结构混凝土设计-11 第十一章 单层厂房排架结构.ppt

1,第十一章 单层厂房排架结构,第十一章 单层厂房排架结构 1.了解单层厂房的结构组成、结构布置原则及构件选型。2.掌握单层厂房排架结构的内力分析及组合方法。3.掌握单层厂房柱和柱下单独基础的设计计算方法和基本构造要求。,学 习 目 标,2,第十一章 单层厂房排架结构,第一节 概 述,第二节 排架结构的结构组成,第三节 排架结构的布置和构件选型,第四节 排架结构的内力分析与组合,第五节 排架柱的设计,第六节 柱下单独基础设计,3,第十一章 单层厂房排架结构,第一节 概 述1.单层厂房的建筑特点可形成高大的使用空间，易满足生产工艺要求，便于组织内部交通运输，有利于较重生产设备和产品放置，可实现构件生产工业化，现场施工机械化等。常用钢筋混凝土排架结构。2.工程应用广泛用运于冶金、机械制造、电机制造、化工以及纺织工业等建筑。3.排架结构的定义屋架或屋面梁与柱（称排架柱）为铰接，而柱与基础为刚结的结构体系。,4,第十一章 单层厂房排架结构,4.排架结构的类形及选用,多跨排架(如图)：跨度较小且生产工艺和使用要求相同或相近的一些车间。等高排架(如图)：生产工艺要求相邻跨高差较小。,1)按生产工艺和使用要求分类 单跨排架(如图)：用于跨度较大，相邻厂房有较干扰的车间。,5,第十一章 单层厂房排架结构,不等高排架(如图)：生产工艺要求相邻跨高差较大。,6,第十一章 单层厂房排架结构,2）按排架结构所用材料分类 钢筋混凝土-砖排架：由钢筋混凝土屋架或屋面梁、烧 结普通粘土砖柱和基础组成。一 般用于跨度不大于15m，柱顶标高 不大于6.6m、无吊车或吊车起重量 小于5t的中小型厂房。钢筋混凝土排架：由钢筋混凝土的屋架或屋面梁、柱 及基础组成。可用于跨度不大于36 m、檐高不大于20 m、吊车起重量 不超过200t的大部分工业厂房。钢-钢筋混凝土排架：由钢屋架、钢筋混凝土柱和基础 组成。可用于跨度大于36 m、吊车 起重量超过250t的重型工业厂房。,7,第十一章 单层厂房排架结构,第二节 排架结构的结构组成,单层装配式钢筋混凝土排架结构厂房的组成（如图）,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-天窗垂直支撑，13-屋架下弦水平支撑，14-屋架端部垂直支撑，15-柱间支撑,8,第十一章 单层厂房排架结构,一、屋盖结构1.屋面板 承受屋面构造层重、积灰荷载、雪荷载等，并传递给其下的支承构件。2.天窗架 承受天窗架上的屋面板及天窗传来的荷载，并传给屋架。3.屋架或屋面梁 承受大型屋面板或檩条、天窗架及悬挂吊车等传来的全部屋盖荷载，并传至排架柱顶。,9,第十一章 单层厂房排架结构,4.托架 承受支承在托架上屋架传来的荷载，并传给支承柱。5.屋盖支撑 组成：屋架上弦横向水平支撑、屋架下弦横向及纵向水平支撑、屋架垂直支撑及水平系杆和天窗架支撑。作用：承受、传递屋架平面外的水平荷载，保证屋架杆件在平面外的稳定，增加屋盖结构的整体刚度。,10,第十一章 单层厂房排架结构,二、横向平面排架,作用：承受厂房结构受到的竖向荷载和横向水平荷载，并传给基础及地基。,组成：横向柱列、屋架或屋面梁（统称横梁）和基础（如图）。,11,第十一章 单层厂房排架结构,1.排架柱 承受厂房的主要荷载，并传给基础。2.基础 承受排架柱和基础梁传来的荷载，并传递扩散到地基。横向平面排架是厂房的基本承力结构，必须进行设计计算，确定其可靠性。,12,第十一章 单层厂房排架结构,三、纵向平面排架,组成：纵向柱列、连系梁、吊车梁、柱间支撑及基础等（如图）。,作用：保证厂房结构的纵向刚度和稳定性，承受厂房结构受到的纵向水平荷载，并传给基础。,13,第十一章 单层厂房排架结构,1.连系梁 构造：一般为预制钢筋混凝土梁，两端支承在柱外侧牛腿上，用预埋件或螺栓与牛腿连接。作用：承受连系梁上墙体及窗重，并传给排架柱；连系纵向柱列增强厂房纵向刚度。2.吊车梁 作用：承受吊车传来的竖向荷载和横向或纵向水平荷载，并传给牛腿和横向或纵向平面排架；连系纵向柱列，增强厂房纵向刚度的作用。