[精钢筋混凝土设计 单层家当厂房

1、1 1 排架计算排架计算 （1）计算单元计算单元：可在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的可在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的区段，作为排架的计算单元。区段，作为排架的计算单元。 计算单元和计算模型计算单元和计算模型1 排架计算排架计算v (1)计算单元v 范围：由相邻柱距的中线截出的一个典型区段，如图。v除吊车等移动荷载以外，计算单元就是排架的负荷范围，或称从属面积。计算单元上的荷载由该单元内的横向排架承担。v吊车荷载，不可能在所有排架上同时出现，不按计算单元考不可能在所有排架上同时出现，不按计算单元考虑，根据与该排架相连的两边吊车梁传给柱子的荷载来计算虑，根据与该排架相连的

2、两边吊车梁传给柱子的荷载来计算。v (2)计算假定与计算简图v 确定排架结构的计算简图时，作以下假定：v (a)柱上端与屋架(或屋面梁)铰接；v (b)柱下端与基础固接；v (c)排架横梁为无轴向变形的刚杆，柱顶水平位移相等v一般钢筋混凝土屋架或预应力混凝土屋架适用。v钢筋混凝土组合式屋架或两铰、三铰拱屋架考虑轴向变形v (d)柱高度由固定端至柱顶铰结点，柱的轴线几何中心线。v变截面柱的轴线为一折线。横向横向排架的计算简图排架的计算简图1 1 排架计算见图排架计算见图2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 作用在横向排架结构上的荷载有作用在横向排架结构上的荷载有恒载恒载、屋面活荷载屋面活荷载

3、、雪荷载雪荷载、积灰荷积灰荷载载、吊车荷载吊车荷载和和风荷载风荷载等，除吊车荷载外，其它荷载均取自计算单元范围等，除吊车荷载外，其它荷载均取自计算单元范围内。内。 （1）恒载恒载 ：屋盖自重屋盖自重g1 ：屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、天屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、天窗架、屋面构造层以及屋盖支撑等重力荷载。窗架、屋面构造层以及屋盖支撑等重力荷载。悬墙自重悬墙自重g2 ：当设有连系梁支承围护墙体时，排架柱承受着计算当设有连系梁支承围护墙体时，排架柱承受着计算单元范围内连系梁、墙体和窗等重力荷载。单元范围内连系梁、墙体和窗等重力荷载。吊车梁和轨道及连接件自重吊车梁和轨道及

4、连接件自重g3 。柱自重柱自重g4（g5） ： 恒载作用位置及相应的恒载作用位置及相应的排架计算简图排架计算简图2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 （2）屋面活荷载屋面活荷载 ：包括屋面均布活荷载、屋面雪荷载和屋面积灰荷载包括屋面均布活荷载、屋面雪荷载和屋面积灰荷载三部分。其荷载分项系数均为三部分。其荷载分项系数均为1.4。屋面均布活荷载屋面均布活荷载 ：屋面水平投影面上的屋面均布活荷载标准值，按屋面水平投影面上的屋面均布活荷载标准值，按下列情况取：不上人的屋面为下列情况取：不上人的屋面为0.5kn/m2；上人的屋面为；上人的屋面为2.0kn/m2。屋面雪荷载屋面雪荷载 ：屋面水平投影面

5、上的雪荷载标准值屋面水平投影面上的雪荷载标准值 (kn/m2) 式中式中: 为基本雪压为基本雪压 (kn/m2)； 为屋面积雪分布系数。为屋面积雪分布系数。kskr 0ss0sr屋面积灰荷载屋面积灰荷载 ：对设计生产中有大量排灰的厂房及其临近建筑时，对设计生产中有大量排灰的厂房及其临近建筑时，应考虑屋面积灰荷载的影响。应考虑屋面积灰荷载的影响。屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，取两者中的较大值；当有屋屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，取两者中的较大值；当有屋面积灰荷载时，积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两面积灰荷载时，积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑。

6、者中的较大值同时考虑。注：注：2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 屋面活荷载作用下的排架计算简图屋面活荷载作用下的排架计算简图2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 吊车荷载示意图吊车荷载示意图p,minfp,maxfp,minfp,maxfmind2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载(3)吊车荷载吊车荷载v工作制：工作制：根据吊车荷载达到其额定值的频繁程度将吊车工作制度分为轻级、中级、重级、超重级。v吊车荷载分类吊车荷载分类：竖向荷载dmax(或dmin)v 横向水平荷载tmax、tminv 纵向水平荷载tv竖向荷载：竖向荷载：当小车吊在额定最大起重

7、量q开到大车一端的极限位置，该侧的每个大车轮压称为吊车的最大轮压pmax,k(标准值)，另一侧为最小轮压(标准值)pmin,k。吊车轮压应考虑数台吊车不利组合：v单跨厂房最多考虑两台吊车；多跨厂房最多考虑四台吊车。v pmax,k根据吊车型号、规格等查阅产品目录或起重运输机械专业标准(zq工一62)得到。四轮吊车：v 2(pmax,k+pmin,k)=(q1,k+q2,k+q,k)gv 设计值设计值:标准值乘1.42 排架结构上的荷载排架结构上的荷载(3)吊车荷载吊车荷载v 吊车是移动的，吊车竖向荷载组合值用影响线计算。v两台吊车满载并行，其中一台的一个轮子（与另一吊车相邻）两台吊车满载并行，

8、其中一台的一个轮子（与另一吊车相邻）正好位于计算排架柱上，另一台吊车与它紧靠在一起的时候，正好位于计算排架柱上，另一台吊车与它紧靠在一起的时候，传给柱子上的压力为最大。当一边柱子承受由传给柱子上的压力为最大。当一边柱子承受由pmax产生的产生的最大竖向荷载最大竖向荷载dmax时，另一边柱子承受最小竖向荷载时，另一边柱子承受最小竖向荷载dmin，dmax和和dmin同时出现。同时出现。吊车竖向荷载吊车竖向荷载 ： 和和 的标准值按下式计算的标准值按下式计算式中式中 、 表示第表示第 台吊车的最大轮压和最小轮压；台吊车的最大轮压和最小轮压； 与吊车轮压相对应的支座反力影响线的竖向坐标值。与吊车轮压

