第11章单层厂房结构

1、第第1111章章 单层厂房结构单层厂房结构主讲人：主讲人：王凤来王凤来 博士、教授、博导博士、教授、博导2013年年10月月 钢筋混凝土基本构件钢筋混凝土基本构件受剪构件受弯构件受拉构件受压构件受扭构件受拉受拉受压受压受弯受弯受剪受剪受扭受扭截面基本受力形态基本构件的受力往往是基本受力形态的基本构件的受力往往是基本受力形态的复合复合学生建议：是否可以成为土木工程的符号？学生建议：是否可以成为土木工程的符号？工程师是怎样炼成的？工程师是怎样炼成的？在工程中提炼符合实际受力状态、能够计在工程中提炼符合实际受力状态、能够计算的计算简图算的计算简图需要专业工具、逻辑思需要专业工具、逻辑思维能力和工程经

2、验维能力和工程经验将工程按照计算简图还原到工程中去，实将工程按照计算简图还原到工程中去，实现两者的高度相似现两者的高度相似需要专业工具、逻需要专业工具、逻辑思维能力和工程经验辑思维能力和工程经验边界条件如何取？边界条件如何取？结构约束和相互影响关系结构约束和相互影响关系我们要掌握的：我们要掌握的：计算跨度、计算高度如何取？计算跨度、计算高度如何取？结构的几何关系结构的几何关系杆件的几何特性如何取？杆件的几何特性如何取？E E、G G、b b、h h、A A、I I计算荷载如何取？计算荷载如何取？荷载的类型及传递关系荷载的类型及传递关系改变改变11-1 11-1 概概 述述 采用单层厂房的优点是

3、便于设计标准化、提高构配件生产工厂化和施工现场机械化采用单层厂房的优点是便于设计标准化、提高构配件生产工厂化和施工现场机械化的程度，同时可以缩短设计和施工期限，保证施工质量。的程度，同时可以缩短设计和施工期限，保证施工质量。采用多跨厂房的优点：由于厂房横向的跨数增加，提高了厂房横向的整体刚度，从采用多跨厂房的优点：由于厂房横向的跨数增加，提高了厂房横向的整体刚度，从而可以减少柱子的截面尺寸。而可以减少柱子的截面尺寸。 所所用用材材料料的的不不同同混合结构混合结构 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 钢结构钢结构 无吊车或吊车起重量不超过无吊车或吊车起重量不超过5t、跨度小于、跨度小于15m、柱顶、柱

4、顶标高不超过标高不超过8m的小型厂房的小型厂房 吊车起重量超过吊车起重量超过150t、跨度大于、跨度大于36m的大型厂房，或的大型厂房，或有特殊工艺要求的厂房（如设有有特殊工艺要求的厂房（如设有5t以上锻锤的车间或以上锻锤的车间或高温车间等），则应采用钢屋架、钢筋混凝土柱或采高温车间等），则应采用钢屋架、钢筋混凝土柱或采用全钢结构。用全钢结构。 钢筋混凝土单层厂房的承重结构主要由屋面梁或屋架、柱和基础组成，其结构形式钢筋混凝土单层厂房的承重结构主要由屋面梁或屋架、柱和基础组成，其结构形式通常有排架或刚架二种。通常有排架或刚架二种。柱与屋面梁或屋架为铰接，而与基础刚接所组成的平面结构，称为排架结

5、构。排架柱与屋面梁或屋架为铰接，而与基础刚接所组成的平面结构，称为排架结构。排架结构可做成等高、不等高或锯齿形等多种形式结构可做成等高、不等高或锯齿形等多种形式 当柱与梁为刚接，其所构成的平面结构，称为刚架结构。当厂房跨度在当柱与梁为刚接，其所构成的平面结构，称为刚架结构。当厂房跨度在18m及以及以下时，多采用三铰门式刚架；跨度更大时，则多采用两铰门式刚架。下时，多采用三铰门式刚架；跨度更大时，则多采用两铰门式刚架。 11-2 11-2 单层厂房结构的组成和布置单层厂房结构的组成和布置11-2-1 11-2-1 结构的组成结构的组成 1屋盖结构屋盖结构 有檩体系屋盖结构包括由小型屋面板有檩体系