纵向平面排架一般不进行计算，仅采用构造措施。但当纵向柱子小于7根或需要考虑地震作用时，就要对纵向平面排架进行计算。,14,第十一章 单层厂房排架结构,四、围护结构 由纵墙、横墙（山墙）、圈梁、基础梁、抗风柱等组成。抗风柱承受厂房端横墙（山墙）传来的风荷载，并传给屋盖结构和基础。,15,第十一章 单层厂房排架结构,五、结构设计的主要工作 结构布置。标准构件选型。排架内力分析。柱和基础配筋计算。绘制结构构件布置图。绘制柱和基础施工图。,16,第十一章 单层厂房排架结构,第三节 排架结构的布置和构件选型一、结构布置柱网布置 柱网指厂房承重柱的纵向定位轴线（跨度）和横向定位轴线（柱距）在平面上形成的网格，需根据生产工艺和使用要求确定。柱网尺寸一般应符合如图所示要求。,17,第十一章 单层厂房排架结构,18,第十一章 单层厂房排架结构,变形缝的设置（1）伸缩缝 作用：减少温度变化引起厂房的屋面、墙体等开裂，影响厂房的正常使用。,间距要求：装配式钢筋混凝土排架结构的伸缩缝最大间距，在室内或土中时为100 m；在露天时为70 m。工程做法：横向伸缩缝从基础顶面开始，将相邻两个温度区段的上部结构构件全部分开；,19,第十一章 单层厂房排架结构,伸缩缝处采用双柱、双屋架（屋面梁），纵墙和各构件间留出一定宽度的缝隙（如图）。,纵向伸缩缝是将伸缩缝一侧的屋架或屋面梁用滚轴式支座与柱相连（如图）。,20,第十一章 单层厂房排架结构,（2）沉降缝 作用：防止地基沉降影响厂房的使用功能。设置情况：厂房相邻两部分高差很大（10 m以上）、两跨间吊车起重量相差较大、地基承载力或土的压缩性有较大的差异、厂房各部分的施工时间先后相差较长时需考虑设置。工程做法：从屋顶至基础完全分开。（3）防震缝 作用：减轻地震对厂房的震害。设置情况：厂房的建筑平面、立面复杂或结构相邻部分的刚度、高度相差较大时需设置。工程做法：从基础顶面开始沿厂房全高设置。地震区厂房中设置的伸缩缝或沉降缝均应符合防震缝的要求。,21,第十一章 单层厂房排架结构,厂房高度 厂房高度根据生产设备高度、吊车规格尺寸和起吊运行高度以及生产使用、检修所需的高度确定，同时符合建筑模数的要求。二、构件选型及布置1.屋盖构件,（1）屋面板 单层厂房常用预应力混凝土屋面板（如图）。设计时，可根据所需屋面板的形式、尺寸、承载力等，在相应标准图中选定其编号，并在屋面板布置图中标出。施工时，则按屋面板编号相应的标准图要求进行制作。,22,第十一章 单层厂房排架结构,（2）天窗架 常用钢筋混凝土天窗架由两个三角形刚架在顶节点处及底部与屋架焊接而成（如图）。,（3）屋面梁和屋架 常用的钢筋混凝土、预应力混凝土屋面梁或屋架的形式如图所示。设计和施工时，可按标准图的要求选用和制作。,（a）双坡屋面梁（b）三角形屋架,23,第十一章 单层厂房排架结构,（c）折线形屋架（d）梯形屋架,（4）托架 常用预应力混凝土三角形托架和折线形托架如图所示。,24,第十一章 单层厂房排架结构,（5）屋盖支撑的布置原则 1）屋架上弦横向水平支撑。设置在厂房端部或温度区段两端第一或第二柱间的屋架上弦平面内(如图)。,25,第十一章 单层厂房排架结构,2）屋架下弦横向水平支撑。设置在与上弦横向水平支撑同一柱间的屋架下弦平面内(如图)。,26,第十一章 单层厂房排架结构,3）屋架下弦纵向水平支撑。沿屋架下弦端部第一节间通长设置(如图)。,27,第十一章 单层厂房排架结构,4）屋架垂直支撑和水平系杆。设置在与横向支撑相应柱间的屋架中部或屋架端部，并在下弦设置相应的通长水平系杆(如图)。,28,第十一章 单层厂房排架结构,5）天窗架支撑。设置在天窗的两端及具有柱间支撑的柱间(如图)。,以上各种支撑的具体布置方法及与其他构件的连接构造，可查阅有关标准图集。,29,第十一章 单层厂房排架结构,2.吊车梁、柱及柱间支撑（1）吊车梁 通常采用钢筋混凝土、预应力混凝土T型或I型截面吊车梁。设计时可根据吊车的工作制或工作级别、跨度、起重量和台数从相应的标准图中选用，并在结构布置图中标明其编号。