单层工业厂房结构设计（181页）PPT

1、课程主讲人 余志武 中南大学土木工程学院 建工系,Design of Concrete 它还具有将厂房的纵向荷载传递至纵向柱列、加强厂房纵向刚度等作用,选型依据： 吊车的起重量； 工作级别； 台数； 厂房的跨度； 柱距等,3.2.2 主要构件的选型,常用吊车梁,3.2.2 主要构件的选型,常用吊车梁,3.2.2 主要构件的选型,柱的形式： 矩形柱、工字形柱、双肢柱等,柱,常用柱的形式,截面尺寸： h500mm 采用矩形实腹柱； h600800mm 采用工字形或矩形柱； h9001200mm 采用工字形柱； h13001500mm 采用工字形或双肢柱,3.2.2 主要构件的选型,作用：承受全部重

2、量和作用力。 常用形式：目前一般采用单独的杯形基础,基础,3.2.3 柱网布置和变形缝,3.2.3 柱网布置和变形缝,1) 柱网布置,跨度,柱距,跨度：厂房纵向定位轴线之间的尺寸； 柱距：厂房横向定位轴线之间的尺寸,3.2.3 柱网布置和变形缝,厂房建筑模数协调标准规定： 跨度： 跨度18m： 3m的倍数进级(30M)； 跨度18m： 6m的倍数进级(60M) 允许21m/27m/33m等30M进级。 柱距： 采用扩大模数6m的倍数进级(60M) ； 也可采用9m的柱距； 或利用托架扩大柱距,柱网布置的模数,3.2.3 柱网布置和变形缝,2) 变形缝,伸缩缝 减少温度应力，保证厂房正常使用。

3、从基础顶面开始，将上部结构完全断开设缝。 间距（GB50010-2002）： 露天70m； 在室内或土中100m,3.2.3 柱网布置和变形缝,沉降缝,作用：防止厂房发生不均匀沉降 设置：从基础至屋顶完全断开设缝,3.2.3 柱网布置和变形缝,防震缝,作用：减少厂房震害； 设置：从基础顶面至上部结构完全断开设缝； 缝宽：一般为50-70mm。 设置部位： 平面、立面复杂； 结构高度及刚度变化较大； 厂房侧边贴建生活间、变电所等坡屋,地震区：伸缩缝、沉降缝均应符合防震缝要求,3.2.4 支撑的作用及布置原则,1) 支撑的作用,施工阶段和使用阶段保证厂房结构的几何稳定性； 保证厂房结构的纵横向水平

4、刚度及空间整体性； 提供侧向支撑，改善结构的侧向稳定性； 传递水平荷载至主要承重构件或基础,支撑的分类： 屋盖支撑：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 柱间支撑：上柱柱间支撑、 下柱柱间支撑,3.2.4 支撑的作用及布置原则,3.2.4 支撑的作用及布置原则,2) 屋盖支撑,上弦横向水平支撑,构成： 沿跨度方向用交叉角钢在两榀屋架间上弦平面内及天窗架间上弦平面内布置水平支撑，和屋架上弦杆构成水平桁架,3.2.4 支撑的作用及布置原则,作用： 保证屋架上弦的侧向稳定性； 增强屋盖的整体刚度； 承受并传递纵向水平荷载,3.2.4 支撑的

5、作用及布置原则,有檩体系中的布置,布置在伸缩缝区段的两端 有时可设在第二柱间,3.2.4 支撑的作用及布置原则,有连接可靠的大型屋面板； (可不设) 设有通过端部第二柱间或伸缩缝的天窗; (设置) 采用钢筋砼拱形或梯形屋架。(应设,无檩体系中的布置,3.2.4 支撑的作用及布置原则,下弦横向水平支撑,构成,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,沿跨度方向用交叉角钢，在两榀屋 架间下弦平面内布置水平支撑，与 屋架下弦杆构成的水平桁架。 与上弦横向水平支撑在同一柱间形 成空间稳定性,3.2.4 支撑的作用及布置原则,布置： 抗风柱与屋架下弦连接传递纵向水平力时；

6、 设有硬钩桥吊或5T锻锤等振动设备时； l 18m且下弦设有形成封闭支撑系统的纵向水平支撑时； 设有吊点屋架下弦的纵向或横向运行的悬挂吊车时,3.2.4 支撑的作用及布置原则,下弦纵向水平支撑,构成,沿着厂房纵向，在屋架间下弦第一节间位置，连续布置十字交叉支撑组成的水平桁架。 下弦纵向与横向水平支撑应形成封闭系统,3.2.4 支撑的作用及布置原则,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； 传递山墙风荷载及纵向水平荷载,纵向,3.2.4 支撑的作用及布置原则,布置： 为保证厂房空间刚度，应尽可能与横向水平支撑形成封闭的水平支

