12 单层厂房
The Single-story Factory
Building
Frame structures
在厂房端部横向定位轴线与山墙边缘重合,将山墙内
侧第一排柱中心内移 500mm;伸缩缝两边的中心线
向两边移动 500mm,
柱网的布置应符合, 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;
3 The plane placement of the structure
单层厂房的平面布置包括柱网布置,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。
4 The deformation gaps
变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。
1)伸缩缝 (temperature gap)结构体系很长时,
温度应力过大。 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( settlement gap),解决不均匀沉降
问题。
3)防震缝( Seismic gap),当建筑物平面、立
面复杂,结构高度或刚度相差很大时。
The placement of brace
单层厂房的支撑体系分为屋盖支撑体系和柱间支
撑体系两部分。
1)屋盖支撑
屋盖支撑包括屋架上、下弦横向水平支撑、纵向
水平支撑、垂直支撑和纵向水平系杆、天窗架
支撑。
2)柱间支撑
柱间支撑的主要作用是增强厂房的纵向刚
度和稳定性。以下情况设置
( 1)厂房内设置重级工作制吊车,或中、
轻级工作制吊车起重量在 10吨以上;
( 2)厂房跨度在 18米及 18米以上,或柱
高在 8米以上;
( 3)纵向柱的总数每排在 7根以下;
( 4)设有 3吨及 3吨以上吊车;
( 5)露天吊车的柱列。
维护结构布置
单层厂房的围护结构包括屋面板、墙体、
抗风柱、圈梁、连系(墙)梁、过梁、
基础梁等构件。
(1) 抗风柱
抗风柱一般与基础刚接,与屋架上弦交接。
抗风柱一般应满足两个要求,
一,是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; 二,是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 的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 的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。
过梁 的作用是承受门窗洞口上的墙体重量。
基础梁 的作用承受围护墙体的重量。
12.3 单层厂房结构主要构件选型 (自学 )
12.4 排架内力分析
12.4.1 计算简图
(一)、计算单元
(二)、计算假定与计算简图
( 1)柱上端与屋架(或屋面梁)铰接;
( 2)柱下端与基础固接;
( 3)排架横梁为无轴向变形的刚杆,横梁的两端
处的水平位移相等;
( 4)排架柱的高度有固定段支柱顶铰接点处;
( 5)排架的跨度以厂房的轴线为准。
12.4.2 荷载的计算
12.4.2.1 永久荷载
(1)屋架自重,柱顶以上所有永久荷载的综合 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
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
222' eGM ?
12.4.2.2 可变荷载
厂房的可变荷载包括,屋面活荷载、吊车荷载和风
荷载三部分。
( 1)屋面活荷载:包括屋面均布活荷载、雪荷载
和积灰荷载三部分。
包括屋面均布活荷载:查规范。
雪荷载,
式中,Sk为雪荷载标准值;
为屋面积灰分布系数;
S0为基本雪压 (KN/m2):它是以一般空旷平坦
地面上统计所得 30年一遇最大积雪自重确定的。
积灰荷载:查阅荷载规范。
0ss rk ??
r?
12.4.2.3 吊车荷载
吊车荷载与吊车工作频繁程度有关,
吊车工作制 频繁程度
轻级 运行时间占全部生产时间不足 15%
中级 运行时间占全部生产时间在 15-45%之间
重级 运行时间占全部生产时间超过 45%
(1) 吊车竖向荷载 Dmax(或 Dmin)
最大轮压 Pmax,k:当小车在额
定最大起重量并开到大车的
极限状态位置时,在大车的
每一个车轮产生的轮压。
在另一侧的轮压称为最小轮压
Pmin,k。
Pmax,k可以根据吊车型号、规格等条件查阅有关资料。
k
kckk
k Pg
QQQP
m a x,
,,2,1
m i n,2 ??
???
式中,kQ,1 和 kQ,2 分别为大车和小车的自重(标准值),
均以吨计;
kcQ,为吊车的额定起重量;
g 重力加速度。
最大轮压设计值 Pmax和最小设计值 Pmin取值如下,
k
k
PP
PP
m i n,m i n
m a x,m a x
4.1
4.1
?
?
柱最大竖向吊车荷载 Dmax,Dmin
参与组合的吊
车台数
吊车工作制
轻级和中级 重级和超重级
2
4
0.9
0.8
0.95
0.85
当两台吊车满起重量并开
到如下位置时,柱子将产
生最大竖向力。
根据影响线的概念,P=1,
则柱子产生的内力为
图 2.37
m a x
m a x
m i nm i n4m i n3m i n2m i n1m i nm a x
m a x4m a x3m a x2m a x1m a xm a x
)(
)(
P
DPyPyPyPyPyPD
yPyPyPyPyPD
i
i
??????
?????
?
?
??
??
多台吊车的荷载折减系数
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之下柱轴线的距
离。
4m a xm a x eDM ? 4m i nm i n eDM ?