（2）柱 1）排架柱 常用截面形式及选用（如图）,30,第十一章 单层厂房排架结构,(a)矩形截面柱；(b)工字形截面柱；(c)双肢柱,31,第十一章 单层厂房排架结构,矩形截面：柱的截面高度h500mm时采用；矩形或工字形截面：柱的截面高度 h=600mm800mm时采用；工字形截面：柱的截面高度h=900mm1200mm 时采用；工字形截面柱或双肢柱：柱的截面高度 h=1300mm1500mm时采用；双肢柱：柱的截面高度h1600mm时采用。截面尺寸 根据截承载力、刚度及工程经验或有关资料确定。,32,第十一章 单层厂房排架结构,2）抗风柱 钢筋混凝土抗风柱与山墙、屋架的连接及计算简图（如图）。,33,第十一章 单层厂房排架结构,（3）柱间支撑,1）柱间支撑分类 上柱柱间支撑 下柱柱间支撑,2）柱间支撑的位置 上柱柱间支撑：设置在温度区段的两端与屋盖 横向水平支撑相对应的柱间，以及温度区段中部的柱间。下柱柱间支撑：设置在温度区段的中部，且与 上柱柱间支撑相对应的柱间。,3）柱间支撑的作用 承受山墙传来的纵向风荷载和吊车纵向水平荷 载，并传至基础。提高厂房的纵向刚度和稳定性。,34,第十一章 单层厂房排架结构,4）设置柱间支撑的情况：厂房跨度超过18m，或柱高超过8m；设有重级工作制吊车，或设有起重量不小于10t的 中、轻级工作制吊车；设有起重量不小于3t的悬挂吊车；纵向柱列的总根数少于7根；露天吊车栈桥的柱列。柱间支撑可由标准（通用）图选用，结构布置图中标出相应编号。,35,第十一章 单层厂房排架结构,3.圈梁和基础梁（1）圈梁 1）构造要求 在墙体的同一水平面上由现浇钢筋混凝土构成封闭状，并和柱中伸出的预埋拉筋连结。截面宽度宜与墙厚相同，当墙厚大于240mm时，其宽度不宜小于2/3墙厚。截面高度不应小于120mm。梁中的纵向钢筋不应少于410，绑扎接头的搭接长度按受拉钢筋考虑，箍筋间距不应大于300mm。圈梁兼作过梁时，过梁部分的钢筋按计算另行增配。2）作用 增强厂房结构的整体刚度，防止因地基不均匀沉降或较大振动作用等对厂房产生的不利影响。,36,第十一章 单层厂房排架结构,3）设置的原则 无吊车的砖砌围护墙厂房，当檐口标高为5 m8 m时，应在檐口标高处设置圈梁一道；当檐口标高大于8 m时，应增加设置数量。无吊车的砌块围护墙厂房，当檐口标高为4 m5 m时，应在檐口标高处设置圈梁一道；当檐口标高大于5 m时，应增加设置数量。设有吊车或较大振动设备的单层厂房，除在檐口或窗顶标高处设置圈梁外，尚应增加设置数量。,37,第十一章 单层厂房排架结构,（2）基础梁1）作用 支承基础梁上的围护墙，并将围护墙重传给基础。2）构造要求 通常为预制钢筋混凝土简支梁（如图）。基础梁支承处应座浆，梁顶面一般位于室内地坪以下50mm处，梁底面以下应预留100mm的空隙，以保证基础梁可随基础一起沉降。,基础梁可从标准（通用）图集中选用。,38,第十一章 单层厂房排架结构,4.基础1）形式 阶形基础和锥形基础，统称杯形基础（如图）。,2）特点 构造简单，施工方便，适用于地基土质较均匀，基础持力层距地面较浅，地基承载力较大，柱传来的荷载不大的一般厂房。在实际工程中，可根据柱传来的荷载、地基承载力等采用其他形式的基础。,39,第十一章 单层厂房排架结构,第四节 排架结构的内力分析与组合 计算目的：获得排架柱在各种荷载作用下控制截面的最不利内力，作为设计柱和基础的依据。计算内容：确定计算简图、荷载计算、内力分析和内力组合。,一、计算简图1.计算单元,40,第十一章 单层厂房排架结构,一般取两相邻柱距中线至中线的一段作为计算单元，如图中的阴影部分。计算单元范围内的荷载完全由该单元的横向排架承担。吊车荷载不可按计算单元考虑。,41,第十一章 单层厂房排架结构,2.基本假定,3.计算简图 根据基本假定，横向排架的计算简图如图。,（1）排架柱下端固接于基础顶面。（2）排架柱上端与横梁（屋架或屋面梁的统称）铰接。（3）横梁为轴向变形可忽略不计的刚性连杆。