第二章单层厂房

混凝土结构设计第2章单层厂房结构第二章单层厂房结构本章主要内容及重点概述结构组成结构布置构件选型与截面设计横向排架结构内力分析柱的设计柱下独立基础设计横向排架结构内力分析柱的设计柱下独立基础设计主要内容：重点：学习要求：1、了解单层厂的结构组成、结构布置的特点，理解单层厂房中主要结构构件的功能与型式，荷载传递路线，支撑系统的作用2、掌握等高铰接排架的计算方法3、掌握单层厂房矩形截面柱和工形截面柱的设计计算方法和构造要求，掌握柱下扩展基础的设计计算方法和构造要求。一、单层厂房的特点1、单层厂房结构的跨度大、高度大，承受的荷载大，因而构件的内力大，截面尺寸大，用料多。2、单层厂房常承受动力荷载（如吊车荷载、动力机械设备荷载等），因此在进行结构设计时须考虑动力荷载的影响。3、单层厂房是空旷型结构，室内几乎无隔墙，仅在四周设置柱和墙。柱是承受屋盖荷载、墙体荷载、吊车荷载以及地震作用的主要构件。4、单层厂房的基础受力大，对工程地质勘察需提出较高的要求，并作深入的分析，以确定地基承载力和基础埋置深度、形式与尺寸。第二章单层厂房结构2单层厂房的分类

按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构

A、排架结构

排架结构由屋架（或屋面梁）、柱和基础组成，柱与屋架铰接，而与基础刚接。根据厂房生产工艺和使用要求的不同，排架结构可做成等高、不等高和锯齿形。其跨度可超过30m，高度可达20~30m或更高，吊车吨位可达150t甚至更大。排架结构传力明确，构造简单，施工亦交方便。B、刚架结构

刚架结构由横梁、柱和基础组成。刚架的柱与横梁刚接，与基础铰接。目前常用的刚架是装配式钢筋混凝土门式刚架（梁柱合一的钢筋混凝土结构）。门式刚架按其横梁形式的不同，分为人字形门式刚架和弧形门式刚架；按顶节点的连接方式不同，又分为三铰门式刚架和两铰门式刚架。门式刚架常用于跨度不超过18m，檐高不超过l0m，无吊车或吊车吨位不超过10t的仓库或车间建筑中。第二章单层厂房结构1结构组成

单层厂房结构是由一些构件组成的一个复杂的空间受力体系，可将结构整体分为以下几个子结构体系:1.屋面板2.天沟板3.天窗架4.屋架5.托架6.吊车梁7.排架柱8.抗风柱9.基础10.连系梁11.基础梁12.天窗架垂直支撑13.屋架下弦横向水平支撑14.屋架端部垂直支撑15.柱间支撑单层厂房结构单层厂房结构分为承重结构和围护结构两大类。直接承受荷载并将荷载传递给其它构件的构件如屋面板、天窗架、屋架、柱、吊车梁和基础是单层厂房的主要承重结构构件；

外纵墙、山墙、连系梁、抗风柱（抗风梁或抗风桁架）和基础梁都是围护结构构件，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。第二章单层厂房结构屋盖结构——有檩体系无檩体系——由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括有天窗架和托架等构件——小型屋面板（或瓦材）支承在檩条上，檩条支承在屋架上（板与檩条，檩条与屋架均需有牢固的连接）。构件重量轻，便于运输与安装，荷载传递路线长，刚度和整体性较差，造价比无檩体系的大。1结构组成

屋盖结构第二章单层厂房结构——横向排架结构

由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面骨架，是厂房的基本承重结构。厂房承受的竖向荷载及横向水平荷载主要通过横向平面排架传至基础及地基横向平面排架组成及荷载图1结构组成

第二章单层厂房结构——纵向排架结构

由连系梁、吊车梁、纵向柱列、柱间支撑和基础等构件组成的纵向平面骨架。作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，承受吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、温度应力以及作用在山墙及天窗架端壁并通过屋盖结构传来的纵向风荷载等1结构组成

纵向平面排架组成及荷载图围护结构—位于厂房的四周，包括纵墙、横墙（山墙）、抗风柱、连系梁、基础梁等构件。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第二章单层厂房结构单层厂房结构中，纵向平面排架和横向平面排架间主要通过屋盖结构和支撑体系相连接而形成空间结构，各构件及其作用为单层厂房结构构件及其作用1结构组成