6、屋盖结构包括由小型屋面板（或其它的瓦材）、檩条、屋架和屋盖（或其它的瓦材）、檩条、屋架和屋盖支撑体系所组成。支撑体系所组成。无檩体系屋盖结构包括由大型屋面板、无檩体系屋盖结构包括由大型屋面板、屋架（或屋面梁）和屋盖支撑体系所组屋架（或屋面梁）和屋盖支撑体系所组成；有时还设有天窗架及托架等。成；有时还设有天窗架及托架等。 屋面板屋面板 直接承受屋面上的荷载，并把它传直接承受屋面上的荷载，并把它传给屋架或天窗架；给屋架或天窗架；天窗架天窗架 其下端支承在屋架上，用以承受天其下端支承在屋架上，用以承受天窗上的荷载，并把它传给屋架；窗上的荷载，并把它传给屋架； 屋架屋架 承受屋架上的全部荷载，并把它传

7、给承受屋架上的全部荷载，并把它传给柱子或托架；柱子或托架； 托架托架 当柱子间距比屋架间距大时，用托架当柱子间距比屋架间距大时，用托架支承两个柱子之间的屋架，该屋架荷载通过支承两个柱子之间的屋架，该屋架荷载通过托架再传给柱子。托架再传给柱子。2吊车梁吊车梁 承受吊车荷载（包括吊车梁自重、吊车桥架重、吊车运载重物时所产生的垂直轮压、承受吊车荷载（包括吊车梁自重、吊车桥架重、吊车运载重物时所产生的垂直轮压、以及启动或制动时所产生的纵向及横向水平力等），并把它传给柱子。以及启动或制动时所产生的纵向及横向水平力等），并把它传给柱子。 3柱子柱子 承受屋架、吊车梁、外墙和支撑传来的荷载，以及地震荷载等，

8、并把它传给基础，承受屋架、吊车梁、外墙和支撑传来的荷载，以及地震荷载等，并把它传给基础，是厂房的主要承重结构构件。是厂房的主要承重结构构件。 4支撑支撑 加强厂房结构的空间刚度，保证结构构加强厂房结构的空间刚度，保证结构构件安装和使用时的稳定和安全，同时起件安装和使用时的稳定和安全，同时起传递山墙风荷载、吊车纵向水平荷载或传递山墙风荷载、吊车纵向水平荷载或地震荷载等。地震荷载等。 5基础基础 6围护结构围护结构 抗风柱抗风柱 连系梁和基础梁承受外墙重量，并把它连系梁和基础梁承受外墙重量，并把它传给柱子和基础。传给柱子和基础。11-2-2 11-2-2 支撑的布置支撑的布置 厂房支撑体系可分为屋

9、盖支撑和柱间支撑两类厂房支撑体系可分为屋盖支撑和柱间支撑两类 1屋盖支撑屋盖支撑 （1）屋架上弦横向水平支撑）屋架上弦横向水平支撑 增强屋盖的整体刚度，保证屋架上弦或屋面梁上翼缘的出平面稳定，同时可将山墙风增强屋盖的整体刚度，保证屋架上弦或屋面梁上翼缘的出平面稳定，同时可将山墙风荷载传至厂房两侧的纵向排架柱列，为抗风柱上端提供不动的侧向支点，改善了抗风荷载传至厂房两侧的纵向排架柱列，为抗风柱上端提供不动的侧向支点，改善了抗风柱的受力状态。柱的受力状态。 （2）屋架间垂直支撑与水平系杆）屋架间垂直支撑与水平系杆用以保证屋架在施工和使用中以及吊车在运行时产生的纵向水平力作用下的稳定性。用以保证屋架

10、在施工和使用中以及吊车在运行时产生的纵向水平力作用下的稳定性。 （3）天窗架支撑）天窗架支撑增加天窗架系统的空间刚度，并将天窗壁板传来的风荷载传递给屋盖系统。增加天窗架系统的空间刚度，并将天窗壁板传来的风荷载传递给屋盖系统。 （4）屋架下弦横向和纵向水平支撑）屋架下弦横向和纵向水平支撑为了保证横向水平荷载的纵向分布，提高厂房的刚度。为了保证横向水平荷载的纵向分布，提高厂房的刚度。 2柱间支撑柱间支撑 柱间支撑的作用主要是提高厂房的纵向刚度和稳定性。对于上部柱间支撑，是用以柱间支撑的作用主要是提高厂房的纵向刚度和稳定性。对于上部柱间支撑，是用以承受作用在山墙上的水平风荷载；而对于下部柱间支撑，用

11、以承受上部支撑传来的承受作用在山墙上的水平风荷载；而对于下部柱间支撑，用以承受上部支撑传来的力和吊车梁传来的吊车纵向刹车力，并把它传至基础。力和吊车梁传来的吊车纵向刹车力，并把它传至基础。 11-2-3 11-2-3 变形缝变形缝 厂房的变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。厂房的变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。伸缩缝的做法是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，并伸缩缝的做法是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，使上部结构在气温有变化时，在水平方向可以自由地发生变留出一定宽度的缝隙，使上部结构在气温有变化时，在水平方向可以自由

