建筑混凝土和砌体结构设计

1、建筑混凝土和砌体结构设计平时成绩（30%）+期末成绩（70%）学 分2.5 学分 （3至12周） 成绩评定混凝土与砌体结构设计 学习钢筋混凝土单层厂房、多层框架结构及砌体结构的相关设计理论。 基本内容混凝土结构与砌体结构设计（混凝土结构中册）（中国建筑工业出版社）教 材 第12章单层厂房 第13章多层框架结构 第15章砌体结构设计 第12章单层厂房12.1 概述一、单层厂房特点占地较多。可构成较大空间，对各类工业生产均有较大的适应性，可布置大型设备，生产重型产品。厂房内可设置水平运输工具（如吊车），便于产品运输。可利用屋盖设置天然采光和自然通风装置。扩建、改建较方便，以适应生产发展需要。应用范

2、围广。一般来讲，布置大型设备，可自由设置地沟、地坑等。便于定型设计，使构配件标准化、系列化、通用化，适应工业化、机械化生产，缩短设计和施工时间。可充分利用地基承载力，布置大型设备基础。从结构角度来说，单层厂房：设计时应考虑采用交通工具的通行问题。厂房内布置大型设备，生产重型产品，因此厂房结构要承受较大的荷载，以及振动和撞击作用等。根据生产工艺要求，有些厂房要求防震、防爆、防放射线等，设计时必须采取相应的技术措施。有些厂房生产过程中需有各种技术管网，设计时应考虑各种管道的敷设和相应的荷载。按结构材料分类混凝土结构二、单层厂房结构型式全 钢 结 构混 合 结 构混凝土结构：钢筋砼柱+钢或钢筋砼屋架

3、全 钢 结 构：钢柱+钢屋架混 合 结 构：砌体（砖）柱+木、钢筋砼、轻钢屋盖 按结构材料分类适用范围：吊车吨位5T（或无吊车）、跨度15m、柱顶标高8m、无特殊工艺要求的小型厂房适用范围：吊车吨位250T、跨度36m、有特殊工艺 要求的大型厂房适用范围：介于全钢结构和混合结构的中型厂房按施工方法分类常用装配式单层厂房：各构件均为预制，现场装配成整体。按结构类型分类刚架结构排架结构屋架（屋面梁）柱基础柱基础门式刚架：可分为三铰刚架、两铰刚架和无铰刚架。本章主要讲述单层厂房装配式钢筋混凝土排架结构设计中的主要问题。一、结构组成屋盖结构纵向平面排架横向平面排架吊车梁基础支撑围护结构12.2 单层厂

4、房的结构组成和布置屋盖结构屋面板（天沟板）、屋架（屋面梁）、天窗架、托架等无檩体系：大型屋面板、屋架（屋面梁）有檩体系：小型屋面板、檩条、屋架（屋面梁）无檩体系比有檩体系刚度、整体性好，造价低排架结构横向平面排架 纵向平面排架横向平面排架纵向平面排架排架结构 横向平面排架 纵向平面排架横向平面排架纵向平面排架排架结构 横向平面排架 纵向平面排架柱基础屋架（屋面梁）横向平面排架由横梁（屋架或屋面梁）、横向柱列和基础组成，是厂房的基本承重结构。厂房结构承受的竖向荷载、横向水平荷载以及横向水平地震作用由横向平面排架承担，并传给基础及地基。纵向平面排架由纵向柱列、连系梁、吊车梁、柱间支撑和基础等组成。

5、排架结构 横向平面排架 纵向平面排架保证厂房的纵向稳定性及刚性，并承受作用在山墙、天窗端壁以及通过屋盖结构传来的纵向风荷载、吊车纵向水平荷载等，再将其传给基础及地基。另外还承受纵向水平地震作用、温度应力等。纵向平面排架排架结构 横向平面排架 纵向平面排架横向平面排架柱基础屋架（屋面梁）纵向平面排架柱较多，抗侧刚度较大，每根柱承受的水平力不大，往往不必计算。本章讲述横向平面排架的计算。简称排架。吊车梁 吊车梁一般为装配式，简支在牛腿上，承受吊车竖向荷载，横向或纵向水平荷载，并将它们分别传至横向或纵向平面排架。吊车梁排架柱牛腿吊车梁支 撑 包括屋盖支撑和柱间支撑。 作用是加强厂房结构的空间刚度，保