9、相对应的支座反力影响线的竖向坐标值。 maxmaxiidpyminminiidpymaxipminip 当计算吊车梁及其连接的强度时，吊车竖向荷载应乘以动力系数。当计算吊车梁及其连接的强度时，吊车竖向荷载应乘以动力系数。注：注：maxdmindiyi计算排架考虑多台吊车竖向荷载时，对单跨厂房的每个排架，参计算排架考虑多台吊车竖向荷载时，对单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于与组合的吊车台数不宜多于2台；对多跨厂房的每个排架，不宜台；对多跨厂房的每个排架，不宜多于多于4台。台。 （3）吊车荷载吊车荷载 ：2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载(3

10、)吊车荷载吊车荷载v横向水平制动力可近似考虑由两侧排架柱各负担一半。v 作用点作用点：吊车的竖向轮压处。v荷载规范荷载规范规定规定：吊车横向水平荷载作用，单跨、多跨均最多考虑两台吊车同时制动。 吊车竖向荷载和横向水平荷载吊车竖向荷载和横向水平荷载 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载(3)吊车荷载吊车荷载v通常起重量q50t的桥式吊车，其大车总轮数为4，每个大车轮传递的吊车横向水平荷载标准值tk：v tk（q,k+q1,k）g v横向水平荷载系数(或小车制动力系数)v 对软钩吊车：v 当q10t时，0.12；当q1550t时，0.10；v 当q75t时，0.08；v 对硬钩吊车：0.2。v吊车

11、在排架上产生最大横向水平荷载标准值tmax,k时的吊车位置与产生dmax、dmin相同。排架柱所受的最大横向水平荷载标准值tmax，k可由影响线求得 吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载 ：吊车总的横向水平荷载可按下式取值：吊车总的横向水平荷载可按下式取值：式中式中 吊车的额定起重量；吊车的额定起重量； 小车重量；小车重量； 重力加速度；重力加速度； 横向水平荷载系数。横向水平荷载系数。1()tqq gq1qg 对于一般四轮桥式吊车，大车每一轮子传递给吊车梁的横向对于一般四轮桥式吊车，大车每一轮子传递给吊车梁的横向水平制动力水平制动力 为：为： 式中式中 为第为第 个大车轮子的横向水平制动力。个大

12、车轮子的横向水平制动力。11()4tqq gmaxiitt yitit考虑多台吊车水平荷载时，对单跨或多跨厂房的每个排架，参考虑多台吊车水平荷载时，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与组合的吊车台数不应多于2台。台。注：注：2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载： 吊车纵向水平荷载标准值吊车纵向水平荷载标准值t0，按作用在一边轨道上所有刹车轮的，按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的最大轮压之和的10%采用，即采用，即式中，式中，n为施加在一边轨道上所有刹车轮数之和，对于一般的四轮为施加在一边轨道上所有刹车轮数之和，对于一般的四轮吊

13、车，吊车，n=1。0max10tnpkw无论单跨或多跨厂房，在计算吊车纵向水平荷载时，一侧的无论单跨或多跨厂房，在计算吊车纵向水平荷载时，一侧的整个纵向排架上最多只能考虑整个纵向排架上最多只能考虑2台吊车。台吊车。注：注：2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 【例2.1】有单跨单层厂房，跨度为24m，柱距为6m，设计时考虑两台a3级工作制20/5t桥式软钩吊车，求作用于排架柱上的dmax,k、dmin,k、tmax,k。【解】（1） 查zq162得：吊车桥距lk=22.5m时，吊车最大宽度b=5600mm；大车轮距k=4400mm；小车重qlk=77.2kn;吊车最大轮压pmax,k=20

14、2kn；吊车最小轮压pmin,k=60kn。（2） 确定吊车的最不利位置及柱支座反力影响线，如图5所示。 （3） 计算dmax,k、dmin,k、tmax,k查表得折减系数=0.9。dmax,k=387.23kndmin,k=115.02kntk=6.93kntmax,k=13.28kn4ii=1y2.13图1桥式吊车荷载 图2 吊车荷载 图3 吊车横向水平制动力 图4 吊车纵向水平荷载 图5 吊车梁反力影响线 式中式中 基本风压值（基本风压值（kn/m2），是以当地比较空旷平坦地面上离），是以当地比较空旷平坦地面上离 高度高度z处的风振系数；处的风振系数； 风压高度变化系数；风压高度变化系数

15、； 风荷载体型系数。风荷载体型系数。 zzs0w地地10m高处统计所得的高处统计所得的50年一遇年一遇10分钟平均最大风速为标分钟平均最大风速为标准确定的风压值；准确定的风压值； （4）风荷载风荷载 ： 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值垂直于建筑物表面上的风荷载标准值 （kn/m2）按下式计算：）按下式计算： ks0 zzwwkw2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载(4)风荷载风荷载 风荷载的计算风荷载的计算垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算：wk=zszw0排架计算时作用在不同位置处风荷载的计算原则：（1） 作用在排架柱顶以下墙面上的风荷载

16、按均布考虑，迎风面为q1，背风面为q2，其风压高度变化系数可按柱顶标高取值。 风荷载风荷载（2） 作用于柱顶以上屋盖部分的风荷载仍取为均布荷载，但对排架的作用则按作用在柱顶的集中风荷载w考虑，其风压高度变化系数取值如下：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。 作用在排架上的风荷载，其设计值分别按下式计算：2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载(4)风荷载风荷载10k1s1zqw bw b 2k2s2z0qw bw b v 墙面上均布风荷载：墙面上均布风荷载： 2-22-3 wki1s1s21s3s42z0sin()()nifw blhhw b v 柱顶水平集中荷载：柱顶

