钢筋混凝土设计原理 第13章单层厂房结构

1、第13章 单层厂房结构单层厂房结构13.1 结构特性和体系结构特性和体系13.2 结构布置和主要结构构件结构布置和主要结构构件13.3 排架结构的内力分析排架结构的内力分析13.4 钢筋混凝土柱和基础设计钢筋混凝土柱和基础设计1. 结构特性结构特性为什么要设计层单层结构？为什么要设计层单层结构？q机器设备和产品较重，且需一定起重量的起重设备；机器设备和产品较重，且需一定起重量的起重设备；q生产工艺需要较大面积的生产空间；生产工艺需要较大面积的生产空间；q设备需要一定埋深的设备基础；设备需要一定埋深的设备基础；q采光、通风、保温等功能需要；采光、通风、保温等功能需要；单层厂房结构的优点单层厂房结

2、构的优点q设计标准化、构配件生产工厂化、施工机械化；设计标准化、构配件生产工厂化、施工机械化；q设计和施工周期短；设计和施工周期短；q空间大，易布置；空间大，易布置；q质量好，且易控制。质量好，且易控制。2. 结构体系结构体系传统结构体系传统结构体系“板架柱板架柱”结构体系（包括天窗架、支撑、结构体系（包括天窗架、支撑、围护结构和基础等）围护结构和基础等）结构体系分类结构体系分类按厂房高度分类：按厂房高度分类：有等高多跨；不等高多跨有等高多跨；不等高多跨按厂房跨数分类：按厂房跨数分类：有单跨；多跨有单跨；多跨按屋盖组成分类：按屋盖组成分类：有有檩体系；无檩体系；露天有有檩体系；无檩体系；露天按

3、屋盖结构的连续性分类：按屋盖结构的连续性分类：有装配简支；装配简支有装配简支；装配简支按屋脊形式分类：按屋脊形式分类：有单屋脊；多屋脊；锯齿形有单屋脊；多屋脊；锯齿形按结构承重方式分类：按结构承重方式分类：有横向承重；纵向承重有横向承重；纵向承重“板架柱板架柱”结构体系组成结构体系组成结构受力性能结构受力性能通常将该空间结构体系简化为横向或纵向平面排架通常将该空间结构体系简化为横向或纵向平面排架计算。其在竖向荷载（主要为重力荷载）和水平荷计算。其在竖向荷载（主要为重力荷载）和水平荷载（风、吊车制动力、水平地震作用载（风、吊车制动力、水平地震作用)作用下具有较作用下具有较好的受力性能。但由于该结

4、构较空旷，其空间刚度好的受力性能。但由于该结构较空旷，其空间刚度较小，整体性差，因此抵御水平荷载作用的能力很较小，整体性差，因此抵御水平荷载作用的能力很弱。设计时通过设置各种支撑提高其空间刚度。弱。设计时通过设置各种支撑提高其空间刚度。结构的传力方式结构的传力方式地基地基基础基础基础梁基础梁柱柱围护结构围护结构吊车梁吊车梁风荷载风荷载屋面屋面非传统结构体系非传统结构体系q门式刚架结构体系门式刚架结构体系qV形折板结构体系形折板结构体系qT形板结构体系形板结构体系q落地拱结构体系落地拱结构体系q壳体结构体系壳体结构体系1.平剖面尺寸和平剖面尺寸和 变形缝变形缝根据生产工艺和建筑平面设计要求确定下

5、列尺寸根据生产工艺和建筑平面设计要求确定下列尺寸跨度跨度跨度为跨度为18m和和18m以下，应采用以下，应采用3m的倍数；的倍数； 18m以上，宜以上，宜采用采用6m的倍数。的倍数。柱距柱距柱距应采用柱距应采用6m或或6m的倍数。的倍数。定为轴线定为轴线变形缝（伸缩缝）变形缝（伸缩缝）规范规范规定，装配式钢筋混凝土排架结构变形缝最大间规定，装配式钢筋混凝土排架结构变形缝最大间距宜取距宜取100m，露天取，露天取70m 。（见教材图示）。（见教材图示）2.屋盖结构布置和屋盖结构布置和 主要构件主要构件单层厂房的屋盖结构分单层厂房的屋盖结构分无檩体系无檩体系和和有檩体系有檩体系两种。两种。无檩体系无

6、檩体系组成：大型屋面板、天窗架、屋架和屋组成：大型屋面板、天窗架、屋架和屋盖支撑系统。盖支撑系统。有檩体系有檩体系组成：小型屋面板（或瓦材）、檩条、组成：小型屋面板（或瓦材）、檩条、天窗架、屋架和屋盖支撑系统。天窗架、屋架和屋盖支撑系统。有檩体系与无檩体系相比较，其构件多、传力途径有檩体系与无檩体系相比较，其构件多、传力途径长、承载力低、屋盖系统的刚度和整体性差。本章长、承载力低、屋盖系统的刚度和整体性差。本章主要介绍无檩体系。主要介绍无檩体系。屋面板屋面板预应力混凝土大型屋面板，它适用于保温预应力混凝土大型屋面板，它适用于保温或不保温卷材防水屋面，屋面坡度不应大或不保温卷材防水屋面，屋面坡度

7、不应大于于1/5。规格：。规格： ，其与屋架，其与屋架1.560.24mmm上弦不少于三点焊接上弦不少于三点焊接(焊缝长度不小于焊缝长度不小于8mm，厚度厚度不小于不小于6mm ）。）。檩条檩条檩条是置于屋架的上弦，将小型屋面板所承受檩条是置于屋架的上弦，将小型屋面板所承受的荷载传至屋架的构件，并与屋架焊接，以增的荷载传至屋架的构件，并与屋架焊接，以增加屋面体系的整体刚度。檩条的跨度一般为加屋面体系的整体刚度。檩条的跨度一般为4m或或6m 。屋架屋架屋架是屋盖体系的主要承重构件，其主要作屋架是屋盖体系的主要承重构件，其主要作用：用：q保持厂房内部具有与跨度相应的空间；保持厂房内部具有与跨度相应