6、证结构在安装和使用阶段的稳定和安全，同时把风荷载、吊车水平荷载或水平地震作用传递到相应承重构件。基 础 承受柱和基础梁传来的荷载，并将它们传至地基。维护结构 纵墙、横墙（山墙）、连系梁、抗风柱（抗风梁或抗风桁架）和基础梁等。二、结构布置纵向定位轴线横向定位轴线1、平面布置（柱网布置）确定纵向定位轴线和横向定位轴线根据定位轴线确定排架柱的布置根据排架柱的布置确定其它构件（屋架、屋面板、天沟板、吊车梁、抗风柱、连系梁、基础及墙体等）的平面布置例如：屋面板：14905970 屋 架：17950二、结构布置纵向定位轴线横向定位轴线1、平面布置（柱网布置）布置原则：满足生产和使用要求使建筑和结构方案合理

7、适应生产发展和技术革新的要求等。纵向定位轴线横向定位轴线跨度柱距A、跨度：当L 18m，采用扩大模数30M数列 当L 18m，采用扩大模数60M数列B、柱距： 排架柱柱距一般采用60M数列 厂房结构主要尺寸和标高应满足生产工艺的要求，并符合厂房建筑模数规定，以100mm为基本单位，用“M”表示纵向定位轴线横向定位轴线跨度柱距排架柱的布置：纵向：排架柱外边缘（纵墙内边缘）一般与纵向定位轴线重合横向：柱中心线与横向定位轴线重合。 端部柱中心线由端部横向定位轴线向内移600mm。排架柱的布置：纵向：排架柱外边缘（纵墙内边缘）一般与纵向定位轴线重合横向：端部柱中心线由端部横向定位轴线向内移600mm。

8、 其余柱中心线与横向定位轴线重合。排架柱的布置：纵向：排架柱外边缘（纵墙内边缘）一般与纵向定位轴线重合横向：端部柱中心线由端部横向定位轴线向内移600mm。 其余柱中心线与横向定位轴线重合。跨度LkB2B3B1纵墙纵墙跨度L跨度：L=Lk+2e, e=B1+B2+B3Lk:吊车跨度（轨道中心线距离，吊车规格表查得）e : 吊车轨道中心线至纵向定位轴线距离 （750mm）B1 :吊车轨道中心线至吊车桥架外边缘距离（由吊车规格表查得）200400mmB2 ：吊车桥架外边缘至上柱内边缘的距离（吊车吨位50t，C 80mm；吨位75t，C 100mm)B3：上柱内边缘至纵向定位轴线距离 （上柱截面高度

9、）跨度：LkB2B3B1纵墙纵墙跨度L伸缩缝： 设置原因：厂房长度和跨度过大时，由于温度变化将使结构内部产生很大温度应力，影响使用。因此需设置伸缩缝。 设置目的：设置伸缩缝将厂房分成若干温度区段。 设置方法：从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结构完全分开，并留出一定的缝隙。在伸缩缝两侧设置并列的双排柱、双榀屋架，而基础则不分开，可做成双排柱连在一起的基础。伸缩缝两侧的柱中心线由横向定位轴线两侧各移动600mm。变 形 缝 变 形 缝 伸缩缝：沉降缝: 设置原因：为避免厂房基础不均匀沉降，需设置沉降缝。 设置目的：设置沉降缝将厂房分成若干刚度较一致的单元。 设置方法：将建筑物从屋顶到基础全部分

10、开，以使在缝两边发生不同沉降时不致损坏整个建筑物。变 形 缝 防震缝: 设置原因：减轻厂房震害。 设置目的：设置抗震缝，使各结构单元简单、规则，刚度和质量分布均匀，以避免地震作用下的扭转效应。 设置方法：将建筑物从屋顶到基础全部分开，满足抗震规范相应的要求。2、剖面布置确定排架柱柱顶标高（厂房高度）；确定牛腿顶面标高（上柱高度）确定纵向定位轴线与桥式吊车的相对位置（自学厂房建筑模数协调标准（GBJ 686）。由生产工艺要求决定厂房的高度牛腿顶面标高=轨道顶面标高-吊车轨道联结高度吊车梁端部高度-可由相应图集查出柱顶标高牛腿柱顶标高轨道顶面标高室内地面至柱顶的距离，采用3M数列室内地面至牛腿面高