7、撑系统； 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； 厂房设有托架，应沿托架一侧设置下弦纵向水平支撑,3.2.4 支撑的作用及布置原则,垂直支撑,作用： 保证屋架或天窗架平面外的稳定； 将纵向水平力由屋架上弦平面传至屋架下弦平面内,构成： 一般由角钢杆件与屋架直腹杆或天窗架立柱组成垂直桁架,3.2.4 支撑的作用及布置原则,设置： 垂直支撑与屋架下弦横向水平支撑应布置在同一柱间； 当跨度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； 伸缩缝区间长度60m时，应在柱间支撑部位增设一道垂直支撑；

8、设有3T锻锤的厂房，应在其所处柱间及其以锻锤为中心的30m范围内的屋架间，每跨连续增设一道垂直支撑,3.2.4 支撑的作用及布置原则,水平系杆,分类： 刚性系杆：既能承拉又能承压，常为双角钢杆件或RC杆件。 柔性系杆：只能承受拉力，多为单角钢，截面较小,3.2.4 支撑的作用及布置原则,作用： 上弦水平系杆是为保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘侧向稳定； 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,3.2.4 支撑的作用及布置原则,布置： 当设置垂直支撑时，对未设垂直支撑的屋架间，应在相应于垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节点处，设置通长水平系杆。 跨中设垂直支撑时，宜沿其纵向垂直平

9、面设通长上弦刚性和下弦柔性系杆；端部设垂直支撑时，一般沿其铅垂面设通长下弦刚性系杆。 设有下弦横向或纵向水平支撑时，均应设置相应的下弦刚性系杆，以形成水平桁架。 天窗侧柱处应设柔性系杆，在天窗范围内沿纵向设13道通长上弦刚性系杆，以保证屋架上弦侧向稳定。 当屋架横向水平支撑设在端部第二柱间时，应在第一柱间设置上、下弦刚性系杆。 大型屋面板的肋、有檩体系的檩条可起到系杆的作用,3.2.4 支撑的作用及布置原则,天窗架支撑,构成： 天窗架上弦横向水平支撑； 天窗架间垂直支撑； 水平系杆,作用： 保证天窗上弦侧向稳定； 传递天窗端壁风荷载,布置： 垂直支撑设置在天窗两侧； 横向水平支撑和垂直支撑均设

10、置在天窗端部第一柱间内； 未设置上弦横向水平支撑的天窗架间上弦节点设置柔性系杆,3.2.4 支撑的作用及布置原则,3) 柱间支撑,构成： 包括上柱支撑和下柱支撑,3.2.4 支撑的作用及布置原则,3) 柱间支撑,构成： 包括上柱支撑和下柱支撑。 由交叉钢杆件组成，交叉倾角宜取45。 有十字交叉形支撑和门架式支撑等形式,十字交叉形支撑,门架式支撑,3.2.4 支撑的作用及布置原则,作用： 提高厂房的纵向刚度和稳定性; 传递纵向水平力到两侧柱列,3.2.4 支撑的作用及布置原则,设置工况： 当设有A6A8的吊车，或A1A5的吊车起重量10t时； 厂房跨度18m，或柱高8m时； 厂房每列纵向柱总数7

11、根时或设有3t以上的悬挂吊车时； 露天吊车栈桥的柱列,布置要求： 上柱柱间支撑：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：在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应的位置,3.2.5 围护结构布置,3.2.5 围护结构布置,主要包括： 屋面板的布置（详见3.2.2节(3)款点的论述） 抗风柱的布置 圈梁的布置 连系梁的布置 过梁的布置 基础梁的布置 墙体(板)等的布置,3.2.5 围护结构布置,1) 抗风柱的布置,对承受风荷载较大的山墙，设置抗风柱将山墙分成区格，使部分风荷载通过抗风柱传给基础或经屋盖系统传给纵向排架,3.2.5 围护结构

12、布置,抗风柱与其他构件的连接： 一般与基础刚接； 与屋架之间采用弹簧板连接：竖向可移动、水平连接可靠； 当屋架设有下弦横向水平支撑时，可与下弦铰接； 厂房沉降量较大时，宜采用槽形孔螺栓连接,3.2.5 围护结构布置,2) 圈梁的布置,构成： 设置于墙体内并与柱子连接的现浇钢筋混凝土构件。 作用： 将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体性； 防止因地基不均匀沉降或较大振动荷载对厂房产生不利影响,附加圈梁的设置,3.2.5 围护结构布置,3) 连系梁及过梁布置,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

13、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,3.2.5 围护结构布置,4) 基础梁布置,单层厂房中，一般采用基础梁来承托围护墙体的重量，并将其传至柱基顶面，而不另做墙基础，以使墙体和柱的沉降变形一致,3.3 排架计算,3.3.1 计算简图 3.3.2 荷载计算 3.3.3 剪力分配法计算排架内力 3.3.4 力法计算不等高排架内力 3.3.5 排架内力组合 3.3.6 考虑整体空间作用的计算 3.3.7 纵向柱距不等的排架内力计算 3.3.8 复式排架的简化计算 3.3.9