( 2)吊车横向水平荷载 Tmax
小车吊起起重量以后,在启动和刹车时产生的
惯性力,即为横向水平荷载。
吊车的横向刹车力平均传给两侧的结构。
在计算吊车横向水平荷载作用下的排架结构内
力时,无论是单跨还是多跨最多开率两台吊车
同时刹车。
对于 Q不超过 50T的吊车,每一个大车轮传递的
水平荷载为,
gQQT kkck ??? )(41,2,?
?? ikk yTT m a x,?? ?????? ikkckikk ygQQPDTyTT )(41,2,ma xma xma x,?
为横向水平荷载系数,?
12.0??当 tQ 10? 时,
对于软吊钩,
当 tQ 5015 ?? 时,10.0??
当 tQ 75? 时,08.0??
对于硬吊钩,20.0??
( 3)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。
10
m a x,
,0
k
k
PnT ??
n为吊车每侧的制动轮数,对于一般四轮吊车 n=1,
2.4.2.4 风荷载
垂直于厂房各部分表面的风荷载标准值( kN/m2),
0ww zszk ???? Bwq k ??
— 基本风压 (kN/m2),不小于 0.25kN/m2
基本风压:以当地比较空旷平坦地面上离地 10米高由统
计所得的 30年一遇 10分钟内平均最大风速 为标准,按
公式
— z高度处的风振系数,对于单层厂房
— 风荷载体型系数;
— 风荷载高度变化系数;
风荷载高度变化系数,根据地面粗糙程度查表选取。
A类:近海、海面、海岛、海岸及沙漠地区;
B类:田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中小城
镇和大城市郊区;
C类:有密集建筑群的大城市郊区。
0.1?z?z?
0w
z?
s?
0v
1600
2
0
0
vw ?
排架计算单元宽度范围内风荷载的设计值为,
kw qq ?? 4.1?w?
柱顶以上水平集中风荷载设计值为,
wkww FF ??
12.4.3 排架内力分析
12.4.3.1 登高排架内力计算
计算的总的原则是按刚度分配的方法,
(1)阶梯形柱位移的计算
主要的目的是求柱子的剪切刚度 ?1?K
12.4.3.2 柱顶水平集中力作用下(剪力分配法)
由于横梁为刚度无限大,所以各柱顶点的位移相
等。
ni uuuu ?? ???? 21
? ??
?
? ??
?
???
??????
n
i
n
i ii
n
i
i
i
n
i
ini
uuu
VVVVVF
1 11
1
21
111
???
??
uV
i
i ?
1?
?
?
?
n
i i
F
u
1
1
?
FFV i
n
i i
i
i ?
?
?
??
?
? 1
1
1
12.4.3.3 任意荷载作用下
任意荷载作用下,等高排架的内力计算步骤如下,
( 1)在排架柱顶附加不动铰支座,求出支反力;
( 2)车处不动铰支座,在此排架柱上反向作用支座
反力 R,已恢复到原来的实际情况;
( 3)叠加上述两种情况的内力。
12.4.4不等高排架内力计算(自学)
12.4.5 排架内力组合
排架内力组合的目的是求出控制界面的最不利内
力,作为柱和基础设计的依据,
12.4.5.1 控制截面
控制截面是指对柱配筋和基础设计起控制作用的
截面,
上柱底面 I-I,牛腿顶面 II-II,下柱底面 III-III,
12.4.5.2 荷载效应组合
为了求出控制截面的最不利内力,就必须按这些荷
载同时出现的可能性进行组合,
?
?
?? n
i
ikQiQikGG QCGCS
1
???
可变荷载的组合值系数,当有两个或两个以上可
变荷载参与组合,且其中有风荷载时,取
,其余情况下,
常见的荷载组合,
(1)永久荷载 +0.85(风荷载 +吊车荷载 +屋面活荷载)
(2)永久荷载 +0.85(风荷载 +屋面活荷载)
(3)永久荷载 +吊车荷载 +屋面活荷载
(4)永久荷载 +0.85(风荷载 +吊车荷载)
(5)永久荷载 +吊车荷载
(6)永久荷载 +风荷载
12.4.5.3 内力组合
一般考虑以下四种内力组合,
?
85.0?? 0.1??
( 1) +Mmax及相应的 N,V;
( 2) -Mmax及相应的 N,V;
( 3) Nmax及相应的 M,V;
( 4) Nmin及相应的 M,V;
进行内力组合时应当注意以下主要问题,
( 1)永久荷载在任何一种内力组合时都应存在,
( 2)吊车荷载 Dmax应当分别作用在左柱和右柱;
( 3)在考虑吊车横向水平荷载时,必须考虑竖向
水平吊车荷载;
( 4)应当考虑左右两个方向的横向水平作用;
( 5)风荷载的作用方向考虑左右两种情况;
12.5 单层厂房结构主要构件设计
12.5.1 钢筋混凝土屋架设计要点(自学)
12.5.2 钢筋混凝土柱设计
12.5.2.1 矩形和 I字形截面柱设计
(1)柱的计算长度
见表 2.22( P137)
(2)吊装、运输阶段的承载力
和裂缝宽度验算
结构构件在吊装时的动力系数
采用 1.5,吊装时混凝土的强度
采用设计强度的 70%,计算简图
如下,
12.5.2.2牛腿设计
按照集中力作用线至柱下边缘的距离 a1,分
为两种,a1>h0,长牛腿
a1<=h0,短牛腿
( 1)牛腿的受力特点和破坏形态
弹性阶段、裂缝出现与开展阶段、破坏阶段。
裂缝的出现与开展,20%-40%极限荷载,出现
裂缝 1; 40%-60%极限荷载,出现裂缝 2;
80%极限荷载,出现裂缝 3;
破坏形态,
压弯破坏:见图( a)
斜压破坏:见图( b,c)
剪切破坏:见图( d)
175.0
0
1 ??
