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第九章单层厂房排架结构第九章单层厂房排架结构第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置第二节排架结构荷载及内力计算第二节排架结构荷载及内力计算第三节单层厂房柱的设计第三节单层厂房柱的设计第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置 在工业建筑中，如冶金、机械、纺织、化工等工业厂房，要在工业建筑中，如冶金、机械、纺织、化工等工业厂房，要求有较大的跨度、较高的空间和较大的起重机起重量，且其求有较大的跨度、较高的空间和较大的起重机起重量，且其机器设备和产品较重，适宜采用单层厂房的形式。机器设备和产品较重，适宜采用单层厂房的形式。钢筋混凝土单层厂房的承重结构主要由屋架钢筋混凝土单层厂房的承重结构主要由屋架(或屋面梁或屋面梁)、柱和基础组成，按主要承重结构形式分为排架结构和刚架结柱和基础组成，按主要承重结构形式分为排架结构和刚架结构两种。排架结构是柱与屋架构两种。排架结构是柱与屋架(或屋面梁或屋面梁)为铰接，而与基础为铰接，而与基础为刚接所组成的结构为刚接所组成的结构(图图9-1),具有传力明确、构造简单、施工具有传力明确、构造简单、施工方便等特点，适合于预制装配，是日前常用的单层厂房的结方便等特点，适合于预制装配，是日前常用的单层厂房的结构形式。刚架结构的特点是柱与屋架构形式。刚架结构的特点是柱与屋架(或屋面梁或屋面梁)刚接成一个刚接成一个构件，而与基础通常为铰接。刚架结构有三铰门式刚架构件，而与基础通常为铰接。刚架结构有三铰门式刚架(顶节顶节点为铰接点为铰接)和两铰门式刚架和两铰门式刚架(顶节点为刚接顶节点为刚接)两种形式，如两种形式，如图图9-2所示。本章主要介绍钢筋混凝土排架结构单层工业厂房。所示。本章主要介绍钢筋混凝土排架结构单层工业厂房。一、单层厂房的结构组成与传力途径一、单层厂房的结构组成与传力途径1.结构组成结构组成单层厂房排架结构通常由下列结构构件组成并相互连接成整单层厂房排架结构通常由下列结构构件组成并相互连接成整体，如体，如图图9-3所示。所示。下一页 返回第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置(1)屋盖结构。混凝土屋盖结构由屋面板屋盖结构。混凝土屋盖结构由屋面板(包括天沟板包括天沟板)、屋架、屋架或屋面梁或屋面梁(包括屋盖支撑包括屋盖支撑)组成，有时还设有天窗架和托架等。组成，有时还设有天窗架和托架等。混凝土屋盖结构分无擦和有擦两种屋盖体系，将大型屋面板混凝土屋盖结构分无擦和有擦两种屋盖体系，将大型屋面板直接支承在屋架或屋面梁上的称为无擦屋盖体系直接支承在屋架或屋面梁上的称为无擦屋盖体系;将小型屋面将小型屋面板或瓦材支承在擦条上，再将擦条支承在屋架上的称为有擦板或瓦材支承在擦条上，再将擦条支承在屋架上的称为有擦屋盖体系。在屋盖结构中，屋面板起围护作用并承受作用在屋盖体系。在屋盖结构中，屋面板起围护作用并承受作用在板上的荷载，再将这些荷载传至屋架或屋面梁板上的荷载，再将这些荷载传至屋架或屋面梁;屋架或屋面梁屋架或屋面梁是屋面承重构件，承受屋盖结构自重和屋面板传来的活荷载，是屋面承重构件，承受屋盖结构自重和屋面板传来的活荷载，并将这些荷载传至排架柱。天窗架支承在屋架或屋面梁上，并将这些荷载传至排架柱。天窗架支承在屋架或屋面梁上，也是一种屋面承重构件。也是一种屋面承重构件。(2)横向平面排架。横向平面排架由横梁横向平面排架。横向平面排架由横梁(屋架或屋面梁屋架或屋面梁)、横、横向柱列和基础组成，是厂房的基本承重结构。厂房结构承受向柱列和基础组成，是厂房的基本承重结构。厂房结构承受的竖向荷载、横向水平荷载以及横向水平地震作用都是由横的竖向荷载、横向水平荷载以及横向水平地震作用都是由横向平面排架承担并传至地基的。向平面排架承担并传至地基的。上一页 下一页 返回第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置(3)纵向平面排架。纵向平面排架由纵向柱列、连系梁、起重纵向平面排架。纵向平面排架由纵向柱列、连系梁、起重机梁、柱间支撑和基础等组成，其作用是保证厂房的纵向稳机梁、柱间支撑和基础等组成，其作用是保证厂房的纵向稳定性和刚性，并承受作用在山墙、天窗端壁以及通过屋盖结定性和刚性，并承受作用在山墙、天窗端壁以及通过屋盖结构传来的纵向风荷载、起重机纵向水平荷载等，再将其传至构传来的纵向风荷载、起重机纵向水平荷载等，再将其传至地基，如地基，如图图9-4所示。