建筑单层厂房结构设计

混凝土结构设计第2章单层厂房结构设计第2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：第2章单层厂房结构设计（1）工业厂房的分类

工业厂房由于生产性质、工艺流程、机械设备和产品的不同，按层数分类，可分为：单层厂房如冶金或机械厂的炼钢、轧钢、铸造、锻压、金工、装配等车间，一般因设有大型机器或设备，产品较重且轮廓尺寸较大，故宜直接在地面上生产而设计成单层厂房

2.1结构类型和结构体系

第2章单层厂房结构设计（1）工业厂房的分类

多层厂房层数混合的厂房如精密仪表、电子、食品等工业如化学工业、热电厂等————2.1结构类型和结构体系

第2章单层厂房结构

2.1结构类型和结构体系混合结构（2）单层厂房的分类（结构类型）

对无吊车或吊车吨位不超过5t、跨度在15m以内、柱顶标高不超过8m且无特殊工艺要求的小型厂房，可采用混合结构

1）按生产规模可分为：大型、中型和小型；2）按主要承重材料可分为：混合结构、钢结构、钢筋混凝土结构

第2章单层厂房结构

2.1结构类型和结构体系钢筋混凝土结构

对有重型吊车、跨度大于36m或有特殊工艺要求的大型厂房，可采用全钢结构或由钢筋混凝土柱与钢屋架组成的结构钢结构

除上述情况以外的单层厂房均可采用混凝土结构。而且除特殊情况之外，一般均采用装配式钢筋混凝土结构第2章单层厂房结构

2.1结构类型和结构体系

单层厂房的分类（结构体系）

按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构

装配式钢筋混凝土排架结构是单层厂房中应用最广泛的一种结构形式，它是由屋架或屋面梁、柱和基础所组成，柱顶与屋架为铰接，柱底与基础顶面固结。排架结构可以设计成等高、不等高、单跨或多跨等多种形式。排架结构的跨度可以超过30m，高度可达20~30m或更大，吊车吨位可达1500kN甚至更大。第2章单层厂房结构

2.1结构类型和结构体系排架结构第2章单层厂房结构

2.1结构类型和结构体系装配式钢筋混凝土门式刚架

是由横梁、柱和基础所组成。与排架结构不同的是，门式刚架结构的柱和横梁刚接为同一构件，而柱和基础一般为铰接，也可以采用刚接。门式刚架结构适用于屋盖较轻的无吊车或吊车吨位不超过100kN，跨度不超过18m，檐口高度不超过10m的中小型单层厂房或仓库。第2章单层厂房结构

2.1结构类型和结构体系

门式刚架结构第2章单层厂房结构2.2结构组成及荷载传递2.2结构组成及荷载传递

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:单层厂房结构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2.2.1结构的组成第三章单层厂房结构2.2.1结构组成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——由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成屋盖结构

屋盖结构由排架柱顶以上部分构件（包括屋面板、天窗架、屋架、托架等）所组成，其作用主要是围护和承重，以及采光与通风。第三章单层厂房结构2.2.1结构组成

屋盖结构第三章单层厂房结构

2.2.1结构组成横向排架结构

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。2纵横向平面排架第三章单层厂房结构

2.2.1结构组成横向平面排架组成及荷载图第2章单层厂房结构

2.2.1结构组成纵向排架结构

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2纵、横向平面排架

第2章单层厂房结构

2.2.1结构组成纵向平面排架组成及荷载图第2章单层厂房结构

2.2.1结构组成位于厂房的四周，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。3围护结构

第2章单层厂房结构2.2.1结构组成单层厂房结构中，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

第2章单层厂房结构2.2.1结构组成构件名称构件作用备注屋盖结构屋面板承受屋面构造层自重、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载以及施工荷载等，并将它们传给屋架（屋面梁），具有覆盖、围护和传递荷载的作用支撑在屋架（屋面梁）或檩条上天沟板屋面排水并承受屋面积水及天沟板上的构造层自重、施工荷载等，并将它们传给屋架天窗架形成天窗以便于采光和通风，承受其上屋面板传来的荷载及天窗上的风荷载等，并将它们传给屋架托架当柱距比屋架间距大时，用以支撑屋架，并将荷载传给柱第2章单层厂房结构2.2.1结构组成构件名称构件作用备注屋盖结构屋架或屋面梁与柱形成横向排架结构，承受屋盖上的全部竖向荷载，并将它们传给柱檩条支撑小型屋面板（或瓦材），承受屋面板传来的荷载，并将它们传给屋架有檩体系屋盖中采用柱排架柱承受屋盖结构、吊车梁、外墙、柱间支撑等传来的竖向和水平荷载，并将它们传给基础同时为横向排架和纵向排架中的构件抗风柱承受山墙传来的风荷载，并将它们传给屋盖结构和基础也是围护结构的一部分第2章单层厂房结构2.2.1结构组成构件名称构件作用备注支撑体系屋盖支撑加强屋盖结构空间刚度，保证屋架的稳定，将风荷载传给排架结构柱间支撑加强厂房的纵向刚度和稳定性，承受并传递纵向水平荷载至排架柱或基础第2章单层厂房结构2.2.1结构组成构件名称构件作用备注围护结构外纵墙山墙厂房的围护构件，承受风荷载及其自重连系梁连系纵向柱列，增强厂房的纵向刚度，并将风荷载传递给纵向柱列，同时还承受其上部墙体的重量圈梁加强厂房的整体刚度，防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载引起的不利影响过梁承受门窗洞口上部墙体的重量，并将它们传给门窗两侧墙体基础梁承受围护墙体的重量，并将它们传给基础第2章单层厂房结构2.2.1结构组成构件名称构件作用备注吊车梁承受吊车竖向和横向或纵向水平荷载，并将它们分别传给横向或纵向排架简支在柱牛腿上基础承受柱、基础梁传来的全部荷载，并将它们传给地基第2章单层厂房结构2.2.1结构组成2.2.2荷载传递