14、排架的横向刚度验算,3.3.1 计算简图,3.3.1 计算简图,单层厂房排架结构实为空间结构。 简化计算： 在跨度方向按横向平面排架计算； 在柱距方向按纵向平面排架计算。 纵向平面排架的柱列较多、抗侧移刚度较大，一般不考虑该方向柱列承受弯矩的影响，因此最终简化成横向平面排架进行计算,3.3.1 计算简图,1) 计算单元,在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的区段，作为横向排架的计算单元,3.3.1 计算简图,2) 基本假定,屋架/屋面梁与柱顶铰接； 柱下端固接于基础顶面； 横梁为轴向变形可忽略的刚杆,3.3.1 计算简图,简化： 排架柱的轴线分别取上、下柱截面的形心线； 当为变截面柱时，

15、排架柱轴线为一折线； 屋面梁或屋架为一刚性杆,3.3.1 计算简图,3) 计算简图,柱总高H = 柱顶标高 基础顶面标高（-0.5m）。 上柱高度= 柱顶标高 牛腿顶面标高。 牛腿顶面标高 = 吊车轨顶标高 吊车梁及其轨道构造高度之和,3.3.1 计算简图,为简化计算，通常以(c)图作为计算简图； 计算跨度以厂房轴线L为准，并只需在柱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,3) 计算简图,3.3.2 荷载计算,3.3.2 荷载计算,屋盖恒载F1(包括屋面板及构造层、天窗架、屋架及支撑自重) 上柱自重F2、牛腿自重F3、下柱自重F6 吊车梁及轨道、连接件等自

16、重F4 围护墙体自重F5(包括柱牛腿上连系梁、围护墙、柱上的墙板,恒载,3.3.2 荷载计算,3.3.2 荷载计算,屋面活载Q1 吊 车 荷 载 风载q、Fw,活载,吊车横向水平荷载Tmax 吊车竖向荷载Dmax、Dmin,q压风,q,q吸风,q,3.3.2 荷载计算,包括屋面板及构造层、天窗架、屋架及支撑的自重。 F1的作用位置,1) 屋盖恒载F1,采用屋架时，F1通过屋架上、下弦中心线的交点作用于柱顶，一般屋架上、下弦中心线的交点至柱外边缘的距离为150mm,采用屋面梁时，F1通过梁端支承垫板的中心线作用于柱顶,3.3.2 荷载计算,将屋面横梁截断，在柱顶加以不动铰支座，简化为一次超静定悬

17、臂梁计算； 柱顶偏心屋面恒载移至相应上柱或下柱的截面中心线处，并附加偏心弯矩,F1作用内力计算简图,F1内力计算简图,3.3.2 荷载计算,计算方法同F1。 对竖向偏心荷载F2、 F3、 F4、 F5换算成轴心荷载和偏心弯矩时，相应的换算偏心弯矩为： M2=F2e2 (作用于下柱柱顶截面中心，e2为上、下柱轴线间的 距离) M3=F3 e3 (作用于牛腿梯形截面中心， e3为牛腿截面中心线至 下柱中心线的距离,2) 恒载F2、 F3、 F4、 F5,3.3.2 荷载计算,M4=F4 e4 (作用于吊车梁轨道中心， e4为吊车梁纵向至下柱截 面中心线之间的距离） M5=F5 e5 (作用于柱上牛

18、腿连系梁截面中心， e5为连系梁中心 线至柱中心线间的距离,计算方法同F1。 对竖向偏心荷载F2、 F3、 F4、 F5换算成轴心荷载和偏心弯矩时，相应的换算偏心弯矩为,2) 恒载F2、 F3、 F4、 F5,3.3.2 荷载计算,3) 屋面活荷载Q1,包括屋面均布活荷载、雪荷载及积灰荷载，按屋面的水平投影面积计算。 屋面均布活荷载： 一般不上人的钢筋混凝土屋面：0.5kN/m2 轻屋面、瓦材屋面：0.3kN/m2 积灰荷载：由GB50009-2001查得 雪荷载： 屋面均布活载不与雪载同时组合，取大值参与组合。 作用位置及计算方法同屋盖恒载F1,3.3.2 荷载计算,4) 吊车荷载Dmax、

19、Dmin和Tmax,单层厂房中的桥式吊车,吊车荷载作用的方向和位置,G+g+Q,吊车竖向荷载Dmax、Dmin 是指吊车吊起额定起重量在运行过程中，对排架柱牛腿顶面产生的最大或最小的竖向压力。 荷载传递路径为： 轮压作用于轨道 吊车梁 牛腿 柱 对四轮吊车，最小轮压标准值为 计算方法： 一般利用简支梁支座反力影响线的原理求解吊车对柱产生的最大竖向荷载Dmax及另一侧相应的Dmin,3.3.2 荷载计算,3.3.2 荷载计算,根据简支梁支座反力影响线的原理,在计算多台吊车的竖向荷载时，对一层吊车的单跨厂房每个排架，不宜多于两台；多跨厂房的每个排架，不宜多于四台。 对于多台吊车，应考虑多台吊车荷载