,42,第十一章 单层厂房排架结构,二、荷载计算,作用于厂房横向排架上的荷载（如图）。恒荷载：屋盖自重G1、上柱自重G2、下柱自重G3、吊车梁与轨道联结件自重G4等。活荷载：屋面活荷载Q1、吊车竖向荷载Dmax、吊车横向水平荷载Tmax、横向均布风荷载q及作用于排架柱顶的集中风荷载Fw等。,43,第十一章 单层厂房排架结构,1.恒荷载（1）屋盖自重G1 1）数值计算：计算单元范围内的屋面构造层、屋面构件及支撑等，根据工程做法及屋盖构件标准图等进行计算。2）作用位置：以集中力的形式作用于柱顶。采用屋架时，G1的作用线通过屋架上、下弦中心线的交点（如图）；采用屋面梁时，G1的作用线通过梁端支承垫板的中心线。,44,第十一章 单层厂房排架结构,3）计算简图（如图）M1=G1 e1，M1=G1 e2。,（2）柱自重G2和G3 1）数值计算：按上、下柱的的截面尺寸和高度（下柱包括牛腿）计算。,45,第十一章 单层厂房排架结构,2）作用位置：G2和G3分别作用于上、下柱底部截面中心线处，G2对下柱截面中心线有 e2（如图）。3）计算简图（如图）。,46,第十一章 单层厂房排架结构,（3）吊车梁与轨道联结等自重G4 1）数值计算：根据所选用的构配件，由相应的标准图集中查得，轨道联结也可按1kN/m2kN/m计算。2）作用位置：沿吊车梁的中线作用于牛腿顶面，对下柱截面中心线有偏心距 e4，(如图)。3）计算简图（如图）。,47,第十一章 单层厂房排架结构,当考虑G1、G2、G3、G4共同作用时，计算简图（如图），M2=M1+M2M3。,2.屋面活荷载 屋面活荷载包括屋面积灰荷载、雪荷载及屋面均布活荷载。屋面活荷载Q1的计算范围、作用形式及位置同屋盖自重G1。,48,第十一章 单层厂房排架结构,（1）屋面积灰荷载 当设计的厂房在生产过程中有大量的排灰或与其相邻时，应考虑屋面积灰荷载。积灰荷载按荷载规范的规定取值。（2）雪荷载 屋面水平投影面上的雪荷载标准值Sk按下式计算：,式中 屋面积雪分布分数，由荷载规范 查得；基本雪压（kN/m2）,按荷载规范 给出的50年一遇的雪压采用。,49,第十一章 单层厂房排架结构,（3）屋面均布活荷载 按荷载规范的规定采用。不上人屋面的屋面均布活荷载标准值取0.5kN/m2。屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合，仅取两者中的较大值。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。3.吊车荷载（1）吊车的分类,50,第十一章 单层厂房排架结构,按主要承重结构分：单梁式和桥式，常用桥式吊车。按吊钩的种类分：软钩和硬钩，一般采用软钩吊车。按动力来源分：手动和电动，多采用电动吊车。按运行频繁程度分：,轻级工作制运行时间不超过 全部 生产时间15%，如检修设备的吊车。重级工作制运行时间超过全部生产 时间40%的，如轧钢厂吊车。中级工作制介于轻级和重级工作制 之间，使用最多的吊车。,吊车起重量Q的表示：如20/5t，表明吊车主钩额定起重量为20t，副钩额定起重量为5t。,51,第十一章 单层厂房排架结构,（2）吊车组成及运行（如图）,（3）吊车竖向荷载Dmax与Dmin 由吊车最大和最小轮压标准值Pmax与Pmin在两侧排架柱上产生的吊车最大竖向荷载标准值Dmax和最小竖向荷载标准值Dmin，可根据如图所示吊车的最不利布置和吊车梁的支座反力影响线计算确定。,52,第十一章 单层厂房排架结构,Pmax与Pmin可根据吊车型号、规格由产品样本或有关资料中查得。,53,第十一章 单层厂房排架结构,当单跨厂房中设有相同的两台吊车时，Dmax和Dmin计算公式为,Dmax=Pmaxyi,Dmin=Pminyi=,式中 yi吊车最不利布置时，各轮子下影响线 竖向坐标值之和，可根据吊车的宽度 B和轮距K确定。,54,第十一章 单层厂房排架结构,计算吊车竖向荷载时，应按荷载规范规定确定参与组合的吊车台数。吊车竖向荷载的作用位置和计算简图（如图），MDmax=Dmax e4，MDmin=Dmin e4。