另外它还承受纵向水平地震作用、温度所示。另外它还承受纵向水平地震作用、温度应力等。应力等。(4)起重机梁。起重机梁一般为装配式的，简支在柱的牛腿起重机梁。起重机梁一般为装配式的，简支在柱的牛腿上，主要承受起重机竖向荷载、横向或纵向水平荷载，并将上，主要承受起重机竖向荷载、横向或纵向水平荷载，并将它们分别传至横向或纵向平面排架。起重机梁是直接承受起它们分别传至横向或纵向平面排架。起重机梁是直接承受起重机动力荷载的构件。重机动力荷载的构件。(5)支撑。单层厂房的支撑包括屋盖支撑和柱间支撑两种，支撑。单层厂房的支撑包括屋盖支撑和柱间支撑两种，其作用是加强厂房结构的空间刚度，保证结构构件在安装和其作用是加强厂房结构的空间刚度，保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全，同时起着把风荷载、起重机水平荷使用阶段的稳定和安全，同时起着把风荷载、起重机水平荷载或水平地震作用等传递到相应承重构件的作用。载或水平地震作用等传递到相应承重构件的作用。(6)基础。基础承受柱和基础梁传来的荷载并将它们传至地基。基础。基础承受柱和基础梁传来的荷载并将它们传至地基。上一页 下一页 返回第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置(7)围护结构。围护结构包括纵墙、横墙围护结构。围护结构包括纵墙、横墙(山墙山墙)及由连系梁、及由连系梁、抗风柱抗风柱(有时还有抗风梁或抗风析架有时还有抗风梁或抗风析架)和基础梁等组成的墙架。和基础梁等组成的墙架。这些构件所承受的荷载，主要是墙体和构件的自重以及作用这些构件所承受的荷载，主要是墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载等。在墙面上的风荷载等。2.传力途径传力途径 单层厂房结构所承受的荷载分为竖向荷载和水平荷载两大单层厂房结构所承受的荷载分为竖向荷载和水平荷载两大类。竖向荷载包括屋面上的恒荷载、活荷载、各承重结构构类。竖向荷载包括屋面上的恒荷载、活荷载、各承重结构构件及围护结构等非承重构件自重、起重机自重及起重机竖向件及围护结构等非承重构件自重、起重机自重及起重机竖向活荷载等。水平荷载包括横向及纵向风荷载、起重机的横向活荷载等。水平荷载包括横向及纵向风荷载、起重机的横向水平荷载和纵向水平荷载以及水平地震作用等。水平荷载和纵向水平荷载以及水平地震作用等。单层厂房结构的传力路线如单层厂房结构的传力路线如图图9-5所示。所示。由由图图9-5可看出，单层厂房结构所承受的各种荷载，大部分都可看出，单层厂房结构所承受的各种荷载，大部分都传递给排架柱，再由排架柱传至基础及地基。所以，排架柱传递给排架柱，再由排架柱传至基础及地基。所以，排架柱是受力最复杂、最重要的受力构件。在有起重机的厂房中，是受力最复杂、最重要的受力构件。在有起重机的厂房中，起重机梁也是非常重要的承重构件，设计时应予以重视。起重机梁也是非常重要的承重构件，设计时应予以重视。上一页 下一页 返回第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置二、单层厂房的结构布置二、单层厂房的结构布置 1.柱网布置柱网布置 单层厂房承重柱的纵向和横向定位轴线在平面上形成的网格单层厂房承重柱的纵向和横向定位轴线在平面上形成的网格称为柱网。柱网布置就是确定柱子纵向定位轴线之间的尺寸称为柱网。柱网布置就是确定柱子纵向定位轴线之间的尺寸(跨度跨度)和横向定位轴线之间的尺寸和横向定位轴线之间的尺寸(柱距柱距)。柱网布置既是确。柱网布置既是确定柱位置的依据，也是确定屋面板、屋架和起重机梁等构件定柱位置的依据，也是确定屋面板、屋架和起重机梁等构件尺寸尺寸(跨度跨度)的依据，柱网布置的恰当与否将直接影响厂房结的依据，柱网布置的恰当与否将直接影响厂房结构的经济合理性和先进性。构的经济合理性和先进性。柱网布置的一般原则是柱网布置的一般原则是:符合生产工艺和正常使用的要求符合生产工艺和正常使用的要求;建筑和结构方案经济合理建筑和结构方案经济合理;在施工方法上具有先进性和合理性在施工方法上具有先进性和合理性;符合厂房建筑统一化、标准化的基本原则符合厂房建筑统一化、标准化的基本原则;适应生产发展和适应生产发展和技术进步的要求。技术进步的要求。厂房跨度在厂房跨度在18m及以下时，应采用及以下时，应采用3m的倍数的倍数;在在18m以上时，以上时，应采用应采用6m的倍数。厂房柱距一般采用的倍数。厂房柱距一般采用6 m或或6 m的倍数。当工的倍数。