单层厂房设计(图文并茂).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,11,单层工业厂房结构,本章主要介绍：单层厂房的组成、传力途径及设计内容；单层厂房的结构布置；排架的内力计算；单层厂房柱设计；单层厂房结构主要构件的选型；各构件间的连接。重点是单层厂房的组成、受力特点、支撑的布置、构件选型、排架内力计算、构件间的连接。,本章提要,本 章 内 容,11.1,概述,11.2,单层工业厂房排架结构的组成、传力途径及设计内容,11.3,单层工业厂房的结构布置,11.4,单层厂房结构主要构件的选型,11.5,单层厂房排架内力计算,11.6,单层厂房柱的设计,11.7,单层工业厂房结构主要构件间的连接构造,11.1,概述,（,1,）,厂房首先要满足生产工艺的要求，并为工厂创造良好的劳动卫生条件，以利提高产品质量和劳动生产率。,（,2,）,厂房内一般都有笨重的机器设备、起重运输设备（吊车）等，这就要求厂房有较大的空间。同时，厂房结构要承受较大的静、动荷载以及振动或撞击力等。,（,3,）,有的厂房在生产过程中会散发大量的余热、烟尘、有害气体、有侵蚀性的液体以及生产噪音等，这就要求厂房有良好的通风和采光。,11.1.1,单层工业厂房的特点,（,4,）,生产过程往往需要各种工程技术管网，如上下水、热力、压缩空气、煤气、氧气管道和电力供应等。厂房设计时应考虑各种管道的敷设要求和它们的荷载。,（,5,）,生产过程中有大量的原料、加工零件、半成品、成品、废料等需要用电瓶车、汽车或火车进行运输。厂房设计时应考虑所采用的运输工具的通行问题。,11.1.2,单层厂房的结构类型,单层厂房的结构按其承重结构的材料来分，有,混合结构,、,钢筋混凝土结构,和,钢结构,等类型。,混合结构的主要承重结构为墙或带壁柱墙，屋架可用钢筋混凝土结构、钢木结构或轻钢结构。,中型以上厂房大多选用钢筋混凝土结构。,11.1.2.1,按材料分,单层厂房的结构按其施工方法来分，有,装配式,和,现浇式,两种。,目前除特殊情况外，均采用装配式钢筋混凝土结构。,11.1.2.2,按施工方法分,1.,排架结构,装配式单层厂房的主要承重结构是屋架或屋面梁、柱和基础。当屋架与柱顶为铰接，柱与基础顶面为刚接时，这样组成的结构叫,排架,。,排架结构按其所用材料分,钢筋混凝土排架结构,、,钢屋架和钢筋混凝土柱组成的排架结构,、,砖墙或砖垛代替钢筋混凝土柱的砖排架结构,。,随着生产工艺及使用要求的不同，排架结构可设计成等高或不等高、单跨或多跨的各种形式（,如图,11.1,所示,）。,11.1.2.3,按承重结构的形式分,2.,钢架结构,刚架结构,也称,框架结构,，刚架结构也是由,横梁、柱和基础,所组成。,常用有,钢筋混凝土门式刚架,和,钢框架结构,。,（,1,）,钢筋混凝土门式刚架,。钢筋混凝土门式刚架的基本特点是柱和屋架（横梁）合并为同一个构件，柱与基础的连接为铰接或刚接。,门式刚架种类很多，目前在单层厂房中用得较多的是两铰和三铰两种形式。同样，门式刚架也可用于多跨厂房。,如图,11.2,所示,。,（,2,）,钢框架结构。,钢框架结构的屋架、柱、吊车梁等主要构件均采用钢结构。厂房钢柱的上柱升高至屋架上弦，屋架的上下弦均与上柱相连接，使屋架与柱形成刚接，以提高厂房的横向刚度。,如图,11.3,所示,。,图,11.1,钢筋混凝土排架结构,图,11.2,钢筋混凝土门式刚架,图,11.3,钢框架结构,11.2,单层工业厂房排架结构的组成、传力途径及设计内容,单层工业厂房排架结构通常由横向平面排架和纵向平面排架及支撑系统连成一个整体的空间结构体系，由下列构件组成，,如图,11.4,所示,。,11.2.1,单层工业厂房排架结构的组成,图,11.4,装配式钢筋混凝土单层厂房结构,屋盖结构分,无檩,和,有檩,两种体系，,无檩体系,由大型屋面板、屋面梁或屋架以及屋盖支撑所组成，,如图,11.5,所示,。,有檩体系,由小型屋面板、檩条、屋架（包括屋盖支撑）组成，,如图,11.6,所示,。,屋盖结构有时还有天窗架、托架，其作用主要是围护和承重（承受屋盖结构自重、屋面活荷载、雪荷载和其它荷载），以及采光和通风。,墙体围护结构,包括外墙、抗风柱、墙梁、基础梁等，其作用主要是围护和承重。,11.2.1.1,屋盖和墙体围护结构体系,图,11.5,无檩体系,图,11.6,有檩体系,横向平面排架,是由,屋面梁或屋架、横向柱列和基础,等组成，它是厂房基本承重结构。