第二章单层厂房结构1结构组成

第二章单层厂房结构1结构组成

传力途径：

单层厂房结构所承受的各种荷载，基本上是传递给排架柱，再由柱传至基础及地基的，因此柱和基础是主要承重构件。第二章单层厂房结构工业设计要求方案设计阶段技术设计阶段施工图阶段确定柱网布置等平面问题

1厂房结构的设计步骤一个建设项目的设计，一般包括工艺设计、建筑设计、结构设计和设备设计（如水、暖、电等）等几方面。就单层厂房结构设计而言，可分为方案设计、技术设计和施工图绘制等三个阶段。——确定结构形式、标高等剖面问题选择结构构件类型确定结构布置——确定结构计算简图荷载计算及排架内力分析结构构件（柱、基础等）设计——结构布置图（屋面、柱、基础等）构件布置与配筋图节点大样图2单层厂房的结构布置平面与剖面布置结构平面的主要尺寸都由定位轴线表示。定位轴线一般有横向和纵向之分。（1）、定位轴线定位轴线之间的距离和主要构件的标志尺寸相一致，且符合建筑模数。标志尺寸是构件的实际尺寸加上两端必要的构造尺寸。定位轴线布置的一般原则：①、处理定位轴线时，要有利于标准构件的选用、构造节点的简化和施工方便等；②、凡是承重墙（或非承重墙）、柱，都要设置定位轴线，定位轴线之间的尺寸，要和主要构件的标志尺寸相一致，且符合建筑模数要求；③、定位轴线的具体位置，总是沿屋面板的接缝处、屋架的端部外侧设置，或与屋架的侧面中心重合。（2）、柱网布置柱网布置的一般原则：符合生产工艺和正常使用的要求；建筑和结构经济合理；在厂房结构形式和施工方法上具有先进性和合理性；符合厂房建筑统一化基本规则；适应生产发展和技术革新的要求。厂房柱网尺寸应符合模数化的要求，厂房的跨度在18m和18m以下时，应采用扩大模数30M数列，在18m以上时，应采用扩大模数60M数列；厂房的柱距应采用扩大模数60M数列；厂房的山墙处抗风柱柱距宜采用扩大模数15M数列。从经济指标、材料用量和施工条件等方面衡量，特别是高度较低的厂房，采用6m柱距比12m柱距优越。（3）、变形缝设置变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。①、伸缩缝为减小由于温度变化所引起的应力，可用温度伸缩缝将厂房分成几个温度区段。伸缩缝将厂房从基础顶面到屋面完全分开，并留出一定的缝隙，使上部结构在气温变化时，水平方向可以自由地发生变形，从而减小温度应力。

对于装配式钢筋混凝土排架结构，当处于室内或土中时，其伸缩缝的最大间距为100m；当处在露天时，其伸缩缝的最大间距为70m。对于下列情况，伸缩缝的最大间距还应适当减小：（a）、如有充分依据或可靠措施；（b）、当屋面板上部无保温或隔热层时，伸缩缝间距可小于lOOm（c）、排架结构的柱高（从基础顶面算起）低于8m时；（d）、位于气候干燥地区，夏季炎热且暴雨频繁地区的结构或经常处于高温作用下的结构；（e）、伸缩缝间距尚应考虑施工条件的影响。②、沉降缝单层厂房结构主要是由简支构件装配而成，因地基不均匀沉降引起的不利影响较小。所以，在一般单层厂房中可不设沉降缝。

沉降缝应将建筑物从屋顶到基础底面全部分开，以使在缝两边发生不同沉降时而不致损坏整个建筑物。

沉降缝可兼做伸缩缝。③、防震缝防震缝是为了减轻厂房震害而采取的措施之一。当厂房平面、立面复杂，结构高度或刚度相差很大，以及在厂房侧边布置附属用房（如生活间、变电所、炉子间等）时，应设置防震缝。

防震缝应将上部结构和基础都完全分开，防震缝的宽度在厂房纵横跨交接处可采用100～150mm，其它情况可采用50～90mm。

地震区的厂房，其伸缩缝和沉降缝均应符合防震缝的要求。第二章单层厂房结构

厂房支撑分屋盖支撑和柱间支撑两类，就整体而言，支撑的主要作用是：保证结构构件的稳定与正常工作；增强厂房的整体稳定性和空间刚度；把纵向风荷载、吊车纵向水平荷载及水平地震作用等传递到主要承重构件。此外，在施工安装阶段，应根据具体情况设置某些临时支撑，以保证结构构件的稳定。单层厂房的支撑第二章单层厂房结构

