单层工业厂房结构

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1、2单层工业厂房结构单层工业厂房结构本章主要介绍：单层厂房的组成、传力途径及设计内容；单层厂房的结构布置；排架的内力计算；单层厂房柱设计；单层厂房结构主要构件的选型；各构件间的连接。重点是单层厂房的组成、受力特点、支撑的布置、构件选型、排架内力计算、构件间的连接。 本章提要本章提要本本 章章 内内 容容2.1 概述概述2.2 单层工业厂房排架结构的组成、传单层工业厂房排架结构的组成、传力途径及设计内容力途径及设计内容2.3 单层工业厂房的结构布置单层工业厂房的结构布置2.4 单层厂房结构主要构件的选型单层厂房结构主要构件的选型2.5 单层厂房排架内力计算单层厂房排架内力计算2.6 单层厂房柱的设

2、计单层厂房柱的设计2.7 单层工业厂房结构主要构件间的连单层工业厂房结构主要构件间的连接构造接构造2.1 概述概述2.1.1 单层厂房的结构类型单层厂房的结构类型2.1.1.1 按材料分按材料分 单层厂房的结构按其承重结构的材料来分，有单层厂房的结构按其承重结构的材料来分，有混混合结构合结构、钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构和和钢结构钢结构等类型。等类型。 混合结构的主要承重结构为墙或带壁柱墙，屋架混合结构的主要承重结构为墙或带壁柱墙，屋架可用钢筋混凝土结构、钢木结构或轻钢结构。可用钢筋混凝土结构、钢木结构或轻钢结构。 中型以上厂房大多选用钢筋混凝土结构。中型以上厂房大多选用钢筋混凝土结构。 单单

3、层层厂厂房房的的结结构构按按其其施施工工方方法法来来分分，有有装装配配式式和和现浇式现浇式两种。两种。目目前前除除特特殊殊情情况况外外，均均采采用用装装配配式式钢钢筋筋混混凝凝土土结构。结构。 2.1.1.2 按施工方法分按施工方法分1.排架结构排架结构 装配式单层厂房的主要承重结构是屋架或屋面装配式单层厂房的主要承重结构是屋架或屋面梁、柱和基础。当屋架与柱顶为铰接，柱与基础顶梁、柱和基础。当屋架与柱顶为铰接，柱与基础顶面为刚接时，这样组成的结构叫面为刚接时，这样组成的结构叫排架排架。随着生产工艺及使用要求的不同，排架结构可随着生产工艺及使用要求的不同，排架结构可设计成等高或不等高、单跨或多跨

4、的各种形式（设计成等高或不等高、单跨或多跨的各种形式（如如图图2.1所示所示）。）。 2.1.1.3 按承重结构的形式分按承重结构的形式分2.刚架结构刚架结构 钢筋混凝土门式刚架钢筋混凝土门式刚架。钢筋混凝土门式刚架的。钢筋混凝土门式刚架的基本特点是柱和屋架（横梁）合并为同一个构件，基本特点是柱和屋架（横梁）合并为同一个构件，柱与基础的连接为铰接或刚接。柱与基础的连接为铰接或刚接。 门式刚架种类很多，目前在单层厂房中用得较门式刚架种类很多，目前在单层厂房中用得较多的是两铰和三铰两种形式。同样，门式刚架也可多的是两铰和三铰两种形式。同样，门式刚架也可用于多跨厂房。用于多跨厂房。如图如图2.2所示

5、所示。图2.1钢筋混凝土排架结构 图2.2钢筋混凝土门式刚架 2.2 单层工业厂房排架结构的组成、传单层工业厂房排架结构的组成、传力途径及设计内容力途径及设计内容单层工业厂房排架结构通常由横向平面排架和单层工业厂房排架结构通常由横向平面排架和纵向平面排架及支撑系统连成一个整体的空间结构纵向平面排架及支撑系统连成一个整体的空间结构体系，由下列构件组成，体系，由下列构件组成，如图如图2.4所示所示。 2.2.1 单层工业厂房排架结构的组成单层工业厂房排架结构的组成图2.4装配式钢筋混凝土单层厂房结构 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1

6、1）基础梁12）天窗架垂直支撑13）屋架下弦横向支撑14）屋架垂直支撑15）柱间支撑2 2、单层排架结构组成、单层排架结构组成屋盖结构分屋盖结构分无檩无檩和和有檩有檩两种体系，两种体系，无檩体系无檩体系由由大型屋面板、屋面梁或屋架以及屋盖支撑所组成，大型屋面板、屋面梁或屋架以及屋盖支撑所组成，如图如图2.5所示所示。有檩体系有檩体系由小型屋面板、檩条、屋架（包括屋由小型屋面板、檩条、屋架（包括屋盖支撑）组成，盖支撑）组成，如图如图2.6所示所示。屋盖结构有时还有天窗架、托架，其屋盖结构有时还有天窗架、托架，其作用主要作用主要是围护和承重（承受屋盖结构自重、屋面活荷载、是围护和承重（承受屋盖结构

7、自重、屋面活荷载、雪荷载和其它荷载），以及采光和通风。雪荷载和其它荷载），以及采光和通风。 墙体围护结构墙体围护结构包括外墙、抗风柱、墙梁、基础包括外墙、抗风柱、墙梁、基础梁等，其作用主要是围护和承重。梁等，其作用主要是围护和承重。 2.2.1.1 屋盖和墙体围护结构体系屋盖和墙体围护结构体系图2.5无檩体系 图2.6有檩体系 横向平面排架横向平面排架是由是由屋面梁或屋架、横向柱列和屋面梁或屋架、横向柱列和基础基础等组成，它是厂房基本承重结构。等组成，它是厂房基本承重结构。厂房横向排架承受竖向荷载（如结构自重、屋厂房横向排架承受竖向荷载（如结构自重、屋面活荷载和吊车竖向荷载等）及横向水平荷载（

8、如面活荷载和吊车竖向荷载等）及横向水平荷载（如风荷载、吊车横向制动力和地震作用等）。风荷载、吊车横向制动力和地震作用等）。如图如图2.7所示所示。 2.2.1.2 横向排架结构体系横向排架结构体系图2.7单层厂房的荷载 纵向排架结构体系纵向排架结构体系是由是由纵向柱列和基础、连系纵向柱列和基础、连系梁和柱间支撑梁和柱间支撑等组成。等组成。其作用是保证厂房结构的纵向稳定和承重，厂其作用是保证厂房结构的纵向稳定和承重，厂房纵向排架主要承受纵向水平荷载，如纵向风荷载、房纵向排架主要承受纵向水平荷载，如纵向风荷载、吊车纵向制动力、纵向地震作用和温度应力等。吊车纵向制动力、纵向地震作用和温度应力等。如如

9、图图2.8所示所示。 2.2.1.3 纵向排架结构体系纵向排架结构体系图2.8厂房的纵向排架 1风力；2吊车纵向制动力；3连系梁；4柱间支撑；5吊车梁；6柱 2.2.2 荷载的传递荷载的传递永久荷载永久荷载是长期作用在厂房结构上的不变荷载是长期作用在厂房结构上的不变荷载（恒荷载），如各种结构构件、围护结构以及设备（恒荷载），如各种结构构件、围护结构以及设备的自重等。的自重等。 2.2.2.1 永久荷载永久荷载可变荷载是作用在厂房结构上的活荷载，主要可变荷载是作用在厂房结构上的活荷载，主要有：有：（1） 雪荷载雪荷载，以基本雪压所算得的在厂房各屋，以基本雪压所算得的在厂房各屋面上的积雪重量。面上

10、的积雪重量。（2） 风荷载风荷载，以基本风压所算得的在厂房各部，以基本风压所算得的在厂房各部分表面上的风压（吸）力。分表面上的风压（吸）力。（3） 吊车荷载吊车荷载，吊车起吊重物在厂房内运行时，吊车起吊重物在厂房内运行时的移动集中荷载包括吊车竖向荷载和吊车水平荷载的移动集中荷载包括吊车竖向荷载和吊车水平荷载（4） 积灰荷载积灰荷载，大量排灰的厂房及其邻近建筑，大量排灰的厂房及其邻近建筑，应考虑积灰荷载。应考虑积灰荷载。（5） 施工荷载施工荷载，厂房在施工或检修时的荷载。，厂房在施工或检修时的荷载。 2.2.2.2 可变荷载可变荷载作用在单层厂房结构上所有荷载按其作用方向作用在单层厂房结构上所有

11、荷载按其作用方向可分为可分为竖向荷载、横向水平荷载以及纵向水平荷载竖向荷载、横向水平荷载以及纵向水平荷载三种。三种。 荷载的传递，特别是水平荷载的传递，实际上荷载的传递，特别是水平荷载的传递，实际上很复杂的，而不是简单的直接传递，为了清楚起见，很复杂的，而不是简单的直接传递，为了清楚起见，再把上面分析的荷载传递路线综合成图表来表达，再把上面分析的荷载传递路线综合成图表来表达，如图如图2.9所示所示。在一般的单层厂房中，横向排架是主要承重结在一般的单层厂房中，横向排架是主要承重结构，而屋架、吊车梁、柱和基础是厂房中的主要承构，而屋架、吊车梁、柱和基础是厂房中的主要承重构件。重构件。 2.2.2.

