第3章 单层工业厂房

中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 3单层工业厂房主要学习内容：主要学习内容：单层厂房排架结构的组成、构件选型和布置排架荷载及内力计算单层厂房柱及牛腿的设计柱下单独基础的设计学习重点与难点：学习重点与难点：单层厂房排架结构的组成和构件的布置排架荷载及内力计算牛腿的设计柱下单独基础的设计1中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 3.1 概述概述3.2 排架结构的组成、构件选型和布置排架结构的组成、构件选型和布置3.3 排架计算排架计算3.4 单层厂房柱单层厂房柱3.5 柱下单独基础柱下单独基础3.6 单层工业厂房的新进展单层工业厂房的新进展3单层工业厂房2中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 3.1 概述概述唐山渤海冶金重工业单层厂房3中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 3.1 概述概述恒鑫机械重工业单层厂房4中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 3.1 概述概述深圳怡龙电子工业多层厂房 5中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 3.1 概述概述上海南汇康桥轻工业多层厂房 6中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 3.1 概述概述张家港DIC化工厂层数混合厂房 7中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 3.1 概述概述开封火电厂层数混合厂房8中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 工业厂房按工业厂房按工业厂房按工业厂房按层数层数层数层数可分为：可分为：可分为：可分为：单层厂房 多层厂房 层数混合厂房 3.1 概述概述机械、冶金等重工业；食品、电子、精密仪器制造等轻工业；化学工业、热电站等。9中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (1)结构特点结构特点v 跨度大，高度大，荷载大：构件内力和截面尺寸大；构件内力和截面尺寸大；v 常承受吊车、机械设备动力等荷载：结构设计时应考虑动力荷载的影响；结构设计时应考虑动力荷载的影响；v结构空旷：几乎无内隔墙，仅在四周设墙和柱几乎无内隔墙，仅在四周设墙和柱；v 基础受力大：对地质有较高要求对地质有较高要求。3.1.1单层厂房的特点10中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (2)工艺设计特点工艺设计特点v 生产工艺流程工艺流程的需要 车间内生产工艺流程确定厂房结构的平面布置车间内生产工艺流程确定厂房结构的平面布置及厂房的高度、剖面、立面及围护结构等；及厂房的高度、剖面、立面及围护结构等；v 起重运输起重运输或设备安装检修安装检修的需要 厂房内的起重吊车、运输通道及设备检修场厂房内的起重吊车、运输通道及设备检修场地等影响厂房主要构件的设计；地等影响厂房主要构件的设计；v 卫生方面的需要 建立良好的工作环境，解决采光、通风、三废、建立良好的工作环境，解决采光、通风、三废、余热、湿气及噪音等对环境的污染。余热、湿气及噪音等对环境的污染。3.1.1单层厂房的特点11中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (1)按结构材料分按结构材料分3.1.2单层工业厂房结构的类型 混合混合结构结构 砖柱RC/木/轻钢屋架 钢筋混凝土钢筋混凝土结构结构 RC柱RC/钢屋架 钢结构钢结构 钢柱钢屋架吊车吨位5t，跨度15m，柱顶标高8m小型厂房吊车吨位25t，或跨度36m或特殊工艺厂房12中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (2)(2)按结构形式分按结构形式分3.1.2单层工业厂房结构的类型 排架排架结构结构 刚架刚架结构结构刚性排架屋架或横梁变形很小，可忽略柔性排架屋架或横梁变形较大，不能忽略两铰门式三铰门式13中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 v 单层厂房结构的基本形式v 跨度 30m，H=2030m，吊车吨位可达150t。v 特点：屋架/屋面梁刚度大 柱顶与屋架/屋面梁铰接铰接 柱底与基础刚接刚接。单跨单跨多跨多跨等高等高 排架排架结构结构刚体3.1.2单层工业厂房结构的类型14中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 不等高不等高锯齿形锯齿形 排架排架结构结构3.1.2单层工业厂房结构的类型15中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 刚架刚架结构结构v 特点：屋架/屋面梁与柱刚接刚接，柱与基础一般为铰接铰接。