1、屋盖支撑布置（1）上弦横向水平支撑

屋盖支撑包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑、纵向水平系杆、天窗架支撑等。构成：沿厂房跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架上弦杆构成的水平桁架。

单层厂房的支撑作用：保证屋架上弦的侧向稳定性；增强屋盖的整体刚度；作为山墙抗风柱的顶端水平支座，承受由山墙传来的风荷载和其他纵向水平荷载，并传至厂房纵向柱列。布置：当屋盖为有檩体系，或屋盖为无檩体系，但屋面板与屋架的连接质量不能保证且抗风柱与屋架上弦连接，每一伸缩缝区段端部第一或第二柱间布置；当设有天窗，且天窗通过厂房端部的第二柱间或通过伸缩缝，应在第一或第二柱间的天窗范围内设置，并在天窗范围内沿纵向设置1～3道通长的受压系杆，将天窗范围内各榀屋架与上弦横向水平支撑连系起来。第二章单层厂房结构

上弦横向水平支撑布置1屋盖支撑布置第二章单层厂房结构（2）下弦横向水平支撑构成：沿厂房跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架下弦杆构成的水平桁架。作用：将山墙风荷载及纵向水平荷载传至纵向柱列；防止屋架下弦侧向振动。下弦横向水平支撑布置1屋盖支撑布置布置：当屋架下弦设有悬挂吊车，或厂房内有较大振动，或山墙风荷载通过抗风柱传至屋架下弦，应在每一伸缩缝区段两端的第一或第二柱间设置，宜与上弦横向水平支撑设置在同一柱间。第二章单层厂房结构（3）纵向水平支撑构成：由交叉角钢、直杆和屋架下弦第一节间组成的纵向水平桁架。作用：加强屋盖结构的横向水平刚度；保证横向水平荷载的纵向分布，加强厂房的空间工作；保证托架上弦的侧向稳定。纵向水平支撑布置1屋盖支撑布置布置：当设有软钩桥式吊车且厂房高度大、吊车起重量较大，应在屋架下弦端节间沿厂房纵向通长或局部设置一道；当已设有下弦横向水平支撑时，为保证厂房空间刚度，应尽可能与横向水平支撑连接，以形成封闭的水平支撑系统。第二章单层厂房结构（4）垂直支撑构成：由角钢杆件与屋架直腹杆组成的垂直桁架，形式为十字交叉形或W形。作用：保证屋架受荷后在平面外的稳定；传递纵向水平力。1屋盖支撑布置布置：应与下弦横向水平支撑布置在同一柱间内。当厂房跨度小于18m且无天窗时，一般可不设垂直支撑和水平系杆；当厂房跨度18～30m、屋架间距为6m、采用大型屋面板时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨中设置一道垂直支撑；当屋架跨度大于30m时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨度1/3左右的节点处设置两道垂直支撑。

第二章单层厂房结构垂直支撑和水平系杆布置图1屋盖支撑布置第二章单层厂房结构（5）水平系杆构成：分为上弦水平系杆和下弦水平系杆。作用：上弦水平系杆是为保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定；下弦水平系杆是为防止在吊车或有其它水平振动时屋架下弦侧向颤动。1屋盖支撑布置布置：当屋盖设置垂直支撑时，未设置垂直支撑的屋架间，在相应于垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节点处，设置通长的水平系杆。刚性系杆（压杆）：凡设在屋架端部主要支承节点处和屋架上弦屋脊节点处的通长水平系杆，均应采用刚性系杆；当屋架横向水平支撑设在伸缩缝区段两端的第二柱间内时，第一柱间内的水平系杆均应采用刚性系杆。柔性系杆（拉杆）：其余均可采用柔性系杆。第二章单层厂房结构（6）天窗架支撑构成：包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架间的垂直支撑和水平系杆。作用：保证天窗架上弦的侧向稳定；将天窗端壁上的风荷载传给屋架。布置：纵向位置（柱间）：一般天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均设置在天窗端部第一柱间内。横向位置（道）：一般垂直支撑设置在天窗两侧。水平系杆：在未设置上弦横向水平支撑的天窗架间设置；应在上弦节点处设置柔性系杆；对有檩屋盖体系，檩条可以代替柔性系杆。1屋盖支撑布置第二章单层厂房结构2柱间支撑布置