12、3 偶然荷载偶然荷载图2.9 荷载传递路线图 单层工业厂房结构设计是根据建筑设计资料，单层工业厂房结构设计是根据建筑设计资料，以及坚固适用、技术先进、经济合理的原则进行结以及坚固适用、技术先进、经济合理的原则进行结构设计。构设计。单层厂房结构设计的主要内容：单层厂房结构设计的主要内容：（1） 确定结构方案，进行结构布置；确定结构方案，进行结构布置；（2） 确定主要承重构件；确定主要承重构件；（3） 进行排架内力分析与组合；进行排架内力分析与组合；（4） 排架柱设计；排架柱设计；（5） 确定主要构件之间的连接构造。确定主要构件之间的连接构造。 2.2.3 单层工业厂房结构设计的内容单层工业厂房结

13、构设计的内容2.3 单层工业厂房的结构布置单层工业厂房的结构布置单层厂房承重柱的纵向和横向定位轴线在平面上单层厂房承重柱的纵向和横向定位轴线在平面上形成的有规律的网格称为形成的有规律的网格称为柱网柱网。柱子。柱子纵向定位轴线纵向定位轴线间间的距离称为的距离称为跨度跨度，横向定位轴线横向定位轴线的距离称为的距离称为柱距柱距。确定柱网尺寸时，首先要满足生产工艺要求，尤确定柱网尺寸时，首先要满足生产工艺要求，尤其是工艺设备的布置；其次是根据建筑材料、结构形其是工艺设备的布置；其次是根据建筑材料、结构形式、施工技术水平、经济效果，以及提高建筑工业化式、施工技术水平、经济效果，以及提高建筑工业化程度和建

14、筑处理、扩大生产、技术改造等方面因素来程度和建筑处理、扩大生产、技术改造等方面因素来确定；此外，还应满足模数制的要求。确定；此外，还应满足模数制的要求。 2.3.1 柱网的布置柱网的布置（1） 跨度跨度单层厂房的跨度在单层厂房的跨度在18m以下时，应采用以下时，应采用30M数列数列（1M=100mm)，即，即9m、12m、15m、18m；在；在18m以以上时，应采用扩大模数上时，应采用扩大模数60M数列，即数列，即24m、30m、36m等。等。如图如图2.10所示所示。（2） 柱距柱距单层厂房的柱距应采用扩大模数单层厂房的柱距应采用扩大模数60M数列，数列，见图见图2.10。单层厂房山墙处的抗

15、风柱柱距宜采用扩大模数单层厂房山墙处的抗风柱柱距宜采用扩大模数15M数列。数列。图2.10 跨度和柱距示意图 （1）伸缩缝伸缩缝 为减少厂房结构的温度应力，可设置伸缩缝，为减少厂房结构的温度应力，可设置伸缩缝，将厂房结构分成若干温度区段。将厂房结构分成若干温度区段。 伸缩缝的一般做法是从基础顶面开始将相邻温伸缩缝的一般做法是从基础顶面开始将相邻温度区段的上部结构完全分开，在伸缩缝两侧设置并度区段的上部结构完全分开，在伸缩缝两侧设置并列的双排柱、双榀屋架，而基础可做成将双排柱连列的双排柱、双榀屋架，而基础可做成将双排柱连在一起的双杯口基础。在一起的双杯口基础。 2.3.2 变形缝的设置变形缝的设

16、置（2）沉降缝沉降缝 由于单层厂房结构主要是由简支构件装配而成，由于单层厂房结构主要是由简支构件装配而成，因地基发生不均匀沉降在构件中产生的附加内力不因地基发生不均匀沉降在构件中产生的附加内力不大，所以在单层厂房结构中，除主厂房结构与生活大，所以在单层厂房结构中，除主厂房结构与生活间等附属建筑物相连接处外，很少采用沉降缝。间等附属建筑物相连接处外，很少采用沉降缝。 当厂房高差大于当厂房高差大于10m，地基承载力或下卧土层有地基承载力或下卧土层有巨大差异及施工间隔相差很久时应考虑设置沉降缝。巨大差异及施工间隔相差很久时应考虑设置沉降缝。沉降缝应将建筑物从基础到屋顶全部分开，以沉降缝应将建筑物从基

17、础到屋顶全部分开，以使缝两边发生不同沉降时不至于相互影响。使缝两边发生不同沉降时不至于相互影响。 （3）防震缝防震缝 防震缝是为减轻震害而采取的措施之一。当厂防震缝是为减轻震害而采取的措施之一。当厂房平面、立面复杂，结构高度或刚度相差很大，以房平面、立面复杂，结构高度或刚度相差很大，以及在厂房侧边布置附房，如生活间、变电所、炉子及在厂房侧边布置附房，如生活间、变电所、炉子间等时，设置抗震缝将相邻部分分开，防震缝的宽间等时，设置抗震缝将相邻部分分开，防震缝的宽度在厂房纵横跨交接处可采用度在厂房纵横跨交接处可采用100150mm，其它情，其它情况可采用况可采用5090mm。 支撑的作用，从支撑的作

18、用，从图图2.11所举的有檩屋盖体系厂房所举的有檩屋盖体系厂房支撑布置中可以看出：如果不设支撑时，山墙上的风支撑布置中可以看出：如果不设支撑时，山墙上的风力力W将从将从A点传至点传至B点，这样不仅厂房整体刚度差，点，这样不仅厂房整体刚度差，稳定性也难于保证。如设了支撑，山墙上的风力稳定性也难于保证。如设了支撑，山墙上的风力W则则从从A点传至点传至123456,再传至柱间支撑，最后再传至柱间支撑，最后传至基础。传至基础。支撑的主要作用是：支撑的主要作用是：(1) 保证厂房结构的纵向及横向水平刚度；保证厂房结构的纵向及横向水平刚度；(2) 在施工和使用阶段，保证结构构件的稳定性；在施工和使用阶段，

19、保证结构构件的稳定性；(3) 将某些将某些水平荷载水平荷载传给主要承重结构或基础。传给主要承重结构或基础。 2.3.3 支撑的布置支撑的布置图2.11 有檩屋盖体系厂房支撑作用示意图 屋盖支撑屋盖支撑包括上弦横向水平支撑、下弦横向水包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑及系杆等。平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑及系杆等。1.横向水平支撑横向水平支撑横向水平支撑横向水平支撑（见图见图2.12）是由是由交叉角钢交叉角钢和屋架和屋架上弦或下弦组成的上弦或下弦组成的水平桁架水平桁架。其作用是，加强屋盖。其作用是，加强屋盖结构在纵向水平面内的刚度，将山墙抗风柱所承受结构在纵

20、向水平面内的刚度，将山墙抗风柱所承受的纵向水平力传到两侧柱列上去，布置在温度区段的纵向水平力传到两侧柱列上去，布置在温度区段的两端。设置在屋架上弦平面内的称为的两端。设置在屋架上弦平面内的称为上弦横向水上弦横向水平支撑平支撑；设置在屋架下弦平面内的称为；设置在屋架下弦平面内的称为下弦横向水下弦横向水平支撑平支撑。2.3.3.1 屋盖支撑屋盖支撑2.纵向水平支撑纵向水平支撑（这里）（这里）纵向水平支撑纵向水平支撑（见图见图2.13）一般是由交叉角钢等一般是由交叉角钢等钢杆件和屋架下弦第一节间组成的水平桁架。其作钢杆件和屋架下弦第一节间组成的水平桁架。其作用是加强屋盖结构在横向水平面内的刚性。用是

21、加强屋盖结构在横向水平面内的刚性。3.垂直支撑及水平系杆垂直支撑及水平系杆 垂直支撑一般是由垂直支撑一般是由角钢杆件角钢杆件与与屋架的直腹杆屋架的直腹杆或或天窗架的立柱天窗架的立柱组成的组成的垂直桁架垂直桁架。屋架垂直支撑根据。屋架垂直支撑根据屋架高度不同做成十字交叉形或屋架高度不同做成十字交叉形或W形天窗架，垂直形天窗架，垂直支撑一般做成斜叉形。支撑一般做成斜叉形。垂直支撑的作用是保证屋架及天窗架在承受荷垂直支撑的作用是保证屋架及天窗架在承受荷载后的平面外稳定；载后的平面外稳定；并将屋架上弦平面内的水平荷并将屋架上弦平面内的水平荷载传递到屋架下弦平面内载传递到屋架下弦平面内，所以垂直支撑与横

