建筑單層廠房結構設計

混凝土結構設計第2章單層廠房結構設計第2章單層廠房結構

本章主要內容及重點概述結構組成結構布置構件選型與截面設計橫向排架結構內力分析柱的設計柱下獨立基礎設計橫向排架結構內力分析柱的設計柱下獨立基礎設計主要內容：重點：第2章單層廠房結構設計（1）工業(yè)廠房的分類

工業(yè)廠房由于生產性質、工藝流程、機械設備和產品的不同，按層數分類，可分為：單層廠房如冶金或機械廠的煉鋼、軋鋼、鑄造、鍛壓、金工、裝配等車間，一般因設有大型機器或設備，產品較重且輪廓尺寸較大，故宜直接在地面上生產而設計成單層廠房

2.1結構類型和結構體系

第2章單層廠房結構設計（1）工業(yè)廠房的分類

多層廠房層數混合的廠房如精密儀表、電子、食品等工業(yè)如化學工業(yè)、熱電廠等————2.1結構類型和結構體系

第2章單層廠房結構

2.1結構類型和結構體系混合結構（2）單層廠房的分類（結構類型）

對無吊車或吊車噸位不超過5t、跨度在15m以內、柱頂標高不超過8m且無特殊工藝要求的小型廠房，可采用混合結構

1）按生產規(guī)?？煞譃椋捍笮汀⒅行秃托⌒?；2）按主要承重材料可分為：混合結構、鋼結構、鋼筋混凝土結構

第2章單層廠房結構

2.1結構類型和結構體系鋼筋混凝土結構

對有重型吊車、跨度大于36m或有特殊工藝要求的大型廠房，可采用全鋼結構或由鋼筋混凝土柱與鋼屋架組成的結構鋼結構

除上述情況以外的單層廠房均可采用混凝土結構。而且除特殊情況之外，一般均采用裝配式鋼筋混凝土結構第2章單層廠房結構

2.1結構類型和結構體系

單層廠房的分類（結構體系）

按承重結構體系可分為：排架結構和剛架結構

裝配式鋼筋混凝土排架結構是單層廠房中應用最廣泛的一種結構形式，它是由屋架或屋面梁、柱和基礎所組成，柱頂與屋架為鉸接，柱底與基礎頂面固結。排架結構可以設計成等高、不等高、單跨或多跨等多種形式。排架結構的跨度可以超過30m，高度可達20~30m或更大，吊車噸位可達1500kN甚至更大。第2章單層廠房結構

2.1結構類型和結構體系排架結構第2章單層廠房結構

2.1結構類型和結構體系裝配式鋼筋混凝土門式剛架

是由橫梁、柱和基礎所組成。與排架結構不同的是，門式剛架結構的柱和橫梁剛接為同一構件，而柱和基礎一般為鉸接，也可以采用剛接。門式剛架結構適用于屋蓋較輕的無吊車或吊車噸位不超過100kN，跨度不超過18m，檐口高度不超過10m的中小型單層廠房或倉庫。第2章單層廠房結構

2.1結構類型和結構體系

門式剛架結構第2章單層廠房結構2.2結構組成及荷載傳遞2.2結構組成及荷載傳遞

單層廠房結構是由一些構件組成的一個復雜的空間受力體系，可將結構整體分為以下幾個子結構體系:單層廠房結構1.屋面板2.天溝板3.天窗架4.屋架5.托架6.吊車梁7.排架柱8.抗風柱9.基礎10.連系梁11.基礎梁12.天窗架垂直支撐13.屋架下弦橫向水平支撐14.屋架端部垂直支撐15.柱間支撐2.2.1結構的組成第三章單層廠房結構2.2.1結構組成屋蓋結構有檁體系無檁體系——由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋蓋支撐組成，有時還包括有天窗架和托架等構件——由小型屋面板、檁條、屋架及屋蓋支撐所組成屋蓋結構

屋蓋結構由排架柱頂以上部分構件（包括屋面板、天窗架、屋架、托架等）所組成，其作用主要是圍護和承重，以及采光與通風。第三章單層廠房結構2.2.1結構組成

屋蓋結構第三章單層廠房結構

2.2.1結構組成橫向排架結構

由橫梁、橫向柱列及其基礎所組成的平面骨架，是廠房的基本承重結構。廠房承受的豎向荷載及橫向水平荷載主要通過橫向平面排架傳至基礎及地基。2縱橫向平面排架第三章單層廠房結構

2.2.1結構組成橫向平面排架組成及荷載圖第2章單層廠房結構

2.2.1結構組成縱向排架結構

由連系梁、吊車梁、縱向柱列、柱間支撐和基礎等構件組成的縱向平面骨架。作用是保證廠房結構的縱向穩(wěn)定性和剛度，承受吊車縱向水平荷載、縱向水平地震作用、溫度應力以及作用在山墻及天窗架端壁并通過屋蓋結構傳來的縱向風荷載等2縱、橫向平面排架

第2章單層廠房結構

2.2.1結構組成縱向平面排架組成及荷載圖第2章單層廠房結構

2.2.1結構組成位于廠房的四周，包括縱墻、橫墻（山墻）、抗風柱、連系梁、基礎梁等構件。這些構件所承受的荷載，主要是墻體和構件的自重以及作用在墻面上的風荷載。3圍護結構

第2章單層廠房結構2.2.1結構組成單層廠房結構中，縱向平面排架和橫向平面排架間主要通過屋蓋結構和支撐體系相連接而形成空間結構，各構件及其作用為:單層廠房結構構件及其作用

第2章單層廠房結構2.2.1結構組成構件名稱構件作用備注屋蓋結構屋面板承受屋面構造層自重、屋面活荷載、雪荷載、積灰荷載以及施工荷載等，并將它們傳給屋架（屋面梁），具有覆蓋、圍護和傳遞荷載的作用支撐在屋架（屋面梁）或檁條上天溝板屋面排水并承受屋面積水及天溝板上的構造層自重、施工荷載等，并將它們傳給屋架天窗架形成天窗以便于采光和通風，承受其上屋面板傳來的荷載及天窗上的風荷載等，并將它們傳給屋架托架當柱距比屋架間距大時，用以支撐屋架，并將荷載傳給柱第2章單層廠房結構2.2.1結構組成構件名稱構件作用備注屋蓋結構屋架或屋面梁與柱形成橫向排架結構，承受屋蓋上的全部豎向荷載，并將它們傳給柱檁條支撐小型屋面板（或瓦材），承受屋面板傳來的荷載，并將它們傳給屋架有檁體系屋蓋中采用柱排架柱承受屋蓋結構、吊車梁、外墻、柱間支撐等傳來的豎向和水平荷載，并將它們傳給基礎同時為橫向排架和縱向排架中的構件抗風柱承受山墻傳來的風荷載，并將它們傳給屋蓋結構和基礎也是圍護結構的一部分第2章單層廠房結構2.2.1結構組成構件名稱構件作用備注支撐體系屋蓋支撐加強屋蓋結構空間剛度，保證屋架的穩(wěn)定，將風荷載傳給排架結構柱間支撐加強廠房的縱向剛度和穩(wěn)定性，承受并傳遞縱向水平荷載至排架柱或基礎第2章單層廠房結構2.2.1結構組成構件名稱構件作用備注圍護結構外縱墻山墻廠房的圍護構件，承受風荷載及其自重連系梁連系縱向柱列，增強廠房的縱向剛度，并將風荷載傳遞給縱向柱列，同時還承受其上部墻體的重量圈梁加強廠房的整體剛度，防止由于地基不均勻沉降或較大振動荷載引起的不利影響過梁承受門窗洞口上部墻體的重量，并將它們傳給門窗兩側墻體基礎梁承受圍護墻體的重量，并將它們傳給基礎第2章單層廠房結構2.2.1結構組成構件名稱構件作用備注吊車梁承受吊車豎向和橫向或縱向水平荷載，并將它們分別傳給橫向或縱向排架簡支在柱牛腿上基礎承受柱、基礎梁傳來的全部荷載，并將它們傳給地基第2章單層廠房結構2.2.1結構組成2.2.2荷載傳遞