11、度，采用3M数列排架柱柱顶标高=牛腿顶面标高吊车梁端部高度吊车轨道联结高度吊车轨道顶面至小车顶面高度安全间隙（220mm）+柱顶标高牛腿柱顶标高轨道顶面标高轨道顶面标高根据吊车型号确定厂房建筑模数协调标准（GBJ 686）规定：支撑体系：联系屋架、柱等主要构件使之构成整体分类： 屋盖支撑 柱间支撑单层厂房设计三、支撑布置作用：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有些水平荷载传递到主要承重构件为屋架弦杆提供侧向支撑点，减少计算长度具体布置方法、构造细节参阅有关标准图集单层厂房设计三、支撑布置1、屋盖支撑包括：上、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、 垂直支撑、水平系杆、天

12、窗支撑支撑：由交叉角钢杆件组成单层厂房设计上弦横向水平支撑布置在厂房端部及伸缩缝区段两端的第一或第二个柱距内的上弦平面内，作用：增强屋盖整体刚度，有效传递抗风柱 纵向风荷载到排架柱。上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑布置原则：（a）布置在厂房端部及伸缩缝区段两端的第一或 第二个柱距（b）跨度较大的无檩体系屋盖，当屋面板与屋架 焊接质量不能保证，且抗风柱与屋架上弦连接时；下弦横向、纵向水平支撑作用：有效传递山墙风荷载； 提高厂房空间刚度，增强排架间的空间作用， 保证横向水平荷载的纵向分布。下弦横向纵向水平支撑下弦横向水平支撑布置原则：（a）布置在厂房端部及伸缩缝区段两端的第一或 第二个柱距内；（b

13、）抗风柱与屋架下弦连接时；（c）有较大振动源。下弦纵向水平支撑布置原则：（a）一般布置在下弦第一节间平面内；（b）设有托架时，布置在托架所在的柱间，向两端 延伸一个柱间；（c）设有软钩吊车，但厂房高大，吊车吨位大时， 下弦端部 各布置一道通长的纵向水平支撑； 跨度较小的单跨厂房可沿下弦中部布置一道通 长的纵向水平支撑；（d）当有较大振动源时；当吊车吨位大或对厂房刚度有特殊要求时，可沿中间柱列增设纵向水平支撑。单层厂房设计屋架间垂直支撑和水平系杆A、垂直支撑：由角钢杆件与屋架垂直腹杆或天窗架 的立柱组成的垂直桁架。作用：保证屋盖系统的平面外稳定和屋架安装时的结构安全，将屋架上弦平面内水平荷载传递

14、到屋架下弦平面内，与横向水平支撑配合使用。B、纵向水平系杆：设置在屋架上、下弦及天窗上弦 平面内，纵向通长布置作用：为屋架弦杆提供侧向支撑点，减少计算长度， 保证屋架侧向（平面外）稳定垂直支撑和水平系杆布置原则：（a）L18m，在伸缩缝区段两端的第一或第二个柱间设置 一道中间（跨中）垂直支撑或两道对称垂直支撑，在 相应下弦节点设通长水平系杆；（b）梯形屋架支座处，设置屋架端部垂直支撑和相应水平系杆天窗架支撑包括：天窗架水平支撑、垂直支撑作用：水平支撑：保证天窗架弦杆平面外稳定，垂直支撑：保证天窗架安装时的稳定，将天窗端壁的风 荷载传至屋架上弦支撑2、柱间支撑包括：上部柱间支撑、 下部柱间支撑作

15、用：增强厂房的纵向刚度和稳定性。 将纵向风荷载、吊车纵向制动力等传向基础。单层厂房设计2、柱间支撑柱间支撑布置原则：（a）布置在伸缩缝区段的中央或临近中央， 厂房两端第一柱距内设置上部柱间支撑；（b）厂房内有重级工作制吊车，或中、轻级工作制 吊车起重量10t；或设有3t及3t以上的悬挂吊车； 或露天吊车的柱列；（c）厂房跨度18m，柱高8m；（d）纵向柱列的总数每排在7根以下。屋面板墙 体抗风柱圈 梁连系梁过 梁基础梁将山墙分成区格，分担墙体受到的风荷载增强房屋的整体刚度，应连续封闭（附加圈梁）连系纵向柱列，传递风荷载，承受墙体重量承托门窗洞口上的墙体重力承托维护墙体重力，一般搁置在基础杯口上