12、地发生变形。形。 沉降缝是考虑由于结构上部大小不同的相邻荷载传到地基引起不均匀沉降，为防止沉降缝是考虑由于结构上部大小不同的相邻荷载传到地基引起不均匀沉降，为防止结构产生裂缝而设置的。结构产生裂缝而设置的。 13-3 13-3 排架计算排架计算单层厂房结构是一个空间受力体系，设计时为了简化计算，一般按纵向及横向的平单层厂房结构是一个空间受力体系，设计时为了简化计算，一般按纵向及横向的平面结构来分析。面结构来分析。厂房的横向由屋架与柱子相连接，构成一个横向平面排架受力体系，厂房的各种荷厂房的横向由屋架与柱子相连接，构成一个横向平面排架受力体系，厂房的各种荷载都是通过排架的柱子传递到基础和地基中去

13、的。载都是通过排架的柱子传递到基础和地基中去的。 厂房的纵向由屋面板、吊车梁及柱间支撑和柱列，构成一个纵向结构体系。厂房的纵向由屋面板、吊车梁及柱间支撑和柱列，构成一个纵向结构体系。 11-3-1 11-3-1 计算简图计算简图在确定排架计算简图时，根据实践经验，作如下假定：在确定排架计算简图时，根据实践经验，作如下假定：1柱子顶端与屋架或横梁为铰接柱子顶端与屋架或横梁为铰接 2柱子下端与基础顶面为固接柱子下端与基础顶面为固接 3横梁为没有轴向变形的刚性杆横梁为没有轴向变形的刚性杆 4排架之间相互无联系排架之间相互无联系 横向排架的计算，是从厂房平面图中相邻柱距的轴线之间，截出一个典型区段作为

14、横向排架的计算，是从厂房平面图中相邻柱距的轴线之间，截出一个典型区段作为计算单元计算单元 11-3-2 11-3-2 排架荷载计算排架荷载计算 1永久荷载永久荷载（1）屋盖荷载：包括屋面荷载、屋架、托架、天窗架）屋盖荷载：包括屋面荷载、屋架、托架、天窗架及支撑等自重，荷载通过屋架作用于柱顶，如图及支撑等自重，荷载通过屋架作用于柱顶，如图G1 （2）柱子自重）柱子自重 G2和和G3 （3）悬墙、吊车梁及轨道等自重：作用在柱子的牛腿）悬墙、吊车梁及轨道等自重：作用在柱子的牛腿顶面上，顶面上，G4和和G5 当采用封闭结合的厂房，亦即边当采用封闭结合的厂房，亦即边柱外缘和外墙内缘与纵向定位轴柱外缘和外

15、墙内缘与纵向定位轴线相重合时线相重合时,无论采用任何屋架无论采用任何屋架（或屋面梁）及任何形式的柱，（或屋面梁）及任何形式的柱，其柱顶集中荷载的作用点，均位其柱顶集中荷载的作用点，均位于厂房纵向定位轴线内侧于厂房纵向定位轴线内侧150mm处，上柱截面高度通常为处，上柱截面高度通常为400mm，故其偏心距一般为故其偏心距一般为e1=50mm。 2屋面活荷载屋面活荷载 屋面活荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载三屋面活荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载三种，均按屋面的水平投影面积计算。种，均按屋面的水平投影面积计算。 3风荷载风荷载 风荷载的大小与建筑地点、厂房高度、厂房外表面形状风荷载

16、的大小与建筑地点、厂房高度、厂房外表面形状以及周围环境等情况有关以及周围环境等情况有关 风荷载标准值按下式计算风荷载标准值按下式计算 0zszku在平面排架计算时，其迎风面和背风面的荷载在平面排架计算时，其迎风面和背风面的荷载设计值设计值q1和和q2应按下式计算应按下式计算 BqkQ4吊车荷载吊车荷载 （1）吊车竖向荷载）吊车竖向荷载max1min)(21PQQGP对一般常用四轮吊车，其相应对一般常用四轮吊车，其相应的的Pmin值，可按下式求得值，可按下式求得: 吊车竖向荷载是指吊车在运行吊车竖向荷载是指吊车在运行时作用在排架上的吊车轮压。时作用在排架上的吊车轮压。荷载规范荷载规范规定，对单跨

