单层厂房排架结构.docx

单元17 单层厂房排架结构【学习目标】 1、能辨识单层厂房结构形式、结构组成； 2、能进行简单的结构布置； 3、会计算排架结构相关构件（如牛腿、基础等）的配筋。 【知识点】 单层工业厂房的特点及结构形式、排架结构的组成及传力途径、结构布置、厂房柱、柱下独立基础等。 【工作任务】 任 务 单层厂房柱牛腿的设计 【教学设计】 本单元设计一个项目-单层厂房柱牛腿设计。围绕这个项目，教学从参观工程实例结合图片展示，从简单到复杂，逐步深入，分三步进行，让学生确定牛腿尺寸、配筋计算及构造要求、绘制施工图。 17.1 单层厂房的特点及结构形式 在工业建筑中，单层厂房是最普遍采用的一种结构形式，主要用于冶金、机械、化工、纺织等工业厂房。这类厂房一般设有较重的机械和设备，产品较重且轮廓尺寸较大，大型设备可以直接安装在地面上，便于产品的加工和运输。单层厂房便于定型设计、构配件的标准化、通用化、生产工业化、施工机械化。 17.1.1 单层厂房的特点 单层厂房，生产工艺流程较多，车间内部运输频繁，地面上放置较重的机械设备和产品。所以单层厂房不仅要满足生产工艺的要求，还要满足布置起重运输设备、生产设备及劳动保护要求。因此其特点一般跨度大、高度高，结构构件承受的荷载大，构件尺寸大，耗材多，同时设计时还要考虑动荷载作用。17.1.2 单层厂房的结构型式 单层厂房按承重结构的材料大致可分为：混合结构、混凝土结构和钢结构。 一般来说，无吊车或吊车起重量50kN、跨度15m、柱顶标高8m，无特殊工艺要求的小型厂房，可采用混合结构(砖柱、钢筋混凝土屋架或木屋架或轻钢屋架)；当吊车起重量2500kN、跨度36m的大型厂房或有特殊工艺要求的厂房(如设有100kN以上锻锤的车间以及高温车间的特殊部位等)，一般采用钢屋架、钢筋混凝土柱或全钢结构；其他大部分厂房均可采用混凝土结构，一般应优先采用装配式和预应力混凝土结构。钢筋混凝土单层工业厂房主要有两种结构类型：排架结构和刚架结构，如图171所示。 图17-1 钢筋混凝土单层工业厂房的两种基本类型排架结构 是由屋架(或屋面梁)、柱、基础等构件组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。根据生产工艺和使用要求的不同，排架结构可做成等高、不等高等多种形式（如图17-2所示）；根据结构的材料的不同，排架可分为：钢钢筋混凝土排架、钢筋混凝土排架和钢筋混凝土一砖排架。此类结构能承受较大的荷载作用，在冶金和机械工业厂房中广泛应用，其跨度可达30m，高度可达2030m，吊车吨位可达150t或150t以上。 a 等高两跨厂房 b 不等高三跨厂房 c 锯齿形柔性排架 d 常用单跨厂房 图17-2 单跨与多跨排架 刚架结构的主要特点 是梁与柱刚接，柱与基础通常为铰接。因梁、柱整体结合，故受荷载后，在刚架的转折处将产生较大的弯矩，容易开裂；另外，柱顶在横梁推力的作用下，将产生相对位移，使厂房的跨度发生变化，故此类结构的刚度较差，仅适用于屋盖较轻的厂房或吊车吨位不超过lOt,跨度不超过lOm的轻型厂房或仓库等。本单元主要讲述钢筋混凝土铰结排架结构的单层厂房，这类厂房的结构构件组成如图17-3所示。 图17-3 单层厂房结构组成 1-屋面板；2-天沟板；3-天窗架；4-屋架；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-屋架下弦横向水平支撑；14-屋架端部垂直支撑；15-柱间支撑 【工学结合】参观我院室内运动馆、大学生活动中心等建筑物，分析它们的结构组成。17.2 排架结构的组成及传力途径 17.2.1 结构组成 单层厂房由如图17-3所示的屋面板、屋架、吊车梁、连系梁、柱、基础等构件组成。 1屋盖结构 屋盖结构分无檩和有檩两种体系，前者由大型屋面板、屋面梁或屋架(包括屋盖支撑)组成；后者由小型屋面板、檩条、屋架(包括屋盖支撑)组成。屋盖结构有时还有天窗架、托架，其作用主要是维护和承重(承受屋盖结构的自重、屋面活载、雪载和其他荷载，并将这些荷载传给排架柱)，以及采光和通风等。2横向平面排架 横向平面排架由横梁(屋面梁或屋架)和横向柱列(包括基础)组成，它是厂房的基本承重结构。厂房结构承受的竖向荷载(结构自重、屋面活载、雪载和吊车竖向荷载等)及横向水平荷载(风载和吊车横向制动力、地震作用)主要通过它将荷载传至基础和地基，如图17-4所示。