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1、第12-1章 单层厂房 The Single-story Factory Building,第一节 概述 排架结构：由梁（或桁架）和柱铰接、柱与屋架铰接， 与基础刚接而构成的单层框架； 刚架结构：柱与横梁刚接，与基础铰接。,Frame structures,第二节 结构组成与结构布置 一、结构组成 1、屋盖结构（有檩体系、无檩体系） 屋面板、屋架(或屋面梁)、屋盖支撑、(天窗架、托架) 功能：承受屋面荷载；围护(抗风、雨、隔热),2、横向平面排架 屋架(或屋面梁) 、横向柱列 、基础 基本承重结构 功能：承受厂房的竖向荷载、横向水平荷载及横向水平地震作用。 3、纵向平面排架 纵向柱列、吊车梁、
2、连系梁、基础、柱间支撑 功能：承受纵向水平荷载（山墙风荷载、吊车纵向水平荷载）以及 温度变化引起的内力；保证厂房结构的纵向稳定性和刚度。 4、围护结构 纵墙、山墙、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁、基础梁,吊车竖向荷载 屋面荷载(雪/检修/灰) 墙体自重 吊车横向水平荷载 吊车纵向水平荷载 纵墙风荷载 山墙风荷载,水平荷载,排 架 柱,竖向荷载,二、荷载传递路线,横向平面排架主要荷载示意图,1、山墙与横向定位轴线的联系 由于山墙内侧抗风柱上柱需与屋架上弦连接的构造需要，端部柱截面中心线应自横向定位轴线向内移600mm。,补充知识:,单层工业建筑设计,一、定位轴线,2、横向伸缩缝与横向定位轴线的联系,
3、采用双柱处理，应设两条横向定位轴线， 两侧柱中心自定位轴线向两侧内移600mm。 两条定位轴线间的距离称做插入距， 等于变形缝宽。,3、外纵墙、边柱与纵向定位轴线的联系,（1）封闭式结合 即边柱外缘与纵向定位线相重合。 此时吊车端部外缘至上柱内缘的安全净空尺寸满足要求。屋面板全部采用标准板，不需设补充构件，具有构造简单、施工方便等优点。,（2）非封闭式结合 边柱外缘与纵向定位轴线间有一定的距离。 屋面板只能铺至定位轴线处，与外墙内缘出现了非封闭的构造间隙，需要非标准的补充构件板，构造复杂，施工较为麻烦。,二、柱顶标高H的确定,对于有吊车工业建筑： 计算公式：H=H1+h6+h7,H 柱项标高（
4、m）， 必须符合3M的模数,H1 吊车轨顶标高，为牛腿顶面标高（3M 或6M模数）与吊车 梁高、车轨高及垫层厚之和，一般由工艺设计人员提出。,h6 吊车轨顶至小车顶面的高度（m），根据吊车资料查出 。,h7 小车顶面到屋架下弦底面之间的安全净空尺寸（mm）。 按国家标准及根据吊车起重量可取300、400、500mm。,三、结构布置 平面设计 ：柱网布置，吊车梁，维护墙布置，屋面梁，天沟板 布置，基础与基础梁布置等。 剖面设计：柱顶标高、轨顶、地坪标高；过梁、圈梁、门窗洞 口位置等。 （立面设计）,1、柱网布置（确定跨度和柱距） 一般情况： 端部横向定位轴线与山墙内缘重合,山墙内侧第一排柱中心内
5、移600mm；变形缝两边的横向定位轴线向两边移动600mm. 横向排架中柱的纵向定位轴线于柱中心；边柱纵向定位轴线与纵墙内缘、柱外缘重合（封闭式）。,柱网布置应符合厂房建筑模数协调标准GBJ6-68 跨度在18M和18M以下时，采用30M的模数； 跨度在18M以上时，采用60M的模数。,2、变形缝 变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。 1）伸缩缝-结构体系很长，温度应力过大时, 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。 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。 3、支撑布置 支撑的作用：保