三铰门架两铰门架两铰门架v 优点：优点：梁柱合一，结构轻巧，制作简单v 缺点：缺点：刚度较差，产生跨变，梁柱转角易产生裂缝v 一般适用吊车吨位10T，跨度1824m，柱顶标高6 8m的金工、机修、装配及喷漆等车间和仓库3.1.2单层工业厂房结构的类型16中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 u 本节的知识结构3.2 排架结构的组成、选型和布置排架结构的组成、选型和布置屋盖结构单层厂房排架结构布置横向排架纵向排架围护结构单层厂房排架结构组成单层厂房排架结构构件选型屋面板檩 条天窗架/托架排架柱吊车梁基 础柱 网变形缝支撑体系围护结构屋架/屋面梁17中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (1)结构的组成结构的组成3.2.1结构组成和荷载传递路径屋盖结构屋盖结构横向平面排架横向平面排架纵向平面排架纵向平面排架围护结构围护结构1 屋面板2 天沟板3 天窗架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4 屋架18中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (1)结构的组成结构的组成3.2.1结构组成和荷载传递路径1基础2基础梁3排架柱4抗风拄5联系梁6吊车梁7屋架8屋面板9天沟10屋架上弦支撑11屋架下弦横向水平支撑；12屋架下弦纵向水平支撑，13屋架竖向支撑14柱间支撑15围护墙19中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 屋盖结构v有檩体系小型屋面板檩条屋架屋盖支撑v无檩体系大型屋面板屋面梁/屋架屋盖支撑有檩体系无檩体系3.2.1结构组成和荷载传递路径20中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 横向排架 横向排架是单层工业厂房的基本承重结构。v组成组成屋架/屋面梁横向柱列基础v作用：作用：主要承受包括主要承受包括屋盖荷载吊车荷载纵墙风荷载纵墙自重横向排架结构3.2.1结构组成和荷载传递路径21中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 纵向排架v组成：组成：屋面板吊车梁纵向柱列柱间支撑v作用作用保证厂房结构的纵向稳定性和刚度；承受纵向水平吊车荷载、地震作用及风荷载等.v受力特点及设计受力特点及设计荷载较小，内力较小构件数量多，刚度大通常不必计算通常不必计算纵向排架结构3.2.1结构组成和荷载传递路径22中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 围护结构v组成：组成：纵墙横墙（山墙）抗风柱连系梁、基础梁等v作用作用承受墙体和构件的自重；承受作用在墙面上的风荷载等。山墙及抗风柱3.2.1结构组成和荷载传递路径23中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 主要结构构件及其作用主要结构构件及其作用构件名称构件作用备注屋盖结构屋面板承受屋面构造层自重、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载以及施工荷载等，并将它们传给屋架（屋面梁），具有覆盖、围护和传递荷载的作用支撑在屋架（屋面梁）或檩条上天沟板屋面排水并承受屋面积水及天沟板上的构造层自重、施工荷载等，并将它们传给屋架天窗架形成天窗以便于采光和通风，承受其上屋面板传来的荷载及天窗上的风荷载等，并将它们传给屋架托架当柱距比屋架间距大时，用以支撑屋架，并将荷载传给柱屋架或屋面梁与柱形成横向排架结构，承受屋盖上的全部竖向荷载，并将它们传给柱檩条支撑小型屋面板（或瓦材），承受屋面板传来的荷载，并将它们传给屋架有檩体系屋盖中采用3.2.1结构组成和荷载传递路径24中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 构件名称构件作用备注支撑体系屋盖支撑加强屋盖结构空间刚度，保证屋架的稳定，将风荷载传给排架结构柱间支撑加强厂房的纵向刚度和稳定性，承受并传递纵向水平荷载至排架柱或基础柱排架柱承受屋盖结构、吊车梁、外墙、柱间支撑等传来的竖向和水平荷载，并将它们传给基础同时为横向排架和纵向排架中的构件抗风柱承受山墙传来的风荷载，并将它们传给屋盖结构和基础也是围护结构的一部分其他吊车梁承受吊车竖向和横向或纵向水平荷载，并将它们分别传给横向或纵向排架简支在柱牛腿上基础承受柱、基础梁传来的全部荷载，并将它们传给地基 主要结构构件及其作用主要结构构件及其作用(续续)3.2.1结构组成和荷载传递路径25中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 构件名称构件作用备注柱排架柱承受屋盖结构、吊车梁、外墙、柱间支撑等传来的竖向和水平荷载，并将它们传给基础同时为横向排架和纵向排架中的构件抗风柱承受山墙传来的风荷载，并将它们传给屋盖结构和基础也是围护结构的一部分其他吊车梁承受吊车竖向和横向或纵向水平荷载，并将它们分别传给横向或纵向排架简支在柱牛腿上基础承受柱、基础梁传来的全部荷载，并将它们传给地基支撑体系屋盖支撑加强屋盖结构空间刚度，保证屋架的稳定，将风荷载传给排架结构柱间支撑加强厂房的纵向刚度和稳定性，承受并传递纵向水平荷载至排架柱或基础 主要结构构件及其作用主要结构构件及其作用(续续)3.2.1结构组成和荷载传递路径26中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 