22、向水，所以垂直支撑与横向水平支撑配合作用。平支撑配合作用。4.天窗架支撑天窗架支撑天窗架支撑天窗架支撑包括包括天窗上弦水平支撑天窗上弦水平支撑和和天窗架间天窗架间垂直支撑垂直支撑。天窗架支撑的作用是增强整体刚度，保证其系天窗架支撑的作用是增强整体刚度，保证其系统的空间稳定性，并把端壁上的水平风荷载传给屋统的空间稳定性，并把端壁上的水平风荷载传给屋架。架。天窗架支撑一般均设置在天窗架的两端，天窗架支撑一般均设置在天窗架的两端，如图如图2.15所示所示。 图2.12 横向水平支撑布置图 图2.13 纵向水平支撑布置 图2.14 斜撑式垂直支撑 图2.15 天窗架上弦横向 柱间支撑一般采用交叉钢斜杆

23、组成。交叉倾角柱间支撑一般采用交叉钢斜杆组成。交叉倾角在在3555之间，以之间，以45为宜，钢杆件的截面尺寸需经为宜，钢杆件的截面尺寸需经强度和稳定计算确定（强度和稳定计算确定（如图如图2.16(a)所示所示）。当柱间因）。当柱间因交通、设备布置或柱距较大而不能采用交叉斜杆式交通、设备布置或柱距较大而不能采用交叉斜杆式支撑时，可以做成门架式支撑，支撑时，可以做成门架式支撑，如图如图2.16(b)所示所示。 柱间支撑的作用柱间支撑的作用是是保证厂房的纵向刚度保证厂房的纵向刚度和和稳定稳定性，吊车纵向制动力性，吊车纵向制动力和和山墙纵向风荷载山墙纵向风荷载及及纵向地震纵向地震力力经屋盖系统传递到两

24、纵向柱列上去。经屋盖系统传递到两纵向柱列上去。 2.3.3.2 柱间支撑柱间支撑柱间支撑布置：柱间支撑布置：一般一般上柱柱间支撑上柱柱间支撑设置在温度设置在温度区段两侧与屋盖横向水平支撑相对应的柱间，以及区段两侧与屋盖横向水平支撑相对应的柱间，以及温度区段中央温度区段中央或临近中央的柱间，或临近中央的柱间，下柱柱间支撑下柱柱间支撑设设置在温度区段中部与上柱柱间支撑相应的位置。置在温度区段中部与上柱柱间支撑相应的位置。 柱间支撑的布置原则：柱间支撑的布置原则：凡属下列情况之一的一凡属下列情况之一的一般厂房需设置柱间支撑。般厂房需设置柱间支撑。（1） 设有重级工作制吊车或中轻级工作制吊车设有重级工

25、作制吊车或中轻级工作制吊车起重量起重量10t时；时；（2） 厂房跨度厂房跨度18m或柱高或柱高8m时；时；（3） 纵向柱的总数每排纵向柱的总数每排7根；根；（4） 设有设有3t及及3t以上悬挂吊车时；以上悬挂吊车时；（5） 露天吊车柱列。露天吊车柱列。图2.16 柱间支撑 当用砖砌体作为厂房围护墙时，一般要设置圈梁当用砖砌体作为厂房围护墙时，一般要设置圈梁、连系梁、过梁和基础梁。、连系梁、过梁和基础梁。圈梁的作用是圈梁的作用是将墙体同厂房柱箍在一起，以加强将墙体同厂房柱箍在一起，以加强厂房的整体刚度，防止由于地基不均匀沉降、较大振厂房的整体刚度，防止由于地基不均匀沉降、较大振动荷载或地震对厂房

26、引起的不利影响。圈梁设在墙内动荷载或地震对厂房引起的不利影响。圈梁设在墙内，并与柱用钢筋拉接。圈梁不承受墙体重量，故柱上，并与柱用钢筋拉接。圈梁不承受墙体重量，故柱上不设置支承圈梁的牛腿。不设置支承圈梁的牛腿。圈梁的布置与墙体高度、厂房的刚度要求及地基圈梁的布置与墙体高度、厂房的刚度要求及地基情况有关。情况有关。 2.3.4 圈梁、连续梁、过梁和基础梁的布置圈梁、连续梁、过梁和基础梁的布置圈梁应连续设置在墙体的同一水平面上，并尽可圈梁应连续设置在墙体的同一水平面上，并尽可能沿整个建筑物形成封闭状。能沿整个建筑物形成封闭状。如图如图2.17。 圈梁的截面宽度宜与墙厚相同。圈梁的截面宽度宜与墙厚相

27、同。 连系梁的作用是连系梁的作用是连系纵向柱列，以增强厂房的纵连系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度，并将风荷载传给纵向柱列。此外，连系梁还向刚度，并将风荷载传给纵向柱列。此外，连系梁还承受其上面墙体的重量。连梁通常是预制的，两端搁承受其上面墙体的重量。连梁通常是预制的，两端搁置在柱牛腿上，用螺栓或电焊与牛腿连接。置在柱牛腿上，用螺栓或电焊与牛腿连接。 过梁的作用是过梁的作用是承托门窗洞口上部墙体的重量。承托门窗洞口上部墙体的重量。 在一般厂房中，通常用基础梁来承受围护墙体的在一般厂房中，通常用基础梁来承受围护墙体的重量，重量，如图如图2.18。 图2.17 圈梁的搭接长度 图2.18 基础梁的搁

28、置 2.4 单层厂房结构主要构件的选型单层厂房结构主要构件的选型 选用构件时的主要依据。选用构件时的主要依据。一般可根据两种一般可根据两种方法选用：方法选用：（1） 根据荷载或对负荷的限制条件根据荷载或对负荷的限制条件（2） 根据允许的最大内力（弯矩和剪力）根据允许的最大内力（弯矩和剪力）（1） 无檩体系屋面构件无檩体系屋面构件无檩体系采用大型屋面板，适用于大中型单层厂无檩体系采用大型屋面板，适用于大中型单层厂房。各种无檩体系屋盖的类型、特点、尺寸、允许均房。各种无檩体系屋盖的类型、特点、尺寸、允许均布荷载及适用条件布荷载及适用条件见表见表2.1。（2） 屋面板屋面板有檩体系屋面板类型、尺寸、

29、特点及适用条件有檩体系屋面板类型、尺寸、特点及适用条件见见表表2.2。（3） 檩条檩条檩条与屋架上弦的连接一般采用焊接。钢筋混凝檩条与屋架上弦的连接一般采用焊接。钢筋混凝土檩条类型、跨度等土檩条类型、跨度等见表见表2.3。2.4.1 屋面构件选型屋面构件选型表表2.1 屋面板类型表屋面板类型表 表表2.2 有檩体系屋面板有檩体系屋面板 表表2.3 钢筋混凝土檩条类型表钢筋混凝土檩条类型表 屋架或屋面梁屋架或屋面梁直接承受屋面荷载直接承受屋面荷载；有些厂房的屋；有些厂房的屋架（或屋面梁）还承受架（或屋面梁）还承受悬挂吊车悬挂吊车、管道管道或或其它工艺设其它工艺设备及天窗架备及天窗架等荷载，并和屋

30、盖支撑系统一起，保证屋等荷载，并和屋盖支撑系统一起，保证屋盖水平和垂直方向的刚度和稳定性。盖水平和垂直方向的刚度和稳定性。目前常用的钢筋混凝土屋架的形式及其适用条件目前常用的钢筋混凝土屋架的形式及其适用条件见表见表2.4。2.4.2 屋架选型屋架选型表表2.4 钢钢筋筋混混凝凝土土屋屋架架类类型型表表 吊车梁是吊车梁是有吊车厂房的重要承重构件，它直接承有吊车厂房的重要承重构件，它直接承受吊车起重、运行、制动时产生的受吊车起重、运行、制动时产生的各种往复移动荷载各种往复移动荷载。为此吊车梁除了要满足一般梁的为此吊车梁除了要满足一般梁的强度、抗裂度、刚度强度、抗裂度、刚度等要求外，还要满足等要求外

31、，还要满足疲劳强度疲劳强度的要求。同时，吊车梁的要求。同时，吊车梁还传递厂房纵向荷载（如山墙上的风荷载）。还传递厂房纵向荷载（如山墙上的风荷载）。吊车梁的选用一般按吊车的吊车梁的选用一般按吊车的起重能力、跨度和吊起重能力、跨度和吊车工作制车工作制的不同，可采用不同形式。常用钢筋混凝土的不同，可采用不同形式。常用钢筋混凝土吊车梁吊车梁见表见表2.5。 2.4.3 吊车梁选型吊车梁选型表表2.5 常用钢筋混凝土吊车梁常用钢筋混凝土吊车梁 柱主要承受屋盖和吊车梁等竖向荷载、风荷载及柱主要承受屋盖和吊车梁等竖向荷载、风荷载及吊车产生的纵向和横向水平荷载，有时还承受墙体、吊车产生的纵向和横向水平荷载，有