,厂房横向排架承受竖向荷载（如结构自重、屋面活荷载和吊车竖向荷载等）及横向水平荷载（如风荷载、吊车横向制动力和地震作用等）。,如图,11.7,所示,。,11.2.1.2,横向排架结构体系,图,11.7,单层厂房的荷载,纵向排架结构体系,是由,纵向柱列和基础、连系梁和柱间支撑,等组成。,其作用是保证厂房结构的纵向稳定和承重，厂房纵向排架主要承受纵向水平荷载，如纵向风荷载、吊车纵向制动力、纵向地震作用和温度应力等。,如图,11.8,所示,。,11.2.1.3,纵向排架结构体系,图,11.8,厂房的纵向排架,1,风力；,2,吊车纵向制动力；,3,连系梁；,4,柱间支撑；,5,吊车梁；,6,柱,11.2.2,荷载的传递,永久荷载,是长期作用在厂房结构上的不变荷载（恒荷载），如各种结构构件、围护结构以及设备的自重等。,11.2.2.1,永久荷载,可变荷载是作用在厂房结构上的活荷载，主要有：,（,1,）,雪荷载,，以基本雪压所算得的在厂房各屋面上的积雪重量。,（,2,）,风荷载,，以基本风压所算得的在厂房各部分表面上的风压（吸）力。,（,3,）,吊车荷载,，吊车起吊重物在厂房内运行时的移动集中荷载包括吊车竖向荷载和吊车水平荷载,（,4,）,积灰荷载,，大量排灰的厂房及其邻近建筑，应考虑积灰荷载。,（,5,）,施工荷载,，厂房在施工或检修时的荷载。,11.2.2.2,可变荷载,作用在单层厂房结构上所有荷载按其作用方向可分为,竖向荷载、横向水平荷载以及纵向水平荷载,三种。,荷载的传递，特别是水平荷载的传递，实际上很复杂的，而不是简单的直接传递，为了清楚起见，再把上面分析的荷载传递路线综合成图表来表达，,如图,11.9,所示,。,在一般的单层厂房中，横向排架是主要承重结构，而屋架、吊车梁、柱和基础是厂房中的主要承重构件。,11.2.2.3,偶然荷载,图,11.9,荷载传递路线图,单层工业厂房结构设计是根据建筑设计资料，以及坚固适用、技术先进、经济合理的原则进行结构设计。,单层厂房结构设计的主要内容：,（,1,）,确定结构方案，进行结构布置；,（,2,）,确定主要承重构件；,（,3,）,进行排架内力分析与组合；,（,4,）,排架柱设计；,（,5,）,确定主要构件之间的连接构造。,11.2.3,单层工业厂房结构设计的内容,11.3,单层工业厂房的结构布置,单层厂房承重柱的纵向和横向定位轴线在平面上形成的有规律的网格称为,柱网,。柱子纵向定位轴线间的距离称为,跨度,，横向定位轴线的距离称为,柱距,。,确定柱网尺寸时，首先要满足生产工艺要求，尤其是工艺设备的布置；其次是根据建筑材料、结构形式、施工技术水平、经济效果，以及提高建筑工业化程度和建筑处理、扩大生产、技术改造等方面因素来确定；此外，还应满足模数制的要求。,11.3.1,柱网的布置,（,1,）,跨度,单层厂房的跨度在,18m,以下时，应采用,30M,数列（,1M=100mm),，即,3m,数列，即,9m,、,12m,、,15m,、,18m,；在,18m,以上时，应采用扩大模数,60M,数列，即,24m,、,30m,、,36m,等。,如图,11.10,所示,。,（,2,）,柱距,单层厂房的柱距应采用扩大模数,60M,数列，,见图,11.10,。,单层厂房山墙处的抗风柱柱距宜采用扩大模数,15M,数列。,图,11.10,跨度和柱距示意图,（,1,）,伸缩缝,为减少厂房结构的温度应力，可设置伸缩缝，将厂房结构分成若干温度区段。,伸缩缝的一般做法是从基础顶面开始将相邻温度区段的上部结构完全分开，在伸缩缝两侧设置并列的双排柱、双榀屋架，而基础可做成将双排柱连在一起的双杯口基础。,11.3.2,变形缝的设置,（,2,）,沉降缝,由于单层厂房结构主要是由简支构件装配而成，因地基发生不均匀沉降在构件中产生的附加内力不大，所以在单层厂房结构中，除主厂房结构与生活间等附属建筑物相连接处外，很少采用沉降缝。,沉降缝应将建筑物从基础到屋顶全部分开，以使缝两边发生不同沉降时不至于相互影响。,（,3,）,防震缝,防震缝是为减轻震害而采取的措施之一。当厂房平面、立面复杂，结构高度或刚度相差很大，以及在厂房侧边布置附房，如生活间、变电所、炉子间等时，设置抗震缝将相邻部分分开，防震缝的宽度在厂房纵横跨交接处可采用,100150mm,，其它情况可采用,5090mm,。,支撑的作用，从,图,11.11,所举的有檩屋盖体系厂房支撑布置中可以看出：如果不设支撑时，山墙上的风力,W,将从,A,点传至,B,点，这样不仅厂房整体刚度差，稳定性也难于保证。如设了支撑，山墙上的风力,W,则从,A,点传至,123456,再传至柱间支撑，最后传至基础。