图17-4 单层厂房的横向排架及受荷示意图 3纵向平面排架 由纵向柱列(包括基础)、连系梁、吊车梁和柱间支撑等组成，其作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，并承受作用在山墙和天窗端壁并通过屋盖结构传来的纵向风载、吊车纵向水平荷载(如图17-5所示)、纵向地震作用以及温度应力等。图17-5 纵向排架示意图 4吊车梁 简支在柱牛腿上，主要承受吊车竖向和横向或纵向水平荷载，并将它们分别传至横向或纵向排架。5支撑 包括屋盖和柱间支撑，其作用是加强厂房结构的空间刚度，并保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全，同时起传递风载和吊车水平荷载或地震力的作用。6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 包括纵墙和横墙(山墙)及由墙梁、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以及作用在墙面上的风荷载。17.2.2 荷载及传荷路线 作用在厂房上的荷载有可变荷载和永久荷载两大类。可变荷载又称活载，包括吊车竖向荷载，纵、横向水平制动力，屋面活荷载，风荷载等。 永久荷载又称恒载，包括各种结构构件(如屋面板、屋架等)的自重及各种制造层的重量等。横向排架和纵向排架的传力途径如图17-6所示：图17-6 单层厂房主要荷载的传递路线 17.2.3 排架结构的设计内容 排架结构中主要的承重构件是屋面板、屋架、吊车梁、柱和基础。其中柱和基础，一般需要通过计算确定。屋面板、屋架、吊车梁以及其他大部分组成构件均有标准图或通用图，可供设计时选用。因此，排架设计的主要内容是：1. 选用合适的标准构件； 2. 进行各组成构件的结构布置； 3. 分析排架的内力； 4. 为柱、牛腿及柱下基础配筋； 5. 绘结构构件布置图以及柱和基础的施工图。 17.3 结构布置 结构布置包括屋盖结构（屋面板、天沟板、屋架、天窗架及其支撑等）布置；吊车梁、柱（包括抗风柱）及柱间支撑等布置；圈梁、连系梁及过梁布置；基础和基础梁布置。 屋面板、屋架及其支撑、基础梁等构件，一般按所选用的标准图的编号和相关的规定进行布置。柱和基础则根据实际情况自行编号布置。下面就结构布置中几个主要问题进行说明。 17.3.1 柱网及变形缝的布置 1柱网布置 厂房承重柱(或承重墙)的纵向和横向定位轴线，在平面上排列所形成的网格，称为柱网。柱网布置就是确定纵向定位轴线之间(跨度)和横向定位轴线之间(柱距)的尺寸。确定柱网尺寸，既是确定柱的位置，同时也是确定屋面板、屋架和吊车梁等构件的跨度并涉及到厂房结构构件的布置。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，对生产使用也有密切关系。柱网布置的一般原则应为：图17-7 柱网布置示意图 符合生产工艺要求；建筑平面和结构方案经济合理；在厂房结构形式和施工方法上具有先进性和合理性；符合厂房建筑统一化基本规则的有关规定；适应生产发展和技术革新的要求。 厂房跨度在18m及以下时，应采用3m的倍数；在18m以上时，应采用6m的倍数。厂房柱距应采用6m或6m的倍数（如图17-7所示）。当工艺布置和技术经济有明显的优越性时，亦可采用21m、27m、33m的跨度和9m或其他柱距。 目前，从经济指标、材料消耗、施工条件等方面来衡量，一般的，特别是高度较低的厂房，采用6m柱距比12m柱距优越。 但从现代化工业发展趋势来看，扩大柱距，对增加车间有效面积，提高设备布置和工艺布置的灵活性，机械化施工中减少结构构件的数量和加快施工进度等，都是有利的。当然，由于构件尺寸增大，也给制作、运输和吊装带来不便。12m柱距是6m柱距的扩大模数，在大小车间相结合时，两者可配合使用。此外，12m柱距可以利用现有设备做成6m屋面板系统(有托架梁)；当条件具备时又可直接采用12m屋面板(无托架梁)。所以，在选择12m柱距和9m柱距时，应优先采用前者。2变形缝 变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。a 双柱式(横向伸缩缝) b 滚轴式(纵向伸缩缝)图17-8 单层厂房伸缩缝的构造 如果厂房长度和宽度过大，当气温变化时，将使结构内部产生很大的温度应力，严重的可将墙面、屋面等拉裂，影响使用。