32、时还承受墙体、管道设备等荷载。所以，管道设备等荷载。所以，柱应具有足够的抗压和抗弯柱应具有足够的抗压和抗弯能力能力。 目前柱子标准图集给出了一些柱子的标准设计，目前柱子标准图集给出了一些柱子的标准设计，但大多数情况还需要设计者自行设计。常用柱的类型但大多数情况还需要设计者自行设计。常用柱的类型见图见图2.19。 常用柱距常用柱距6m的柱截面尺寸的柱截面尺寸参见表参见表3.1、3.2（p89）。）。 2.4.4 常用柱选型常用柱选型图2.19 柱的类型 (a) 矩形柱；(b) 工字形柱；(c) 预制空腹板工字形柱；(d) 单肢管柱；(e) 双肢柱；(f) 平腹杆双肢柱；(g） 斜腹杆双肢柱；(h

33、) 双肢管柱 柱截面尺寸参考表（柱距柱截面尺寸参考表（柱距6m) 2.5 单层厂房排架内力计算单层厂房排架内力计算单层厂房结构实际上是一空间结构体系，为了计单层厂房结构实际上是一空间结构体系，为了计算方便，一般分别按纵、横两个方向作为平面排架来算方便，一般分别按纵、横两个方向作为平面排架来分析，即假定各个横向平面排架（或纵向平面排架）分析，即假定各个横向平面排架（或纵向平面排架）均单独工作。均单独工作。计算单元：计算单元：单层厂房是一个复杂的空间结构，实际计算时，单层厂房是一个复杂的空间结构，实际计算时，可根据厂房的构造和荷载特点进行简化并确定计算简可根据厂房的构造和荷载特点进行简化并确定计算

34、简图，图，如图如图2.20所示所示。由相邻柱距的中部截取一个典型。由相邻柱距的中部截取一个典型区段，称为区段，称为计算单元计算单元，如图如图2.20所示所示。 2.5.1 计算假定和计算简图计算假定和计算简图为简化计算，根据构造特点，对确定排架的计算为简化计算，根据构造特点，对确定排架的计算简图时，简图时，有以下计算假定有以下计算假定:（1） 屋架或屋面大梁与柱顶连接处，仅用预埋屋架或屋面大梁与柱顶连接处，仅用预埋钢板焊牢，它抵抗转动的能力很小，计算中只考虑传钢板焊牢，它抵抗转动的能力很小，计算中只考虑传递垂直力和水平剪力，按递垂直力和水平剪力，按铰接结点铰接结点考虑。考虑。（2） 排架柱与基

35、础的连接做法是：预制柱插入排架柱与基础的连接做法是：预制柱插入基础杯口一定深度，柱和基础间用高强度等级细石混基础杯口一定深度，柱和基础间用高强度等级细石混凝土浇筑密实。因此排架柱与基础连接处按凝土浇筑密实。因此排架柱与基础连接处按固定端固定端位位于基础顶面。于基础顶面。 （3） 铰接排架的横梁（屋架）的刚度很大，受铰接排架的横梁（屋架）的刚度很大，受力后的轴向变形可忽略不计。排架受力后横梁两端两力后的轴向变形可忽略不计。排架受力后横梁两端两个柱子的柱顶水平位移相等。个柱子的柱顶水平位移相等。（4） 排架柱的高度由固定端算至柱顶铰接处，排架柱的高度由固定端算至柱顶铰接处，排架柱的计算轴线为柱的几

36、何中心线。当柱为变截面排架柱的计算轴线为柱的几何中心线。当柱为变截面时，排架柱的轴线为一折线，时，排架柱的轴线为一折线，如图如图2.20(a)、(b)所示所示。（5） 排架的跨度以厂房的纵向定位轴线为准，排架的跨度以厂房的纵向定位轴线为准，计算简图计算简图如图如图2.20(c)所示所示。图2.20 排架计算简图 （1） 屋面恒荷载屋面恒荷载屋面恒荷载标准值用屋面恒荷载标准值用G1k表示，设计值用表示，设计值用G1表示，表示，它包括各种构造层屋面板、天沟板、它包括各种构造层屋面板、天沟板、 屋架、天窗、天屋架、天窗、天窗架、屋架支撑、托架等自重。一般来说，窗架、屋架支撑、托架等自重。一般来说，G

37、1对上柱对上柱截面的几何中心有一个偏心距截面的几何中心有一个偏心距e1，G1对下柱截面的几对下柱截面的几何中心又增加了附加偏心距何中心又增加了附加偏心距e2，如图如图2.22所示所示。 2.5.2 排架荷载计算排架荷载计算2.5.2.1 恒荷载恒荷载作用在排架上的荷载分为恒荷载和活荷载两类，作用在排架上的荷载分为恒荷载和活荷载两类，如图如图2.21所示所示。 （2） 上柱自重上柱自重上柱自重标准值用上柱自重标准值用G2k表示，设计值用表示，设计值用G2表示，表示，它沿上柱中心线作用。它沿上柱中心线作用。（3） 吊车梁及轨道等零件自重标准值用吊车梁及轨道等零件自重标准值用G4k表示，设表示，设计

38、值用计值用G4表示，它沿吊车梁中心线作用于牛腿顶面，表示，它沿吊车梁中心线作用于牛腿顶面，一般吊车梁中心线到柱外边缘（边柱）或柱中心线一般吊车梁中心线到柱外边缘（边柱）或柱中心线（中柱）的距离为（中柱）的距离为750mm。（4） 下柱自重下柱自重下柱自重标准值用下柱自重标准值用G3k表示，设计值用表示，设计值用G3表示，表示，它沿下柱中心线作用。它沿下柱中心线作用。（5） 支承在柱牛腿上的围护结构等自重支承在柱牛腿上的围护结构等自重支承在柱牛腿上的围护结构等自重标准值用支承在柱牛腿上的围护结构等自重标准值用G5k表示，设计值用表示，设计值用G5表示，它沿承重梁中心线作用在柱表示，它沿承重梁中心

39、线作用在柱牛腿顶面。牛腿顶面。（6） 墙体荷载墙体荷载当墙直接砌筑在基础梁上或大型墙板直接搁置在当墙直接砌筑在基础梁上或大型墙板直接搁置在基础上时，它们对排架柱无竖向作用力，它们对排架基础上时，它们对排架柱无竖向作用力，它们对排架的作用是传递墙面上的水平风荷载给排架柱。的作用是传递墙面上的水平风荷载给排架柱。图2.21 排架上的荷载 图2.22 排架在屋面恒荷载作用下的计算简图和柱的内力图 屋面活荷载标准值用屋面活荷载标准值用Q1k表示，设计值用表示，设计值用Q1表示，表示，作用点和计算简图与屋盖恒荷载相同。作用点和计算简图与屋盖恒荷载相同。屋面活荷载屋面活荷载包括包括屋面均布活荷载、雪荷载和

40、积屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载灰荷载三种。均按屋面的水平投影面积计算。三种。均按屋面的水平投影面积计算。（1） 屋面均布活荷载屋面均布活荷载屋面均布活荷载按屋面均布活荷载按荷载规范荷载规范采用。当施工采用。当施工荷载较大时，则按实际情况采用。荷载较大时，则按实际情况采用。2.5.2.2 屋面活荷载屋面活荷载（2） 雪荷载雪荷载雪荷载雪荷载是积雪重量，为积雪深度和平均积雪密是积雪重量，为积雪深度和平均积雪密度的乘积。屋面雪荷载标准值度的乘积。屋面雪荷载标准值Sk计算式为：计算式为：Sk=rS0 雪荷载标准值；雪荷载标准值； 屋面积雪分布系数；屋面积雪分布系数； 基本雪压。基本雪压。（3） 积

41、灰荷载积灰荷载对生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑物应对生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑物应考虑积灰荷载，可由考虑积灰荷载，可由荷载规范荷载规范查得。查得。注意：注意： 屋面均布活荷载不应与雪荷载同时考虑，只考虑屋面均布活荷载不应与雪荷载同时考虑，只考虑两者中的较大值。两者中的较大值。 当有积灰荷载时，积灰荷载应与雪荷载或屋面均当有积灰荷载时，积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑。布活荷载两者中的较大值同时考虑。吊车按生产工艺要求和吊车本身构造特点有多吊车按生产工艺要求和吊车本身构造特点有多种不同的型号和规格。种不同的型号和规格。 桥式吊车为厂房中常用的一种吊车形式，桥式