当工艺布置和技术经济有明显的优越性时，也可扩大柱距，采用艺布置和技术经济有明显的优越性时，也可扩大柱距，采用21m,27m和和33m跨度和跨度和9m柱距或其他柱距。柱距或其他柱距。上一页 下一页 返回第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置 2.定位轴线定位轴线 纵向定位轴线一般用编号纵向定位轴线一般用编号A、B、C表示。对于无起重机表示。对于无起重机或起重机起重量不大于或起重机起重量不大于30t的厂房，边柱外边缘、纵墙内边缘、的厂房，边柱外边缘、纵墙内边缘、纵向定位轴线三者相重合，形成封闭结合，如纵向定位轴线三者相重合，形成封闭结合，如图图9-6(a)所示。所示。纵向定位轴线之间的距离，即跨度五与起重机轨距纵向定位轴线之间的距离，即跨度五与起重机轨距Lk之间一之间一般有如下关系般有如下关系:(9-1)(9-2)式中，式中，Lk为起重机跨度，即起重机轨道中心线间的距离，可为起重机跨度，即起重机轨道中心线间的距离，可由起重机规格查得由起重机规格查得;e为起重机轨道中心线至纵向定位轴线间为起重机轨道中心线至纵向定位轴线间的距离，一般取的距离，一般取750 mm;B1为起重机轨道中心线至起重机桥为起重机轨道中心线至起重机桥架外边缘的距离，可由起重机规格查得架外边缘的距离，可由起重机规格查得;B2为起重机桥架外边为起重机桥架外边缘至上柱内边缘的净空宽度，当起重机起重量不大于缘至上柱内边缘的净空宽度，当起重机起重量不大于50 t时，时，取取B2=80 mm，当起重机起重量大于，当起重机起重量大于50 t时，取时，取B2=100 mm;从为边柱的上柱截面高度或中柱边缘至其纵向定位轴线从为边柱的上柱截面高度或中柱边缘至其纵向定位轴线的距离。的距离。上一页 下一页 返回第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置对边柱，当按计算对边柱，当按计算e=750mm时，取时，取e=750 mm，如图，如图9-6(a)所所示示;对中柱，当为多跨等高厂房时，按计算对中柱，当为多跨等高厂房时，按计算e=18m时，宜设于厂房端部时，宜设于厂房端部及伸缩缝处第一柱间，如及伸缩缝处第一柱间，如图图9-9所示。所示。上一页 下一页 返回第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置 屋盖下弦纵向水平支撑是由交叉角钢等钢杆件和屋架下弦第屋盖下弦纵向水平支撑是由交叉角钢等钢杆件和屋架下弦第一节间组成的水平析架。其作用是加强屋盖结构在横向水平一节间组成的水平析架。其作用是加强屋盖结构在横向水平面内的刚度，保证横向水平荷载的纵向分布，增强各排架间面内的刚度，保证横向水平荷载的纵向分布，增强各排架间的空间作用。当屋盖设有托架时，还可以保证托架上翼缘的的空间作用。当屋盖设有托架时，还可以保证托架上翼缘的侧向稳定，并将托架区域内的横向水平荷载有效地传到相邻侧向稳定，并将托架区域内的横向水平荷载有效地传到相邻柱上。柱上。当设置下弦纵向水平支撑时，为保证厂房空间刚度，必须当设置下弦纵向水平支撑时，为保证厂房空间刚度，必须同时设置相应的下弦横向水平支撑，形成封闭的水平支撑系同时设置相应的下弦横向水平支撑，形成封闭的水平支撑系统，如统，如图图9-9所示。所示。垂直支撑及水平系杆。垂直支撑是指在相邻两揣屋架之垂直支撑及水平系杆。垂直支撑是指在相邻两揣屋架之间由角钢与屋架的直腹杆组成的垂直析架，如间由角钢与屋架的直腹杆组成的垂直析架，如图图9-10所示。所示。垂直支撑和水平系杆的作用是保证屋架在安装和使用阶段的垂直支撑和水平系杆的作用是保证屋架在安装和使用阶段的侧向稳定，防止在起重机工作时屋架下弦的侧向颤动，上弦侧向稳定，防止在起重机工作时屋架下弦的侧向颤动，上弦水平系杆则可保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定。水平系杆则可保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定。当厂房跨度当厂房跨度L30 m时，在屋架时，在屋架1/3跨度左右布置两道对称垂跨度左右布置两道对称垂直支撑直支撑;当屋架端部高度大于当屋架端部高度大于1.2m时，还应在屋架两端各布置时，还应在屋架两端各布置一道垂直支撑。当屋盖设置垂直支撑时，应在未设置垂直支一道垂直支撑。当屋盖设置垂直支撑时，应在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。点处设置通长的水平系杆。屋盖垂直支撑应与下弦横向水平支撑布置在同一柱距内。屋盖垂直支撑应与下弦横向水平支撑布置在同一柱距内。