建筑结构单层厂房排架结构.pptx

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1、建建 筑筑 结结 构构 上一讲回顾多高层建筑常用的结构体系 多高层框架结构的布置原则多高层框架结构的计算简图及荷载多高层框架结构的构造要求第1页/共143页模块模块7 7 单层厂房排架结构单层厂房排架结构单层厂房的组成和布置排架结构荷载及内力计算单层厂房柱的设计第2页/共143页知识目标知识目标（1 1）了解单层厂房的组成和布置，熟悉排架的计算简图、内力组合了解单层厂房的组成和布置，熟悉排架的计算简图、内力组合和控制截面。和控制截面。（2 2）掌握排架荷载的计算方法。掌握排架荷载的计算方法。（3 3）掌握柱下独立基础和牛腿的设计方法掌握柱下独立基础和牛腿的设计方法。模块模块7 7 单层厂房排架

2、结构单层厂房排架结构能力目标 重 点 难 点天窗架屋架屋架下弦水平支撑排架柱基础围护墙屋面板天沟板连系梁天窗架垂直支撑托架抗风柱屋架端部垂直支撑吊车梁柱间支撑基础梁屋盖系统梁柱系统基础支撑系统围护系统第3页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置工业建筑（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吊车起重量，且其机器设备和产品较重，故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（或屋面梁）、柱和基础组成。按主要承重结构形式划分，钢筋混凝土单层厂房的常用结构形式有排架结构和刚架结构两种。排架结构是柱与屋架（或屋面梁）为铰

3、接，而与基础为刚接所组成的结构，如图7-1所示。第4页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置图7-1 钢筋混凝土排架结构厂房第5页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置排架结构具有传力明确、构造简单、施工方便等特点，适合于预制装配，是目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（或屋面梁）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（顶节点为铰接）和两铰门式刚架（顶节点为刚接）两种形式，如图7-2所示。本模块主要介绍钢筋混凝土排架结构单层工业厂房。第6页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的

4、组成和布置图7-2 钢筋混凝土门式刚架结构厂房(a)三铰门式刚架 （b）两铰门式刚架第7页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置7.1.17.1.1单层厂房的结构组成与传力途径结构组成结构组成1.单层厂房排架结构（见图7-3）通常由下列结构构件组成并相互连接成整体：（1）屋盖结构。混凝土屋盖结构由屋面板（包括天沟板）、屋架或屋面梁（包括屋盖支撑）组成，有时还设有天窗架和托架等。混凝土屋盖结构分无檩和有檩两种屋盖体系。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，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。第8页/共

5、143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置 图7-3 单层厂房排架结构1屋架；2天窗架；3天窗架垂直支撑；4屋面板；5天沟板；6柱间支撑；7连系梁；8托架；9吊车梁；10排架柱；11基础；12基础梁；13屋架端部垂直支撑；14抗风柱；15屋架下弦横向水平支撑第9页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置（2）横向平面排架。横向平面排架由横梁（屋架或屋面梁）、横向柱列和基础组成，是厂房的基本承重结构。厂房结构承受的竖向荷载、横向水平荷载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。（3）纵向平面排架。纵向平面排架由纵向柱列、连系梁、吊车梁

6、、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、天窗端壁及通过屋盖结构传来的纵向风荷载、吊车纵向水平荷载等，再将其传至地基，如图7-4所示。另外，纵向平面排架还能承受纵向水平地震作用、温度应力等。第10页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置图7-4 纵向平面排架第11页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置（4）吊车梁。吊车梁一般为装配式的，简支在柱的牛腿上，主要承受吊车竖向荷载、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。吊车梁是直接承受吊车动力荷载的构件。（5）支撑。单层厂房的支撑的作用

7、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与安全，同时起到把风荷载、吊车水平荷载或水平地震作用等传递到相应承重构件的作用。第12页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置（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。（7）围护结构。围护结构包括纵墙、横墙（山墙）及由连系梁、抗风柱（有时还有抗风梁或抗风桁架）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及作用在墙面上的风荷载等。第13页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置传力途径传力途径2.单层厂房结构所承受的荷载分为竖向荷载和水平荷载两

