3單層工業廠房主要學習內容：單層廠房排架結構的組成、構件選型和布置排架荷載及內力計算單層廠房柱及牛腿的設計柱下單獨基礎的設計學習重點與難點：單層廠房排架結構的組成和構件的布置排架荷載及內力計算牛腿的設計柱下單獨基礎的設計13.1概述3.2排架結構的組成、構件選型和布置3.3排架計算3.4單層廠房柱3.5柱下單獨基礎3.6單層工業廠房的新進展3單層工業廠房23.1概述唐山渤海冶金重工業單層廠房33.1概述恒鑫機械重工業單層廠房43.1概述深圳怡龍電子工業多層廠房

53.1概述上海南匯康橋輕工業多層廠房

63.1概述張家港DIC化工廠層數混合廠房

73.1概述開封火電廠層數混合廠房8工業廠房按層數可分為：單層廠房→多層廠房→層數混合廠房→3.1概述機械、冶金等重工業；食品、電子、精密儀器制造等輕工業；化學工業、熱電站等。9結構特點

跨度大，高度大，荷載大：構件內力和截面尺寸大；

常承受吊車、機械設備動力等荷載：結構設計時應考慮動力荷載的影響；結構空曠：

幾乎無內隔墻，僅在四周設墻和柱；

基礎受力大：

對地質有較高要求。3.1.1單層廠房的特點10(2)工藝設計特點生產工藝流程的需要→

車間內生產工藝流程確定廠房結構的平面布置及廠房的高度、剖面、立面及圍護結構等；起重運輸或設備安裝檢修的需要

→

廠房內的起重吊車、運輸通道及設備檢修場地等影響廠房主要構件的設計；

衛生方面的需要→建立良好的工作環境，解決采光、通風、三廢、余熱、濕氣及噪音等對環境的污染。3.1.1單層廠房的特點11按結構材料分3.1.2單層工業廠房結構的類型

混合結構

磚柱＋RC/木/輕鋼屋架

鋼筋混凝土結構

RC柱＋RC/鋼屋架

鋼結構

鋼柱＋鋼屋架吊車噸位≤5t，跨度≤15m，柱頂標高≤8m小型廠房吊車噸位≥25t，或跨度≥36m或特殊工藝廠房12按結構形式分3.1.2單層工業廠房結構的類型

排架結構

剛架結構剛性排架－－屋架或橫梁變形很小，可忽略柔性排架－－屋架或橫梁變形較大，不能忽略兩鉸門式三鉸門式13單層廠房結構的基本形式跨度≥30m，H=20～30m，吊車噸位可達150t。特點：屋架/屋面梁剛度大柱頂與屋架/屋面梁鉸接柱底與基礎剛接。單跨多跨等高

排架結構剛體3.1.2單層工業廠房結構的類型14不等高鋸齒形

排架結構3.1.2單層工業廠房結構的類型15

剛架結構特點：屋架/屋面梁與柱剛接，柱與基礎一般為鉸接。三鉸門架兩鉸門架兩鉸門架優點：梁柱合一，結構輕巧，制作簡單缺點：剛度較差，產生跨變，梁柱轉角易產生裂縫一般適用吊車噸位≤10T，跨度≤18～24m，柱頂標高≤6～8m的金工、機修、裝配及噴漆等車間和倉庫3.1.2單層工業廠房結構的類型16

本節的知識結構3.2排架結構的組成、選型和布置屋蓋結構單層廠房排架結構布置單層工業廠房橫向排架縱向排架圍護結構單層廠房排架結構組成單層廠房排架結構構件選型屋面板檁條天窗架/托架排架柱吊車梁基礎柱網變形縫支撐體系圍護結構屋架/屋面梁17(1)結構的組成3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑屋蓋結構橫向平面排架縱向平面排架圍護結構1屋面板2天溝板3天窗架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屋架下弦橫向支撐14屋架垂直支撐15柱間支撐4屋架18(1)結構的組成3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑1基礎

2基礎梁3排架柱4抗風拄5聯系梁6吊車梁7屋架8屋面板9天溝10屋架上弦支撐11屋架下弦橫向水平支撐；12屋架下弦縱向水平支撐，13屋架豎向支撐14柱間支撐15圍護墻19屋蓋結構有檁體系小型屋面板檁條屋架屋蓋支撐無檁體系大型屋面板屋面梁/屋架屋蓋支撐有檁體系無檁體系3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑20橫向排架橫向排架是單層工業廠房的基本承重結構。組成屋架/屋面梁橫向柱列基礎作用：主要承受包括屋蓋荷載吊車荷載縱墻風荷載縱墻自重橫向排架結構3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑21縱向排架組成：屋面板吊車梁縱向柱列柱間支撐作用保證廠房結構的縱向穩定性和剛度；承受縱向水平吊車荷載、地震作用及風荷載等.受力特點及設計荷載較小，內力較小構件數量多，剛度大通常不必計算縱向排架結構3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑22圍護結構組成：縱墻橫墻（山墻）抗風柱連系梁、基礎梁等作用承受墻體和構件的自重；承受作用在墻面上的風荷載等。山墻及抗風柱3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑23主要結構構件及其作用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3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑24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定性，承受并傳遞縱向水平荷載至排架柱或基礎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其他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，并將它們傳給地基主要結構構件及其作用(續)3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑25構件名稱構件作用備注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其他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，并將它們傳給地基支撐體系屋蓋支撐加強屋蓋結構空間剛度，保證屋架的穩定，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定性，承受并傳遞縱向水平荷載至排架柱或基礎主要結構構件及其作用(續)3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑26主要結構構件及其作用(續)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3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑27荷載種類