主要结构构件及其作用主要结构构件及其作用(续续)构件名称构件作用备注围护结构外纵墙山墙厂房的围护构件，承受风荷载及其自重连系梁连系纵向柱列，增强厂房的纵向刚度，并将风荷载传递给纵向柱列，同时还承受其上部墙体的重量圈梁加强厂房的整体刚度，防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载引起的不利影响过梁承受门窗洞口上部墙体的重量，并将它们传给门窗两侧墙体基础梁承受围护墙体的重量，并将它们传给基础3.2.1结构组成和荷载传递路径27中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 荷载种类v 恒载恒载v 活载活载吊车竖向荷载吊车竖向荷载吊车横向制动力吊车横向制动力吊车纵向制动力吊车纵向制动力风荷载风荷载施工荷载施工荷载积灰荷载积灰荷载地震作用地震作用其它荷载其它荷载(2)荷载及其传递路径荷载及其传递路径排架结构的荷载3.2.1结构组成和荷载传递路径28中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 荷载按方向方向划分：竖向荷载竖向荷载 横向水平荷载横向水平荷载 纵向水平荷载纵向水平荷载(2)荷载传递路径荷载传递路径基础荷载排架柱地基3.2.1结构组成和荷载传递路径总体传力路径29中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 总体荷载传递路径总体荷载传递路径3.2.1结构组成和荷载传递路径30中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 （1 1）单层厂房结构的设计步骤）单层厂房结构的设计步骤3.2.2主要构件的选型 方案设计阶段技术设计阶段施工图阶段 确定柱网布置等平面问题 确定结构形式、标高等剖面问题 选择结构构件类型 确定结构布置 确定结构计算简图 荷载计算及排架内力分析 结构构件（柱、基础等）设计 结构布置图（屋面、柱、基础等）构件布置与配筋图 节点大样图 工业设计要求31中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 （2 2）结构构件的选型原则）结构构件的选型原则 经济合理：减少材料用量、减轻自重；工艺和建筑设计要求；荷载作用情况 施工条件和构件供应情况；各种构件的适应范围和技术经济指标。3.2.2主要构件的选型32中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (2)主要构件选型 屋面板屋面板v 无檩体系屋盖：大型屋面板，适用于保温或不保温卷材防水屋面。：大型屋面板，适用于保温或不保温卷材防水屋面。v 有檩体系屋盖：小型屋面板。：小型屋面板。v 布置：支撑在屋架/屋面梁或檩条上。v 作用：承受屋面构造层自重、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载以及施工荷载等，并将它们传给屋架（屋面梁），具有覆盖、围护和传递荷载的作用。3.2.2主要构件的选型33中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 常用屋面板常用屋面板序号构件名称形式特点1PC屋面板水平刚度好;适用于中、重型和振动较大、对屋面要求较高的厂房;卷材防水最大坡度1/5，非卷材防水1/42PCF型屋面板材料省，水平刚度、防水效果较预应力混凝土屋面板差；适用于中、轻型非保温厂房，坡度1/4-1/83PC夹心保温屋面板承重、保温、防水三重作用；适用于一般保温厂房；坡度1/8-1/124PC槽瓦材料省，屋面轻，但刚度差。适用于非保温、积灰少的中小型厂房；坡度1/3-1/55RC挂瓦板挂瓦板密排，上铺粘土瓦，有平整的平顶，适用于粘土瓦的轻型厂房和仓库;坡度1/2-1/2.53.2.2主要构件的选型34中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 檩条檩条v 布置：搁在屋架或屋面梁上v 作用：起着支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架的作用；它与屋架间用预埋钢板焊接，并与屋盖支撑一起保证屋盖结构的整体刚度和稳定性。3.2.2主要构件的选型35中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 常用常用檩条檩条序号构件名称形式规格适用条件1RC型檩条L=6m间距3m瓦材屋面的各类厂房2RCT型檩条L=6m间距3m瓦材屋面的各类厂房3PC型檩条L=6m或9m瓦材屋面的各类厂房4PCT型檩条L=6m间距3mL=12m间距6m瓦材屋面的各类厂房5钢檩条L=6m间距1.5m无腐蚀性水汽产生的厂房，承受轻型瓦材6冷弯薄壁型钢檩条L=6m间距1.1m无腐蚀性水汽产生的厂房，承受轻型瓦材3.2.2主要构件的选型36中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 屋架和屋面梁屋架和屋面梁拱式(三铰拱/两铰拱)：适用于15m以下的厂房。桁架式(三角形/梯形/折线形/拱形)：适用于1836m的厂房。抗震要求：优先采用低重心或重量轻的PC屋架/钢屋架/轻钢屋架。屋架和屋面梁是厂房结构最主要的承重构件之一，它与柱形成横向排架结构，承受屋盖上的全部竖向荷载，并将它们传给柱。v屋架及屋面梁的选用:3.2.2主要构件的选型37中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 常用屋架和屋面梁常用屋架和屋面梁序号构件名称形式跨度(m)允许荷载特点及适用条件1PC单坡屋面梁9/12450高度小、重心低、侧向刚度好，施工方便，但自重大，经济指标差;适用于振动大及有腐蚀介质的厂房。