空间作用的基本概念：,规范：在吊车荷载作用下，可考虑厂房整体空间作用。,各个排架或山墙都不能单独变形，而是互相制约成一个整体，这种排架与排架、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。,一：各横向排架之间必须有纵向构件相联；,二：各横向排架彼此的情况不同，或结构不同或荷载不同。,产生单厂整体空间作用的条件：,12.2.5 整体空间作用的基本概念,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,排架结构的整体空间作用,吊车荷载作用下，厂房空间作用计算方法,屋盖看作一根在水平内受力的梁； 各榀横向排架作为梁的弹性支座； 各支座反力即为相应排架所分担的水平力。,表3.13 考虑多个荷载下的分配系数值。,12.2.5 整体空间作用的基本概念,单 层 厂 房,单 层 厂 房,单 层 厂 房,考虑整体空间作用计算步骤,考虑空间整体作用时，上柱内力将增大，下柱内力减小。总配筋量减小。,12.2.5 整体空间作用的基本概念,单 层 厂 房,12.2.6 排架计算中的两个问题,12.2.6 排架计算中的两个问题,1. 纵向柱距不等的排架内力分析,有时因工艺需要，在局部区段少放若干根柱，形成纵向柱距不等的情况，俗称“抽柱”。,单 层 厂 房,12.2.6 排架计算中的两个问题,1. 纵向柱距不等的排架内力分析,当屋面刚度较大，或者设有可靠的下弦纵向水平支撑，可以选取较宽的计算单元，并且假定计算单元中同一柱列的柱顶水平位移相等。,12.2.6 排架计算中的两个问题,单 层 厂 房,因此计算单元内的几榀排架可以合并为一榀排架来计算，合并后的排架柱的惯性矩应按合并后考虑，A、C轴线的柱为2根，即1根加2个半根。,12.2.6 排架计算中的两个问题,1. 纵向柱距不等的排架内力分析,12.2.6 排架计算中的两个问题,单 层 厂 房,1）为使实际情况与上述假定基本相符，计算单元的宽度不宜大于24m。,2）合并排架的恒荷载、风荷载的计算方法与一般排架相同，但吊车荷载则应按计算单元的中间排架产生D2max、D2min和T2max时的吊车位置来计算。即合并排架的吊车竖向荷载和水平荷载为：,边列柱中间排架的吊车位置及吊车荷载,应注意以下几点,12.2.6 排架计算中的两个问题,单 层 厂 房,3）按计算简图求出内力以后，必须进行还原，以求得柱的实际内力。A、C轴线的M、V除以2即得各根柱的相应值，但对于吊车荷载产生的轴向力N，不能简单的除以2，而是应该按这根柱实际所承受的吊车竖向荷载来计算。,轴和轴最大吊车荷载时的吊车位置是不一样的,12.2.6 排架计算中的两个问题,单 层 厂 房,课后思考题：,边列柱柱距6m，中列柱柱距12m，吊车桥架宽度B5.5m，轮距4.4m，吊车最大轮压为Pmax，求： 对边列柱，求作用在合并排架中间柱列上的吊车竖向荷载Dmax； 对中列柱，求吊车的竖向荷载Dmax； 比较1和2中的结果，是否相同？,下次课请同学到黑板上做。,12.2.6 排架计算中的两个问题,单 层 厂 房,2. 排架的水平位移验算,一般情况下，当排架柱的截面尺寸满足一定要求时，刚度足够大，可以不必验算其水平位移。只是在某些情况下（如大吨位吊车）才有必要加以验算。,验算部位： 吊车梁顶与柱连接点K处的水平位移。,验算所使用的荷载: 最大的1台吊车产生的横向水平荷载。,验算位移时可取柱(下柱）的截面弯曲刚度为： BL=0.85EcI0,12.2.6 排架计算中的两个问题,单 层 厂 房,12.3.1单层厂房柱的型式,12.3 单层厂房柱,单肢柱,双肢柱,12.3.1 柱的型式,单 层 厂 房,矩形截面柱：构造简单、施工方便，但重量大，用料多，经济指标较差。适于截面高度小于700mm的装配式偏心受压柱以及牛腿以上的上柱。,工字型截面柱：形式合理，能比较充分地发挥截面上混凝土的承载作用，而且整体性好，施工方便，适用范围广。柱截面高度为6001400mm。在设有桥式吊车的厂房中，上柱和牛腿附近高度内要做成实腹矩形截面；下柱插入基础杯口高度内的一段也要做成实腹矩形截面。,12.3.1单层厂房柱的型式,单 层 厂 房,平腹杆或斜腹杆双肢柱：平腹杆双肢柱构造较简单，制作方便，肢部整齐的矩形孔洞便于布置工艺管道，但受力性能不如斜腹杆双肢柱。斜腹杆双肢柱呈桁架形式，杆件内力基本为轴力，弯距很小，混凝土承载能力得到充分利用。,双肢柱特点：截面高度大，吊车竖向荷载可以通过柱肢的轴线，可省去牛腿，简化构造；但刚度差，节点多，制作较复杂，用钢量也较多。,管柱：管柱采用高速离心法生产，机械程度高，混凝土质量好，自重轻；但其节点构造复杂，且受到制管设备的限制，应用较少。,12.3.1单层厂房柱的型式,单 层 厂 房,12.3.2 矩形柱的设计,柱的设计内容：,12.3.2 矩形柱的设计,确定外形构造尺寸和截面尺寸； 根据控制截面最不利内力组合进行截面配筋并满足构造要求； 吊装阶段的验算； 处理好与屋架、吊车梁等构件的连接构造； 牛腿设计； 绘制施工图。,单 层 厂 房,柱的截面尺寸必须具有足够的截面承载力；,对于6m柱距的厂房柱和露天吊车栈桥柱的最小截面尺寸可参考教材表12-4。,1. 截面尺寸和外形构造尺寸,柱的截面尺寸必须具有足够的截面刚度。 如：避免造成厂房横向和纵向变形过大； 避免发生吊车轮和轨道的过早磨损； 避免导致墙体和屋盖产生裂缝。,12.3.2 矩形柱的设计,单 层 厂 房,柱的截面设计根据控制截面的最不利内力组合（M，N），按偏心受压构件进行，参见上册相关内容。,2. 截面设计,对于刚性屋盖的单层厂房排架柱和露天吊车柱和栈桥柱，其计算长度应按规范的规定取用。,12.3.2 矩形柱的设计,单 层 厂 房,对于偏心矩较大，如e0/h0 0.55的偏心受压构件，应验算裂缝宽度。,4. 吊装运输阶段的承载力和裂缝宽度验算,预制柱考虑翻身起吊，按图中3个截面，根据吊装时混凝土的实际强度，分别进行承载力和裂缝宽度验算。,12.3.2 矩形柱的设计,单 层 厂 房,吊装运输阶段的验算应注意：,1）柱身自重应乘以动力系数，如1.5； 2）因吊装属于临时性，构件的安全等级可较其使用阶 段降低一级； 3）吊装时混凝土的强度一般按设计强度的70，当设计要求高于此值时，应予注明； 4）一般采