恒載

活載吊車豎向荷載吊車橫向制動力吊車縱向制動力風荷載施工荷載積灰荷載地震作用其它荷載(2)荷載及其傳遞路徑排架結構的荷載3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑28荷載按方向劃分：豎向荷載橫向水平荷載縱向水平荷載(2)荷載傳遞路徑基礎荷載排架柱地基3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑總體傳力路徑29總體荷載傳遞路徑3.2.1結構組成和荷載傳遞路徑30（1）單層廠房結構的設計步驟3.2.2主要構件的選型方案設計階段技術設計階段施工圖階段確定柱網布置等平面問題

——確定結構形式、標高等剖面問題選擇結構構件類型確定結構布置——確定結構計算簡圖荷載計算及排架內力分析結構構件（柱、基礎等）設計——結構布置圖（屋面、柱、基礎等）構件布置與配筋圖節點大樣圖工業設計要求31（2）結構構件的選型原則經濟合理：減少材料用量、減輕自重；工藝和建筑設計要求；荷載作用情況施工條件和構件供應情況；各種構件的適應范圍和技術經濟指標。3.2.2主要構件的選型32(2)主要構件選型屋面板

無檁體系屋蓋：大型屋面板，適用于保溫或不保溫卷材防水屋面。

有檁體系屋蓋：小型屋面板。布置：支撐在屋架/屋面梁或檁條上。作用：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。3.2.2主要構件的選型33常用屋面板序號構件名稱形式特點1PC屋面板水平剛度好;適用于中、重型和振動較大、對屋面要求較高的廠房;卷材防水最大坡度1/5，非卷材防水1/42PCF型屋面板材料省，水平剛度、防水效果較預應力混凝土屋面板差；適用于中、輕型非保溫廠房，坡度1/4-1/83PC夾心保溫屋面板承重、保溫、防水三重作用；適用于一般保溫廠房；坡度1/8-1/124PC槽瓦材料省，屋面輕，但剛度差。適用于非保溫、積灰少的中小型廠房；坡度1/3-1/55RC掛瓦板掛瓦板密排，上鋪粘土瓦，有平整的平頂，適用于粘土瓦的輕型廠房和倉庫;坡度1/2-1/2.53.2.2主要構件的選型34檁條布置：擱在屋架或屋面梁上作用：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定性。3.2.2主要構件的選型35常用檁條序號構件名稱形式規格適用條件1RCг型檁條L=6m間距3m瓦材屋面的各類廠房2RCT型檁條L=6m間距3m瓦材屋面的各類廠房3PCг型檁條L=6m或9m瓦材屋面的各類廠房4PCT型檁條L=6m間距3mL=12m間距6m瓦材屋面的各類廠房5鋼檁條L=6m間距1.5m無腐蝕性水汽產生的廠房，承受輕型瓦材6冷彎薄壁型鋼檁條