构成：由交叉钢杆件组成，交叉角宜45°(35°~50°)作用：提高厂房的纵向刚度和稳定性；将吊车纵向水平制动力、山墙及天窗端壁的风荷载、纵向水平地震作用等传至基础。

柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。柱间支撑作用示意图第二章单层厂房结构布置：当设有A6～A8的吊车，或A1～A5的吊车起重量≥10t时或厂房跨度≥18m，或柱高≥8m时或厂房每列纵向柱总数＜7根时或设有3t以上的悬挂吊车时或露天吊车栈桥的柱列，应设置柱间支撑。上柱柱间支撑设置：一般在伸缩缝区段两端与屋盖横向水平支撑相对应的柱间以及伸缩缝区段中央或临近中央的柱间

。下柱柱间支撑设置：在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应的位置。

2柱间支撑布置

第二章单层厂房结构优点：纵向水平荷载作用下传力路线较短；厂房两端的温度伸缩变形较小；厂房纵向构件的伸缩受柱间支撑的约束较小，所引起的结构温度应力也较小。柱间支撑与伸缩变形的关系2柱间支撑布置

第二章单层厂房结构3围护结构布置抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦铰接；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。抗风柱与屋架之间一般采用竖向可以移动、水平方向又有较大刚度的弹簧板连接；如厂房沉降量较大时，宜采用槽形孔螺栓连接。（1）抗风柱抗风柱与屋架上、下弦连接构造第二章单层厂房结构（2）圈梁、连系梁、过梁和基础梁

圈梁是设置于墙体内并与柱子连接的现浇钢筋混凝土构件，其作用是将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大的振动荷载对厂房产生不利影响。圈梁应连续布置在墙体的同一水平面上，并形成封闭状，当圈梁在门窗洞口处不连续时，应在洞口上部墙体中布置一道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中到中垂直间距的两倍，且不得小于1m。3围护结构布置连系梁除承受墙体荷载外，还具有连系纵向柱列、增强厂房的纵向刚度、传递纵向水平荷载的作用。当墙体开有门窗洞口时，需设置钢筋混凝土过梁，以支承洞口上部墙体的重量。在进行围护结构布置时，应尽可能地将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一种梁能兼作两种或三种梁的作用，以简化构造，节约材料，方便施工。在单层厂房中，一般采用基础梁来承托围护墙体的重量，并将其传至柱基础顶面，而不另做墙基础，以使墙体和柱的沉降变形一致。第二章单层厂房结构排架计算简图近似的认为:各个横向平面排架之间以及各个纵向平面排架之间都是互不影响，各自单独工作的。横向平面排架结构是单层厂房结构计算的基本单元。主要内容：确定计算简图；荷载的计算;柱控制截面的内力分析和内力组合;还应验算排架的水平位移（1）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区段，作为排架的计算单元。计算单元和计算模型第二章单层厂房结构（2）基本假定和计算简图：为了简化计算，对于钢筋混凝土排架结构通常作如下假定：柱下端与基础顶面为刚接；柱顶与排架横梁（屋架或屋面梁）为铰接；横梁（即屋架或屋面梁）为轴向刚度很大的刚性连杆。根据上述假定，可得到横向排架的计算简图。1排架计算见图第二章单层厂房结构横向排架的计算简图1排架计算简图第二章单层厂房结构2排架结构上的荷载

作用在横向排架结构上的荷载有恒载、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载和风荷载等，除吊车荷载外，其它荷载均取自计算单元范围内。（1）恒载

：屋盖自重F1

：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。上柱自重F2吊车梁和轨道及连接件自重F4支承在牛腿上的围护结构等重力F5下柱自重F3第二章单层厂房结构（2）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三部分。其荷载分项系数均为1.4。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，按下列情况取：不上人的屋面为0.5kN/m2；上人的屋面为2.0kN/m2。2排架结构上的荷载

屋面雪荷载：屋面水平投影面上的雪荷载标准值(kN/m2)