20、的折减系数,规范规定,多台吊车荷载的折减系数,3.3.2 荷载计算,吊车横向水平荷载Tmax,小车起吊重物在启动和制动时产生的横向水平力，通过小车制动轮于桥架的摩擦传给桥架，再通过大车车轮传给吊车梁和排架上柱。 Tmax 作用位置： 在吊车梁顶面标高处，方向与轨道垂直，并考虑正反两个方向，其力分别由轨道上各车轮平均传至轨顶,3.3.2 荷载计算,对于一般的四轮吊车运行时，单轮横向水平刹车力为 (为小车制动力系数,计算方法,规范规定： 无论单跨或多跨厂房，计算Tmax时，最多考虑两台吊车，并考虑多台吊车时的荷载折减系数,根据影响线原理，作用于排架 柱上的吊车横向水平荷载为,3.3.2 荷载计算,

21、纵向运行的桥机在启动或突然刹车，由于吊车自重和吊物自重的惯性产生的吊车纵向制动力。 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： 式中 m起重量相同的吊车台数， n吊车每侧的制动轮数。 T0由纵向排架或柱间支撑承担，在横向排架计算中不予考虑,吊车纵向水平荷载T0,3.3.2 荷载计算,风荷载标准值： 式中：w0基本风压； z 风振系数，对单层厂房取z 1； z风压高度变化系数，分A、B、C、D四类； s风载体型系数,5) 风荷载q1/q2/Fw,3.3.2 荷载计算,5) 风荷载q1/q2/Fw,柱顶以下按均布考虑,z按柱顶高度取值； 柱顶以上以集中荷载

22、形式作用于柱顶,z按天窗檐或厂房檐口高度取值,q1/q2：作用于柱顶以下计算墙面上的均布风荷载； Fw：作用于柱顶以上的集中风荷载，包括屋面风荷载合力的水平分 力及屋架端部高度范围内墙体迎风面和背风面风荷载的合力,工程简化,3.3.3 剪力分配法计算排架内力,排架内力分析方法： 柱顶水平位移相等的排架等高排架剪力分配法 柱顶水平位移不相等的排架不等高排架力法,3.3.3 剪力分配法计算排架内力,等高排架,等高排架,等高排架,不等高排架,不等高排架,不等高排架,剪力分配法适用荷载对称结构不对称或结构对称荷载不对称等工况,3.3.3 剪力分配法计算排架内力,当单位水平力作用于单阶悬臂柱顶端时，柱顶

23、水平位移为,反映了柱抵抗侧移的能力，称为柱的抗剪刚度或抗侧移刚度,抗剪柔度系数,抗侧移刚度,3.3.3 剪力分配法计算排架内力,1) 柱顶作用水平集中力时的内力计算,3.3.3 剪力分配法计算排架内力,1) 柱顶作用水平集中力时的内力计算,根据求出的柱顶剪力，各排架柱按悬臂柱进行弯矩计算,剪力分配系数,3.3.3 剪力分配法计算排架内力,2) 柱顶任意荷载作用时的内力计算,步骤： 在排架柱顶附加一个不动铰支座以阻止水平侧移，求出支座反力R及各柱顶支座反力Ri，R=Ri,3.3.3 剪力分配法计算排架内力,2) 柱顶任意荷载作用时的内力计算,步骤: 撤除附加不动铰支座，并将支座反力R反方向作用于

24、排架柱顶，以恢复原结构体系，利用剪力分配法求出各柱顶的剪力i (Fw+R,3.3.3 剪力分配法计算排架内力,2) 柱顶任意荷载作用时的内力计算,步骤： 将上述两步结果叠加即得排架各柱顶的实际剪力： Vi=Rii (Fw+R,3.3.4 力法计算不等高排架内力,3.3.4 力法计算不等高排架内力,不等高排架在任意荷载作用下，因高、低跨的柱顶位移不相等，故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,问题：不等高排架在任意荷载作用下的内力如何求解,3.3.4 力法计算不等高排架内力,将刚性横梁切开, 代以基本未知力，根据横梁两端水平位移相等的变形条件，利用结构力学中的力法进行求解,

25、1) 控制截面 荷载作用下柱内力沿柱高变化 设计时选择对全柱配筋起控制截面进行内力组合 上柱和下柱各自配筋 分别找出上柱及下柱的控制截面。 上柱：柱底 II； 下柱：牛腿顶面IIII 底面 IIIIII,3.3.5 排架内力组合,3.3.5 排架内力组合,3.3.5 排架内力组合,即是分析各种荷载同时出现的可能性，以便把各个控制截面所对应的内力相组合。 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,由永久荷载效应控制的组合,2) 荷载组合,3.3.5 排架内力组合,2) 荷载组合,对于不考虑抗震设防的单层厂房，荷载组合情况有： 1.2恒载效应