作用在縱橫向平面排架上的荷載可以分為永久荷載和可變荷載。永久荷載包括各種構件、維護結構及固定設備上的自重；可變荷載包括屋面活載、雪荷載、積灰荷載、風荷載和吊車荷載等。第2章單層廠房結構2.2.1結構組成豎向荷載傳遞第2章單層廠房結構2.2.1結構組成橫向水平荷載傳遞第2章單層廠房結構2.2.1結構組成縱向水平荷載傳遞單層廠房中的橫向排架是主要承重結構，而屋架、吊車梁、排架柱和基礎是主要承重構件。第2章單層廠房結構2.3結構布置2.3結構布置

在單層廠房的結構類型和結構體系確定之后，即可根據廠房生產工藝等各項要求，進行廠房結構布置、支撐布置和圍護結構布置等。2.3.1廠房平面布置1.柱網布置柱網布置的原則，首先應滿足生產工藝及使用要求，在此前提下力求建筑平面和結構方案經濟合理；另外，還應遵守廠房建筑統(tǒng)一化基本規(guī)則的規(guī)定，為廠房設計標準化、生產工廠化合施工機械化創(chuàng)造條件。第2章單層廠房結構2.3結構布置2.3結構布置第2章單層廠房結構2.3結構布置《廠房建筑統(tǒng)一化基本規(guī)則》規(guī)定：

廠房跨度Ｌ應滿足：

當L≤18m

時，以3m為模數，即9m、12m、15m、18m。

當L＞18m時，以6m為模數，即24m、30m、36m。

廠房柱距一般為6m，當有特殊要求時，可局部抽柱，形成12

m柱距。第2章單層廠房結構2.3結構布置第2章單層廠房結構2.3結構布置

柱網尺寸一經確定，下列因素也隨之確定：

廠房跨度——指縱向定位軸線之間的尺寸，也就是橫向柱距。

廠房柱距——指柱子橫向定位軸線之間的尺寸。

屋架跨度——屋架沿廠房橫向布置，支承于柱頂部，所以屋架的跨度就等于廠房跨度。

吊車梁的跨度——沿廠房縱向布置，支承于兩柱的牛腿之上，故梁跨等于柱距。第2章單層廠房結構2.3結構布置2變形縫廠房的變形縫包括三種：伸縮縫、沉降縫、防震縫。伸縮縫由于材料的熱脹冷縮性質，致使廠房隨溫度變化而產生變形，如圖所示，且廠房平面尺寸越大，積累變形越大，從而產生的結構應力也越大，有可能導致結構開裂或破壞。第2章單層廠房結構2.3結構布置

為避免這種不利影響，可將廠房劃分開，用減小長度的方法來減小溫度引起的變形及應力。在相鄰段之間留有一定寬度的縫隙，供膨脹變形用，這個縫即稱為伸縮縫。對于裝配式鋼筋混凝土排架結構，當有墻體封閉時，伸縮縫的最大間距為100m，當無墻體封閉處于露天時，縫的最大間距為70m。第2章單層廠房結構2.3結構布置2變形縫沉降縫：單層廠房結構對地基不均勻沉降有較好的適應能力，故在一般的單層廠房中可不設沉降縫。當廠房相鄰兩部分高度相差大于10m，或吊車起重量相差懸殊，地基承載力或下臥層土質有較大差別等，應考慮設置沉降縫。第2章單層廠房結構2.3結構布置2變形縫防震縫：位于地震區(qū)的單層廠房，如因生產工藝或使用要求而使其平、立面布置復雜或結構相鄰兩部分的剛度和高度相差較大時，應設置防震縫將相鄰兩部分分開，防震縫的兩側應布置墻或者柱。第2章單層廠房結構2.3結構布置

2.3.2支撐布置（1）上弦橫向水平支撐單層廠房支撐分屋蓋支撐和柱間支撐兩類。

1屋蓋支撐包括：上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、縱向水平支撐、垂直支撐、縱向水平系桿、天窗架支撐等。構成：沿廠房跨度方向用交叉角鋼、直腹桿和屋架上弦桿構成的水平桁架。

作用：保證屋架上弦的側向穩(wěn)定性；增強屋蓋的整體剛度；作為山墻抗風柱的頂端水平支座，承受由山墻傳來的風荷載和其他縱向水平荷載，并傳至廠房縱向柱列。第2章單層廠房結構2.3結構布置

布置：

當屋蓋為有檁體系，或屋蓋為無檁體系，但屋面板與屋架的連接質量不能保證且抗風柱與屋架上弦連接，每一伸縮縫區(qū)段端部第一或第二柱間布置；當設有天窗，且天窗通過廠房端部的第二柱間或通過伸縮縫，應在第一或第二柱間的天窗范圍內設置，并在天窗范圍內沿縱向設置1～3道通長的受壓系桿，將天窗范圍內各榀屋架與上弦橫向水平支撐連系起來。第2章單層廠房結構2.3結構布置

上弦橫向水平支撐布置第2章單層廠房結構

2.3結構布置（2）下弦橫向水平支撐構成：沿廠房跨度方向用交叉角鋼、直腹桿和屋架下弦桿構成的水平桁架。作用：將山墻風荷載及縱向水平荷載傳至縱向柱列；防止屋架下弦側向振動。下弦橫向水平支撐布置第2章單層廠房結構

2.3結構布置（2）下弦橫向水平支撐布置：當屋架下弦設有懸掛吊車，或廠房內有較大振動，或山墻風荷載通過抗風柱傳至屋架下弦，應在每一伸縮縫區(qū)段兩端的第一或第二柱間設置，宜與上弦橫向水平支撐設置在同一柱間。下弦橫向水平支撐布置第2章單層廠房結構

2.3結構布置（3）縱向水平支撐構成：由交叉角鋼、直腹桿和屋架下弦第一節(jié)間組成的縱向水平桁架。作用：加強屋蓋結構的橫向水平剛度；保證橫向水平荷載的縱向分布，加強廠房的空間工作；保證托架上弦的側向穩(wěn)定?？v向水平支撐布置第2章單層廠房結構

2.3結構布置（3）縱向水平支撐布置：當設有軟鉤橋式吊車且廠房高度大、吊車起重量較大，應在屋架下弦端節(jié)間沿廠房縱向通長或局部設置一道；當已設有下弦橫向水平支撐時，為保證廠房空間剛度，應盡可能與橫向水平支撐連接，以形成封閉的水平支撐系統(tǒng)。第2章單層廠房結構