为减小厂房结构中的温度应力，可设置伸缩缝，将厂房结构分成几个温度区段。伸缩缝应从基础顶面开始，将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，使上部结构在气温变化时，水平方向可以自由地发生变形（如图17-8所示）。温度区段的形状，应力求简单，并应使伸缩缝的数量最少。温度区段的长度(伸缩缝之间的距离)，取决于结构类型和温度变化情况。混凝土结构设计规范对钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距作了规定，当厂房的伸缩缝间距超过规定值时，应验算温度应力。 在一般单层厂房中可不做沉降缝，只有在特殊情况下才考虑设置，如厂房相邻两部分高度相差很大(如10m以上)、两跨间吊车起重量相差悬殊，地基承载力或下卧层土质有较大差别，或厂房各部分的施工时间先后相差很长，土壤压缩程度不同等情况。沉降缝应将建筑物从屋顶到基础全部分开，以使在缝两边发生不同沉降时不致损坏整个建筑物。沉降缝可兼作伸缩缝。 防震缝是为了减轻厂房地震灾害而采取的有效措施之一。当厂房平、立面布置复杂或结构高度或刚度相差很大，以及在厂房侧边建生活间、变电所、炉子间等附属建筑时，应设置防震缝将相邻部分分开。地震区的厂房，其伸缩缝和沉降缝均应符合防震缝的宽度要求。17.3.2 支撑的作用和布置原则 在装配式钢筋混凝土单层厂房结构中，支撑虽非主要的构件，但却是连系主要结构构件以构成整体的重要组成成分。实践证明，如果支撑布置不当，不仅会影响厂房的正常使用，甚至可能引起工程事故，所以应予以足够的重视。 下面主要讲述各类支撑的作用和布置原则，至于具体布置方法及与其他构件的连接构造，可参阅有关标准图集。 1屋盖支撑 屋盖支撑包括设置在屋面梁(屋架)间的垂直支撑、水平系杆以及设置在上、下弦平面内的横向支撑和通常设置在下弦水平面内的纵向水平支撑。 (1)屋面梁(屋架)间的垂直支撑及水平系杆。 垂直支撑和下弦水平系杆是用以保证屋架的整体稳定(抗倾覆)以及防止在吊车工作时(或有其他振动荷载)屋架下弦的侧向颤动。上弦水平系杆则用以保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定(防止局部失稳)。 当屋面梁(或屋架)的跨度18m时，应在第一或第二柱间设置端部垂直支撑并在下弦设置通长水平系杆；当18m，且无天窗时，可不设垂直支撑和水平系杆；仅对梁支座进行抗倾覆验算即可。当为梯形屋架时，除按上述要求处理外，必须在伸缩缝区段两端第一或第二柱间内，在屋架支座处设置端部垂直支撑。(2)屋面梁(屋架)间的横向支撑。 上弦横向支撑的作用是：构成刚性框，增强屋盖整体刚度，保证屋架上弦或屋面梁上翼缘的侧向稳定，同时将抗风柱传来的风力传递到(纵向)排架柱顶。 当屋面采用大型屋面板，并与屋面梁或屋架有三点焊接，并且屋面板纵肋间的空隙用C20细石混凝土灌实，能保证屋盖平面的稳定并能传递山墙风力时，则认为可起上弦横向支撑的作用，这时不必再设置上弦横向支撑。凡屋面为有檩体系，或山墙风力传至屋架上弦而大型屋面板的连接又不符合上述要求时，则应在屋架上弦平面的伸缩缝区段内两端各设一道上弦横向支撑，当天窗通过伸缩缝时，应在伸缩缝处天窗缺口下设置上弦横向支撑。 下弦横向水平支撑的作用是：保证将屋架下弦受到的水平力传至(纵向)排架柱顶。故当屋架下弦设有悬挂吊车或受有其他水平力，或抗风柱与屋架下弦连接，抗风柱风力传至下弦时，则应设置下弦横向水平支撑。(3)屋面梁(屋架)间的纵向水平支撑。 下弦纵向水平支撑是为了提高厂房刚度，保证横向水平力的纵向分布，增强排架的空间工作性能而设置的。设计时应根据厂房跨度、跨数和高度，屋盖承重结构方案，吊车吨位及工作制等因素考虑在下弦平面端节点中设置。如厂房还设有横向支撑时，则纵向支撑应尽可能同横向支撑形成封闭支撑体系(如图17-9a所示)；当设有托架时，必须设置纵向水平支撑（如图17-9b所示)；如果只在部分柱间设有托架，则必须在设有托架的柱间和两端相邻的一个柱间设置纵向水平支撑（如图17-9c所示)，以承受屋架传来的横向风力。a 下部纵横向支撑形成封闭支撑体系 b 设有托架的纵向水平支撑 c 部分柱间设有托架 图17-9 各类支撑平面图 1-下弦横向水平支撑；2-下弦纵向水平支撑；3-托梁 2柱间支撑 柱间支撑的作用主要是提高厂房的纵向刚度和稳定性。