混凝土結構設計：單層廠房

單層廠房本章內容1、單層廠房的結構型式、結構組成和結構布置2、排架計算3、單層廠房柱4、柱下獨立基礎5、吊車梁12.1單廠的結構形式、結構組成和結構布置12.1.1結構形式按材料分：混合結構、砼結構、鋼結構。

按受力分：排架結構屋架（屋面梁）柱基礎鉸接剛接（結構體系）柱與橫梁合一基礎鉸接兩鉸拱三鉸拱剛架結構12.1單廠的結構形式、結構組成和結構布置剛架結構

橫向排架

屋蓋結構縱向排架支撐體系圍護結構12.1.2單廠排架的結構組成與傳力路線排架結構

組成無檁體系：有檁體系：縱向柱列連系梁吊車梁柱間支撐基礎及基礎梁大型屋面板、屋架（屋面梁）、屋蓋支撐等橫梁（屋架或屋面梁）橫向柱列基礎小型屋面板、檁條、屋架承受豎向荷載和橫向水平荷載承受縱向水平荷載排架12.1單廠的結構形式、結構組成和結構布置2橫向排架上的荷載及傳力路線柱豎向荷載屋面荷載吊車豎向荷載墻自重水平荷載風荷載

吊車橫向水平荷載基礎12.1單廠的結構形式、結構組成和結構布置屋面板屋架吊車梁牛腿連系梁（基礎梁）縱墻吊車梁12.1.3單廠的結構布置支撐：12.1單廠的結構形式、結構組成和結構布置保證構件的穩(wěn)定性；增強結構的整體穩(wěn)定性和空間剛度；傳遞縱向水平荷載；保證結構施工階段的穩(wěn)定性

柱網(wǎng)

變形縫：伸縮縫、沉降縫和防震縫。

抗風柱、圈梁、連系梁、過梁和基礎梁

柱間支撐(上柱柱間支撐、下柱柱間支撐)

天窗架支撐屋蓋支撐(上弦、下弦支撐、水平系桿、垂直支撐)

1、柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)：柱的縱向定位軸線與橫向定位軸線在平面上所形成的網(wǎng)格。橫軸之間的距離為柱距；縱軸之間的距離為跨度。柱網(wǎng)布置不僅是確定柱的位置，同時也確定屋面板、屋架吊車梁等的跨度，并涉及到廠房其他結構構件的布置。柱網(wǎng)布置的一般原則：符合生產工藝和正常使用的要求；建筑和結構經濟合理；施工方法具有先進性；符合廠房建筑統(tǒng)一化的原則；適應生產發(fā)展和技術革新的要求。

柱網(wǎng)布置示意圖

在廠房端部橫向定位軸線與山墻邊緣重合，將山墻內側第一排柱中心內移600mm；變形縫兩側柱分別向兩側移600mm。

2、變形縫（1）伸縮縫結構體系很長時，溫度應力過大。通過設置伸縮縫來解決。最大伸縮縫間距：處于室內或土中100M

處于露天時70M

（2）沉降縫解決不均勻沉降問題，必須從基礎斷開。（3）防震縫當建筑物平面、立面復雜，結構高度或剛度相差很大時設置。變形縫設置原則：盡量不設和少設，當必須設置時盡量做到三縫合一。

3、支撐：保證構件的穩(wěn)定性；增強結構的整體穩(wěn)定性和空間剛度；傳遞縱向水平荷載；保證結構施工階段的穩(wěn)定性柱間支撐(上柱柱間支撐、下柱柱間支撐)

屋蓋支撐(垂直支撐、水平系桿、上弦、下弦橫向水平支撐、下弦平面的縱向水平支撐)