L=6m間距1.1m無腐蝕性水汽產生的廠房，承受輕型瓦材3.2.2主要構件的選型36屋架和屋面梁拱式(三鉸拱/兩鉸拱)：適用于≤15m以下的廠房。桁架式(三角形/梯形/折線形/拱形)：適用于18~36m的廠房。抗震要求：優先采用低重心或重量輕的PC屋架/鋼屋架/輕鋼屋架。屋架和屋面梁是廠房結構最主要的承重構件之一，它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。屋架及屋面梁的選用:3.2.2主要構件的選型37常用屋架和屋面梁序號構件名稱形式跨度(m)允許荷載特點及適用條件1PC單坡屋面梁9/12450高度小、重心低、側向剛度好，施工方便，但自重大，經濟指標差;適用于振動大及有腐蝕介質的廠房。坡度1/18-1/122PC雙坡屋面梁12/15/184503RC兩鉸拱屋架9/12/15300上弦RC，下弦角鋼，自重輕。適用于中小型廠房。卷材防水最大坡度1/5，非卷材防水1/44RC三鉸拱屋架9/12/15300頂節點鉸接，其他同上5PC兩鉸拱屋架9/12/15/18300上弦先張法PC，下弦角鋼，其他同上6RC組合屋架12/15/18300上弦及受壓為RC，下弦及受拉為角鋼，自重輕。適用于中輕型廠房。坡度1/43.2.2主要構件的選型38常用屋架和屋面梁(續)序號構件名稱形式跨度(m)允許荷載特點及適用條件7RC三角形屋架12/15300屋架上設檁條及掛瓦板。自重大，適用于有檁體系的中小型廠房。坡度1/2-1/38RC折線形屋架15/18350外形合理，屋面坡度合適。適用于卷材防水屋面的廠房9PC折線形屋架18/21/24/27/30400-350適用于卷材防水屋面的大中型廠房10PC折線形屋架18/21/24350外形合理，自重輕。適用于卷材防水屋面的中型廠房，坡度1/411PC梯形屋架18-30350自重大、剛度好，適用于卷材防水屋面的高溫及井式或橫向天窗的中、重型廠房。坡度1/10-1/1212PC直腹桿屋架15-36250構造簡單，但端部坡度陡。適用于井式或橫向天窗的廠房3.2.2主要構件的選型39天窗架采光和通風要求。削弱屋蓋的整體剛度，應加強支撐，宜采用鋼結構。主要有M形和W形兩種。鋼筋混凝土門形天窗架W形天窗架Y形天窗架多壓桿式鋼天窗架桁架式鋼天窗架3.2.2主要構件的選型40托架三角形折線形作用：支撐中間屋面梁/屋架柱距>屋面板/檁條寬度常用形式：12m跨PC桁架式托架。3.2.2主要構件的選型41吊車梁吊車梁的作用：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。吊車梁的選型依據：吊車的起重量工作級別臺數廠房的跨度柱距等3.2.2主要構件的選型42常用吊車梁序號構件名稱跨度(m)適用起重量(t)形狀示意1RC厚腹吊車梁6輕級：3-50中級：3-30重級：5-202RC薄腹吊車梁6輕級：3-50中級：3-30重級：5-203組合式輕型吊車梁4/6輕、中級：≤54組合式吊車梁6/12輕、中級：≤55先張PC等截面吊車梁6輕級：5-125中級：5-75重級：5-503.2.2主要構件的選型43常用吊車梁(續)序號構件名稱跨度(m)適用起重量(t)形狀示意6后張PC等截面吊車梁6輕級：15-100中級：5-100重級：5-507后張PC魚腹式吊車梁6中級：15-125重級：10-1008后張PC魚腹式吊車梁12中級：5-100重級：5-509先張部分PC吊車梁6輕、中級：≤303.2.2主要構件的選型44柱的形式：

矩形柱、工字形柱、雙肢柱等。柱

截面尺寸：h≦500mm采用矩形實腹柱；h＝600～800mm采用工字形或矩形柱；h＝900～1200mm采用工字形柱；h＝1300～1500mm采用工字形或雙肢柱。常用柱的形式3.2.2主要構件的選型45作用：承受全部重量和作用力。常用形式：目前一般采用單獨的杯形基礎。基礎樁基礎階梯形基礎錐形基礎深埋高杯口基礎3.2.2主要構件的選型46(1)柱網布置跨度柱距3.2.3柱網布置和變形縫

跨度：廠房縱向定位軸線之間的尺寸；

柱距：廠房橫向定位軸線之間的尺寸。47《廠房建筑模數協調標準》規定：

跨度：

跨度≤18m：3m的倍數進級(30M)；

跨度＞18m：6m的倍數進級(60M)允許21m/27m/33m等30M進級。

柱距：采用擴大模數6m的倍數進級(60M)

；也可采用9m的柱距；或利用托架擴大柱距。柱網布置的模數3.2.3柱網布置和變形縫48剪應力剪應力作用：減少溫度應力，保證廠房正常使用。設置：從基礎頂面至上部結構完全斷開設縫。最大間距：（GB50010-2002）

室外露天

70m；室內或土中

100m裂縫主拉應力主拉應力(2)變形縫

伸縮縫伸縮縫的布置3.2.3柱網布置和變形縫49剪應力剪應力裂縫主拉應力主拉應力

沉降縫作用：防止廠房發生不均勻沉降設置：從基礎至屋頂完全斷開設縫。沉降縫的布置相鄰廠房高度差異大地基差別大3.2.3柱網布置和變形縫50

防震縫作用：減少廠房震害；設置：從基礎頂面至上部結構完全斷開設縫；縫寬：一般為50-70mm。設置部位：平面、立面復雜；結構高度及剛度變化較大；廠房側邊貼建生活間、變電所等坡屋；地震區：伸縮縫、沉降縫均應符合防震縫要求。3.2.3柱網布置和變形縫51（1）支撐的作用：3.2.4支撐的作用及布置原則施工階段和使用階段保證廠房結構的幾何穩定性保證廠房結構的縱橫向水平剛度及空間整體性；提供側向支撐，改善結構的側向穩定性；