8、大类。竖向荷载包括屋面上的恒荷载和活荷载、各承重结构构件及围护结构等非承重构件自重、吊车自重及吊车竖向荷载等。水平荷载包括山墙风荷载、纵墙风荷载、吊车的横向水平荷载和纵向水平荷载等。单层厂房结构的传力途径如图7-5所示。由图7-5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，排架柱是受力最复杂、最重要的受力构件。在有吊车的厂房中，吊车梁也是非常重要的承重构件，设计时应予以重视。第14页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置图7-5 单层厂房结构的传力途径第15页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的

9、组成和布置7.1.27.1.2单层厂房的结构布置柱网布置柱网布置1.单层厂房承重柱的纵向定位轴线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（跨度）和横向定位轴线之间的尺寸（柱距）。柱网布置既是确定柱位置的依据，也是确定屋面板、屋架和吊车梁等构件尺寸（跨度）的依据。柱网布置恰当与否将直接影响厂房结构的经济合理性和先进性。第16页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置柱网布置的一般原则是：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，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，适应生产发展和技

10、术进步的要求。厂房跨度在18 m及以下时，应采用3 m的倍数；在18 m以上时，应采用6 m的倍数。厂房柱距一般采用6 m或6 m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21 m、27 m、33 m的跨度和9 m的柱距或其他柱距。第17页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置定位轴线定位轴线2.纵向定位轴线一般用编号、表示。对于无吊车或吊车起重量不大于30 t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。纵向定位轴线之间的距离，即跨度L与吊车轨距Lk之间一般有如下关系：L=Lk+2e （7-1）e=B1+B2+B3

11、（7-2）第18页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置式中，Lk为吊车跨度，即吊车轨道中心线间的距离，可由吊车规格查得；e为吊车轨道中心线至纵向定位轴线间的距离，一般取750 mm；B1为吊车轨道中心线至吊车桥架外边缘的距离，可由吊车规格查得；B2为吊车桥架外边缘至上柱内边缘的净空宽度，当吊车起重量不大于50 t时，取B280 mm，当吊车起重量大于50 t时，取B2100 mm；B3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。第19页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置对边柱，当按计算e750 mm时，取e=750 m

12、m，如图7-6（a）所示；对中柱，当为多跨等高厂房时，按计算e750 mm，也取e=750 mm，纵向定位轴线与上柱中心线重合，如图7-6（b）所示。图7-6 纵向定位轴线(a)边柱（b）中柱第20页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置横向定位轴线一般通过柱截面的几何中心，用编号、表示。在厂房纵向尽端处，横向定位轴线位于山墙内边缘，并把端柱中心线内移600 mm，同样,伸缩缝两侧的柱中心线也需向两边各移600 mm，使伸缩缝中心线与横向定位轴线重合，如图7-7所示。图7-7 横向定位轴线第21页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置

13、变形缝变形缝3.变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。（1）伸缩缝。随着气温的变化，房屋结构会出现热胀冷缩的现象，这种温度变化将在结构中产生温度应力，引起结构变形，严重时会使墙面、屋面和构件等被拉裂。因此，当房屋的长度或宽度过大时，为减小房屋结构中的温度应力，应设置伸缩缝。当建筑物的长度超过规定限值，又未采取可靠的构造措施或施工措施时，其伸缩缝的间距不宜超过表7-1的限值。第22页/共143页伸缩缝的做法是从基础顶面开始，将相邻两个温度区段的上部结构构件完全分开，并留出一定宽度的缝隙，使上部结构在温度变化时可沿纵向自由变形。伸缩缝处应采用双排柱、双屋架（屋面梁）。伸缩缝处的双柱基础可不分开，做

14、成连在一起的双杯口基础。7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置第23页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置（2）沉降缝。在建筑物的荷载和高度存在较大差异处，地基土的压缩性有显著差异处，结构类型和结构体系有明显不同处，基础类型或基础处理不一致处，以及厂房各部分的施工时间先后相差较长时，应设置沉降缝。沉降缝应从屋顶至基础完全分开，以使缝两侧的结构发生不同沉降时互不影响，从而保证房屋的安全和使用功能。沉降缝的最小宽度不得小于50 mm，沉降缝可兼作伸缩缝。第24页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置（3）防震缝。防震缝