1）屋蓋支撐屋蓋支撐包括屋架上、下弦橫向水平支撐、縱向水平支撐、垂直支撐和縱向水平系桿、天窗架支撐。

第七章單層廠房結構2）柱間支撐柱間支撐的主要作用是增強廠房的縱向剛度和穩(wěn)定性，并將縱向水平荷載傳至基礎。以下情況設置：（1）廠房內設置重級工作制吊車，或中、輕級工作制吊車起重量在10噸以上；（2）廠房跨度在18米及18米以上，或柱高在8米以上；（3）縱向柱的總數(shù)每排在7根以下；（4）設有3噸及3噸以上懸掛式吊車；（5）露天吊車的柱列。

4、抗風柱

抗風柱一般與基礎剛接，與屋架上弦鉸接?？癸L柱一般應滿足兩個要求：一、是在水平方向上必須與屋架有可靠的連接以保證有效傳遞風荷載；二、是保證在豎向應允許兩者之間有一定相對位移的可能性。5、圈梁、連系梁、過梁和基礎梁圈梁的作用是將墻體與排架柱、抗風柱等連接在一起，以增加廠房的整體剛度；連系梁的作用是聯(lián)系縱向柱列，以增強廠房的縱向剛度并傳遞風荷載到縱向排架。過梁的作用是承受門窗洞口上的墻體重量。基礎梁的作用承受圍護墻體的重量。

內容包括：（1）選取計算單元，確定計算簡圖（2）荷載計算（3）單種荷載下的內力計算（4）內力組合（5）柱、牛腿設計（6）基礎設計12.2排架計算12.2.1計算簡圖計算簡圖的確定基本假定：柱與屋架或屋面梁鉸接；(1)計算單元的選取柱與基礎固接縫隙灌細石混凝土屋面梁或屋架沒有軸向變形。簡圖中，柱的計算軸線取上下柱截面重心的連線；柱總高H指基礎頂面至柱頂?shù)母叨?；上柱高Hu指從牛腿頂面至柱頂?shù)母叨?。HHu12.2.1計算簡圖12.2.2荷載計算荷載分類及符號恒載：支承在外牛腿上的外圍護結構重F5屋蓋自重F1上柱自重F2(3)下柱自重F3吊車梁及軌道零件自重F4F1F1F3F3F2F2F4F4F5F5活載：屋面活荷載F6風荷載q1、q2及F6F6DmaxDmin吊車荷載豎向荷載Dmax、和Dmin

TmaxTmaxq1q212.2.2荷載計算水平荷載Tmax各種集中荷載的作用點－應據(jù)實際情況確定（1）屋蓋自重F1

－作用于柱頂。通過屋架端節(jié)點處上、下弦中心線的交點（或通過屋面梁兩端墊板的中心線。）12.2.2荷載計算設F1對上柱有偏心為e1

，而上下柱計算軸線間的距離設為e0。則：F1下排架的計算簡圖應為F1F1（2）上柱自重F2

－通過上柱中心，對下柱有偏心e0，由于柱施工時，屋架還未安裝，所以其計算簡圖為：12.2.2荷載計算（3）下柱自重F3

－僅使柱產生軸力（4）吊車梁及軌道零件自重F4

－作用在牛腿頂面，通過吊車梁中心線。

e4－吊車梁中心線對下柱的偏心距。吊車梁安裝時，屋架還未安裝，所以其計算簡圖為：F2下計算簡圖F2F4下計算簡圖F4如F6下：F5、F6、Dmax

和Dmin可同理換算，并畫出相應的計算簡圖：Dmax

和Dmin下：12.2.2荷載計算F6下計算簡圖F6F6吊車豎向荷載下計算簡圖DmaxDmin各種荷載的計算恒載－按材料的重力密度和結構的尺寸算得。12.2.2荷載計算屋面活荷載－都按屋面的水平投影面積計算

屋面均布活荷載，查《荷載規(guī)范》雪荷載：標準值sk(kN/m2)注：屋面活荷載的組合

積灰荷載＋屋面均布活荷載和雪荷載的較大者。包括屋面積灰荷載:按廠房類型查《荷載規(guī)范》。屋面積雪分布系數(shù)根據(jù)屋頂形式查《荷載規(guī)范》?；狙?kN/m2)，按《荷載規(guī)范》取吊車荷載（講橋式吊車）概念豎向橫向吊車的工作級別：