傳遞水平荷載至主要承重構件或基礎。支撐的分類：屋蓋支撐柱間支撐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上柱柱間支撐下柱柱間支撐52（2）屋蓋支撐上弦橫向水平支撐構成：沿跨度方向用交叉角鋼、直腹桿和屋架上弦桿構成水平桁架作用：保證屋架上弦的側向穩定性；增強屋蓋的整體剛度；承受并傳遞縱向水平荷載。3.2.4支撐的作用及布置原則53上弦橫向水平支撐

有檁體系中的布置布置在伸縮縫區段的兩端有時可設在第二柱間3.2.4支撐的作用及布置原則54上弦橫向水平支撐無檁體系的布置：有連接可靠的大型屋面板；(可不設)設有通過端部第二柱間或伸縮縫的天窗;(設)采用鋼筋砼拱形或梯形屋架。(應設)3.2.4支撐的作用及布置原則55下弦橫向水平支撐構成：沿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。

3.2.4支撐的作用及布置原則56下弦橫向水平支撐布置：

抗風柱與屋架下弦連接傳遞縱向水平力時；

設有硬鉤橋吊或≥5T鍛錘等振動設備時；

設有吊點屋架下弦的縱向或橫向運行的懸掛吊車時；

l≥18m且下弦設有縱向水平支撐時(形成封閉水平支撐系統)。3.2.4支撐的作用及布置原則縱向橫向57下弦縱向水平支撐構成：由交叉角鋼、直桿和屋架下弦第一節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定；傳遞山墻風荷載及縱向水平荷載。3.2.4支撐的作用及布置原則58下弦縱向水平支撐縱向布置：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；當設有軟鉤橋式吊車且廠房高度大、吊車起重量較大，應在屋架下弦端節間沿廠房縱向通長或局部設置一道；廠房設有托架，應沿托架一側設置下弦縱向水平支撐。3.2.4支撐的作用及布置原則59垂直支撐

作用：保證屋架或天窗架平面外的穩定；將縱向水平力由屋架上弦平面傳至屋架下弦平面內。構成：一般由角鋼桿件與屋架的直腹桿或天窗架的立柱組成的垂直桁架。垂直支撐及系桿的布置3.2.4支撐的作用及布置原則60垂直支撐設置：垂直支撐與屋架下弦橫向水平支撐應布置在同一柱間；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6m、采用大型屋面板時，應在每一伸縮縫區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，應在每一伸縮縫區段端部的第一或第二柱間，屋架跨度1/3左右的節點處設置兩道垂直支撐。伸縮縫區間長度>60m時，應在柱間支撐部位增設一道垂直支撐；設有>3T鍛錘的廠房，應在其所處柱間及其以鍛錘為中心的30m范圍內的屋架間，每跨連續增設一道垂直支撐。3.2.4支撐的作用及布置原則61水平系桿

分類：

剛性系桿：

既能承拉又能承壓，一般為雙角鋼桿件或RC桿件；

柔性系桿：只能承受拉力，多為單角鋼，截面較小。

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。

3.2.4支撐的作用及布置原則62水平系桿布置：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點處，設置通長的水平系桿。跨中設垂直支撐時，一般沿其縱向垂直平面設通長上弦剛性和下弦柔性系桿；端部設垂直支撐時，一般沿其鉛垂面設通長下弦剛性系桿。設有下弦橫向或縱向水平支撐時，均應設相應的下弦剛性系桿，以形成水平桁架。天窗側柱處應設柔性系桿，在天窗范圍內沿縱向設1~3道通長上弦剛性系桿，以保證屋架上弦側向穩定。當屋架橫向水平支撐設在端部第二柱間時，應在第一柱間設置上、下弦剛性系桿。3.2.4支撐的作用及布置原則63天窗架支撐

構成：天窗架上弦橫向水平支撐天窗架間的垂直支撐水平系桿。作用：保證天窗架上弦的側向穩定；傳遞天窗端壁上的風荷載。布置：垂直支撐設置在天窗兩側當橫向水平支撐和垂直支撐均設置在天窗端部第一柱間內未設置上弦橫向水平支撐的天窗架間的上弦節點處設置柔性系桿；3.2.4支撐的作用及布置原則64柱間支撐

構成：

由交叉鋼桿件組成，交叉傾角宜取45°

作用：提高廠房的縱向剛度和穩定性;傳遞縱向水平力到兩側柱列。十字交叉形支撐門架式支撐

形式：3.2.4支撐的作用及布置原則65柱間支撐適用工況：當設有A6～A8的吊車，或A1～A5的吊車起重量≥10t時廠房跨度≥18m，或柱高≥8m時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。上柱柱間支撐：一般在伸縮縫區段兩端與屋蓋橫向水平支撐相對應的柱間以及伸縮縫區段中央或臨近中央的柱間。

下柱柱間支撐：在伸縮縫區段中部與上柱柱間支撐相應的位置。

布置要求：3.2.4支撐的作用及布置原則663.2.5圍護結構布置屋面板的布置抗風柱的布置圈梁的布置連系梁的布置過梁的布置基礎梁的布置墻體(板)等構件的布置67抗風柱的布置3.2.5圍護結構布置68