对于有吊车的厂房，柱间支撑分上部和下部两种，前者位于吊车梁上部，用以承受作用在山墙上的风力并保证厂房上部的纵向刚度；后者位于吊车梁下部，承受上部支撑传来的力和吊车梁传来的吊车纵向制动力，并把它们传至基础，如图17-5所示。 一般单层厂房，凡属下列情况之一者，应设置柱间支撑： (1)设有臂式吊车或3t及大于3t的悬挂式吊车时。 (2)吊车工作级别为A6A8或吊车工作级别为A1A5且在10t或大于10t时； (3)厂房跨度在18m及大于18m或柱高在8m以上时； (4)纵向柱的总数在7根以下时； (5)露天吊车栈桥的柱列。 当柱间内设有强度和稳定性足够的墙体，且其与柱连接紧密能起整体作用，同时吊车起重量较小(50时，可不设柱间支撑。柱间支撑应设在伸缩缝区段的中央或临近中央的柱问。这样有利于在温度变化或混凝土收缩时，厂房可自由变形，而不致发生较大的温度或收缩应力。 当柱顶纵向水平力没有简捷途径传递时，则必须设置一道通长的纵向受压水平系杆(如连系梁)。柱间支撑杆件应与吊车梁分离，以免受吊车梁竖向变形的影响。 柱间支撑宜用交叉形式，交叉倾角通常在350550之间（如图17-10a所示）。当柱间因交通、设备布置或柱距较大而不宜或不能采用交叉式支撑时，可采用图17-10b所示的门架式支撑。柱间支撑一般采用钢结构，杆件截面尺寸应经强度和稳定性验算。 17.3.3 抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的作用及布置原则 1抗风柱 a 交叉支撑 b 门架支撑 图17-10 柱间支撑的形式 单层厂房的端墙(山墙)，受风面积较大，一般需要设置抗风柱将山墙分成几个区格，使墙 面受到的风载一部分(靠近纵向柱列的区格)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至纵向柱列。 当厂房高度和跨度均不大(如柱顶在8m以下，跨度为912m)时，可在山墙设置砖壁柱作为抗风柱；当高度和跨度较大时，一般都设置钢筋混凝土抗风柱，柱外侧再贴砌山墙。在很高的厂房中，为不使抗风柱的截面尺寸过大，可加设水平抗风梁或钢抗风桁架（如图17-11a所示)，作为抗风柱的中间铰支点。 抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦铰接，根据具体情况，也可与下弦铰接或同时与上、下弦铰接。抗风柱与屋架连接必须满足两个要求：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载；二是在竖向允许两者之间有一定相对位移的可靠性，以防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（如图17-11b所示)；如厂房沉降较大时，则宜采用螺栓连接（如图17-11c所示)。 图17-11 抗风柱及连接示意图 1-锚拉钢筋；2-抗风柱；3-吊车梁；4-抗风梁； 5-散水坡；6-基础梁；7-屋面纵筋或檩条；8-弹簧板；9-屋架上弦； 10-柱中预埋件；11-螺栓；12-加劲板；13-长圆孔；14-硬木块 2圈梁、连系梁、过梁和基础梁 当用砖作为厂房围护墙时，一般要设置圈梁、连系梁、过梁及基础梁。 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，防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载引起对厂房的不利影响。圈梁设置于墙体内，和柱连接仅起拉结作用。圈梁不承受墙体重量，所以柱上不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有关。 对于一般单层厂房，可参照下述原则布置：对无桥式吊车的厂房，当墙厚240mm，檐高为58m时，应在檐口附近布置一道，当檐高大于8m时，宜增设一道；对有桥式吊车或有极大振动设备的厂房，除在檐口或窗顶布置外，尚宜在吊车梁处或墙中适当位置增设一道，当外墙高度大于15m时，还应适当增设。 圈梁应连续设置在墙体的同一平面上，并尽可能沿整个建筑物形成封闭状。当圈梁被门窗洞口切断时，应在洞口上部墙体中设置一道附加圈梁(过梁)，其截面尺寸不应小于被切断的圈梁。