17、厂规定，对单跨厂房一般按不多于房一般按不多于两台两台吊车考虑；吊车考虑；对多跨厂房一般按不多于对多跨厂房一般按不多于四台四台吊车考虑。吊车考虑。 icQyPDmaxmaxmaxminmaxminminPPDyPDicQ（2）吊车水平荷载）吊车水平荷载 )(411QQFQh荷载规范荷载规范规定，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规定，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2台，并需考虑正反两个方面的刹车情形。台，并需考虑正反两个方面的刹车情形。 ihchyFF1对四轮吊车通过吊车桥架，其每个轮子在吊车轨道上的横向水平荷载设计值为：对四轮吊车通过吊车桥架，其每个轮子

18、在吊车轨道上的横向水平荷载设计值为： 吊车每个轮子刹车力吊车每个轮子刹车力Fh1对柱子所产生的最大横向水平荷载设计值对柱子所产生的最大横向水平荷载设计值Fh maxmax1maxmax11PDFPDFFkhhQhmaxminmaxminminPPDyPDicQ11-3-3 11-3-3 排架内力计算排架内力计算 1下端固定上端铰支变截面柱的反力计算下端固定上端铰支变截面柱的反力计算首先要求出单阶柱上端为不动铰支座时柱顶反力，首先要求出单阶柱上端为不动铰支座时柱顶反力， （1）当柱下端为固定上端为自由，柱顶在单位力作用下的位移）当柱下端为固定上端为自由，柱顶在单位力作用下的位移)(322)(1)

19、(312)(13221121122212112121211HHHHHHEIHHHHHHEIHHEI2121;HHIIn11133232nEIH111330nC23201EIHC当当n = 1时，时，C0 = 3，则，则 2323EIH（2）当柱下端为固定上端为不动铰支座时柱顶反力计算）当柱下端为固定上端为不动铰支座时柱顶反力计算0RR当求得柱顶反力当求得柱顶反力R值之后，即可按静定悬臂柱求得其内力值之后，即可按静定悬臂柱求得其内力图。图。 2等高排架内力计算等高排架内力计算对于等高排架一般运用对于等高排架一般运用剪力分配法剪力分配法求解求解 （1）排架柱顶作用集中荷载时）排架柱顶作用集中荷载时

20、 ni21niiniVVVVVF121则得第则得第i柱的柱顶剪力为柱的柱顶剪力为iiiiV11niininiVVVVF1212111111Fnii111FFViniiii111niiii111（2）排架柱作用任意荷载时）排架柱作用任意荷载时第一步：第一步：利用上述剪力分配系数，将计算过程分成两个步骤进行；先将作用利用上述剪力分配系数，将计算过程分成两个步骤进行；先将作用有荷载的排架柱柱顶视为不动铰支座，求出其支座反力值有荷载的排架柱柱顶视为不动铰支座，求出其支座反力值 第二步：第二步：然后将所求得的然后将所求得的R值反向作用于排架柱顶，以恢复到原来的受力情况。值反向作用于排架柱顶，以恢复到原来

21、的受力情况。 将上述两种情形所求得的内力相叠加，即可求出排架的实际内力。将上述两种情形所求得的内力相叠加，即可求出排架的实际内力。 3不等高排架内力计算不等高排架内力计算 不等高排架的特点是相邻两跨的横梁在不同的标高上，因而在荷载作用下高跨柱与不等高排架的特点是相邻两跨的横梁在不同的标高上，因而在荷载作用下高跨柱与低跨柱的柱顶位移不等，一般均采用力法进行内力分析。低跨柱的柱顶位移不等，一般均采用力法进行内力分析。 按力法列出其方程式为按力法列出其方程式为 0022221211212111FFXXXX)(322)(112121222112HHHHHEI2)(312122131322HHHHHEI

22、4内力组合内力组合内力组合的目的，是把作用在排架上各种可能同时出现的荷载，经过综合分析，求出内力组合的目的，是把作用在排架上各种可能同时出现的荷载，经过综合分析，求出在某些荷载作用下控制截面处所产生的最不利内力，作为柱子及基础截面设计的依据。在某些荷载作用下控制截面处所产生的最不利内力，作为柱子及基础截面设计的依据。（1）控制截面）控制截面控制截面是指控制截面是指对柱内配筋量计算起控制作用对柱内配筋量计算起控制作用的截面。的截面。对于一般单阶柱，对于一般单阶柱，上柱底部上柱底部截面的内力比上柱其它截截面的内力比上柱其它截面大，故取该截面作为上柱的控制截面。面大，故取该截面作为上柱的控制截面。对