17、水平集中荷载： 2-4【例2.2】如图2.1所示。柱距为6m的单跨单层厂房，建于天津市郊区，求作用于排架上的风荷载设计值。 【解】从荷载规范中查得天津市基本风压为w0 =0.4kn/m2；风荷载体型系数s值如图2.1所示。计算单元宽度b=6m。（1） 柱顶以下风荷载按均布荷载计算，风压高度变化系数z按柱顶标高计算，由荷载规范查得15m高度处z=0.84;10m高处z=0.71；故12m高度处：z=0.76q1=qs1zw0b=2.04kn/m()q2=qs2zw0b=1.28kn/m()（2） 计算作用于柱顶的集中风荷载w风压高度变化系数z按天窗檐口处标高（+17.920）计算。由荷载规范查得

18、20m高度处，z=0.94，故17.92m高度处：z=0.90w=20.34kn（）作用于排架风荷载如图所示。 图2.1 横向排架上的风荷载 图2.2. (a) 厂房剖面图；(b) 计算简图及s值 图2.3作用于排架风荷载 等高排架就是指在排架计算简图中，各柱柱顶标高相同或柱顶标高虽不同，但柱顶有倾斜横梁贯通连接的排架。 排架的内力计算排架的内力计算2.5.3. 等高排架内力分析等高排架内力分析排架内力分析就是确定排架柱在各种荷载单独作用下各个控制截面上的内力，并绘制各排架柱的弯矩m图、轴力n图及剪力v图。 图等高排架内力分析 （1） 当排架柱顶作用水平集中荷载f时,由于横梁为刚性连杆，所以各

19、柱柱顶水平位移相等。即：a=b=c= 如沿横梁与柱的连接部位将各柱柱顶切开，因柱顶是铰无弯矩，在各柱的切口上代替一对相应剪力va、vb、vc，并取横梁为脱离体，则由平衡条件x=0得：f=va+vb+vc 设各柱柱顶在单位水平集中力作用下柱顶位移为a、b和c。则在柱顶剪力va、vb、vc作用下，各柱柱顶水平位移为：a=vaab=vbbc=vcc即：va=a/a=/avb=b/b=/bvc=c/c=/c由公式得：/a+/b+/c=f则各柱柱顶剪力为：va=/a=afvb=/b=bfvc=/c=cf即vi=if（2） 当任意荷载作用时在任意荷载作用下，排架柱的计算分为两个步骤：第一步：先在排架柱顶附

20、加一个不动铰支座以阻止水平侧移，求出支座反力r（可利用附表算出）。第二步：撤除附加不动铰支座，并将r以反方向作用于排架柱顶，如图，以恢复到原来结构体系。【例11.3】一单层单跨厂房排架如图所示。a柱与b柱相同。i上a=i上b=2.13109mm4，i下a=i下b=5.876109mm4，上柱高h1=3.30m，全柱高h2=10.80m，排架上作用有吊车最大横向水平荷载tmax=8.9kn，作用点距柱顶高度y=2.4m，求排架柱的内力，并绘制内力图。【解】（1） 计算几何参数n=i上/i下=0.362=h1/h2=0.306（2） 求柱顶剪力 求支座反力tmax作用点至柱顶高度y=2.4m，y/

21、h1=0.728，即y=0.728h1，计算简图如图所示。 查附表(y=0.7h1)得c5=0.66。查附表(y=0.8h1)得c5=0.615。用插入法得，当y=0.728h1时：c5=0.647ra=tmaxc5-5.76kn()rb=0ra+rb=5.76kn() 将（ra+rb)反向作用于柱顶并进行分配确定剪力分配系数：a=b=0.5a(ra+rb)=2.88kn() 求柱顶剪力将图(b)、（c)图中各柱顶所产生的剪力叠加得：va=5.76-2.88=2.88kn()vb=-2.88kn()(3) 画内力图图 吊车横向荷载作用计算简图及柱顶剪力计算 【例11.4】一等高排架如图，已知w

22、=5.66kn，q1=1.68kn/m,q=1.05kn/m，a柱与c柱相同，i上a=i上c=2.13105cm4, i下a=i下c=9.23105cm4,i上b=4.17 105cm4,i下b=9.23105cm4。求柱的内力并绘制弯矩图。 【解】 (1) 计算剪力分配系数=h1/h2=0.254a、c柱n=i上/i下=0.231b柱n=i1/i2=0.452 查附表得：a、c柱c0=2.85a=c=6941/ecmb柱c0=2.94b=6721/ecm剪力分配系数：a=c=0.33b=0.34(2) 计算各柱顶剪力由q1的作用求a柱铰支座反力ra。查附表1得c11=0.361。ra=q1h

23、2c11=7.41kn()在q2的作用下得：rc=q2h2c11=4.63knr=ra+rc=12.04kn()拆除不动铰支座，将w+r=5.66+12.04=17.7kn反向作用于柱顶并分配，如图(b)、(c)所示。va=a(w+r)-ra=-1.57kn()vb=b(w+r)= 6kn()vc=c(w+r)-rc=1.2kn()（3） 绘制弯矩图（如图所示）。图 风荷载作用下计算简图及柱顶剪力计算 图风荷载作用下的弯矩图 总结总结 3 3等高排架内力分析等高排架内力分析 （1）柱顶水平集中力作用下等高排架内力分析柱顶水平集中力作用下等高排架内力分析 ： 在柱顶水平集中力作用下，等高排架各柱

24、顶侧移相等，沿横在柱顶水平集中力作用下，等高排架各柱顶侧移相等，沿横梁与柱的连接处将各柱的柱顶切开，在各柱顶的切口上作用一对梁与柱的连接处将各柱的柱顶切开，在各柱顶的切口上作用一对相应的剪力相应的剪力 。iv111iiiniivff柱顶水平集中力作用下等高排架的变形和内力柱顶水平集中力作用下等高排架的变形和内力111iinii1ii式中式中 第第 i 根排架柱的抗侧移刚度（或抗剪刚度），即悬臂根排架柱的抗侧移刚度（或抗剪刚度），即悬臂 第第 i 根排架柱的剪力分配系数，按下式计算：根排架柱的剪力分配系数，按下式计算： 求得柱顶剪力求得柱顶剪力vi 后，用平衡条件可得排架柱各截面的弯矩后，用平衡