式中:为基本雪压(kN/m2)----以当地一般空旷平坦地面上统计所得50年一遇最大面积的重力确定；为屋面积雪分布系数。排架计算取1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，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。注：第二章单层厂房结构3.5横向排架结构内力分析吊车竖向荷载：

和

的标准值按下式计算式中——各大轮子下影响线纵标值的总和；——多台吊车的荷载折减系数。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：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2台；对多跨厂房的每个排架，不宜多于4台。（3）吊车荷载：2排架结构上的荷载

第二章单层厂房结构

3.5横向排架结构内力分析吊车横向水平荷载：吊车总的横向水平荷载可按下式取值：式中——吊车的额定起重量；——小车重量；

——横向水平荷载系数。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

为：

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2台。注：2排架结构上的荷载

第二章单层厂房结构3.5横向排架结构内力分析吊车纵向水平荷载：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最大轮压之和的10%采用，即式中，n为施加在一边轨道上所有刹车轮数之和，对于一般的四轮吊车，n=1。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2台吊车。注：2排架结构上的荷载

基本风压，以当地平坦空旷地面上离地面10m高统计所得50年一遇10分中平均最大风速v0（m/s），按W0=v02/1600确定，具体数值可查阅《建筑结构荷载规范》风振系数，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，应考虑其影响，其值大于1风载高度变化系数，具体数值可查阅《建筑结构荷载规范》风载体型系数，具体数值可查阅《建筑结构荷载规范》排架结构上的荷载

（4）风荷载：风荷载TmaxTmaxq2P2+P4＋Dmax(Dmin)+P5P1e2+P2e2+P5e5-P4e4-Dmax(Dmin)e4P1e2+P2e2+P5e5-P4e4-Dmin(Dmax)e4P2+P4＋Dmin(Dmax)+P5P1P1P1e1P1e1q1ABW*柱顶以下的风载按均布荷载计算，屋面与天窗架所受的风荷载一般折算成作用在柱顶上的集中风荷载*风荷载的方向是任意的，应考虑左、右两种可能性例题1.某单层厂房排架结构及风荷载体型系数如图所示。基本风压w0=0.35kN／m2，柱顶标高+12.00m，室外天然地坪标高-0.30m，排架间距B=6.0m。求作用在排架柱A及柱B上的均布风荷载设计值qA及qB。（提示：距离地面10m处，

=1.0；距离地面15m处，

=1.14；其他高度按内插法取值。）2、排架结构上的荷载解：1）计算风荷载标准值：

作用在柱顶下的墙面风荷载按均布荷载考虑，风压高度变化系数按柱顶标高取值，距离地面10m处，

；距离地面15m处，

，故柱顶12m处风压高度变化系数由插值法计算可得：

A柱风荷载标准值：

B柱风荷载标准值：三、用剪力分配法计算等高排架

M1aAIuIlHHlHu排架柱侧向刚度三、用剪力分配法计算等高排架1、柱顶有水平集中荷载作用时的内力分析VaVbVcABCPabcPABCabc三、用剪力分配法计算等高排架

1、柱顶有水平集中荷载作用时的内力分析VaVbVcABCPabcPABCabc剪力分配系数柱的抗侧刚度第二章单层厂房结构1、柱顶有水平集中荷载作用时的内力分析

柱顶水平集中力作用下等高排架的变形和内力第二章单层厂房结构式中——第i根排架柱的抗侧移刚度（或抗剪刚度），即悬臂

——第i根排架柱的剪力分配系数，按下式计算：

求得柱顶剪力Vi后，用平衡条件可得排架柱各截面的弯矩和剪力。1.当排架结构柱顶作用水平集中力F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。2.剪力分配系数必满足。柱柱顶产生单位侧移所需施加的水平力注：1、柱顶有水平集中荷载作用时的内力分析

第二章单层厂房结构

方向规定：柱顶剪力、柱顶集中水平力、柱顶不动铰支座反力、自左向右方向为正，反之为负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的排架内力分析。（1）、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，柱顶假想的不动铰支座总反力为

。2、任意荷载作用下等高排架内力分析第二章单层厂房结构（2）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作用下各柱顶剪力。（3）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，然后可求出各柱的内力。

