Transcript 砼第12章

第十二章
单层工业厂房
一、单层工业厂房的结构组成与受力特点
二、单层工业厂房的结构布置与支撑布置
三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合
四、单层工业厂房排架柱设计
五、牛腿设计
六、柱下独立基础设计
一、单层工业厂房的结构组成与
受力特点
 单层厂房的承重结构可采用单跨或多跨，等高或
不等高的排架结构，也可采用单跨或多跨的刚架
结构。
1、单跨与多跨：
 一般厂房纵向长度比横向跨度大，且纵向柱距较
横向柱距小，故横向刚度总比纵向刚度为小。
 多跨可增大厂房横向刚度，减小柱截面尺寸，节
约材料、减轻自重，采光通风困难。
一、单层工业厂房的结构组成与受
力特点
2、等高与不等高：
 区别：受力明确合理，构件简化统一
3.排架与刚架：
 排架：由屋面梁或屋架、柱和基础组成
 排架的柱与屋架铰接而与基础刚接
 按材料 钢—钢筋混凝土排架 重型工业厂房

钢筋混凝土排架
中型工业厂房

混凝土—砖排架
轻型工业厂房
一、单层工业厂房的结构组成与受
力特点
 按受力和变形特点 刚性排架：横梁变形很小，内






力分析
变形忽略。
柔性排架：横向变形较大。
刚架：由拱梁、柱、基础组成
刚架的梁与柱刚接，而柱与基础铰接
折线形
拱形
二、单层工业厂房的结构布置与
1、结构组成：屋面板、屋架、吊车梁、连系梁、柱和基础
支撑布置
的构件组成.




屋盖结构
横向平面排架
纵向平面排架
围护结构
a.屋盖结构： 有檩体系
 无檩体系

作用：承受屋面活荷载、血载、自重及其他荷载
b .横向平面排架：横梁、横向柱列及基础组成

作用：承受竖向荷载及横向水平荷载
二、单层工业厂房的结构布置与支
撑布置
c.纵向平面排架：柱列、基础、连系梁、吊车
梁和柱间支撑组成
 作用：保证厂房纵向刚度和稳定性，以及
纵向水平荷载
d.围护结构：纵墙、山墙、墙梁、抗风柱、
基础梁
 作用：围护和承载作用。
二、单层工业厂房的结构布置与支
撑布置
2、构件选型：
 屋面板：预应力混凝土构件
 屋面梁和屋架
 吊车梁：T型截面、吨位选取
 柱：截面选择，尺寸限值
 基础：现浇柱单独基础、预制柱下基础
二、单层工业厂房的结构布置与支
撑布置
3.传力路径：
 屋盖→屋架→柱→基础→地基
 竖向荷载：
 横向荷载：
 纵向荷载：
二、单层工业厂房的结构布置与支
撑布置
4.结构布置：
 结构布置包括：屋盖结构布置、吊车梁、柱及柱间支撑布置、
 圈梁连系梁及过梁布置、基础梁布置等。标准构件规定进行布置。
a.柱网布置
 厂房承重柱的纵向布置和横向定位轴线，在平面上形成的网格称为柱
网。柱网布置就是确定柱子纵向定位轴线之间的距离和横向定位轴线
之间的距离。
 布置原则：（p290）建筑和结构经济合理；符合生产工艺和正常使
用的要求；施工方法上具有先进性；符合厂房建筑统一化基本规则；
适用生产发展和技术革新的要求。
二、单层工业厂房的结构布置与支
撑布置
 b.变形缝布置：
 伸缩缝
 沉降缝
 抗震缝
二、单层工业厂房的结构布置与支
撑布置
c.支撑布置：
 作用：使厂房结构形式整体，提高厂房结构构件的刚度和
稳定性
 屋盖支撑：
 屋盖间的垂直支撑及水平系杆（p147）
 作用：保证屋架的稳定，当吊车工作时，防止屋架下弦发
生侧向颤动。
 屋架间的横向水平支撑 上弦横向水平支撑