25、条件可得排架柱各截面的弯矩和剪力。和剪力。当排架结构柱顶作用水平集中力当排架结构柱顶作用水平集中力f时，各柱的剪力按其抗时，各柱的剪力按其抗剪刚度与各柱抗剪刚度总和的比例关系进行分配。剪刚度与各柱抗剪刚度总和的比例关系进行分配。柱柱顶产生单位侧移所需施加的水平力柱柱顶产生单位侧移所需施加的水平力注：注：3 3 等高排架内力分析等高排架内力分析 剪力分配系数必满足剪力分配系数必满足 。 1i各柱的柱顶剪力各柱的柱顶剪力vi仅与仅与f 的大小有关，而与其作用在排架左侧的大小有关，而与其作用在排架左侧或右侧柱顶处位置无关，但或右侧柱顶处位置无关，但f 的作用位置对横梁内力有影响。的作用位置对横梁内力

26、有影响。 （2）任意荷载作用下等高排架内力分析任意荷载作用下等高排架内力分析 ：等高排架在任意荷载作用等高排架在任意荷载作用下，为了利用剪力分配法求解，通常可采用以下三个步骤来进行这种情况下，为了利用剪力分配法求解，通常可采用以下三个步骤来进行这种情况下的排架内力分析。下的排架内力分析。对承受任意荷载作用的排架，先在排架柱顶部附加一个不动铰对承受任意荷载作用的排架，先在排架柱顶部附加一个不动铰支座以阻止其侧移，则各柱为单阶一次超静定柱，应用柱顶反支座以阻止其侧移，则各柱为单阶一次超静定柱，应用柱顶反力系数可求得各柱反力力系数可求得各柱反力ri及相应的柱端剪力，柱顶假想的不动及相应的柱端剪力，柱

27、顶假想的不动铰支座总反力为铰支座总反力为 。irr3 3 等高排架内力分析等高排架内力分析 撤除假想的附加不动铰支座，将支座总反力撤除假想的附加不动铰支座，将支座总反力r反向作用于排架反向作用于排架柱顶，应用剪力分配法可求出柱顶水平力柱顶，应用剪力分配法可求出柱顶水平力r作用下各柱顶剪作用下各柱顶剪力力 。ir将前面的计算结果相叠加，可得到在任意荷载作用下排架柱顶将前面的计算结果相叠加，可得到在任意荷载作用下排架柱顶剪力剪力 ，然后可求出各柱的内力。，然后可求出各柱的内力。 iirr 任意荷载作用下等高排架内力分析任意荷载作用下等高排架内力分析3 3 等高排架内力分析等高排架内力分析 4 4

28、不等高排架内力分析不等高排架内力分析 不等高排架在任意荷载作用下，由于高、低跨的柱顶位移不相等，不等高排架在任意荷载作用下，由于高、低跨的柱顶位移不相等，因此，不能用剪力分配法求解，其内力通常用结构力学中的力法进行分因此，不能用剪力分配法求解，其内力通常用结构力学中的力法进行分析。析。 式中式中 ， ， ， 为基本结构的柔度系数，可由单位力弯矩图图乘为基本结构的柔度系数，可由单位力弯矩图图乘得到；得到； 、 为载常数。为载常数。11 1122121 1222200ppxxxx111221221p2p两跨不等高排架内力分析两跨不等高排架内力分析5 5 考虑厂房整体空间作用的排架内力分析考虑厂房整

29、体空间作用的排架内力分析 （1）厂房整体空间作用的概念厂房整体空间作用的概念 当当各榀排架柱顶均受有水平集中力各榀排架柱顶均受有水平集中力r，且厂房两端无山墙时每一榀排，且厂房两端无山墙时每一榀排架都相当于一个独立的平面排架。架都相当于一个独立的平面排架。当当各榀排架柱顶均受有水平集中力各榀排架柱顶均受有水平集中力r，但厂房两端有山墙时，山墙则，但厂房两端有山墙时，山墙则通过屋盖等纵向联系构件对其它各榀排架有不同程度的约束作用，使通过屋盖等纵向联系构件对其它各榀排架有不同程度的约束作用，使各榀排架柱顶水平位移呈曲线分布，且各榀排架柱顶水平位移呈曲线分布，且 。 ba当当仅其中一榀排架柱顶作用水

30、平集中力仅其中一榀排架柱顶作用水平集中力r，且厂房两端无山墙时，则，且厂房两端无山墙时，则直接受荷排架通过屋盖等纵向联系构件，受到非直接受荷排架的约束，直接受荷排架通过屋盖等纵向联系构件，受到非直接受荷排架的约束，使其柱顶的水平位移减小，即使其柱顶的水平位移减小，即 。 ca当当仅其中一榀排架柱顶作用水平集中力仅其中一榀排架柱顶作用水平集中力r，但厂房两端有山墙时，则，但厂房两端有山墙时，则直接受荷载排架受到非受荷排架和山墙两种约束，故各榀排架的柱顶直接受荷载排架受到非受荷排架和山墙两种约束，故各榀排架的柱顶水平位移将更小，即水平位移将更小，即 。 dc 厂房空间作用分析厂房空间作用分析 当结

31、构布置或荷载分布当结构布置或荷载分布不均匀时，由于屋盖等纵向不均匀时，由于屋盖等纵向联系构件将各榀排架或山墙联系构件将各榀排架或山墙联系在一起，故各榀排架或联系在一起，故各榀排架或山墙的受力及变形都不是单山墙的受力及变形都不是单独的，而是相互制约。这种独的，而是相互制约。这种排架与排架，排架与山墙之排架与排架，排架与山墙之间的相互制约作用，称为间的相互制约作用，称为厂厂房的整体空间作用房的整体空间作用。 单层厂房单层厂房整体空间作用的程度整体空间作用的程度主要取决于主要取决于屋盖的水平刚度屋盖的水平刚度、荷载荷载类型类型、山墙刚度和间距山墙刚度和间距等因素。等因素。5 5 考虑厂房整体空间作用