15、是为了减轻地震震害而采取的措施之一，当相邻跨厂房高度相差悬殊、厂房结构类型和刚度有明显不同时，应设置防震缝。防震缝将房屋划分为简单、规则的形状，使每一部分成为独立的抗震单元，使它们在地震作用下互不影响。防震缝两侧的上部结构应完全分开，且防震缝的最小宽度宜满足规范的要求，以防止地震时缝两侧的独立单元发生碰撞。防震缝的具体设置应符合建筑抗震设计规范（GB 500112010）的要求。地震区中的伸缩缝和沉降缝的宽度，均应符合防震缝的要求。第25页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置支撑支撑4.支撑的主要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与

16、安全，有效传递纵向水平荷载（风荷载、吊车纵向水平荷载及地震作用等），并将纵向水平荷载传递给相应的承重构件。单层厂房的支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑。（1）屋盖支撑。屋盖支撑系统包括屋架上弦横向水平支撑、屋架下弦水平支撑、垂直支撑及水平系杆、天窗架支撑。第26页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置屋架上弦横向水平支撑。屋架上弦横向水平支撑是指布置在屋架上弦（或屋面梁上翼缘）平面内的水平支撑，是由交叉角钢和屋架上弦杆组成的水平桁架，布置在厂房端部及温度区段两端的第一或第二柱间，如图7-8所示。其作用是增强屋盖的整体刚度，保证屋架上弦或屋面梁上翼缘的侧向稳定，将山墙抗

17、风柱传来的风荷载传至两侧柱列上。对跨度较大的无檩体系屋盖且无天窗时，若采用大型屋面板且与屋架有可靠连接（有三点焊牢且屋面板纵肋间的空隙用C15或C20细石混凝土灌实），则可认为屋面板能起到上弦横向水平支撑的作用，而不需设置上弦横向水平支撑。第27页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置图7-8 屋架上弦横向水平支撑第28页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置屋架下弦水平支撑。屋架下弦水平支撑是指布置在屋架下弦平面内的水平支撑，包括下弦横向水平支撑和下弦纵向水平支撑。设置下弦横向水平支撑的目的是作为屋盖垂直支撑的支点，将屋架下弦受到的

18、纵向水平荷载传至纵向排架柱列，防止下弦杆产生振动。当厂房跨度L18 m时，下弦横向水平支撑宜设于厂房端部及伸缩缝处第一柱间，如图7-9所示。第29页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置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桁架。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，如图7-9所示。

19、第30页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置图7-9 屋架下弦水平支撑第31页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置垂直支撑及水平系杆。垂直支撑是指在相邻两榀屋架之间由角钢与屋架的直腹杆组成的垂直桁架，如图7-10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侧向稳定，防止吊车工作时屋架下弦发生侧向颤动，上弦水平系杆则可以保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定。图7-10屋盖垂直支撑(a)十字交叉形(b)W形第32页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置当厂房跨度L18 m且无天窗时，可不设

20、垂直支撑和水平系杆；当厂房跨度为1830 m时，在屋架跨中设一道垂直支撑；当厂房跨度L30 m时，在屋架1/3跨度左右布置两道对称垂直支撑；当屋架端部高度大于1.2 m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。屋盖垂直支撑应与下弦横向水平支撑布置在同一柱距内。第33页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置天窗架支撑。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

21、递给屋架。天窗架支撑应设置在天窗架两端的第一柱距内，尽可能与屋架上弦横向水平支撑布置在同一柱间。第34页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置（2）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。如图7-11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点。交叉杆件的倾角一般为3550。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(见图7-11)。当l/h2时可采用人字形支撑；当l/h2.5时可采用八字形支撑；当柱距为15 m且h2较小时，采用斜柱式支撑比较合理。第35页/共143页7.1