坡度1/18-1/122PC双坡屋面梁12/15/184503RC两铰拱屋架9/12/15300上弦RC，下弦角钢，自重轻。适用于中小型厂房。卷材防水最大坡度1/5，非卷材防水1/44RC三铰拱屋架9/12/15300顶节点铰接，其他同上5PC两铰拱屋架9/12/15/18300上弦先张法PC，下弦角钢，其他同上6RC组合屋架12/15/18300上弦及受压为RC，下弦及受拉为角钢，自重轻。适用于中轻型厂房。坡度1/43.2.2主要构件的选型38中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 常用屋架和屋面梁常用屋架和屋面梁(续续)序号构件名称形式跨度(m)允许荷载特点及适用条件7RC三角形屋架12/15300屋架上设檩条及挂瓦板。自重大，适用于有檩体系的中小型厂房。坡度1/2-1/38RC折线形屋架15/18350外形合理，屋面坡度合适。适用于卷材防水屋面的厂房9PC折线形屋架18/21/24/27/30400-350适用于卷材防水屋面的大中型厂房10PC折线形屋架18/21/24 350外形合理，自重轻。适用于卷材防水屋面的中型厂房，坡度1/411PC梯形屋架18-30350自重大、刚度好，适用于卷材防水屋面的高温及井式或横向天窗的中、重型厂房。坡度1/10-1/1212PC直腹杆屋架15-36250构造简单，但端部坡度陡。适用于井式或横向天窗的厂房3.2.2主要构件的选型39中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 天窗架天窗架v采光和通风要求。v削弱屋盖的整体刚度，应加强支撑，宜采用钢结构。v主要有M形和W形两种。钢筋混凝土门形天窗架W形天窗架Y形天窗架多压杆式钢天窗架桁架式钢天窗架3.2.2主要构件的选型40中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 托架托架三角形三角形折线形折线形v作用：支撑中间屋面梁/屋架柱距屋面板/檩条宽度v常用形式：12m跨PC桁架式托架。3.2.2主要构件的选型41中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 吊车梁吊车梁v 吊车梁的作用：直接承受吊车起重、运行和制动时产生的各种往复移动荷载 它还具有将厂房的纵向荷载传递至纵向柱列、加强厂房纵向刚度等作用。v 吊车梁的选型依据：吊车的起重量吊车的起重量工作级别工作级别台数台数厂房的跨度厂房的跨度柱距柱距等3.2.2主要构件的选型42中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 常用吊车梁常用吊车梁序号构件名称跨度(m)适用起重量(t)形状示意1RC厚腹吊车梁6轻级：3-50中级：3-30重级：5-202RC薄腹吊车梁6轻级：3-50中级：3-30重级：5-203组合式轻型吊车梁4/6轻、中级：54组合式吊车梁6/12轻、中级：55先张PC等截面吊车梁6轻级：5-125中级：5-75重级：5-503.2.2主要构件的选型43中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 常用吊车梁常用吊车梁(续续)序号构件名称跨度(m)适用起重量(t)形状示意6后张PC等截面吊车梁6轻级：15-100中级：5-100重级：5-507后张PC鱼腹式吊车梁6中级：15-125重级：10-1008后张PC鱼腹式吊车梁12中级：5-100重级：5-509先张部分PC吊车梁6轻、中级：303.2.2主要构件的选型44中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 v 柱的形式：柱的形式：矩形柱、工字形柱、双肢柱等。柱柱v 截面尺寸：截面尺寸：h500mm采用矩形矩形实腹柱；h600800mm采用工字形工字形或矩形矩形柱；h9001200mm采用工字形工字形柱；h13001500mm采用工字形工字形或双肢双肢柱。常用柱的形式3.2.2主要构件的选型45中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 v作用：承受全部重量和作用力。v常用形式：目前一般采用单独的杯形基础。基础基础桩基础阶梯形基础锥形基础深埋高杯口基础3.2.2主要构件的选型46中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (1)(1)柱网布置柱网布置跨度跨度柱距柱距3.2.3柱网布置和变形缝 跨度跨度：厂房纵向定位轴线之间的尺寸；柱距柱距：厂房横向定位轴线之间的尺寸。47中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 厂房建筑模数协调标准厂房建筑模数协调标准规定：跨度：跨度：v跨度18m：3m的倍数进级(30M)；v跨度18m：6m的倍数进级(60M)允许21m/27m/33m等30M进级。柱距柱距：采用扩大模数6m的倍数进级(60M)；也可采用9m的柱距；或利用托架扩大柱距。柱网布置的模数3.2.3柱网布置和变形缝48中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 剪应力剪应力剪应力剪应力v作用：减少温度应力，保证厂房正常使用。v 设置：设置：从基础顶面至上部结构完全断开设缝。