32、的排架内力分析考虑厂房整体空间作用的排架内力分析 （2）吊车荷载作用下考虑厂房整体空间作用的排架内力分析吊车荷载作用下考虑厂房整体空间作用的排架内力分析 根据试验资料及理论分析，给出了吊车荷载作用下单层单跨的空间工根据试验资料及理论分析，给出了吊车荷载作用下单层单跨的空间工作分配系数。作分配系数。厂房空间工作示意图厂房空间工作示意图5 5 考虑厂房整体空间作用的排架内力分析考虑厂房整体空间作用的排架内力分析 厂厂 房房 情情 况况吊车起吊车起重量重量（t）厂房长度（厂房长度（m）6060有檩有檩屋盖屋盖两端无山墙或一端两端无山墙或一端有山墙有山墙300.900.85两端有山墙两端有山墙300.

33、85无檩无檩屋盖屋盖两端无山墙或一端两端无山墙或一端有山墙有山墙75 厂房跨度（厂房跨度（m）1227271227270.900.850.850.80两端有山墙两端有山墙750.80单跨厂房空间作用分配系数单跨厂房空间作用分配系数5 5 考虑厂房整体空间作用的排架内力分析考虑厂房整体空间作用的排架内力分析 6 6 内力组合内力组合 所谓所谓内力组合内力组合，就是将排架柱在各单项荷载作用下的内力，按照它，就是将排架柱在各单项荷载作用下的内力，按照它们在使用过程中同时出现的可能性，求出在某些荷载共同作用下，柱控们在使用过程中同时出现的可能性，求出在某些荷载共同作用下，柱控制截面可能产生的最不利内力

34、，作为柱和基础配筋计算的依据。制截面可能产生的最不利内力，作为柱和基础配筋计算的依据。 （1）柱的控制截面柱的控制截面 控制截面控制截面是指是指对截面配筋起控制作用的截面。对截面配筋起控制作用的截面。当当柱高度较大时，柱高度较大时，下柱中间某截面下柱中间某截面也可能为控制截面。也可能为控制截面。当当柱上作用有较大的集中荷载（如悬墙重量等）时，可根据柱上作用有较大的集中荷载（如悬墙重量等）时，可根据其内力大小其内力大小还需还需将集中荷载作用处的截面作为控制截面。将集中荷载作用处的截面作为控制截面。图11.42 柱的控制截面 （2）荷载效应组合荷载效应组合 对于一般排架结构，荷载效应组合的设计值对

35、于一般排架结构，荷载效应组合的设计值s应从下列组合值中取应从下列组合值中取最不利值确定：最不利值确定：由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合 111.2gkqq ksss11.20.9ngkqiqikisss由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合11.35 ngkqiciqikisss6 6 内力组合内力组合 （3）不利内力组合不利内力组合 通常选择以下四种内力组合作为截面最不利内力组合：通常选择以下四种内力组合作为截面最不利内力组合： +mmax及相应的及相应的n，v； mmax及相应的及相应的n，v； nmax及相应的及相应的m，v； nmin及相应的及相应的m，v。6

36、 6 内力组合内力组合 （4）内力组合注意事项内力组合注意事项 每次内力组合时，都必须考虑恒荷载产生的内力。每次内力组合时，都必须考虑恒荷载产生的内力。 每次内力组合时，只能以一种内力为目标来决定可变荷载的取舍，每次内力组合时，只能以一种内力为目标来决定可变荷载的取舍，并求得与其相应的其余两种内力。并求得与其相应的其余两种内力。在吊车竖向荷载中，同一柱的同一侧牛腿上有在吊车竖向荷载中，同一柱的同一侧牛腿上有dmax或或dmin作用，两作用，两者只能选择一种参加组合。者只能选择一种参加组合。吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载tmax同时作用在同一跨内的两个柱子上，向左或同时作用在同一跨内的两个柱子

37、上，向左或向右，组合时只能选取其中一个方向。向右，组合时只能选取其中一个方向。 6 6 内力组合内力组合2.5 单层厂房柱的设计单层厂房柱的设计v（1） 选择柱型；v（2） 确定柱的外形尺寸；v（3） 柱的截面设计；v（4） 牛腿设计；v（5） 柱子在施工吊装时的强度和裂缝宽度验算；v（6） 预埋件及其它连接构造的设计；v（7） 绘制施工图。1、 柱的计算内容柱的计算内容v柱在吊装时的混凝土强度一般应达到设计强度的70%。吊装方式有翻身吊和平吊两种情况，如图(a)、(b)所示。 v第二个问题是计算ss时ms应用自重标准值乘以动力系数计算。运输吊装阶段的最大裂缝宽度允许值wmax可取为0.2mm

38、。 v当验算不满足要求时，应优先采用调整或增设吊点以减少弯矩，或在吊装时采用临时加固措施来解决。2.6.1 运输及吊装验算运输及吊装验算图 牛腿设计内容主要有确定牛腿的截面尺寸、进行配筋计算和构造设计。牛腿按其所受竖向荷载作用点到牛腿下部与柱边缘交接点的水平距离a的大小，可把牛腿分为两大类。当ah0时为短牛腿，如图；当ah0时为长牛腿，如图所示。其中h0为牛腿根部垂直截面的有效高度。当为长牛腿时，与悬臂梁相似，按悬臂梁进行计算。 2.6.2 牛腿设计牛腿设计图牛腿荷载作用位置 从环氧树脂牛腿模型光弹性试验得到牛腿的主应力迹线，如图所示。 当外荷载fv为极限荷载的20%40%时，在牛腿主拉应力迹