,支撑的主要作用是：,(1),保证厂房结构的纵向及横向水平刚度；,(2),在施工和使用阶段，保证结构构件的稳定性；,(3),将某些水平荷载传给主要承重结构或基础。,11.3.3,支撑的布置,图,11.11,有檩屋盖体系厂房支撑作用示意图,屋盖支撑,包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑及系杆等。,1.,横向水平支撑,横向水平支撑,是由交叉角钢和屋架上弦或下弦组成的水平桁架。其作用是，加强屋盖结构在纵向水平面内的刚度，将山墙抗风柱所承受的纵向水平力传到两侧柱列上去，布置在温度区段的两端。设置在屋架上弦平面内的称为,上弦横向水平支撑,；设置在屋架下弦平面内的称为,下弦横向水平支撑,。,11.3.3.1,屋盖支撑,（,1,）上弦横向水平支撑。,当屋盖结构的纵向平面内的刚度不足，具有以下情况之一时，应设置上弦横向水平支撑：,跨度较大的无檩体系屋盖，当屋面板与屋架连接点的焊接质量不能保证，且山墙抗风柱与屋架上弦连接时,如图,11.12(a),中的,1,；,厂房设有天窗，当天窗通到厂房两端的第二柱间或通过伸缩缝时，此时，,应在第一或第二柱间的天窗范围内设置上弦横向水平支撑，并在天窗范围内沿纵向设置一至三道通长的受压系杆，以保证屋架上弦的侧向稳定。,如图,11.12(c),、,(d),中的,2,。,（,2,）下弦横向水平支撑。,当具有以下情况之一时，应设置下弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑一般宜设于厂房端部及伸缩缝处第一柱间，,如图,11.12(a),、,(c),中的,3,、,4,。,厂房跨度,18m,，或厂房跨度,18m,，且山墙上风荷载由屋架上弦传递时；,屋架下弦悬挂吊车的纵向水平荷载较大而通过垂直支撑传力时，可在悬挂吊车轨道尽头的柱间设置；,当厂房高度较大，纵向风荷载由山墙抗风柱传至屋架下弦时；,厂房内有较大的振动荷载，吊车吨位大时。,2.,纵向水平支撑,纵向水平支撑,一般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性；在屋盖设有托架时，还可以保证托架上缘的侧向稳定，并将托架区域内的横向水平风力有效地传到相邻柱子上去。,当具有以下情况之一时，应设置纵向水平支撑,（,1,）,厂房内设有托架时，则必须在设有托架的柱间和两端相邻的一个柱间设置下弦纵向水平支撑，,见图,11.13(a),。,（,2,）,厂房内设有软钩桥式吊车，厂房高大，吊车吨位大时（如单跨厂房柱高,1518m,以上，中级工作制吊车,30t,以上时）。,如图,11.13(b),所示,（,3,）,厂房内设有硬钩桥式吊车或,5t,级以上的锻锤时，此时，布置要求,如图,11.13(b),所示,，当吊车吨位大或对厂房刚度有特殊要求时，可沿中间柱列适当增设纵向水平支撑，,如图,11.13(c),所示,。,当厂房已设有下弦横向水平支撑时，则纵向水平支撑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，,如图,11.13,（,a),、,(b),所示,。,3.,垂直支撑及水平系杆,垂直支撑一般是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。屋架垂直支撑根据屋架高度不同做成十字交叉形或,W,形天窗架，垂直支撑一般做成斜叉形。,垂直支撑的作用是保证屋架及天窗架在承受荷载后的平面外稳定；并传递纵向水平力，所以垂直支撑与横向水平支撑配合作用。,屋架的垂直支撑，宜按下列要求布置：,（,1,）,当屋架跨度大于,18m,小于,30m,时，垂直支撑应布置在厂房端部第二柱间和伸缩缝两边第二柱间，并在屋架跨中设置一道垂直支撑和水平系杆。,（,2,）,当屋架跨度大于,30m,时，应在屋架跨度的,1/3,左右节点处设置两道垂直支撑和水平系杆。,（,3,）,竖杆较高的折线形或梯形屋架之间，除按以上要求布置支撑外，在屋架的端部需增设垂直支撑和水平系杆。,（,4,）,当屋架设有轻型悬挂吊车时，悬挂吊车节点位置可设置斜撑式垂直支撑，,如图,11.14,所示,。,4.,天窗架支撑,天窗架支撑,包括,天窗上弦水平支撑,和,天窗架间垂直支撑,。,天窗架支撑的作用是增强整体刚度，保证其系统的空间稳定性，并把端壁上的水平风荷载传给屋架。,天窗架支撑一般均设置在天窗架的两端，,如图,11.15,所示,。