天窗架支撑。天窗架支撑包括设置在天窗两端第一柱间天窗架支撑。天窗架支撑包括设置在天窗两端第一柱间的上弦横向水平支撑和沿天窗架两侧边设置的垂直支撑。其的上弦横向水平支撑和沿天窗架两侧边设置的垂直支撑。其作用是保证天窗架上弦的侧向稳定，将天窗端壁上的风荷载作用是保证天窗架上弦的侧向稳定，将天窗端壁上的风荷载传递给屋架。传递给屋架。天窗架支撑应设置在天窗架两端的第一柱距内，尽可能与天窗架支撑应设置在天窗架两端的第一柱距内，尽可能与屋架上弦横向水平支撑布置在同一柱间。屋架上弦横向水平支撑布置在同一柱间。(2)柱间支撑。柱间支撑一般包括上部柱间支撑、中部柱间柱间支撑。柱间支撑一般包括上部柱间支撑、中部柱间支撑及下部柱间支撑，如支撑及下部柱间支撑，如图图9-11所示。柱间支撑通常采用十所示。柱间支撑通常采用十字交叉形支撑，它具有构造简单、传力直接和刚度较大等特字交叉形支撑，它具有构造简单、传力直接和刚度较大等特点。交叉杆件的倾角一般在点。交叉杆件的倾角一般在35o50o之间。之间。上一页 下一页 返回第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置在特殊情况下，因生产工艺的要求及结构空间的限在特殊情况下，因生产工艺的要求及结构空间的限制，可以采用其他形式的支撑。当制，可以采用其他形式的支撑。当l/h=2时可采用人字形支撑时可采用人字形支撑;l/h=2.5时可采用八字形支撑时可采用八字形支撑;当柱距为当柱距为l5m且且h2较小时，采较小时，采用斜柱式支撑比较合理。用斜柱式支撑比较合理。柱间支撑的作用是保证厂房结构的纵向刚度和稳定，并将柱间支撑的作用是保证厂房结构的纵向刚度和稳定，并将水平荷载水平荷载(包括天窗端壁部和厂房山墙上的风荷载、起重机纵包括天窗端壁部和厂房山墙上的风荷载、起重机纵向水平制动力以及作用于厂房纵向的其他荷载向水平制动力以及作用于厂房纵向的其他荷载)传至基础。传至基础。凡属下列情况之一者，应设置柱间支撑凡属下列情况之一者，应设置柱间支撑:厂房内设有悬臂起重机或厂房内设有悬臂起重机或3t及以上悬挂起重机。及以上悬挂起重机。厂房内设有重级工作制起重机，或设有中级、轻级工作厂房内设有重级工作制起重机，或设有中级、轻级工作制起重机，起重量在制起重机，起重量在10 t及以上。及以上。厂房跨度在厂房跨度在18m以上或柱高在以上或柱高在8m以上。以上。纵向柱列的总数在纵向柱列的总数在7根以下。根以下。露天起重机栈桥的柱列。露天起重机栈桥的柱列。上一页 下一页 返回第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置柱间支撑应布置在伸缩缝区段的中央或临近中央柱间支撑应布置在伸缩缝区段的中央或临近中央(上部柱间支上部柱间支撑在厂房两端第一个柱距内也应同时设置撑在厂房两端第一个柱距内也应同时设置)，如，如图图9-12所示，所示，这样有利于在温度变化或混凝土收缩时，厂房可较自由变形这样有利于在温度变化或混凝土收缩时，厂房可较自由变形而不致产生较大的温度或收缩应力。还应在柱顶设置通长刚而不致产生较大的温度或收缩应力。还应在柱顶设置通长刚性连系杆来传递荷载，当屋架端部设有下弦连系杆时，也可性连系杆来传递荷载，当屋架端部设有下弦连系杆时，也可不设柱顶连系杆。不设柱顶连系杆。柱间支撑一般采用钢结构，当厂房设有中级或轻级工作制起柱间支撑一般采用钢结构，当厂房设有中级或轻级工作制起重机时，柱间支撑亦可采用钢筋混凝土结构。重机时，柱间支撑亦可采用钢筋混凝土结构。5.围护结构的布置围护结构的布置 (1)抗风柱。单层厂房的山墙受风面积较大，一般需在山墙抗风柱。单层厂房的山墙受风面积较大，一般需在山墙内侧设置抗风柱将山墙分成儿个区格，使山墙面受到的风荷内侧设置抗风柱将山墙分成儿个区格，使山墙面受到的风荷载的一部分载的一部分(靠近纵向柱列的区格靠近纵向柱列的区格)直接传至纵向柱列，另一直接传至纵向柱列，另一部分则经抗风柱下端直接传至基础和经上端通过屋盖系统传部分则经抗风柱下端直接传至基础和经上端通过屋盖系统传至纵向柱列。至纵向柱列。抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦铰接抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦铰接(也可只与下弦铰也可只与下弦铰接或同时与上、下弦铰接接或同时与上、下弦铰接)。