39、线的密集区首先出现垂直裂缝，如图11所示。当fv继续增加到极限荷载的40%60%时，在加载板内侧附近出现第一条斜裂缝，如继续加载则裂缝不断发展；当加载至极限荷载的80%左右时，突然在加载板外侧出现斜裂缝，这预示牛腿即将破坏。 .1 牛腿的应力状态和破坏过程牛腿的应力状态和破坏过程图 牛腿内弹性阶段主应力迹线 （1） 剪切破坏当a/h00.1时，发生剪切破坏，其特征是牛腿与下柱的交接面处出现一系列的短斜裂缝，最终沿此裂缝把牛腿从柱上切下而破坏。如图11.67 (a) 所示。（2） 斜压破坏当a/h0=0.10.75时，发生斜压破坏。其特征是在加载板内侧出现斜裂缝后，继续加载至极限荷载的80%左右

40、，在加载板内外侧之间，在斜向范围内出现大量短小斜裂缝，最后在加载板外侧突然出现斜裂缝，而后牛腿沿此斜压杆或斜裂缝而破坏。如图11.67(b)所示。 （3） 弯压破坏当a/h00.75时，发生弯压破坏。其特征是当出现斜裂缝后，随荷载的增加，斜裂缝不断向受压区延伸，同时牛腿中纵向受拉钢筋的应力也不断增加并逐渐达到其屈服强度，最后斜裂缝以外的部分绕牛腿下部与柱的交接点转动，从而导致该处混凝土压碎而破坏。如图11.67(c)所示。图11.66 牛腿的裂缝 图11.67 牛腿的破坏形式 1.截面尺寸的确定（图11.68）牛腿的截面宽度通常与柱相同，而截面高度一般按使用阶段不出现斜裂缝或仅出现微细裂缝作为

41、控制条件。斜裂缝出现时的荷载fv与a/h0的关系可列经验公式表示： 11.6.3.2 牛腿设计牛腿设计001=(1 0.5)0.5/vkhktkvkfff bhfh2.承载力计算 （1） 计算简图。 牛腿在即将破坏时的计算简图可视为一个三角桁架，如图11.69所示。 （2） 正截面承载力计算。如图11.69所示。对a点取力矩平衡方程ma=0可得： 01.20.85vbsyyffaf hf（3） 斜截面承载力。牛腿斜截面承载力主要取决于混凝土强度等级，同时水平箍筋和弯起钢筋对牛腿斜裂缝开展的抑制作用可间接地提高牛腿斜截面的承载力。 （4） 局部受压验算。为防止牛腿顶面加载板下混凝土局部受压破坏，

42、其局部受压应力不得超过0.75fc，即：c=fvs/a0.75fc 图11.68 牛腿受力图 图11.69 牛腿的计算简图 牛腿内纵向受拉钢筋宜采用变形钢筋，牛腿几何尺寸及配筋应满足图11.70所示的要求，其中a1为牛腿外边缘至吊车梁外边缘之间的距离，a170mm。当牛腿的剪跨比a/h00.3时，应设置弯起钢筋，弯起钢筋宜采用变形钢筋，并宜设置在牛腿上部l/6至l/2之间的范围内，其截面面积不应少于承受竖向力的受拉钢筋面积的二分之一，且不应小于0.0015bh0，其根数不应少于2根，直径不应小于12mm。 11.6.3.3 牛腿的构造要求牛腿的构造要求【例11.6】试设计例11.5中排架a柱。

43、【解】柱的设计包括截面设计、牛腿设计和吊装验算等。(1) a柱截面设计 (2) a柱吊装验算起吊时，混凝土达到强度设计值100%。计算简图如图11.71所示。荷载计算截面验算 裂缝宽度验算 (3) 牛腿设计设牛腿高度h=700mm，根据吊车梁支承位置截面尺寸及构造要求，初步拟定如图11.72所示。 牛腿高度验算 牛腿有效高度 (4) 施工图a柱的施工图如图11.73所示。图11.70 牛腿的尺寸及配筋构造 图11.71 a柱吊装图图11.72 a柱牛腿尺寸图 图11.73 a柱施工图 1 1 截面设计截面设计（1）截面配筋计算截面配筋计算 在对柱进行受压承载力计算或验算时，柱的偏心距增大系数在

44、对柱进行受压承载力计算或验算时，柱的偏心距增大系数 或或稳定系数稳定系数 与柱的计算长度有与柱的计算长度有 关。关。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范根据单根据单层厂房的实际支承及受力特点，结合工程经验所给出的计算长度层厂房的实际支承及受力特点，结合工程经验所给出的计算长度 。0l0l 刚性屋盖单层厂房排架柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度刚性屋盖单层厂房排架柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度柱的类型柱的类型排排 架架 方方 向向垂直排架方向垂直排架方向有柱间支撑有柱间支撑无柱间撑无柱间撑无吊车无吊车厂房柱厂房柱单单 跨跨1.5h1.0h1.2h两跨及多跨两跨及多跨1.25h1.0h1.2h有吊

45、车有吊车厂房柱厂房柱上上 柱柱2.0hu1.25hu1.5hu下下 柱柱1.0hl0.8hl1.0hl露天吊车柱和栈桥柱露天吊车柱和栈桥柱2.0hl1.0hl（2）构造要求构造要求 柱的柱的混凝土强度等级混凝土强度等级不宜低于不宜低于c20c20，纵向受力钢筋直径纵向受力钢筋直径d d不宜不宜小于小于12mm12mm，全部纵向钢筋的配筋率不宜超过，全部纵向钢筋的配筋率不宜超过5% 5% 。 柱内纵向钢筋的净距柱内纵向钢筋的净距不应小于不应小于50mm50mm；对水平浇筑的预制柱，；对水平浇筑的预制柱，其上部纵向钢筋的最小净间距不应小于其上部纵向钢筋的最小净间距不应小于30mm30mm和和1.5