作用在纵横向平面排架上的荷载可以分为永久荷载和可变荷载。永久荷载包括各种构件、维护结构及固定设备上的自重；可变荷载包括屋面活载、雪荷载、积灰荷载、风荷载和吊车荷载等。第2章单层厂房结构2.2.1结构组成竖向荷载传递第2章单层厂房结构2.2.1结构组成横向水平荷载传递第2章单层厂房结构2.2.1结构组成纵向水平荷载传递单层厂房中的横向排架是主要承重结构，而屋架、吊车梁、排架柱和基础是主要承重构件。第2章单层厂房结构2.3结构布置2.3结构布置

在单层厂房的结构类型和结构体系确定之后，即可根据厂房生产工艺等各项要求，进行厂房结构布置、支撑布置和围护结构布置等。2.3.1厂房平面布置1.柱网布置柱网布置的原则，首先应满足生产工艺及使用要求，在此前提下力求建筑平面和结构方案经济合理；另外，还应遵守厂房建筑统一化基本规则的规定，为厂房设计标准化、生产工厂化合施工机械化创造条件。第2章单层厂房结构2.3结构布置2.3结构布置第2章单层厂房结构2.3结构布置《厂房建筑统一化基本规则》规定：

厂房跨度Ｌ应满足：

当L≤18m

时，以3m为模数，即9m、12m、15m、18m。

当L＞18m时，以6m为模数，即24m、30m、36m。

厂房柱距一般为6m，当有特殊要求时，可局部抽柱，形成12

m柱距。第2章单层厂房结构2.3结构布置第2章单层厂房结构2.3结构布置

柱网尺寸一经确定，下列因素也随之确定：

厂房跨度——指纵向定位轴线之间的尺寸，也就是横向柱距。

厂房柱距——指柱子横向定位轴线之间的尺寸。

屋架跨度——屋架沿厂房横向布置，支承于柱顶部，所以屋架的跨度就等于厂房跨度。

吊车梁的跨度——沿厂房纵向布置，支承于两柱的牛腿之上，故梁跨等于柱距。第2章单层厂房结构2.3结构布置2变形缝厂房的变形缝包括三种：伸缩缝、沉降缝、防震缝。伸缩缝由于材料的热胀冷缩性质，致使厂房随温度变化而产生变形，如图所示，且厂房平面尺寸越大，积累变形越大，从而产生的结构应力也越大，有可能导致结构开裂或破坏。第2章单层厂房结构2.3结构布置

为避免这种不利影响，可将厂房划分开，用减小长度的方法来减小温度引起的变形及应力。在相邻段之间留有一定宽度的缝隙，供膨胀变形用，这个缝即称为伸缩缝。对于装配式钢筋混凝土排架结构，当有墙体封闭时，伸缩缝的最大间距为100m，当无墙体封闭处于露天时，缝的最大间距为70m。第2章单层厂房结构2.3结构布置2变形缝沉降缝：单层厂房结构对地基不均匀沉降有较好的适应能力，故在一般的单层厂房中可不设沉降缝。当厂房相邻两部分高度相差大于10m，或吊车起重量相差悬殊，地基承载力或下卧层土质有较大差别等，应考虑设置沉降缝。第2章单层厂房结构2.3结构布置2变形缝防震缝：位于地震区的单层厂房，如因生产工艺或使用要求而使其平、立面布置复杂或结构相邻两部分的刚度和高度相差较大时，应设置防震缝将相邻两部分分开，防震缝的两侧应布置墙或者柱。第2章单层厂房结构2.3结构布置

2.3.2支撑布置（1）上弦横向水平支撑单层厂房支撑分屋盖支撑和柱间支撑两类。

1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。

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。第2章单层厂房结构2.3结构布置

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2章单层厂房结构2.3结构布置

上弦横向水平支撑布置第2章单层厂房结构

2.3结构布置（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第2章单层厂房结构

2.3结构布置（2）下弦横向水平支撑布置：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。下弦横向水平支撑布置第2章单层厂房结构

2.3结构布置（3）纵向水平支撑构成：由交叉角钢、直腹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。纵向水平支撑布置第2章单层厂房结构

2.3结构布置（3）纵向水平支撑布置：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2章单层厂房结构

2.3结构布置（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。第2章单层厂房结构

2.3结构布置（4）垂直支撑布置：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2章单层厂房结构

2.3结构布置

垂直支撑和水平系杆布置图第2章单层厂房结构

2.3结构布置（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。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。第2章单层厂房结构

