混凝土结构设计：单层厂房

单层厂房本章内容1、单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置2、排架计算3、单层厂房柱4、柱下独立基础5、吊车梁12.1单厂的结构形式、结构组成和结构布置12.1.1结构形式按材料分：混合结构、砼结构、钢结构。

按受力分：排架结构屋架（屋面梁）柱基础铰接刚接（结构体系）柱与横梁合一基础铰接两铰拱三铰拱刚架结构12.1单厂的结构形式、结构组成和结构布置刚架结构

横向排架

屋盖结构纵向排架支撑体系围护结构12.1.2单厂排架的结构组成与传力路线排架结构

组成无檩体系：有檩体系：纵向柱列连系梁吊车梁柱间支撑基础及基础梁大型屋面板、屋架（屋面梁）、屋盖支撑等横梁（屋架或屋面梁）横向柱列基础小型屋面板、檩条、屋架承受竖向荷载和横向水平荷载承受纵向水平荷载排架12.1单厂的结构形式、结构组成和结构布置2横向排架上的荷载及传力路线柱竖向荷载屋面荷载吊车竖向荷载墙自重水平荷载风荷载

吊车横向水平荷载基础12.1单厂的结构形式、结构组成和结构布置屋面板屋架吊车梁牛腿连系梁（基础梁）纵墙吊车梁12.1.3单厂的结构布置支撑：12.1单厂的结构形式、结构组成和结构布置保证构件的稳定性；增强结构的整体稳定性和空间刚度；传递纵向水平荷载；保证结构施工阶段的稳定性

柱网

变形缝：伸缩缝、沉降缝和防震缝。

抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁

柱间支撑(上柱柱间支撑、下柱柱间支撑)

天窗架支撑屋盖支撑(上弦、下弦支撑、水平系杆、垂直支撑)

1、柱网布置柱网：柱的纵向定位轴线与横向定位轴线在平面上所形成的网格。横轴之间的距离为柱距；纵轴之间的距离为跨度。柱网布置不仅是确定柱的位置，同时也确定屋面板、屋架吊车梁等的跨度，并涉及到厂房其他结构构件的布置。柱网布置的一般原则：符合生产工艺和正常使用的要求；建筑和结构经济合理；施工方法具有先进性；符合厂房建筑统一化的原则；适应生产发展和技术革新的要求。

柱网布置示意图

在厂房端部横向定位轴线与山墙边缘重合，将山墙内侧第一排柱中心内移600mm；变形缝两侧柱分别向两侧移600mm。

2、变形缝（1）伸缩缝结构体系很长时，温度应力过大。通过设置伸缩缝来解决。最大伸缩缝间距：处于室内或土中100M

处于露天时70M

（2）沉降缝解决不均匀沉降问题，必须从基础断开。（3）防震缝当建筑物平面、立面复杂，结构高度或刚度相差很大时设置。变形缝设置原则：尽量不设和少设，当必须设置时尽量做到三缝合一。

3、支撑：保证构件的稳定性；增强结构的整体稳定性和空间刚度；传递纵向水平荷载；保证结构施工阶段的稳定性柱间支撑(上柱柱间支撑、下柱柱间支撑)

屋盖支撑(垂直支撑、水平系杆、上弦、下弦横向水平支撑、下弦平面的纵向水平支撑)

1）屋盖支撑屋盖支撑包括屋架上、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和纵向水平系杆、天窗架支撑。

第七章单层厂房结构2）柱间支撑柱间支撑的主要作用是增强厂房的纵向刚度和稳定性，并将纵向水平荷载传至基础。以下情况设置：（1）厂房内设置重级工作制吊车，或中、轻级工作制吊车起重量在10吨以上；（2）厂房跨度在18米及18米以上，或柱高在8米以上；（3）纵向柱的总数每排在7根以下；（4）设有3吨及3吨以上悬挂式吊车；（5）露天吊车的柱列。

4、抗风柱

抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦铰接。抗风柱一般应满足两个要求：一、是在水平方向上必须与屋架有可靠的连接以保证有效传递风荷载；二、是保证在竖向应允许两者之间有一定相对位移的可能性。5、圈梁、连系梁、过梁和基础梁圈梁的作用是将墙体与排架柱、抗风柱等连接在一起，以增加厂房的整体刚度；连系梁的作用是联系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度并传递风荷载到纵向排架。过梁的作用是承受门窗洞口上的墙体重量。基础梁的作用承受围护墙体的重量。