據(jù)吊車利用等級和載荷狀態(tài)分：A1~A8八級。12.2.2荷載計算Pmin,kPmin,k最大輪壓標準值Pmax,k與最小輪壓標準值Pmin,kPmax,kPmax,k最大、最小輪壓標準值Pmax,k、Pmin,k數(shù)值：Pmax,k由產品規(guī)格或手冊得到。Pmin,k可由下式計算得到：最大、最小吊車豎向荷載Dmax

、Dmin的計算

－－用吊車梁支座豎向反力影響線來求。12.2.2荷載計算吊車荷載計算大、小車自重標準值額定起重質量Q對應的重力標準值=Q×重力加速度如Pmax,k

下的Dmax，k

的計算

β－多臺吊車的荷載折減系數(shù)若兩臺吊車：輕（A1~A3）、中級（A4~A5）

β

＝0.9；重（A6~A7）、特重級（A8）

β

＝0.95。12.2.2荷載計算

關于多臺吊車的荷載折減系數(shù)ββ的意義：

考慮多臺吊車Dmax

、Dmin和Tmax同時出現(xiàn)的概率很小，故排架計算時，當考慮多臺吊車同時作用時，將Dmax

、Dmin和Tmax值給予折減，即乘以折減系數(shù)β。取值見下表。多臺吊車的組合：計算Dmax

、Dmin時，當考慮多臺吊車時，一層吊車單跨廠房，不多于兩臺；一層吊車多跨廠房，不多于四臺。計算Tmax

時，單跨、多跨均不多于兩臺。12.2.2荷載計算參與組合的吊車臺數(shù)吊車工作級別輕級和中級（A1~A5）重級和特重級（A6~A8）20.90.9530.850.940.80.85Dmax

、Dmin下單跨排架的計算簡圖：e4－吊車梁中心線至下柱中心線的距離12.2.2荷載計算

Dmax在柱ABAABABADmax在柱BBDmaxDminDmaxDmin吊車橫向水平荷載設計值Tmax計算Tmax的產生：額定起重質量Q的重力標準值小車的重力標準值12.2.2荷載計算Tmax的作用點：柱側吊車梁頂面位置。吊車橫向水平荷載標準值Tk計算：設吊車每個輪子傳遞的橫向水平荷載為Ti,k,則總的吊車橫向水平荷載標準值ΣTi,k為：ΣTi,k通過橋架所有輪子傳遞。對4輪吊車，其中每個輪子傳遞值Ti,k為：α

－吊車橫向水平荷載系數(shù)12.2.2荷載計算

吊車對排架產生的最大橫向水平荷載標準值Tmax,k可由吊車梁支座水平反力影響線求得（計算同Dmax，k

）。Tmax也可由Dmax求得：則當考慮多臺吊車折減系數(shù)：12.2.2荷載計算Tk則Tmax下單跨排架的計算簡圖吊車左行時剎車吊車右行時剎車12.2.2荷載計算風荷載基本風壓W0(kN/mm2)

－《荷載規(guī)范》風荷載標準值Wk(kN/mm2)12.2.2荷載計算風振系數(shù)。單廠：βz=1.0風壓體型系數(shù)，指風在建筑物表面所引起的實際壓力（或吸力）與基本風壓的比值；與建筑物體型、尺寸、周圍環(huán)境及地面粗糙程度有關－《荷載規(guī)范》風壓高度系數(shù),與離地高度和地面粗糙程度有關。－《荷載規(guī)范》。排架上風荷載的簡化：柱頂以下：簡化為均布荷載q1、q2

