第2章：单层厂房结构教学教材

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1、研制单位：湖南大学高等教育出版社高等教育电子音像出版社混凝土结构设计(第2章电子教案)第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章第2章 单层工业厂房设计第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章本章重点 熟悉单层工业厂房结构的选型与结构布置方法； 掌握钢筋混凝土排架的荷载与内力计算方法、内力组合原则及柱的截面设计方法； 熟悉排架柱的配筋构造要求。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章排架结构图刚架结构图第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章v 无檩体系：由屋面板、天沟板、天窗架、屋架、托架、及屋盖支撑组成。刚度大。2.2结构组成及荷载传递2.2.1 结构

2、组成1. 屋盖结构 屋盖结构可分有檩体系和无檩体系两种。v 有檩体系：由小型屋面板、檩条及屋盖支撑组成。刚度小。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章 单层工业厂房空间结构图第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2. 纵、横向平面排架 v横向平面排架：包括横梁(屋架)、柱及基础 横向平面排架第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章v 纵向平面排架：包括纵向柱列、基础、连系梁、吊车架、柱间支撑v围护结构：包括纵墙、山墙、墙梁、抗风柱、基础梁 纵向平面排架第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2.2.2 荷载传递竖向荷载传递图横向排架是主要的承重结构，

3、屋架、排架柱和基础是主要的承重构件。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章横向水平荷载传递图第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章 纵向水平荷载传图第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2.3结构布置2.3.1 厂房平面布置 1. 柱网布置 要考虑工艺、经济、模数化等因素。2. 变形缝 v 伸缩缝：减少厂房温度应力的影响而设，上部结构 断开，下部结构不断开。v 沉降缝：厂房高度、吊车吨位、土质相差较大时而设，上、下部结构都要断开。v 抗震缝：为防止地震区厂房或厂房区段相邻太近地震时发生碰撞而设，可与伸缩缝、沉降缝合并，但宽度要满足抗震缝要求。第2章混凝土结构

4、设计主 页目 录上一章帮 助下一章 柱网布置第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2.3.2 支撑布置 1. 屋盖支撑 v 上弦横向水平支撑 v 下弦横向水平支撑 v 纵向水平支撑 v 垂直支撑和水平系杆 v 天窗架支撑单层厂房支撑包括屋盖支撑和柱间支撑两类，应了解各支撑的作用和设置条件及设置位置。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章 上弦横向水平支撑第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章 下弦横向及纵向水平支撑第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章垂直支撑及水平系杆第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章 柱间支撑是纵向平面排架中最

5、主要的抗侧力构件，其作用是承受纵向水平荷载和提高纵向刚度。2. 柱间支撑 柱间支撑第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2.3.3 围护结构布置 1. 抗风柱 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。抗风柱与屋架相连必须满足两个条件：水平方向可靠连接垂直方向允许有一定的相对位移第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章 抗风柱及其连接第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2. 圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置v 圈梁：加强厂房的整体刚度，以防止地基不均匀沉降对建筑物的危害。v 连系梁：连系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度，传递风

6、荷载。v 过梁：在砌体中(围护结构)承担洞口上的荷载。v 基础梁：承受围护墙体的重量。梁底部距土的表面预留100mm左右的间隙，使梁可以随柱基础一起沉降。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2.4结构选型和截面尺寸确定2.4.1 屋盖结构构件 1. 屋面板 无檩：大型屋面板(1.5m6.0m)，F型屋面板、单肋板、空心板。 有檩：檩条、小型屋面板（槽瓦、波形大瓦等）2. 檩条 檩条搁置在屋架上，支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章3. 屋架 由跨度、高度、排水坡度确定。 形式：梯形、折线形、。 各种形式的屋架第2章混凝土结构设计主

7、 页目 录上一章帮 助下一章4. 天窗架和托架 托架 天窗架第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章吊车梁的类型 2.4.2 吊车梁 吊车梁直接承受吊车起重、运行和制动时产生的各种往复荷载；传递厂房的纵向荷载、保证厂房的纵向刚度。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2.4.3 柱1. 柱的形式 矩形、工字形、双肢柱。柱的形式第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2. 柱的截面尺寸 设计柱子的截面尺寸时不仅考虑承载力，还需考虑厂房柱的刚度要求。2.4.4 基础1. 基础的类型 单层厂房一般采用预制柱下基础，其主要形式有杯形基础（分梯形和锥形）、高杯基础、爆扩桩

8、基础和预制桩基础。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2. 基础尺寸的初步拟定 基础类型 基础底面尺寸根据基底反力和地基承载力由计算确定。基础高度和外形尺寸可根据工程经验确定。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2.5排架结构内力分析2.5.1 排架计算简图1. 计算单元 目的：确定柱和基础的内力。内容：确定计算简图、荷载计算、内力分析和内力组合。 按平面结构计算，根据结构布置和受力状况，选取最有代表性的计算单元。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章 计算单元的选取第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2. 基本假定和计算简图 v柱与基础刚