v最大间距：（GB50010-2002）室外露天70m；室内或土中100m裂缝裂缝主拉应力主拉应力主拉应力主拉应力(2)(2)变形缝变形缝 伸缩伸缩缝缝 伸缩缝的布置3.2.3柱网布置和变形缝49中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 剪应力剪应力剪应力剪应力裂缝裂缝主拉应力主拉应力主拉应力主拉应力 沉降沉降缝缝 v 作用：防止厂房发生不均匀沉降v 设置：从基础至屋顶完全断开设缝。沉降缝的布置相邻厂房高度差异大地基差别大3.2.3柱网布置和变形缝50中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 防震防震缝缝 v作用：减少厂房震害；v设置：从基础顶面至上部结构完全断开设缝从基础顶面至上部结构完全断开设缝；v缝宽：一般为一般为50-70mm。v 设置部位：设置部位：平面、立面复杂；平面、立面复杂；结构高度及刚度变化较大；结构高度及刚度变化较大；厂房侧边贴建生活间、变电所等坡屋；厂房侧边贴建生活间、变电所等坡屋；v 地震区：伸缩缝、沉降缝均应符合防震缝要求。3.2.3柱网布置和变形缝51中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 （1 1）支撑的作用：）支撑的作用：3.2.4支撑的作用及布置原则 施工阶段和使用阶段保证厂房结构的几何稳定性几何稳定性 保证厂房结构的纵横向水平刚度及空间整体性空间整体性；提供侧向支撑，改善结构的侧向稳定性侧向稳定性；传递水平荷载水平荷载至主要承重构件或基础。支撑的分类：u 屋盖支撑u 柱间支撑u 上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑u 下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑u 纵向水平支撑纵向水平支撑u 垂直支撑垂直支撑u 纵向水平系杆纵向水平系杆u 天窗架支撑等天窗架支撑等u 上柱柱间支撑上柱柱间支撑u 下柱柱间支撑下柱柱间支撑52中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 （2 2）屋盖支撑）屋盖支撑 上弦横向上弦横向水平支撑水平支撑v 构成：构成：沿跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架上弦杆构成水平桁架v 作用：作用：保证屋架上弦的侧向稳定性；增强屋盖的整体刚度；承受并传递纵向水平荷载。3.2.4支撑的作用及布置原则53中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 上弦横向上弦横向水平支撑水平支撑v 有檩体系中的布置有檩体系中的布置 布置在伸缩缝区段的两端 有时可设在第二柱间3.2.4支撑的作用及布置原则54中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 上弦横向上弦横向水平支撑水平支撑v 无檩体系的布置：无檩体系的布置：有连接可靠的大型屋面板；(可不设可不设)设有通过端部第二柱间或伸缩缝的天窗;(设设)采用钢筋砼拱形或梯形屋架。(应设应设)3.2.4支撑的作用及布置原则55中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 下弦横向下弦横向水平支撑水平支撑v 构成：构成：沿跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架下弦杆构成的水平桁架。v 作用：作用：将山墙风荷载及纵向水平荷载传至纵向柱列；防止屋架下弦侧向振动。3.2.4支撑的作用及布置原则56中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 下弦横向下弦横向水平支撑水平支撑v布置：抗风柱与屋架下弦连接传递纵向水平力时；设有硬钩桥吊或5T锻锤等振动设备时；设有吊点屋架下弦的纵向纵向或横向横向运行的悬挂吊车时；l 18m且下弦设有纵向水平支撑时(形成封闭水平支撑系统)。3.2.4支撑的作用及布置原则纵向纵向横向横向57中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 下弦纵向下弦纵向水平支撑水平支撑v 构成：构成：由交叉角钢、直杆和屋架下弦第一节间组成的纵向水平桁架。v 作用：作用：加强屋盖结构的横向水平刚度；保证横向水平荷载的纵向分布，加强厂房的空间工作；保证托架上弦的侧向稳定；传递山墙风荷载及纵向水平荷载。3.2.4支撑的作用及布置原则58中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 下弦纵向下弦纵向水平支撑水平支撑纵向纵向v布置：当已设有下弦横向水平支撑时，为保证厂房空间刚度，应尽可能与横向水平支撑连接，以形成封闭的水平支撑系统；当设有软钩桥式吊车且厂房高度大、吊车起重量较大，应在屋架下弦端节间沿厂房纵向通长或局部设置一道；厂房设有托架，应沿托架一侧设置下弦纵向水平支撑。3.2.4支撑的作用及布置原则59中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 垂直垂直支撑支撑v 作用：作用：保证屋架或天窗架平面外的稳定；将纵向水平力由屋架上弦平面传至屋架下弦平面内。v 构成：构成：一般由角钢杆件与屋架的直腹杆或天窗架的立柱组成的垂直桁架。