22、 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置 图7-11 柱间支撑的形式1十字交叉形支撑；2空腹门形支撑；3大八字形支撑；4小八字形支撑；5斜柱式支撑；6人字形支撑第36页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置柱间支撑的主要作用是增强厂房结构的纵向刚度和稳定性，并将水平荷载（包括天窗端壁部和厂房山墙上的风荷载、吊车纵向水平制动力及作用于厂房纵向的其他荷载）传至基础。凡属下列情况之一者，应设置柱间支撑：厂房内设有悬臂吊车或3 t及以上悬挂吊车。厂房内设有重级工作制吊车，或设有中级、轻级工作制吊车，起重量在10 t及以上。厂房跨度在18 m以上或柱高在8 m以上

23、。纵向柱列的总数在7根以下。露天吊车栈桥的柱列。第37页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置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（上部柱间支撑在厂房两端第一柱距内也应同时设置），如图7-12所示。这样有利于温度变化或混凝土收缩时，厂房较自由变形而不致产生较大的温度应力或收缩应力。此外，还应在柱顶设置通长的刚性连系杆来传递荷载。当屋架端部设有下弦连系杆时，也可不设柱顶连系杆。图7-12 柱间支撑的设置1柱顶连系杆；2上部柱间支撑；3下部柱间支撑第38页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置柱间支撑一般采用钢结构，当厂房设有中级或

24、轻级工作制吊车时，柱间支撑也可采用钢筋混凝土结构。第39页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置围护结构的布置围护结构的布置5.围护结构主要包括抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁。（1）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几个区格，使山墙面受到的风荷载的一部分（靠近纵向柱列的区格）被直接传至纵向柱列，另一部分则经抗风柱下端被直接传至基础和经上端通过屋盖系统传至纵向柱列。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；

25、若厂房沉降较大，则宜采用螺栓连接。第40页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置（2）圈梁、连系梁、过梁、基础梁。采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。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产生不利影响。圈梁设置于墙体内，和柱连接，柱对它仅起拉结作用。通常，柱上不需要设置支承圈梁的牛腿。第41页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置圈梁的布置与墙体高度、厂房刚度要求及地基情况有关。一般单层厂房圈梁的布置原则是：对无桥式吊车的厂房，当墙厚不大于240 mm、檐口

26、标高为58 m时，应在檐口附近布置一道，当檐高大于8 m时，宜增设一道；对有桥式吊车或有较大振动设备的厂房，除在檐口或窗顶布置圈梁外，还宜在吊车梁标高处或其他适当位置增设一道；当外墙高度大于15 m时还应适当增设。圈梁宜连续地设在同一水平面上，并形成封闭圈。当圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁。附加圈梁与圈梁的搭接长度l应不小于其垂直距离h的2倍，且不得小于1.0 m，如图7-13所示。第42页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置图7-13 圈梁的搭接长度1附加圈梁；2圈梁第43页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组

27、成和布置圈梁的截面宽度宜与墙厚相同，当墙厚h240 mm时，其宽度不宜小于2h/3。圈梁的截面高度应为砌体每层厚度的倍数，且不小于120 mm。圈梁的纵向钢筋不宜小于4 10，钢筋的搭接长度为1.2la（la为锚固长度），箍筋间距不大于250 mm。当圈梁兼作过梁时，过梁部分的配筋应按计算确定。圈梁可采用现浇或预制装配现浇接头方式。混凝土强度等级，现浇的不宜低于C15，预制的不宜低于C20。第44页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置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自重。连系梁通常为预制的简

28、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。过梁。过梁的作用是承受门窗洞口上的墙体的自重。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来，以节约材料，简化施工。第45页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置基础梁。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。基础梁底部离地基土表面应预留100 mm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胀时将梁顶裂。基础梁与柱一般不要求连接（一级抗震等级的基础梁顶面应增设预埋件与柱焊接），而是被直接搁置在柱基础杯口上，或当基础埋置较深

29、时，将基础梁放置在基础上面的混凝土垫块上，如图7-14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。第46页/共143页7.1 7.1 单单层厂房的组成和布置层厂房的组成和布置图7-14 基础梁的布置第47页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算7.2.17.2.1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，设计时为简化计算，一般将厂房按横向平面排架和竖向平面排架分别计算。由于横向平面排架承担着厂房的大部分主要荷载，因而在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

