混凝土结构设计：单层厂房

单层厂房本章内容1、单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置2、排架计算3、单层厂房柱4、柱下独立基础5、吊车梁§12.1单厂的结构形式、结构组成和结构布置12.1.1结构形式按材料分：混合结构、砼结构、钢结构。按受力分：排架结构屋架（屋面梁）柱基础铰接刚接（结构体系）柱与横梁合一基础铰接两铰拱三铰拱刚架结构§12.1单厂的结构形式、结构组成和结构布置刚架结构横向排架屋盖结构纵向排架支撑体系围护结构12.1.2单厂排架的结构组成与传力路线排架结构1组成无檩体系：有檩体系：纵向柱列连系梁吊车梁柱间支撑基础及基础梁大型屋面板、屋架（屋面梁）、屋盖支撑等横梁（屋架或屋面梁）横向柱列基础小型屋面板、檩条、屋架承受竖向荷载和横向水平荷载承受纵向水平荷载排架§12.1单厂的结构形式、结构组成和结构布置2横向排架上的荷载及传力路线柱竖向荷载屋面荷载吊车竖向荷载墙自重水平荷载风荷载吊车横向水平荷载基础§12.1单厂的结构形式、结构组成和结构布置屋面板屋架吊车梁牛腿连系梁（基础梁）纵墙吊车梁12.1.3单厂的结构布置3支撑：§12.1单厂的结构形式、结构组成和结构布置保证构件的稳定性；增强结构的整体稳定性和空间刚度；传递纵向水平荷载；保证结构施工阶段的稳定性1柱网2变形缝：伸缩缝、沉降缝和防震缝。4抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁柱间支撑(上柱柱间支撑、下柱柱间支撑)天窗架支撑屋盖支撑(上弦、下弦支撑、水平系杆、垂直支撑)1、柱网布置柱网：柱的纵向定位轴线与横向定位轴线在平面上所形成的网格。横轴之间的距离为柱距；纵轴之间的距离为跨度。柱网布置不仅是确定柱的位置，同时也确定屋面板、屋架吊车梁等的跨度，并涉及到厂房其他结构构件的布置。柱网布置的一般原则：符合生产工艺和正常使用的要求；建筑和结构经济合理；施工方法具有先进性；符合厂房建筑统一化的原则；适应生产发展和技术革新的要求。柱网布置示意图在厂房端部横向定位轴线与山墙边缘重合，将山墙内侧第一排柱中心内移600mm；变形缝两侧柱分别向两侧移600mm。2、变形缝（1）伸缩缝结构体系很长时，温度应力过大。通过设置伸缩缝来解决。最大伸缩缝间距：处于室内或土中100M处于露天时70M（2）沉降缝解决不均匀沉降问题，必须从基础断开。（3）防震缝当建筑物平面、立面复杂，结构高度或刚度相差很大时设置。变形缝设置原则：尽量不设和少设，当必须设置时尽量做到三缝合一。3、支撑：保证构件的稳定性；增强结构的整体稳定性和空间刚度；传递纵向水平荷载；保证结构施工阶段的稳定性柱间支撑(上柱柱间支撑、下柱柱间支撑)屋盖支撑(垂直支撑、水平系杆、上弦、下弦横向水平支撑、下弦平面的纵向水平支撑)1）屋盖支撑屋盖支撑包括屋架上、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和纵向水平系杆、天窗架支撑。第七章单层厂房结构2）柱间支撑柱间支撑的主要作用是增强厂房的纵向刚度和稳定性，并将纵向水平荷载传至基础。以下情况设置：（1）厂房内设置重级工作制吊车，或中、轻级工作制吊车起重量在10吨以上；（2）厂房跨度在18米及18米以上，或柱高在8米以上；（3）纵向柱的总数每排在7根以下；（4）设有3吨及3吨以上悬挂式吊车；（5）露天吊车的柱列。4、抗风柱抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦铰接。抗风柱一般应满足两个要求：一、是在水平方向上必须与屋架有可靠的连接以保证有效传递风荷载；二、是保证在竖向应允许两者之间有一定相对位移的可能性。5、圈梁、连系梁、过梁和基础梁圈梁的作用是将墙体与排架柱、抗风柱等连接在一起，以增加厂房的整体刚度；连系梁的作用是联系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度并传递风荷载到纵向排架。