下弦横向水平支撑
 屋架间纵向水平支撑
 无窗架间的支撑：
二、单层工业厂房的结构布置与支
撑布置
 柱间支撑：
 作用：提高厂房的纵向刚度和稳定性
 位置：
 抗风柱的布置：
 山墙受风面积一般分成几个区域，使山墙受到的风荷载
一部分直接传给纵向柱列，另一部分则经抗风柱上端通过
屋盖结构传给纵向柱列和经抗风柱下端传给基础。
 抗风柱与基础刚接，与屋架上弦铰接，与屋架的连接需
满足两个要求：水平方向有可靠的连接

竖向有一定的相对位移
 圈梁、连系梁、过梁和基础布置：
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
 结构设计基础是构件设计，要设计一个构
件，须知构件受的内力，而厂房是一个空
间结构，为方便计算一般分别按纵向和横
平面排架近似计算。
 排架计算内容：计算简图、荷载计算、内
力分析、内力组合、侧移验算。
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
1.排架计算简图：
计算单元：典型单元、但应注意吊车荷载是移动的
两个假定：a.排架上端铰接屋架，下端嵌固于基础顶面








b.拱梁为轴向变形可忽略不计的刚杆
c.排架间无联系

计算简图：超静定结构
柱的截面尺寸大小与柱刚度有关、而柱刚度与柱所受内力大
关连，柱高关系如下：
H下=H总-H上
H总：柱顶标高与基础顶面标高之差
H上：柱顶标高与牛腿顶面标高之前
柱的轴线应分别取上、下柱截面的形心线，柱的截面尺寸应满足
强度与刚度要求，主要取决于厂房的跨度；高度及吊车超重量等
EI抗弯刚度
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合

排架荷载计算
1、自重



G1：屋盖自重，作用位置
G2：上柱自重
G3：吊车梁及轨道自重
G4：下柱自重
G5：围护结构自重
2、屋面活荷载

屋面活荷载Q1：作用位置同G1

1）屋面均布活荷载：不上人屋面：0.7KN/ ㎡㎡

上人屋面 1.5KN/ 施工荷较大时按实际情况考虑

2）雪荷载：可规范取值

3）积灰荷载
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
 当雪荷载较大时，一般不与施工荷同时取用，取较大值。
 雪荷载：屋面雪荷载根据建筑地区和屋面形式荷载规范取
用
 SK=μrS0
 S0 ：基本雪压，以一般空旷平坦地面上统计的重现期为
30年的最大积雪自重为标准而确定的，全国各地的基本雪
压可查《荷载规范》中全国基本雪压分布图，对山区，可
乘以1.2的系数
 μr：屋面积雪分布系数，可查规范
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
3、风荷载
 风具有一定纬度运动的气流，当它遇到厂房受阻时，将在
厂房的迎风面产生正压区，而在背风面和侧面形成负压区，
作用在长房上的风压力和风吸力与风的吹向一致，其值与
基本风压W0、建筑物的体型和高度等因素有关。可按
 W =μsμeβe w0 计算
 式中：w0—基本风压，可查规范基本风压分布图，但一
般不等于0.25 KN/m2,它以当地比较空旷平坦地面，离地
10m统计约的30年一遇，10分钟平均最大风速V0为标准，
按W0=V02/1600确定
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
 μs :风载体型系数
 μE ：风压高度变化系数，其值与地面粗糙度有关，




地面粗糙度分为A、B、C三类，
A类：指近海海面、海岛、海岸、及沙漠地区
B类：田野、乡村、丛林及房屋比较稀疏的中小
城镇和大城市郊区
C类：指有密集建筑的大城市市区
Βz ：风振系数，对于单层厂房可不考虑风振影
响，取βE = 1
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
 风荷载是厂房高度变化的，但在单层厂房计算中，可近似