8、的空间；q作为排架结构内力分析中的水平横梁；作为排架结构内力分析中的水平横梁；q直接承受其平面内由屋面板、檩条、天直接承受其平面内由屋面板、檩条、天窗架传来的荷载及悬挂吊车、管线的吊重；窗架传来的荷载及悬挂吊车、管线的吊重；q与屋架支撑组成水平的和垂直的支撑体与屋架支撑组成水平的和垂直的支撑体系，以保证屋盖体系具有足够的水平和竖系，以保证屋盖体系具有足够的水平和竖向刚度和某些屋架构件的稳定性。向刚度和某些屋架构件的稳定性。屋架型式和受力特点屋架型式和受力特点三角形屋架三角形屋架拱形屋架拱形屋架梯形屋架梯形屋架折线形屋架折线形屋架1824m跨度的钢筋混凝土或预应力混凝土屋架多做成折线跨度的钢筋混

9、凝土或预应力混凝土屋架多做成折线形，形， 24m以上跨度的屋架可做成梯形屋架。无论哪种屋架，以上跨度的屋架可做成梯形屋架。无论哪种屋架，其合理的高跨比为其合理的高跨比为1/61/8。 18m以下跨度可做成组合屋架。以下跨度可做成组合屋架。天窗架和托架天窗架和托架常用的天窗架跨度为常用的天窗架跨度为6m、 9m 。天。天窗架宜用钢材制作，也可采用矩窗架宜用钢材制作，也可采用矩形截面的钢筋混凝土天窗架。形截面的钢筋混凝土天窗架。有时由于生产工艺的需要，抽取某个柱子，其该柱有时由于生产工艺的需要，抽取某个柱子，其该柱所支撑的屋架由托架承担。托架将屋面荷载传至支所支撑的屋架由托架承担。托架将屋面荷载传

10、至支撑托架的柱。托架的跨度一般为撑托架的柱。托架的跨度一般为12m。三角形托架三角形托架折线形托架折线形托架3.屋盖支撑体系屋盖支撑体系为什么要设置屋盖支撑为什么要设置屋盖支撑? ?屋盖支撑系统包括屋盖支撑系统包括: :天窗架支撑、屋架上弦支撑、天窗架支撑、屋架上弦支撑、屋架下弦支撑、屋架垂直支撑及水平系杆屋架下弦支撑、屋架垂直支撑及水平系杆。天窗支撑天窗支撑由于一般天窗架跨度由于一般天窗架跨度12m，可仅设天窗可仅设天窗架垂直支撑，设置在架垂直支撑，设置在天窗端部第一天窗端部第一柱距及设有柱间支撑的柱距内的天窗两侧柱距及设有柱间支撑的柱距内的天窗两侧。屋架上弦支撑屋架上弦支撑在每一伸缩缝区段

11、端部第一或第二在每一伸缩缝区段端部第一或第二柱间距内布置在屋架上弦平面内。柱间距内布置在屋架上弦平面内。其作用：其作用：(1）传递山墙风荷载；传递山墙风荷载； ( 2）其与屋架上弦形其与屋架上弦形成水平桁架。成水平桁架。(有天窗时沿屋脊设置水平系杆）有天窗时沿屋脊设置水平系杆）屋架下弦支撑屋架下弦支撑下弦水平支撑应根据下列要求设置：下弦水平支撑应根据下列要求设置：q当厂房跨度当厂房跨度18m时，应在每一伸缩缝区段端部第时，应在每一伸缩缝区段端部第一或第二柱距布置在屋架下弦平面内；当厂房跨度一或第二柱距布置在屋架下弦平面内；当厂房跨度 18m时且山墙传来的风荷载由屋架上弦支撑传递时，时且山墙传来

12、的风荷载由屋架上弦支撑传递时，可以不设；可以不设；q当厂房有沿纵向运行的悬挂吊车且吊点设在屋架当厂房有沿纵向运行的悬挂吊车且吊点设在屋架下弦时，应在悬挂吊车轨道尽头的柱间设置上述下下弦时，应在悬挂吊车轨道尽头的柱间设置上述下弦水平支撑；弦水平支撑；q当具有下列情况之一时，应设置交叉角钢、直腹当具有下列情况之一时，应设置交叉角钢、直腹杆和屋架下弦第一节点间组成水平桁架，即下弦纵杆和屋架下弦第一节点间组成水平桁架，即下弦纵向水平支撑：向水平支撑：（1）厂房内设有厂房内设有软钩软钩桥式吊车且厂房高大，吊车起重量大桥式吊车且厂房高大，吊车起重量大时（如等高多跨厂房柱高时（如等高多跨厂房柱高15m；无天

13、窗；无天窗 18m，中级工，中级工作制吊车起重量作制吊车起重量 50t 时时）；）；（2）厂房内设有厂房内设有硬钩硬钩桥式吊车桥式吊车（3）厂房内设有厂房内设有悬挂吊车悬挂吊车或设有或设有较大振动较大振动设备时；设备时；（4）厂房内设有厂房内设有托架托架时，这时下弦纵向水平支撑应布置在时，这时下弦纵向水平支撑应布置在托架所在柱间，并向两端各伸一个柱距。托架所在柱间，并向两端各伸一个柱距。q当设置下弦纵向水平支撑时，为保证厂房空间刚当设置下弦纵向水平支撑时，为保证厂房空间刚度，必须同时设置相应的下弦横向水平支撑，形成度，必须同时设置相应的下弦横向水平支撑，形成封闭水平支撑体系。封闭水平支撑体系。