任意荷载作用下等高排架内力分析2、任意荷载作用下等高排架内力分析

例题1、单层厂房排架结构如图a所示。已知W=15.0kN，q1=0.8kN／m，q2=0.4kN／m。试用剪力分配法计算各柱的柱顶剪力。（提示：支反力系数C11=0.3，见图b（1）；图b（2）、b（3）中的△u1=2△u2）解：1）计算剪力分配系数：A、C柱：

B柱：

2）计算各柱柱顶剪力：

把荷载分成

、

和

三种情况，分别求出各柱顶所产生的剪力后再叠加。

作用下，不动铰支座反力：

作用下，不动铰支座反力：求得各柱柱顶剪力如下：

第三章单层厂房结构4内力组合

所谓内力组合，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，作为柱和基础配筋计算的依据。（1）柱的控制截面

控制截面是指对截面配筋起控制作用的截面。当柱高度较大时，下柱中间某截面也可能为控制截面。当柱上作用有较大的集中荷载（如悬墙重量等）时，可根据其内力大小还需将集中荷载作用处的截面作为控制截面。基顶IIIIIIIIIIIII-I截面上柱的弯矩和轴力都最大I-I截面作为上柱的控制截面II-II截面下柱在吊车垂直荷载下的弯矩最大III-III截面下柱在吊车水平荷载下的弯矩最大，轴力也最大II-II、III-III截面作为下柱的控制截面第三章单层厂房结构（2）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N，V；

–Mmax及相应的N，V；

Nmax及相应的M，V；

Nmin及相应的M，V。4内力组合第三章单层厂房结构（3）荷载效应组合对于一般排架结构，荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定：由可变荷载效应控制的组合

4内力组合“恒荷载”+任一种“活荷载”*1.2永久荷载效应+1.4吊车荷载效应*1.2永久荷载效应+1.4风载效应*1.2永久荷载效应+1.4活荷载效应“恒荷载”+0.9(任两种或两种以上“活荷载”）*1.2永久荷载效应+0.9(1.4风载效应+1.4活荷载效应+1.4吊车荷载效应)*1.2永久荷载效应+0.9(1.4风载效应+1.4吊车荷载效应)*1.2永久荷载效应+0.9(1.4风载效应+1.4活荷载效应)*1.2永久荷载效应+0.9(1.4活荷载效应+1.4吊车荷载效应)由永久荷载效应控制的组合*1.35永久荷载效应+1.40.6风载效应+1.40.7活荷载效应+1.40.7吊车荷载效应*1.35永久荷载效应+1.40.6风载效应+1.40.7活荷载效应*1.35永久荷载效应+1.40.6风载效应+1.40.7吊车荷载效应*1.35永久荷载效应+1.40.7活荷载效应+1.40.7吊车荷载效应*1.35永久荷载效应+1.40.7活荷载效应*1.35永久荷载效应+1.40.6风载效应*1.35永久荷载效应+1.40.7吊车荷载效应第三章单层厂房结构（4）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，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。在吊车竖向荷载中，同一柱的同一侧牛腿上有Dmax或Dmin作用，两者只能选择一种参加组合。吊车横向水平荷载Tmax同时作用在同一跨内的两个柱子上，向左或向右，组合时只能选取其中一个方向。4内力组合风有左来风和右来风两种情况，每次只选一项参加组合有吊车水平荷载时，必有垂直荷载。反之不一定柱的配筋计算----内力和配筋的关系As1(As2)小偏心受压大偏心受压As1(As2)As1<As2As1As2NM2)4)3)1)根据M-N关系，得出下列四条规则：1）大偏压，M不变时，N越小，As越大2）大偏压，N不变时，M越大，As越大3）小偏压，M不变时，N越大，As越大4）小偏压，N不变时，M越大，As越大第三章单层厂房结构厂房空间作用分析

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

单层厂房空间工作的概念PPPPPPP基本计算单元aPPPPPPP山墙bPPPPPPPcPd单层厂房空间工作的概念排架之间的相互制约作用称为单层厂房结构的空间作用第三章单层厂房结构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作分配系数。厂房空间工作示意图5考虑厂房整体空间作用的排架内力分析

2.3单层厂房柱的设计

1.柱的结构形式和截面尺寸肩梁平腹杆肢杆斜腹杆上柱下柱牛腿吊车梁750750结构形式2.3单层厂房柱的设计

1.柱的结构形式和截面尺寸矩形截面高度一般在700mm以内工字形截面高度一般为800~1600mm教材中表2-4截面尺寸保证厂房的横向刚度第三章单层厂房结构截面设计（1）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