2.3结构布置（5）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2章单层厂房结构

2.3结构布置（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。第2章单层厂房结构

2.3结构布置（6）天窗架支撑布置：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。

第2章单层厂房结构

2.3结构布置天窗架支撑布置第２章单层厂房结构

2.3结构布置２柱间支撑布置

构成：由交叉钢杆件组成，交叉倾角宜取45°，支撑钢构件的截面尺寸需经承载力和稳定计算确定

。

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２章单层厂房结构

2.3结构布置２柱间支撑布置

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。柱间支撑作用示意图第２章单层厂房结构

2.3结构布置分类：对于有吊车的厂房，按其位置可分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑。形式：十字交叉形；当柱间要通行或放置设备，或柱距较大而不宜采用交叉支撑时，可采用门架式支撑。

门架式柱间支撑２柱间支撑布置

第２章单层厂房结构

2.3结构布置上柱柱间支撑：位于牛腿上部，并在柱顶设置通长的刚性系杆；承受作用在山墙及天窗壁端的风荷载，并保证厂房上部的纵向刚度。

下柱柱间支撑：位于牛腿下部；承受上部支撑传来的内力、吊车纵向制动力和纵向水平地震作用等，并将其传至基础。

２柱间支撑布置

第２章单层厂房结构

2.3结构布置布置：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。２柱间支撑布置

第２章单层厂房结构

2.3结构布置上柱柱间支撑设置：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。

第2章单层厂房结构

2.3结构布置优点：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3柱间支撑布置

第2章单层厂房结构

2.3结构布置２.3.3

围护结构布置抗风柱与屋架上、下弦连接构造单层厂房的围护结构：包括屋面板，墙体、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁、基础梁等构件。其作用是承受风、积雪、雨水、地震作用，以及地基产生不均匀沉降所引起的内力。第2章单层厂房结构

2.3结构布置２.3.3

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。抗风柱与屋架的连接应该满足两个条件：水平方向可靠连接、垂直方向允许有一定的相互位移。1抗风柱抗风柱与屋架上、下弦连接构造第2章单层厂房结构

2.3结构布置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。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。第2章单层厂房结构

2.3结构布置2圈梁、连系梁、过梁和基础梁

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2章单层厂房结构

2.3结构布置定位轴线

沿厂房跨度方向的轴线称为纵向定位轴线，沿厂房柱距方向的轴线称为横向定位轴线，如图所示。定位轴线可以确定柱的相对位置，以便施工定位。第2章单层厂房结构

2.3结构布置定位轴线之间的距离与主要构件的标志尺寸是一致的，并且符合建筑模数。标志尺寸是指构件的实际尺寸加上两端的构造尺寸。如大型屋面板的实际尺寸为1490mm×5970mm，标志尺寸为1500mm×6000mm；18m屋面梁的实际长度为17950mm，标志尺寸为18000mm。第2章单层厂房结构

2.3结构布置纵向定位轴线：当纵向定位轴线之间的距离与屋面梁（或屋架）的标志尺寸相一致时，屋面梁的标志尺寸与纵墙内皮重合，这种轴线称为封闭式纵向定位轴线。

为了吊车梁和柱的构造连接以及吊车的安全行驶，吊车的轨距Lk

应小于厂房跨度L，通常情况下L-Lk=1500mm，故吊车轨道中心至纵向定位轴线的距离为750mm

。

第2章单层厂房结构

2.3结构布置

横向定位轴线：一般通过柱截面的几何形心，其间距为柱距。

当横向定位轴线与屋面板的标志尺寸一致时，厂房尽端横向定位轴线与内墙皮重合，将山墙处端柱中心线内移500mm，这时端部屋面板成为一端悬臂板，其目的是使端屋架和山墙抗风柱的位置不发生冲突，屋面板端部与山墙内皮重合，形成封闭式横向定位轴线。为了与山墙处屋面板的构造统一，伸缩缝两边的柱中心线也必须向内移500mm，使伸缩缝中心线与横向定位轴线重合。第2章单层厂房结构

2.3结构布置作业：1.与民用建筑比较，工业厂房具有哪些特点？2.单层厂房有哪几种结构类型？如何选择？3.单层厂房的结构形式有几种？4.排架结构有哪些优点？5.钢筋混凝土单层厂房结构的设计主要包括哪些内容？6.试述屋面板、屋架、吊车梁、柱子及支撑的作用。7.试说明单层厂房横向平面排架承受的竖向荷载的传力途径。8.单层厂房横向水平排架承受的水平荷载有哪些？它们是如何传递？9.单层厂房纵向平面排架承受哪些水平荷载？写出其传力途径。

第2章单层厂房结构

2.4构件选型与截面尺寸确定2.4构件选型与截面尺寸确定单层厂房结构的主要构件有屋盖结构构件、支撑、吊车梁、墙板、连系梁、基础梁、柱和基础等。除了柱和基础外，这些构件可以根据工程的具体情况，从标准图集中选用合适的标准构件。第2章单层厂房结构

2.4构件选型与截面尺寸确定无檩体系屋盖常采用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，屋面坡度不应大于1/5。无檩体系屋盖还可采用预应力F形屋面板，用于自防水非卷材屋面，以及预应力自防水保温屋面板、钢筋加气混凝土板等。2.4.1

屋盖结构构件

有檩体系屋盖常采用预应力混凝土槽瓦、波形大瓦等小型屋面板。1屋面板:第2章单层厂房结构

2.4构件选型与截面尺寸确定各种形式的屋面板

2

檩条：檩条搁在屋架或屋面梁上，起着支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架的作用。它与屋架间用预埋钢板焊接，并与屋盖支撑一起保证屋盖结构的整体刚度和稳定性。第2章单层厂房结构