14、屋架垂直支撑屋架垂直支撑十字交叉形十字交叉形h=25004000mmW形形h=10003000mmv一般情况下，厂房跨度一般情况下，厂房跨度 18m 30m30m时在屋架跨度时在屋架跨度1/31/3左右布置两道垂直支撑。左右布置两道垂直支撑。v当屋架端布高度当屋架端布高度 1.2m1.2m时，还应在屋架两端各布置一道垂直时，还应在屋架两端各布置一道垂直支撑。支撑。v当厂房伸缩缝区段当厂房伸缩缝区段90m90m时，还应在柱间支撑柱距内增设一时，还应在柱间支撑柱距内增设一道垂直支撑。道垂直支撑。v当屋盖设置垂直支撑时，应在未设置垂直支撑的屋架间，当屋盖设置垂直支撑时，应在未设置垂直支撑的屋架间，在

15、相应垂直支撑平面内的屋架在相应垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节点上弦和下弦节点处，设置通长处，设置通长的的水平系杆水平系杆。v凡设在屋架端部柱顶处和屋架上弦屋脊节点处的通长水平凡设在屋架端部柱顶处和屋架上弦屋脊节点处的通长水平系杆，均应采用系杆，均应采用刚性系杆刚性系杆，其余均可采用，其余均可采用柔性系杆柔性系杆 （刚性系（刚性系杆可用杆可用 2755、柔性系杆可用柔性系杆可用 2705 角钢制成）。角钢制成）。屋架支撑的组成屋架支撑的组成屋盖支撑一般用角钢制成，其节间应与屋架节间相适应。交屋盖支撑一般用角钢制成，其节间应与屋架节间相适应。交叉杆件的倾角为叉杆件的倾角为300 600 。支撑杆

16、件允许长细比见表。支撑杆件允许长细比见表13-1。其。其节点构造查阅有关资料的构造图集。杆件截面按构造确定，节点构造查阅有关资料的构造图集。杆件截面按构造确定，一般取用一般取用245 2 70。支支 撑撑 类类 型型压压 杆杆拉拉 杆杆屋盖支撑屋盖支撑200200400400上柱柱间支撑（中轻级工作制车间）上柱柱间支撑（中轻级工作制车间）150150400400下柱柱间支撑（中轻级工作制车间）下柱柱间支撑（中轻级工作制车间）150150300300表表13-1 支撑杆件允许长细比（支撑杆件允许长细比（ ）4.梁、柱体系布置梁、柱体系布置 和主要构件和主要构件 单厂结构中梁系由单厂结构中梁系由吊

17、车梁、连系梁、基础梁和圈吊车梁、连系梁、基础梁和圈梁梁组成；柱系由系列柱组成。柱、屋架和基础组成的组成；柱系由系列柱组成。柱、屋架和基础组成的排架结构体系将全部重力荷载及风荷载和纵横向水平排架结构体系将全部重力荷载及风荷载和纵横向水平地震作用传至地基。因此，柱系是单厂结构的最主要地震作用传至地基。因此，柱系是单厂结构的最主要构件。构件。吊车梁吊车梁吊车梁是承受桥式吊车吊车梁是承受桥式吊车垂直轮压垂直轮压和和水平制动力水平制动力的的构件。构件。 吊车梁常用类型有：钢筋混凝土等截面实腹吊车梁、混凝土吊车梁常用类型有：钢筋混凝土等截面实腹吊车梁、混凝土和钢组合梁、预应力混凝土先（后）张法等截面吊车梁

18、和后张和钢组合梁、预应力混凝土先（后）张法等截面吊车梁和后张法预应力混凝土变截面吊车梁。一般情况下，法预应力混凝土变截面吊车梁。一般情况下，6m 跨其重量跨其重量5 1010t的吊车梁采用钢筋混凝土构件；的吊车梁采用钢筋混凝土构件； 6m跨起重量跨起重量15/3 15/3 30/530/5t 的的吊车梁采用钢筋混凝土构件或预应力混凝土构件；吊车梁采用钢筋混凝土构件或预应力混凝土构件； 6m跨起重量跨起重量30/530/5t 以上的吊车梁和以上的吊车梁和12m跨吊车梁一般采用预应力混凝土构件。跨吊车梁一般采用预应力混凝土构件。 吊车梁一般根据吊车梁一般根据起重量、吊车工作制、吊车跨度吊车台数以起

19、重量、吊车工作制、吊车跨度吊车台数以及排架的柱间距及排架的柱间距等因数综合考虑确定。等因数综合考虑确定。连系梁和圈梁连系梁和圈梁连系梁和圈梁的作用：连系梁和圈梁的作用：连系梁承受围连系梁承受围护墙的重力荷载并传递给排架柱，基础护墙的重力荷载并传递给排架柱，基础梁也是连系梁；梁也是连系梁；圈梁将围护墙、排架柱、山墙抗风柱等连接圈梁将围护墙、排架柱、山墙抗风柱等连接在一起，增加结构体系的整体刚度，可以降低地基不均匀沉降在一起，增加结构体系的整体刚度，可以降低地基不均匀沉降和振动荷载对结构的不利影响。圈梁在平面上应尽可能沿整个和振动荷载对结构的不利影响。圈梁在平面上应尽可能沿整个厂房交圈。厂房交圈。