42、桥式吊车为厂房中常用的一种吊车形式，桥式吊车由大车（桥架）和小车组成，吊车由大车（桥架）和小车组成，如图如图2.23所示所示。 吊车对排架的作用吊车对排架的作用有竖向荷载、横向水平荷载有竖向荷载、横向水平荷载和纵向水平荷载，现分别叙述如下：和纵向水平荷载，现分别叙述如下： （1） 吊车竖向荷载吊车竖向荷载吊车竖向荷载吊车竖向荷载是一种通过轮压传给排架柱的移是一种通过轮压传给排架柱的移动荷载，由吊车额定起重量、大车自重、小车自重动荷载，由吊车额定起重量、大车自重、小车自重三部分组成。三部分组成。如图如图2.23所示所示。 2.5.2.3 吊车荷载吊车荷载对于四轮吊车的最小轮压标准值对于四轮吊车的

43、最小轮压标准值Pmin,k可按下式可按下式计算：计算：Pk,min=1/2 (Gk+gk+Qk) - Pk,max每榀排架上作用的吊车竖向荷载指的是几台吊每榀排架上作用的吊车竖向荷载指的是几台吊车组合后通过吊车梁传给柱的可能的最大反力。车组合后通过吊车梁传给柱的可能的最大反力。由于吊车荷载是移动荷载，每榀排架上作用的由于吊车荷载是移动荷载，每榀排架上作用的吊车竖向荷载组合值需用吊车竖向荷载组合值需用影响线原理求出影响线原理求出。作用在。作用在排架上的吊车竖向荷载的组合值与排架上的吊车竖向荷载的组合值与吊车的台数吊车的台数及吊及吊车沿厂房纵向运行车沿厂房纵向运行所处位置所处位置有关。有关。 当两

44、台吊车挨紧并行，且其中当两台吊车挨紧并行，且其中一台起重量较大一台起重量较大的吊车轮子正好运行至计算排架上的吊车轮子正好运行至计算排架上，而两台吊车的，而两台吊车的其余轮子分布在相邻两柱距之间时，吊车竖向荷载其余轮子分布在相邻两柱距之间时，吊车竖向荷载组合值可达最大组合值可达最大，其标准值，其标准值D k , max、D k , min, 按下列按下列公式计算：公式计算： D k,max= y i P ik,max= (y1+y2)P 1k , max+(y3+y4)P2k , maxD k,min= y i P ik,min= (y1+y2)P1k , min +(y3+y4)P2k , m

45、in 当小车吊在额定最大起重量当小车吊在额定最大起重量Q Q开开到大车某一极限位置时，在这一侧的每个大车轮压到大车某一极限位置时，在这一侧的每个大车轮压为吊车的最大轮压标准值，在另一侧的为最小轮压为吊车的最大轮压标准值，在另一侧的为最小轮压标准值。标准值。各大车轮子下影响线纵标的总和；各大车轮子下影响线纵标的总和； 多台吊车的荷载折减系数，按表多台吊车的荷载折减系数，按表3.33.3查得。查得。 桥式吊车按其桥式吊车按其利用等级利用等级（按使用期内要求的总工按使用期内要求的总工作循环次数分级作循环次数分级）和和荷载状态荷载状态（吊车达到其额定值吊车达到其额定值的频繁程度的频繁程度）分成分成个工

46、作级别个工作级别级级级级。轻级；轻级；中级；中级；重级；重级；超重级。超重级。吊车竖向荷载吊车竖向荷载 Dk,max和和Dk,min沿吊车梁的中心线沿吊车梁的中心线作用在牛腿顶面。它们是相对于下柱截面具有偏心作用在牛腿顶面。它们是相对于下柱截面具有偏心距距e4的偏心压力。的偏心压力。 Dk,max和和Dk,min应换算成作用于下柱应换算成作用于下柱顶面的轴力和力矩，顶面的轴力和力矩，如图如图2.25(a)所示所示。 吊车梁支座钢垫板的中心线至下柱轴线的距离。吊车梁支座钢垫板的中心线至下柱轴线的距离。（2） 吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载T吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载是指载有重物的小车在左

47、右是指载有重物的小车在左右行驶中突然刹车时，由于吊车行驶中突然刹车时，由于吊车Gk和小车和小车gk的惯性力的惯性力而在厂房排架柱上所产生的横向水平制动力。而在厂房排架柱上所产生的横向水平制动力。横向制动力应等分作用在排架的两侧柱子上，横向制动力应等分作用在排架的两侧柱子上，它的方向有左右两种可能性，它的方向有左右两种可能性，如图如图2.25(b)所示所示。 吊车横向水平制动力本应按两侧柱子的刚度大吊车横向水平制动力本应按两侧柱子的刚度大小分配，但为简化计算，小分配，但为简化计算，荷载规范荷载规范允许近似地允许近似地平均分配给两侧排架柱，平均分配给两侧排架柱，如图如图2.26所示所示。 对于各类

48、四轮桥式吊车，当其小车满载运行中对于各类四轮桥式吊车，当其小车满载运行中突然刹车时，在大车每一轮子上所产生的横向水平突然刹车时，在大车每一轮子上所产生的横向水平制动力的标准值为：制动力的标准值为：Tk=1/4(Qk+gk) 每个大车轮传给吊车轨道的横向水平制动力每个大车轮传给吊车轨道的横向水平制动力T确确定后，即可按计算吊车竖向荷载定后，即可按计算吊车竖向荷载Dk,max和和Dk,min 的方法的方法计算计算Tk,max ：（3） 吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载T0吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载T0是指吊车沿厂房纵向运行是指吊车沿厂房纵向运行中突然刹车时，由吊车自重和吊重物的惯性力在厂中突

49、然刹车时，由吊车自重和吊重物的惯性力在厂房纵向排架柱上所产生的水平制动力，它是通过每房纵向排架柱上所产生的水平制动力，它是通过每侧的制动轮传至两侧吊车轨道，然后再由吊车梁传侧的制动轮传至两侧吊车轨道，然后再由吊车梁传给纵向柱列或柱间支撑，给纵向柱列或柱间支撑，如图如图2.27所示所示。 每台吊车纵向水平制动力的标准值为：每台吊车纵向水平制动力的标准值为：T0,k=n/10Pk,max 【例【例2-1】有单跨单层厂房，跨度为有单跨单层厂房，跨度为24m，柱距为，柱距为6m，设，设计时考虑两台计时考虑两台A5级工作制级工作制20/5t（主钩、副钩）桥式软钩主钩、副钩）桥式软钩吊车，求作用于排架柱上

50、的吊车，求作用于排架柱上的Dmax、Dmin、Tmax。【解解】（1） 查附表查附表17得：得：吊车桥距吊车桥距lK=22.5m时，时，吊车最大宽度吊车最大宽度B=5600mm；大车轮距大车轮距K=4400mm；小车重小车重gk=77.2kN;吊车最大轮压吊车最大轮压 P kmax=202kN；吊车最小轮压吊车最小轮压P kmin =60kN。（2） 确定吊车的最不利位置及柱支座反力影响线，确定吊车的最不利位置及柱支座反力影响线，如图如图2.28所示所示。 （3） 计算计算 Dkmax、Dkmin、Tkmax图2.23桥式吊车荷载 图2.25 吊车荷载 图2.26 吊车横向水平制动力 图2.2

51、7 吊车纵向水平荷载 图2.28 吊车梁反力影响线 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算：计算： 基本风压值，按荷载规范中基本风压值，按荷载规范中“全国基本全国基本风压分布图风压分布图”查取，但不得小于查取，但不得小于0.30.3kNkN/m2/m2； z z高度处的风振系数，对单层厂房。高度处的风振系数，对单层厂房。 风荷载体型系数，附表风荷载体型系数，附表1818。 风压高度变化系数，应按地面粗糙度由附风压高度变化系数，应按地面粗糙度由附表表1919确定确定。2.5.2.4 风荷载风荷载 排架计算时作用在不同位置处风荷载的计算原则：排架计算时

52、作用在不同位置处风荷载的计算原则：（1） 作用在排架柱顶以下墙面上的风荷载按均作用在排架柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，迎风面为布考虑，迎风面为q1，背风面为，背风面为q2，其风压高度变化，其风压高度变化系数可按柱顶标高取值。系数可按柱顶标高取值。（2） 作用于作用于柱顶以上柱顶以上屋盖部分的风荷载仍取为屋盖部分的风荷载仍取为均布荷载，但对排架的作用则按作用在柱顶的集中均布荷载，但对排架的作用则按作用在柱顶的集中风荷载风荷载FW考虑，其考虑，其风压高度变化系数风压高度变化系数取值如下：有取值如下：有矩形天窗时，按天窗檐口取值；无矩形天窗时，按矩形天窗时，按天窗檐口取值；无矩形天窗时，按厂房檐

53、口标高取值。厂房檐口标高取值。（3） 作用在排架上的风荷载作用在排架上的风荷载如图如图2.30所示所示，其，其设计值分别按下式计算：设计值分别按下式计算：q1=Qwk1B=Qs1zw0B(kN/m) q2= Qwk2B=Qs2zw0B(kN/m) 风向【例例2-2】如图如图2.31所示所示。柱距为。柱距为6m的单跨单层厂房，建的单跨单层厂房，建于天津市郊区，求作用于排架上的风荷载设计值。于天津市郊区，求作用于排架上的风荷载设计值。 【解解】从从荷载规范荷载规范中查得天津市基本风压为中查得天津市基本风压为w0=0.4kN/m2；风荷载体型系数；风荷载体型系数s值值如图如图2.31(b)所示所示。

54、计。计算单元宽度算单元宽度B=6m。（1） 柱顶以下风荷载按均布荷载计算，风压高度变柱顶以下风荷载按均布荷载计算，风压高度变化系数化系数z按柱顶标高计算，由按柱顶标高计算，由荷载规范荷载规范查得查得15m高度高度处处z=0.84;10m高处高处z=0.71；故；故12m高度处：高度处：z=0.76q1=Qs1zw0B=2.04kN/m()q2=Qs2zw0B=1.28kN/m()（2） 计算作用于柱顶的集中风荷载计算作用于柱顶的集中风荷载w风压高度变化系数风压高度变化系数z按天窗檐口处标高（按天窗檐口处标高（+17.920）计算。由计算。由荷载规范荷载规范查得查得20m高度处，高度处，z=0.