2.3結構布置（4）垂直支撐構成：由角鋼桿件與屋架直腹桿組成的垂直桁架，形式為十字交叉形或W形。作用：保證屋架受荷后在平面外的穩(wěn)定；傳遞縱向水平力。第2章單層廠房結構

2.3結構布置（4）垂直支撐布置：應與下弦橫向水平支撐布置在同一柱間內。當廠房跨度小于18m且無天窗時，一般可不設垂直支撐和水平系桿；當廠房跨度18～30m、屋架間距為6m、采用大型屋面板時，應在每一伸縮縫區(qū)段端部的第一或第二柱間，屋架跨中設置一道垂直支撐；當屋架跨度大于30m時，應在每一伸縮縫區(qū)段端部的第一或第二柱間，屋架跨度1/3左右的節(jié)點處設置兩道垂直支撐。

第2章單層廠房結構

2.3結構布置

垂直支撐和水平系桿布置圖第2章單層廠房結構

2.3結構布置（5）水平系桿構成：分為上弦水平系桿和下弦水平系桿。作用：上弦水平系桿是為保證屋架上弦或屋面梁受壓翼緣的側向穩(wěn)定；下弦水平系桿是為防止在吊車或有其它水平振動時屋架下弦側向顫動。布置：當屋蓋設置垂直支撐時，未設置垂直支撐的屋架間，在相應于垂直支撐平面內的屋架上弦和下弦節(jié)點處，設置通長的水平系桿。第2章單層廠房結構

2.3結構布置（5）水平系桿剛性系桿（壓桿）：凡設在屋架端部主要支承節(jié)點處和屋架上弦屋脊節(jié)點處的通長水平系桿，均應采用剛性系桿；當屋架橫向水平支撐設在伸縮縫區(qū)段兩端的第二柱間內時，第一柱間內的水平系桿均應采用剛性系桿。柔性系桿（拉桿）：其余均可采用柔性系桿。第2章單層廠房結構

2.3結構布置（6）天窗架支撐構成：包括天窗架上弦橫向水平支撐、天窗架間的垂直支撐和水平系桿。作用：保證天窗架上弦的側向穩(wěn)定；將天窗端壁上的風荷載傳給屋架。第2章單層廠房結構

2.3結構布置（6）天窗架支撐布置：縱向位置（柱間）：一般天窗架上弦橫向水平支撐和垂直支撐均設置在天窗端部第一柱間內。橫向位置（道）：一般垂直支撐設置在天窗兩側。水平系桿：在未設置上弦橫向水平支撐的天窗架間設置；應在上弦節(jié)點處設置柔性系桿；對有檁屋蓋體系，檁條可以代替柔性系桿。

第2章單層廠房結構

2.3結構布置天窗架支撐布置第２章單層廠房結構

2.3結構布置２柱間支撐布置

構成：由交叉鋼桿件組成，交叉傾角宜取45°，支撐鋼構件的截面尺寸需經承載力和穩(wěn)定計算確定

。

柱間支撐是縱向平面排架中最主要的抗側力構件。柱間支撐作用示意圖第２章單層廠房結構

2.3結構布置２柱間支撐布置

作用：提高廠房的縱向剛度和穩(wěn)定性；將吊車縱向水平制動力、山墻及天窗端壁的風荷載、縱向水平地震作用等傳至基礎。柱間支撐作用示意圖第２章單層廠房結構

2.3結構布置分類：對于有吊車的廠房，按其位置可分為上柱柱間支撐和下柱柱間支撐。形式：十字交叉形；當柱間要通行或放置設備，或柱距較大而不宜采用交叉支撐時，可采用門架式支撐。

門架式柱間支撐２柱間支撐布置

第２章單層廠房結構

2.3結構布置上柱柱間支撐：位于牛腿上部，并在柱頂設置通長的剛性系桿；承受作用在山墻及天窗壁端的風荷載，并保證廠房上部的縱向剛度。

下柱柱間支撐：位于牛腿下部；承受上部支撐傳來的內力、吊車縱向制動力和縱向水平地震作用等，并將其傳至基礎。

２柱間支撐布置

第２章單層廠房結構

2.3結構布置布置：當設有A6～A8的吊車，或A1～A5的吊車起重量≥10t時或廠房跨度≥18m，或柱高≥8m時或廠房每列縱向柱總數＜7根時或設有3t以上的懸掛吊車時或露天吊車棧橋的柱列，應設置柱間支撐。２柱間支撐布置

第２章單層廠房結構

2.3結構布置上柱柱間支撐設置：一般在伸縮縫區(qū)段兩端與屋蓋橫向水平支撐相對應的柱間以及伸縮縫區(qū)段中央或臨近中央的柱間

。

下柱柱間支撐設置：在伸縮縫區(qū)段中部與上柱柱間支撐相應的位置。

第2章單層廠房結構

2.3結構布置優(yōu)點：縱向水平荷載作用下傳力路線較短；廠房兩端的溫度伸縮變形較小；廠房縱向構件的伸縮受柱間支撐的約束較小，所引起的結構溫度應力也較小。

柱間支撐與伸縮變形的關系3柱間支撐布置

第2章單層廠房結構

2.3結構布置２.3.3

圍護結構布置抗風柱與屋架上、下弦連接構造單層廠房的圍護結構：包括屋面板，墻體、抗風柱、圈梁、連系梁、過梁、基礎梁等構件。其作用是承受風、積雪、雨水、地震作用，以及地基產生不均勻沉降所引起的內力。第2章單層廠房結構

2.3結構布置２.3.3

圍護結構布置

抗風柱一般與基礎剛接，與屋架上弦鉸接；當屋架設有下弦橫向水平支撐時，也可與下弦鉸接或同時與上、下弦鉸接?？癸L柱與屋架的連接應該滿足兩個條件：水平方向可靠連接、垂直方向允許有一定的相互位移。1抗風柱抗風柱與屋架上、下弦連接構造第2章單層廠房結構

2.3結構布置2圈梁、連系梁、過梁和基礎梁

圈梁是設置于墻體內并與柱子連接的現澆鋼筋混凝土構件，其作用是將墻體與排架柱、抗風柱等箍在一起，以增強廠房的整體剛度，防止由于地基的不均勻沉降或較大的振動荷載對廠房產生不利影響。連系梁除承受墻體荷載外，還具有連系縱向柱列、增強廠房的縱向剛度、傳遞縱向水平荷載的作用。第2章單層廠房結構

2.3結構布置2圈梁、連系梁、過梁和基礎梁

當墻體開有門窗洞口時，需設置鋼筋混凝土過梁，以支承洞口上部墻體的重量。在進行圍護結構布置時，應盡可能地將圈梁、連系梁和過梁結合起來，使一種梁能兼作兩種或三種梁的作用，以簡化構造，節(jié)約材料，方便施工。在單層廠房中，一般采用基礎梁來承托圍護墻體的重量，并將其傳至柱基礎頂面，而不另做墻基礎，以使墻體和柱的沉降變形一致。第2章單層廠房結構