20、圈梁设置要求圈梁设置要求v对有桥式吊车的厂房，须在柱顶附近和吊车梁标高处各设对有桥式吊车的厂房，须在柱顶附近和吊车梁标高处各设一道圈梁；当外墙高度超过一道圈梁；当外墙高度超过15m时还应增设，通常每时还应增设，通常每4 6m高设一道；高设一道；v对无桥式吊车的厂房，须在柱顶附近设一道圈梁；当外墙对无桥式吊车的厂房，须在柱顶附近设一道圈梁；当外墙高度超过高度超过8m时还应适当增设；时还应适当增设；v圈梁截面宜与墙体厚度等宽，当墙厚圈梁截面宜与墙体厚度等宽，当墙厚240mm时，不宜小时，不宜小于于2/3墙厚。圈梁截面高度不宜小于墙厚。圈梁截面高度不宜小于120mm ；v圈梁可兼作门窗过梁。圈梁可兼

21、作门窗过梁。柱柱一般情况下，由于厂房设有吊车，因此单厂结构体系的一般情况下，由于厂房设有吊车，因此单厂结构体系的柱为变截面柱。柱为变截面柱。钢筋混凝土柱型式钢筋混凝土柱型式单肢柱：矩形、工字形、环形；单肢柱：矩形、工字形、环形；双肢柱：平腹杆双肢柱、斜腹杆双肢柱；双肢柱：平腹杆双肢柱、斜腹杆双肢柱；柱截面尺寸构造要求教材截面尺寸参考表。柱截面尺寸构造要求教材截面尺寸参考表。抗风柱抗风柱截面尺寸应满足下列要求：截面高度截面尺寸应满足下列要求：截面高度 h2 Hx/25，且且 h2600mm。截面高度。截面高度 b2 Hy/35， 且且 b2 350mm。抗风柱与屋架的连接详见有关构造详图。抗风柱

22、与屋架的连接详见有关构造详图。 柱间支撑柱间支撑承受山墙和屋盖横向水承受山墙和屋盖横向水平支撑传来的风荷载、平支撑传来的风荷载、屋盖传来的纵向水平地震作用以及吊屋盖传来的纵向水平地震作用以及吊车梁传来的吊车纵向水平制动力，并车梁传来的吊车纵向水平制动力，并将各荷载传至基础。此外，它还能提将各荷载传至基础。此外，它还能提高单厂结构体系的纵向刚度。高单厂结构体系的纵向刚度。设置位置设置位置v上柱柱间支撑设置在伸缩缝区段两侧，并与屋架横上柱柱间支撑设置在伸缩缝区段两侧，并与屋架横向水平支撑相对应的柱间以及伸缩缝区段中央柱间；向水平支撑相对应的柱间以及伸缩缝区段中央柱间；v上柱柱间支撑设置在伸缩缝区段

23、中部，并与上柱柱上柱柱间支撑设置在伸缩缝区段中部，并与上柱柱间支撑相应的位置。间支撑相应的位置。有下列情况时应设置柱间支撑有下列情况时应设置柱间支撑厂房跨度厂房跨度18m，或柱高或柱高8m ；设有起重量设有起重量10t的中、轻级工作制（的中、轻级工作制（A1A5)吊车吊车或设有重级工作制（或设有重级工作制（A6 、A7)吊车；吊车；设有起重量设有起重量3t的悬挂吊车；的悬挂吊车；露天吊车的柱列。露天吊车的柱列。柱间支撑的构造要求柱间支撑的构造要求v当柱截面高度当柱截面高度600mm时，下柱柱间支撑应设计成时，下柱柱间支撑应设计成双片，每片用单角钢做成交叉形，两片间用角钢或双片，每片用单角钢做成

24、交叉形，两片间用角钢或缀条连接；缀条连接；v交叉杆件的倾角一般为交叉杆件的倾角一般为350550；v两片支撑中心距等于柱高减去两片支撑中心距等于柱高减去200mm （工字形截（工字形截面柱取柱截面高度减翼缘高度；面柱取柱截面高度减翼缘高度；v双肢柱的下柱柱间支撑宜设置在吊车梁的垂直平双肢柱的下柱柱间支撑宜设置在吊车梁的垂直平面内；面内；v上柱柱间支撑一般为单片角钢做成的交叉杆；上柱柱间支撑一般为单片角钢做成的交叉杆；v柱间支撑钢杆件的长细比应满足柱间支撑钢杆件的长细比应满足表表131的要求。的要求。5.基础体系的布置基础体系的布置 和主要构件和主要构件单厂结构的基础主要采用柱下独立的现浇钢筋混

25、凝土单厂结构的基础主要采用柱下独立的现浇钢筋混凝土杯形基杯形基础础，承受排架平面内传来的作用力（，承受排架平面内传来的作用力（N、M 、V）。有柱间支）。有柱间支撑的柱下基础尚需承受排架平面外柱间支撑传来的作用力撑的柱下基础尚需承受排架平面外柱间支撑传来的作用力基础类型有：基础类型有：单杯口基础；双杯口或多杯口基础；单杯口基础；双杯口或多杯口基础；高杯口基础。高杯口基础。q整个厂房的整个厂房的基础顶面宜在同一标高基础顶面宜在同一标高，而各种杯口基础和设，而各种杯口基础和设备基础底面因备基础底面因地质条件和工艺地质条件和工艺要求不在同一标高时，应满足要求不在同一标高时，应满足下列要求：下列要求：

26、tantanZL（131）设备基础设备基础独立基础的外形及外形尺寸构造要求独立基础的外形及外形尺寸构造要求锥形基础锥形基础阶梯形基础阶梯形基础高杯口基础高杯口基础桩基础桩基础qt/h1值的要求与柱的受力状态和杯壁配筋有关（见计算）；值的要求与柱的受力状态和杯壁配筋有关（见计算）；q锥形基础的坡度锥形基础的坡度 tan2.5 2.5 ，a a2 2 a a1 1 ；q阶梯形基础，当阶梯形基础，当 H H850mm 850mm 时宜采用双阶，当时宜采用双阶，当H H900mm900mm时宜采时宜采用三阶，每阶高用三阶，每阶高300300 500mm500mm 。q钢筋混凝土杯形基础外形尺寸钢筋混凝