6、证结构稳定性、增强厂房的空间刚度、传递水平 荷载(风荷载、吊车荷载)、施工、安装的稳定。,4、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁 (1) 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： A、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； B、保证在竖向应允许两者之间有一定相对位移的可能性。 （2）圈梁、连系梁、过梁和基础梁 圈梁-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-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（分承重和非承重）。 过梁-作用是承受门窗洞口上的墙体重量。 基础梁-作用是承受围护墙体
7、的重量。,四、单层厂房结构构件选型(自学),说明：1、天沟板和嵌板的选用，可以屋架模板图或屋架与屋面板连接位置图根据； 2、在吊车轨道连接图集中，选用轨道连接应与吊车梁配套，还应选车挡； 另外，还应查取连接件自重、轨顶至吊车梁距离； 3、支撑和系杆的布置应参照折线形屋架图集。,第三节 排架计算 a、计算若干榀代表性的横向平面排架； b、一般可不计算纵向排架，但抽柱、 纵柱根数7、抗震时考虑空间整体 作用的计算，进行修正。 一、计算简图 1、计算单元：相邻柱距的中心线截出的一个典型区段，称为排 架的计算单元。 受荷范围：宽度（开间、柱距）；跨度（进深）；高度,2、计算假定 (1)屋架(或屋面梁)
8、与柱为铰接，只传递N、V， M0 (2)柱底嵌固于基础； (3)忽略屋架(或屋面梁)的轴向变形； (4)屋架(或屋面梁)简化为直线，柱按上下截面形心线简化为直线或折线。 计算简图的要素： 计算模型 （体系、支座、几何尺寸） 计算荷载 （大小、方向、位置）,二、荷载分析,1、 永久荷载 (1)屋架自重:柱顶以上所有永久荷载的总和G1通过屋架的 支点作用于柱顶。作用点位于厂房定位轴线 内侧150mm处。,(2) 上柱自重G2：上柱自重G2对下柱的偏心距为e2，则G2 对下柱的偏心距为 （3）下柱自重G3：作用于下柱，与下柱中心线重合； （4）吊车梁及轨道等自重G4，M4=G4e4,2、可变荷载,（
9、1）屋面活荷载： A、屋面均布活荷载：查规范。 B、雪荷载： 式中，Sk为雪荷载标准值； 为屋面积雪分布系数，近似取1； S0为基本雪压(kN/m2)：它是以一般空 旷平坦地面上统计所得50年一遇最大 积雪自重确定的。 注：活荷载与雪荷载取大值参与荷载组合。 C、积灰荷载：查阅荷载规范。,（2）吊车荷载,吊车工作级别按利用等级、载荷状态分为8级：A1A8。,A、作用于排架柱的吊车竖向荷载Dmax(或Dmin) 最大轮压Pmax,k：小车在额定起重量并开到大车的极限位置时， 在大车该侧的车轮产生的轮压。 最小轮压Pmin,k：此时另一侧的轮压。,Pmax,k可以根据吊车型号、规格等条件查阅有关资
10、料。,式中，,和,分别为大车和小车的自重（标准值），均以吨计；,为吊车的额定起重量；,最大轮压设计值Pmax和最小轮压设计值Pmin如下：,柱最大竖向吊车荷载Dmax，Dmin根据简支吊车梁反力影响线计算。,Dmax,kP1max,k(y1y2)P2max,k(y3y4) ， 式中： P1max,k、 P2max,k2台吊车的最大竖向轮压标准值(P1max,k P2max,k), 多台吊车的荷载折减系数（与吊车工作制、参与组合的吊车台数 有关）;,Dmax和Dmin对下柱都是偏心 压力，转换成作用在下柱顶 面的轴向压力和弯矩。,e4吊车梁支座钢垫板 的中心线至下柱轴 线的距离。,注：表示不相容