抗風柱的布置

抗風柱與其他構件的連接：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，可與下弦鉸接；抗風柱與屋架之間采用彈簧板連接：豎向可移動、水平剛度較大的；如廠房沉降量較大時，宜采用槽形孔螺栓連接。3.2.5圍護結構布置69圈梁的布置

構成：設置于墻體內并與柱子連接的現澆鋼筋混凝土構件

作用將墻體與排架柱、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。3.2.5圍護結構布置70連系梁及過梁布置

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。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，節約材料，方便施工。3.2.5圍護結構布置71基礎梁布置在單層廠房中，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。3.2.5圍護結構布置723.3排架計算3.3.1計算簡圖實為空間結構簡化計算在跨度方向按橫向平面排架計算，在柱距方向按縱向平面排架計算。縱向平面排架的柱列較多、抗側移剛度較大，一般不考慮該方向柱列承受彎矩的影響，因此最終簡化成橫向平面排架進行計算。73(1)計算單元在結構平面圖上由相鄰柱距的中線截出一個典型的區段，作為橫向排架的計算單元。3.3.1計算簡圖74(2)基本假定屋架/屋面梁與柱頂鉸接；柱下端固接于基礎頂面；橫梁為軸向變形可忽略的剛桿。簡化：排架柱的軸線分別取上、下柱截面的形心線當為變截面柱時，排架柱軸線為一折線，屋面梁或屋架為一剛性桿。根據上述假定及簡化，可得到橫向排架的計算簡圖。假定：3.3.1計算簡圖75(3)計算簡圖柱總高H=柱頂標高－基礎頂面標高（-0.5m）。上柱高度=柱頂標高－牛腿頂面標高。牛腿頂面標高=吊車軌頂標高－吊車梁及其軌道構造高度之和。簡化計算計算跨度以廠房的軸線L為準，變截面處增加力偶M=Pe。3.3.1計算簡圖76

屋蓋恒載F1(屋面板及構造層、天窗架、屋架及支撐自重)

上柱自重F2、牛腿自重F3、下柱自重F6

吊車梁及軌道、連接件等自重F4

圍護墻體自重F5(柱牛腿上連系梁、圍護墻、柱上的墻板)

屋面活載Q1

吊車荷載

風載q、Fw恒載活載吊車橫向水平荷載Tmax吊車豎向荷載Dmax、DminF1F3F6F4F3F2F1F2F4F5Q1Q1DmaxDminTmaxTmaxFwq吸風qqFwF63.3.2荷載計算77包括屋面板及構造層、天窗架、屋架及支撐的自重。

F1的作用位置：

采用屋架：通過屋架上、下弦中心線的交點作用于柱頂；采用屋面梁：通過梁端支承墊板的中心線作用于柱頂。(1)屋蓋恒載F13.3.2荷載計算78將屋面橫梁截斷，在柱頂加以不動鉸支座，簡化為一次超靜定懸臂梁計算；柱頂偏心屋面恒載移至相應上柱或下柱的截面中心線處，并附加偏心彎矩。

F1作用內力計算簡圖F1內力計算簡圖3.3.2荷載計算79

對豎向偏心荷載F2、F3、

F4、F5換算成軸心荷載和偏心彎矩時，相應的換算偏心彎矩為：

M2=F2?e2式中

e2為上、下柱軸線間的距離作用于下柱柱頂截面中心；M3=F3?e3式中

e3為牛腿截面中心線至下柱中心線的距離作用于牛腿梯形截面中心；

M4=F4?e4

式中e4為吊車梁縱向至下柱截面中心線之間的距離作用于吊車梁軌道中心；

M5=F5?e5

式中e5為連系梁中心線至柱中心線間的距離作用于柱上牛腿連系梁截面中心。(2)

恒載F2、F3、F4、F53.3.2荷載計算80(3)

屋面活荷載Q1包括屋面均布活荷載、雪荷載及積灰荷載，按屋面的水平投影面積計算。屋面均布活荷載：一般不上人的鋼筋混凝土屋面：0.5kN/m2

輕屋面、瓦材屋面：0.3kN/m2積灰荷載：由GB50009-2001查得雪荷載：屋面均布活荷載不與雪荷載同時組合，取大值參與組合。作用位置及計算方法同屋蓋恒載F1。3.3.2荷載計算81(4)

吊車荷載Dmax、Dmin和Tmax單層廠房中的橋式吊車吊車荷載的分布3.3.2荷載計算82吊車荷載作用的方向和位置

吊車荷載傳遞路徑：輪壓作用于軌道→吊車梁→牛腿→柱3.3.2荷載計算83

吊車豎向荷載Dmax、Dmin吊車吊起額定起重量在運行過程中，對排架柱牛腿頂面產生的最大或最小的豎向壓力。

計算方法：根據簡支梁支座反力影響線的原理：參與組合吊車臺數輕級和中級重級和超重級20.90.9530.850.940.80.85多臺吊車荷載的折減系數ξ參與組合的吊車臺數：