μz－按柱頂標高取值；柱高度近似取柱全高。12.2.2荷載計算屋蓋部分：簡化為作用在柱頂?shù)乃郊泻奢dμs1μs2μz取值：無天窗時，按檐口標高??；有天窗時，按天窗檐口標高取。12.2.2荷載計算的計算作用在坡屋面上風荷載水平分力標準值的合力，按h2計算。作用在豎直面上的風荷載，按h1計算。則，風荷載下排架計算簡圖為：左風下右風下12.2.2荷載計算(1)恒載下(2)屋面活荷載下(4)吊車水平荷載下(3)吊車豎向荷載下(5)風荷載下

Dmax在柱ABAABABAB12.2.3用剪力分配法計算等高排架等高排架：柱頂水平位移相等的排架1.柱頂作用水平集中力時的剪力分配剪力分配：即一個柱頂作用水平集中力F的等高排架，每個柱承擔的剪力Vi與其本身的抗剪剛度成正比,水平集中力F可按柱的抗剪剛度比例分配給每個柱,從而求得每個柱的剪力。對單階懸臂柱，當單位力1作用于柱頂時，柱頂產生水平位移推導如下：由結構力學知：其中－為柱的“抗剪剛度”可由表2.5.2查出13.2.3用剪力分配法計算等高排架柱頂作用集中力F時的各柱剪力計算取橫梁為隔離體，可得123……將代入再代入得：21312.2.3用剪力分配法計算等高排架12.2.3用剪力分配法計算等高排架則代入

得：3剪力分配系數(shù)12.2.3用剪力分配法計算等高排架任意荷載作用時的剪力分配步驟：(1)在排架柱頂附加一不動鉸支座，求出不動鉸支座的水平反力R和排架柱內力；12.2.3用剪力分配法計算等高排架(2)撤銷附加的不動鉸支座，將其反力R反向作用與柱頂，用剪力分配法求出排架柱的內力；(3)疊加排架柱的內力，畫出內力圖。

各種荷載下不動鉸支座反力R可由表2.5.2求得如：RAB(1)疊加(1)、(2)內力即得。12.2.3用剪力分配法計算等高排架＝＋RARBRVAVB(2)12.2.4排架結構考慮整體空間作用的計算廠房整體空間作用：由于縱向構件的聯(lián)系，廠房橫向排架之間、排架與山墻之間彼此牽制、協(xié)同工作，這種相互聯(lián)系的整體作用，稱為廠房的空間作用。排架結構考慮整體空間作用時的內力計算uaucudub空間作用的規(guī)律

有山墻>無山墻局部荷載>均布荷載無檁屋蓋>有檁屋蓋《規(guī)范》規(guī)定：計算排架內力時，僅對吊車荷載考慮廠房的空間作用。排架結構考慮整體空間作用時的內力計算μ為衡量空間作用的大小的分配系數(shù)，稱為空間作用分配系數(shù)。廠房的空間作用越大，μ越小。（1-μ）R考慮廠房空間作用的內力計算步驟：(1)在排架柱頂附加一不動鉸支座，求出不動鉸支座的水平反力R和排架柱內力；(2)撤銷附加的不動鉸支座，將其反力R乘以μ反向作用與柱頂，用剪力分配法求出排架柱的內力；(3)疊加排架柱的內力，畫出內力圖。如：RAB疊加(1)、(2)內力即得。＝＋μR（1-μ）R12.2.5內力組合目的：找出危險截面上的最不利內力（或內力組合）。圖單階排架柱的控制截面ⅠⅠⅡⅡⅢⅢ排架柱的控制截面控制截面：對構件配筋起控制作用截面。Ⅰ-Ⅰ:上柱下截面Ⅱ-Ⅱ:下柱上截面（牛腿頂截面）Ⅲ-Ⅲ:下柱下截面2控制內力對偏心柱，一般最不利內力出現(xiàn)在以下四種情況下。

對大偏壓柱,還應考M較Mmax略小,但它所對應的N卻減小很多的情況。13.2.4內力組合如何找到控制截面的最不利內力呢？荷載組合活荷載同時出現(xiàn)，使內力達到最不利的可能性幾種活荷載同時作用又同時達到最大值的可能性不大－－引入活荷載組合系數(shù)ψ13.2.4內力組合應考慮兩方面注：當恒荷載效應對結構有利時，恒荷載分項系數(shù)取1.0。