,55,第十一章 单层厂房排架结构,（4）吊车横向水平荷载Tmax 当小车吊有额定最大重量Q的物件在启动或制动时，产生的横向水平惯性力称为吊车横向水平荷载。吊车横向水平荷载作用在吊车梁的顶面，且同时作用于吊车两侧的排架柱上，方向相同（如图）。,56,第十一章 单层厂房排架结构,荷载规范规定：吊车横向水平荷载标准值可取横行小车重量g与额定最大起重量Q之和的百分数，并允许近似地平均分配给大车的各轮。对常用的四轮吊车，每个大车轮引起的横向水平荷载标准值为,式中 横向制动力系数，对软钩吊车，当 Q10t时，=12%；当Q=1650t 时，=10%；当Q75t时，=8%；对硬钩吊车，=20%。,57,第十一章 单层厂房排架结构,吊车对排架柱产生的最大横向水平荷载标准值Tmax，可利用计算吊车竖向荷载Dmax方法求得（如图）。,58,第十一章 单层厂房排架结构,计算吊车横向水平荷载时，按荷载规范规定确定参与组合的吊车台数。考虑小车往返运行，吊车横向水平荷载作用下的计算简图（如图）。,59,第十一章 单层厂房排架结构,（5）吊车纵向水平荷载Te 吊车纵向水平荷载由大车制动引起的惯性力产生，经吊车梁传到纵向柱列或柱间支撑。荷载规范规定：吊车纵向水平荷载标准值Te应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压Pmax之和的10%采用。对每侧有一个制动轮的四轮吊车，可按下式计算 Te=0.1Pmax 计算吊车纵向水平荷载时，按荷载规范规定确定参与组合的吊车台数。排架计算中，对多台吊车的竖向荷载标准值和水平荷载标准值应乘以折减系数。,60,第十一章 单层厂房排架结构,4.风荷载,Wk=zszWo 横向排架承担的风荷载按计算单元考虑，并按如下两部分作用于横向排架结构（如图）。1)柱顶以下均匀分布的q1和q2。2)柱顶以上水平集中风荷载Fw。排架内力分析时，应考虑风向改变对横向排架受力的影响。,荷载规范规定：垂直于建筑物表面上的风荷载标准值Wk（kN/m2）按下式计算：,61,第十一章 单层厂房排架结构,三、内力分析,单跨等高横向排架在荷载作用下的内力采用实用方法计算时，计算简图为柱顶不动铰支排架和柱顶有侧移铰接排架（如图）。,62,第十一章 单层厂房排架结构,1.柱顶不动铰支排架,恒荷载（G1、G2、G3、G4等）以及屋面活荷载（Q1）作用下，可按柱顶不动铰支排架计算内力。假定横梁为刚性连杆，可按图所示单根柱计算简图分析柱的内力。,63,第十一章 单层厂房排架结构,将各荷载转换为分别作用在柱顶和牛腿顶面的力矩M1和M2及沿上、下柱轴线作用的集中力后，可按右图计算柱的截面弯矩和剪力。,由结构力学方法求得在M1和M2分别作用下的柱顶反力R1和R2（如图）为,64,第十一章 单层厂房排架结构,式中 C1柱顶力矩M1作用下的柱顶反力系数，由本章相应附图查得；C2牛腿顶面力矩M2作用下的柱顶反力系 数，由本章相应附图查得。柱顶反力R1和R2的方向按实际受力情况确定。当求得M1和M2共同作用下的柱顶反力（R=R1+R2）后，即可按悬臂柱计算截面弯矩和剪力。,65,第十一章 单层厂房排架结构,2.柱顶有侧移铰接排架（1）吊车竖向荷载作用 吊车竖向荷载Dmax和Dmin同时分别作用在两侧柱的内力，可由图a和图b的内力计算结果叠加而得。,（a）Dmax作用在A柱；（b）Dmin作用在B柱,66,第十一章 单层厂房排架结构,对图a，Dmax仅对A柱下柱产生轴向力，故可按如图所示计算排架柱的截面弯矩和剪力。,67,第十一章 单层厂房排架结构,计算步骤：1）在排架柱顶附加一个不动铰支座，按柱顶为不动铰支排架计算牛腿顶面处MDmax作用下的柱顶反力RDmax和柱的内力。此时RDmax为,柱顶反力系数C2仍由本章相应附图查得。,2）将柱顶反力RDmax反向作用于有侧移铰接排架柱顶，得单层单跨对称排架柱顶剪力，然后按悬臂柱计算柱的内力。,68,第十一章 单层厂房排架结构,3）将上述两步所得柱的内力叠加，即得Dmax作用于A柱时排架柱的内力。