26、标准值0.91.4（活载风载吊车荷载）效应标准值 1.2恒载效应标准值0.91.4（活载风载）效应标准值 1.2恒载效应标准值0.91.4（风载吊车荷载）效应标准值 1.2恒载效应标准值1.4（活载吊车荷载）效应标准值 1.2恒载效应标准值1.4吊车荷载效应标准值 1.2恒载效应标准值1.4风载效应标准值,3.3.5 排架内力组合,3) 内力组合,内力组合的目的是为了钢筋混凝土柱的配筋设计。 对于大偏压构件，M越大，N越小 配筋越多 内力最不利 对于小偏压构件，M越大，N越大 配筋越多 内力最不利 内力组合的种类： +Mmax及相应的N、V； -Mmax及相应的N、V； Nmax及相应的M、V

27、； Nmin及相应的M、V,3.3.5 排架内力组合,内力组合的注意事项,恒载必须参与每一种组合。 组合的单一内力目标应明确：如以+Mmax为组合目标来分析荷载组合，并计算出相应荷载组合下的Mmax及N、V。 当以Nmax或Nmin为组合目标时，应使相应的M尽可能大； 当以Mmax为组合目标时，应使相应的N尽可能小。 同一跨内的Dmax和Tmax不一定同时产生，但组合时“有Tmax必有Dmax或Dmin”；Tmax不能脱离吊车竖向荷载而单独存在， “有Dmax或Dmin也必有Tmax”。 风荷载及吊车横向水平荷载均有向左及向右两种情况，只能选择一种参与组合。 有多台吊车时，吊车荷载的计算时应按

28、规范规定进行折减,3.3.6 考虑整体空间作用的计算,3.3.6 考虑整体空间作用的计算,单层厂房是由排架、屋盖系统、山墙、吊车梁及连系梁等纵向构件组成的空间结构，计算时取横向平面排架只是一种简化，与实际有差别,厂房两端无山墙时各榀排架柱顶位移一致； 厂房两端有山墙时各榀排架柱顶水平位移呈曲线分布； 厂房两端无山墙，单榀排架柱顶作用水平力，非直接受荷排架的约束使其柱顶的水平位移减小； 厂房两端有山墙时，受到非受荷排架和山墙两种约束，各榀排架的柱顶水平位移将更小,3.3.6 考虑整体空间作用的计算,整体空间作用： 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。其条件有两个：

29、 各横向排架之间必须有纵向构件联系； 各横向排架的刚度不同或承受的荷载不同,3.3.6 考虑整体空间作用的计算,当伸缩缝区段内两端无山墙，且各个横向排架承载相同时，不应考虑厂房的空间作用，按平面排架计算； 当一端或两端有山墙，且各个横向排架承受相同荷载作用时，仍可按平面排架计算，其结果偏于安全； 仅在吊车竖向及水平等局部荷载作用时，才考虑整体空间作用,实际工程简化,3.3.6 考虑整体空间作用的计算,单个水平荷载作用下的的空间作用分配系数k,空间作用分配系数k,k的物理意义： 当 k1时，直接承受荷载的排架所分担的荷载； k越小，通过纵向联系构件传给其它排架的水平力Rk 越大，其空间作用越大,

30、3.3.6 考虑整体空间作用的计算,屋盖刚度 屋盖刚度越大，传递的Rk越大，相应的k越小，空间作用越大。 承重排架刚度 承重排架刚度越大，分担的荷载越大，k越大，空间作用越小。 厂房两端有无山墙 有山墙比无山墙的空间作用大，有山墙k比无山墙k小。 厂房山墙的间距 山墙间距越小，屋盖平面刚度越大，空间作用越大，k越小,影响整体空间作用程度的因素,3.3.7 纵向柱距不等的排架内力计算,3.3.7 纵向柱距不等的排架内力计算,纵向柱距不等的排架，可选取合并单元进行内力计算,计算单元及计算简图,3.3.7 纵向柱距不等的排架内力计算,恒载、风载计算同等距排架 吊车荷载：应按计算单元的中间排架产生的D

31、3max、D3min、T3max时吊车位置来计算，即合并排架的吊车荷载为,荷载计算,内力还原： 按合并排架和荷载求得的内力还原以求得柱的实际内力。 吊车竖向荷载引起的柱轴力，应按该柱实际承受的Pmax、Pmin来计算，不能把合并排架求得的轴力除以2,3.3.8 复式排架的简化计算,3.3.8 复式排架的简化计算,1) 单层厂房有附属跨排架,满足EI1/EI21/20 时,附跨柱按柱顶为不动铰支点的独立柱计算，有风荷载作用时，可取柱顶反力为不动铰支座反力R的0.8倍。 主跨排架内力计算时，不考虑附跨排架参加工作，仅考虑附跨柱顶作用的垂直及水平荷载,3.3.8 复式排架的简化计算,当框架抗剪刚度大