9、接。v屋架水平刚度无穷大；v屋架与柱上端铰接； 计算简图第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2.5.2 排架上的荷载1. 恒载 v 屋盖恒载G1 v吊车梁和轨道及连接件的重力荷载G3v悬墙自重重力荷载G2v柱自重重力荷载G42. 屋面活荷载 （由材料重度计算，注意作用位置）v 屋面均布活荷载 不上人屋面取0.5 kN/m2，上人屋面取2.0 kN/m2。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章v 屋面雪荷载 其中，屋面水平投影面上的雪荷载标准值， 单位为 。基本雪压，单位为 。屋面积雪分布系数，当坡屋面坡度 不大于25时时， 。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮

10、助下一章 恒载作用位置及相应的计算简图第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章 屋面活荷载作用下的排架计算简图第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章3. 风荷载 风荷载的计算第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章其中，风荷载标准值，单位为 。基本风压，单位为 。风压高度变化系数，由教材附表 5.1 查查得。风荷载体型系数，由教材附表 5.3 查查得。高度 处的风振系数。由教材附表 5.3查查得。2-1风荷载标准值： 第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章v 墙面上均布风荷载： 2-22-3v 柱顶水平集中荷载： 2-4第2章混凝土结构设计主 页目

11、录上一章帮 助下一章4. 吊车荷载 吊车荷载示意图第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章v 吊车竖向荷载 2-52-6v 吊车横向水平荷载 2-72-82-9v 吊车纵向水平荷载 第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章 吊车竖向荷载和横向水平荷载 第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章 吊车荷载作用下的计算简图第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2.5.3 等高排架内力分析1. 柱顶水平集中力作用下等高排架的内力分析 排架的内力分析方法与排架的形式及荷载的作用方式有关，可采用力法和位移法进行分析。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一

12、章v 柱顶作用的水平力与各柱顶的水平剪力平衡 2-10v 横梁轴向刚度无穷大，各柱顶的位移相等 2-11v 各柱的柱顶剪力和柱顶位置的关系2-12 利用解超静定结构的三个条件：平衡条件、变形条件和物理条件求解柱顶剪力。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2-13v 解联立方程求得各柱柱顶剪力2-14式中 为第i根柱的剪力分配系数： 在柱顶集中力作用下，可直接用剪力分配法求解。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2. 任意荷载作用下等高排架的内力分析 任意荷载作用下等高排架的内力分析第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章 不能直接应用剪力法，但通过柱顶加铰

13、支连杆可以通过转换用剪力分配法求解。分四步走：v 在排架柱顶附加一个不动铰支座，限制其水平侧移；v 叠加上述计算结果，可得到排架在任意荷载作用下的 柱顶剪力，至此，排架各柱的内力即可求解。v 此时排架变为多根一次超静定柱，利用柱顶反力系数 可求得各柱顶反力Ri及相应的柱端剪力，则柱顶假想 的不动铰支座反力为 ;v 撤除不动铰支座，将R反向加于排架柱顶，用剪 力分配法将其分配给各柱，求得柱顶分为 ;第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2.5.4 不等高排架内力分析 一般采用力法求解。将横梁切开，以横梁轴力作为基本未知量，以切口处变形为零的条件建立联立方程求解。当横梁内力求出后，各柱

14、为静定柱，即可求得在各自荷载下的柱内力。当为两跨不等高排架时，联立方程为：2-15 单位力产生的位移，由单位力图图乘求得。荷载位移。由单位力图乘以荷载图得。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章 不等高排架内力分析第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2.5.5 排架考虑整体空间作用的计算1. 厂房整体空间作用的基本概念 厂房空间作用分析第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章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 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。 吊车荷载为局部荷载，可按考虑厂房空间作用的方法计算吊车荷载作用

15、下的排架内力。v 实用中采用空间作用分配系数来考虑厂房的 荷载，该系数实质上是考虑空间作用排架的侧 移与按平面排架计算时的柱顶侧移 0的比 值。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章3. 考虑厂房整体空间作用时排架内力计算步骤 考虑厂房空间作用时排架的内力计算2-162-17比较：第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2.5.6 内力组合1. 柱的控制截面 内力组合就是确定柱的控制截面和相应的最不利内力，并进行荷载组合。 柱的控制截面v -上柱柱底截面 v -牛腿顶面 v -下柱柱底截面 第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章2. 内力组合原则 通过组合求出

16、可能出现的最不利内力v荷载规范规定荷载效应组合的设计值S，应 从下列组合值中取最不利值：2-192-18 请注意：当（2-18）式中n=1时，组合系数0.9应改为1.0。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章3. 内力组合项目 v偏心受压柱的破坏形态有两种：大偏心受压和小 偏心受压，故对控制截面考虑四种最不利内力组 合： Mmax及相应的N、V Mmin及相应的N、VNmax及相应的M、VNmin及相应的M、V 弯矩、轴力和配筋关系图第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章4. 内力组合注意事项 v无论什么情况，恒载必须参加组合；v 目的在于得到最大内力，其他为最大内力的对应值；v Dmax作用在A柱， 和Dmax作用在B柱不可能同时出现，所以不可能在同一组组合中出现；v Tmax参加组合时，必有垂直荷载项D(Dmax或Dmin)，而垂直荷载参加组合时，不一定有Tmax项(未必刹车)；v 风荷载，左风、右风不同时存在，故不同时参加组合；v 求Nmin时，N = 0的风荷载应参加组合。第2章混凝土结构设计主 页目 录上一章帮 助下一章v规范对多台吊车参加组合时，考虑