,图,11.12,横向水平,支撑布置图,图,11.13,纵向水平支撑布置,图,11.14,斜撑式垂直支撑,图,11.15,天窗架上弦横向,柱间支撑一般采用交叉钢斜杆组成。交叉倾角,在,3555,之间，以,45,为宜，钢杆件的截面尺寸需经强度和稳定计算确定（,如图,11.16(a),所示,）。当柱间因交通、设备布置或柱距较大而不能采用交叉斜杆式支撑时，可以做成门架式支撑，,如图,11.16(b),所示,。,柱间支撑的作用是保证厂房的纵向刚度和稳定性，吊车纵向制动力,和山墙纵向风荷载及纵向地震力经屋盖系统传递到两纵向柱列上去。,11.3.3.2,柱间支撑,柱间支撑布置：,一般上柱柱间支撑设置在温度区段两侧与屋盖横向水平支撑相对应的柱间，以及温度区段中央或临近中央的柱间，下柱柱间支撑设置在温度区段中部与上柱柱间支撑相应的位置。,柱间支撑的布置原则：,凡属下列情况之一的一般厂房需设置柱间支撑。,（,1,）设有重级工作制吊车或中轻级工作制吊车起重量,10t,时；,（,2,）,厂房跨度,18m,或柱高,8m,时；,（,3,）,纵向柱的总数每排,7,根；,（,4,）,设有,3t,及,3t,以上悬挂吊车时；,（,5,）,露天吊车柱列。,图,11.16,柱间支撑,当用砖砌体作为厂房围护墙时，一般要设置圈梁、连续梁、过梁和基础梁。,圈梁的作用是,将墙体同厂房柱箍在一起，以加强厂房的整体刚度，防止由于地基不均匀沉降、较大振动荷载或地震对厂房引起的不利影响。圈梁设在墙内，并与柱用钢筋拉接。圈梁不承受墙体重量，故柱上不设置支承圈梁的牛腿。,圈梁的布置与墙体高度、厂房的刚度要求及地基情况有关。,11.3.4,圈梁、连续梁、过梁和基础梁的布置,圈梁应连续设置在墙体的同一水平面上，并尽可能沿整个建筑物形成封闭状。,如图,11.17,。,圈梁的截面宽度宜与墙厚相同。,连续梁的作用是,连系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度，并将风荷载传给纵向柱列。此外，连续梁还承受其上面墙体的重量。连梁通常是预制的，两端搁置在柱牛腿上，用螺栓或电焊与牛腿连接。,过梁的作用是,承托门窗洞口上部墙体的重量。,在一般厂房中，通常用基础梁来承受围护墙体的重量，,如图,11.18,。,图,11.17,圈梁的搭接长度,图,11.18,基础梁的搁置,11.4,单层厂房结构主要构件的选型,工业厂房结构构件标准图集,有三类：,经国家建委审定的全国通用标准图集，适用于全国各地；经某地区或某工业部门审定的通用图集，适用于该地区或该部门所属单位；经某设计单位审定的定型图集适用于该单位。这些图集一般包括设计和设计施工说明、构件选用表、结构布置图、连接大样图、模板图、配筋图、预埋件详图、钢筋及钢材用量表等几个部分，均属结构施工图范畴。,11.4.1,单层厂房标准或通用定型构件的选择方法,“,设计和施工说明,”包括构件适用范围，主要设计依据，主要计算方法，使用材料，施工、制作及安装要求等部分。选用构件时要特别注意与施工说明内容相吻合。,“构件选用表”是选用构件时的主要依据。,一般可根据两种方法选用：,（,1,）,根据荷载或对负荷的限制条件,（,2,）,根据允许的最大内力（弯矩和剪力）,（,1,）,无檩体系屋面构件,无檩体系采用大型屋面板，适用于大中型单层厂房。各种无檩体系屋盖的类型、特点、尺寸、允许均布荷载及适用条件,见表,11.1,。,（,2,）,屋面板,有檩体系屋面板类型、尺寸、特点及适用条件,见表,11.2,。,（,3,）,檩条,檩条与屋架上弦的连接一般采用焊接。钢筋混凝土檩条类型、跨度等,见表,11.3,。,11.4.2,屋面构件选型,表,11.1,屋面板类型表,表,11.2,有檩体系屋面板,表,11.3,钢筋混凝土檩条类型表,屋架或屋面梁直接承受屋面荷载；有些厂房的屋架（或屋面梁）还承受悬挂吊车、管道或其它工艺设备及天窗架等荷载，并和屋盖支撑系统一起，保证屋盖水平和垂直方向的刚度和稳定性。,目前常用的钢筋混凝土屋架的形式及其适用条件,见表,11.4,。,屋面梁和屋架一般为平卧制作，因此除按一般受弯构件计算外，还应进行施工阶段翻身扶直以及吊装（或运输）时的验算，验算时应将构件自重乘以,1.5,的动力系数。,11.4.3,屋架选型,表,11.4,钢筋混凝土屋架类型表,吊车梁是,有吊车厂房的重要承重构件，它直接承受吊车起重、运行、制动时产生的各种往复移动荷载。为此吊车梁除了要满足一般梁的强度、抗裂度、刚度等要求外，还要满足疲劳强度的要求。同时，吊车梁还传递厂房纵向荷载（如山墙上的风荷载）。