2.4构件选型与截面尺寸确定3屋架：屋架是屋盖结构的主要承重构件，它直接承受屋面荷载，有时还承受悬挂吊车、管道等吊重，对保证厂房的刚度起重要作用。屋架按形式可分为屋面梁、两铰（或三铰）拱屋架和桁架式屋架三大类。（1）屋面梁：屋面梁的外形有单坡和双坡两种。（2）两铰（或三铰）拱屋架：两铰拱的支座节点为铰接，顶节点为刚接；三铰拱的支座节点和顶节点均为铰接。两铰拱的上弦为钢筋混凝土构件，三铰拱的上弦可用钢筋混凝土或预应力混凝土构件。第2章单层厂房结构

2.4构件选型与截面尺寸确定（3）桁架式屋架：当厂房跨度较大时，采用桁架式屋架较经济，它在单层厂房中应用非常普遍。桁架式屋架的矢高和外形对屋架受力均有较大影响，一般取高跨比为1/6~1/8较为合理，其外形有三角形、拱形、梯形、折线形等几种。各种形式屋架的内力（f/L=1/6）

第2章单层厂房结构

2.4构件选型与截面尺寸确定

4

天窗架和托架

：天窗架：

天窗架的作用是形成天窗以便采光和通风，同时承受屋面板传来的竖向荷载和作用在天窗上的水平荷载，并将它们传给屋架。天窗架的形式

第2章单层厂房结构

2.4构件选型与截面尺寸确定

4

天窗架和托架

：托架：一般为12m跨度的预应力混凝土三角形或折线形构件，上弦为钢筋混凝土压杆，下弦为预应力混凝土拉杆。

托架的形式第2章单层厂房结构2.4构件选型与截面尺寸确定2.4.2吊车梁：

吊车梁除直接承受吊车起重、运行和制动时产生的各种往复移动荷载外，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。吊车梁的类型吊车梁一般根据吊车的起重量、工作级别、台数、厂房的跨度和柱距等因素选用。第2章单层厂房结构

2.4构件选型与截面尺寸确定2.4.3柱1柱的形式：按作用主要有排架柱和抗风柱两类。钢筋混凝土排架柱一般由上柱、下柱和牛腿组成，其结构型式可概括为单肢柱和双肢柱两类。上柱一般为矩形截面或环形截面；下柱的截面形式较多，根据其截面形式可分为矩形截面柱、I形柱、双肢柱和管柱等几类。

柱的形式第2章单层厂房结构

2.4构件选型与截面尺寸确定2.4.3柱矩形截面的柱缺点是在偏心受压时不能充分发挥截面上混凝土的承载作用，故自重大，费材料，但构造简单，施工方便，在小型厂房中使用。截面高度在700mm以内。

工字形截面柱的截面形式合理，能比较充分地发挥截面上混凝土的承载的承载作用，而且整体性好，施工方便，适用范围广。常用柱截面高度为600-1400mm时采用。

当柱的截面高度大于1400mm时，采用平腹杆或斜腹杆双肢柱。抗风柱一般由上柱和下柱组成，无牛腿，上柱为矩形截面，下柱一般为I形截面。第2章单层厂房结构

2.4构件选型与截面尺寸确定（2）柱的截面尺寸：柱的截面尺寸除应满足承载力的要求外，还应保证具有足够的刚度，以免厂房变形过大，造成吊车轮与轨道过早磨损，影响吊车的正常运行，或导致墙体和屋盖产生裂缝，影响厂房的正常使用。柱的截面尺寸除了考虑吊车起重量和柱的类型两个因素外，还应考虑厂房跨数和高度、柱的型式、围护结构的材料和构造、施工和吊装等。第2章单层厂房结构

2.4构件选型与截面尺寸确定2.4.4基础

单层厂房的柱下基础一般采用独立基础（也称扩展基础）。按施工方法可分为预制柱下独立基础和现浇柱下独立基础两种。对装配式钢筋混凝土单层厂房排架结构，常见的独立基础形式主要有杯形基础、高杯基础和桩基础等。1基础的类型

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2.5排架结构内力分析单层厂房结构方案确定之后，接着就是结构内力分析。单层厂房结构实际上是一个复杂的空间结构体系，目前除对纵向抗震计算采用空间结构计算模型外，一般将其间化为纵、横向平面排架分别计算。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2.5排架结构内力分析

纵向平面排架计算是为了设计柱间支撑。

横向平面排架承受屋面荷载，且厂房的跨度、高度及吊车起重量变化较大，因此必须对横向平面排架进行内力分析。其目的是求出排架柱各控制截面在各种荷载作用下的内力，以此作为设计柱子的依据。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2.5.1排架计算简图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2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析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；固定端的位置在基础顶面。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。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析横向排架的计算简图排架计算简图第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2.5.2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。永久性荷载包括：