两者搭接长度应满足规范要求要求。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载到纵向柱列。此外，连系梁还承受其上部墙体的重量。连系梁通常是预制的，两端搁置在柱牛腿上，其连接可采用螺栓连接或焊接连接。过梁的作用是承托门窗洞口上部墙体重量。 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，使一个构件在一般厂房中，能起到两种或三种构件的作用。通常用基础梁来承托围护墙体的重量，而不另做墙基础。基础梁底部距土壤表面应预留lOOmm的空隙，使梁可随柱基础一起沉降。当基础梁下有冻胀性土时，应在梁下铺设一层干砂、碎砖或矿渣等松散材料，并预留50150mm的空隙，这可防止土壤冻结膨胀时将梁顶裂。基础梁与柱一般不要求连接，将基础梁直接放置在柱基础杯口上或当基础埋置较深时，放置在基础上面的混凝土垫块上，如图17-12所示。施工时，基础梁支承处应座浆。图17-12 基础梁的位置(单位：mm) 当厂房不高、地基比较好、柱基础又埋得较浅时，也可不设基础梁而做砖石或混凝土墙基础。 连系梁、过梁和基础梁的选用，均可查国标、省标或地区标准图集。 17.4 单层厂房柱 17.4.1 柱的形式 单层厂房柱的形式很多，常用的见图17-13所示，分为下列几种： 矩形截面柱： 如图17-l3a所示，其外形简单，施工方便，但自重大，经济指标差，主要用于截面高度h700mm的偏压柱。形柱： 如图17-l3b所示，能较合理地利用材料，在单层厂房中应用较多，已有全国通用图集可供设计者选用。但当截面高度h1600mm后，自重较大，吊装较困难，故使用范围受到一定限制。图17-1 柱的形式a 矩形截面柱；b I形柱；c 平腹杆双肢柱；d 斜腹杆双肢柱；e 管柱 双肢柱： 如图17-13c、d所示，可分为平腹杆与斜腹杆两种。前者构造简单，制造方便，在一般情况下受力合理，且腹部整齐的矩形孔洞便于布置工艺管道，故应用较广泛。当承受较大水平荷载时，宜采用具有桁架受力特点的斜腹杆双肢柱。双肢柱与形柱相比，自重较轻，但整体刚度较差，构造复杂，用钢量稍多。管柱： 如图17-l3e所示，可分为圆管和方管(外方内圆)混凝土柱，以及钢管混凝土柱三种。前两种采用离心法生产，质量好，自重轻，但受高速离心制管机的限制，且节点构造较复杂；后一种利用方钢管或圆钢管内浇膨胀混凝土后，可形成自应力(预应力)钢管混凝土柱，可承受较大荷载作用。单层厂房柱的形式虽然很多、但在同一工程中，柱型及规格宜统一，以便为施工创造有利条件。通常应根据有无吊车、吊车规格、柱高和柱距等因素，做到受力合理、模板简单、节约材料、维护简便，同时要因地制宜，考虑制作、运输、吊装及材料供应等具体情况。一般可按柱截面高度h参考以下原则选用： 当h500mm时，采用矩形。 当600h800mm时，采用矩形或形。 当900h1200mm时，采用形。 当1300h1500mm时，采用形或双肢柱。当h1 600mm时，采用双肢柱。柱高h可按表17-1确定，柱的常用截面尺寸，边柱查表17-2，中柱查表17-3。对于管柱或其他柱型可根据经验和工程具体条件选用。 表171 6m柱距可不做刚度验算的柱截面最小尺寸 项 目 简 图 适用条件 截面高度 截面宽度 无吊车 厂房 单跨 多跨 有吊车 厂房 G10tG=1520t10m 12m G=30t10m 12m G=50t11m 13m G=75100t12m 14m 露天吊 车栈桥 G 10tG =1530tG =50t 注：1表中G为吊车起重量；r为管柱单管回转半径；d为单管外径。 2. 有吊车厂房表中数值适用于重级工作制，当为中级工作制时截面高度h可乘以系数0.95。 3屋盖为有檩体系，且无下弦纵向水平支撑时柱截面高度宜适当增大。 4. 当柱截面为平腹杆双肢柱及斜腹杆双肢柱时柱截面高度h应分别乘以系数1.1及1.05。 