30、只有在考虑地震时才进行计算。第48页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算计算单元计算单元1.由于横向平面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（吊车荷载除外）沿厂房纵向基本为均匀分布，因而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，如图7-15（a）中的阴影部分所示。除吊车等移动荷载外，阴影部分就是排架的负荷范围，或称为从属面积。第49页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算计算简图计算简图2.在确定排架结构的计算简图时，为简化计算做出以下假定：（1）柱

31、上端与屋架（或屋面梁）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，在构造上只能传递竖向力和水平力，而不能传递弯矩，故计算时按铰接节点考虑。（2）柱下端固接于基础顶面。由于预制排架柱插入基础杯口足够的深度，并用高强度等级的细石混凝土浇筑密实，因而排架柱与基础连接处可按固定端考虑。第50页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算（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。（4）排架柱的高度由固定端算至柱顶铰接节点处，排架柱的轴线为柱的几何中

32、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。根据以上假定，横向平面排架的计算简图如图7-15（b）所示。第51页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算图7-15 横向平面排架的计算单元和计算简图 (a)计算单元(b)计算简图第52页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算7.2.27.2.2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。恒荷载一般包括屋盖自重F1、上柱自重F2、下柱自重F3、吊车梁与轨道连接件自重F4及有时支承在柱牛腿上的围护结构自重F5等。活荷载一般包括屋面活荷载F6，吊车

33、荷载Tmax和Dmax（Dmin），均布风荷载q1、q2，以及作用在屋盖支承处的集中风荷载Fw，等等。图7-16为作用在排架上的荷载。第53页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算图7-16 作用在排架上的荷载第54页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算恒荷载恒荷载1.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，标准构件的恒荷载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G=1.2。第55页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算屋面活荷载屋面活荷载2.屋面活荷载

34、包括屋面均布活荷载、雪荷载和屋面积灰荷载，各荷载数值均按屋面水平投影面积计算，其荷载分项系数都取Q=1.4。（1）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按建筑结构荷载规范（GB 500092012）表5.3.1采用（见附表15）。（2）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应按式（7-3）计算。sk=rs0 （7-3)第56页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算式中，sk为雪荷载标准值；r为屋面积雪分布系数，应根据不同类型的屋顶形式，按建筑结构荷载规范（GB 500092012）表

35、7.2.1采用；排架计算时，可近似按积雪全跨均匀分布考虑，取r=1；s0为基本雪压，它是以当地一般空旷平坦地面上统计所得50年重现期最大积雪的自重确定的。全国各城市的基本雪压应按建筑结构荷载规范（GB 500092012）附录E中附表E.5重现期R为50年的值采用。第57页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算（3）屋面积灰荷载。设计生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑物时，应考虑积灰荷载。对于具有一定除尘设施和保证清灰制度的机械、冶金、水泥等的厂房屋面，其水平投影面上的屋面积灰荷载标准值及其组合值系数、频遇值系数和准永久值系数，应分别按建筑结构荷载规范（GB

36、500092012）表5.4.1-1和表5.4.1-2采用（见附表16和附表17）。对于屋面上易形成灰堆处，在设计屋面板、檩条时，积灰荷载标准值宜乘以下列规定的增大系数：第58页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算在高低跨处两倍于屋面高差但不大于6.0 m的分布宽度内取2.0。在天沟处不大于3.0 m的分布宽度内取1.4。进行排架计算时，屋面均布活荷载不与雪荷载组合，仅取两者中的较大值。屋面积灰荷载应与雪荷载和屋面均布活荷载两者中的较大值组合。第59页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算吊车荷载吊车荷载3.单层厂房中常用的

37、吊车有悬挂式吊车、手动吊车和桥式吊车等，一般采用桥式吊车。吊车共有A1A8八个工作级别。桥式吊车在排架上产生的荷载有吊车竖向荷载Dmax（或Dmin）、吊车横向水平荷载Tmax及吊车纵向水平荷载Te。第60页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算（1）吊车竖向荷载Dmax(或Dmin)。吊车竖向荷载是指吊车在运行时，通过作用于吊车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头极限位置时，小车所在一侧的每个大车轮压即为吊车的最大轮压Pmax，同时另外一侧的每个大车轮压即为最小轮压Pmin，如图7-17所示。Pmax和Pmin可根据所选用