27、土杯形基础外形尺寸H H1 1、a a1 1、t t的要求见教材表；的要求见教材表；q双杯口基础除两杯口中心距为伸缩缝两侧双柱中心距双杯口基础除两杯口中心距为伸缩缝两侧双柱中心距1000mm1000mm外，其余尺寸要求与单杯口基础相同；外，其余尺寸要求与单杯口基础相同；q高杯口基础的柱插入深度高杯口基础的柱插入深度H H1 1和杯壁厚和杯壁厚t t的要求与一般杯口基的要求与一般杯口基础相似，杯口、短柱的设计计算可参考有关资料；础相似，杯口、短柱的设计计算可参考有关资料；基础梁基础梁吊车梁一般为梯形截面。吊车梁一般为梯形截面。吊车梁截面吊车梁截面0.00500.001. 基本假定和计基本假定和计

28、 算简图算简图基本假定基本假定(1)屋架与柱顶为屋架与柱顶为铰接铰接，只传递，只传递 N N 和和 V V，不传，不传递递 M M；(2)柱底柱底嵌固嵌固于基础，固定端位于基础顶面，不于基础，固定端位于基础顶面，不考虑各种荷载引起的基础角变形；考虑各种荷载引起的基础角变形；(3)横梁（或屋架）的横梁（或屋架）的轴向刚度无穷大轴向刚度无穷大，即不计，即不计其轴向变形的影响；其轴向变形的影响；(4)排架之间相互无联系排架之间相互无联系，即不考虑结构的空间，即不考虑结构的空间作用。（结构的空间作用用修正内力方法解决。作用。（结构的空间作用用修正内力方法解决。计算简图计算简图E AuE IuE IlE

29、 IlE IE AE A2uAE I2lAE IuBE IlBE I2uCE I2lCE I1L1L2L2L2. 排架荷载计算排架荷载计算屋盖荷载屋盖荷载1.屋盖永久荷载屋盖永久荷载屋盖永久荷载包括屋面构造层、屋面板、天窗架、屋架、屋盖永久荷载包括屋面构造层、屋面板、天窗架、屋架、屋盖支撑体系重力荷载以及与屋架连接的各种重力荷载。屋盖支撑体系重力荷载以及与屋架连接的各种重力荷载。以集中力以集中力G1作用于柱顶。作用于柱顶。1G1e2e1501G11Ge12Ge1G112G e eR HRR11Ge11uGe R H112uG e eR H112G e eR HR1G2.屋面可变荷载屋面可变荷载

30、屋面可变荷载包括屋面屋面可变荷载包括屋面均布活荷载均布活荷载、雪荷载雪荷载和和积灰荷载积灰荷载。均布活荷载均布活荷载：施工阶段的施工荷载和使用阶段的维修荷载。施工阶段的施工荷载和使用阶段的维修荷载。荷载规范荷载规范规定不上人屋面均布活荷载的标规定不上人屋面均布活荷载的标准值为准值为 0.5kN/m2 。雪荷载：雪荷载：按屋面水平投影面上的雪荷载计算。屋面雪荷载按屋面水平投影面上的雪荷载计算。屋面雪荷载的标准值的标准值 (kN/m2)按下式计算按下式计算0krssks(131)式中式中 基本风压；基本风压；屋面积雪分布系数。屋面积雪分布系数。0sr积灰荷载：积灰荷载：设计生产中有大量排灰的厂房及

31、其邻近厂房时，设计生产中有大量排灰的厂房及其邻近厂房时，应考虑厂房屋面水平投影面上的积灰荷载，应考虑厂房屋面水平投影面上的积灰荷载，按荷载规范按荷载规范取值。取值。注意注意v屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取较大值；较大值；v积灰荷载应与不上人屋面均布活荷载和雪荷载积灰荷载应与不上人屋面均布活荷载和雪荷载中的较大者同时考虑。中的较大者同时考虑。v屋面可变荷载以集中力的形式作用于柱顶，其屋面可变荷载以集中力的形式作用于柱顶，其作用点同屋盖永久荷载；作用点同屋盖永久荷载；v对多跨排架结构，要考虑可变荷载分布对结构对多跨排架结构，要考虑可变荷载分布对结构

32、的不利影响。的不利影响。柱、吊车梁和轨道及连接件重力载柱、吊车梁和轨道及连接件重力载2G3G4G2e4e柱自重分别上、下柱的体积计算；吊车柱自重分别上、下柱的体积计算；吊车梁和轨道及连接件重力荷载可从有关标梁和轨道及连接件重力荷载可从有关标准图查得，轨道及连接件重力荷载可按准图查得，轨道及连接件重力荷载可按0.8 1.0kN/m 估算估算。因为在一般情况下，施工时柱和吊车梁因为在一般情况下，施工时柱和吊车梁安装后再安装屋架，故柱和吊车梁重力安装后再安装屋架，故柱和吊车梁重力荷载作用下的内力分析可将柱视为悬臂荷载作用下的内力分析可将柱视为悬臂构件计算。构件计算。风荷载风荷载柱顶以上的风荷载通过屋

33、架以集中力柱顶以上的风荷载通过屋架以集中力Fw的形式作用于柱的形式作用于柱顶；柱顶以下的风荷载可近似按作用柱上计算。顶；柱顶以下的风荷载可近似按作用柱上计算。风荷载标准值风荷载标准值 （kN/m2)kw0kszww (132)式中式中 某地区基本风压值；某地区基本风压值；0w风荷载体型系数，是风吹到厂房表面引起的风荷载体型系数，是风吹到厂房表面引起的压力或吸力与理论风压的比值；压力或吸力与理论风压的比值；s风荷载高度变化系数，与地面粗糙程度和所风荷载高度变化系数，与地面粗糙程度和所求风压值处离地面高度有关。求风压值处离地面高度有关。zwF1q2qABC吊车荷载吊车荷载国家标准国家标准起重机设计