屋盖自重G1，悬墙自重G2；吊车梁、轨道及连接件自重G3；上柱自重G4；下柱自重G5等。

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2.5.2排架结构上的荷载

可变荷载包括：屋面活荷载Q1；吊车竖向荷载Dmax及Dmin;吊车横向水平荷载Tmax

；均布风荷载q1及q2；屋盖支撑处的集中风荷载Fw

等。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析屋盖自重G1

：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。考虑面荷载的范围：计算单元宽度内屋盖的全部重量。荷载形式：计算单元内的屋盖系统的总重量通过屋架的两端以集中力的形式传至柱顶。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析作用位置：其作用点的位置，根据实际连接情况而定。如采用屋架，屋架端部腹杆与下弦杆中心线的交点垂线即为作用位置。采用屋面梁时，通过梁端垫板中心线作用于柱顶。如图中虚线所示。根据屋架与柱顶连接构造的定型设计要求，无论屋架与柱的形式如何，作用点均位于厂房定位轴线内侧150mm处。

（2）悬墙自重G2：计算单元内的纵墙、连系梁及窗的自重,按实际尺寸计算。作用点在墙体形心处。对下柱有偏心距为e2。

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析

（3）吊车梁及轨道等自重：

按设计所选用的型号，根据吊车梁标准图集提供的数据确定；

作用位置：吊车梁中心线作用于牛腿顶面，一般距纵向定位轴线750mm，相对于下柱形心的偏心距为e3。

2.5横向排架结构内力分析第2章单层厂房结构

（4）柱自重

上、下柱自重G4与G5按柱体积及标准重度计算。其作用位置分别沿各自的形心线作用于上、下柱的底部，G4对下柱的偏心距为e0。

2.5横向排架结构内力分析第2章单层厂房结构第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析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。以竖向集中荷载的方式作用于柱顶，作用点同屋盖恒载。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。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)；为屋面积雪分布系数。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析屋面积灰荷载：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2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析3风荷载：风荷载的作用范围——计算单元范围内的纵墙面及屋盖上。在迎风面产生正压为风压力，在背风面产生负压为风吸力。垂直于建筑物表面上的风荷载标准值（kN/m2）按下式计算：

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析式中——基本风压值（kN/m2），是以当地比较空旷平坦地面上离地10m高处统计所得的50年一遇10分钟平均最大风速为标准确定的风压值；——高度z处的风振系数，对高度小于30m的单层厂房，取=1——风压高度变化系数，根据所在地区的地面粗糙程度和离地面高度查表而得；

——风荷载体型系数。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析风荷载的简化：

作用在柱顶以下墙面上的水平风载近似按均布荷载计算，其风压高度变化系数按柱顶的高度取值。作用在柱顶以上屋盖部分的风荷载，按厂房檐口的高度取值，只计算其水平分力并按集中力考虑；当计算屋架斜面上的风荷载时，可根据屋顶（或天窗顶）标高确定。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析风荷载体型系数第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析4吊车荷载：第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析大车的最不利位置与吊车竖向荷载Dmax

和Dmin

对某一个柱子而言，当吊车行驶到某一位置时，柱上受到的竖向荷载最大，这一位置就是大车的最不利位置。

设计时，一般考虑两台吊车并行，如图所示。排架柱所受到的压力即为该柱所支承的吊车梁受到的反力。由影响线原理可知，两台并行吊车，当其中一台的一个最大轮压P1max作用在某柱轴线处，而另一台与它紧靠并行时，即为两台吊车相对于该柱的最不利位置。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析大车的最不利位置与吊车竖向荷载Dmax

和Dmin

此时在Pmax作用的一侧,产生Dmax。由于Pmax

与Pmin同时出现，并分别作用于左右两侧的吊车梁上，所以，当一侧柱受Dmax作用时，另一侧柱则相应地由Pmin产生Dmin

。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析吊车竖向荷载Dmax

和Dmin

的计算

根据影响线原理，吊车竖向荷载的设计值可按下式计算：第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析吊车竖向荷载Dmax

和Dmin

的计算式中P1max

、P2max——两台起重量不同的吊车的最大轮压，且P1max>P2max

。

P1min

、P2min——两台起重量不同的吊车的最小轮压，且P1min>P2min

。

yi

——与吊车轮压相对应的梁支座反力影响线的竖标。该值表示在对应点作用单位集中力P＝１时，在排架柱上产生的压力。由图可知，

y1

=1，按比例关系可求出其

yi值。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析吊车竖向荷载Dmax

和Dmin

的作用位置

Dmax

和Dmin沿吊车梁的中线作用于牛腿顶面。如图(a)所示。它们相对于下柱截面形心具有偏距e3

。将偏心压力换算为作用在下柱顶面的轴心压力和弯矩的组合，如图(b)所示。

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析吊车竖向荷载Dmax

和Dmin

的作用位置

由于Dmax可以发生在左柱，也可以发生在右柱，因此计算时应考虑两种情况。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析（2）吊车横向水平荷载

——指载有额定最大起重量的小车在行驶中突然刹车在排架柱上产生的水平制动力。

的作用位置——在吊车梁顶面。如图所示。有正反两个方向。

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析（2）吊车横向水平荷载

计算时与Dmax

一样，考虑2台吊车作用，并且按大车行驶到最不利位置时小车同时刹车的情况考虑。根据大车轮子所产生的水平推力T

可下式计算。式中T1、T2——两台起重量不同的吊车单个大车轮子产生的水平制动力标准值，且T1>T2。

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析为了计算方便，可将横向水平制动力在两边轨道上平均分配，即每边轨道上的横向水平制动力为，对于一般四轮桥式吊车，每一轮子作用在轨道上的横向水平制动力为：式中：