32、于柱抗剪刚度的20倍时(如图a)，可取 X1=R； 当不满足上述条件时（如图b），可取 X1=0.95R； 当排架中屋架下弦高于框架顶层高时（如图c），取 X1=0.85R,由框架和排架组成,2) 复式排架,3.3.9 排架的横向刚度验算,3.3.9 排架的横向刚度验算,一般情况下排架横向刚度有保证，可不必验算。 当吊车吨位较大时，为安全计，应对吊车梁顶面与柱连接K处的水平位移进行验算,注意：横向刚度验算属正常使用极限状态，计算时荷载应取标准值，不考虑长期荷载效应的影响,当uK5mm时，满足正常使用要求； 当5mmuK10mm时，厂房柱应满足： 中、轻级工作制吊车：uK HK/1800； 重级

33、工作制吊车： uK HK/1800； 露天栈桥柱： uK 10mm且uK HK/2500,3.4 单层厂房柱,3.4.1 柱的形式及其截面设计 3.4.2 牛腿设计,3.4.1 柱的形式及其截面设计,3.4.1 柱的形式及其截面设计,柱的形式：矩形柱、工字形柱、双肢柱等。 柱的截面设计步骤： 确定柱的计算长度（l0）； 柱的配筋计算； 柱的吊装验算。 参考相应的规定，一般为： h500mm时，采用矩形实腹柱； h600800mm时，采用工字形或矩形柱； h9001200mm时，采用工字形柱； h13001500mm时，采用工字形或双肢柱。 配筋计算：采用对称配筋,3.4.1 柱的形式及其截面设

34、计,柱的形式,工字型柱的外形尺寸,3.4.1 柱的形式及其截面设计,柱的计算长度,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l0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,3.4.1 柱的形式及其截面设计,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30 mm和1.5d，下部不应小于25mm和d。 偏心受压柱中

35、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300mm,构造要求,3.4.2 牛腿设计,3.4.2 牛腿设计,牛腿分类： 短牛腿(图a)：a h0 按变截面深梁设计，通常简称为牛腿 长牛腿(图b)：a h0 按悬臂梁设计,3.4.2 牛腿设计,牛腿上部主拉应力迹线基本与牛腿上边缘平行，其拉应力沿牛腿长度方向均匀分布； 牛腿下部主压应力迹线大致与从加载点到牛腿下部转角的连线ab相平行； 牛腿中下部主拉应力迹线倾斜，加载后裂缝有向下倾斜的现象,环氧树脂牛腿模型光弹试验结果表明,3.4.2 牛腿设计,加载至 (2040)极限荷载时出现垂直裂缝，其原因为上柱根部与

36、牛腿交接处存在应力集中，对牛腿受力性能影响不大； 加载至(4060)极限荷载时，在加载板内侧出现第一条斜裂缝，大体与受压迹线平行，是控制牛腿截面尺寸的主要依据； 加载至80极限荷载时，突然出现第二条斜裂缝，预示牛腿即将破坏,钢筋混凝土牛腿试验表明,3.4.2 牛腿设计,1) 牛腿的破坏形态,弯压破坏(图a)： a/h00.75和纵筋配筋率较低 斜压破坏(图b、c)： a/h0=0.10.75 剪切破坏(图d)： a/h00.1或a/h0值虽大但h1较小时 此外，还会发生因加载板尺寸过小而导致加载板下混凝土发生局压破坏(图e)及纵向受力钢筋锚固破坏,3.4.2 牛腿设计,牛腿的设计步骤： 确定牛

37、腿截面尺寸； 牛腿的配筋计算及配筋构造； 验算局部受压承载力,2) 牛腿的设计,截面尺寸的确定： 宽度b：与柱同宽； 高度h：按构造要求确定截面高度后再验算，一般以 斜截面的抗裂度为标准，即控制牛腿在使用 阶段不出现或仅出现细微裂缝为准,3.4.2 牛腿设计,裂缝控制要求,1-0.5Fhs/Fvs)是考虑在水平拉力Fhs和竖向 力Fvs同时作用下对牛腿抗裂度的影响。 是考虑了不同使用条件对牛腿抗裂度的要求，即 ： 0.65时，牛腿在正常使用条件下基本不出现裂缝； 0.70时，大部分牛腿在正常使用条件下不出现斜裂缝或 少数牛腿偶尔出现一些微细裂缝； 0.80时，可使牛腿在正常使用条件下不出现或仅