23、于下柱，在对于下柱，在牛腿顶面牛腿顶面截面及下截面及下柱底部基础顶面柱底部基础顶面处的处的截面的内力较大，故取此二截面作为下柱的控制截面。截面的内力较大，故取此二截面作为下柱的控制截面。此外，当柱上作用有较大的荷载（如墙体重量）时，则往往此外，当柱上作用有较大的荷载（如墙体重量）时，则往往需再取集中荷载作用点处的截面作为控制截面。需再取集中荷载作用点处的截面作为控制截面。（2）荷载组合）荷载组合荷载规范荷载规范规定，对于承载能力极限状态，应按规定，对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合或偶然组合荷载效应的基本组合或偶然组合，进行结构设计；对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用进

24、行结构设计；对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载效应的标荷载效应的标准组合、频遇组合或准永久组合准组合、频遇组合或准永久组合。 （3）内力组合）内力组合 根据以上分析和设计经验，通常应考虑以下四种的内力组合A+Mmax及相应的N、V；BMmax及相应的N、V；CNmax及相应的M、V；DNmin及相应的M、V。在进行内力组合时，应注意以下几点：A在任何一种内力组合中，必须将永久荷载组合进去。B对可变荷载只能以一种内力组合的目标决定其取舍。例如，当考虑第A种内力组合时，就必须以得到+Mmax为目标，然后求与其对应的N、V值。C当以Nmax或Nmin为组合目标时，应使相应的M尽可能

25、地最大。D风荷载只能对风自左向右吹或自右向左吹两者考虑其一。E在组合时所选取的各单项内力值，应该是可能的内力组合情况。例如考虑吊车荷载时，在Dmax或Dmin所产生的内力值中，两者只能选择其一。又如在取用Fh内力值时，必须同时把相应的Dmax或Dmin所产生的内力组合进去。 11-4 11-4 单层厂房柱单层厂房柱 11-4-1 11-4-1 柱子形式柱子形式 1 1矩形截面柱：矩形截面柱：一一般用于吊车起重量般用于吊车起重量Q5tQ5t，轨顶标高在，轨顶标高在7.5m7.5m以内。以内。 2 2工字形柱工字形柱：通常：通常吊车起重量在吊车起重量在Q30tQ30t，轨顶标高在轨顶标高在20m2

26、0m以下，以下，截面高度截面高度h600mmh600mm时时才采用。才采用。 3 3双肢柱双肢柱：一般用在吊车起重量较大（：一般用在吊车起重量较大（Q50tQ50t）的厂房，与工字形柱相比，自重轻，）的厂房，与工字形柱相比，自重轻，受力性能合理，但其整体刚度较差，构造钢筋布置复杂，用钢量稍多。受力性能合理，但其整体刚度较差，构造钢筋布置复杂，用钢量稍多。 双肢柱可分为双肢柱可分为平腹杆平腹杆和和斜腹杆斜腹杆两种形式。两种形式。 在决定柱子的选型时，应力求在决定柱子的选型时，应力求受力合理受力合理，构件，构件截面刚度大截面刚度大，自重轻自重轻，能，能节约材料节约材料，维护简便；要考虑维护简便；要

27、考虑有无吊车有无吊车及及吊车规格吊车规格、柱高柱高和和柱距柱距等因素；同时要考虑等因素；同时要考虑制作制作、运运输输、吊装吊装及及材料供应材料供应等具体情况。等具体情况。 11-4-2 11-4-2 矩形、工字形截面柱的设计矩形、工字形截面柱的设计1 1截面尺寸截面尺寸 柱截面尺寸不仅应满足构件截面承载力的要求，同时还应保证柱子具有足够的刚度，柱截面尺寸不仅应满足构件截面承载力的要求，同时还应保证柱子具有足够的刚度，以免造成厂房横向和纵向变形过大，使墙体及屋盖产生裂缝，影响吊车正常运行及以免造成厂房横向和纵向变形过大，使墙体及屋盖产生裂缝，影响吊车正常运行及厂房正常使用。厂房正常使用。 2 2

28、截面设计截面设计根据排架计算求得柱子控制截面最不利组合的内力根据排架计算求得柱子控制截面最不利组合的内力M M和和N N，按偏心受压构件进行截面，按偏心受压构件进行截面配筋计算。配筋计算。 （1 1）柱子计算长度的确定）柱子计算长度的确定柱上端和屋架连接，其柱上端和屋架连接，其变形变形视屋视屋盖的刚度盖的刚度和和厂房的跨数厂房的跨数而异，因此屋盖对柱顶是属而异，因此屋盖对柱顶是属于一种于一种弹性支承弹性支承，也可认为是，也可认为是可动铰支承可动铰支承；柱子和吊车梁、圈梁等纵向构件相连接，；柱子和吊车梁、圈梁等纵向构件相连接，上下柱又是变阶截面；柱下端插入基础杯口由基础支承在地基上，其固定程度与