或稳定系数

与柱的计算长度有关。《混凝土结构设计规范》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。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2.3单层厂房柱的设计

2.矩形和I形截面柱运输和吊装验算112233吊点弯矩图*柱受的荷载主要为其自重，应乘以动力系数1.1~1.3*吊装验算系临时性的，构件安全等级可较其使用阶段降低一级*当柱变阶处的配筋不足时，可在该区域加配短钢筋*柱的混凝土强度一般按强度设计值的70%考虑*一般宜采用单点绑扎起吊，吊点设在变阶处第三章单层厂房结构3构造要求

柱的混凝土强度等级不宜低于C20，纵向受力钢筋直径d不宜小于12mm，全部纵向钢筋的配筋率不宜超过5%。

柱内纵向钢筋的净距不应小于50mm；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30mm和1.5d(为钢筋的最大直径)，下部纵向钢筋的最小净间距不应小于25mm和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受压柱中各边的纵向受力钢筋，其中距不宜大于350mm。截面设计第三章单层厂房结构2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、吊车梁和连系梁等构件的部位，设置从柱侧面伸出的短悬臂，称为牛腿。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分为两类：

时为长牛腿，按悬臂梁进行设计；

时为短牛腿，是一个变截面短悬臂深梁。牛腿的分类Fvaash0hFvaash0hah0，短牛腿a>h0，长牛腿，设计方法同一般钢筋混凝土悬臂梁2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计牛腿的受力特点与破坏形态----弹性阶段FvBA主拉应力主压应力*荷载Fv较小时，牛腿基本处于弹性受力阶段h0Fvaas*在Fv达极限荷载的20~40%时，牛腿根部出现裂缝；在Fv达极荷载的40~60%时，出现裂缝*继续加载，随着a/h0值的不同，牛腿的破坏形态各不相同2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计FvBA主拉应力主压应力h0Fvaas牛腿的受力特点与破坏形态----弯曲破坏（弯压破坏）当0.75<a/h01时，裂缝逐渐发展，裂缝以外的部分绕牛腿和下柱的交点转动，最后压区混凝土被压碎，牛腿破坏四、单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计牛腿的受力特点与破坏形态----剪切破坏Fvaash0Fvaash0FvBA主拉应力主压应力h0FvaasFvaash0当a/h00.1时，发生剪切破坏，牛腿中出现一系列短斜裂缝混凝土被剪坏2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计Fvaash0Fvaash0FvBA主拉应力主压应力h0Fvaas牛腿的受力特点与破坏形态----斜压、斜拉破坏当0.1<a/h00.75时，发生斜压破坏，分两种情况：*裂缝出现后，出现裂缝，两裂缝间的斜向段柱被压坏*裂缝出现后，承压板下突然出现裂缝而破坏2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计Fvaash0Fvaash0Fvaash0FvBA主拉应力主压应力h0FvaasFvaash0牛腿的受力特点与破坏形态----局部受压当加载板过小、过柔、混凝土强度较低时，发生局部受压破坏2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计牛腿的截面尺寸h0Fvaas原则*以控制裂缝的形成与发展为目标，使得牛腿在给定荷载下不出现裂缝*为避免出现局部受压、撕裂、非根部受拉破坏，还要对其它有关尺寸进行限制第三章单层厂房结构牛腿的截面宽度与柱宽相同。牛腿截面尺寸通常以不出现斜裂缝作为控制条件。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：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

β——裂缝控制系数，对吊车梁牛腿取0.65，其它取0.8；

a——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；b——牛腿宽度，与柱同宽；h0——牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。FhsFvsc1caash0h1h2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计第三章单层厂房结构牛腿尺寸及配筋为了防止牛腿顶面加载垫板下混凝土的局部受压破坏，垫板下的局部压应力应满足式中：A为局部受压面积；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。2牛腿设计