内容包括：（1）选取计算单元，确定计算简图（2）荷载计算（3）单种荷载下的内力计算（4）内力组合（5）柱、牛腿设计（6）基础设计12.2排架计算12.2.1计算简图计算简图的确定基本假定：柱与屋架或屋面梁铰接；(1)计算单元的选取柱与基础固接缝隙灌细石混凝土屋面梁或屋架没有轴向变形。简图中，柱的计算轴线取上下柱截面重心的连线；柱总高H指基础顶面至柱顶的高度；上柱高Hu指从牛腿顶面至柱顶的高度。HHu12.2.1计算简图12.2.2荷载计算荷载分类及符号恒载：支承在外牛腿上的外围护结构重F5屋盖自重F1上柱自重F2(3)下柱自重F3吊车梁及轨道零件自重F4F1F1F3F3F2F2F4F4F5F5活载：屋面活荷载F6风荷载q1、q2及F6F6DmaxDmin吊车荷载竖向荷载Dmax、和Dmin

TmaxTmaxq1q212.2.2荷载计算水平荷载Tmax各种集中荷载的作用点－应据实际情况确定（1）屋盖自重F1

－作用于柱顶。通过屋架端节点处上、下弦中心线的交点（或通过屋面梁两端垫板的中心线。）12.2.2荷载计算设F1对上柱有偏心为e1

，而上下柱计算轴线间的距离设为e0。则：F1下排架的计算简图应为F1F1（2）上柱自重F2

－通过上柱中心，对下柱有偏心e0，由于柱施工时，屋架还未安装，所以其计算简图为：12.2.2荷载计算（3）下柱自重F3

－仅使柱产生轴力（4）吊车梁及轨道零件自重F4

－作用在牛腿顶面，通过吊车梁中心线。

e4－吊车梁中心线对下柱的偏心距。吊车梁安装时，屋架还未安装，所以其计算简图为：F2下计算简图F2F4下计算简图F4如F6下：F5、F6、Dmax

和Dmin可同理换算，并画出相应的计算简图：Dmax

和Dmin下：12.2.2荷载计算F6下计算简图F6F6吊车竖向荷载下计算简图DmaxDmin各种荷载的计算恒载－按材料的重力密度和结构的尺寸算得。12.2.2荷载计算屋面活荷载－都按屋面的水平投影面积计算

屋面均布活荷载，查《荷载规范》雪荷载：标准值sk(kN/m2)注：屋面活荷载的组合

积灰荷载＋屋面均布活荷载和雪荷载的较大者。包括屋面积灰荷载:按厂房类型查《荷载规范》。屋面积雪分布系数根据屋顶形式查《荷载规范》。基本雪压(kN/m2)，按《荷载规范》取吊车荷载（讲桥式吊车）概念竖向横向吊车的工作级别：

据吊车利用等级和载荷状态分：A1~A8八级。12.2.2荷载计算Pmin,kPmin,k最大轮压标准值Pmax,k与最小轮压标准值Pmin,kPmax,kPmax,k最大、最小轮压标准值Pmax,k、Pmin,k数值：Pmax,k由产品规格或手册得到。Pmin,k可由下式计算得到：最大、最小吊车竖向荷载Dmax

、Dmin的计算

－－用吊车梁支座竖向反力影响线来求。12.2.2荷载计算吊车荷载计算大、小车自重标准值额定起重质量Q对应的重力标准值=Q×重力加速度如Pmax,k

下的Dmax，k

的计算

β－多台吊车的荷载折减系数若两台吊车：轻（A1~A3）、中级（A4~A5）

β

＝0.9；重（A6~A7）、特重级（A8）

β

＝0.95。12.2.2荷载计算

关于多台吊车的荷载折减系数ββ的意义：

考虑多台吊车Dmax

、Dmin和Tmax同时出现的概率很小，故排架计算时，当考虑多台吊车同时作用时，将Dmax

、Dmin和Tmax值给予折减，即乘以折减系数β。取值见下表。多台吊车的组合：计算Dmax

、Dmin时，当考虑多台吊车时，一层吊车单跨厂房，不多于两台；一层吊车多跨厂房，不多于四台。计算Tmax

时，单跨、多跨均不多于两台。12.2.2荷载计算参与组合的吊车台数吊车工作级别轻级和中级（A1~A5）重级和特重级（A6~A8）20.90.9530.850.940.80.85Dmax