29、上下柱又是变阶截面；柱下端插入基础杯口由基础支承在地基上，其固定程度与地地基土的压缩性基土的压缩性有关，也有关，也不是理想的固定端不是理想的固定端等。等。 （2 2）吊装阶段柱的验算）吊装阶段柱的验算 预制柱的吊装可以采用预制柱的吊装可以采用平吊平吊，也可以采用，也可以采用翻身吊翻身吊，其柱子的吊点一般均设在，其柱子的吊点一般均设在牛腿的牛腿的下边缘处下边缘处。 吊装验算应满足吊装验算应满足承载力承载力和和裂裂缝宽度缝宽度的要求。的要求。 在验算时，考虑到起吊时的在验算时，考虑到起吊时的动力作用，其自重须乘以动力作用，其自重须乘以动动力系数力系数1.51.5。 结构构件的结构构件的重要性系数重

30、要性系数应降应降低一级取用。低一级取用。 11-4-3 11-4-3 牛腿设计牛腿设计 在单层厂房钢筋混凝土柱中，通常在其在单层厂房钢筋混凝土柱中，通常在其支承屋架支承屋架、吊车梁吊车梁及及连系梁连系梁的部位，设置从侧的部位，设置从侧向伸出的向伸出的短悬臂梁短悬臂梁，或称为，或称为牛腿牛腿，以支承其荷载。，以支承其荷载。 设置的目的是在不增大柱截面的情况下加大其支承面积。设置的目的是在不增大柱截面的情况下加大其支承面积。 1 1牛腿的受力特征牛腿的受力特征y y1Ca(a)ABC(b)y ya a 竖向力竖向力F FV V的作用点至下柱边缘的水平距离，此时应考虑安装偏差的作用点至下柱边缘的水平

31、距离，此时应考虑安装偏差20mm20mm；当竖向；当竖向力的作用点位于下柱截面以内时取为零。力的作用点位于下柱截面以内时取为零。试验分析说明：牛腿当试验分析说明：牛腿当a a h0 h0时，其受力性能一般时，其受力性能一般与悬臂梁相似。故可按与悬臂梁相似。故可按悬悬臂梁臂梁进行设计。而当进行设计。而当ah0ah0时，此时牛腿实质时，此时牛腿实质上是一个上是一个变截面短悬臂深变截面短悬臂深梁梁的受力状态。的受力状态。牛腿在竖向荷载和水平拉力牛腿在竖向荷载和水平拉力作用下，其受力特征可比拟作用下，其受力特征可比拟为由牛腿顶部的水平拉杆和为由牛腿顶部的水平拉杆和牛腿内的斜向压杆组成的简牛腿内的斜向压

32、杆组成的简单桁架模型来描述。桁架拉单桁架模型来描述。桁架拉杆的拉力由牛腿顶面的水平杆的拉力由牛腿顶面的水平钢筋来承担，斜压杆的压力钢筋来承担，斜压杆的压力由牛腿内的混凝土来承担。由牛腿内的混凝土来承担。 y y1Ca(a)ABC(b)y y2 2牛腿截面尺寸的确定牛腿截面尺寸的确定试验表明：当牛腿内产生的斜向压力较大以及随着试验表明：当牛腿内产生的斜向压力较大以及随着a/h0a/h0值的增加，有可能导致牛腿的值的增加，有可能导致牛腿的斜向开裂斜向开裂，由于这种斜裂缝会造成，由于这种斜裂缝会造成明显的不安全感明显的不安全感，且，且加固困难加固困难，故在确定截面尺寸，故在确定截面尺寸时，一般时，一

33、般牛腿截面宽度取与柱等宽牛腿截面宽度取与柱等宽，高度要求，高度要求在使用阶段不出现裂缝在使用阶段不出现裂缝为控制条件。为控制条件。 005 . 05 . 01habhfFFFtkvkhkvkvkhkFF5 . 01是牛腿在竖向力是牛腿在竖向力F Fvkvk和水平拉力和水平拉力F Fhkhk同时作用下，其斜裂缝宽度以同时作用下，其斜裂缝宽度以不超过不超过0.1mm0.1mm为控制条件。为控制条件。 3 3牛腿顶面水平拉杆设计牛腿顶面水平拉杆设计在牛腿中，顶面水平拉杆由在牛腿中，顶面水平拉杆由承受竖向力承受竖向力所需的所需的受拉钢筋截面面积受拉钢筋截面面积和和承受水平拉力承受水平拉力所所需的需的锚