2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计牛腿的截面尺寸FhsFvsc1caash0h1h*为了防止发生非根部受拉破坏，h1>h/3，且要求h1>200mm*为了防止发生保护层剥落，c1>70mm2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计牛腿的配筋设计和构造要求----纵筋（按计算确定）zFhFvh0z+aszAsfyaFvFhAB2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计z+aszAsfyaFvFhAB牛腿的配筋设计和构造要求----纵筋（按计算确定）对A点取矩设计时取，则有2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计牛腿的配筋设计和构造要求----纵筋（按计算确定）z+aszAsfyaFvFhAB牛腿顶部竖向力设计值牛腿顶部水平拉力设计值如图所示2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计牛腿的配筋设计和构造要求----纵筋（按计算确定）*纵筋宜采用HRB335或HRB400（RRB400）级钢筋*承受竖向力的纵向受力钢筋按全截面计算的最大配筋率为0.6%，最小配筋率为0.2%和0.45ft/fy中的大者*纵筋不得少于4根，直径不应小于12mm，不得兼作弯筋0.4laFvFhh1h0has15d15d*纵筋伸入上柱的锚固长度，采用直线型锚固时，不应小于la，其他如图*牛腿面上的水平力通过预埋件直接传给纵筋，抵抗水平力的纵筋不得少于2根，直径不得少于12mm2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计牛腿的配筋设计和构造要求----水平箍筋15d0.4laFvFhh1h0has15d*箍筋的直径为6~12mm，间距为100~150mm，配筋范围为整个牛腿*牛腿上部2h0/3范围内水平箍筋的总截面积不宜小于承受Fv的受拉钢筋总截面积的一半2.3单层厂房柱的设计

3.牛腿的设计15dl/2l/60.4laFvFhh1h0hasl15d牛腿的配筋设计和构造要求----弯筋（按构造要求确定）*当a/h00.3时，牛腿中应设弯筋，弯筋的配筋范围为牛腿上部l/6~l/2的范围内*弯筋应采用HRB335或HRB400（RRB400）级钢筋，钢筋的直径不应小于12mm，弯筋的截面积不应小于受拉钢筋截面积的一半，且不应小于0.001bh，弯筋的根数不少于2根第二章单层厂房结构2.4柱下独立基础设计§2.4柱下独立基础1基础的分类与设计内容(1)柱下独立基础（扩展基础）根据其受力性能可分为：轴心受压基础偏心受压基础(2)按施工方法可分为：预制柱基础现浇柱基础(2)基础的设计内容：基础的形式；埋置深度；底面尺寸；基础高度；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，尚应验算柱下独立基础顶面的局部受压承载力。第二章单层厂房结构2基础底面尺寸

（1）轴心荷载作用下的基础：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：

轴心受压基础压力分布若基础的埋置深度为d，基础及其上填土的平均重度为,则，可得基础底面面积为：

第二章单层厂房结构（2）偏心荷载作用下的基础：在偏心荷载作用下，基础底面的压力为线性分布。偏心受压基础压力分布2基础底面尺寸第二章单层厂房结构基础底面边缘的压力可按下式计算：取，并将代入，可将基础底面边缘的压力值写成如下形式：2基础底面尺寸当时，，应按下式计算第二章单层厂房结构在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求：在确定偏心荷载作用下基础的底面尺寸时，一般采用试算法。首先按轴心荷载作用下初步估算基础的底面面积；再考虑基础底面弯矩的影响，将基础底面积适当增加（20-40）%，初步选定基础底面的边长l和b，计算偏心荷载作用下基础底面的压力值，然后验算是否满足要求；如不满足，应调整基础底面尺寸重新验算，直至满足为止。2基础底面尺寸第二章单层厂房结构3基础高度验算

独立基础的高度除应满足构造要求外，还应根据柱与基础交接处以及基础变阶处混凝土的受冲切承载力计算确定。基础冲切破坏示意图第二章单层厂房结构《建筑地基基础设计规范》规定，对矩形截面柱的矩形基础，柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力应按下列公式验算：

3基础高度验算第二章单层厂房结构基础的受冲切承载力截面位置3基础高度验算第二章单层厂房结构2.4柱下独立基础设计4基础底板配筋独立基础底板的受力状态可看作在地基土反力作用下支承于柱上倒置的变截面悬臂板。基础底板配筋采用地基土净反力。(1)轴心荷载作用下的基础：将基础底板划分为四个区块，每个区块都可看作是固定于柱边的悬臂板，且区块之间无联系。基础底板配筋计算图第二章单层厂房结构2.4柱下独立基础设计由于长边方向的钢筋一般置于沿短边方向钢筋的下面，此处若假定b方向为长边，故沿长边b方向的受力钢筋截面