、Dmin下单跨排架的计算简图：e4－吊车梁中心线至下柱中心线的距离12.2.2荷载计算

Dmax在柱ABAABABADmax在柱BBDmaxDminDmaxDmin吊车横向水平荷载设计值Tmax计算Tmax的产生：额定起重质量Q的重力标准值小车的重力标准值12.2.2荷载计算Tmax的作用点：柱侧吊车梁顶面位置。吊车横向水平荷载标准值Tk计算：设吊车每个轮子传递的横向水平荷载为Ti,k,则总的吊车横向水平荷载标准值ΣTi,k为：ΣTi,k通过桥架所有轮子传递。对4轮吊车，其中每个轮子传递值Ti,k为：α

－吊车横向水平荷载系数12.2.2荷载计算

吊车对排架产生的最大横向水平荷载标准值Tmax,k可由吊车梁支座水平反力影响线求得（计算同Dmax，k

）。Tmax也可由Dmax求得：则当考虑多台吊车折减系数：12.2.2荷载计算Tk则Tmax下单跨排架的计算简图吊车左行时刹车吊车右行时刹车12.2.2荷载计算风荷载基本风压W0(kN/mm2)

－《荷载规范》风荷载标准值Wk(kN/mm2)12.2.2荷载计算风振系数。单厂：βz=1.0风压体型系数，指风在建筑物表面所引起的实际压力（或吸力）与基本风压的比值；与建筑物体型、尺寸、周围环境及地面粗糙程度有关－《荷载规范》风压高度系数,与离地高度和地面粗糙程度有关。－《荷载规范》。排架上风荷载的简化：柱顶以下：简化为均布荷载q1、q2

μz－按柱顶标高取值；柱高度近似取柱全高。12.2.2荷载计算屋盖部分：简化为作用在柱顶的水平集中荷载μs1μs2μz取值：无天窗时，按檐口标高取；有天窗时，按天窗檐口标高取。12.2.2荷载计算的计算作用在坡屋面上风荷载水平分力标准值的合力，按h2计算。作用在竖直面上的风荷载，按h1计算。则，风荷载下排架计算简图为：左风下右风下12.2.2荷载计算(1)恒载下(2)屋面活荷载下(4)吊车水平荷载下(3)吊车竖向荷载下(5)风荷载下

Dmax在柱ABAABABAB12.2.3用剪力分配法计算等高排架等高排架：柱顶水平位移相等的排架1.柱顶作用水平集中力时的剪力分配剪力分配：即一个柱顶作用水平集中力F的等高排架，每个柱承担的剪力Vi与其本身的抗剪刚度成正比,水平集中力F可按柱的抗剪刚度比例分配给每个柱,从而求得每个柱的剪力。对单阶悬臂柱，当单位力1作用于柱顶时，柱顶产生水平位移推导如下：由结构力学知：其中－为柱的“抗剪刚度”可由表2.5.2查出13.2.3用剪力分配法计算等高排架柱顶作用集中力F时的各柱剪力计算取横梁为隔离体，可得123……将代入再代入得：21312.2.3用剪力分配法计算等高排架12.2.3用剪力分配法计算等高排架则代入

得：3剪力分配系数12.2.3用剪力分配法计算等高排架任意荷载作用时的剪力分配步骤：(1)在排架柱顶附加一不动铰支座，求出不动铰支座的水平反力R和排架柱内力；12.2.3用剪力分配法计算等高排架(2)撤销附加的不动铰支座，将其反力R反向作用与柱顶，用剪力分配法求出排架柱的内力；(3)叠加排架柱的内力，画出内力图。

各种荷载下不动铰支座反力R可由表2.5.2求得如：RAB(1)叠加(1)、(2)内力即得。12.2.3用剪力分配法计算等高排架＝＋RARBRVAVB(2)12.2.4排架结构考虑整体空间作用的计算厂房整体空间作用：由于纵向构件的联系，厂房横向排架之间、排架与山墙之间彼此牵制、协同工作，这种相互联系的整体作用，称为厂房的空间作用。排架结构考虑整体空间作用时的内力计算uaucudub空间作用的规律

有山墙>无山墙局部荷载>均布荷载无檩屋盖>有檩屋盖《规范》规定：计算排架内力时，仅对吊车荷载考虑厂房的空间作用。排架结构考虑整体空间作用时的内力计算μ为衡量空间作用的大小的分配系数，称为空间作用分配系数。厂房的空间作用越大，μ越小。（1-μ）R考虑厂房空间作用的内力计算步骤：(1)在排架柱顶附加一不动铰支座，求出不动铰支座的水平反力R和排架柱内力；(2)撤销附加的不动铰支座，将其反力R乘以μ反向作用与柱顶，用剪力分配法求出排架柱的内力；(3)叠加排架柱的内力，画出内力图。如：RAB叠加(1)、(2)内力即得。＝＋μR（1-μ）R12.2.5内力组合目的：找出危险截面上的最不利内力（或内力组合）。图单阶排架柱的控制截面ⅠⅠⅡⅡⅢⅢ排架柱的控制截面控制截面：对构件配筋起控制作用截面。Ⅰ-Ⅰ:上柱下截面Ⅱ-Ⅱ:下柱上截面（牛腿顶截面）Ⅲ-Ⅲ:下柱下截面2控制内力对偏心柱，一般最不利内力出现在以下四种情况下。