根據(jù)《荷載規(guī)范》，對排架結構按下列荷載組合確定最不利內力：

注意幾點:(1)內力組合不是荷載相加，而是相應內力疊加；13.2.4內力組合(2)恒載必參加組合；(3)每次組合以一種內力為組合目標決定荷載項的取舍；(4)當取Nmax、Nmin為組合目標時，應使相應的M盡可能的大；(5)風荷載有左風、右風兩種，每次組合只取一種；(6)對吊車荷載：有T必有D，有D未必有T；Dmax、Dmin同時存在。截面荷載項目內力恒荷載屋面活荷載吊車荷載風荷載G1G2G3G4Q1Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax左風右風1234567M43.6-10.6146.412.7+21.548.0-54.4N484.270.6543.0161.00.00.00.0內力組合項目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截面荷載項目內力恒荷載屋面活荷載吊車荷載風荷載G1G2G3G4Q1Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax左風右風1234567M20.03.46-43.7-34.7+21.548.0-54.4N423.970.60.00.00.00.00.0內力組合項目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

截面荷載項目內力恒荷載屋面活荷載吊車荷載風荷載G1G2G3G4Q1Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax左風右風1234567M52.9-3.223.2-185+21.548.0-54.4N537.570.6543.0161.00.00.00.0內力組合項目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：由永久荷載效應控制的組合：恒荷載的分項系數(shù)為1.35，活荷載的分項系數(shù)為1.4，但全部活荷載均乘以組合系數(shù)當荷載對結構有利時（多為恒載），其荷載的分項系數(shù)取1.012.2.6排架計算中的兩個問題縱向柱距不等的排架內力計算計算單元及計算簡圖當屋面剛度較大或設有可靠的下弦縱向水平支撐時。內力計算恒載、風荷載等作用下－－同一般排架但對合并柱應還原：即將計算結果除2；柱不變AC吊車荷載下吊車位置－使中間排架②產生Dmax,Dmin和

Tmax注:合并排架在吊車荷載下的軸向力應根據(jù)實際算。如N2=D2maxB合并排架的吊車豎向及水平荷載為:排架的水平位移計算驗算目的－－吊車運行要求當柱滿足表2.4.2尺寸要求時，可不驗算。驗算位置－－Tmax作用點K處μk－按結力方法計算，考慮一臺最大吊車的作用其中柱截面抗彎剛度中、輕級（A1~A5）重、特重級（A6~A8）露天棧橋柱滿足的條件截面荷載項目內力恒荷載屋面活荷載吊車荷載風荷載G1G2G3G4Q1Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax左風右風1234567M-6.22-0.3555.63-110.53+146.48209.07-194.86N332.8541.03467.7590.250.00.00.0內力組合項目MN|Mmax|及NNmin及MNmax及M12.6單層廠房柱12.6.1柱的形式12.3.1柱的形式12.6.2矩形柱的設計設計內容:一、使用階段二、施工階段承載力(正、斜截面)裂縫驗算承載力(正、斜截面)裂縫驗算1、截面尺寸和外形構造尺寸保證柱的承載力和剛度（見表2.4.2）2、截面設計根據(jù)最不利內力按偏壓構件計算。2、截面設計需注意的是，對于排架柱，考慮二階效應的彎矩設計值按下式計算（與上冊偏壓構件不同）：一階彈性分析柱端彎矩設計值排架柱計算長度，見教材附表截面曲率修正系數(shù)初始偏心距軸向壓力對截面重心的偏心距附加偏心距3構造要求：砼等級；縱筋及構造縱筋；箍筋構造模板圖12.3.2排架柱的設計（書