單跨廠房排架不宜多于2臺；

多跨廠房的排架不宜多于4臺。3.3.2荷載計算84吊車橫向水平荷載Tmax小車起吊重物在啟動和制動時產生的橫向水平力。

對于一般的四輪吊車運行時，單輪橫向水平剎車力為計算方法式中Q——吊車的額定起重量；

g——小車重量；a

——橫向水平荷載系數。3.3.2荷載計算85規范規定：

無論單跨或多跨廠房，計算Tmax時，最多考慮兩臺吊車，并考慮多臺吊車時的荷載折減系數。吊車橫向水平荷載Tmax

根據簡支梁支座反力影響線的原理，作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載為：3.3.2荷載計算86縱向運行的橋機在啟動或突然剎車，由于吊車自重和吊物自重的慣性產生的吊車縱向制動力。

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：

式中m——起重量相同的吊車臺數，n——吊車每側的制動輪數。吊車縱向水平荷載T03.3.2荷載計算87

風荷載標準值：式中w0——基本風壓；

βz

——風振系數，對單層廠房取βz＝1；

μz——風壓高度變化系數，分A、B、C、D四類；

μs——風載體型系數。

(5)

風荷載q1/q2/Fw3.3.2荷載計算88

柱頂以下按均布考慮,μz按柱頂高度取值；

柱頂以上以集中荷載形式作用于柱頂,

μz按天窗檐或廠房檐口高度取值。工程簡化q1/q2：作用于柱頂以下計算墻面上的均布風荷載；

Fw：作用于柱頂以上的集中風荷載，包括屋面風荷載合力的水平分力及屋架端部高度范圍內墻體迎風面和背風面風荷載的合力。3.3.2荷載計算89排架內力分析方法：柱頂水平位移相等的排架→等高排架→剪力分配法柱頂水平位移不相等的排架→不等高排架→力法3.3.3剪力分配法計算排架內力剪力分配法適用工況：荷載對稱結構不對稱結構對稱荷載不對稱

90

當單位水平力作用于單階懸臂柱頂端時，柱頂水平位移為：

反映了柱抵抗側移的能力，稱為柱的抗剪剛度或抗側移剛度。抗剪柔度系數抗側移剛度3.3.3剪力分配法計算排架內力91(1）柱頂作用水平集中力時的內力計算根據求出的柱頂剪力，各排架柱按懸臂柱進行彎矩計算剪力分配系數3.3.3剪力分配法計算排架內力92（2）柱頂任意荷載作用時的內力計算步驟(1)：在排架柱頂附加一個不動鉸支座以阻止水平側移，求出支座反力R及各柱頂支座反力Ri，R=∑Ri：3.3.3剪力分配法計算排架內力93（2）柱頂任意荷載作用時的內力計算步驟(2):

撤除附加不動鉸支座，并將支座反力R反方向作用于排架柱頂，以恢復原結構體系，利用剪力分配法求出各柱頂的剪力ηi

(Fw+R)；3.3.3剪力分配法計算排架內力94（2）柱頂任意荷載作用時的內力計算

步驟(3):

將上述兩步結果疊加即得排架各柱頂的實際剪力：

Vi=Ri－ηi(Fw+R)3.3.3剪力分配法計算排架內力953.3.4力法計算不等高排架內力將剛性橫梁切開，代以基本未知力：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。963.3.5排架內力組合（1）控制截面荷載作用下柱內力沿柱高變化，設計時：→

選擇對全柱配筋起控制截面進行內力組合；→

找出上柱及下柱的控制截面；→

進行上柱和下柱各自配筋。控制截面的位置：

上柱：柱底I—I；

下柱：牛腿頂面П—П，底面Ш—Ш。97對于一般排架結構，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：由可變荷載效應控制的組合

由永久荷載效應控制的組合（2）荷載效應組合3.3.5排架內力組合98(3)內力組合內力組合的目的：鋼筋混凝土柱的配筋設計。內力組合的原則：

對于大偏壓構件：M越大，N越小→配筋越多→內力最不利對于小偏壓構件：M越大，N越大→配筋越多→內力最不利不利的內力組合

通常選擇以下四種內力組合作為截面最不利內力組合：

+Mmax

及相應的N、V；-Mmax

及相應的N、V；

Nmax及相應的M、V；

Nmin及相應的M、V。Why？3.3.5排架內力組合99

內力組合的注意事項恒載必須參與每一種組合。組合的單一內力目標應明確：如以+Mmax為組合目標來分析荷載組合，并計算出相應荷載組合下的Mmax

及N、V。當以Nmax或Nmin為組合目標時，應使相應的M盡可能大；當以︱Mmax︱為組合目標時，應使相應的︱N︱盡可能小。組合時“有Tmax

必有Dmax

或

Dmin”；“有Dmax

或

Dmin也必有Tmax”。風荷載及吊車橫向水平荷載均有向左及向右兩種情況，只能選擇一種參與組合。有多臺吊車時，吊車荷載的計算時應按規范規定進行折減。3.3.5排架內力組合1003.4單層廠房柱3.4.1柱的形式及其截面設計柱的截面設計步驟:

確定柱的計算長度（l0）；柱的配筋計算；柱的吊裝驗算。配筋計算：

采用對稱配筋。1013.4.1柱的形式及其截面設計

柱的形式：

參考相應的規定，一般為：

h≤500mm時，采用矩形實腹柱；

h＝600－800mm時，采用工字形或矩形柱；

h＝900－1200mm時，采用工字形柱；

h＝1300－1500mm時，采用工字形或雙肢柱。102柱的計算長度在對柱進行受壓承載力計算或驗算時，柱的偏心距增大系數或穩定系數與柱的計算長度有l0關。《混凝土結構設計規范》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。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－3.4.1柱的形式及其截面設計103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%。

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，下部不應小于25mm和d。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。構造要求3.4.1柱的形式及其截面設計1043.4.2牛腿設計

牛腿分類：

短牛腿(圖a)：a≤h0

→按變截面深梁設計長牛腿(圖b)：a>h0

→按懸臂梁設計105試驗結果表明：牛腿上部主拉應力跡線基本與牛腿上邊緣平行，其拉應力沿牛腿長度方向均勻分布；牛腿下部主壓應力跡線大致與從加載點到牛腿下部轉角的連線ab相平行；牛腿中下部主拉應力跡線傾斜，加載后裂縫有向下傾斜的現象。環氧樹脂牛腿模型光彈試驗3.4.2牛腿設計106試驗結果表明：Fv=0.2～0.4Fu出現垂直裂縫①，受力性能影響不大；Fv=0.4～0.6Fu在加載板內側出現第一條斜裂縫②，大體與受壓跡線平行，它是控制牛腿截面尺寸的主要依據；

Fv=0.8Fu左右突然出現第二條斜裂縫③，預示著牛腿即將破壞。鋼筋混凝土牛腿試驗3.4.2牛腿設計107（1）牛腿的破壞形態彎壓破壞(圖a)：

a/h0>0.75和縱筋配筋率較低

斜壓破壞(圖b、c)：

a/h0=0.1～0.75剪切破壞(圖d)：a/h0≤0.1

此外，還會發生因加載板尺寸過小而導致加載板下混凝土發生局壓破壞(圖e)及縱向受力鋼筋錨固破壞。

3.4.2牛腿設計108牛腿的設計步驟:確定牛腿截面尺寸；

牛腿的配筋計算及配筋構造；驗算局部受壓承載力。（2）牛腿的設計截面尺寸的確定寬度b：與柱同寬；高度h：斜截面抗裂要求；構造要求。3.4.2牛腿設計109截面尺寸的確定牛腿截面高度通常以不出現斜裂縫作為控制條件，抗裂控制條件來確定牛腿的截面尺寸的經驗公式：式中Fvs、Fhs——按荷載效應標準組合計算的豎向力和水平拉力值；

β——裂縫控制系數；

a——豎向力的作用點至下柱邊緣的水平距離；

b——牛腿寬度；

h0——牛腿與下柱交接處的垂直截面有效高度。β＝0.65牛腿基本不出現裂縫；β＝0.70大多數牛腿在不出現斜裂縫，或少數偶爾出現一些微細裂縫；β＝0.80不出現或僅出現細微裂縫。3.4.2牛腿設計110構造要求為防止剪切破壞，牛腿外邊緣高應滿足：

h1≥h/3，且h1≥200mm。截面尺寸的確定牛腿底面傾角一般為a≤45°，以防止底面與下柱交接處應力嚴重集中。3.4.2牛腿設計111

計算模型:試驗研究表明，牛腿在豎向力和水平拉力作用下，其受力特征可以用三角桁架模型來描述：（3）牛腿的配筋計算與配筋構造

牛腿頂部水平縱向受力鋼筋為拉桿牛腿內的斜向受壓混凝土為壓桿3.4.2牛腿設計112對牛腿與下柱交接處壓力合力作用位置取矩：

承載力計算:式中Fv、Fh——作用在牛腿頂部的豎向力設計值和水平拉力設計值；a——意義同前，當a<0.3h0時，取a=0.3h0；

fy——縱向受拉鋼筋強度設計值。3.4.2牛腿設計113

水平箍筋φ6-φ12@100-150mm，且在上部2h0/3范圍內≥As/2；

彎起鋼筋：a/h0≥0.3

時應設置彎起鋼筋。

牛腿的配筋構造縱向受拉鋼筋應滿足ρ=0.2%-0.6%,且不得下彎兼作彎起鋼筋；3.4.2牛腿設計1143.5柱下單獨基礎3.5.1概述基礎設計滿足的條件：地基具有足夠的穩定性：地基不發生過大變形及足夠的承載能力。基礎具有足夠的強度、剛度和耐久性：基礎本身不發生沖切、受彎和剪切破壞。(2)基礎的設計條件：上部承重結構(柱/墻)傳來的作用力（N、M、V）；地基土層的性質及承載力(fa)；115(3)基礎設計的內容：基礎的型式；剛性基礎