34、筋截面面积锚筋截面面积的和，即纵向受力钢筋的总截面面积组成。的和，即纵向受力钢筋的总截面面积组成。 0AMy y1Ca(a)ABC(b )y y00002 . 1hAfhFaFsyhvyhyvsfFhfaFA2 . 185. 00当当a 0.3ha 0.3h0 0时，取时，取a = 0.3ha = 0.3h0 0。 4 4牛腿斜截面承载力牛腿斜截面承载力在满足裂缝控制条件要求后，在满足裂缝控制条件要求后，规范规范不再要求受剪承载力的验算，不再要求受剪承载力的验算，设计时设计时仅仅按构按构造要求造要求配置箍筋及弯起钢筋。配置箍筋及弯起钢筋。 5 5牛腿局部受压承载力牛腿局部受压承载力clvklf

35、AF75. 06 6牛腿的构造要求牛腿的构造要求15d(a)C1上 柱下 柱150 4 120.2% 0.6%且0.45 0.4 As/2, 2根且sb0.1%150下 柱15d(b)上 柱 0.4C/6/2（1 1）纵向受拉钢筋宜采用）纵向受拉钢筋宜采用HRB335HRB335级或级或HRB400HRB400级钢筋。级钢筋。 （2 2）牛腿的水平箍筋）牛腿的水平箍筋 （3 3）当）当a/h00.3a/h00.3时，牛腿内应设置弯起钢筋。时，牛腿内应设置弯起钢筋。 11-5 11-5 柱下独立基础（扩展基础）柱下独立基础（扩展基础） 轴心受压基础和偏心受压基础轴心受压基础和偏心受压基础 单层厂

36、房中常用的是偏心受压钢筋混凝土独立基础，其形式有阶梯形单层厂房中常用的是偏心受压钢筋混凝土独立基础，其形式有阶梯形和锥体形两种和锥体形两种 11-5-2 11-5-2 独立基础设计独立基础设计 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007GB50007）规定，对各级建筑物的地基和基础，均应进）规定，对各级建筑物的地基和基础，均应进行承载力的计算，对一些重要的建筑物或土质较为复杂的地基，尚应进行变形或稳定行承载力的计算，对一些重要的建筑物或土质较为复杂的地基，尚应进行变形或稳定性验算。性验算。 当计算地基的承载力时，应取用当计算地基的承载力时，应取用荷载效应的标准值荷载效应的标准值，

37、当计算基础的承载力时，应取用当计算基础的承载力时，应取用荷载效应的设计值荷载效应的设计值。1 1基础底边尺寸基础底边尺寸(1)(1)轴心荷载作用下的基础轴心荷载作用下的基础akkkfAGNp设计时先对土的承载力特征值作深度修正求得其设计时先对土的承载力特征值作深度修正求得其f fa a值，则按公式（值，则按公式（11112828）可算出）可算出A A值及相应的基础底面的宽度值及相应的基础底面的宽度b b；当求得的；当求得的b b值若大于值若大于3m3m时，还须作宽度修正重求时，还须作宽度修正重求fafa值及值及相应的相应的b b值；如此经过几次试算，若求得的基础底面宽度值；如此经过几次试算，若

38、求得的基础底面宽度b b值与其用作宽度修正的值与其用作宽度修正的b b值值前后一致时，则该前后一致时，则该b b值即为最后确定的基础底面宽度。值即为最后确定的基础底面宽度。HfNAak0HAGk0kNkGkPH11-42（2 2）偏心荷载作用下的基础）偏心荷载作用下的基础假定基础底面处的压力按线性的均匀分布假定基础底面处的压力按线性的均匀分布 wMAQNpkbkkkkmin,max,kNkGkPH1 1 - 4 21 1 - 4 3kGkNhkMkVVk bMk bk , m i nPk , m a xPk kN + Gb0ek , m a xPN + Gk ke0k , m a xPN +

39、Gk ke0a3 a( a )( b )( c )kkkbGNMe062lbW beblGNpkkkk0min,max,6160be alGNpkkk3)(2max,偏心受压基础底面的压力，应符合下式的要求：偏心受压基础底面的压力，应符合下式的要求： akfp2 . 1max,在确定偏心荷载下基础底面尺寸时，一般亦采用试算法：设计时一般先按轴心受压在确定偏心荷载下基础底面尺寸时，一般亦采用试算法：设计时一般先按轴心受压公式计算，并考虑偏心的影响，面积再增加公式计算，并考虑偏心的影响，面积再增加20 4020 40，初步估算出基础底面边长，初步估算出基础底面边长l l和和b b的尺寸，然后验算是