,吊车梁的选用一般按吊车的起重能力、跨度和吊车工作制的不同，可采用不同形式。常用钢筋混凝土吊车梁,见表,11.5,。,11.4.4,吊车梁选型,表,11.5,常用钢筋混凝土吊车梁,柱主要承受屋盖和吊车梁等竖向荷载、风荷载及吊车产生的纵向和横向水平荷载，有时还承受墙体、管道设备等荷载。所以，柱应具有足够的抗压和抗弯能力。,目前柱子标准图集,CL335,给出了一些柱子的标准设计，但大多数情况还需要设计者自行设计。常用柱的类型,见图,11.19,。,常用柱距,6m,的柱截面尺寸,参见表,11.6,。,11.4.5,常用柱选型,图,11.19,柱的类型,(a),矩形柱；,(b),工字形柱；,(c),预制空腹板工字形柱；,(d),单肢管柱；,(e),双肢柱；,(f),平腹杆双肢柱；,(g,）斜腹杆双肢柱；,(h),双肢管柱,表,11.6,柱截面尺寸参考表（柱距,6m),基础支承厂房上部结构的全部重量，然后传递到地基中去，因此基础起着承上传下的作用。选择什么类型的基础，主要取决于上部结构荷载的大小和性质、工程地质条件等。一般情况下，可采用独立的杯形基础。,基础的类型、特点及适用条件,见表,11.7,。,11.4.6,基础选型,表,11.7,基础类型表,11.5,单层厂房排架内力计算,单层厂房结构实际上是一空间结构体系，为了计算方便，一般分别按纵、横两个方向作为平面排架来分析，即假定各个横向平面排架（或纵向平面排架）均单独工作。,计算单元：,单层厂房是一个复杂的空间结构，实际计算时，可根据厂房的构造和荷载特点进行简化并确定计算简图，,如图,11.20,所示,。由相邻柱距的中部截取一个典型区段，称为,计算单元,，,如图,11.20,所示,。,11.5.1,计算假定和计算简图,为简化计算，根据构造特点，对确定排架的计算简图时，,有以下计算假定,:,（,1,）,屋架或屋面大梁与柱顶连接处，仅用预埋钢板焊牢，它抵抗转动的能力很小，计算中只考虑传递垂直力和水平剪力，按铰接结点考虑。,（,2,）,排架柱与基础的连接做法是：预制柱插入基础杯口一定深度，柱和基础间用高强度等级细石混凝土浇筑密实。因此排架柱与基础连接处按固定端位于基础顶面。,（,3,）,铰接排架的横梁（屋架）的刚度很大，受力后的轴向变形可忽略不计。排架受力后横梁两端两个柱子的柱顶水平位移相等。,（,4,）,排架柱的高度由固定端算至柱顶铰接处，排架柱的轴线为柱的几何中心线。当柱为变截面时，排架柱的轴线为一折线，,如图,11.20(a),、,(b),所示,。,（,5,）,排架的跨度以厂房的纵向定位轴线为准，计算简图,如图,11.20(c),所示,。只需在变截面处增加一个力偶,M,M,等于上柱传下的竖向力乘以上下柱几何中心线间距离,e,。,图,11.20,排架计算简图,（,1,）,屋面恒荷载,屋面恒荷载标准值用,G,1k,表示，设计值用,G,1,表示，它包括各种构造层屋面板、天沟板、屋架、天窗、天窗架、屋架支撑、托架等自重。一般来说，,G,1,对上柱截面的几何中心有一个偏心距,e,1,，,G,1,对下柱截面的几何中心又增加了附加偏心距,e,2,，,如图,11.22,所示,。,11.5.2,排架荷载计算,10.5.2.1,恒荷载,作用在排架上的荷载分为恒荷载和活荷载两类，,如图,11.21,所示,。,（,2,）,上柱自重,上柱自重标准值用,G,2k,表示，设计值用,G,2,表示，它沿上柱中心线作用。,（,3,）,吊车梁及轨道等零件自重标准值用,G,3k,表示，设计值用,G,3,表示，它沿吊车梁中心线作用于牛腿顶面，一般吊车梁中心线到柱外边缘（边柱）或柱中心线（中柱）的距离为,750mm,。,（,4,）,下柱自重,下柱自重标准值用,G,4k,表示，设计值用,G,4,表示，它沿下柱中心线作用。,（,5,）,支承在柱牛腿上的围护结构等自重,支承在柱牛腿上的围护结构等自重标准值用,G,5k,表示，设计值用,G,5,表示，它沿承重梁中心线作用在柱牛腿顶面。,（,6,）,墙体荷载,当墙直接砌筑在基础梁上或大型墙板直接搁置在基础上时，它们对排架柱无竖向作用力，它们对排架的作用是传递墙面上的水平风荷载给排架柱。,图,11.21,排架上的荷载,图,11.22,排架在屋面恒荷载作用下的计算简图和柱的内力图,屋面活荷载标准值用,Q,1k,表示，设计值用,Q,1,表示，作用点和计算简图与屋盖恒荷载相同。,屋面活荷载,包括,屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载,三种。均按屋面的水平投影面积计算。