上一页 下一页 返回第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置抗风柱上端与屋架的连接必须满足两个要求抗风柱上端与屋架的连接必须满足两个要求:一是在水平方向一是在水平方向必须与屋架有可靠的连接，以保证有效地传递风荷载必须与屋架有可靠的连接，以保证有效地传递风荷载;二是在二是在竖向应允许两者之间有一定的竖向相对位移，以防止厂房与竖向应允许两者之间有一定的竖向相对位移，以防止厂房与抗风柱沉降不均匀时产生不利影响。所以，抗风柱和屋架一抗风柱沉降不均匀时产生不利影响。所以，抗风柱和屋架一般采用竖向可以移动、水平向又有较大刚度的弹簧板连接般采用竖向可以移动、水平向又有较大刚度的弹簧板连接;若若厂房沉降较大时，则宜采用螺栓连接。厂房沉降较大时，则宜采用螺栓连接。(2)圈梁、连系梁、过梁、基础梁。用砌体作为厂房的围护圈梁、连系梁、过梁、基础梁。用砌体作为厂房的围护结构时，一般要设置圈梁或连系梁、过梁及基础梁。结构时，一般要设置圈梁或连系梁、过梁及基础梁。圈梁。圈梁的作用是增强房屋的整体刚度，防止由于地基圈梁。圈梁的作用是增强房屋的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对厂房的不利影响。圈梁置的不均匀沉降或较大振动荷载等对厂房的不利影响。圈梁置于墙体内，和柱连接，柱对它仅起拉结作用。通常，柱上不于墙体内，和柱连接，柱对它仅起拉结作用。通常，柱上不需设置支承圈梁的牛腿。需设置支承圈梁的牛腿。圈梁的布置与墙体高度、对厂房刚度的要求以及地基情况圈梁的布置与墙体高度、对厂房刚度的要求以及地基情况有关。一般单层厂房圈梁布置的原则是有关。一般单层厂房圈梁布置的原则是:对无桥式起重机的厂对无桥式起重机的厂房，当墙厚房，当墙厚=240 mm时，其时，其宽度不宜小于宽度不宜小于2h/3。圈梁高度应为砌体每层厚度的倍数，且。圈梁高度应为砌体每层厚度的倍数，且不小于不小于120 mm。圈梁的纵向钢筋不宜小于。圈梁的纵向钢筋不宜小于 ,钢筋的搭接钢筋的搭接长度为长度为1.2la(la为锚固长度为锚固长度)，箍筋间距不大于，箍筋间距不大于250 mm。当圈。当圈梁兼作过梁时，过梁部分配筋应按计算确定。梁兼作过梁时，过梁部分配筋应按计算确定。圈梁可采用现浇或预制装配现浇接头方式。混凝土强度等圈梁可采用现浇或预制装配现浇接头方式。混凝土强度等级，现浇的不宜低于级，现浇的不宜低于C15,预制的不宜低于预制的不宜低于C20。上一页 下一页 返回第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置连系梁。连系梁的作用是连系纵向柱列，以增强厂房的纵连系梁。连系梁的作用是连系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度并传递风荷载到纵向柱列向刚度并传递风荷载到纵向柱列;此外，还承受其上部墙体的此外，还承受其上部墙体的自重。自重。连系梁通常为预制的简支梁，两端搁置在柱外侧牛腿上，连系梁通常为预制的简支梁，两端搁置在柱外侧牛腿上，可采用螺栓连接或焊接连接。可采用螺栓连接或焊接连接。过梁。过梁的作用是承受门窗洞口上的墙体自重。在进过梁。过梁的作用是承受门窗洞口上的墙体自重。在进行厂房结构布置时，应尽可能将圈梁、连系梁和过梁结合起行厂房结构布置时，应尽可能将圈梁、连系梁和过梁结合起来，以节约材料，简化施工。来，以节约材料，简化施工。基础梁。在一般厂房中，基础梁的作用是承受围护墙体的基础梁。在一般厂房中，基础梁的作用是承受围护墙体的自重，并将其传给柱下单独基础，而不另设墙基础。自重，并将其传给柱下单独基础，而不另设墙基础。上一页 下一页 返回第一节单层厂房的组成和布置第一节单层厂房的组成和布置基础梁底部离地基土表面应预留基础梁底部离地基土表面应预留100 mm的空隙，使梁可随柱的空隙，使梁可随柱基础一起沉降而不受地基土的约束，同时还可防止地基土冻基础一起沉降而不受地基土的约束，同时还可防止地基土冻胀时将梁顶裂。基础梁与柱一般不连接胀时将梁顶裂。基础梁与柱一般不连接(一级抗震等级的一级抗震等级的基础梁顶面应增设预埋件与柱焊接基础梁顶面应增设预埋件与柱焊接)，将基础梁直接搁置在柱，将基础梁直接搁置在柱基础杯口上，当基础埋置较深时，则放置在基础上面的混凝基础杯口上，当基础埋置较深时，则放置在基础上面的混凝土垫块上，如土垫块上，如图图9-14所示。当厂房高度不大且地基较好、柱所示。当厂房高度不大且地基较好、柱基础又埋得较浅时，也可不设基础梁而做砖石或混凝土的墙基础又埋得较浅时，也可不设基础梁而做砖石或混凝土的墙基础。基础。上一页 返回第二节排架结构荷载及内力计算第二节排架结构荷载及内力计算 一、排架结构的计算单元和计算简图一、排架结构的计算单元和计算简图 单层厂房排架结构实际上是一个空间结构体系，为简化计单层厂房排架结构实际上是一个空间结构体系，为简化计算，一般分为横向和竖向平面排架。