垂直支撑及系杆的布置3.2.4支撑的作用及布置原则60中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 垂直垂直支撑支撑v 设置：设置：垂直支撑与屋架下弦横向水平支撑应布置在同一柱间；当厂房跨度小于18m且无天窗时，一般可不设垂直支撑和水平系杆；当厂房跨度1830m、屋架间距6m、采用大型屋面板时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨中设置一道垂直支撑；当屋架跨度大于30m时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨度1/3左右的节点处设置两道垂直支撑。伸缩缝区间长度60m时，应在柱间支撑部位增设一道垂直支撑；设有3T锻锤的厂房，应在其所处柱间及其以锻锤为中心的30m范围内的屋架间，每跨连续增设一道垂直支撑。3.2.4支撑的作用及布置原则61中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 水平系杆水平系杆v 分类：刚性刚性系杆：系杆：既能承拉又能承压，一般为双角钢杆件或RC杆件；柔性柔性系杆：系杆：只能承受拉力，多为单角钢，截面较小。v 作用：上弦水平系杆是为保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定；下弦水平系杆是为防止在吊车或有其它水平振动时屋架下弦侧向颤动。3.2.4支撑的作用及布置原则62中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 水平系杆水平系杆v 布置：布置：当屋盖设置垂直支撑时，未设置垂直支撑的屋架间，在相应于垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节点处，设置通长的水平系杆。跨中设垂直支撑时，一般沿其纵向垂直平面设通长上弦刚性上弦刚性和下弦柔下弦柔性系杆性系杆；端部设垂直支撑时，一般沿其铅垂面设通长下弦刚性系杆下弦刚性系杆。设有下弦横向或纵向水平支撑时，均应设相应的下弦刚性系杆下弦刚性系杆，以形成水平桁架。天窗侧柱处应设柔性系杆柔性系杆，在天窗范围内沿纵向设13道通长上弦刚上弦刚性系杆性系杆，以保证屋架上弦侧向稳定。当屋架横向水平支撑设在端部第二柱间时，应在第一柱间设置上、下上、下弦刚性系杆弦刚性系杆。3.2.4支撑的作用及布置原则63中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 天窗架支撑天窗架支撑v 构成：构成：天窗架上弦横向水平支撑天窗架间的垂直支撑水平系杆。v 作用作用：保证天窗架上弦的侧向稳定；传递天窗端壁上的风荷载。v 布置：布置：垂直支撑设置在天窗两侧当横向水平支撑和垂直支撑均设置在天窗端部第一柱间内未设置上弦横向水平支撑的天窗架间的上弦节点处设置柔性系杆；3.2.4支撑的作用及布置原则64中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 柱间支撑柱间支撑v 构成：构成：由交叉钢杆件组成，交叉倾角宜取45v 作用：作用：提高厂房的纵向刚度和稳定性;传递纵向水平力到两侧柱列。十字交叉形支撑 门架式支撑v 形式：形式：3.2.4支撑的作用及布置原则65中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 柱间支撑柱间支撑v 适用工况：适用工况：当设有A6A8的吊车，或A1A5的吊车起重量10t时 厂房跨度18m，或柱高8m时 厂房每列纵向柱总数7根时或设有3t以上的悬挂吊车时 或露天吊车栈桥的柱列应应设置柱间支撑设置柱间支撑。上柱上柱柱间支撑：柱间支撑：一般在伸缩缝区段两端与屋盖横向水平支撑相对应的柱间以及伸缩缝区段中央或临近中央的柱间。下柱下柱柱间支撑：柱间支撑：在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应的位置。布置要求：布置要求：3.2.4支撑的作用及布置原则66中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 3.2.5围护结构布置 屋面板的布置 抗风柱的布置 圈梁的布置 连系梁的布置 过梁的布置 基础梁的布置 墙体(板)等构件的布置67中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 抗风柱抗风柱的布置3.2.5围护结构布置68中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 抗风柱的布置v 抗风柱与其他构件的连接抗风柱与其他构件的连接：一般与基础刚接，与屋架上弦铰接；当屋架设有下弦横向水平支撑时，可与下弦铰接；抗风柱与屋架之间采用弹簧板连接：竖向可移动、水平刚度较大的；如厂房沉降量较大时，宜采用槽形孔螺栓连接。3.2.5围护结构布置69中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 圈梁的布置v 构成：构成：设置于墙体内并与柱子连接的现浇钢筋混凝土构件v 作用作用 将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体刚度 防止由于地基的不均匀沉降或较大的振动荷载对厂房产生不利影响。3.2.5围护结构布置70中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 连系梁及过梁布置 连系梁除承受墙体荷载外，还具有连系纵向柱列、增强厂房的纵向刚度、传递纵向水平荷载的作用。