对大偏压柱,还应考M较Mmax略小,但它所对应的N却减小很多的情况。13.2.4内力组合如何找到控制截面的最不利内力呢？荷载组合活荷载同时出现，使内力达到最不利的可能性几种活荷载同时作用又同时达到最大值的可能性不大－－引入活荷载组合系数ψ13.2.4内力组合应考虑两方面注：当恒荷载效应对结构有利时，恒荷载分项系数取1.0。

根据《荷载规范》，对排架结构按下列荷载组合确定最不利内力：

注意几点:(1)内力组合不是荷载相加，而是相应内力叠加；13.2.4内力组合(2)恒载必参加组合；(3)每次组合以一种内力为组合目标决定荷载项的取舍；(4)当取Nmax、Nmin为组合目标时，应使相应的M尽可能的大；(5)风荷载有左风、右风两种，每次组合只取一种；(6)对吊车荷载：有T必有D，有D未必有T；Dmax、Dmin同时存在。截面荷载项目内力恒荷载屋面活荷载吊车荷载风荷载G1G2G3G4Q1Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax左风右风1234567M43.6-10.6146.412.7+21.548.0-54.4N484.270.6543.0161.00.00.00.0内力组合项目MN|Mmax|及NNmin及MNmax及M1.2*1+1.4*3+1.4*(0.7*5+0.6*6)318.71341.21.2*1+1.4*6119.5581.01.35*1+1.4*0.7*(3+5+6)270.41.2*1+1.4*3+1.4*(0.7*2+0.7*5+0.6*6)308.61410.71.35*1+1.4*0.6*6653.799.21.35*1+1.4*(0.7*2+0.7*3+0.7*5+0.6*6)1255.0截面荷载项目内力恒荷载屋面活荷载吊车荷载风荷载G1G2G3G4Q1Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax左风右风1234567M20.03.46-43.7-34.7+21.548.0-54.4N423.970.60.00.00.00.00.0内力组合项目MN|Mmax|及NNmin及MNmax及M1.2*1+1.4*2+1.4*(0.7*3+0.7*5+0.6*7)607.51.35*1+1.4*(0.7*2+0.7*3+0.7*5+0.6*7)

641.4-79.2

截面荷载项目内力恒荷载屋面活荷载吊车荷载风荷载G1G2G3G4Q1Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax左风右风1234567M52.9-3.223.2-185+21.548.0-54.4N537.570.6543.0161.00.00.00.0内力组合项目MN|Mmax|及NNmin及MNmax及M1.0*1+1.4*4+1.4*(0.7*2+0.7*5+0.6*7)-276.0832.1注意：由永久荷载效应控制的组合：恒荷载的分项系数为1.35，活荷载的分项系数为1.4，但全部活荷载均乘以组合系数当荷载对结构有利时（多为恒载），其荷载的分项系数取1.012.2.6排架计算中的两个问题纵向柱距不等的排架内力计算计算单元及计算简图当屋面刚度较大或设有可靠的下弦纵向水平支撑时。内力计算恒载、风荷载等作用下－－同一般排架但对合并柱应还原：即将计算结果除2；柱不变AC吊车荷载下吊车位置－使中间排架②产生Dmax,Dmin和

Tmax注:合并排架在吊车荷载下的轴向力应根据实际算。如N2=D2maxB合并排架的吊车竖向及水平荷载为:排架的水平位移计算验算目的－－吊车运行要求当柱满足表2.4.2尺寸要求时，可不验算。验算位置－－Tmax作用点K处μk－按结力方法计算，考虑一台最大吊车的作用其中柱截面抗弯刚度中、轻级（A1~A5）重、特重级（A6~A8）露天栈桥柱满足的条件截面荷载项目内力恒荷载屋面活荷载吊车荷载风荷载G1G2G3G4Q1Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax左风右风1234567M-6.22-0.3555.63-110.53+146.48209.07-194.86N332.8541.03467.7590.250.00.00.0内力组合项目MN|Mmax|及NNmin及MNmax及M12.6单层厂房柱12.6.1柱的形式12.3.1柱的形式12.6.2矩形柱的设计设计内容:一、使用阶段二、施工阶段承载力(正、斜截面)裂缝验算承载力(正、斜截面)裂缝验算1、截面尺寸和外形构造尺寸保证柱的承载力和刚度（见表2.4.2）2、截面设计根据最不利内力按偏压构件计算。2、截面设计需注意的是，对于排架柱，考虑二阶效应的弯矩设计值按下式计算（与上册偏压构件不同）：一阶弹性分析柱端弯矩设计值排架柱计算长度，见教材附表截面曲率修正系数初始偏心距轴向压力对截面重心的偏心距附加偏心距3构造要求：砼等级；纵筋及构造纵筋；箍筋构造模板图12.3.2排架柱的设计（书