55、94，故，故17.92m高度处：高度处：z=0.90W=20.34kN（）作用于排架风荷载作用于排架风荷载如图如图2.32所示所示。图2.30 横向排架上的风荷载 图2.31 (a) 厂房剖面图；(b) 计算简图及s值 图2.32作用于排架风荷载 等高排架等高排架就是指在排架计算简图中，各柱柱顶标就是指在排架计算简图中，各柱柱顶标高相同，高相同，如图如图2.33所示所示。2.5.3 排架的内力计算排架的内力计算2.5.3.1 等高排架内力分析等高排架内力分析排架内力分析排架内力分析就是确定排架柱在各种荷载就是确定排架柱在各种荷载单独单独作作用下各个控制截面上的内力，并绘制各排架柱的弯矩用下各个

56、控制截面上的内力，并绘制各排架柱的弯矩M图、轴力图、轴力N图及剪力图及剪力V图。图。 等高排架内力分析方法是等高排架内力分析方法是剪力分配法剪力分配法。按剪力分。按剪力分配法求出各柱配法求出各柱柱顶剪力柱顶剪力，然后按独立悬臂柱计算在，然后按独立悬臂柱计算在已知剪力和外荷载作用下任意截面的内力。已知剪力和外荷载作用下任意截面的内力。（1 1）抗剪刚度抗剪刚度 当单位水平力当单位水平力作用于单阶悬臂柱柱顶时作用于单阶悬臂柱柱顶时，柱顶水平位移可由力学方法求得柱顶水平位移可由力学方法求得： 若使柱顶产生单位水平位移若使柱顶产生单位水平位移，则所需施加于柱顶则所需施加于柱顶的力为：的力为： 即抗剪刚

57、度即抗剪刚度 k k ，反映柱抵抗侧移的能力。反映柱抵抗侧移的能力。（2） 当排架柱顶作用水平集中荷载当排架柱顶作用水平集中荷载F时，时，如图如图2.34所示所示。 由于横梁为刚性连杆，所以各柱柱顶水平位移相由于横梁为刚性连杆，所以各柱柱顶水平位移相等。即：等。即：uA=uB=uC=u 如沿横梁与柱的连接部位将各柱柱顶切开，因柱如沿横梁与柱的连接部位将各柱柱顶切开，因柱顶是铰无弯矩，在各柱的切口上代替一对相应剪力顶是铰无弯矩，在各柱的切口上代替一对相应剪力VA、VB、VC，并取横梁为脱离体，则由平衡条件，并取横梁为脱离体，则由平衡条件X=0得：得：F=VA+VB+VC 设各柱柱顶在单位水平集中

58、力作用下柱顶位移为设各柱柱顶在单位水平集中力作用下柱顶位移为A、B和和C。则在柱顶剪力。则在柱顶剪力VA、VB、VC作用下，各作用下，各柱柱顶水平位移为：柱柱顶水平位移为：uA=VAAuB=VBBuC=VCC即：即：VA=uA/A=u/A =k A uVB=uB/B=u/B =k B uVC=uC/C=u/C =k C u得：得：kA+kB+kC=Fu=1/(kA + kB + kC ) F则各柱柱顶剪力为：则各柱柱顶剪力为：VA=u kA = kA /(kA + kB + kC ) F=AFVB=u kB = kB /(kA + kB + kC ) F =BFVC=u kC = kC /(k

59、A + kB + kC ) F= CF即即Vi=iF（3） 当任意荷载作用时当任意荷载作用时在任意荷载作用下，排架柱的计算分为在任意荷载作用下，排架柱的计算分为两个步骤两个步骤：第一步：第一步：先在排架柱顶附加一个不动铰支座以阻先在排架柱顶附加一个不动铰支座以阻止水平侧移，止水平侧移，如图如图2.35所示所示，求出支座反力，求出支座反力R（可利（可利用附表算出）。用附表算出）。第二步：第二步：撤除附加不动铰支座，并将撤除附加不动铰支座，并将R以反方向以反方向作用于排架柱顶，作用于排架柱顶，如图如图2.35（c）所示）所示，以恢复到原来，以恢复到原来结构体系。结构体系。【例例2-3】一单层单跨厂

60、房排架一单层单跨厂房排架如图如图2.36所示所示。A柱与柱与B柱柱相同。相同。I上上A=I上上B=2.13109mm4，I下下A=I下下B=5.876109mm4，上柱高，上柱高Hu=3.30m，全柱高，全柱高H=10.80m，排架上作用有吊，排架上作用有吊车最大横向水平荷载车最大横向水平荷载Tmax=8.9kN，作用点距柱顶高度，作用点距柱顶高度y=2.4m，求排架柱的内力，并绘制内力图。，求排架柱的内力，并绘制内力图。【解解】（1） 计算几何参数计算几何参数n=Iu/Il=0.362=Hu/Hl=0.306（2） 求柱顶剪力求柱顶剪力 求支座反力求支座反力Tmax作用点至柱顶高度作用点至柱

61、顶高度y=2.4m，y/Hu=0.728，即，即y=0.728Hu，a=0.728计算简图计算简图如图如图2.37所示所示。 得得C5= 0.647 。Ra=Tmax C5 5.76kN()Rb=0Ra+Rb=5.76kN() 将（将（Ra+Rb)反向作用于柱顶并进行分配反向作用于柱顶并进行分配确定剪力分配系数：确定剪力分配系数：A=B=0.5A(Ra+Rb)=2.88kN() 求柱顶剪力求柱顶剪力将图将图2.37(b)、（、（c)图中各柱顶所产生的剪力叠加得：图中各柱顶所产生的剪力叠加得：Va=5.76-2.88=2.88kN()Vb=2.88kN()(3) 画内力图画内力图如如图图2.38

62、所示。所示。【例例2-4】一等高排架一等高排架如图如图2.39(a)所示所示，已知，已知W=5.66kN，q1=1.68kN/m,q=1.05kN/m，A柱与柱与C柱相同，柱相同，I上上A=I上上C=2.13105cm4, I下下A=I下下C=9.23105cm4,I上上B=4.17 105cm4,I下下B=9.23105cm4。求柱的内力并绘制弯矩图。求柱的内力并绘制弯矩图。 【解解】 (1) 计算剪力分配系数计算剪力分配系数=Hu/Hl=0.254A、C柱柱n=Iu/Il=0.231B柱柱n=Iu/Il=0.452 A、C柱柱C0=2.85k A =k C = 1/A=1/C=E/ 694

63、 B柱柱C0=2.94 k B = 1/B=E/ 672 剪力分配系数：剪力分配系数：A=C=0.33B=0.34(2) 计算各柱顶剪力计算各柱顶剪力由由q1的作用求的作用求A柱铰支座反力柱铰支座反力RA。C11=0.361。RA=q1H C11 =7.41kN()在在q2的作用下得：的作用下得：RC=q2H C11 =4.63kN () R=RA+RC=12.04kN()拆除不动铰支座，将拆除不动铰支座，将W+R=5.66+12.04=17.7kN反向作反向作用于柱顶并分配，如图用于柱顶并分配，如图11.39(b)、(c)所示。所示。VA=A(W+R)-RA=1.57 kN()VB=B(W+

64、R)= 6 kN()VC=C(W+R)-RC=1.2 kN()（3） 绘制弯矩图绘制弯矩图（如图如图2.40所示所示）。）。图11.33等高排架内力分析 图2.34柱顶作用有集中荷载的等高排架 图2.35作用任意荷载的等高排架 图2.36 图2.37 吊车横向荷载作用计算简图及柱顶剪力计算 图2.38 吊车横向荷载作用内力图 图2.39 风荷载作用下计算简图及柱顶剪力计算 图2.40风荷载作用下的弯矩图 控制截面控制截面就是对柱子配筋量起控制作用的某些截就是对柱子配筋量起控制作用的某些截面。面。一般取上柱柱底截面一般取上柱柱底截面为上柱的控制截面；对为上柱的控制截面；对下柱，在吊车竖向荷载作用