16、横墙（山墙）、纵墙无檩体系、有檩体系四、维护结构布置抗风柱1、抗风柱材料：砖（柱顶标高8m，跨度为912m）、钢筋混凝土连接：上端与屋架铰接（水平方向可靠连接，竖向允许有相对位移）下端与基础刚接截面：上柱：矩形 下柱：I形或矩形四、维护结构布置抗风柱与屋架上端与屋架铰接（水平方向可靠连接，竖向允许有相对位移）下端与基础刚接抗风柱与屋架2、圈梁、连系梁、过梁、基础梁圈梁：连续封闭（附加圈梁）连系梁：连系纵向柱列，传递风荷载，承受墙体重量过梁：尽量与圈梁、连系梁合并基础梁：承受墙体重量，并传给基础位置：基础梁搁在基础杯口上，与柱一般不连接注意：梁底距土壤预留100mm空隙；当基础下有冻胀土时，梁下

17、铺设松散材料，并留50150mm空隙基础梁单层厂房的构件连接1、屋面板与屋架2、屋架与排架柱单层厂房的构件连接3、吊车梁单层厂房的构件连接吊车梁与排架柱吊车梁与钢轨4、排架柱与基础单层厂房的构件连接排架柱吊装就位基础杯口排架柱临时固定细石混凝土填实5、基础梁与基础单层厂房的构件连接6、抗风柱与屋架单层厂房的构件连接上端与屋架铰接（水平方向可靠连接，竖向允许有相对位移）下端与基础刚接6、抗风柱与屋架单层厂房的构件连接7、连系梁与排架柱单层厂房的构件连接8、维护墙与排架柱8、维护墙与排架柱单层厂房的构件连接 12.2 单层厂房排架结构计算单层厂房实际是空间结构，为了方便可简化为平面结构进行计算。在

18、横向，按横向平面排架计算； 在纵向，按纵向平面排架计算。 且近似认为，各个排架之间互不影响，各自独立工作。由于纵向平面排架柱较多，一般不计算。仅研究横向平面排架计算。横向平面排架计算内容：确定计算简图，荷载计算，控制截面内力计算和内力组合，必要时应验算排架水平位移。计算步骤确定计算简图荷载计算内力计算内力组合柱、牛腿、基础设计如何由实际结构简化为计算简图？需要哪些假定？单层厂房可能有哪些荷载？各个具体荷载如何计算？荷载作用点在哪里？在每种荷载作用下，排架结构的内力如何计算？可变荷载较多时，是否所有可变荷载都同时考虑？显然不合理？如何组合？得到组合后的内力后，如何进行柱、牛腿和基础设计？一、计算

19、简图除边跨排架外外，各横向排架受力基本相同取典型一榀排架，由该排架相邻柱距的中心线截出一个典型区段，为该排架的计算单元计算假定：柱下端固结于基础顶面，上端与屋面梁或屋架铰接屋架或屋面梁没有轴向变形2、计算尺寸： 确定计算简图1、约束条件：柱底与基础固接，顶与屋架（屋面梁铰接）水平方向 取跨度竖直方向 上柱柱高？下柱柱高？柱总高=柱顶标高+基础顶面标高的绝对值室外地坪上柱高度=柱顶标高-牛腿顶面标高3、几何参数： 截面弯曲刚度：ECIu、ECIl二、荷载计算恒荷载活荷载屋架恒荷载F1上 柱 自 重 F2下 柱 自 重 F3吊车梁和轨道零件重F4维护结构重F5屋面活荷载F6吊车竖向荷载吊车横向荷载

20、吊车纵向荷载风 荷 载包括：屋面构造层重、屋面板（天沟板）及灌封重、天窗架重、屋架重、屋盖支撑重等，具体数值可查荷载规范。通过屋架传至排架柱顶面，其作用点位于屋架端部杆件中心线交点处(取纵向定位轴线内侧150mm处)。一般为偏心压力。屋架恒荷载F1F1 F屋架恒载F1作用点屋架恒载F1作用下的计算简图0恒荷载屋架恒荷载F1力的平移原理轴心压力作用下仅产生轴力F1=F1=F1M1=F1e1M1=F1e0F1、F1分别为作用于上柱和下柱的轴心压力F1M1F1M1F1M1注：对其他竖向荷载可同样换算。恒荷载上 柱 自 重 F2下 柱 自 重 F3F2F2M2M2=F2e0F3F3作用于基础顶面，下柱