38、出现微 细裂缝,3.4.2 牛腿设计,局压控制要求,为防止剪切破坏，牛腿外边缘高度应满足： h1h/3，且h1200mm 牛腿底面倾角一般为45，不应 45，以防止底面与下柱交接处应力严重集中,3.4.2 牛腿设计,计算模型： 试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下，其受力特征可以用三角桁架模型来描述： 牛腿顶部水平纵向受力钢筋为拉杆，牛腿内斜向受压砼为压杆,3) 牛腿的配筋计算与配筋构造,3.4.2 牛腿设计,对牛腿与下柱交接处压力合力作用位置取矩，纵向受拉钢筋的计算面积为,承载力计算,3.4.2 牛腿设计,牛腿的配筋构造,纵向受拉钢筋：满足=0.2%-0.6%，且不得下弯兼作弯起钢筋；

39、 水平箍筋：6-12100-150mm，且在上部2h0/3范围内 As/2； 弯起钢筋：a/h00.3 时应设置弯起钢筋,3.5 柱下单独基础,3.5.1 概述 3.5.2 柱下扩展基础 3.5.3 高杯口基础设计,3.5.1 概述,3.5.1 概述,1) 基础设计满足的条件 地基具有足够的稳定性： 地基不发生过大变形及足够的承载能力。 基础具有足够的强度、刚度和耐久性： 基础本身不发生冲切、受弯和剪切破坏,2) 基础的设计条件 上部承重结构(柱/墙)传来的作用力(N、M、V)； 地基土层的性质及承载力(f,3.5.1 概述,3) 基础设计的内容,基础的型式：刚性基础 VS 柔性基础 刚性基础

40、：砖、毛石、素混凝土、片石混凝土等基础 柔性基础：钢筋混凝土基础 埋置深度： 浅基础（dL且d5m）VS 深基础（d5m） 浅基础：单独基础、条形基础、十字交叉基础、箱基、筏基等 深基础：桩基础、沉井基础、地下连续墙等 基础底面尺寸：b、L 基础高度：h 底板的配筋计算：纵向As1 ，横向As2,选型及埋深等详见地基基础教程,3.5.1 概述,轴心受压基础 按受力性能来分 偏心受压基础 预制柱基础 按施工方法来分 现浇柱基础 锥形基础 按截面形式来分 阶梯形基础,4) 柱下单独基础的分类,3.5.1 概述,常见柱下独立基础的形式,3.5.2 柱下扩展基础,3.5.2 柱下扩展基础,柱下扩展基础

41、典型破坏形态,按地基承载力确定基础底面尺寸； 防止(a)沉降过大 地基的设计 按抗冲切承载力验算确定基础的高度； 防止(b)冲切破坏 基础本身的设计 按基础受弯承载力计算基础底板钢筋。 防止(c)弯曲破坏 基础本身的设计,设计内容,3.5.2 柱下扩展基础,1) 确定基础的底面尺寸,假定：基础本身绝对刚性； 地基土反力为线性分布,轴心受压柱基础的底面尺寸,基础底面的反力为均匀分布，设计时应满足,若基础埋置深度为d，基础及其上填土的平均重度为 ，则 。 基础底面面积为,方形基础,3.5.2 柱下扩展基础,偏心受压柱基础的底面尺寸,偏心荷载作用时，基础底面反力线性非均匀分布，则边缘压力为,3.5.

42、2 柱下扩展基础,当eb/6时，Pmin0，说明基础底面积一部分将产生拉应力(图c)，但因基础与地基不可能受拉，故基础与地基接触面之间是脱开的，此时基底承受地基反力的面积为3kL，因此Pmax为,在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应满足,问题：为什么乘以1.2,3.5.2 柱下扩展基础,偏心受压柱基础的底面尺寸试算法的流程,按轴压柱基础计算基底面积A,取A =bL = (1.21.4)A,确定基础长、短边尺寸b、L,假定b/L1.53.0,计算基础底面边缘Pmax和Pmin,验算Pf ，Pmax1.2f,结束,满足,调整b、L,3.5.2 柱下扩展基础,2) 确定基础高度,构造要求； 抗冲切承

43、载能力要求,构造要求 现浇柱下基础： 基础有效高度：h0la(la为纵筋锚固长度)； 纵筋搭接长度：受拉区：1.2la300mm； 受压区：0.85la250mm,3.5.2 柱下扩展基础,预制柱下基础： 为嵌固预制柱，要求有足够的杯口深度H1；为抵抗吊装柱对基底板的冲击，要求杯底有足够的a1；为了柱和基础整体浇注细石混凝土，柱和杯底之间留50mm空隙。故基础高度为： hH1+a1+50mm,柱的插入深度H1(mm,3.5.2 柱下扩展基础,基础抗冲切强度验算,独立基础高度除满足构造要求外，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,基础在基底土反力的