p）图见下页4、施工阶段计算注意事项：安全等级：较使用阶段降一级；荷载：自重×动力系数；砼等级：按与各施工阶段相应的实际强度；计算简图：按吊装、运输等阶段实际受力情况简化；控制截面：找跨内最大弯矩、支座最大弯矩和剪力截面。12.6.3牛腿设计分类短牛腿：长牛腿:h0－牛腿与下柱交接处的竖直截面的有效高度；a－竖向力Fv作用点至下柱边缘的距离。－深梁－悬臂梁短牛腿的试验研究及破坏形态弹性阶段主拉、主压应力迹线：①F(20%~40%)Fu时，上根部出现垂直裂缝,但不发展；F(40%~60%)Fu时，②缝出现，荷载，②缝发展(2)裂缝出现及开展②①弯曲破坏（弯压破坏）②斜压破坏、斜拉破坏③纯剪破坏（剪切破坏）④局部受压破坏

(3)破坏形态斜拉破坏牛腿设计内容：确定牛腿截面尺寸（b与柱同宽，h＝？）承载力计算(As)配筋构造(纵筋、箍筋、弯筋)

hFvsFhsh确定－－以斜截面抗裂度为控制条件满足构造要求牛腿尺寸及钢筋配置aFvsFhshash0h1αc作用于牛腿顶面按荷载标准组合计算的竖向力值；作用于牛腿顶面的按荷载标准组合计算的水平拉力值；裂缝控制系数，需疲劳验算时（如支撑吊车梁）,β=0.65其它牛腿,β=0.8;aFvsFhshash0h1αch应满足的构造要求：h1应;α≤45o垫板尺寸应满足：垫板下局压面积若不满足：加大垫板尺寸提高砼强度设置钢筋网片等As计算计算简图－－三角桁架。由得：若近似取Z＝0.85h0，则得：(1)纵筋：牛腿顶面竖向力设计值牛腿顶面水平力设计值根数≮4根，且不能下弯兼作弯起钢筋，宜用：HRB400或HRB500，布置如下图。当a<0.3h0，取a=0.3h0。则得：1.2≈(3)构造要求：水平箍筋：直径：d=6~12mm;间距：100～150mm布置要求：上部2/3范围的水平箍筋总截面面积≮1/2As(竖)弯起筋：时设弯筋；宜用：HRB400或HRB500；直径：≮12mm；布置范围：l/6~l/2；数量：Asb≮1/2As(竖)，且≮2根。aFvsFhshash0h1αcll/6l/2作业：12.7柱下独立基础12.7.1柱下独立基础的形式扩展基础：阶梯形、锥形带短柱扩展基础12.7.2柱下独立基础的设计设计内容：底面尺寸－按地基承载力和变形条件确定基础高度－按抗冲切承载力确定底板配筋－按受弯承载力计算满足构造要求绘施工图

－－按地基承载力和变形条件确定假定：基础为刚性基底压应力线性分布荷载：柱根截面的弯矩、轴力、剪力；基础梁传来的偏心竖向力；基础与回填土自重G。汇总成作用于基础底面的弯矩、轴力和剪力12.4.2柱下扩展基础的设计

底面尺寸确定(1)轴心受压柱下基础γm－基础及基础上方土的重力密度；d-基础的埋深12.4.2柱下扩展基础的设计荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力。基础及基础上方土的重力标准值，Gk

≈γmdA；基础底面积；修正后的地基承载力特征值或采用正方形底面。将Gk代入上式得：选定b，求另一边l=A/b。偏心受压基础确定步骤：计算A轴A偏=(1.2~1.4)A轴初步确定底面边长求基底压力pkmax,pkmin验算基底压力若不满足，调整底面边长。12.4.2柱下扩展基础的设计可见：当e<b/6，pkmin>