h
a
75.01.0
0
1 ??
h
a
1.0
0
1 ?
h
a
(2) 牛腿截面尺寸的确定
一般以斜截面的抗裂度为控制条件,即以控制其
在使用阶段不出现或仅出现细微斜裂缝为准。
0
0
5.0
)5.01(
h
a
bhf
F
FF tk
vk
hk
vk
?
?? ?
-作用于牛腿顶部按荷载标准值组合计算的竖向力值;
-作用于牛腿顶部按荷载标准值组合计算的水平拉力值;
-裂缝控制系数。疲劳验算 其它牛腿
-竖向力作用点至下柱边缘的距离;
-牛腿宽度;
-牛腿与下柱交接面的垂直截面的有效高度;
vkF
hkF
?
?
b
0h
65.0?? 80.0??
( 3)牛腿的承载能力计算
( a)纵向受拉钢筋的确定
)( shvsy azFaFzAf ???
085.0 hz ?
y
hs
y
v
s f
F
h
a
hf
aFA )
85.01(85.0 00 ???
y
h
y
v
s f
F
hf
aFA 2.0
85.0 0 ??)85.0/( 0ha s
( b)水平箍筋和弯起钢筋的构造要求
,规范, 规定:水平钢筋
的直径 6-12mm,间距
100-150mm,且在上
部 2/3h,总面积不少于
受拉钢筋总面积的 1/3;
当 a/h0>=0.3时,应设置
弯起钢筋,范围在 l/6-
l/2之间,截面面积不少
于受拉钢筋截面面积的
2/3,且不应少于
0.0015bh,不少于 3根,
直径不应小于 12mm,
12.5.3 钢筋混凝土柱下独立基础
12.5.3.1 概述
种类,独立基础 ; 条形基础 ;十字交叉基础 ; 筏板基
础 ; 桩基础等,
12.5.3.2 柱下扩展基础的设计
(1) 独立基础底面尺寸的确定
A 轴心受压柱下基础,
fA GFp ???
设 d为基础埋置深度,基础和土的平均重度为 3N /m20kG ??
dAG G?? df FA
G??
?
B 偏心受压柱下基础
假定基础底面的压力按线性分布,基础边缘的最
大和最小应力,
W
M
A
GFp ???
m i nm a x
M-作用于基础底面的弯矩设计值;
W-基础底面面积的抵抗矩,
6
2blW ?
GF
Me
??

当 e<l/6时,pmin>0,地基反力分布图为梯形;
当 e=l/6时,pmin=0,地基反力分布图为三角形;
当 e>l/6时,pmin<0,地基一部分为拉应力,则基
础底面的实际压力分布为 3al,根据平衡关系,
)61(
m i nm a x l
e
lb
GFp ???
al
GFp
3
)(2
m a x
??
确定偏心受压柱下基础底面尺寸时,应符合下列条件,
fp
fppp
2.1
2
m a x
m i nm a x
?
???
确定偏心受压基础底面积时,采用以下方
法(试算法),
( 1)按轴心受压基础公式计算,计算基础底面积 A1
( 2)考虑偏心影响,A=( 1.1-1.4) A1
( 3)确定最大和最下基底压力
( 4)验算是否满足 2.76和 2.77的要求,修改 b,l指导
符合条件为止。
( 2)柱下独立基础高度的确定
根据抗冲切条件确定基础
的高度,
ApF
hbfF
sl
mthl
?
? 07.0 ?
2
bt
m
bbb ??
bt-为冲切破坏最不利一侧斜截面的上边长;
bb-为冲切破坏最不利一侧斜截面的下边长;
h0-基础冲切破坏锥体的有效高度;
-截面高度影响系数,h<=800mm,取 1.0,h>=1200mm时,
取 0.9,期间按线性内插,
h?
A-考虑冲切荷载时的多边形面积 ;
-在荷载设计值作用下基础底面单位面积上的
土反力 (扣除基础自重及上土的自重 );
(3) 底板受力钢筋的计算
sp
对于矩形基础,当台阶的宽高比小于或等于
2.5时和偏心距小于或等于 1/6基础边长
时,轴心受压,
A,I-I截面的计算,
B,II-II截面的计算,
C、对于偏心受压基础,
( 4)构造要求(自学)
2211 aApaApM ssI ??
)2()(241 2 ccsI bbhlpM ???
Iy
IsI hfMA
09.0
?
)2()(241 2 ccsI hlbbpM ??? )(9.0
0 dhf
MA
Iy
IIsI ??
2
1,m a x,ss
s
ppp ??
2
m i n,m a x,ss
s
ppp ??