46、1.5d d( (为钢筋的最大为钢筋的最大直径直径) )，下部纵向钢筋的最小净间距不应小于，下部纵向钢筋的最小净间距不应小于25mm25mm和和d d。 偏心受压柱中垂直于弯矩作用平面的纵向受力钢筋以及轴心偏心受压柱中垂直于弯矩作用平面的纵向受力钢筋以及轴心受压柱中各边的纵向受压柱中各边的纵向受力钢筋受力钢筋，其，其中距中距不宜大于不宜大于300mm300mm。1 1 截面设计截面设计2 2 牛腿设计牛腿设计 在厂房结构钢筋混凝土柱中，常在其支承屋架、托架、吊车梁在厂房结构钢筋混凝土柱中，常在其支承屋架、托架、吊车梁和连系梁等构件的部位，设置从柱侧面伸出的短悬臂，称为和连系梁等构件的部位，设置

47、从柱侧面伸出的短悬臂，称为牛腿牛腿。 牛腿按承受的竖向力作用点至牛腿根部柱边缘水平距离的不同牛腿按承受的竖向力作用点至牛腿根部柱边缘水平距离的不同分为两类分为两类： 时为时为长牛腿长牛腿，按悬臂梁进行设计；，按悬臂梁进行设计； 时为时为短牛腿短牛腿 ，是一个变截面短悬臂深梁。，是一个变截面短悬臂深梁。0ah0ah（1）牛腿的受力特点及破坏形态牛腿的受力特点及破坏形态 试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大体经历试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大体经历弹性弹性、裂缝出现与开展裂缝出现与开展和和最后破坏最后破坏三个阶段。三个阶段。 弹性阶段弹性阶段 ：通过通过 环环氧树脂牛腿模型的氧树脂牛腿模型的光弹

48、试验，得到了光弹试验，得到了主应力迹线。主应力迹线。牛腿的应力状态牛腿的应力状态0/0.5a h2 2 牛腿设计牛腿设计 裂缝出现与开展阶段裂缝出现与开展阶段 ： 试验表明，当荷载达到极限荷载的试验表明，当荷载达到极限荷载的20%40%时，由于上柱根部与时，由于上柱根部与牛腿交界处的主拉牛腿交界处的主拉应力集中应力集中现象，在该处首先出现自上而下的现象，在该处首先出现自上而下的竖向裂竖向裂缝缝，裂缝细小且开展较慢，对牛腿的受力性能影响不大；，裂缝细小且开展较慢，对牛腿的受力性能影响不大； 当荷载达到极限荷载的当荷载达到极限荷载的40%40%60%60%时，在加载垫板内侧附近出现一条时，在加载垫

49、板内侧附近出现一条斜裂缝斜裂缝，其方向大体与主压应力轨迹线平行。，其方向大体与主压应力轨迹线平行。 2 2 牛腿设计牛腿设计 2 2 牛腿设计牛腿设计破坏阶段破坏阶段 ：随随a/h0值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态：值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态： 弯压破坏弯压破坏 剪切破坏剪切破坏 牛腿的破坏形态牛腿的破坏形态斜压破坏斜压破坏（2）牛腿截面尺寸的确定牛腿截面尺寸的确定 牛腿的截面宽度与柱宽相同。牛腿的截面宽度与柱宽相同。 牛腿截面尺寸通常以牛腿截面尺寸通常以不出现斜裂缝不出现斜裂缝作为控制条件。作为控制条件。设计时以下列设计时以下列经验公式作为抗裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸：经验

50、公式作为抗裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸： bstk0vsvs01 0.50.5ff bhfafh式中式中fvk、fhk分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖 裂缝控制系数；裂缝控制系数； a竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离向力和水平拉力值；向力和水平拉力值；b牛腿宽度；牛腿宽度； h0牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。2 2 牛腿设计牛腿设计 牛腿尺寸及配筋牛腿尺寸及配筋 为了防止牛腿顶面加载垫板下混凝土的为了防止牛腿顶面加载垫板下混凝土的局部受压破坏局部受压破坏，

51、垫板下的局，垫板下的局部压应力应满足部压应力应满足式中：式中：a为局部受压面积；为局部受压面积；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。为混凝土轴心抗压强度设计值。vkcc0.75ffa2 2 牛腿设计牛腿设计 （3）纵向受力钢筋计算与构造纵向受力钢筋计算与构造 计算简图计算简图：试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下，其受试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下，其受力特征可以用由牛腿顶部水平纵向受力钢筋为拉杆和牛腿内的斜力特征可以用由牛腿顶部水平纵向受力钢筋为拉杆和牛腿内的斜向向受压混凝土为压杆组成的三角桁架模型来描述。受压混凝土为压杆组成的三角桁架模型来描述。 牛腿的计算简图牛腿的计算简图

52、2 2 牛腿设计牛腿设计 纵向受力钢筋计算纵向受力钢筋计算 ：在竖向力设计值：在竖向力设计值fv和水平拉力设计值和水平拉力设计值fh共同作共同作用下，通过对用下，通过对 a 点取力矩平衡可得：点取力矩平衡可得：近似取近似取 ， ，则由上式可得纵向受力钢筋，则由上式可得纵向受力钢筋总截面面积总截面面积as为为式中式中 fv、fh分别为作用在牛腿顶部的竖向力设计值和水平拉力设计值；分别为作用在牛腿顶部的竖向力设计值和水平拉力设计值； a意义同前，当意义同前，当a0.3h0时，取时，取a=0.3h0； fy为纵向受拉钢筋强度设计值。为纵向受拉钢筋强度设计值。 vhs0syss0f afhaf ahs

53、0.85s0ss0/1.2hahvhsy0y1.20.85f afaf hf2 2 牛腿设计牛腿设计 牛腿配筋构造牛腿配筋构造构造要求构造要求 ：2 2 牛腿设计牛腿设计 （4）水平箍筋及弯起钢筋水平箍筋及弯起钢筋 在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条件后，可不进行斜截面受剪承载在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条件后，可不进行斜截面受剪承载力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。 水平箍筋水平箍筋的直径应取的直径应取6-12mm6-12mm，间距，间距100-150mm100-150mm，且在上部，且在上部2 2h h0 0/3/3范围内范