由于横向平面排架承担算，一般分为横向和竖向平面排架。由于横向平面排架承担着厂房的大部分主要荷载，因此，单层厂房的结构设计中，着厂房的大部分主要荷载，因此，单层厂房的结构设计中，排架的计算分析主要以横向平面排架为主。纵向柱列只有在排架的计算分析主要以横向平面排架为主。纵向柱列只有在考虑地震时才进行计算。考虑地震时才进行计算。1.计算单元计算单元 由于横向排架沿厂房纵向一般为等间距均匀排列，作用于由于横向排架沿厂房纵向一般为等间距均匀排列，作用于厂房上的各种荷载厂房上的各种荷载(起重机荷载除外起重机荷载除外)沿厂房纵向基本为均匀沿厂房纵向基本为均匀分布，计算时可以通过任意相邻纵向柱距的中心线截取出有分布，计算时可以通过任意相邻纵向柱距的中心线截取出有代表性的一段作为整个结构的横向平面排架的计算单元，如代表性的一段作为整个结构的横向平面排架的计算单元，如图图9-15 (a)中的阴影部分所示。除起重机等移动荷载以外，中的阴影部分所示。除起重机等移动荷载以外，阴影部分就是排架的负荷范围，或称从属面积。阴影部分就是排架的负荷范围，或称从属面积。2.计算简图计算简图 在确定排架结构的计算简图时，为简化计算作厂以下假定在确定排架结构的计算简图时，为简化计算作厂以下假定:下一页 返回第二节排架结构荷载及内力计算第二节排架结构荷载及内力计算(1)柱上端与屋架柱上端与屋架(或屋面梁或屋面梁)为铰接。屋架或屋面梁在柱顶一为铰接。屋架或屋面梁在柱顶一般采用预埋钢板焊接或预埋螺栓与柱连接，在构造上只能传般采用预埋钢板焊接或预埋螺栓与柱连接，在构造上只能传递竖向力和水平力，而不能传递弯矩，故计算时按铰接结点递竖向力和水平力，而不能传递弯矩，故计算时按铰接结点考虑。考虑。(2)柱下端固接于基础顶面。由于预制排架柱插人基础杯口有柱下端固接于基础顶面。由于预制排架柱插人基础杯口有足够的深度，并用高强度等级的细石混凝土浇筑密实，因此，足够的深度，并用高强度等级的细石混凝土浇筑密实，因此，排架柱与基础连接处可按固定端考虑。排架柱与基础连接处可按固定端考虑。(3)排架横梁为无轴向变形刚性杆，横梁两侧柱顶的水平位移排架横梁为无轴向变形刚性杆，横梁两侧柱顶的水平位移相等。一般单层厂房结构中常用的钢筋混凝土屋架或预应力相等。一般单层厂房结构中常用的钢筋混凝土屋架或预应力混凝土屋架，下弦刚度较大，均符合这一假定。混凝土屋架，下弦刚度较大，均符合这一假定。(4)排架柱的高度由固定端算至柱顶铰接结点处，排架柱的轴排架柱的高度由固定端算至柱顶铰接结点处，排架柱的轴线为柱的儿何中心线。当柱为变截面柱时，取上柱和下柱截线为柱的儿何中心线。当柱为变截面柱时，取上柱和下柱截面重心的连线，排架柱的轴线为一折线。面重心的连线，排架柱的轴线为一折线。根据以上假定，横向排架的计算简图如根据以上假定，横向排架的计算简图如图图9-15(b)所示。在所示。在计算简图中，横线代表屋架计算简图中，横线代表屋架(横梁横梁)下缘，连接于柱顶。柱总下缘，连接于柱顶。柱总高高H取基础顶面至柱顶的距离，上柱高取基础顶面至柱顶的距离，上柱高H1为牛腿顶面至柱顶为牛腿顶面至柱顶的距离，下柱高的距离，下柱高H2为基础顶面至牛腿顶面的距离。为基础顶面至牛腿顶面的距离。上一页 下一页 返回第二节排架结构荷载及内力计算第二节排架结构荷载及内力计算上、下柱的截面惯性矩分别为上、下柱的截面惯性矩分别为I1和和I2，截面抗弯刚度分别取，截面抗弯刚度分别取Ecl1和和EcI2，其中，其中，Ec为混凝土弹性模量。排架的跨度为混凝土弹性模量。排架的跨度L应应为下柱重心线间的距离，一般取排架柱的轴线间距。为下柱重心线间的距离，一般取排架柱的轴线间距。柱总高柱总高H=柱顶标高柱顶标高+基础底面标高的绝对值基础底面标高的绝对值-初步拟定的基初步拟定的基础高度础高度;上部柱高上部柱高Hu=柱顶标高柱顶标高-轨顶标高轨顶标高+轨道构造高度轨道构造高度+起重机梁支起重机梁支承处的起重机梁高。承处的起重机梁高。上、下部柱的截面弯曲刚度上、下部柱的截面弯曲刚度Ecl1、EcI2，由混凝土强度等级，由混凝土强度等级以及预先假定的柱截面形状和尺寸确定。这里，以及预先假定的柱截面形状和尺寸确定。这里，I1、I2分别分别为上、下部柱的截面惯性矩。为上、下部柱的截面惯性矩。二、排架的荷载计算二、排架的荷载计算 作用在排架上的荷载分恒荷载和活荷载两类。恒荷载一般作用在排架上的荷载分恒荷载和活荷载两类。恒荷载一般包括屋盖自重包括屋盖自重F1、上柱自重、上柱自重F2、下柱自重、下柱自重F3、起重机梁和轨、起重机梁和轨道零件自重道零件自重F4，以及有时支承在牛腿上的围护结构等重力，以及有时支承在牛腿上的围护结构等重力F5等。