Q为吊车的额定起重量的重力荷载，g为小车的重力荷载。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析式中：横向水平制动力系数α按下列规定取值。软钩吊车：当额定起重量不大于100kN时，应取0.12；当额定起重量为160-500kN时，应取0.10；当额定其重量不小于750kN时，应取0.08。硬钩吊车：取0.2。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析(3)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。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析当厂房纵向有柱间支撑时，全部吊车纵向水平荷载由柱间支撑承受，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全部柱承受。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：第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析由于多台吊车同时满载的可能性较小，所以当多台吊车参与组合时，其内力应乘以相应的荷载折减系数。参与组合的吊车台数吊车工作级别A1~A5A6~A720.900.9530.850.9040.800.85作业题1、某金工车间，外形尺寸及各部分风载体型系数如图所示，已知柱顶标高为10.5m，h1=2.3，h2=1.4，排架计算宽度B=6m。该地区基本风压，地面粗糙度为B类，分项系数为1.4。求作用在排架上的风荷载设计值？第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2、有一单跨厂房，跨度24m，柱距6m，设计时考虑两台中级工作制桥式软钩吊车，起重量为100kN的吊车的参数有：轮距为4400mm，吊车宽度为5550mm，最大轮压为125kN，最小轮压为47kN；起重量为150kN的吊车的参数有：轮距为4400mm，吊车宽度为5550mm，最大轮压为185kN，最小轮压为58kN；求排架柱上吊车梁最大支座反力标准值Dmax,Dmin？第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2.5.3等高排架内力分析

排架内力分析就是求排架结构在各种荷载作用下柱各截面的弯矩和剪力，而只要求出排架柱顶剪力，问题就变成静定悬臂柱的内力分析。求柱顶剪力有两种基本方法：一种是先求横梁内力，再求柱顶剪力，这就是力法，此法可用来计算各种排架结构的内力；另一种方法是直接求柱顶剪力，即剪力分配法，它只适用于计算等高排架的内力。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2.5.3等高排架内力分析

等高排架是指在荷载作用下各柱柱顶侧移全部相等的排架。用剪力分配法分析任意荷载作用下等高排架内力时，需要用到单阶超静定柱在各种荷载作用下的柱顶反力。1单阶一次超静定柱在任意荷载作用下的桩顶反力根据变形条件可得：第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2柱顶水平集中力作用下等高排架内力分析：在柱顶水平集中力F作用下，等高排架各柱顶侧移相等，沿横梁与柱的连接处将各柱的柱顶切开，在各柱顶的切口上作用一对相应的剪力。则有：平衡条件第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2柱顶水平集中力作用下等高排架内力分析：由于假定横梁为无轴向变形的刚性杆件，故有下列变形条件：第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2柱顶水平集中力作用下等高排架内力分析：根据形常数的物理意义，可得下列物理条件：第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析式中——第i根排架柱的抗侧移刚度（或抗剪刚度），即悬臂柱柱顶产生单位侧移所需施加的水平力

——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。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析剪力分配系数必满足。各柱的柱顶剪力Vi仅与F的大小有关，而与其作用在排架左侧或右侧柱顶处位置无关，但F的作用位置对横梁内力有影响。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，故称剪力分配法。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析3任意荷载作用下等高排架内力分析

等高排架在任意荷载作用下，无法用上述的剪力分配法直接求解柱顶剪力。考虑到受荷载柱将一部分荷载通过自身受力直接传递给基础，另一部分荷载则通过横梁传给其他柱，因此，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。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析（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。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析（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。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析（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。

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2.5.4不等高排架内力分析

不等高排架在任意荷载作用下，由于高、低跨的柱顶位移不相等，因此，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。

式中，，，为基本结构的柔度系数，可由单位力弯矩图图乘得到；、为载常数。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析习题课：

1有一单跨厂房,跨度24m,柱距6m,设计时考虑两台200/50kN中级工作制桥式软钩单闸吊车,吊车桥架跨度22.5m,求

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2某金工车间，外形尺寸及各部分风载体型系数如图所示，已知柱顶标高为+12.3m,排架计算宽度B=6m。该地区基本风压地面粗糙度为B类。求作用在排架上的风荷载。h1=2.3m,h2=1.4m

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析3一等高排架如图所示，A柱与C柱相同，A、B、C三柱上柱高全柱高H=13.2m。排架承受集中荷载F=12.45kN。试用剪力分配法求解排架柱的剪力。

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析4求如图所示两跨等高排架在风荷载作用下的弯矩图和柱底剪力值。

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2.5.5单层厂房排架考虑整体空间作用的计算

1厂房整体空间作用的概念当各榀排架柱顶均受有水平集中力R，且厂房两端无山墙时每一榀排架都相当于一个独立的平面排架。当各榀排架柱顶均受有水平集中力R，但厂房两端有山墙时，山墙则通过屋盖等纵向联系构件对其它各榀排架有不同程度的约束作用，使各榀排架柱顶水平位移呈曲线分布，且。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析当仅其中一榀排架柱顶作用水平集中力R，且厂房两端无山墙时，则直接受荷排架通过屋盖等纵向联系构件，受到非直接受荷排架的约束，使其柱顶的水平位移减小，即。当仅其中一榀排架柱顶作用水平集中力R，但厂房两端有山墙时，则直接受荷载排架受到非受荷排架和山墙两种约束，故各榀排架的柱顶水平位移将更小，即。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析