34、规范起重机设计规范（GB3811-83)参照国际标准参照国际标准起重设备分级起重设备分级(ISO4301-1980)的原则，吊车按其在使用的原则，吊车按其在使用期内要求的总循环次数以及荷载达到其额定值的频繁程度分期内要求的总循环次数以及荷载达到其额定值的频繁程度分成成轻、中、重和超重级轻、中、重和超重级四种工作制。根据要求的利用的等级四种工作制。根据要求的利用的等级和荷载状态，吊车分为和荷载状态，吊车分为8个工作级别个工作级别：A1 A8。工作制等级工作制等级轻级轻级中级中级重级重级超重级超重级工作级别工作级别A1 A3A4, A5A6, A7A8表表131 吊车的工作制等级与工作级别的对应关

35、系吊车的工作制等级与工作级别的对应关系按吊车吊钩的种类分为：按吊车吊钩的种类分为：软钩软钩、硬钩硬钩1.吊车竖向荷载吊车竖向荷载TQ1QTTTmaxPmaxPminPminPG荷载规范荷载规范规定：计算排架考虑规定：计算排架考虑多台吊车竖向荷载多台吊车竖向荷载时，对一时，对一层吊车单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车数层吊车单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车数不宜多于不宜多于2台台；对一层吊车多跨厂房的每个排架，对一层吊车多跨厂房的每个排架，不宜多于不宜多于4台台。最大轮压最大轮压 值通常可根据吊车型号、规格等由产品目录或值通常可根据吊车型号、规格等由产品目录或有关设计手册查得。对一般常用四轮吊

36、车，其相应的有关设计手册查得。对一般常用四轮吊车，其相应的 值值为为maxPminP1minmax12Q QGPP(133)2B1B1K2Kll1y2y3y4y2maxP2maxP1maxP1maxPmaxmaxiyDP(134)minminiyDP(135)式中式中 各轮压对应反力影响线的坐标值；各轮压对应反力影响线的坐标值；iy折减系数（考虑多台吊车同时均满载的荷载折减系数（考虑多台吊车同时均满载的荷载效应折减系数。效应折减系数。A1 A5A6 A82 20.90.90.950.954 40.80.80.850.85参与组合的吊车台数参与组合的吊车台数吊车工作级别吊车工作级别表表132 多

37、台吊车的荷载折减系数多台吊车的荷载折减系数minDmaxD1maxeD2mineDABminDmaxDAB1mineD2maxeD2.吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载对于四轮吊车满载运行对于四轮吊车满载运行时，每个轮子产生的横时，每个轮子产生的横向水平制动力的标准值向水平制动力的标准值为为1y2y3y4y1T1T2T2T2B1BmaxT114Q QT(136)式中式中 横向水平制动力横向水平制动力maxT系数，对软钩吊车其值为：当系数，对软钩吊车其值为：当Q Q100kN100kN时时，0.120.12， Q Q160160 500kN500kN时时， 0.100.10，当当Q Q750kN7

38、50kN时时，0.080.08 。对硬钩吊车其值为：对硬钩吊车其值为： 0.200.20 。吊车施加在排架结构上的横向水平荷载为吊车施加在排架结构上的横向水平荷载为maxiiyTT(137)maxTmaxTABCABCmaxTmaxTABmaxTmaxT荷载规范荷载规范规定：考虑多规定：考虑多台吊车水平荷载时，对单跨台吊车水平荷载时，对单跨或多跨厂房的每个排架，参或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车与组合的吊车台数不应多台数不应多于于2台台。3.吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载吊车纵向水平制动力与桥式吊车每侧的吊车纵向水平制动力与桥式吊车每侧的制动轮数制动轮数和吊车的最和吊车的最大轮压大轮压

39、有关。有关。吊车纵向水平荷载的标准值为吊车纵向水平荷载的标准值为maxPmax10lPnT(138)式中式中 吊车每侧吊车每侧制动轮数制动轮数，四轮桥式吊车，四轮桥式吊车 n=1n=1；制动轮在轮压下与轨道间的滑动摩擦系数。制动轮在轮压下与轨道间的滑动摩擦系数。n1/10注意注意q当厂房有柱间支撑时，全部吊车纵向水平荷载由柱当厂房有柱间支撑时，全部吊车纵向水平荷载由柱间支撑承担；间支撑承担；q当厂房无柱间支撑时，全部吊车纵向水平荷载由同当厂房无柱间支撑时，全部吊车纵向水平荷载由同一伸缩缝区段内的所有各柱共同承担；一伸缩缝区段内的所有各柱共同承担；q不论单跨或多跨厂房，参与组合的吊车台数不应多不

40、论单跨或多跨厂房，参与组合的吊车台数不应多于两台。于两台。墙体荷载墙体荷载5G5G5e3.排架结构的内力排架结构的内力 计算方法计算方法内力计算方法内力计算方法v先按平面排架计算内力，在考虑厂房整体空间作用；先按平面排架计算内力，在考虑厂房整体空间作用；v计算排架在每种荷载作用的内力，绘出排架柱内力图；计算排架在每种荷载作用的内力，绘出排架柱内力图；v确定柱的几个关键控制截面；确定柱的几个关键控制截面；v关键控制截面的内力不利组合；关键控制截面的内力不利组合；v根据控制截面的内力最不利组合，进行截面设计。根据控制截面的内力最不利组合，进行截面设计。单阶悬臂柱柱顶在单位力作用下的位移单阶悬臂柱柱