表17-2 单层厂房边柱常用截面（mm） 吊车起重量（t） 轨顶标高 （m） 6m柱距 12m柱距 上柱 下柱 上柱 下柱 567.8矩400400矩400400矩400400400700100100108.4矩400400400700100100（矩400600） 矩40040040080015010010.2矩400400400800150100（400700100100） 矩40040040090015010015208.4矩400400400900150100（400800150100） 矩4004004001000150100（400900150100） 10.2矩4004004001000150100（400900150100） 矩4004004001100150100（4001000150100） 12.0矩5004005001000200120（500900150120） 矩5004005001000200120（500900200120） 30/510.2矩500500(矩400500)5001000200120（4001000150100） 矩5005005001100200120（5001200200120） 12.0矩5005005001100200120（5001000200120） 矩5005005001200200120（5001100200120） 14.4矩6005006001200200120矩6005006001300200120（6001200200120） 50/1010.2矩5006005001200200120（5001100200120） 矩5006005001400200120（5001200200120） 12.0矩5006005001300200120（5001200200120） 矩500600500140020012014.0矩6006006001400200120矩600600双6001600300（6001400200120） 75/2012.0矩6009006001400200120矩600900双6001800300（双6001600300） 14.4矩600900双6001600300矩600900双6002000350 （双6001600300） 16.2矩700900双7001800300矩700900双7002000250100/2012.0矩600900双6001600300矩600900双6002000350（双6001800300） 14.4矩600900双6001800300（双6001600300） 矩600900双6002200350（双6002000350） 16.2矩700900双7002000350矩700900双7002200350注：刚度控制的截面。 表17-3 单层厂房中柱常用截面（mm） 吊车起重量（t） 轨顶标高 （m） 6m柱距 12m柱距 上柱 下柱 上柱 下柱 567.8矩400600矩400600矩400600矩400600108.410.2矩400600矩400600400800100100400900150100矩500600矩5006005001100200120500110020012015208.410.212.0矩400600矩400600矩500600400900150100（400800150100） 4001000150100（400800150100） 5001000150120矩500600矩500600矩500600双5001600300双5001600300双500160030030/510.212.014.4矩500600矩500600矩600600500110020012050012002001206001200200120矩500700矩500700矩600700双5001600300双5001600300双600160030050/1010.212.014.4矩500700矩500700矩600700500130020012050014002001206001400200120矩600700矩600700矩600700双6001800300双6001800300双600180030070/2012.014.416.2矩600900矩600900矩700900双6002000350双6002000350双7002000350矩600900矩600900矩700900双6002000350双6002000350双6002000350100/2012.014.416.2矩600900矩600900矩700900双6002000350双6002000350双7002000350矩600900矩600900矩700900双6002000350双6002200350双70022003507.4.2 柱的设计 柱的设计一般包括确定柱截面尺寸、截面配筋设计、构造、绘制施工图等。