当墙体开有门窗洞口时，需设置钢筋混凝土过梁，以支承洞口上部墙体的重量。在进行围护结构布置时，应尽可能地将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一种梁能兼作两种或三种梁的作用，以简化构造，节约材料，方便施工。3.2.5围护结构布置71中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 基础梁布置在单层厂房中，一般采用基础梁来承托围护墙体的重量，并将其传至柱基础顶面，而不另做墙基础，以使墙体和柱的沉降变形一致。3.2.5围护结构布置72中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 3.3 排架计算排架计算3.3.1计算简图实为空间结构空间结构v 简化计算 在跨度方向按横向平面排架横向平面排架计算，在柱距方向按纵向平面排架纵向平面排架计算。纵向平面排架的柱列较多、抗侧移刚度较大，一般不考虑该方向柱列承受弯矩的影响，因此最终简化成横向平面排架进行计算。73中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (1)(1)计算单元计算单元 在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的区段，作为横向排架的计算单元。3.3.1计算简图74中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (2)(2)基本假定基本假定屋架/屋面梁与柱顶铰接铰接；柱下端固接固接于基础顶面；横梁为轴向变形可忽略的刚杆。v 简化：排架柱的轴线分别取上、下柱截面的形心线当为变截面柱时，排架柱轴线为一折线折线，屋面梁或屋架为一刚性杆刚性杆。根据上述假定及简化，可得到横向排架的计算简图计算简图。v 假定假定：3.3.1计算简图75中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (3)(3)计算简图计算简图v柱总高H=柱顶标高基础顶面标高（-0.5m）。v上柱高度=柱顶标高牛腿顶面标高。v牛腿顶面标高=吊车轨顶标高吊车梁及其轨道构造高度之和。v 简化计算简化计算计算跨度以厂房的轴线L为准，变截面处增加力偶M=P e。3.3.1计算简图76中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 屋盖屋盖恒载F1(屋面板及构造层、天窗架、屋架及支撑自重屋面板及构造层、天窗架、屋架及支撑自重)上柱上柱自重F2、牛腿牛腿自重F3、下柱下柱自重F6吊车梁吊车梁及轨道、连接件等自重F4围护墙体围护墙体自重F5(柱牛腿上连系梁、围护墙、柱上的墙板柱牛腿上连系梁、围护墙、柱上的墙板)屋面屋面活载Q1吊吊 车车荷载风载风载q、Fw恒载恒载活载活载吊车横向横向水平荷载Tmax吊车竖向竖向荷载Dmax、DminF1F3F6F4F3F2F1F2F4F5Q Q1 1Q Q1 1D DmaxmaxD DminminT TmaxmaxT TmaxmaxFwq吸风吸风qqFwF63.3.2荷载计算77中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 包括屋面板及构造层、天窗架、屋架及支撑的自重。F1的作用位置：的作用位置：采用屋架屋架：通过屋架上、下弦中心线的交点作用于柱顶；采用屋面梁屋面梁：通过梁端支承垫板的中心线作用于柱顶。(1)(1)屋盖恒载屋盖恒载F F1 13.3.2荷载计算78中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 v 将屋面横梁截断，在柱顶加以不动铰支座不动铰支座，简化为一次超静定悬臂梁计算；v 柱顶偏心屋面恒载移至相应上柱或下柱的截面中心线处，并附加偏心弯矩。F1作用内力计算简图作用内力计算简图F1内力计算简图3.3.2荷载计算79中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 对竖向偏心荷载F2、F3、F4、F5换算成轴心荷载和偏心弯矩时，相应的换算偏心弯矩为：M2=F2e2式中e2为上、下柱轴线间的距离作用于下柱柱顶截面中心；M3=F3e3式中 e3为牛腿截面中心线至下柱中心线的距离作用于牛腿梯形截面中心；M4=F4e4式中e4为吊车梁纵向至下柱截面中心线之间的距离作用于吊车梁轨道中心；M5=F5e5式中e5为连系梁中心线至柱中心线间的距离作用于柱上牛腿连系梁截面中心。(2)恒载恒载F2、F3、F4、F53.3.2荷载计算80中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (3)屋面活荷载Q1包括屋面均布活荷载、雪荷载及积灰荷载，按屋面的水平投影面积计算。屋面均布活荷载：一般不上人的钢筋混凝土屋面：0.5kN/m2 轻屋面、瓦材屋面：0.3kN/m2积灰荷载：由GB50009-2001查得雪荷载：屋面均布活荷载不与雪荷载同时组合，取大值参与组合。作用位置及计算方法同屋盖恒载F1。