44、剪力作用下将发生沿柱边45方向的冲切破坏，为斜截面上砼主拉应力超过其抗拉强度的斜拉破坏，破坏面为锥形斜截面,3.5.2 柱下扩展基础,作用于基础底板上的荷载有： 由柱传来的M、N和V； 基础与填土自重G； 底板上产生的向上线性反力Pmax和Pmin,基础底板的荷载,净反力： 冲切破坏仅由柱传来的集中荷载M、N和V产生，将此部分反力称为净反力Pn,max和Pn,min,3.5.2 柱下扩展基础,基础底板的冲切荷载效应,式中： pn基底的单位面积净反力，可取为pn,max。 Al冲切破坏面以外的基底冲切力作用面积,问题：破坏面以外的基底冲切力作用面积Al如何求解,3.5.2 柱下扩展基础,破坏面以

45、外的基底冲切力作用面积A1,3.5.2 柱下扩展基础,柱下基础通常不设抗剪的箍筋和弯筋，仅依靠混凝土抗冲切。当破坏锥面斜截面上的主拉应力超过混凝土的抗拉强度时，则产生冲切破坏。 抗冲切承载力取混凝土的抗拉强度与相应斜截面的水平投影面积的乘积。 按经验公式，一个冲切面上的承载力设计值FL为,基础抗冲切承载力,3.5.2 柱下扩展基础,抗冲切强度验算： 冲切荷载设计值不大于抗冲切承载力，即,此外，基础高度尚应满足受剪承载力要求,式中：hp受冲切承载力的高度影响系数，h800mm取1.0， h=2000mm取0.9，其间按线性内插法取用。 ft混凝土的轴心抗拉强度设计值。 bm冲切破坏锥体最不利一侧

46、的计算长度,式中：A 验算截面处的受剪截面面积,3.5.2 柱下扩展基础,基础底板在两个方向均产生向上的弯曲，因此两个方向都配置受力钢筋。 控制截面 柱与基础交接处I-I、II-II；阶形基础的变阶处III-III、IV-IV,3) 基础底板配筋,3.5.2 柱下扩展基础,计算简图,基础视为固定在柱或变阶处四边的悬臂板； 为便于计算，将柱四角与基础板四角对应相连，将板划分为四块，并将每一块视为一端固定于柱边、三边自由的悬臂板，彼此互不联系,3.5.2 柱下扩展基础,轴心受压基础内力计算,沿长边b方向柱边截面I-I的弯矩MI为,沿短边L方向柱边截面II-II的弯矩MII为,3.5.2 柱下扩展基

47、础,偏心受压基础内力计算,沿长边b方向柱边截面I-I的弯矩MI为,沿短边L方向柱边截面II-II的弯矩MII为,3.5.2 柱下扩展基础,截面抗弯的内力臂一般近似取0.9h0。 沿长边方向底板配筋As1为,沿短边方向布置的底板配筋As2，一般布置在长边方向钢筋的上面，则有,配筋计算,3.5.2 柱下扩展基础,基础形状及截面尺寸构造： 轴心受压基础底面一般采用正方形。 偏心受压基础应采用矩形，长边与弯矩方向平行。 长、短边之比在1.52.0之间，不应超过3.0。 基础的截面形状一般可采用对称的阶梯形或锥形。 锥形基础的边缘高度不宜小于300mm。 阶形基础的每阶高度宜为300500mm。一般，h

48、1000mm时，分三阶；当500mmh1000mm时，分为两阶；当h500 mm时则只做一阶,4) 构造要求,3.5.2 柱下扩展基础,基础形状及截面尺寸构造,普通独立基础杯底厚度和杯壁厚度,高杯口基础杯壁厚度,3.5.2 柱下扩展基础,混凝土强度及配筋构造,混凝土宜C20，基础下50-100mm厚C10垫层。 底板钢筋采用HPB235/HRB335，受力钢筋的最小直径宜10mm 100200mm。 当基础底面边长3.0m时，底板受力钢筋的长度可取边长的0.9倍，并宜交错布置,3.5.2 柱下扩展基础,混凝土强度及配筋构造,当有垫层时，受力钢筋的保护层厚度宜35mm，无垫层时宜70mm。 对于

49、现浇柱下基础，如与柱不同浇注时，其插筋根数应与柱内纵向受力钢筋相同，插筋的锚固及与柱纵筋的搭接长度，应符合规范规定,3.5.2 柱下扩展基础,预制基础的杯口形式和柱的插入深度,柱基础可采用单杯口(矩形或工字形截面)、双杯口形式(双肢柱,柱插入深度H1除满足构造要求外，还应满足： HPB235： la=30d H1la HRB335： la=40d （柱纵筋锚固长度要求） HRB400： la=45d H10.05柱长 （柱吊装稳定性要求,3.5.2 柱下扩展基础,无短柱基础杯口的配筋构造,当柱为轴心或小偏心受压，且t/hs0.5时，或t/hs0.75时，杯壁可不配筋；当柱为柱下受压或小偏心受压，且0.5t/hs0.65时，杯壁可按下表配筋；否则应按计算配筋,当双杯口基础的中间隔板宽度小于400mm时，应在隔板内配置12200的纵向钢筋和8300的横向钢筋(如图,3.5.3 高杯口基础设计,3.5.3 高杯口基础