2.3結構布置定位軸線

沿廠房跨度方向的軸線稱為縱向定位軸線，沿廠房柱距方向的軸線稱為橫向定位軸線，如圖所示。定位軸線可以確定柱的相對位置，以便施工定位。第2章單層廠房結構

2.3結構布置定位軸線之間的距離與主要構件的標志尺寸是一致的，并且符合建筑模數。標志尺寸是指構件的實際尺寸加上兩端的構造尺寸。如大型屋面板的實際尺寸為1490mm×5970mm，標志尺寸為1500mm×6000mm；18m屋面梁的實際長度為17950mm，標志尺寸為18000mm。第2章單層廠房結構

2.3結構布置縱向定位軸線：當縱向定位軸線之間的距離與屋面梁（或屋架）的標志尺寸相一致時，屋面梁的標志尺寸與縱墻內皮重合，這種軸線稱為封閉式縱向定位軸線。

為了吊車梁和柱的構造連接以及吊車的安全行駛，吊車的軌距Lk

應小于廠房跨度L，通常情況下L-Lk=1500mm，故吊車軌道中心至縱向定位軸線的距離為750mm

。

第2章單層廠房結構

2.3結構布置

橫向定位軸線：一般通過柱截面的幾何形心，其間距為柱距。

當橫向定位軸線與屋面板的標志尺寸一致時，廠房盡端橫向定位軸線與內墻皮重合，將山墻處端柱中心線內移500mm，這時端部屋面板成為一端懸臂板，其目的是使端屋架和山墻抗風柱的位置不發(fā)生沖突，屋面板端部與山墻內皮重合，形成封閉式橫向定位軸線。為了與山墻處屋面板的構造統(tǒng)一，伸縮縫兩邊的柱中心線也必須向內移500mm，使伸縮縫中心線與橫向定位軸線重合。第2章單層廠房結構

2.3結構布置作業(yè)：1.與民用建筑比較，工業(yè)廠房具有哪些特點？2.單層廠房有哪幾種結構類型？如何選擇？3.單層廠房的結構形式有幾種？4.排架結構有哪些優(yōu)點？5.鋼筋混凝土單層廠房結構的設計主要包括哪些內容？6.試述屋面板、屋架、吊車梁、柱子及支撐的作用。7.試說明單層廠房橫向平面排架承受的豎向荷載的傳力途徑。8.單層廠房橫向水平排架承受的水平荷載有哪些？它們是如何傳遞？9.單層廠房縱向平面排架承受哪些水平荷載？寫出其傳力途徑。

第2章單層廠房結構

2.4構件選型與截面尺寸確定2.4構件選型與截面尺寸確定單層廠房結構的主要構件有屋蓋結構構件、支撐、吊車梁、墻板、連系梁、基礎梁、柱和基礎等。除了柱和基礎外，這些構件可以根據工程的具體情況，從標準圖集中選用合適的標準構件。第2章單層廠房結構

2.4構件選型與截面尺寸確定無檁體系屋蓋常采用預應力混凝土大型屋面板，它適用于保溫或不保溫卷材防水屋面，屋面坡度不應大于1/5。無檁體系屋蓋還可采用預應力F形屋面板，用于自防水非卷材屋面，以及預應力自防水保溫屋面板、鋼筋加氣混凝土板等。2.4.1

屋蓋結構構件

有檁體系屋蓋常采用預應力混凝土槽瓦、波形大瓦等小型屋面板。1屋面板:第2章單層廠房結構

2.4構件選型與截面尺寸確定各種形式的屋面板

2

檁條：檁條擱在屋架或屋面梁上，起著支承小型屋面板并將屋面荷載傳給屋架的作用。它與屋架間用預埋鋼板焊接，并與屋蓋支撐一起保證屋蓋結構的整體剛度和穩(wěn)定性。第2章單層廠房結構

2.4構件選型與截面尺寸確定3屋架：屋架是屋蓋結構的主要承重構件，它直接承受屋面荷載，有時還承受懸掛吊車、管道等吊重，對保證廠房的剛度起重要作用。屋架按形式可分為屋面梁、兩鉸（或三鉸）拱屋架和桁架式屋架三大類。（1）屋面梁：屋面梁的外形有單坡和雙坡兩種。（2）兩鉸（或三鉸）拱屋架：兩鉸拱的支座節(jié)點為鉸接，頂節(jié)點為剛接；三鉸拱的支座節(jié)點和頂節(jié)點均為鉸接。兩鉸拱的上弦為鋼筋混凝土構件，三鉸拱的上弦可用鋼筋混凝土或預應力混凝土構件。第2章單層廠房結構

2.4構件選型與截面尺寸確定（3）桁架式屋架：當廠房跨度較大時，采用桁架式屋架較經濟，它在單層廠房中應用非常普遍。桁架式屋架的矢高和外形對屋架受力均有較大影響，一般取高跨比為1/6~1/8較為合理，其外形有三角形、拱形、梯形、折線形等幾種。各種形式屋架的內力（f/L=1/6）

第2章單層廠房結構

2.4構件選型與截面尺寸確定

4

天窗架和托架

：天窗架：

天窗架的作用是形成天窗以便采光和通風，同時承受屋面板傳來的豎向荷載和作用在天窗上的水平荷載，并將它們傳給屋架。天窗架的形式

第2章單層廠房結構

2.4構件選型與截面尺寸確定

4

天窗架和托架

：托架：一般為12m跨度的預應力混凝土三角形或折線形構件，上弦為鋼筋混凝土壓桿，下弦為預應力混凝土拉桿。

托架的形式第2章單層廠房結構2.4構件選型與截面尺寸確定2.4.2吊車梁：

吊車梁除直接承受吊車起重、運行和制動時產生的各種往復移動荷載外，它還具有將廠房的縱向荷載傳遞至縱向柱列、加強廠房縱向剛度等作用。吊車梁的類型吊車梁一般根據吊車的起重量、工作級別、臺數、廠房的跨度和柱距等因素選用。第2章單層廠房結構

2.4構件選型與截面尺寸確定2.4.3柱1柱的形式：按作用主要有排架柱和抗風柱兩類。鋼筋混凝土排架柱一般由上柱、下柱和牛腿組成，其結構型式可概括為單肢柱和雙肢柱兩類。上柱一般為矩形截面或環(huán)形截面；下柱的截面形式較多，根據其截面形式可分為矩形截面柱、I形柱、雙肢柱和管柱等幾類。

柱的形式第2章單層廠房結構

2.4構件選型與截面尺寸確定2.4.3柱矩形截面的柱缺點是在偏心受壓時不能充分發(fā)揮截面上混凝土的承載作用，故自重大，費材料，但構造簡單，施工方便，在小型廠房中使用。截面高度在700mm以內。

工字形截面柱的截面形式合理，能比較充分地發(fā)揮截面上混凝土的承載的承載作用，而且整體性好，施工方便，適用范圍廣。常用柱截面高度為600-1400mm時采用。

當柱的截面高度大于1400mm時，采用平腹桿或斜腹桿雙肢柱。抗風柱一般由上柱和下柱組成，無牛腿，上柱為矩形截面，下柱一般為I形截面。第2章單層廠房結構

2.4構件選型與截面尺寸確定（2）柱的截面尺寸：柱的截面尺寸除應滿足承載力的要求外，還應保證具有足夠的剛度，以免廠房變形過大，造成吊車輪與軌道過早磨損，影響吊車的正常運行，或導致墻體和屋蓋產生裂縫，影響廠房的正常使用。柱的截面尺寸除了考慮吊車起重量和柱的類型兩個因素外，還應考慮廠房跨數和高度、柱的型式、圍護結構的材料和構造、施工和吊裝等。第2章單層廠房結構