3.3.2荷载计算81中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (4)吊车荷载吊车荷载Dmax、Dmin和和Tmax单层厂房中的桥式吊车吊车荷载的分布3.3.2荷载计算82中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 吊车荷载作用的方向和位置v 吊车荷载传递路径：轮压作用于轨道吊车梁牛腿柱3.3.2荷载计算83中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 吊车竖向荷载吊车竖向荷载Dmax、Dmin 吊车吊起额定起重量在运行过程中，对排架柱牛腿顶面产生的最大或最小的竖向压力。v计算方法：根据简支梁支座反力影响线的原理：参与组合吊车台数轻级和中级重级和超重级20.90.9530.850.940.80.85多台吊车荷载的折减系数 参与组合的吊车台数：单跨厂房排架不宜多于2台；多跨厂房的排架不宜多于4台。3.3.2荷载计算84中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 吊车横向水平荷载Tmax 小车起吊重物在启动和制动时产生的横向水平力。对于一般的四轮吊车运行时，单轮横向水平刹车力为计算方法计算方法式中Q 吊车的额定起重量；g小车重量；a 横向水平荷载系数。3.3.2荷载计算85中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 规范规定：规范规定：无论单跨或多跨厂房，计算Tmax时，最多考虑两台吊车，并考虑多台吊车时的荷载折减系数。吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载Tmax 根据简支梁支座反力影响线的原理，作用于排架柱上的吊车横向水平荷载为：3.3.2荷载计算86中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 纵向运行的桥机在启动或突然刹车，由于吊车自重和吊物自重的惯性产生的吊车纵向制动力。吊车纵向水平荷载标准值T0，按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用：式中m起重量相同的吊车台数，n吊车每侧的制动轮数。吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载T03.3.2荷载计算87中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 风荷载标准值：风荷载标准值：式中w0基本风压；z风振系数，对单层厂房取z 1；z风压高度变化系数，分A、B、C、D四类；s风载体型系数。(5)风荷载风荷载q1/q2/Fw3.3.2荷载计算88中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 柱顶以下按均布考虑,z按柱顶高度取值；柱顶以上以集中荷载形式作用于柱顶,z按天窗檐或厂房檐口高度取值。工程简化工程简化 q1/q2：作用于柱顶以下计算墙面上的均布风荷载；Fw：作用于柱顶以上的集中风荷载，包括屋面风荷载合力的水平分力及屋架端部高度范围内墙体迎风面和背风面风荷载的合力。3.3.2荷载计算89中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 v 排架内力分析方法：柱顶水平位移相等的排架等高排架剪力分配法 柱顶水平位移不相等的排架不等高排架力法3.3.3剪力分配法计算排架内力v 剪力分配法适用工况：荷载对称结构不对称 结构对称荷载不对称 90中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 当单位水平力作用于单阶悬臂柱顶端时，柱顶水平位移为：反映了柱抵抗侧移的能力，称为柱的抗剪刚度或抗侧移刚度。抗剪柔度系数抗侧移刚度3.3.3剪力分配法计算排架内力91中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 (1）柱顶作用水平集中力时的内力计算根据求出的柱顶剪力，各排架柱根据求出的柱顶剪力，各排架柱按悬臂柱进行弯矩计算按悬臂柱进行弯矩计算剪力分配系数剪力分配系数3.3.3剪力分配法计算排架内力92中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 （2）柱顶任意荷载作用时的内力计算步骤(1)：在排架柱顶附加一个不动铰支座以阻止水平侧移，求出支座反力R及各柱顶支座反力Ri，R=Ri：3.3.3剪力分配法计算排架内力93中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 （2）柱顶任意荷载作用时的内力计算步骤(2):撤除附加不动铰支座，并将支座反力R反方向作用于排架柱顶，以恢复原结构体系，利用剪力分配法求出各柱顶的剪力i(Fw+R)；3.3.3剪力分配法计算排架内力94中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 （2）柱顶任意荷载作用时的内力计算 步骤步骤(3):将上述两步结果叠加即得排架各柱顶的实际剪力：Vi=Rii (Fw+R)3.3.3剪力分配法计算排架内力95中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 3.3.4力法计算不等高排架内力将刚性横梁切开，代以基本未知力：不等高排架在任意荷载作用下，由于高、低跨的柱顶位移不相等，因此不能用剪力分配法求解，其内力通常用结构力学中的力法进行分析。96中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计 3.3.5排架内力组合（1）控制截面）控制截面 荷载作用下柱内力沿柱