21、截面形心处吊车梁和轨道零件重F4可由相应标准图集查得通过吊车梁，作用于牛腿顶面吊车梁中心线处M4=F4e4维护结构重F5F2作用于牛腿顶面上柱截面中心处墙体F5墙体F5M5M5=F5e5恒荷载F44F4M4屋架恒荷载F1上 柱 自 重 F2下 柱 自 重 F3吊车梁和轨道零件重F4维护结构重F5F1F2F3F4F5作用于上柱柱顶、沿上柱轴线的F1及M1，和作用于牛腿顶面、沿下柱轴线的F1及M1。作用于牛腿顶面，沿下柱轴线的F2及M2。作用于基础顶面。作用于牛腿顶面，沿下柱轴线的F4及M4。作用于牛腿顶面，沿下柱轴线的F5及M5。恒荷载在F1、F2、F3、F4、F5共同作用下，排架的计算简图为：

22、F1F1M1M1FFMMF3F3F=F1+F2+F4+F5F=?M=?M=M1+M2+M4+M5F1、F、F3仅引起上柱和下柱的轴心压力M1M1MM如何进行内力分析？恒荷载活荷载屋面活荷载F6包括：屋面均布活荷载、屋面积灰荷载、雪荷载。屋面均布活荷载不与雪荷载同时组合，仅取两者中较大值。荷载取值查阅建筑结构荷载规范（GB50009-2001）。通过屋架传至排架柱顶面，其作用点位于屋架端部杆件中心线交点处。一般为偏心压力。F6 F6屋架恒载F6作用点0屋架活载F6作用下的计算简图屋面均布活荷载屋面积灰荷载雪荷载 单层厂房屋面通常为不上人屋面，根据建筑结构荷载规范（GB500092001），单层厂

23、房钢筋混凝土屋面均布活荷载取2。 生产中大量排灰的厂房及邻近建筑物，应考虑积灰荷载。对于具有一定除尘设施和保证清灰制度的厂房屋面，屋面积灰荷载按建筑结构荷载规范（GB500092001）表和表采用。对于屋面上易形成灰堆处，设计时可乘以增大系数。 sk：雪荷载标准值r：屋面积雪分布系数，详见表10-3。排架计算时近似取1。 s0：基本雪压。根据年最大雪压进行统计分析确定活荷载活荷载吊车荷载（吊车竖向荷载、吊车横向及纵向水平荷载）桥式吊车简介：大车在吊车梁的轨道上沿厂房纵向行驶；小车在大车桥架的轨道上沿横向运行；带有吊钩的起重卷扬机安装在小车上。吊车竖向荷载传递路线？桥式吊车简介：大车在吊车梁的轨

24、道上沿厂房纵向行驶；小车在大车桥架的轨道上沿横向运行；带有吊钩的起重卷扬机安装在小车上。活荷载吊车竖向荷载传递路线？吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k活荷载吊车竖向荷载吊 车 梁排 架 柱吊有额定质量的小车开到大车的某一极限位置时，该侧大车对吊车梁的轮压最大，为Pmax,k，另一侧吊车轮压最小，为Pmin,k。 Pmax,k 和Pmin,k由吊车制造厂家提供。当大车移动到吊车梁某位置时，由Pmax,k对排架柱（吊车梁支座）产生最大压力Dmax,k，同时，另一侧由Pmin,k产生Dmin,k。Dmax,k和Dmin,k同时发生，可由吊车梁支座反力影响线求得。吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin

25、,k活荷载吊车竖向荷载吊 车 梁排 架 柱：吊车最大轮压和最小轮压：大车、小车自重标准值及额定起吊质量对应的重力标 准值吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k在竖向单位移动荷载下，结构某截面内力、反力或变形的量值随竖向荷载位置移动而变化的规律图像称为影响线。4llllDmax,k4llllDmax,k活荷载吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,kllDmax,kllDmax,ky1y2y1y2y3y4为多台吊车的荷载折减系数活荷载吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k作用下的计算简图Dmax,k作用在左柱Dmax,k作用在右柱活荷载吊车横向水平荷载Tmax,k活荷载吊有重量的小车在大车上启动和制动时将引起横向水平惯性力，由此产生吊车横向水平荷载。刹车横向水平惯性力大 车吊车梁排架柱吊车横向水平荷载作用在吊车梁顶面水平处。吊车横向水平荷载由大车四个车轮平均分配，每个车轮分得1/4。吊车横向水平荷载Tmax,k吊车横向水平荷载标准值=（G2,k+ G3,k ）：横向水平荷载系数1个大车轮子传递的横向水平荷载标准值Tk= （G2,k+ G3,k