2.4構件選型與截面尺寸確定2.4.4基礎

單層廠房的柱下基礎一般采用獨立基礎（也稱擴展基礎）。按施工方法可分為預制柱下獨立基礎和現澆柱下獨立基礎兩種。對裝配式鋼筋混凝土單層廠房排架結構，常見的獨立基礎形式主要有杯形基礎、高杯基礎和樁基礎等。1基礎的類型

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2.5排架結構內力分析單層廠房結構方案確定之后，接著就是結構內力分析。單層廠房結構實際上是一個復雜的空間結構體系，目前除對縱向抗震計算采用空間結構計算模型外，一般將其間化為縱、橫向平面排架分別計算。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2.5排架結構內力分析

縱向平面排架計算是為了設計柱間支撐。

橫向平面排架承受屋面荷載，且廠房的跨度、高度及吊車起重量變化較大，因此必須對橫向平面排架進行內力分析。其目的是求出排架柱各控制截面在各種荷載作用下的內力，以此作為設計柱子的依據。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2.5.1排架計算簡圖1計算單元：可在結構平面圖上由相鄰柱距的中線截出一個典型的區(qū)段，作為排架的計算單元。

計算單元和計算模型第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2基本假定和計算簡圖：為了簡化計算，對于鋼筋混凝土排架結構通常作如下假定：柱下端與基礎頂面為剛接；固定端的位置在基礎頂面。柱頂與排架橫梁（屋架或屋面梁）為鉸接；橫梁（即屋架或屋面梁）為軸向剛度很大的剛性連桿。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析橫向排架的計算簡圖排架計算簡圖第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2.5.2排架結構上的荷載

作用在橫向排架結構上的荷載有恒載、屋面活荷載、雪荷載、積灰荷載、吊車荷載和風荷載等，除吊車荷載外，其它荷載均取自計算單元范圍內。永久性荷載包括：

屋蓋自重G1，懸墻自重G2；吊車梁、軌道及連接件自重G3；上柱自重G4；下柱自重G5等。

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2.5.2排架結構上的荷載

可變荷載包括：屋面活荷載Q1；吊車豎向荷載Dmax及Dmin;吊車橫向水平荷載Tmax

；均布風荷載q1及q2；屋蓋支撐處的集中風荷載Fw

等。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析屋蓋自重G1

：屋蓋自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天溝板、天窗架、屋面構造層以及屋蓋支撐等重力荷載?？紤]面荷載的范圍：計算單元寬度內屋蓋的全部重量。荷載形式：計算單元內的屋蓋系統(tǒng)的總重量通過屋架的兩端以集中力的形式傳至柱頂。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析作用位置：其作用點的位置，根據實際連接情況而定。如采用屋架，屋架端部腹桿與下弦桿中心線的交點垂線即為作用位置。采用屋面梁時，通過梁端墊板中心線作用于柱頂。如圖中虛線所示。根據屋架與柱頂連接構造的定型設計要求，無論屋架與柱的形式如何，作用點均位于廠房定位軸線內側150mm處。

（2）懸墻自重G2：計算單元內的縱墻、連系梁及窗的自重,按實際尺寸計算。作用點在墻體形心處。對下柱有偏心距為e2。

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析

（3）吊車梁及軌道等自重：

按設計所選用的型號，根據吊車梁標準圖集提供的數據確定；

作用位置：吊車梁中心線作用于牛腿頂面，一般距縱向定位軸線750mm，相對于下柱形心的偏心距為e3。

2.5橫向排架結構內力分析第2章單層廠房結構

（4）柱自重

上、下柱自重G4與G5按柱體積及標準重度計算。其作用位置分別沿各自的形心線作用于上、下柱的底部，G4對下柱的偏心距為e0。

2.5橫向排架結構內力分析第2章單層廠房結構第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2屋面活荷載

：包括屋面均布活荷載、屋面雪荷載和屋面積灰荷載三部分。以豎向集中荷載的方式作用于柱頂，作用點同屋蓋恒載。屋面均布活荷載：屋面水平投影面上的屋面均布活荷載標準值，按下列情況取：不上人的屋面為0.5kN/m2；上人的屋面為2.0kN/m2。屋面雪荷載：屋面水平投影面上的雪荷載標準值(kN/m2)

式中:為基本雪壓(kN/m2)；為屋面積雪分布系數。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析屋面積灰荷載：對設計生產中有大量排灰的廠房及其臨近建筑時，應考慮屋面積灰荷載的影響。屋面均布活荷載不與雪荷載同時考慮，取兩者中的較大值；當有屋面積灰荷載時，積灰荷載應與雪荷載或不上人的屋面均布活荷載兩者中的較大值同時考慮。注：第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析3風荷載：風荷載的作用范圍——計算單元范圍內的縱墻面及屋蓋上。在迎風面產生正壓為風壓力，在背風面產生負壓為風吸力。垂直于建筑物表面上的風荷載標準值（kN/m2）按下式計算：

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析式中——基本風壓值（kN/m2），是以當地比較空曠平坦地面上離地10m高處統(tǒng)計所得的50年一遇10分鐘平均最大風速為標準確定的風壓值；——高度z處的風振系數，對高度小于30m的單層廠房，取=1——風壓高度變化系數，根據所在地區(qū)的地面粗糙程度和離地面高度查表而得；

——風荷載體型系數。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析風荷載的簡化：

作用在柱頂以下墻面上的水平風載近似按均布荷載計算，其風壓高度變化系數按柱頂的高度取值。作用在柱頂以上屋蓋部分的風荷載，按廠房檐口的高度取值，只計算其水平分力并按集中力考慮；當計算屋架斜面上的風荷載時，可根據屋頂（或天窗頂）標高確定。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析風荷載體型系數第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析4吊車荷載：第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析大車的最不利位置與吊車豎向荷載Dmax

和Dmin

對某一個柱子而言，當吊車行駛到某一位置時，柱上受到的豎向荷載最大，這一位置就是大車的最不利位置。

設計時，一般考慮兩臺吊車并行，如圖所示。排架柱所受到的壓力即為該柱所支承的吊車梁受到的反力。由影響線原理可知，兩臺并行吊車，當其中一臺的一個最大輪壓P1max作用在某柱軸線處，而另一臺與它緊靠并行時，即為兩臺吊車相對于該柱的最不利位置。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析大車的最不利位置與吊車豎向荷載Dmax

和Dmin

此時在Pmax作用的一側,產生Dmax。由于Pmax

與Pmin同時出現，并分別作用于左右兩側的吊車梁上，所以，當一側柱受Dmax作用時，另一側柱則相應地由Pmin產生Dmin

。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析吊車豎向荷載Dmax

和Dmin

的計算

根據影響線原理，吊車豎向荷載的設計值可按下式計算：第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析吊車豎向荷載Dmax