活荷载一般包括屋面活荷载等。活荷载一般包括屋面活荷载F6，上一页 下一页 返回第二节排架结构荷载及内力计算第二节排架结构荷载及内力计算起重机荷载起重机荷载Tmax和和Dmax或或Dmin，均布风荷载，均布风荷载q1、q2以及作用在以及作用在屋盖支承处的集中风荷载屋盖支承处的集中风荷载W等。等。图图9-16所示为上述作用在排所示为上述作用在排架上的荷载。架上的荷载。1.恒荷载恒荷载 各种恒荷载的数值可按材料重力密度和结构的有关尺寸由各种恒荷载的数值可按材料重力密度和结构的有关尺寸由计算得到，标准构件可从标准图上直接查得。在排架计算中，计算得到，标准构件可从标准图上直接查得。在排架计算中，取恒荷载的荷载分项系数取恒荷载的荷载分项系数 。2.屋面均布活荷载屋面均布活荷载 房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载，应房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载，应按按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)中表中表4.3.1采用。对采用。对不上人屋面，其屋面均布活荷载标准值为不上人屋面，其屋面均布活荷载标准值为0.5 kN/m2。3.雪荷载雪荷载 作用在建筑物或构筑物顶面上计算用的雪压，称为雪荷载。作用在建筑物或构筑物顶面上计算用的雪压，称为雪荷载。屋面水平投影面上的雪荷载标准值按下式计算屋面水平投影面上的雪荷载标准值按下式计算:(9-3)上一页 下一页 返回第二节排架结构荷载及内力计算第二节排架结构荷载及内力计算sk-雪荷载标准值雪荷载标准值(kN/m2);-屋面积雪分布系数，应根据不同类型的屋顶形式，按屋面积雪分布系数，应根据不同类型的屋顶形式，按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)中表中表6.2.1采用采用;排架计排架计算时，可近似按积雪全跨均匀分布考虑，取算时，可近似按积雪全跨均匀分布考虑，取 ;s0-基本雪压基本雪压(kN/m2)，它是以当地一般空旷平坦地面上统计，它是以当地一般空旷平坦地面上统计所得所得50年一遇最大积雪的自重确定的。各地的基本雪压应按年一遇最大积雪的自重确定的。各地的基本雪压应按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)附录附录D中附表中附表D.4给出给出的的50年一遇的雪压采用。年一遇的雪压采用。山区的雪荷载应通过实测调查后确定。如无实测资料时，可山区的雪荷载应通过实测调查后确定。如无实测资料时，可按当地邻近空旷平坦地面的基本雪荷载乘以系数按当地邻近空旷平坦地面的基本雪荷载乘以系数1.2采用。采用。4.起重机荷载起重机荷载 单层厂房中常用的起重机有悬挂式起重机、手动起重机、单层厂房中常用的起重机有悬挂式起重机、手动起重机、桥式起重机等，一般采用桥式起重机。起重机共有桥式起重机等，一般采用桥式起重机。起重机共有A1A8共共8个工作级别。个工作级别。上一页 下一页 返回第二节排架结构荷载及内力计算第二节排架结构荷载及内力计算桥式起重机在排架上产生的荷载有竖向荷载桥式起重机在排架上产生的荷载有竖向荷载,.,x(,.,x(或或D,aD,a,横向水平荷载几横向水平荷载几1l、及起重机纵向水平荷载，、及起重机纵向水平荷载，I。0 (1)起重机竖向荷载起重机竖向荷载Dmax(或或Dmin)。起重机最大轮压起重机最大轮压Pmax与最小轮压与最小轮压Pmin。起重机竖向荷载是。起重机竖向荷载是指起重机在运行时，通过作用于起重机梁上的轮压传给排架指起重机在运行时，通过作用于起重机梁上的轮压传给排架柱的荷载。当小车吊有额定最大起重量行驶至大车某一侧端柱的荷载。当小车吊有额定最大起重量行驶至大车某一侧端头极限位置时，小车所在一侧的每个大车轮压即为起重机的头极限位置时，小车所在一侧的每个大车轮压即为起重机的最大轮压最大轮压Pmax，同时另外一侧的每个大车轮压即为最小轮压，同时另外一侧的每个大车轮压即为最小轮压Pmin，如，如图图9-17所示。所示。Pmax和和Pmin可根据所选用的起重机型号可根据所选用的起重机型号规格由产品目录或手册查得。规格由产品目录或手册查得。起重机竖向荷载起重机竖向荷载Dmax(或或Dmin)。起重机最大轮压。起重机最大轮压Pmax与最与最小轮压小轮压Pmin同时产生，分别作用在两侧的起重机梁上，经由起同时产生，分别作用在两侧的起重机梁上，经由起重机梁两端传给柱子的牛腿。