假定沿厂房高度不变的均布风荷载（W1、W2），并按柱
顶标高处的μE进行计算，排架计算单元宽度B范围内风荷
设计值为：
N = rQWK = rQμsμEW0B
柱顶集中风荷：FW的计FW为整个屋盖上的风荷载水平分
量，在设计计算时可当以为一斜作用于同一跨间左边柱或
右边柱的柱顶。
μz取值：有矩形天窗时，按天窗檐口标高计；无天窗时，
按厂房檐口标高或房盖平均标高计。
风荷是变的，内力组合时，既要考虑左右情况，又要考虑
大风情况。
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合







5.吊车荷载：
a、吊车竖向荷载：Dmax、Dmin
分类：1）梁式
2）桥式：按工作繁重程度分为轻、中、重三种工作制吊车。
桥式吊车有大车（桥架）和小车组成。
当小车吊有额定的最大起重量标准值Q开到大车一侧面的极限位置
时，在这一侧的每个大车轮压为吊车的最大轮压标准值Pmax另一侧
为最小轮压标准值Pmin.同时产生，可查吊车附录表、吊车数据表
 Pmin =(G + g + Q)/2-Pmax 四轮吊车最小轮压标准值。
 由于Pmax 是移动的，产生的支座（轮）最大垂直反力标准值Dk,max
可以利用吊车梁的支座反力影响线求解
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合





Dmax = rQDk,max = rQ [P1max(y1+y2) + P2max(y3+y4)]
Dmin = rQDk,min =rQP1min(y1+y2) + P2min(y3+y4)]
式中：P1,max,P2,max:两台起重量不同的吊车最大轮压标准值
P1,max >P2,max
y1、y2、y3、y4与吊车轮子相对应的支座反力影响线上的竖标
rQ:1.4
 当两台吊车完全相同时，Dmax = rQPmax∑yi

Dmin = rQDk,min = rQPmin/PmaxDmax
 吊车台数规定：一般单层厂不多数两台吊车计算垂直荷载多跨时，一
般按不多于四台计，当跨近期远期均肯定为一般时，按台计。
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
 b.吊车水平荷载：
 吊车横向水平荷载
 小车横向起制动荷，都通过大车轮传给吊车梁及
柱，吊车横向水平制动力应按两侧柱的刚度大小
分配，为近视计算时单厂规定可近似平分两侧柱，
对四轮吊车，它满载运行时，每个轮子产生横向
水平制动力标准值T为：

T=а/4（Q+G）
 Q:吊车起重量标准值
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合











G：小车自重标准值
а：横向制动力系数对硬钩吊车а=0.2
软钩吊车Q≤10t时 а=0.12
Q=15250t时 а=0.10
Q≥75t时 а=0.08
传给柱的水平荷最大值：
则Tmax=rQ Tk,max= rQ[T1(y1+)+ T2(y3+y4)]
当两吊车完全相同时
Tmax=rQ Tk,max=rQ TE yI
轮子对应yI值与吊车竖向荷载相同
Tmax=T/P max Dmax
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
 小车左右两分向均可走动，故有左右两个方向，且作用位