VS柔性基礎剛性基礎：磚、毛石、素混凝土、片石混凝土等基礎柔性基礎：鋼筋混凝土基礎埋置深度；淺基礎（d＜L且d＜5m）VS深基礎（d＞5m）

淺基礎：單獨基礎、條形基礎、十字交叉基礎、箱基、筏基等深基礎：樁基礎、沉井基礎、地下連續墻等基礎底面尺寸；b、L基礎高度；h底板的配筋計算；縱向As1

橫向As2選型及埋深等詳見地基基礎教程3.5.1概述116

軸心受壓基礎按受力性能來分

偏心受壓基礎

預制柱基礎按施工方法來分

現澆柱基礎

錐形基礎按截面形式來分

階梯形基礎(4)柱下單獨基礎的分類：3.5.1概述117常見柱下獨立基礎的形式平板式基礎（杯形基礎）板肋式基礎殼體基礎倒圓臺板式基礎a)b)杯口杯底預制柱c)底板肋d)e)f)樁基g)3.5.1概述1183.5.2柱下擴展基礎

設計內容：按地基承載力確定基礎底面尺寸

防止(a)沉降過大；按抗沖切承載力驗算確定基礎的高度

防止(b)沖切破壞；按基礎受彎承載力計算基礎底板鋼筋

防止(c)彎曲破壞。

柱下擴展基礎典型破壞形態地基的設計基礎本身的設計119(1)確定基礎的底面尺寸假定：基礎本身絕對剛性；地基土反力為線性分布。軸心受壓柱基礎的底面尺寸基礎底面的反力為均勻分布，設計時應滿足：若基礎的埋置深度為d，基礎及其上填土的平均重度為,則，可得基礎底面面積為：

方形基礎驗算截面3.5.2柱下擴展基礎120

偏心受壓柱基礎的地基承載力偏心荷載作用時，基礎底面反力線性分布，則邊緣壓力為：3.5.2柱下擴展基礎121取，并將代入，可得基礎底面邊緣的壓力值為：

偏心受壓柱基礎的地基承載力在偏心荷載作用下，基礎底面的壓力值應符合下式要求：為什么乘以1.2？3.5.2柱下擴展基礎122偏心受壓柱基礎的底面尺寸試算法的流程：按軸壓柱基礎計算基底面積A’取A=b×L=(1.2～1.4)A’確定基礎長、短邊尺寸b、L假定b/L＝1.5～3.0計算基礎底面邊緣Pmax和Pmin驗算P≤f結束滿足調整b、L3.5.2柱下擴展基礎123

獨立基礎的高度應根據柱與基礎交接處以及基礎變階處混凝土的受沖切承載力計算確定。基礎沖切破壞示意圖(2)確定基礎高度3.5.2柱下擴展基礎124

作用于基礎底板上的荷載有：由柱傳來的M、N和V;基礎與填土自重G;基礎底板上產生的向上的線性反力Pmax和Pmin。

凈反力：沖切破壞僅由柱傳來的集中荷載M、N和V產生，將此部分反力稱為凈反力Pn,max和Pn,min：

基礎底板的荷載Why？NMPn,maxho450450Pn,minVNMPmax450450PminVG/A3.5.2柱下擴展基礎125沿柱邊沖切沿變階處沖切基底的沖切荷載效應為：NMpnho450450NMpnh0450450h0h0h0h0abatABCDEFh0h0h0h0abatABDEFC

底板的沖切承載力驗算沖切力的作用面積=？式中pn——基底的單位面積凈反力，可取為pn,max：Al——沖切破壞面以外的基底沖切力作用面積。3.5.2柱下擴展基礎126基底沖切力的作用面積如圖中陰影部分所示。

底板的抗沖切承載力驗算(a)(b)當l≥at+2h0時(c)當l＜at+2h0時3.5.2柱下擴展基礎127此外，基礎高度尚應滿足受剪承載力要求：

底板的抗沖切承載力驗算式中——受沖切承載力的高度影響系數，h≤800mm取1.0，h=2000mm取0.9，其間按線性內插法取用。ft——混凝土的軸心抗拉強度設計值；am——沖切破壞錐體最不利一側的計算長度；式中A——驗算截面處的受剪截面面積。3.5.2柱下擴展基礎128基礎底板在兩個方向均產生向上的彎曲，因此兩個方向都配置受力鋼筋。

控制截面柱與基礎交接處I-I、II-II階形基礎的變階處III-III、IV-IV(3)基礎底板配筋3.5.2柱下擴展基礎129

為便于計算，將柱四角與基礎板四角對應相連，將板劃分為四塊，并將每一塊視為一端固定于柱邊、三邊自由的懸臂板，彼此互不聯系。計算簡圖N