,（,1,）,屋面均布活荷载,屋面均布活荷载按,荷载规范,采用。当施工荷载较大时，则按实际情况采用。,11.5.2.2,屋面活荷载,（,2,）,雪荷载,雪荷载,是积雪重量，为积雪深度和平均积雪密度的乘积。屋面雪荷载标准值,S,k,计算式为：,S,k,=,r,S,0,（,3,）,积灰荷载,对生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑物应考虑积灰荷载，可由,荷载规范,查得。,吊车按生产工艺要求和吊车本身构造特点有多种不同的型号和规格。,桥式吊车为厂房中常用的一种吊车形式，桥式吊车由大车（桥架）和小车组成，,如图,11.23,所示,。,吊车对排架的作用,有竖向荷载、横向水平荷载和纵向水平荷载，现分别叙述如下：,（,1,）,吊车竖向荷载,吊车竖向荷载,是一种通过轮压传给排架柱的移动荷载，由吊车额定起重量、大车自重、小车自重三部分组成。,如图,11.23,所示,。,11.5.2.3,吊车荷载,对于四轮吊车的最小轮压标准值,P,min,k,可按下式计算：,P,min,k,=1/2(Q,bk,+Q,lk,+Q,ck,)-P,max,k,每榀排架上作用的吊车竖向荷载指的是几台吊车组合后通过吊车梁传给柱的可能的最大反力。,由于吊车荷载是移动荷载，每榀排架上作用的吊车竖向荷载组合值需用影响线原理求出。作用在排架上的吊车竖向荷载的组合值与吊车的台数及吊车沿厂房纵向运行所处位置有关。,当两台吊车挨紧并行，且其中一台起重量较大的吊车轮子正好运行至计算排架上，而两台吊车的其余轮子分布在相邻两柱距之间时，吊车竖向荷载组合值可达最大，其标准值,D,max,k,、,D,min,k,按下列公式计算：,D,max,k,=y,i,P,imax,k,=,(y,1,+y,1,)P,1max,k,+(y,2,+y,2,)P,2max,k,D,min,k,=y,i,P,imin,k,=,(y,1,+y,1,)P,1min,k,+(y,2,+y,2,)P,2min,k,由于多台吊车共同作用时，各台吊车荷载不能同时达到最大值，因此应将各吊车荷载的最大值进行折减。当两台吊车完全相同时，可按下式计算：,吊车竖向荷载,D,max,k,和,D,min,k,沿吊车梁的中心线作用在牛腿顶面。它们是相对于下柱截面具有偏心距,e,4,的偏心压力。,D,max,k,和,D,min,k,应换算成作用于下柱顶面的轴力和力矩，,如图,11.25(a),所示,。,（,2,）,吊车横向水平荷载,T,吊车横向水平荷载,是指载有重物的小车在左右行驶中突然刹车时，由于吊车,Q,bk,和小车,Q,lk,的惯性力而在厂房排架柱上所产生的横向水平制动力。,横向制动力应等分作用在排架的两侧柱子上，它的方向有左右两种可能性，,如图,11.25(b),所示,。,吊车横向水平制动力本应按两侧柱子的刚度大小分配，但为简化计算，,荷载规范,允许近似地平均分配给两侧排架柱，,如图,11.26,所示,。,对于各类四轮桥式吊车，当其小车满载运行中突然刹车时，在大车每一轮子上所产生的横向水平制动力的标准值为：,T,k,=1/4(Q,ck,+Q,lk,),每个大车轮传给吊车轨道的横向水平制动力,T,确定后，即可按计算吊车竖向荷载,D,max,k,和,D,min,k,的方法计算,T,max,k,：,（,3,）,吊车纵向水平荷载,T,0,吊车纵向水平荷载,T,0,是指吊车沿厂房纵向运行中突然刹车时，由吊车自重和吊重物的惯性力在厂房纵向排架柱上所产生的水平制动力，它是通过每侧的制动轮传至两侧吊车轨道，然后再由吊车梁传给纵向柱列或柱间支撑，,如图,11.27,所示,。,每台吊车纵向水平制动力的标准值为：,T,0,k,=n/10P,max,k,【例,11.1】,有单跨单层厂房，跨度为,24m,，柱距为,6m,，设计时考虑两台,As,级工作制,20/5t,桥式软钩吊车，求作用于排架柱上的,D,max,k,、,D,min,k,、,T,max,k,。,【,解,】,（,1,）,查,ZQ162,得：,吊车桥距,l,K,=22.5m,时，,吊车最大宽度,B=5600mm,；,大车轮距,K=4400mm,；,小车重,Q,lk,=77.2kN;,吊车最大轮压,P,max,k,=202kN,；,吊车最小轮压,P,min,k,=60kN,。,（,2,）,确定吊车的最不利位置及柱支座反力影响线，,如图,11.28,所示,。,（,3,）,计算,D,max,k,、,D,min,k,、,T,max,k,查表得折减系数,=0.9,。