p）圖見下頁4、施工階段計算注意事項：安全等級：較使用階段降一級；荷載：自重×動力系數(shù)；砼等級：按與各施工階段相應的實際強度；計算簡圖：按吊裝、運輸?shù)入A段實際受力情況簡化；控制截面：找跨內最大彎矩、支座最大彎矩和剪力截面。12.6.3牛腿設計分類短牛腿：長牛腿:h0－牛腿與下柱交接處的豎直截面的有效高度；a－豎向力Fv作用點至下柱邊緣的距離。－深梁－懸臂梁短牛腿的試驗研究及破壞形態(tài)彈性階段主拉、主壓應力跡線：①F(20%~40%)Fu時，上根部出現(xiàn)垂直裂縫,但不發(fā)展；F(40%~60%)Fu時，②縫出現(xiàn)，荷載，②縫發(fā)展(2)裂縫出現(xiàn)及開展②①彎曲破壞（彎壓破壞）②斜壓破壞、斜拉破壞③純剪破壞（剪切破壞）④局部受壓破壞

(3)破壞形態(tài)斜拉破壞牛腿設計內容：確定牛腿截面尺寸（b與柱同寬，h＝？）承載力計算(As)配筋構造(縱筋、箍筋、彎筋)

hFvsFhsh確定－－以斜截面抗裂度為控制條件滿足構造要求牛腿尺寸及鋼筋配置aFvsFhshash0h1αc作用于牛腿頂面按荷載標準組合計算的豎向力值；作用于牛腿頂面的按荷載標準組合計算的水平拉力值；裂縫控制系數(shù)，需疲勞驗算時（如支撐吊車梁）,β=0.65其它牛腿,β=0.8;aFvsFhshash0h1αch應滿足的構造要求：h1應;α≤45o墊板尺寸應滿足：墊板下局壓面積若不滿足：加大墊板尺寸提高砼強度設置鋼筋網(wǎng)片等As計算計算簡圖－－三角桁架。由得：若近似取Z＝0.85h0，則得：(1)縱筋：牛腿頂面豎向力設計值牛腿頂面水平力設計值根數(shù)≮4根，且不能下彎兼作彎起鋼筋，宜用：HRB400或HRB500，布置如下圖。當a<0.3h0，取a=0.3h0。則得：1.2≈(3)構造要求：水平箍筋：直徑：d=6~12mm;間距：100～150mm布置要求：上部2/3范圍的水平箍筋總截面面積≮1/2As(豎)彎起筋：時設彎筋；宜用：HRB400或HRB500；直徑：≮12mm；布置范圍：l/6~l/2；數(shù)量：Asb≮1/2As(豎)，且≮2根。aFvsFhshash0h1αcll/6l/2作業(yè)：12.7柱下獨立基礎12.7.1柱下獨立基礎的形式擴展基礎：階梯形、錐形帶短柱擴展基礎12.7.2柱下獨立基礎的設計設計內容：底面尺寸－按地基承載力和變形條件確定基礎高度－按抗沖切承載力確定底板配筋－按受彎承載力計算滿足構造要求繪施工圖

－－按地基承載力和變形條件確定假定：基礎為剛性基底壓應力線性分布荷載：柱根截面的彎矩、軸力、剪力；基礎梁傳來的偏心豎向力；基礎與回填土自重G。匯總成作用于基礎底面的彎矩、軸力和剪力12.4.2柱下擴展基礎的設計

底面尺寸確定(1)軸心受壓柱下基礎γm－基礎及基礎上方土的重力密度；d-基礎的埋深12.4.2柱下擴展基礎的設計荷載效應標準組合時，上部結構傳至基礎頂面的豎向力?；A及基礎上方土的重力標準值，Gk

≈γmdA；基礎底面積；修正后的地基承載力特征值或采用正方形底面。將Gk代入上式得：選定b，求另一邊l=A/b。偏心受壓基礎確定步驟：計算A軸A偏=(1.2~1.4)A軸初步確定底面邊長求基底壓力pkmax,pkmin驗算基底壓力若不滿足，調整底面邊長。12.4.2柱下擴展基礎的設計可見：當e<b/6，pkmin>