同理，可求得吊车竖向荷载Dmin作用在B柱和Dmin作用于A柱、Dmax作用于B柱时排架柱的内力。,（2）吊车水平荷载作用 单跨对称排架在Tmax作用下的各柱内力，可按图所示的悬臂柱直接计算。,同理，当Tmax的作用方向向左时，也可用上述方法计算内力。,69,第十一章 单层厂房排架结构,（3）风荷载作用 在风荷载Fw、q1、q2作用下，单跨排架柱内力可由如图2种内力状态叠加求得。,70,第十一章 单层厂房排架结构,对图a所示受力情况，可由如图3种受力情况叠加得到。,1）Fw作用的情况，柱顶反力RFW=FW，柱中不产生内力。2）q1作用的情况，仅需对A柱按上端为不动铰支下端为固定的单根柱计算柱顶反力Rq1和柱中内力。柱顶反力Rq1为Rq1=C4H2q1 式中 C4均布风荷载作用下的柱顶反力系数，由本章相应附图查得。,71,第十一章 单层厂房排架结构,3)q2作用的情况，采用与q1作用时相同的方法分析计算。柱顶反力Rq2为Rq2=C4H2q2 将上述3种受力情况叠加，得图a所示排架柱的内力和柱顶总反力Rw。对Rw反向作用的图b情况，柱顶剪力,当风荷载由右向左作用时，A柱的内力与向右作用时B柱的内力符号相反、数值相等。,72,第十一章 单层厂房排架结构,四、内力组合1.控制截面 控制截面是指排架柱内力最大、对配筋起控制作用的截面。对单阶柱，上柱底部截面-、下柱牛腿顶面截面-及柱底截面（基础顶面）-为控制截面。,73,第十一章 单层厂房排架结构,2.荷载效应组合排架柱的每一个控制截面有如下几种可能的组合：1.2SGK+0.91.4（SQLK+SQWK+SQHK）1.2SGK+0.91.4（SQWK+SQHK）1.2SGK+0.91.4（SQLK+SQWK）1.2SGK+1.4（SQLK+SQHK）1.2SGK+1.4SQWK 1.2SGK+1.4SQHK 式中SGK、SQLK、SQWK、SQHK分别为按恒荷载、屋面活荷载、风荷载、吊车荷载的标准值计算的荷载效应值。以上六种组合中的最不利值，即为控制截面的内力。,74,第十一章 单层厂房排架结构,3.内力组合的项目 单层厂房的排架柱为偏心受压构件。一般采用对称配筋。对于矩形、工字形截面柱的每一个控制截面，可考虑以下四项不利内力组合：+Mmax与相应的N、V；Mmax与相应的N、V；Nmax与相应的可能最大M；Nmin与相应的可能最大M。上述四项内力组合中，前两项和第四项可能为大偏心受压情况，第三项可能发生小偏心受压情况。按此四项进行组合，一般可满足结构可靠度要求。,75,第十一章 单层厂房排架结构,4.组合时注意的问题 对排架柱的控制截面进行最不利内力组合时，应注意如下几点：恒荷载参与每一种组合。吊车竖向荷载Dmax作用于A柱和Dmin作用于A柱，只能选其中一种参与组合。吊车水平荷载Tmax作用方向向右与向左只能选其中一种参与组合。有吊车竖向荷载Dmax（Dmin）应同时考虑吊车水平荷载Tmax作用的可能。风荷载作用方向向右与向左只能选其中一种参与组合。组合Nmax或Nmin项时，对于轴向力为零，而弯矩不为零的荷载（如风荷载）也应考虑参与组合。,76,第十一章 单层厂房排架结构,第五节 排架柱的设计 钢筋混凝土排架柱设计的有关内容已在前述的章节中作过介绍，本节主要叙述排架柱的计算长度、吊装验算和牛腿设计。一、柱的计算长度 计算偏心受压构件的偏心增大系数时，柱的计算长度l0按规范给出的值取用。二、柱的吊装验算 1）验算内容 钢筋混凝土预制排架柱在运输和吊装时的受力状态与使用时不同，需进行吊装时的承载力和裂缝宽度验算。,77,第十一章 单层厂房排架结构,2）计算简图 根据平吊和翻身吊时的吊点位置，其计算简图分别如图所示。吊装时柱承受的荷载为其自重乘以动力系数1.5。,78,第十一章 单层厂房排架结构,3）截面形式与尺寸 按实际受力方向确定。对于平吊时的H形截面，可简化为宽度为2hf、高度为bf的矩形截面（如图）4）验算方法 按第三章受弯构件进行承载力验算，考虑此时的受力状态为临时性，故可将安全等级降低一级。