40、否满足公式的要求。的尺寸，然后验算是否满足公式的要求。 2 2基础高度基础高度 基础高度是指自基础顶面与柱交接处基础高度是指自基础顶面与柱交接处至基础底面的垂直距离。至基础底面的垂直距离。 HPkGkN07 . 0hlfFmthlApFsl2btmlll20002800Pn,max600855bot,1bot,1MN45 0.001911(=3a)245 855400800A BCDN85540080028001911(=3a)bot,1455245CDPn,maxBAbot,1M200045600 0.00EF(a)(b)4006003 3配筋计算配筋计算可以将其倒过来看作一均布荷载作用下支

41、承于柱上的悬臂板可以将其倒过来看作一均布荷载作用下支承于柱上的悬臂板 对对轴心荷载作用下的基础轴心荷载作用下的基础，沿边长，沿边长l l方向截面方向截面处的弯矩设计值处的弯矩设计值MM，等于作用在梯形面积，等于作用在梯形面积ABCDABCD上的地基总净反力与该面积形心到柱边截面上的地基总净反力与该面积形心到柱边截面的距离相乘之积。的距离相乘之积。 )2()(242ttsllbbPMysfhMA09 . 0ysfdhMA)(9 . 00对偏心荷载作用下的基础对偏心荷载作用下的基础 )(2()(481max2nnttppllbbM)(2()(481minmax2nnttppbbllM4 4构造要求

42、构造要求 矩形基础长、短边之比不应超过矩形基础长、短边之比不应超过3 3，一般在一般在1.5 2.01.5 2.0之间。之间。 锥形基础边缘高度一般不小于锥形基础边缘高度一般不小于200mm200mm，阶梯形基础的每阶高度一般为阶梯形基础的每阶高度一般为300 300 500mm500mm。当有垫层时，混凝土保护层厚度不宜当有垫层时，混凝土保护层厚度不宜小于小于40mm40mm；当土质较好且又干燥时，；当土质较好且又干燥时，可不做垫层，但其保护层厚度不宜小可不做垫层，但其保护层厚度不宜小于于70mm70mm。 对于现浇柱的基础，其插筋的数目及直径应与对于现浇柱的基础，其插筋的数目及直径应与柱内

43、纵向受力钢筋相同。柱内纵向受力钢筋相同。 （3 3）预制钢筋混凝土柱与杯口基础的连接，应）预制钢筋混凝土柱与杯口基础的连接，应符合要求。符合要求。 11-6 11-6 单层厂房各构件与柱连接单层厂房各构件与柱连接 1 1屋架（或屋面梁）与柱连接屋架（或屋面梁）与柱连接 使其形心落在屋架传给柱子压力合力作用线正好通过屋架上、下弦中心线交点时的使其形心落在屋架传给柱子压力合力作用线正好通过屋架上、下弦中心线交点时的位置上，一般位于距厂房定位轴线位置上，一般位于距厂房定位轴线150mm150mm处。处。 2 2吊车梁与柱连接吊车梁与柱连接吊车梁底面通过连接板与牛腿顶面预埋件相互焊接连接起来；吊车梁顶

44、面通过连接吊车梁底面通过连接板与牛腿顶面预埋件相互焊接连接起来；吊车梁顶面通过连接角钢（或钢板）与上柱侧面预埋件连接起来。同时用强度等级为角钢（或钢板）与上柱侧面预埋件连接起来。同时用强度等级为C20C20的混凝土将吊车的混凝土将吊车梁与上柱间的空隙灌实，以提高其连接的刚度和整体性。梁与上柱间的空隙灌实，以提高其连接的刚度和整体性。 3 3墙与柱连接墙与柱连接现浇圈梁与柱子连接是通过在柱中预现浇圈梁与柱子连接是通过在柱中预留的拉结钢筋与圈梁的混凝土浇灌在留的拉结钢筋与圈梁的混凝土浇灌在一起的方法来实现的。一起的方法来实现的。4 4圈梁与柱连接圈梁与柱连接 墙体与柱子的连接是通过预埋在柱中的墙体与柱子的连接是通过预埋在柱中的拉结钢筋砌筑于墙体内相互拉结起来，拉结钢筋砌筑于墙体内相互拉结起来，它可以把作用于墙面上的负风压传给柱它可以把作用于墙面上的负风压传给柱子，但墙体自重等竖向荷载不会传递到子，但墙体自重等竖向荷