41、顶在单位力作用下的位移uIlI11a1HH23H13HH2 13HH令：令：uHHulnII则则()1lHH33301113allHHnCE IE I由图乘法求得由图乘法求得(139)033111Cn下端为固定上端为不动铰支座单阶柱在任意荷载作用下端为固定上端为不动铰支座单阶柱在任意荷载作用下的内力计算下的内力计算uIlI1aRMMaHH12HaRHaMRHaMR HaRMV由柱顶的变形协调条件可得由柱顶的变形协调条件可得aaR(1310)由图乘法求得由图乘法求得22()12lHE I(1311)由式由式 (1310) 可得可得223132111aaMMCRHHn(1312)223132111

42、Cnv单阶变截面柱在各种荷载作用下的柱顶反力系数见教材单阶变截面柱在各种荷载作用下的柱顶反力系数见教材的附表。的附表。柱顶反力系数柱顶反力系数等高排架内力计算等高排架内力计算1.排架柱顶作用集中荷载排架柱顶作用集中荷载12inF12innViV1V2V由基本假定：横梁的轴刚度无穷大可得由基本假定：横梁的轴刚度无穷大可得12in121niniiVVVVVF(1313)(1314)1,2in(1315)11iiiiV将式将式(1315)代入式代入式(1314)可得可得11211111niiniF则则111niiF(1316)将式将式(1316)代入式代入式(1315)可得可得111iniiiiVF

43、F1,2in(1317)式中式中 第第 i 柱的剪力分配系数。柱的剪力分配系数。i2.排架在任意荷载作用下排架在任意荷载作用下12inMuIlIMiiR12iniR不等高排架内力计算不等高排架内力计算不等高排架适合用力法求解不等高排架适合用力法求解。1x1x2x2xFABCabcd1x1x2x2xFABCabcdabcdABCabcd1111bdabc由未知力由未知力x1、x2处的变形协处的变形协调条件调条件 、 求解求解x1、x2 。abcd112abbdxxxF212cbddxxx(1318)4. 排架结构的排架结构的 内力组合内力组合内力组合的目的内力组合的目的：将各种荷载单独作用下计算

44、的内力，按：将各种荷载单独作用下计算的内力，按照它们照它们共同作用的可能性共同作用的可能性进行组合，以便求出构件控制截面进行组合，以便求出构件控制截面的最不利内力组合设计值，作为构件承载力极限状态的设计的最不利内力组合设计值，作为构件承载力极限状态的设计依据。依据。控制截面控制截面内力组合原则内力组合原则荷载规范荷载规范规定，对于承载力极限状态的基本组合，一规定，对于承载力极限状态的基本组合，一般排架的荷载效应组合的设计值为般排架的荷载效应组合的设计值为1 1）由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合11GkQ kGQSSS10.9GkQ kGQniiiSSS(1319)2 2）由永久

45、荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合1GkQ kGQniiciiSSS (1320)根据上述组合原则，对根据上述组合原则，对不考虑抗震设防不考虑抗震设防的单厂结构，按承载力的单厂结构，按承载力极限状态进行内力分析时，需进行以下可能的组合：极限状态进行内力分析时，需进行以下可能的组合： 1.2*恒荷恒荷+0.9*1.4(活荷活荷+风荷风荷+吊车荷载吊车荷载) 1.2*恒荷恒荷+0.9*1.4(风荷风荷+吊车荷载吊车荷载) 1.2*恒荷恒荷+0.9*1.4(活荷活荷+风荷风荷) 1.2*恒荷恒荷+0.9*1.4(活荷活荷+吊车荷载吊车荷载) 1.2*恒荷恒荷+1.4*吊车荷载吊车荷载 1.2

46、*恒荷恒荷+1.4*风荷风荷内力组合应注意的问题内力组合应注意的问题：q恒荷在任何一种内力组合下都存在；恒荷在任何一种内力组合下都存在；q吊车竖向荷载吊车竖向荷载 有分别作用在一跨厂房两个柱上的两种有分别作用在一跨厂房两个柱上的两种情况，每次只能选择其中一种情况参加内力组合；情况，每次只能选择其中一种情况参加内力组合；q在选择吊车横向水平荷载时，该跨必然作用有吊车的相应在选择吊车横向水平荷载时，该跨必然作用有吊车的相应竖向荷载；但选择吊车竖向荷载时，不一定存在该吊车相应竖向荷载；但选择吊车竖向荷载时，不一定存在该吊车相应的横向水平荷载；的横向水平荷载；q吊车横向水平荷载，可能是任意一跨内两台吊

47、车引起的，吊车横向水平荷载，可能是任意一跨内两台吊车引起的，存在作用在该跨两个柱上及两个方向制动的两种情况，只能存在作用在该跨两个柱上及两个方向制动的两种情况，只能选其中一种情况参加组合；也可能是任意两跨内由本跨一台选其中一种情况参加组合；也可能是任意两跨内由本跨一台最大吨位吊车引起的，也存在作用在本跨两个柱上以及两个最大吨位吊车引起的，也存在作用在本跨两个柱上以及两个方向制动的两种情况。对每一跨来说，只能选择上述两种可方向制动的两种情况。对每一跨来说，只能选择上述两种可能情况中的一种情况参加内力组合；对整个排架结构来说，能情况中的一种情况参加内力组合；对整个排架结构来说，可选择任意两跨的各一

48、种横向水平荷载参加内力组合；可选择任意两跨的各一种横向水平荷载参加内力组合；maxDq风荷载有左或右风压作用方向，只能选择其中一种参风荷载有左或右风压作用方向，只能选择其中一种参加内力组合。加内力组合。内力组合项目内力组合项目对实腹柱：对实腹柱：M、N 对柱截面配筋起控制作用，而对柱截面配筋起控制作用，而V一般不起控一般不起控制作用；制作用；空实腹柱：除考虑空实腹柱：除考虑M、N外，还考虑外，还考虑V的影响；的影响；基础设计：要考虑基础设计：要考虑M、N、 V共同作用的影响。共同作用的影响。截面最不内力组合截面最不内力组合： 及相应的及相应的 、 及相应的及相应的 、 及相应的及相应的 或或