起重机是一组移动荷载，起重重机梁两端传给柱子的牛腿。起重机是一组移动荷载，起重机在纵向的运行位置，直接影响其轮压对柱子所产生的竖向机在纵向的运行位置，直接影响其轮压对柱子所产生的竖向荷载，因此必须用起重机梁的支座反力影响线求得由荷载，因此必须用起重机梁的支座反力影响线求得由Pmax 对对排架柱所产生的最大竖向荷载值排架柱所产生的最大竖向荷载值Dmax。上一页 下一页 返回第二节排架结构荷载及内力计算第二节排架结构荷载及内力计算 由起重机轮压作用于排架柱上的起重机竖向荷载由起重机轮压作用于排架柱上的起重机竖向荷载Dmax和和Dmin，除与小车行驶的位置有关外，还与厂房内的起重机台数以，除与小车行驶的位置有关外，还与厂房内的起重机台数以及大车沿厂房纵向运行的位置有关。及大车沿厂房纵向运行的位置有关。当计算同一跨内可能有多台起重机作用在排架上所产生的当计算同一跨内可能有多台起重机作用在排架上所产生的竖向荷载时，竖向荷载时，建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)规定，规定，对单跨厂房一般按不多于两台起重机考虑，对于多跨厂房一对单跨厂房一般按不多于两台起重机考虑，对于多跨厂房一般按不多于四台起重机考虑。般按不多于四台起重机考虑。当两台起重机满载靠紧并行，其中较大一台起重机的内轮正当两台起重机满载靠紧并行，其中较大一台起重机的内轮正好运行至计算排架柱的位置时，作用于最大轮压好运行至计算排架柱的位置时，作用于最大轮压Pmax一侧排一侧排架柱上的起重机荷载为最大值架柱上的起重机荷载为最大值Dmax，如，如图图9-18所示所示;与此同时，与此同时，在另一侧的排架柱上，则由最小轮压在另一侧的排架柱上，则由最小轮压Pmin产生竖向荷载为最产生竖向荷载为最小小Dmin。Dmax或或Dmin可根据图可根据图9-18所示的起重机最不利位置和所示的起重机最不利位置和起重机梁支座反力影响线求得起重机梁支座反力影响线求得:(9-4)(9-5)上一页 下一页 返回第二节排架结构荷载及内力计算第二节排架结构荷载及内力计算 -起重机最不利位置时，各轮子下影响线竖向坐标值之起重机最不利位置时，各轮子下影响线竖向坐标值之和，可根据起重机的宽度和，可根据起重机的宽度B和轮距和轮距K确定。确定。起重机竖向荷载起重机竖向荷载Dmax与与Dmin沿起重机梁的中心线作用于牛腿沿起重机梁的中心线作用于牛腿顶面。顶面。由于由于Dmax既可发生在左柱，也可发生在右柱，因此在计算既可发生在左柱，也可发生在右柱，因此在计算排架时两种情况均应考虑。排架时两种情况均应考虑。(2)起重机横向水平荷载起重机横向水平荷载Tmax。起重机的横向水平荷载。起重机的横向水平荷载Tmax是当小车沿厂房横向运动时，由于启动或突然制动产生的惯是当小车沿厂房横向运动时，由于启动或突然制动产生的惯性力，通过小车制动轮与桥架上导轨之间的摩擦力传给大车，性力，通过小车制动轮与桥架上导轨之间的摩擦力传给大车，再通过大车轮均匀传给大车轨道和起重机梁，然后由起重机再通过大车轮均匀传给大车轨道和起重机梁，然后由起重机梁与上柱的连接钢板传给两侧排架柱。起重机横向水平荷载梁与上柱的连接钢板传给两侧排架柱。起重机横向水平荷载作用位置在起重机梁顶面，且同时作用于起重机两侧的排架作用位置在起重机梁顶面，且同时作用于起重机两侧的排架柱上，方向相同。柱上，方向相同。当四轮起重机满载运行时，每个大车轮引起的横向水平荷当四轮起重机满载运行时，每个大车轮引起的横向水平荷载标准值为载标准值为:上一页 下一页 返回第二节排架结构荷载及内力计算第二节排架结构荷载及内力计算(9-6)-横向制动力系数，取值规定如下横向制动力系数，取值规定如下:软钩起重机：软钩起重机：硬钩起重机：硬钩起重机：起重机的横向水平制动力也是移动荷载，其最不利作用位置起重机的横向水平制动力也是移动荷载，其最不利作用位置与与图图9-18起重机的竖向轮压相同，所以，起重机对排架柱产起重机的竖向轮压相同，所以，起重机对排架柱产生的最大横向水平荷载标准值生的最大横向水平荷载标准值Tmax，也需根据起重机的最不，也需根据起重机的最不利位置和起重机梁支座反力影响线确定，即利位置和起重机梁支座反力影响线确定，即:(9-7)由于小车是沿桥架向左、右运行，有左、右两种制动情况，由于小车是沿桥架向左、右运行，有左、右两种制动情况，因此计算排架时，起重机的横向水平荷载应考虑向左和向右因此计算排架时，起重机的横向水平荷载应考虑向左和向右两种情况，如两种情况，如图图9-19所示。所示。上一页 下一页 返回第二节排架结构荷载及内力计算第二节排架结构荷载及内力计算(3)起