和Dmin

的計算式中P1max

、P2max——兩臺起重量不同的吊車的最大輪壓，且P1max>P2max

。

P1min

、P2min——兩臺起重量不同的吊車的最小輪壓，且P1min>P2min

。

yi

——與吊車輪壓相對應的梁支座反力影響線的豎標。該值表示在對應點作用單位集中力P＝１時，在排架柱上產生的壓力。由圖可知，

y1

=1，按比例關系可求出其

yi值。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析吊車豎向荷載Dmax

和Dmin

的作用位置

Dmax

和Dmin沿吊車梁的中線作用于牛腿頂面。如圖(a)所示。它們相對于下柱截面形心具有偏距e3

。將偏心壓力換算為作用在下柱頂面的軸心壓力和彎矩的組合，如圖(b)所示。

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析吊車豎向荷載Dmax

和Dmin

的作用位置

由于Dmax可以發(fā)生在左柱，也可以發(fā)生在右柱，因此計算時應考慮兩種情況。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析（2）吊車橫向水平荷載

——指載有額定最大起重量的小車在行駛中突然剎車在排架柱上產生的水平制動力。

的作用位置——在吊車梁頂面。如圖所示。有正反兩個方向。

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析（2）吊車橫向水平荷載

計算時與Dmax

一樣，考慮2臺吊車作用，并且按大車行駛到最不利位置時小車同時剎車的情況考慮。根據大車輪子所產生的水平推力T

可下式計算。式中T1、T2——兩臺起重量不同的吊車單個大車輪子產生的水平制動力標準值，且T1>T2。

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析為了計算方便，可將橫向水平制動力在兩邊軌道上平均分配，即每邊軌道上的橫向水平制動力為，對于一般四輪橋式吊車，每一輪子作用在軌道上的橫向水平制動力為：式中：

Q為吊車的額定起重量的重力荷載，g為小車的重力荷載。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析式中：橫向水平制動力系數α按下列規(guī)定取值。軟鉤吊車：當額定起重量不大于100kN時，應取0.12；當額定起重量為160-500kN時，應取0.10；當額定其重量不小于750kN時，應取0.08。硬鉤吊車：取0.2。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析(3)吊車縱向水平荷載：吊車縱向水平荷載標準值T0，按作用在一邊軌道上所有剎車輪的最大輪壓之和的10%采用，即式中，n為施加在一邊軌道上所有剎車輪數之和，對于一般的四輪吊車，n=1。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析當廠房縱向有柱間支撐時，全部吊車縱向水平荷載由柱間支撐承受，當廠房無柱間支撐時，全部吊車縱向水平荷載由同一伸縮縫區(qū)段內的全部柱承受。無論單跨或多跨廠房，在計算吊車縱向水平荷載時，一側的整個縱向排架上最多只能考慮2臺吊車。注：第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析由于多臺吊車同時滿載的可能性較小，所以當多臺吊車參與組合時，其內力應乘以相應的荷載折減系數。參與組合的吊車臺數吊車工作級別A1~A5A6~A720.900.9530.850.9040.800.85作業(yè)題1、某金工車間，外形尺寸及各部分風載體型系數如圖所示，已知柱頂標高為10.5m，h1=2.3，h2=1.4，排架計算寬度B=6m。該地區(qū)基本風壓，地面粗糙度為B類，分項系數為1.4。求作用在排架上的風荷載設計值？第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2、有一單跨廠房，跨度24m，柱距6m，設計時考慮兩臺中級工作制橋式軟鉤吊車，起重量為100kN的吊車的參數有：輪距為4400mm，吊車寬度為5550mm，最大輪壓為125kN，最小輪壓為47kN；起重量為150kN的吊車的參數有：輪距為4400mm，吊車寬度為5550mm，最大輪壓為185kN，最小輪壓為58kN；求排架柱上吊車梁最大支座反力標準值Dmax,Dmin？第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2.5.3等高排架內力分析

排架內力分析就是求排架結構在各種荷載作用下柱各截面的彎矩和剪力，而只要求出排架柱頂剪力，問題就變成靜定懸臂柱的內力分析。求柱頂剪力有兩種基本方法：一種是先求橫梁內力，再求柱頂剪力，這就是力法，此法可用來計算各種排架結構的內力；另一種方法是直接求柱頂剪力，即剪力分配法，它只適用于計算等高排架的內力。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2.5.3等高排架內力分析

等高排架是指在荷載作用下各柱柱頂側移全部相等的排架。用剪力分配法分析任意荷載作用下等高排架內力時，需要用到單階超靜定柱在各種荷載作用下的柱頂反力。1單階一次超靜定柱在任意荷載作用下的樁頂反力根據變形條件可得：第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2柱頂水平集中力作用下等高排架內力分析：在柱頂水平集中力F作用下，等高排架各柱頂側移相等，沿橫梁與柱的連接處將各柱的柱頂切開，在各柱頂的切口上作用一對相應的剪力。則有：平衡條件第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2柱頂水平集中力作用下等高排架內力分析：由于假定橫梁為無軸向變形的剛性桿件，故有下列變形條件：第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2柱頂水平集中力作用下等高排架內力分析：根據形常數的物理意義，可得下列物理條件：第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析式中——第i根排架柱的抗側移剛度（或抗剪剛度），即懸臂柱柱頂產生單位側移所需施加的水平力

——第i根排架柱的剪力分配系數，按下式計算：

求得柱頂剪力Vi后，用平衡條件可得排架柱各截面的彎矩和剪力。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析剪力分配系數必滿足。各柱的柱頂剪力Vi僅與F的大小有關，而與其作用在排架左側或右側柱頂處位置無關，但F的作用位置對橫梁內力有影響。當排架結構柱頂作用水平集中力F時，各柱的剪力按其抗剪剛度與各柱抗剪剛度總和的比例關系進行分配，故稱剪力分配法。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析3任意荷載作用下等高排架內力分析

等高排架在任意荷載作用下，無法用上述的剪力分配法直接求解柱頂剪力?？紤]到受荷載柱將一部分荷載通過自身受力直接傳遞給基礎，另一部分荷載則通過橫梁傳給其他柱，因此，為了利用剪力分配法求解，通?？刹捎靡韵氯齻€步驟來進行這種情況下的排架內力分析。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析（1）對承受任意荷載作用的排架，先在排架柱頂部附加一個不動鉸支座以阻止其側移，則各柱為單階一次超靜定柱，應用柱頂反力系數可求得各柱反力Ri及相應的柱端剪力，柱頂假想的不動鉸支座總反力為。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析（2）撤除假想的附加不動鉸支座，將支座總反力R反向作用于排架柱頂，應用剪力分配法可求出柱頂水平力R作用下各柱頂剪力。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析（3）將前面的計算結果相疊加，可得到在任意荷載作用下排架柱頂剪力，然后可求出各柱的內力。

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2.5.4不等高排架內力分析

不等高排架在任意荷載作用下，由于高、低跨的柱頂位移不相等，因此，不能用剪力分配法求解，其內力通常用結構力學中的力法進行分析。

式中，，，為基本結構的柔度系數，可由單位力彎矩圖圖乘得到；、為載常數。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析習題課：

1有一單跨廠房,跨度24m,柱距6m,設計時考慮兩臺200/50kN中級工作制橋式軟鉤單閘吊車,吊車橋架跨度22.5m,求

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2某金工車間，外形尺寸及各部分風載體型系數如圖所示，已知柱頂標高為+12.3m,排架計算寬度B=6m。該地區(qū)基本風壓地面粗糙度為B類。求作用在排架上的風荷載。h1=2.3m,h2=1.4m

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析3一等高排架如圖所示，A柱與C柱相同，A、B、C三柱上柱高全柱高H=13.2m。排架承受集中荷載F=12.45kN。試用剪力分配法求解排架柱的剪力。