按第五章进行裂缝宽度验算。,79,第十一章 单层厂房排架结构,三、牛腿设计1.牛腿的支承情况,牛腿支承屋架（屋面梁）、吊车梁、连系梁等构件，并将这些构件承受的荷载传给排架柱（如图）。,80,第十一章 单层厂房排架结构,2.牛腿的分类,长牛腿：a/h01.0，可按悬臂梁进行设计。短牛腿：a/h01.0。简称牛腿，按下述方法设计。,3.牛腿的应力状态,按照牛腿承受的竖向力作用点至牛腿根部的水平距a与牛腿有效高度h0之比分为,在混凝土开裂前，牛腿的应力状态处于弹性阶段；其主拉应力迹线集中分布在牛腿顶部一个较窄的区域内，主压应力迹线则密集分布于竖向力作用点到牛腿根部之间的范围内；在牛腿和上柱相交处具有应力集中现象（如图）。,81,第十一章 单层厂房排架结构,4.牛腿的破坏形态1）剪切破坏 当a/h00.1，即牛腿的截面尺寸较小时，或牛腿中箍筋配置过少时，可能发生（如图）。2）斜压破坏 当a/h0=0.10.75，竖向力作用点与牛腿根部之间的主压应力超过混凝土的抗压强度时，将发生（如图）。,82,第十一章 单层厂房排架结构,3）弯压破坏 当a/h00.75或牛腿顶部的纵向受力钢筋配置不满足要求时，可能发生（如图）。,4）局部受压破坏 当牛腿的宽度过小或支承垫板尺寸较小时，在竖向力作用下，可能发生（如图）。,83,第十一章 单层厂房排架结构,5.牛腿的截面尺寸,1上柱；2下柱；3弯起钢筋；4水平箍筋,84,第十一章 单层厂房排架结构,一般以不出现斜裂缝为控制条件，即应符合下式要求：,牛腿的外边缘高度h1不应小于其高度h的1/3，且不应小于200 mm。牛腿挑出下柱边缘的长度C应使吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离C1不小于70mm，以保证牛腿顶部的局部受压承载力。牛腿的底面倾角一般不超过45。当C100mm时，可取=0，即取牛腿底面为水平面。牛腿顶部的局部受压面上，由竖向力FvK引起的局部压应力不应超过0.75fc。,85,第十一章 单层厂房排架结构,6.牛腿的配筋及构造,1）牛腿的工作状况 以顶部纵向受力钢筋为水平拉杆，竖向力作用点与牛腿根部之间的受压混凝土为斜向压杆的三角形桁架（如图）。,86,第十一章 单层厂房排架结构,2）牛腿的配筋计算 纵向受力钢筋总截面面积AS，由承受竖向力的受拉钢筋截面面积和承受水平拉力的锚筋截面面积组成，可按下式计算：,式中 a0.3h0时，取a=0.3h0。,87,第十一章 单层厂房排架结构,3）牛腿的配筋构造 牛腿顶部的纵向受力钢筋宜采用HRB335级或HRB400级钢筋。承受竖向力FV的受拉钢筋配筋率，按牛腿的有效截面计算不应小于0.2%及0.45ft/fy，也不宜大于0.6%；钢筋的数量不宜少于4根，直径不宜小于12mm。全部纵向受力钢筋宜沿牛腿外边缘向下伸入下柱内150mm后截断。伸入上柱的锚固长度，当采用直线锚固时不应小于受拉钢筋的锚固长度la；当上柱尺寸不满足直线锚固要求时，可将钢筋向下弯折，从上柱内边算起的水平段长度不应小于0.45la，向下弯折的竖直段应取15d。,88,第十一章 单层厂房排架结构,牛腿应设置水平箍筋。水平箍筋可采用HPB235级钢筋，直径宜为612mm，间距宜为100150mm，且在牛腿上部2h0/3范围内的水平箍筋总截面面积不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的二分之一。当牛腿的a/h00.3时，宜增设弯起钢筋。弯起钢筋的种类一般与纵向受力钢筋相同，并宜使其与竖向力作用点到牛腿斜边下端点连线的交点位于牛腿上部l/6 至 l/2 之间的范围内，l为该连线的长度（如图）。弯起钢筋的截面积不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的二分之一，根数不宜少于2根，直径不宜小于12mm。弯起钢筋沿牛腿外边缘向下伸入下柱内的长度和伸入上柱的锚固长度要求与牛腿的纵向受力钢筋相同。