54、围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/21/2。 当牛腿的当牛腿的剪跨比剪跨比a a/ /h h0 00.30.3时，宜设置时，宜设置弯起钢筋弯起钢筋。 纵向受拉钢筋纵向受拉钢筋不得兼作不得兼作弯起钢筋。弯起钢筋。 弯起钢筋的弯起钢筋的锚固锚固同纵向受力钢筋。同纵向受力钢筋。 2 2 牛腿设计牛腿设计 3 3 柱的吊装验算柱的吊装验算 柱柱在其自重作用在其自重作用下为受弯构件，其计下为受弯构件，其计算简图和弯矩图如图算简图和弯矩图如图所示，一般取所示，一般取上柱柱上柱柱底底、牛腿根部牛腿根部和和下柱下柱跨中跨

55、中三个三个控制截面控制截面。 柱的吊装方式及计算简图柱的吊装方式及计算简图4 4 抗风柱的设计抗风柱的设计 抗风柱承受山墙传来的风荷载，其外边缘与厂房横向封闭轴线重合，抗风柱承受山墙传来的风荷载，其外边缘与厂房横向封闭轴线重合，离屋架中心线离屋架中心线600mm600mm。为了避免抗风柱与端屋架相碰，应将抗风柱的上部。为了避免抗风柱与端屋架相碰，应将抗风柱的上部截面高度适当减小，形成变截面柱。截面高度适当减小，形成变截面柱。抗风柱计算简图抗风柱计算简图（1）抗风柱尺寸的确定抗风柱尺寸的确定 抗风柱截面尺寸除了满抗风柱截面尺寸除了满足有关截面尺寸的限值外，足有关截面尺寸的限值外，上 柱 截 面

56、尺 寸 不 宜 小 于上 柱 截 面 尺 寸 不 宜 小 于350mm300mm，下柱截面，下柱截面高度不宜小于高度不宜小于600mm。 抗风柱的柱顶标高应低抗风柱的柱顶标高应低于屋架上弦中心线于屋架上弦中心线50mm；同时抗风柱变阶处的标高应同时抗风柱变阶处的标高应低于屋架下弦底边低于屋架下弦底边200mm。 （2）计算简图及内力分析计算简图及内力分析 抗风柱顶部一般支承在端屋架的抗风柱顶部一般支承在端屋架的上弦节点上弦节点处，处，支承点支承点可视为不动可视为不动铰支座铰支座； 柱底部固定于基础顶面柱底部固定于基础顶面； 当屋架下弦设有横向水平支撑时，抗风柱亦可与当屋架下弦设有横向水平支撑时

57、，抗风柱亦可与屋架下弦屋架下弦相连接，相连接，作作为抗风柱的另一个为抗风柱的另一个不动铰支座不动铰支座；当在山墙内侧设置水平抗风梁或抗；当在山墙内侧设置水平抗风梁或抗风桁架时，则风桁架时，则抗风梁（或桁架）抗风梁（或桁架）也为抗风柱的一个也为抗风柱的一个支座支座。 由于山墙的重量一般由基础梁承受，故抗风柱由于山墙的重量一般由基础梁承受，故抗风柱主要承受风荷载主要承受风荷载，若忽略抗风柱自重，则可若忽略抗风柱自重，则可按按变截面受弯构件变截面受弯构件进行设计进行设计。 当山墙处设有连系梁时，则抗风柱可按当山墙处设有连系梁时，则抗风柱可按变截面的偏心受压构件变截面的偏心受压构件进行设计。进行设计。

58、4 4 抗风柱的设计抗风柱的设计1 1 基础的分类与设计内容基础的分类与设计内容 (1)柱下独立基础（扩展基础）根据其柱下独立基础（扩展基础）根据其受力性能受力性能可分为：可分为： 轴心受压基础轴心受压基础 偏心受压基础偏心受压基础(2)基础的基础的设计内容设计内容： 基础的形式；基础的形式； 埋置深度；埋置深度； 底面尺寸；底面尺寸； 基础高度；基础高度； 底板的配筋计算；底板的配筋计算；对一些重要的建筑物或土质较为复杂的地基，尚应进行变形对一些重要的建筑物或土质较为复杂的地基，尚应进行变形或稳定性验算；或稳定性验算； 当独立基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚当独立基础的混凝土

59、强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下独立基础顶面的局部受压承载力。应验算柱下独立基础顶面的局部受压承载力。2 2 基础底面尺寸基础底面尺寸 （1 1）轴心荷载作用下的基础轴心荷载作用下的基础 ：在轴心荷载作用下，基础底面的压在轴心荷载作用下，基础底面的压力为均匀分布，设计时应满足：力为均匀分布，设计时应满足： 轴心受压基础压力分布轴心受压基础压力分布kkkangpfa 若基础的埋置深度为若基础的埋置深度为d，基础及其上填土的平均重基础及其上填土的平均重度为度为 , ,则则 ，可，可得基础底面面积为：得基础底面面积为： 0k0gdaka0nafd （2）偏心荷载作用下的基础偏心荷载作用

60、下的基础 ：在偏心荷载作用下，基础底面的压力：在偏心荷载作用下，基础底面的压力为线性分布。为线性分布。 偏心受压基础压力分布偏心受压基础压力分布2 2 基础底面尺寸基础底面尺寸基础底面边缘的压力可按下式计算：基础底面边缘的压力可按下式计算：取取 ，并将，并将 代入，可将基础底面边缘的压力值写代入，可将基础底面边缘的压力值写成如下形式：成如下形式：k,maxbkbkk,minpnmpawbkkkwknngnbkkwkwkmmv hne0bkbk/emn2/6wlbk,maxbk0k,min61pneplbb2 2 基础底面尺寸基础底面尺寸在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求：在偏心荷