65、下，牛腿顶面处的弯矩最下柱，在吊车竖向荷载作用下，牛腿顶面处的弯矩最大，在风荷载和吊车横向水平荷载作用下，柱底截面大，在风荷载和吊车横向水平荷载作用下，柱底截面的弯矩最大，因此通常取牛腿顶面的弯矩最大，因此通常取牛腿顶面和柱底和柱底这两个截面为下柱的控制截面，这两个截面为下柱的控制截面，如图如图2.42所示所示。 2.5.4 排架的内力组合排架的内力组合2.5.4.1 控制载面的选择控制载面的选择图2.42 柱的控制截面 由于在柱的截面上存在着正负弯矩，故排架柱常由于在柱的截面上存在着正负弯矩，故排架柱常采用对称配筋。对于柱底采用对称配筋。对于柱底截面也是基础顶面的截面也是基础顶面的柱截面，由

66、于基础计算的需要，尚应有柱截面，由于基础计算的需要，尚应有M、N和和V的组的组合。合。 未确定柱截面大偏压或小偏压之前，对于矩形、未确定柱截面大偏压或小偏压之前，对于矩形、工字形截面柱一般应考虑以下工字形截面柱一般应考虑以下四种内力组合类型：四种内力组合类型： （1） +Mmax及相应的及相应的N、V；（2） -Mmax及相应的及相应的N、V；（3） Nmax及相应的及相应的M、V；（4） Nmin及相应的及相应的M、V。 2.5.4.2 内力组合内力组合荷载规范荷载规范中规定：中规定：对于一般排架结构，荷载对于一般排架结构，荷载效应的基本组合可采用简化规则，并按下列组合值中效应的基本组合可采

67、用简化规则，并按下列组合值中取最不利值确定：取最不利值确定：（1） 由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合（2） 由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合2.5.4.3 荷载组合效应荷载组合效应（1） 每次组合只能以一种内力每次组合只能以一种内力+Mmax、-Mmax、Nmax或或Nmin为目标，决定活荷载的取舍，并按这些荷为目标，决定活荷载的取舍，并按这些荷载求得相应的其余两种内力。载求得相应的其余两种内力。（2） 恒荷载产生的内力在任何一种内力组合中恒荷载产生的内力在任何一种内力组合中都必须考虑。都必须考虑。（3） 风荷载有左吹风或右吹风两种情况，组合风荷载有左吹风或右吹

68、风两种情况，组合时两者只取其中之一。时两者只取其中之一。（4） 吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载Tmax同时作用在左、右同时作用在左、右两侧排架柱上，向左或向右。组合时只取其中之一。两侧排架柱上，向左或向右。组合时只取其中之一。2.5.4.4 内力组合注意事项内力组合注意事项（5） 在同一跨内在同一跨内Dmax和和Dmin与与Tmax不一定同时发不一定同时发生，故在组合中有生，故在组合中有Dmax或或Dmin时，不一定要有时，不一定要有Tmax，但在组合中有但在组合中有Tmax时，则必有时，则必有Dmax或或Dmin，因为吊车，因为吊车水平荷载不可能脱离其竖向荷载而单独存在。水平荷载不可能脱离

69、其竖向荷载而单独存在。2.6 单层厂房柱的设计单层厂房柱的设计（1） 选择柱型；选择柱型；（2） 确定柱的外形尺寸；确定柱的外形尺寸；（3） 柱的截面设计；柱的截面设计；（4） 牛腿设计；牛腿设计；（5） 柱子在施工吊装时的强度和裂缝宽度验算；柱子在施工吊装时的强度和裂缝宽度验算；（6） 预埋件及其它连接构造的设计；预埋件及其它连接构造的设计；（7） 绘制施工图。绘制施工图。2.6.1 柱的计算内容柱的计算内容柱在吊装时的混凝土强度一般应达到设计强度柱在吊装时的混凝土强度一般应达到设计强度的的70%。吊装方式有翻身吊和平吊两种情况，。吊装方式有翻身吊和平吊两种情况，如图如图2.63(a)、(b

70、)所示所示。 自重标准值乘以动力系数计算。运输吊装阶段自重标准值乘以动力系数计算。运输吊装阶段的最大裂缝宽度允许值的最大裂缝宽度允许值wmax可取为可取为0.2mm。 当验算不满足要求时，应优先采用调整或增设当验算不满足要求时，应优先采用调整或增设吊点以减少弯矩，或在吊装时采用临时加固措施来吊点以减少弯矩，或在吊装时采用临时加固措施来解决。解决。2.6.2 运输及吊装验算运输及吊装验算图2.63 牛腿设计内容主要有确定牛腿的截面尺寸、进牛腿设计内容主要有确定牛腿的截面尺寸、进行配筋计算和构造设计。行配筋计算和构造设计。牛腿按其所受竖向荷载作用点到牛腿下部与柱牛腿按其所受竖向荷载作用点到牛腿下部

71、与柱边缘交接点的水平距离边缘交接点的水平距离a的大小，可把牛腿分为两大的大小，可把牛腿分为两大类。类。当当ah0时为短牛腿，时为短牛腿，如图如图2.64(a)所示所示；当；当ah0时为长牛腿，时为长牛腿，如图如图2.64(b)所示所示。其中。其中h0为牛腿根部垂为牛腿根部垂直截面的有效高度。直截面的有效高度。当为长牛腿时，与悬臂梁相似，按悬臂梁进行当为长牛腿时，与悬臂梁相似，按悬臂梁进行计算。计算。 2.6.3 牛腿设计牛腿设计图2.64 牛腿荷载作用位置 从环氧树脂牛腿模型光弹性试验得到牛腿的主应从环氧树脂牛腿模型光弹性试验得到牛腿的主应力迹线，力迹线，如图如图2.65所示所示。 当外荷载当

72、外荷载Fv为极限荷载的为极限荷载的20%40%时，时，在牛腿在牛腿主拉应力迹线的密集区首先出现垂直裂缝主拉应力迹线的密集区首先出现垂直裂缝，如图如图2.66所示所示。当当Fv继续增加到极限荷载的继续增加到极限荷载的40%60%时，时，在加在加载板内侧附近出现第一条斜裂缝载板内侧附近出现第一条斜裂缝，如继续加载则裂，如继续加载则裂缝缝不断发展；不断发展；当加载至极限荷载的当加载至极限荷载的80%左右时，左右时，突然在加载板突然在加载板外侧出现斜裂缝外侧出现斜裂缝，这预示牛腿即将破坏。，这预示牛腿即将破坏。 2.6.3.1 牛腿的应力状态和破坏过程牛腿的应力状态和破坏过程（1） 剪切破坏剪切破坏当

73、当a/h00.1时，发生剪切破坏，其特征是牛腿与时，发生剪切破坏，其特征是牛腿与下柱的交接面处出现一系列的短斜裂缝，最终沿此裂下柱的交接面处出现一系列的短斜裂缝，最终沿此裂缝把牛腿从柱上切下而破坏。缝把牛腿从柱上切下而破坏。如图如图2.67 (a) 所示所示。（2） 斜压破坏斜压破坏当当a/h0=0.10.75时，发生斜压破坏。其特征是在时，发生斜压破坏。其特征是在加载板内侧出现斜裂缝加载板内侧出现斜裂缝后，继续加载至极限荷载的后，继续加载至极限荷载的80%左右，在加载板内外侧之间，在斜向范围内出现左右，在加载板内外侧之间，在斜向范围内出现大量短小斜裂缝，最后在加载板外侧突然出现斜裂缝大量短小

74、斜裂缝，最后在加载板外侧突然出现斜裂缝，而后牛腿沿此斜压杆或斜裂缝，而后牛腿沿此斜压杆或斜裂缝而破坏。而破坏。如图如图2.67(b)所示所示。 （3） 弯压破坏弯压破坏当当a/h00.75时，发生弯压破坏。其特征是当出现时，发生弯压破坏。其特征是当出现斜裂缝斜裂缝后，随荷载的增加，斜裂缝不断向受压区延后，随荷载的增加，斜裂缝不断向受压区延伸，同时牛腿中纵向受拉钢筋的应力也不断增加并逐伸，同时牛腿中纵向受拉钢筋的应力也不断增加并逐渐达到其屈服强度，最后斜裂缝渐达到其屈服强度，最后斜裂缝以外的部分绕牛腿以外的部分绕牛腿下部与柱的交接点转动，从而导致该处混凝土压碎而下部与柱的交接点转动，从而导致该处