置于吊车梁顶面，吊车横向水平荷载，无论单、多跨厂房，
最多考虑两台吊车同时刹车。
2）、吊车纵向水平荷载：
大车的纵向起制动，吊车自重及吊重惯性引起吊车纵
向制动力，由吊车一侧的所有制动轮传至轨道；最后通过
吊车梁传给柱列或柱间支撑，每台吊车纵向制动力TQ为
TO=rQ *M*T= rQ M*N Pmax/10
设计值
Pmax：最大轮压
N : 吊车每侧制动轮数，对于一般四轮吊车N=1
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
 M ：起重量相同的吊车台数，不轮单、多
跨，当柱间无支撑时，吊车水平纵向荷由
同一伸缩区段内所有柱共同负担，按柱间
刚度大小分配，设有柱间支撑时，全部纵
向水平荷载由柱间支撑承担。
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
1.等高排架内力计算：
 排架的计算简图：三种形式
2.柱顶为不动铰支排架的内力计算（单阶变截面柱）
 结构对称荷载对称的排架以及有山墙的一跨或两跨以上的
无棱等高排架，当吊车起重量Q<30T时，可按柱顶为不动
铰支的排架计算内力，如在各自重作用下（恒载）
3.等高铰支可动排架在柱顶水平集中力作用下的内力计算方
法：
 在水平荷载局部荷载作用下如：风、吊车等荷载
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
 1/δI：第I根柱的抗剪刚度，δI：为第I根柱的柔度
 此为剪力分配法→当排架结构柱顶作用有水平架
力F时，各柱的柱顶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，故称剪力分配法。
 其它各种各样的荷载，都可以通过以上两种情况
进行求解。

例：在吊车垂直荷载Dmax Dmin作用下排架
计算
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
4.等高排架在任意荷载作用下的内力计算方法
 1）、当对称排架所受的荷载也对称时，排架结构顶端
无侧移，排架柱可简化为柱顶为不动铰支排架情况。
 2）、当对称排架所受的荷载非对称时，排架顶端有水
平侧移，可分解为：
 先在排架柱顶附加一个不动铰支座，以阻止水平侧移，
用柱顶为不动铰支排架情况求解并画内力图。
 撤除附加不动铰支座，并将R以反向作用于排架柱顶恢
复到原来的结构体系，进行求R作用时的内力。
 关键是思想方法
三、单层工业厂房铰接排架的内力
分析与组合
二、不等高排架内力计算

按结构力学力法计算内力不宜用剪力分
配法
三、柱顶为弹性铰支座排架内力计算
 在吊车荷作用下，若考虑厂房的空间性能
作用，则可假想在柱顶设置弹性支座来考
虑厂房的空间性能。
四、单层工业厂房排架柱设计
 单层厂房柱截面设计：

柱在单层厂房排架设计中是最主要的构
件设计，在使用阶段为受压构件，求出内
力后可按受压够进行截面设计，在施工阶
段柱子的侧翻及吊装要求，按双筋矩形截
面设计。
 按受压构件进行设计
 厂房中可按国家标准构件选用。
五、牛腿设计
 牛腿设计

牛腿在单厂柱中是常见的构造，它用来支撑




吊车梁或屋架等承重构件，负荷大，应力状态复
杂。
长牛腿：a/ho>1 a为荷载作用点至牛腿根
部水平距离。
短牛腿：a/ho≤1
ho 牛腿有效高度
长牛腿受力特点近似于悬臂梁，可按悬臂梁
的抗弯、抗剪进行计算。
牛腿几何尺寸：
五、牛腿设计
 牛腿的宽度及顶面长度
 顶面长度：与吊车梁中线位置，吊车梁端
部宽度及 吊车梁至牛腿端部的距离C1
有关。
 牛腿处边缘高和底面倾斜角度：
 h1：≥h/3
а≤45°
 牛腿总高度：h:主要由斜截面抗裂条件控
制
五、牛腿设计










牛腿配筋计算与构造
水平拉杆由纵向受拉钢筋组成。斜压杆由竖向力作用点
与牛腿根部之间的混凝土组成，其承载力主要由混凝土
决定。
规范认为只要牛腿中 P173
由ΕMA=0 FVa +Fn(roho+as)= ASfnroho
得 AS≥FVa/0.85fYho
当a<0.3ho时取a=0.3ho
3、构造： P176
4、局部承受验算：
垫板下局部承受面积：
σ= FVK/A≤0.75fC
六、柱下独立基础设计
 前面讲过，排架单厂层房结构中预制柱下基础通常独用得