过梁的作用是承受门窗洞口上的墙体重量。基础梁的作用承受围护墙体的重量。内容包括：（1）选取计算单元，确定计算简图（2）荷载计算（3）单种荷载下的内力计算（4）内力组合（5）柱、牛腿设计（6）基础设计§12.2排架计算12.2.1计算简图⑵计算简图的确定基本假定：①柱与屋架或屋面梁铰接；(1)计算单元的选取②柱与基础固接缝隙灌细石混凝土③屋面梁或屋架没有轴向变形。简图中，•柱的计算轴线取上下柱截面重心的连线；•柱总高H指基础顶面至柱顶的高度；•上柱高Hu指从牛腿顶面至柱顶的高度。HHu12.2.1计算简图12.2.2荷载计算1荷载分类及符号恒载：⑸支承在外牛腿上的外围护结构重F5⑴屋盖自重F1⑵上柱自重F2(3)下柱自重F3⑷吊车梁及轨道零件自重F4F1F1F3F3F2F2F4F4F5F5活载：⑴屋面活荷载F6⑶风荷载q1、q2及WF6F6DmaxDmin⑵吊车荷载竖向荷载Dmax、和DminTmaxTmaxWq1q212.2.2荷载计算水平荷载Tmax2各种集中荷载的作用点－应据实际情况确定（1）屋盖自重F1－作用于柱顶。通过屋架端节点处上、下弦中心线的交点（或通过屋面梁两端垫板的中心线。）12.2.2荷载计算设F1对上柱有偏心为e1，而上下柱计算轴线间的距离设为e0。则：F1下排架的计算简图应为F1F1（2）上柱自重F2－通过上柱中心，对下柱有偏心e0，由于柱施工时，屋架还未安装，所以其计算简图为：12.2.2荷载计算（3）下柱自重F3－仅使柱产生轴力（4）吊车梁及轨道零件自重F4－作用在牛腿顶面，通过吊车梁中心线。e4－吊车梁中心线对下柱的偏心距。吊车梁安装时，屋架还未安装，所以其计算简图为：022eFMF2下计算简图F2444eFMF4下计算简图F4如F6下：F5、F6、Dmax和Dmin可同理换算，并画出相应的计算简图：Dmax和Dmin下：12.2.2荷载计算6MF6下计算简图066eFM166eFMF6F64maxmaxeDM4minmineDM吊车竖向荷载下计算简图DmaxDmin3各种荷载的计算⑴恒载－按材料的重力密度和结构的尺寸算得。12.2.2荷载计算⑵屋面活荷载－都按屋面的水平投影面积计算0ssrk屋面均布活荷载，查《荷载规范》雪荷载：标准值sk(kN/m2)注：屋面活荷载的组合积灰荷载＋屋面均布活荷载和雪荷载的较大者。包括屋面积灰荷载:按厂房类型查《荷载规范》。屋面积雪分布系数根据屋顶形式查《荷载规范》。基本雪压(kN/m2)，按《荷载规范》取⑶吊车荷载（讲桥式吊车）▲概念竖向横向吊车的工作级别：据吊车利用等级和载荷状态分：A1~A8八级。12.2.2荷载计算Pmin,kPmin,k最大轮压标准值Pmax,k与最小轮压标准值Pmin,kPmax,kPmax,k1)最大、最小轮压标准值Pmax,k、Pmin,k数值：Pmax,k由产品规格或手册得到。Pmin,k可由下式计算得到：2)最大、最小吊车竖向荷载Dmax、Dmin的计算－－用吊车梁支座竖向反力影响线来求。12.2.2荷载计算▲吊车荷载计算kkkkkPGGGPmax,,3,2,1min,2大、小车自重标准值额定起重质量Q对应的重力标准值=Q×重力加速度•如Pmax,k下的Dmax，k的计算β－多台吊车的荷载折减系数若两台吊车：轻（A1~A3）、中级（A4~A5）β＝0.9；重（A6~A7）、特重级（A8）β＝0.95。12.2.2荷载计算ikkyPDmax,max,ikkyPDmin,min,kkPPDDmax,min,maxmin★关于多台吊车的荷载折减系数β★β的意义：考虑多台吊车Dmax、Dmin和Tmax同时出现的概率很小，故排架计算时，当考虑多台吊车同时作用时，将Dmax、Dmin和Tmax值给予折减，即乘以折减系数β。取值见下表。★多台吊车的组合：计算Dmax、Dmin时，当考虑多台吊车时，一层吊车单跨厂房，不多于两台；一层吊车多跨厂房，不多于四台。计算Tmax时，单跨、多跨均不多于两台。