,89,第十一章 单层厂房排架结构,第六节 柱下单独基础设计,一、概述1.杯形基础的受力分类1）轴心受压基础2）偏心受压基础2.杯形基础的设计内容1）基础底面尺寸的确定。2）基础高度的确定。3）基础配筋计算。,90,第十一章 单层厂房排架结构,二、轴心受压基础,由上式可得,1.基础底面尺寸的确定 根据地基承载力确定基础的底面尺寸时（如图），应满足下式要求：,91,第十一章 单层厂房排架结构,2.基础高度的确定,（1）尺寸构造要求 锥形基础边缘高度a2不宜小于200mm；阶梯形基础每阶高度宜为300 500mm；基础底面长宽边长之比值为12。（如图）,92,第十一章 单层厂房排架结构,柱插入基础杯口中的深度h1应保证柱与基础为刚接，同时满足柱中受力钢筋的锚固长度la和柱吊装时的稳定要求。基础的杯底厚度a1和杯口顶部壁厚t应符合有关要求。,93,第十一章 单层厂房排架结构,（2）受冲切承载力验算 轴心受压基础（如图）由基顶的竖向压力设计值N产生的地基净反力PN为,94,第十一章 单层厂房排架结构,为防止发生冲切破坏，柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力符合下式要求：,当不满足受冲切承载力的要求时，应考虑增大柱与基础交接处的基础高度以及基础变阶处下阶基础的高度。,95,第十一章 单层厂房排架结构,3.基础配筋计算,基础可按固结于柱底的悬臂板进行受弯承载力计算。计算截面一般取柱与基础交接处和基础变阶处的截面，如图所示柱与基础交接处的-和-截面，其弯矩M和M可分别按下列公式计算：,96,第十一章 单层厂房排架结构,-和-截面所需钢筋用量As和As，可分别按下列公式计算：,基础变阶处的计算截面，可用同样方法求得弯矩及相应的钢筋用量，但此时需将基础的上阶视为柱。,97,第十一章 单层厂房排架结构,三、偏心受压基础 确定偏心受压基础的底面尺寸、基础高度和配筋时，以基础底面压力较大一侧为控制。1.基础底面尺寸的确定 偏心受压基础（图a）底面两边缘的最大和最小压力值分别按下列公式计算：,(a)e0ka/6；(b)e0ka/6,98,第十一章 单层厂房排架结构,基础底面为矩形，且偏心矩,时，上两式可写为,可见，当e0ka/6时，则Pkmin0，基础底面全部与地基接触（97页图a）；当e0k a/6时，则Pkmin0，基础底面部分与地基脱开（97页图b），此时按下式计算Pkmax,99,第十一章 单层厂房排架结构,根据地基承载力确定偏心受压基础底面的尺寸时，应同时满足下列要求：,偏心受压基础的底面为矩形时，可先按轴心受压公式计算基础底面积，然后将其扩大1.21.4倍作为估算底面积，并使基础长短边长之比a/b=1.52.0。直至满足的要求。,100,第十一章 单层厂房排架结构,2.基础高度的确定,确定偏心受压基础高度的方法与前述的轴心受压基础相同。仅冲切荷载设计值Fl按下式计算：Fl=PnmaxAl,101,第十一章 单层厂房排架结构,3.基础配筋计算,计算-截面的弯矩M时，Pn按下式确定：,偏心受压基础的配筋计算方法与前述的轴心受压基础相同。仅地基净反力Pn采用平均值（如图），即计算-截面的弯矩M时，Pn按下式确定：,102,第十一章 单层厂房排架结构,基础的混凝土强度等级不应低于C20；基础下垫层的混凝土强度等级应为C10，且厚度不宜小于70mm；基础受力钢筋的最小直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。当有垫层时，钢筋的保护层厚度不小于40mm；无垫层时不小于70mm；当基础的边长大于或等于2.5m时（如图），沿该边长方向的受力钢筋长度可取边长的0.9倍，并应交错布置；,四、基础的构造要求,103,第十一章 单层厂房排架结构,当柱为轴心受压或小偏心受压，且杯壁厚度t与杯壁高度h2之比0.65时，或柱为大偏心受压且t/h20.75时，杯壁内一般可不配筋；当柱为轴心受压或小偏心受压，且0.5t/h20.65时，杯口顶部应配置构造钢筋，每边两根（如图）。,返回总目录,The End,