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。由于吊车是局部荷载，故在吊车荷载作用下，可按考虑厂房空间作用的方法计算排架内力。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2吊车荷载作用下考虑厂房整体空间作用的排架内力分析

如果把屋盖看作一根在水平面上受力的梁，而各榀横向排架作为梁的弹性支座。直接受荷排架对应的支座反力为R0，则R0<R，我们把R0与R之比，称为单个荷载作用下的空间作用分配系数，以表示，在弹性阶段，排架柱顶的水平位移与其所受荷载成正比，故空间作用分配系数又可以表示成位移之比。即：第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析上述空间作用分配系数，只考虑厂房承受一个集中荷载时的情况。实际上，厂房在吊车荷载作用下，并不是只有单个荷载作用，而是同时多个荷载作用。因此，在确定多个荷载作用下的系数时，需要考虑各榀排架之间的相互影响。表中给出的系数值，供参考。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析厂房情况吊车起重量（kN）厂房长度（m）≤60＞60有檩屋盖两端无山墙或一端有山墙≤3000.900.85两端有山墙≤3000.85无檩屋盖两端无山墙或一端有山墙≤750厂房跨度（m）12~27＞2712~27＞270.900.850.850.80两端有山墙≤7500.80注：１厂房山墙应为实心墙，如有开洞，洞口对山墙水平截面面积削弱不超过50%。

2厂房设有伸缩缝时，厂房长度应按一个伸缩缝区段的长度计，且伸缩缝处应视为无山墙。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析3考虑厂房空间整体作用时排架内力分析计算步骤先假定排架柱顶无侧移，求出在吊车水平荷载Tmax作用下的柱顶反力R（或RA,RB)以及相应的柱顶剪力；将柱顶反力R乘以空间分配系数，并将它反方向施加于可侧移的平面排架上，求出各柱剪力；将上述两项计算求得的柱顶剪力叠加，即为考虑空间作用的柱顶剪力；根据柱顶剪力及柱上实际所受的荷载，可求出各柱的内力。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2.5.6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。在荷载作用下，柱的内力是沿长度变化的，设计时应根据内力图和截面的变化情况，选取几个控制截面进行内力的最不利组合，以此作为配筋计算的依据。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析对于上柱，其底部Ｉ－Ｉ截面的内力通常比其它截面大。对于下柱，其牛腿顶面II－II和柱底Ⅲ－Ⅲ截面的内力一般比其它截面大。所以在柱子设计中，通常选Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ及Ⅲ-Ⅲ截面为控制截面，并组合其最不利内力分别作为上柱、下柱及基础配筋的依据。

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。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2内力组合原则对于一般排架结构，一般是分别算出各种荷载单独作用时柱各截面的内力值。为了求出柱控制截面上可能出现的最不利内力，还必须考虑这些单项荷载同时出现的可能性，即进行荷载效应组合。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：第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2内力组合原则由可变荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合：采用该组合时，参与组合的可变荷载可仅限于竖向荷载。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2内力组合原则根据上述原则，对不考虑抗震设防的单厂结构，需要进行以下7中可能的组合。1）1.2×恒载标准值计算的荷载效应+0.9×1.4×（活载+风荷载+吊车荷载）标准值计算的荷载效应2）1.2×恒载标准值计算的荷载效应+0.9×1.4×（风荷载+吊车荷载）标准值计算的荷载效应3）1.2×恒载标准值计算的荷载效应+0.9×1.4×（活载+风荷载）标准值计算的荷载效应第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析2内力组合原则4）1.2×恒载标准值计算的荷载效应+0.9×1.4×（活载+吊车荷载）标准值计算的荷载效应5）1.2×恒载标准值计算的荷载效应+1.4×吊车荷载标准值计算的荷载效应6）1.2×恒载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应7）1.35×恒载标准值计算的荷载效应+1.4×（活载+吊车荷载）标准值计算的荷载效应第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析3内力组合项目排架结构受力后，柱内同时产生弯矩、轴力和剪力。因此，排架柱为偏心受压构件，其纵向受力钢筋的数量与控制截面的弯矩和轴力有关。由于弯矩和轴力同时存在，通常难以判别哪一种弯矩和轴力的组合是决定截面配筋的最不利内力。同时由于在柱的截面上存在着正负弯矩，排架柱一般采用对称配筋。对于Ⅲ-Ⅲ截面，即是柱底也是基础顶面,由于基础设计需要，应进行M、N和V的组合。

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析3内力组合项目由偏压构件的破坏特征可知，对大偏压构件，当N基本不变时，M越大越危险，而当M不变时，N越小越危险，所需越多。小偏压是受压破坏，当一个不变时，另一个越大越危险，用钢量越大。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析因此，通常选择以下四种内力组合作为截面最不利内力组合：（1）

+Mmax及相应的N，V；（2）

–Mmax及相应的N，V；（3）

Nmax及相应的M(+Mmax

或者–Mmax），V；（4）

Nmin及相应的M(+Mmax

或者–Mmax），

V。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析因此，通常选择以下四种内力组合作为截面最不利内力组合：（1）

+Mmax及相应的N，V；（2）

–Mmax及相应的N，V；对于（1）（2）两项组合，当弯矩取为最大正值或最大负值时，相应的轴力就唯一的确定了。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析因此，通常选择以下四种内力组合作为截面最不利内力组合：（3）Nmax及相应的M(+Mmax