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析4求如圖所示兩跨等高排架在風荷載作用下的彎矩圖和柱底剪力值。

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2.5.5單層廠房排架考慮整體空間作用的計算

1廠房整體空間作用的概念當各榀排架柱頂均受有水平集中力R，且廠房兩端無山墻時每一榀排架都相當于一個獨立的平面排架。當各榀排架柱頂均受有水平集中力R，但廠房兩端有山墻時，山墻則通過屋蓋等縱向聯(lián)系構件對其它各榀排架有不同程度的約束作用，使各榀排架柱頂水平位移呈曲線分布，且。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析當僅其中一榀排架柱頂作用水平集中力R，且廠房兩端無山墻時，則直接受荷排架通過屋蓋等縱向聯(lián)系構件，受到非直接受荷排架的約束，使其柱頂的水平位移減小，即。當僅其中一榀排架柱頂作用水平集中力R，但廠房兩端有山墻時，則直接受荷載排架受到非受荷排架和山墻兩種約束，故各榀排架的柱頂水平位移將更小，即。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析

當結構布置或荷載分布不均勻時，由于屋蓋等縱向聯(lián)系構件將各榀排架或山墻聯(lián)系在一起，故各榀排架或山墻的受力及變形都不是單獨的，而是相互制約。這種排架與排架，排架與山墻之間的相互制約作用，稱為廠房的整體空間作用。單層廠房整體空間作用的程度主要取決于屋蓋的水平剛度、荷載類型、山墻剛度和間距等因素。由于吊車是局部荷載，故在吊車荷載作用下，可按考慮廠房空間作用的方法計算排架內力。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2吊車荷載作用下考慮廠房整體空間作用的排架內力分析

如果把屋蓋看作一根在水平面上受力的梁，而各榀橫向排架作為梁的彈性支座。直接受荷排架對應的支座反力為R0，則R0<R，我們把R0與R之比，稱為單個荷載作用下的空間作用分配系數，以表示，在彈性階段，排架柱頂的水平位移與其所受荷載成正比，故空間作用分配系數又可以表示成位移之比。即：第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析上述空間作用分配系數，只考慮廠房承受一個集中荷載時的情況。實際上，廠房在吊車荷載作用下，并不是只有單個荷載作用，而是同時多個荷載作用。因此，在確定多個荷載作用下的系數時，需要考慮各榀排架之間的相互影響。表中給出的系數值，供參考。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析廠房情況吊車起重量（kN）廠房長度（m）≤60＞60有檁屋蓋兩端無山墻或一端有山墻≤3000.900.85兩端有山墻≤3000.85無檁屋蓋兩端無山墻或一端有山墻≤750廠房跨度（m）12~27＞2712~27＞270.900.850.850.80兩端有山墻≤7500.80注：１廠房山墻應為實心墻，如有開洞，洞口對山墻水平截面面積削弱不超過50%。

2廠房設有伸縮縫時，廠房長度應按一個伸縮縫區(qū)段的長度計，且伸縮縫處應視為無山墻。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析3考慮廠房空間整體作用時排架內力分析計算步驟先假定排架柱頂無側移，求出在吊車水平荷載Tmax作用下的柱頂反力R（或RA,RB)以及相應的柱頂剪力；將柱頂反力R乘以空間分配系數，并將它反方向施加于可側移的平面排架上，求出各柱剪力；將上述兩項計算求得的柱頂剪力疊加，即為考慮空間作用的柱頂剪力；根據柱頂剪力及柱上實際所受的荷載，可求出各柱的內力。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2.5.6內力組合

所謂內力組合，就是將排架柱在各單項荷載作用下的內力，按照它們在使用過程中同時出現的可能性，求出在某些荷載共同作用下，柱控制截面可能產生的最不利內力，作為柱和基礎配筋計算的依據。1柱的控制截面

控制截面是指對截面配筋起控制作用的截面。在荷載作用下，柱的內力是沿長度變化的，設計時應根據內力圖和截面的變化情況，選取幾個控制截面進行內力的最不利組合，以此作為配筋計算的依據。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析對于上柱，其底部Ｉ－Ｉ截面的內力通常比其它截面大。對于下柱，其牛腿頂面II－II和柱底Ⅲ－Ⅲ截面的內力一般比其它截面大。所以在柱子設計中，通常選Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ及Ⅲ-Ⅲ截面為控制截面，并組合其最不利內力分別作為上柱、下柱及基礎配筋的依據。

當柱高度較大時，下柱中間某截面也可能為控制截面。當柱上作用有較大的集中荷載（如懸墻重量等）時，可根據其內力大小還需將集中荷載作用處的截面作為控制截面。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2內力組合原則對于一般排架結構，一般是分別算出各種荷載單獨作用時柱各截面的內力值。為了求出柱控制截面上可能出現的最不利內力，還必須考慮這些單項荷載同時出現的可能性，即進行荷載效應組合。荷載效應組合的設計值S應從下列組合值中取最不利值確定：第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2內力組合原則由可變荷載效應控制的組合由永久荷載效應控制的組合：采用該組合時，參與組合的可變荷載可僅限于豎向荷載。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2內力組合原則根據上述原則，對不考慮抗震設防的單廠結構，需要進行以下7中可能的組合。1）1.2×恒載標準值計算的荷載效應+0.9×1.4×（活載+風荷載+吊車荷載）標準值計算的荷載效應2）1.2×恒載標準值計算的荷載效應+0.9×1.4×（風荷載+吊車荷載）標準值計算的荷載效應3）1.2×恒載標準值計算的荷載效應+0.9×1.4×（活載+風荷載）標準值計算的荷載效應第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析2內力組合原則4）1.2×恒載標準值計算的荷載效應+0.9×1.4×（活載+吊車荷載）標準值計算的荷載效應5）1.2×恒載標準值計算的荷載效應+1.4×吊車荷載標準值計算的荷載效應6）1.2×恒載標準值計算的荷載效應+1.4×風荷載標準值計算的荷載效應7）1.35×恒載標準值計算的荷載效應+1.4×（活載+吊車荷載）標準值計算的荷載效應第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析3內力組合項目排架結構受力后，柱內同時產生彎矩、軸力和剪力。因此，排架柱為偏心受壓構件，其縱向受力鋼筋的數量與控制截面的彎矩和軸力有關。由于彎矩和軸力同時存在，通常難以判別哪一種彎矩和軸力的組合是決定截面配筋的最不利內力。同時由于在柱的截面上存在著正負彎矩，排架柱一般采用對稱配筋。對于Ⅲ-Ⅲ截面，即是柱底也是基礎頂面,由于基礎設計需要，應進行M、N和V的組合。

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析3內力組合項目由偏壓構件的破壞特征可知，對大偏壓構件，當N基本不變時，M越大越危險，而當M不變時，N越小越危險，所需越多。小偏壓是受壓破壞，當一個不變時，另一個越大越危險，用鋼量越大。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析因此，通常選擇以下四種內力組合作為截面最不利內力組合：（1）

+Mmax及相應的N，V；（2）

–Mmax及相應的N，V；（3）

Nmax及相應的M(+Mmax

或者–Mmax），V；（4）

Nmin及相應的M(+Mmax

或者–Mmax），

V。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析因此，通常選擇以下四種內力組合作為截面最不利內力組合：（1）