,D,max,k,=387.23kN,D,min,k,=115.02kN,T,k,=6.93kN,T,max,k,=13.28kN,图,11.23,桥式吊车荷载,图,11.25,吊车荷载,图,11.26,吊车横向水平制动力,图,11.27,吊车纵向水平荷载,图,11.28,吊车梁反力影响线,垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算：,w,k,=,z,s,z,w,0,排架计算时作用在不同位置处风荷载的计算原则：,（,1,）,作用在排架柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，迎风面为,q,1,，背风面为,q,2,，其风压高度变化系数可按柱顶标高取值。,11.5.2.4,风荷载,（,2,）,作用于柱顶以上屋盖部分的风荷载仍取为均布荷载，但对排架的作用则按作用在柱顶的集中风荷载,W,考虑，其风压高度变化系数取值如下：有矩形天窗时，按天窗檐口取值；无矩形天窗时，按厂房檐口标高取值。,（,3,）,作用在排架上的风荷载,如图,11.30,所示,，其设计值分别按下式计算：,q,1,=,Q,w,k1,B=,Q,s1,z,w,0,B,(kN/m),q,2,=,Q,w,k2,B=,Q,s2,z,w,0,B,(kN/m),【,例,11.2】,如图,11.31,所示,。柱距为,6m,的单跨单层厂房，建于天津市郊区，求作用于排架上的风荷载设计值。,【,解,】,从,荷载规范,中查得天津市基本风压为,w0=0.4kN/m,2,；风荷载体型系数,s,值,如图,11.31(b),所示,。计算单元宽度,B=6m,。,（,1,）,柱顶以下风荷载按均布荷载计算，风压高度变化系数,z,按柱顶标高计算，由,荷载规范,查得,15m,高度处,z,=0.84;10m,高处,z,=0.71,；故,12m,高度处：,z,=0.76,q,1,=,Q,s1,z,w,0,B=2.04,kN/m(),q,2,=,Q,s2,z,w,0,B=1.28,kN/m(),（,2,）,计算作用于柱顶的集中风荷载,w,风压高度变化系数,z,按天窗檐口处标高（,+17.920,）计算。由,荷载规范,查得,20m,高度处，,z,=0.94,，故,17.92m,高度处：,z,=0.90,W=20.34kN,（）,作用于排架风荷载,如图,11.32,所示,。,图,11.30,横向排架上的风荷载,图,11.31,(a),厂房剖面图；,(b),计算简图及,s,值,图,11.32,作用于排架风荷载,等高排架,就是指在排架计算简图中，各柱柱顶标高相同或柱顶标高虽不同，但柱顶有倾斜横梁贯通连接的排架，,如图,11.33,所示,。,11.5.3,排架的内力计算,10.5.3.1,等高排架内力分析,排架内力分析,就是确定排架柱在各种荷载单独作用下各个控制截面上的内力，并绘制各排架柱的弯矩,M,图、轴力,N,图及剪力,V,图。,（,1,）,当排架柱顶作用水平集中荷载,W,时，,如图,11.34,所示,。,由于横梁为刚性连杆，所以各柱柱顶水平位移相等。即：,A,=,B,=,C,=,如沿横梁与柱的连接部位将各柱柱顶切开，因柱顶是铰无弯矩，在各柱的切口上代替一对相应剪力,V,A,、,V,B,、,V,C,，并取横梁为脱离体，则由平衡条件,X=0,得：,W=V,A,+V,B,+V,C,设各柱柱顶在单位水平集中力作用下柱顶位移为,A,、,B,和,C,。则在柱顶剪力,V,A,、,V,B,、,V,C,作用下，各柱柱顶水平位移为：,A,=V,A,A,B,=V,B,B,C,=V,C,C,即：,V,A,=,A,/,A,=/,A,V,B,=,B,/,B,=/,B,V,C,=,C,/,C,=/,C,由公式（,11.16),得：,/,A,+/,B,+/,C,=W,则各柱柱顶剪力为：,V,A,=/,A,=,A,W,V,B,=/,B,=,B,W,V,C,=/,C,=,C,W,即,V,i,=,i,W,（,2,）,当任意荷载作用时,在任意荷载作用下，排架柱的计算分为两个步骤：,第一步：,先在排架柱顶附加一个不动铰支座以阻止水平侧移，,如图,11.35,所示,，求出支座反力,R,（可利用附表算出）。,第二步：,撤除附加不动铰支座，并将,R,以反方向作用于排架柱顶，,如图,11.35,（,c,）所示,，以恢复到原来结构体系。,【,例,11.3】,一单层单跨厂房排架,如图,11.36,所示,。,A,柱与,B,柱相同。