或者–Mmax），V；（4）Nmin及相应的M(+Mmax

或者–Mmax），

V。对于（3）（4）两种组合，当轴力取定为最大或最小值时，相应的弯矩可能不只是一种，这是因为在风荷载和吊车水平荷载作用时，轴力为零，但都产生弯矩。因此，要取相应可能产生的最大正弯矩和负弯矩。

一般情况下，按照上述四项内力组合，已经能满足工程设计的要求。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析4内力组合注意事项（1）每次内力组合时，都必须考虑恒荷载产生的内力。

（2）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。（3）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。第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析4内力组合注意事项

（4）在同一跨内Dmax或Dmin与Tmax不一定同时发生，故组合Dmax或Dmin产生的内力时，不一定要组合Tmax产生的内力。但在组合Tmax时，则必有Dmax或Dmin，因为吊车水平荷载不能脱离吊车竖向荷载单独作用。（5）风荷载有向左、向右吹两种情况，只能选择一种参加组合。

第2章单层厂房结构

2.5横向排架结构内力分析（6）由于多台吊车同时满载的可能性较小，所以当多台吊车参与组合时，其内力应乘以相应的荷载折减系数。参与组合的吊车台数吊车工作级别A1~A5A6~A720.900.9530.850.9040.800.85第2章单层厂房结构2.6柱的设计2.6柱的设计预制钢筋混凝土排架柱的设计，包括选择柱的形式、确定截面尺寸、配筋计算、吊装验算、牛腿设计等。2.6.1截面设计1截面配筋计算根据排架内力组合得到的各控制截面最不利内力M、N、V及所确定的柱截面形式和尺寸，按偏心受压构件对柱进行配筋设计。一般采用对称配筋。

第2章单层厂房结构2.6柱的设计2.6柱的设计在对柱进行受压承载力计算或验算时，需要考虑二阶效应的影响。

《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。第2章单层厂房结构2.6柱的设计

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柱的类型排架方向垂直排架方向有柱间支撑无柱间撑无吊车厂房柱单跨1.5H1.0H1.2H两跨及多跨1.25H1.0H1.2H有吊车厂房柱上柱2.0Hu1.25Hu1.5Hu下柱1.0Hl0.8Hl1.0Hl露天吊车柱和栈桥柱2.0Hl1.0Hl－注：表中有吊车房屋排架柱的计算长度，当计算中不考虑吊车荷载时，可按无吊车房屋柱的计算长度采用，但上柱的计算长度仍可按有吊车房屋采用。当表中有吊车房屋排架柱的上柱在排架方向的计算长度，仅适用于Hu/Hl≥0.3的情况，当Hu/Hl

<0.3时，计算长度宜采用2.5Hu。第2章单层厂房结构

2.6柱的设计2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%。当偏心受压柱的截面高度大于600mm时，在侧面应设置直径为10～16mm的纵向构造钢筋，并应相应设置复合箍筋和拉筋。

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(d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。第2章单层厂房结构

2.6柱的设计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300mm。柱中的箍筋应为封闭式。箍筋间距不应大于400mm，且不应大于构件截面的短边尺寸，同时在绑扎骨架中不应大于15d，在焊接骨架中不应大于20d,d为纵向钢筋的最小直径。

第2章单层厂房结构

2.6柱的设计箍筋直径不应小于d/4，且不应小于6mm，d为纵向钢筋的最大直径。当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过3%时，箍筋直径不宜小于8mm，间距不应大于10d（d为纵向钢筋的最大直径），且不应大于200mm。第2章单层厂房结构

2.6柱的设计2.6.2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，按本节方法设计。第2章单层厂房结构

2.6柱的设计1牛腿的受力特点及破坏形态

试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大体经历弹性、裂缝出现与开展和最后破坏三个阶段。

（1）弹性阶段

：通过环氧树脂牛腿模型的光弹试验，得到了主应力迹线。上边缘附近的主拉应力迹线大致与上边缘平行，牛腿斜边主压应力迹线大致与ab连线平行，压应力分布也比较均匀。牛腿的应力状态第2章单层厂房结构

2.6柱的设计（2）裂缝出现与开展阶段

：试验表明，当荷载达到极限荷载的20%~40%时，由于上柱根部与牛腿交界处的主拉应力集中现象，在该处首先出现自上而下的竖向裂缝①，裂缝细小且开展较慢，对牛腿的受力性能影响不大；

当荷载达到极限荷载的40%~60%时，在加载垫板内侧附近出现一条斜裂缝②，其方向大体与主压应力轨迹线平行。

第2章单层厂房结构

2.6柱的设计（3）破坏阶段：继续加载，随a/h0值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态：

弯压破坏：当0.75<a/h0<1且纵向配筋率偏低时，随着荷载增加，斜裂缝②不断向受压区延伸，纵筋应力不断增加并逐渐达到屈服强度，这是斜裂缝②外侧部分绕牛腿下部与柱的交接点处转动，致使受压区混凝土压碎而引起破坏。

设计中用配置足够数量的纵向受拉钢筋来避免出现这种破坏现象。第2章单层厂房结构

2.6柱的设计

斜压破坏：当a/h0=0.1~0.75，随着荷载增加，在斜裂缝②