75、混凝土压碎而破坏。如图破坏。如图2.67(c)所示。所示。图2.65 牛腿内弹性阶段主应力迹线 图2.66 牛腿的裂缝 图2.67 牛腿的破坏形式 1.截面尺寸的确定截面尺寸的确定（图图2.68）牛牛腿腿的的截截面面宽宽度度通通常常与与柱柱相相同同，而而截截面面高高度度一一般般按按使使用用阶阶段段不不出出现现斜斜裂裂缝缝或或仅仅出出现现微微细细裂裂缝缝作作为为控控制条件。制条件。斜斜裂裂缝缝出出现现时时的的荷荷载载Fv与与a/h0的的关关系系可可列列经经验验公公式表示：式表示： 2.6.3.2 牛腿设计牛腿设计 作用在牛腿顶部的竖向力标准组合值；作用在牛腿顶部的竖向力标准组合值； 作用在牛腿顶

76、部的水平力标准组合值；作用在牛腿顶部的水平力标准组合值； 裂缝控制系数，需作疲劳验算的牛腿取裂缝控制系数，需作疲劳验算的牛腿取0.650.65，其余，其余0.80.8；b b 牛腿宽度，同柱宽；牛腿宽度，同柱宽；a a 考虑安装偏差考虑安装偏差20mm20mm，当，当a0a0取取a=0a=0。hoho牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。2.承载力计算承载力计算 （1） 计算简图。计算简图。 牛牛腿腿在在即即将将破破坏坏时时的的计计算算简简图图可可视视为为一一个个三三角角桁桁架，架，如图如图2.69所示所示。 （2） 正截面承载力计算。正截面承载力计算。如图如图

77、2.69所示所示。对对A点取力矩平衡方程点取力矩平衡方程MA=0可得：可得： 抵抗竖向力产生的抵抗竖向力产生的弯矩弯矩所需钢筋所需钢筋近似取近似取抵抗水平力所需钢筋抵抗水平力所需钢筋（3） 斜截面承载力。斜截面承载力。牛牛腿腿斜斜截截面面承承载载力力主主要要取取决决于于混混凝凝土土强强度度等等级级，同同时时水水平平箍箍筋筋和和弯弯起起钢钢筋筋对对牛牛腿腿斜斜裂裂缝缝开开展展的的抑抑制制作作用可间接地提高牛腿斜截面的承载力。用可间接地提高牛腿斜截面的承载力。 （4） 局部受压验算。局部受压验算。为防止牛腿顶面加载板下混凝土局部受压破坏，为防止牛腿顶面加载板下混凝土局部受压破坏，其局部受压应力不得

78、超过其局部受压应力不得超过0.75fc，即：，即：c=Fvk/A0.75fc 图2.68 牛腿受力图 图2.69 牛腿的计算简图 牛牛腿腿内内纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋宜宜采采用用变变形形钢钢筋筋，牛牛腿腿几几何何尺尺寸寸及及配配筋筋应应满满足足图图2.70所所示示的的要要求求，其其中中a1为为牛牛腿外边缘至吊车梁外边缘之间的距离，腿外边缘至吊车梁外边缘之间的距离，a170mm。当当牛牛腿腿的的剪剪跨跨比比a/h00.3时时，应应设设置置弯弯起起钢钢筋筋，弯弯起起钢钢筋筋宜宜采采用用变变形形钢钢筋筋，并并宜宜设设置置在在牛牛腿腿上上部部l/6至至l/2之之间间的的范范围围内内，其其截截面面面面积

79、积不不应应少少于于承承受受竖竖向向力力的的受受拉拉钢钢筋筋面面积积的的二二分分之之一一，且且不不应应小小于于0.0015bh0，其其根根数数不不应应少少于于2根根，直直径径不不应应小小于于12mm。 2.6.3.3 牛腿的构造要求牛腿的构造要求图2.70 牛腿的尺寸及配筋构造 图2.71 A柱吊装图2.7 柱下独立基础设计柱下独立基础设计屋架与柱的连接方法有屋架与柱的连接方法有焊接焊接和和螺栓连接螺栓连接两种。两种。焊接法焊接法是在屋架或屋面梁端部支承部位的预埋是在屋架或屋面梁端部支承部位的预埋件底部焊上一块垫板，待屋架或屋面梁就位校正后，件底部焊上一块垫板，待屋架或屋面梁就位校正后，与柱顶预

80、埋钢筋焊接牢固与柱顶预埋钢筋焊接牢固如图如图2.74(a)所示所示。图图2.74(b)为为螺栓连接方式螺栓连接方式，是在柱顶伸出预埋螺，是在柱顶伸出预埋螺栓，在屋架或屋面梁端部支承部位焊上带有缺口的栓，在屋架或屋面梁端部支承部位焊上带有缺口的支承钢板，就位校正后，用螺母拧紧。支承钢板，就位校正后，用螺母拧紧。柱与屋架或屋面梁连接处的预埋件承受由屋架柱与屋架或屋面梁连接处的预埋件承受由屋架传来的垂直压力。传来的垂直压力。 2.7.1图2.74 柱与屋架的连接 吊车梁与柱的连接，多采用焊接。为承受吊车吊车梁与柱的连接，多采用焊接。为承受吊车横向水平刹车力，吊车梁上翼缘与柱间用钢板或角横向水平刹车力

81、，吊车梁上翼缘与柱间用钢板或角钢焊接；为承受吊车梁竖向压力，吊车梁底部安装钢焊接；为承受吊车梁竖向压力，吊车梁底部安装前应焊接上一块垫板（或称支承钢板）与柱牛腿顶前应焊接上一块垫板（或称支承钢板）与柱牛腿顶面预埋钢板焊牢。吊车梁的对头空隙、吊车梁与柱面预埋钢板焊牢。吊车梁的对头空隙、吊车梁与柱之间的空隙均须用之间的空隙均须用C20混凝土填实。混凝土填实。2.7.2 吊车梁与柱的连接吊车梁与柱的连接抗风柱与屋架的连接多为铰接，在构造处理上抗风柱与屋架的连接多为铰接，在构造处理上应满足：应满足：一是一是在水平方向应有可靠的连接，以保证在水平方向应有可靠的连接，以保证有效地传递风荷载；有效地传递风荷

82、载；二是二是在竖向应使屋架与抗风柱在竖向应使屋架与抗风柱之间有一定的相对竖向位移的可能性，以防止抗风之间有一定的相对竖向位移的可能性，以防止抗风柱与厂房沉降不均时屋盖的竖向荷载传给抗风柱，柱与厂房沉降不均时屋盖的竖向荷载传给抗风柱，对屋盖结构产生不利影响。对屋盖结构产生不利影响。 弹簧板连接弹簧板连接如如图图2.75(a)所示，所示，螺栓连接方式螺栓连接方式，如，如图图2.75(b)所示。所示。 2.7.3 抗风柱与屋架的连接抗风柱与屋架的连接图2.75 抗风柱与屋架的连接 连系梁与柱的位置有连系梁与柱的位置有设在墙内设在墙内和和不在墙内不在墙内两种，两种，前者也称墙梁。墙梁分前者也称墙梁。墙

83、梁分承重承重和和非承重非承重两种。非承重两种。非承重墙梁的主要作用是增强厂房纵向刚度，传递山墙传墙梁的主要作用是增强厂房纵向刚度，传递山墙传来的风荷载到纵向柱列中去，同时承受墙上的水平来的风荷载到纵向柱列中去，同时承受墙上的水平风荷载。风荷载。 它应搁置在柱的牛腿上用焊接或螺栓连接，它应搁置在柱的牛腿上用焊接或螺栓连接，如如图图2.76所示所示。 2.7.4 柱与连系梁的连接柱与连系梁的连接图2.76 连系梁与柱的连接 柱间支撑的主要作用是为了提高厂房的纵向刚柱间支撑的主要作用是为了提高厂房的纵向刚度和稳定性，将吊车纵向制动力和山墙抗风柱经屋度和稳定性，将吊车纵向制动力和山墙抗风柱经屋盖系统传

84、来的风力（也包括纵向地震力），经柱间盖系统传来的风力（也包括纵向地震力），经柱间支撑传至基础。柱间支撑一般由型钢构成。支撑传至基础。柱间支撑一般由型钢构成。较小截面柱的柱间支撑布置在上柱截面形心轴较小截面柱的柱间支撑布置在上柱截面形心轴线上，其上下节点分别在上柱柱顶和上柱根部附近；线上，其上下节点分别在上柱柱顶和上柱根部附近；较大截面柱的柱间支撑，布置在下柱截面翼缘部分较大截面柱的柱间支撑，布置在下柱截面翼缘部分的形心轴线上，其上下节点分别在牛腿顶面和基础的形心轴线上，其上下节点分别在牛腿顶面和基础顶面附近，顶面附近，如图如图2.77所示所示。2.7.5 柱与柱间支撑的连接柱与柱间支撑的连接图2.77 柱与柱间支撑的连接 （a) 柱间支撑节点；（b) 侧立面；(c) 下柱柱间支撑；(d) 预埋件