,I,上,A,=I,上,B,=2.1310,9,mm,4,，,I,下,A,=I,下,B,=5.87610,9,mm4,，上柱高,H,1,=3.30m,，全柱高,H,2,=10.80m,，排架上作用有吊车最大横向水平荷载,T,max,=8.9kN,，作用点距柱顶高度,y=2.4m,，求排架柱的内力，并绘制内力图。,【,解,】,（,1,）,计算几何参数,n=I,上,/I,下,=0.362,=H1/H2=0.306,（,2,）,求柱顶剪力,求支座反力,T,max,作用点至柱顶高度,y=2.4m,，,y/H,1,=0.728,，即,y=0.728H,1,，计算简图,如图,11.37,所示,。,查附表,17e(y=0.7H,1,),得,C,5,=0.66,。,查附表,17f(y=0.8H,1,),得,C,5,=0.615,。,用插入法得，当,y=0.728H1,时：,C,5,=0.647,R,a,=T,max,C,5,-5.76kN(),R,b,=0,R,a,+R,b,=5.76kN(),将（,R,a,+R,b,),反向作用于柱顶并进行分配,确定剪力分配系数：,A,=,B,=0.5,A,(R,a,+R,b,)=2.88kN(),求柱顶剪力,将图,11.37(b),、（,c),图中各柱顶所产生的剪力叠加得：,V,a,=5.76-2.88=2.88kN(),V,b,=-2.88kN(),(3),画内力图,如图,11.38,所示。,【,例,11.4】,一等高排架,如图,11.39(a),所示,，已知,W=5.66kN,，,q,1,=1.68kN/m,q=1.05kN/m,，,A,柱与,C,柱相同，,I,上,A,=I,上,C,=2.1310,5,cm,4,I,下,A,=I,下,C,=9.2310,5,cm,4,I,上,B,=4.17 10,5,cm,4,I,下,B,=9.2310,5,cm,4,。求柱的内力并绘制弯矩图。,【,解,】,(1),计算剪力分配系数,=H,1,/H,2,=0.254,A,、,C,柱,n=I,上,/I,下,=0.231,B,柱,n=I,1,/I,2,=0.452,查附表,17a,得：,A,、,C,柱,C,0,=2.85,A,=,C,=6941/Ecm,B,柱,C,0,=2.94,B,=6721/Ecm,剪力分配系数：,A,=,C,=0.33,B,=0.34,(2),计算各柱顶剪力,由,q,1,的作用求,A,柱铰支座反力,R,A,。查附表,17h,得,C,11,=0.361,。,R,A,=q,1,H,2,C,11,=7.41kN(),在,q,2,的作用下得：,R,C,=q,2,H,2,C,11,=4.63kN,R=R,A,+R,C,=12.04kN(),拆除不动铰支座，将,W+R=5.66+12.04=17.7kN,反向作用于柱顶并分配，如图,11.39(b),、,(c),所示。,V,A,=,A,(W+R)-R,A,=-1.57kN(),V,B,=,B,(W+R)=6kN(),V,C,=,C,(W+R)-R,C,=1.2kN(),（,3,）,绘制弯矩图,（,如图,11.40,所示,）。,图,11.33,等高排架内力分析,图,11.34,柱顶作用有集中荷载的等高排架,图,11.35,作用任意荷载的等高排架,图,11.36,图,11.37,吊车横向荷载作用计算简图及柱顶剪力计算,图,11.38,吊车横向荷载作用内力图,图,11.39,风荷载作用下计算简图及柱顶剪力计算,图,11.40,风荷载作用下的弯矩图,不等高排架,见图,11.41,所示,，在水平风荷载作用下，排架中各柱水平侧移,D,=,E,F,=,G,，而,E,G,，所以内力计算时不能采用剪力分配法，多采用力学方法或借助于图表进行内力分析。,以排架横梁内力作为基本未知量,x,1,和,x,2,，并取图示基本结构。此时，排架各柱在所有外荷载,q,1,、,q,2,、,q,3,和多余未知力,x,1,、,x,2,的共同作用下，可列出力学方法典型方程：,11.5.3.2,不等高排架内力分析,D,=,E,F,=,G,即：,-(,D,+,E,)x,1,+,EF,x,2,+,DEq,=0,EF,x,1,-(,E,+,F,)x,2,+,EGq,=0,联立上述两个方程，求解得到各横梁内力,x,1,和,x,2,后，即可按静定悬臂柱求得排架各柱内力。,图,11.41,不等高排架的内力分析,控制截面,就是对柱子配筋量起控制作用的某些截面。,一般取上柱柱底截面,为上柱的控制截面；对下柱，在吊车竖向荷载作用下，牛腿顶面处的弯矩最大，在风荷载和吊车横向水平荷载作用下，柱底截面的弯矩最大，因此通常取牛腿顶面,