当有吊车时还需要进行牛腿设计。 表17-4 采用刚性屋盖的单层工业厂房和露天吊车栈桥柱的计算长度0项 次 柱的类型 排架方向 垂直排架方向 有柱间支撑 无柱间支撑 1无吊车厂房柱 单跨 1.5 1.0 1.2 两跨及多跨 1.25 1.0 1.2 2有吊车厂房柱 上柱 2.0u 1.25u 1.5u 下柱 1.01 0.81 1.01 3露天吊车和栈桥柱 2.01 1.01 注：从基础顶面算起的柱全高； 1从基础顶面至装配式吊车梁底面或现浇式吊车梁顶面的柱下部高度； u从装配式吊车梁底面或从现浇式吊车梁顶面算起的柱上部高度。 表中有吊车厂房排架柱的计算长度，当计算中不考虑吊车荷载时，可按无吊车厂房的计算长度 采用；但上柱的计算长度仍按有吊车厂房采用。 1截面尺寸 使用阶段柱截面尺寸除应保证具有足够的承载力外，还应有一定的刚度以免造成厂房横向和纵向变形过大，发生吊车轮和轨道的过早磨损，影响吊车正常运行或导致墙和屋盖产生裂缝，影响厂房的使用。柱的截面尺寸可按表17-117-3确定。 形柱的翼缘高度不宜小于120mm，腹板厚度不应小于100mm，当处于高温或侵蚀性环境中，翼缘和腹板的尺寸均应适当增大。形柱的腹板可以开孔洞，当孔洞的横向尺寸小于柱截面高度的一半，竖向尺寸小于相邻两孔洞中距的一半时，柱的刚度可按实腹工形柱计算，承载力计算时应扣除孔洞的削弱部分。当开孔尺寸超过上述范围时，则应按双肢柱计算。2截面配筋设计 根据排架计算求得的控制截面的最不利内力组合M、N和V，按偏心受压构件进行截面配筋计算。由于柱截面在排架方向有正反方向相近的弯矩，并避免施工中主筋放错，一般采用对称配筋。采用刚性屋盖的单层厂房柱和露天栈桥柱的计算长度0可按表17-4取用。3吊装运输阶段的验算 单层厂房施工时，往往采用预制柱，现场吊装装配，故柱经历运输、吊装工作阶段。柱在吊装运输时的受力状态与其使用阶段不同，故应进行施工阶段的承载力及裂缝宽度验算。 图17-11 柱的吊装验算 吊装时柱的混凝土强度一般按设计强度的70考虑，当吊装验算要求高于设计强度的70方可吊装时，应在设计图上予以说明。 如图17-11所示，吊点一般设在变阶处，故应按图中的11、22、33三个截面进行吊装时的承载力和裂缝宽度的验算。验算时，柱自重采用设计值，并乘以动力系数1.5。 承载力验算时，考虑到施工荷载下的受力状态为临时性质，安全等级可降一级使用。裂缝宽度验算时，可采用受拉钢筋应力为 （17-1） 求出S后，可按混凝土结构设计原理确定裂缝宽度是否满足要求。当变阶处柱截面验算钢筋不满足要求时，可在该局部区段附加配筋。运输阶段的验算，可根据支点位置，按上述方法进行。 17.4.3 牛腿与预埋件设计 单层厂房排架柱一般都带有短悬臂(牛腿)以支承吊车梁、屋架及连系梁等，并在柱身不同标高处设有预埋件，以便和上述构件及各种支撑进行连接，如图17-12所示。下面分别就牛腿和预埋件的设计进行讨论。 a 边柱牛腿 b 中柱牛腿 c 支撑屋架牛腿 图17-12 几种常见的牛腿形式 1牛腿的设计 (1)牛腿的受力特点，破坏形态与计算简图 图 17-13 牛腿的光弹试验 如图17-13所示环氧树脂牛腿模型(ah0=0.5)的光弹试验结果，其中牛腿指的是其上荷载FV的作用点至下柱边缘的距离ah0。(短悬臂梁的有效高度)的短悬臂梁。它的受力性能与一般的悬臂梁不同，属变截面深梁。从图中可看出，主拉应力的方向基本上与牛腿的上表面平行，且分布较均匀；主压应力则主要集中在从加载点到牛腿下部转角点的连线附近，这与一般悬臂梁有很大的区别。 试验表明，在吊车的竖向和水平荷载作用下，随ah0值的变化，牛腿呈现出下列几种破坏形态，如图17-14所示。 当ah00.1时，发生剪切破坏；当ah0=0.10.75时，发生斜压破坏；当ah00.75时， 发生弯压破坏；当牛腿上部由于加载板太小而导致混凝土强度不足时，发生局压破坏。a 剪切破坏 b 斜压破坏 c 斜压破坏 d 弯压破坏 e 局部破坏 (ah00.1)( ah0=0.l0.75)( ah0=0.10.75)( ah00.75)图 17-14 牛腿的各种破坏形态 常用牛腿的ah00.10.75，其破坏形态为斜压破坏。实验验证的破坏特征是：随着荷载增加，首先牛腿上表面与上柱交接处出现垂直裂缝，但它始终开