11、,B、作用于排架柱的吊车横向水平荷载Tmax, Tmax即小车吊起额定Q、在启动和刹车时产生的惯性力。 吊车的横向刹车力平均传给两侧的结构。 对于Q不超过50T的吊车，每一个大车轮传递的水平荷载为：,吊车横向水平荷载系数 0.080.20 ， 与吊车吨位、软硬钩有关；, 在计算Tmax作用下的排架结构内力时，无论是单跨还是多跨 最多考虑两台吊车同时刹车。,C、吊车纵向水平荷载T0,吊车纵向水平荷载是桥式吊车在厂房纵向启动和刹车时产生的惯性力。 对于单跨和多跨厂房只考虑两台吊车同时刹车。,n为吊车每侧的制动轮数，对于一般四轮吊车n=1.,（3）风荷载,A、风荷载标准值： w0基本风压值（kN/m
12、2），由在空旷平坦地面10m处 50年一遇的10分钟平均最大风速得出， 苏州w00.4kN/m2。 z高度z处的风振系数，单层厂房z1.0。 s风荷载体型系数，即风作用在建筑物表面所引起的实 际风压(压力或吸力)与基本风压的比值。 压力：“”；吸力：“”。 z风压高度变化系数，不同高度对风速的影响取值，与 地面粗糙程度（A、B、C、D四类）有关 。 A 为平坦空旷地区。,B、风荷载计算： （）作用在柱顶以下的风荷载按均布荷 载q1、q2计算。 z按柱顶标高取值； （）作用在柱顶以上的风载简化为作用在柱顶的水平 集中力FW。 无天窗时，z按厂房檐口标高取值； 有天窗时，z按天窗檐口标高取值。,F
13、W,（）风荷载计算简图,三、等高排架内力分析 等高排架：柱顶水平位移相等的排架。,称为水平柔度，即单位水平力 作用下，柱顶产生的水平位移。 其值可查表得到。 称为抗剪刚度或抗侧移刚度，即 柱顶产生单位水平位移所需施 加的力。,1、柱顶作用水平集中力时（剪力分配法） 各柱柔度ui由力法计算或查表得 各柱顶剪力： 各柱顶剪力之和： 由此得到：,P,柱列总抗剪刚度 柱顶水平剪力是按其抗侧移刚度分配, 可按独立悬臂柱计算其内力和位移。,（1）在柱顶附加不动铰支座，利用图表求出内力和支座反力R；,（2）撤除不动铰支座，将支座反力R反向作用于柱顶，求排架内力；,（3）将上述两种情况的内力叠加。,2、任意荷
14、载作用时的剪力分配,以两跨吊车横向水平荷载为例： A B柱上有吊车横向水平荷载Tmax，求柱内力。,+,作业 已知：风荷载作用下排架的计算简图。 相关参数：Hu/H 0.295，nIu/Il0.148， A0.3，B0.4，C0.3 求：风荷载作用下排架的内力。 要求：程序完整，步骤无缺(包括简图、公式、数据、结果及结论)。 计算精度：kN、kNm：0.1、0.01、 mm、mm2：1.0、0.1 参数：0.001,解：1、设附加支杆，求Ri、R 查教材附录，得： RAq1HC113.2312.90.34114.2kN（ ） RB0 RCq2HC111.6212.90.3417.1kN（ ）
15、RFWRARBRC11.314.27.132.6kN（ ） 2、撤附加支杆，R反向作用于柱顶，求Vi R R32.6kN（ ） VA14.20.3 32.64.38kN（ ） VB0.4 32.612.9kN（ ） VC7.10.3 32.62.7kN（ ）,3、求各柱的内力 A柱： M10.53.23 3.824.38 3.86.68kNm M3= 0.5 3.23 12.924.38 12.9212.3kNm V33.23 12.94.3837.2kN（ ） B柱： M112.9 3.849kNm M312.9 12.9166.4kNm V312.9kN（ ） C柱： M12.7 3.80.5 1.62 3.8222kNm M32.7 12.90.5 1.62 12.92169.6kNm V32.71.62 12.923.6kN（ ） 4、排架内力图（各柱柱底剪力标注于其上） 5、由结构对称性，可求右风荷载作用下排架的内力。,四、不等高排架的内力分析（自学） 采用力法:用未知力Xi 代替排架的多余连系的作用, 根据变形协调的条件, 建立力法方程, 求解Xi , 由力平衡条件求排架的内力。 X