38、的吊车型号、规格由产品目录或手册查得。第61页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算图7-17 吊车的最大轮压与最小轮压第62页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算吊车的最大轮压Pmax与最小轮压Pmin同时产生，分别作用在两侧的吊车梁上，经由吊车梁两端传给柱子的牛腿。吊车是一组移动荷载，当吊车在吊车梁上沿厂房纵向运行时，吊车梁传给各柱的竖向荷载也不同。对某一个柱子而言，当吊车行驶到某一位置时，柱上受到的竖向荷载最大，这一位置就是大车的最不利位置。吊车竖向荷载Dmax和Dmin，除与小车行驶的位置有关外，还与厂房内的吊车台数

39、及大车沿厂房纵向运行的位置有关。第63页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算当计算同一跨内可能有多台吊车作用在排架上所产生的竖向荷载时，建筑结构荷载规范（GB 500092012）规定，对单跨厂房一般按不多于两台吊车考虑，对于多跨厂房一般按不多于四台吊车考虑。当两台吊车满载靠紧并行，其中较大一台吊车的内轮正好运行至计算排架柱的位置时，作用于最大轮压Pmax一侧排架柱上的吊车荷载为最大值Dmax，如图7-18所示。第64页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算图7-18 吊车纵向运行最不利位置及吊车梁支座反力影响线第65页/共

40、143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算与此同时，在另一侧的排架柱上，由最小轮压Pmin产生竖向荷载最小值Dmin。Dmax或Dmin可根据图7-18所示的吊车最不利位置和吊车梁支座反力影响线求得，即 Dmax=Pmaxyi （7-4)Dmin=Pminyi （7-5)式中，yi为吊车在最不利位置时，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。第66页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算（2）吊车横向水平荷载Tmax。吊车横向水平荷载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性力，通过小车制动轮

41、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吊车梁，然后由吊车梁与上柱的连接钢板传给两侧排架柱。吊车横向水平荷载的作用位置在吊车梁顶面，且同时作用于吊车两侧的排架柱上，方向相同。第67页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算当四轮吊车满载运行时，每个大车轮引起的横向水平荷载标准值为 （7-6)式中，为横向制动力系数。的取值规定为：对软钩吊车，当Q10 t时，=0.12，当Q=1650 t时，=0.10，当Q75 t时，=0.08；对硬钩吊车，=0.20。第68页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算吊车的横

42、向水平制动力也是移动荷载，其最不利作用位置与图7-18所示的吊车纵向运行最不利位置相同。所以，吊车对排架柱产生的最大横向水平荷载标准值Tmax也应根据吊车的最不利位置和吊车梁支座反力影响线来确定，即 Tmax=Tyi （7-7）第69页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算由于小车是沿桥架向左、向右运行的，有左、右两种制动情况，因而计算排架时，吊车的横向水平荷载应考虑向左和向右两种情况，如图7-19所示。图7-19 吊车在横向水平荷载作用下的计算简图第70页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算（3）吊车纵向水平荷载Te。吊车

43、纵向水平荷载是由吊车的大车突然启动或制动引起的纵向水平惯性力，它由大车两端的制动轮与吊车轨道的摩擦，经吊车梁传给纵向柱列或柱间支撑。当厂房有柱间支撑时，全部吊车纵向水平荷载由柱间支撑承受；当厂房无柱间支撑时，全部吊车纵向水平荷载由同一伸缩区段内的所有柱共同承受。在横向排架结构计算分析中，一般不考虑吊车纵向水平荷载。第71页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算风荷载风荷载4.作用在建筑物或构筑物表面上计算用的风压称为风荷载。（1）垂直于建筑物表面上的风荷载。计算主要受力结构时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按式（7-8）计算。k=zsz0 （7-8）式中，

44、k为风荷载标准值；z为高度z处的风振系数，对单层厂房，z=1；s为风荷载体型系数；z为风压高度变化系数；0为基本风压。第72页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算全国各城市的基本风压应按建筑结构荷载规范（GB 500092012）附录E中附表E.5重现期R为50年的值采用，但不得小于0.30 kN/m2。风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面所引起的实际压力（或吸力）与基本风压的比值。它表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型和尺寸有关，按建筑结构荷载规范（GB 500092012）表8.3.1的规定采用。图7-20（a）、（b）分