12.2.2荷载计算参与组合的吊车台数吊车工作级别轻级和中级（A1~A5）重级和特重级（A6~A8）20.90.9530.850.940.80.85Dmax、Dmin下单跨排架的计算简图：4maxmaxeDM4minmineDMe4－吊车梁中心线至下柱中心线的距离12.2.2荷载计算Dmax在柱ABAABABADmax在柱BBDmaxDminDmaxDmin3)吊车横向水平荷载设计值Tmax计算Tmax的产生：)(32KkikGGT额定起重质量Q的重力标准值小车的重力标准值12.2.2荷载计算Tmax的作用点：柱侧吊车梁顶面位置。吊车横向水平荷载标准值Tk计算：设吊车每个轮子传递的横向水平荷载为Ti,k,则总的吊车横向水平荷载标准值ΣTi,k为：ΣTi,k通过桥架所有轮子传递。对4轮吊车，其中每个轮子传递值Ti,k为：α－吊车横向水平荷载系数12.2.2荷载计算)(32KkikGGT吊车对排架产生的最大横向水平荷载标准值Tmax,k可由吊车梁支座水平反力影响线求得（计算同Dmax，k）。Tmax也可由Dmax求得：则当考虑多台吊车折减系数：12.2.2荷载计算kkPTDTmax,maxmaxTkikkyTTmax,ikkyGG)(41,3,2则Tmax下单跨排架的计算简图吊车左行时刹车吊车右行时刹车12.2.2荷载计算⑷风荷载▲基本风压W0(kN/mm2)－《荷载规范》▲风荷载标准值Wk(kN/mm2)0wWzsZk12.2.2荷载计算风振系数。单厂：βz=1.0风压体型系数，指风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；与建筑物体型、尺寸、周围环境及地面粗糙程度有关－《荷载规范》风压高度系数,与离地高度和地面粗糙程度有关。－《荷载规范》。▲排架上风荷载的简化：•柱顶以下：简化为均布荷载q1、q2μz－按柱顶标高取值；柱高度近似取柱全高。W12.2.2荷载计算W•屋盖部分：简化为作用在柱顶的水平集中荷载μs1μs2μz取值：无天窗时，按檐口标高取；有天窗时，按天窗檐口标高取。12.2.2荷载计算W的计算作用在坡屋面上风荷载水平分力标准值的合力，按h2计算。作用在竖直面上的风荷载，按h1计算。则，风荷载下排架计算简图为：左风下右风下WW12.2.2荷载计算(1)恒载下(2)屋面活荷载下(4)吊车水平荷载下(3)吊车竖向荷载下(5)风荷载下Dmax在柱ABAABABAB12.2.3用剪力分配法计算等高排架等高排架：柱顶水平位移相等的排架1.柱顶作用水平集中力时的剪力分配剪力分配：即一个柱顶作用水平集中力F的等高排架，每个柱承担的剪力Vi与其本身的抗剪刚度成正比,水平集中力F可按柱的抗剪刚度比例分配给每个柱,从而求得每个柱的剪力。iu1对单阶悬臂柱，当单位力1作用于柱顶时，柱顶产生水平位移推导如下：由结构力学知：u其中u1－为柱的“抗剪刚度”可由表2.5.2查出13.2.3用剪力分配法计算等高排架柱顶作用集中力F时的各柱剪力计算取横梁为隔离体，可得2ViVnV1V1111uuV1u2uiunuiVniiniVVVVVF1211uuuuuni2123iiiuuV1……将代入再代入得：21312.2.3用剪力分配法计算等高排架12.2.3用剪力分配法计算等高排架uuuuuuuuuuuuuuuFnininii12121)1()1111(1111则niuFu11FuuVniii111代入得：3iiiuuV1i剪力分配系数12.2.3用剪力分配法计算等高排架2任意荷载作用时的剪力分配步骤：(1)在排架柱顶附加一不动铰支座，求出不动铰支座的水平反力R和排架柱内力；12.2.3用剪力分配法计算等高排架(2)撤销附加的不动铰支座，将其反力R反向作用与柱顶，用剪力分配法求出排架柱的内力；(3)叠加排架柱的内力，画出内力图。各种荷载下不动铰支座反力R可由表2.5.2求得如：RmaxMminMABmaxMminM(1)叠加(1)、(2)内力即得。12.2.3用剪力分配法计算等高排架＝＋RARBRVAVB(2)12.2