49、、 及相应的及相应的 或或 、maxMNVmaxMNVmaxNmaxMmaxMVminNmaxMmaxMV1. 钢筋混凝土钢筋混凝土 柱设计柱设计柱的计算长度柱的计算长度规范规范规定：规定：有柱间支撑有柱间支撑无柱间支撑无柱间支撑单单 跨跨两跨及多跨两跨及多跨上上 柱柱下下 柱柱无吊车厂房无吊车厂房有吊车厂房有吊车厂房排排 架架 方方 向向垂垂 直直 排排 架架 方方 向向表表132 采用刚性屋盖的单层厂房排架柱的计算长度采用刚性屋盖的单层厂房排架柱的计算长度厂房类型、柱的类型厂房类型、柱的类型1.50H1.25H*2.0uH1.0lH1.0H1.0H1.25uH0.80lH1.0lH1.5u

50、H1.2H1.2H0l注：注：1.当计算中不考虑吊车荷载实，可按无吊车厂房柱的计算长度采用；但当计算中不考虑吊车荷载实，可按无吊车厂房柱的计算长度采用；但2.表中表中 * 的值仅用于的值仅用于 Hu/Hl 3情况，当情况，当 Hu/Hl h0牛腿的应力状态牛腿的应力状态牛腿破坏形态牛腿破坏形态弯压破坏弯压破坏裂缝裂缝 约为极限荷载的约为极限荷载的20% 40%，其走向是自上而下，此其走向是自上而下，此缝不形成破坏裂缝；缝不形成破坏裂缝；裂缝裂缝 约为极限荷载的约为极限荷载的40% 60%，其方向大致与主压应力其方向大致与主压应力迹线平行；迹线平行；（1）弯压破坏弯压破坏当当1a/h00.75或

51、纵筋配置或纵筋配置偏少偏少时，斜裂缝时，斜裂缝随荷载的增加不断向受压区延伸，同时随荷载的增加不断向受压区延伸，同时纵筋拉应力不断增加以至屈服，直至受压纵筋拉应力不断增加以至屈服，直至受压区混凝土被压碎而破坏。区混凝土被压碎而破坏。（2）斜压破坏斜压破坏斜压破坏斜压破坏当当a/h0 0.1 0.75时。时。（3）剪切破坏剪切破坏剪切破坏剪切破坏当当a/h00.1时。时。除上述三种主要破坏形态外除上述三种主要破坏形态外,还有因垫还有因垫板过小、牛腿顶面过窄而导致板过小、牛腿顶面过窄而导致局压破局压破坏坏；牛腿下部边缘坡度过陡，在竖向；牛腿下部边缘坡度过陡，在竖向和横向水平荷载共同作用下产生的和横向

52、水平荷载共同作用下产生的非非根部受拉破坏根部受拉破坏；纵筋因；纵筋因锚固不足导致锚固不足导致的破坏的破坏；牛腿几何尺寸的确定牛腿几何尺寸的确定04570Acv牛腿应与柱等宽；牛腿应与柱等宽；v牛腿外边缘高度牛腿外边缘高度h1h/3，且不且不应小于应小于200mm；v牛腿外边缘与吊车梁外边缘的牛腿外边缘与吊车梁外边缘的距离不宜小于距离不宜小于70mm ；v牛腿底边倾角牛腿底边倾角 45450 0 。截面高度截面高度h0的经验公式：的经验公式：001 0.50.5hktkvkvkfb hFFaFh(1321)式中式中 、 分别为作用于牛腿顶部按荷载短期效应分别为作用于牛腿顶部按荷载短期效应计算的竖

53、向力和水平拉力的标准值；计算的竖向力和水平拉力的标准值；vkFhkF裂缝控制系数，对支承吊车梁的牛腿取裂缝控制系数，对支承吊车梁的牛腿取0.65，对其他牛腿取，对其他牛腿取 0.8；应考虑安装偏差应考虑安装偏差 200mm，当竖向力作用，当竖向力作用点位于下柱截面以内时取点位于下柱截面以内时取 a=0；a牛腿于下柱交接处垂直截面的有效高度：牛腿于下柱交接处垂直截面的有效高度：，当 45 450 0 取 45 450 0 。01tanshh ac0h牛腿局部受压验算牛腿局部受压验算0.75vkcfFA(1322)式中式中 局压面积。局压面积。A牛腿的配筋计算牛腿的配筋计算根据牛腿弯压和斜压两种破

54、坏形式，将牛腿简化为三角桁架根据牛腿弯压和斜压两种破坏形式，将牛腿简化为三角桁架进行计算。进行计算。avFhFvFhFa0000.850.85vhhsyyyyah hFFFMAffffhh01.20.85vhyyaFFffh01.20.85vhsyyaFFAffh所以所以(1323)当当 aL1/6 时，时，pkmin0 ，基底部分受压；，基底部分受压；3L akkNGmaxkpea3La根据图示的平衡条件可得根据图示的平衡条件可得2max23kkNGpaL(1326)确定偏压基础底面积的步骤：确定偏压基础底面积的步骤：v根据场地的地质条件和工艺要求确定基础埋深根据场地的地质条件和工艺要求确定基础埋深D；预估基；预估基底的边长，取底的边长，取 L1/L2=1.5 左右；左右；v求求pkmax，使其满足下式要求，使其满足下式要求v由于地基土的压缩性以及土反力的