45、别给出了封闭式双坡屋面和封闭式双跨双坡屋面的风荷载体型系数。第73页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算 图7-20 风荷载体型系数s(a)封闭式双坡屋面(b)封闭式双跨双坡屋面第74页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算（2）屋面传来的集中风荷载。作用于柱顶以上的风荷载，通过屋架以集中力Fw的形式施加于排架柱顶，其值为屋架高度范围内的外墙迎风面、背风面的风荷载及坡屋面上风荷载的水平分力的总和（见图7-21），计算时也取为均布荷载，此时的风压高度变化系数z按下述情况确定：有矩形天窗时，取天窗檐口标高值；无矩形天窗时，按厂房

46、檐口标高取值。第75页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算图7-21 排架在集中风荷载下的计算简图第76页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算由于风荷载是可以变向的，因而在排架计算时，要考虑左风和右风两种情况。第77页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算7.2.37.2.3排架的内力计算在进行排架内力计算之前，首先要确定排架上有哪几种可能单独考虑的荷载情况。然后对每种荷载情况利用结构力学的方法进行排架内力计算，再进行最不利内力组合。以单跨排架为例，若不考虑地震作用，可能有八种单独作用的荷

47、载情况：恒荷载（F1、F2、F3、F4等）；屋面活荷载（F6）；吊车竖向荷载Dmax作用于左柱（Dmin作用于右柱）；吊车竖向荷载Dmax作用于右柱（Dmin作用于左柱）；吊车水平荷载Tmax作用于左、右柱，方向由左向右；吊车水平荷载Tmax作用于左、右柱，方向由右向左；风荷载（Fw、q1、q2），方向由左向右；风荷载（Fw、q1、q2），方向由右向左。第78页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算单跨排架在恒荷载及屋面活荷载作用下的内力计算单跨排架在恒荷载及屋面活荷载作用下的内力计算1.单跨排架在恒荷载F1、F2、F3、F4及屋面活荷载F6作用下，一般属于结

48、构对称、荷载也对称的情况，可按无侧移排架计算。由于在排架计算简图中假定横梁为无轴向变形的刚性连杆，所以排架柱可按图7-22所示的简图计算内力。图7-22 单跨等高排架计算简图（无轴向变形的刚性连杆）第79页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算根据对排架上的荷载分析可知，F1对上柱及下柱截面均有偏心，F6对上、下柱也有偏心且偏心距与F1相同，F2、F4对下柱截面也有偏心，在计算中可将F1、F2、F4及F6简化为作用在柱截面中心的轴力和作用在相应柱顶（上柱）及牛腿顶面（下柱）处的力矩M1和M2。由于F1、F2、F3、F4及F6作用于柱截面形心时只引起柱的轴向力，

49、不引起弯矩和剪力，所以可按图7-23所示简图计算柱截面的弯矩和剪力。图7-23 力矩M1、M2作用下的计算简图第80页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算单跨排架在风荷载及吊车荷载作用下的排架内力计算单跨排架在风荷载及吊车荷载作用下的排架内力计算2.在风荷载及吊车荷载作用下，单跨排架属于荷载不对称的情况，可视为柱顶有侧移的排架进行内力计算，计算简图如图7-24所示。图7-24 单跨等高排架计算简图（柱顶有侧移的排架）第81页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算（1）吊车竖向荷载Dmax(或Dmin)作用下的内力计算。吊车竖

50、向荷载Dmax(或Dmin)作用于牛腿顶面并对下柱截面有偏心，可将其简化为作用于柱截面形心的轴向力Dmax(或Dmin)和附加力矩MD，max（或MD，min），按图7-25所示简图分别计算，然后叠加而得。第82页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算图7-25 Dmax和Dmin分别作用下的计算简图(a)Dmax作用在-柱（b）Dmin作用在-柱第83页/共143页7.2 7.2 排架排架结构荷载及内力计算结构荷载及内力计算例如，当MD，max作用在柱时见图7-26（a），其排架柱的内力可由图7-26（b）和图7-26（c）的内力叠加得到。图7-26 MD，