预制构件，而现浇框架结构中通常用现浇基础，但排架柱
基础杯口灌缝后，其受力性能和现浇柱下基础完全一样，
故柱下单独基础均按现浇柱下基础进行计算。
基础得设计需解决三项内容：基础外形尺寸（主要包括底
面积尺寸）基础高度得确定和基底配筋。
轴心受压柱下单独基得计算
基底尺寸的确定
基底尺寸由地基得承载力及变形条件确定。
基础底面荷载： 上部结构传来的荷载，柱、基础梁等
基础及其上土层的自重。
若在上述荷载作用下基底压应力为均匀分布，则基底压
应力设计值为： P=N/A+G/A
六、柱下独立基础设计
 N：柱传至基础顶面的轴心压力设计值
 A：基底底面积A=a*b a、b为基底长、宽
 G：基础及基上回填土的自重设计值，G= rmAd,
其中rm为基础及基上回填土的平均重度，设计时
可取rm=70N/m2 , d为基底埋深

则φ=N/A+rmd≤f
 f：经深度荷宽度修正后的地基承载力设计值，当
f<101 fk时取f=1.1 fk，fk为地基承载力标准值
 则 A=N/f- rmd
六、柱下独立基础设计







础高度的确定：
基础高度应满足构造及抗冲切能力
h≥H1+ a1+50
H1、a1分别为杯口深度荷杯底厚度，可查表11-4、11-5
由于向上的基础及基上回填土自重引起的土壤反力与向
下的基础及基上回填土自重相互抵消，因此柱下单独基
础仅在向下的轴向压力N荷向上的均布土壤净反力Pn共
同作用下，对矩形基础，有4个冲切面按一个冲切面考
虑，冲切面荷载设计值为：
FL=Pn*A1
FL:冲切荷载设计值。
六、柱下独立基础设计









Pn在荷载设计值作用下，基础底面单位面积上的净反力
Pn=N/A
A1:考虑冲切荷载时取用的多边形面积
冲切面一般与基底成45◦角
而基础的抗冲切承载力为：
[FL]=0.6febmho
ho:基础冲切破坏锥体的有效高度
bm:冲切破坏斜截面上下边长平均值 bm=( bt b b)/v
bt b b:上下边边长
六、柱下独立基础设计












基底配筋
将基础看成倒置于柱顶的悬臂板
求出M1 M2等截面弯距
二、偏心受压柱下单独基础的计算
基础底板反力分析：
假定基底的反力按线性分布，则基础底面两边缘的最大最小压应力
为：
Pmax=(N+G)/A+M/N
A—M/N
式中：W为基础底面面积的抵抗矩：W=b*a*a/6 矩形截 面。
令e为N+G的偏心矩e=m/(n+G),则
Pmax=(N+G)/ ab*(1+6e)
Pmin=(N+G)/ ab*(1—6e)
由此可见
六、柱下独立基础设计
 当e=a/6时，Pmin=0
 e> a/6时，Pmin<0
基底压应力图为三角形
基底出现拉应力，边与实
际不符，

拉边缘压应力，基底压应力图也为
三角形。
 此时，按静力平衡条件：

1/2 *3（a/2-e）*b=

Pmax=2(N+G)/3b(a/2-e)
六、柱下独立基础设计








尺寸的确定：
1）、平均压应力P=（Pmax+ Pmin）/2≤f 修正
后地基可许承载力
2）、Pmax≤1.2 f
3）、对有吊车厂房：保证e≤a/b
4）、对无吊车厂房：e≤a/4
基底尺寸，一般情况按轴心受压计算底面积，
再乘1.2—1.4的扩大系数，一般a/b=0.1—2.0，
初步确定再按上述公式验算底面积
基础高度的确定
基本同轴心受压基础，不同的是公式
六、柱下独立基础设计
 4、基础底面配筋计算：
 方法同轴心收压基础，只是基底反力改变。
 5、构造要求（略）