+Mmax及相應的N，V；（2）

–Mmax及相應的N，V；對于（1）（2）兩項組合，當彎矩取為最大正值或最大負值時，相應的軸力就唯一的確定了。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析因此，通常選擇以下四種內力組合作為截面最不利內力組合：（3）Nmax及相應的M(+Mmax

或者–Mmax），V；（4）Nmin及相應的M(+Mmax

或者–Mmax），

V。對于（3）（4）兩種組合，當軸力取定為最大或最小值時，相應的彎矩可能不只是一種，這是因為在風荷載和吊車水平荷載作用時，軸力為零，但都產生彎矩。因此，要取相應可能產生的最大正彎矩和負彎矩。

一般情況下，按照上述四項內力組合，已經能滿足工程設計的要求。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析4內力組合注意事項（1）每次內力組合時，都必須考慮恒荷載產生的內力。

（2）在吊車豎向荷載中，同一柱的同一側牛腿上有Dmax或Dmin作用，兩者只能選擇一種參加組合。（3）吊車橫向水平荷載Tmax同時作用在同一跨內的兩個柱子上，向左或向右，組合時只能選取其中一個方向。第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析4內力組合注意事項

（4）在同一跨內Dmax或Dmin與Tmax不一定同時發(fā)生，故組合Dmax或Dmin產生的內力時，不一定要組合Tmax產生的內力。但在組合Tmax時，則必有Dmax或Dmin，因為吊車水平荷載不能脫離吊車豎向荷載單獨作用。（5）風荷載有向左、向右吹兩種情況，只能選擇一種參加組合。

第2章單層廠房結構

2.5橫向排架結構內力分析（6）由于多臺吊車同時滿載的可能性較小，所以當多臺吊車參與組合時，其內力應乘以相應的荷載折減系數。參與組合的吊車臺數吊車工作級別A1~A5A6~A720.900.9530.850.9040.800.85第2章單層廠房結構2.6柱的設計2.6柱的設計預制鋼筋混凝土排架柱的設計，包括選擇柱的形式、確定截面尺寸、配筋計算、吊裝驗算、牛腿設計等。2.6.1截面設計1截面配筋計算根據排架內力組合得到的各控制截面最不利內力M、N、V及所確定的柱截面形式和尺寸，按偏心受壓構件對柱進行配筋設計。一般采用對稱配筋。

第2章單層廠房結構2.6柱的設計2.6柱的設計在對柱進行受壓承載力計算或驗算時，需要考慮二階效應的影響。

《混凝土結構設計規(guī)范》根據單層廠房的實際支承及受力特點，結合工程經驗所給出的計算長度。第2章單層廠房結構2.6柱的設計

剛性屋蓋單層廠房排架柱、露天吊車柱和棧橋柱的計算長度柱的類型排架方向垂直排架方向有柱間支撐無柱間撐無吊車廠房柱單跨1.5H1.0H1.2H兩跨及多跨1.25H1.0H1.2H有吊車廠房柱上柱2.0Hu1.25Hu1.5Hu下柱1.0Hl0.8Hl1.0Hl露天吊車柱和棧橋柱2.0Hl1.0Hl－注：表中有吊車房屋排架柱的計算長度，當計算中不考慮吊車荷載時，可按無吊車房屋柱的計算長度采用，但上柱的計算長度仍可按有吊車房屋采用。當表中有吊車房屋排架柱的上柱在排架方向的計算長度，僅適用于Hu/Hl≥0.3的情況，當Hu/Hl

<0.3時，計算長度宜采用2.5Hu。第2章單層廠房結構

2.6柱的設計2構造要求

柱的混凝土強度等級不宜低于C20，縱向受力鋼筋直徑d不宜小于12mm，全部縱向鋼筋的配筋率不宜超過5%。當偏心受壓柱的截面高度大于600mm時，在側面應設置直徑為10～16mm的縱向構造鋼筋，并應相應設置復合箍筋和拉筋。

柱內縱向鋼筋的凈距不應小于50mm；對水平澆筑的預制柱，其上部縱向鋼筋的最小凈間距不應小于30mm和1.5d(d為鋼筋的最大直徑)，下部縱向鋼筋的最小凈間距不應小于25mm和d。第2章單層廠房結構

2.6柱的設計偏心受壓柱中垂直于彎矩作用平面的縱向受力鋼筋以及軸心受壓柱中各邊的縱向受力鋼筋，其中距不宜大于300mm。柱中的箍筋應為封閉式。箍筋間距不應大于400mm，且不應大于構件截面的短邊尺寸，同時在綁扎骨架中不應大于15d，在焊接骨架中不應大于20d,d為縱向鋼筋的最小直徑。

第2章單層廠房結構

2.6柱的設計箍筋直徑不應小于d/4，且不應小于6mm，d為縱向鋼筋的最大直徑。當柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率超過3%時，箍筋直徑不宜小于8mm，間距不應大于10d（d為縱向鋼筋的最大直徑），且不應大于200mm。第2章單層廠房結構

2.6柱的設計2.6.2牛腿設計

在廠房結構鋼筋混凝土柱中，常在其支承屋架、托架、吊車梁和連系梁等構件的部位，設置從柱側面伸出的短懸臂，稱為牛腿。牛腿按承受的豎向力作用點至牛腿根部柱邊緣水平距離的不同分為兩類：

時為長牛腿，按懸臂梁進行設計；

時為短牛腿，是一個變截面短懸臂深梁，按本節(jié)方法設計。第2章單層廠房結構

2.6柱的設計1牛腿的受力特點及破壞形態(tài)

試驗研究表明，從加載至破壞，牛腿大體經歷彈性、裂縫出現與開展和最后破壞三個階段。

（1）彈性階段

：通過環(huán)氧樹脂牛腿模型的光彈試驗，得到了主應力跡線。上邊緣附近的主拉應力跡線大致與上邊緣平行，牛腿斜邊主壓應力跡線大致與ab連線平行，壓應力分布也比較均勻。牛腿的應力狀態(tài)第2章單層廠房結構

2.6柱的設計（2）裂縫出現與開展階段

：試驗表明，當荷載達到極限荷載的20%~40%時，由于上柱根部與牛腿交界處的主拉應力集中現象，在該處首先出現自上而下的豎向裂縫①，裂縫細小且開展較慢，對牛腿的受力性能影響不大；

當荷載達到極限荷載的40%~60%時，在加載墊板內側附近出現一條斜裂縫②，其方向大體與主壓應力軌跡線平行。

第2章單層廠房結構

2.6柱的設計（3）破壞階段：繼續(xù)加載，隨a/h0值的不同，牛腿主要有以下幾種破壞形態(tài)：

彎壓破壞：當0.75<a/h0<1且縱向配筋率偏低時，隨著荷載增加，斜裂縫②不斷向受壓區(qū)延伸，縱筋應力不斷增加并逐漸達到屈服強度，這是斜裂縫②外側部分繞牛腿下部與柱的交接點處轉動，致使受壓區(qū)混凝土壓碎而引起破壞。

設計中用配置足夠數量的縱向受拉鋼筋來避免出現這種破壞現象。第2章單層廠房結構

2.6柱的設計

斜壓破壞：當a/h0=0.1~0.75，隨著荷載增加，在斜裂縫②