《钢筋混凝土结构》课程授课教案（讲稿，2/2）第十三章 单层厂房

第11-16讲次单层厂房第13章单层厂房目的要求：讨论单层装配式钢筋混凝土厂房的结构设计。掌握钢筋混凝土单层厂房整体结构布局与设计计算，了解厂房的结构组成、构件选型、排架内力分析与组合及主要构件设计等重点：单层厂房结构的选型与布置：钢筋混凝土排架结构的荷栽计算、内力分析与组合；钢筋混凝土排架柱及柱下单独基础的设计。难点：单层厂房中支揖的布受；排架柱的内力组合；柱下单独基础抗冲切计算。s13.1单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置13.1.1单层厂房的结构型式单层厂房按结构材料大致可分为：混合结构、混凝土结构和钢结构目前，我国混凝土单层厂房的结构型式主要有排架结构和刚架结构两种图13-1排架类型图13-2锯齿形厂房排架结构由屋架（或屋面梁）柱和基础组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。(a)(6)3图13-3刚架型式（a）三铰刚架；（b）两铰刚架；（c）弧形刚架；（d）弧形或工字形空腹刚架目前常用的刚架结构是装配式钢筋混凝土门式刚架。它的特点是柱和横梁刚接成一个构件，往与基础通常为铰接。-29-

第 11－16 讲次 单层厂房 - 29 - 第 13 章单层厂房 目的要求：讨论单层装配式钢筋混凝土厂房的结构设计。掌握钢筋混凝土单层厂 房整体结构布局与设计计算，了解厂房的结构组成、构件选型、排架 内力分析与组合及主要构件设计等。 重 点：单层厂房结构的选型与布置；钢筋混凝土排架结构的荷栽计算、内力 分析与组合；钢筋混凝土排架柱及柱下单独基础的设计。 难 点：单层厂房中支揖的布受；排架柱的内力组合；柱下单独基础抗冲切计 算。 § 13．1 单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置 13.1.1 单层厂房的结构型式 单层厂房按结构材料大致可分为：混合结构、混凝土结构和钢结构。 目前，我国混凝土单层厂房的结构型式主要有排架结构和刚架结构两种。 排架结构由屋架（或屋面梁）、柱和基础组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。 目前常用的刚架结构是装配式钢筋混凝土门式刚架。它的特点是柱和横梁 刚接成一个构件，往与基础通常为铰接

第11-16讲次单层厂房本章主要讲述单层厂房装配式钢筋混凝土排架结构设计中的主要问题13.1.2单层厂房的结构组成与传力路线1·结构组成单层厂房排架结构通常由下列结构构件组成并相互连接成整体，见图134.（1）屋盖结构屋盖结构由屋面板（包括天沟板）屋架或屋面梁（包括屋盖支撑）组成，有时还设有天窗架和托架等。（2）横向平面排架（3）纵向平面排架吊车纵向水平荷载连系粱院桂间支撑纵向风荷栽X区X车印图13-5纵向平面排架（4）吊车梁（5）支撑单层厂房的支撑包括屋盖支撑和柱间支撑两种，其作用是加强厂房结构的空间刚度，保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全，同时起着把风荷载吊车水平荷载或水平地震作用等传递到相应承重构件的作用。（6）基础：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：围护结构包括纵墙、横墙（山墙）及由连系梁、抗风柱（有时还有抗风梁或抗风桥架）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等。- 30 -

第 11－16 讲次 单层厂房 - 30 - 本章主要讲述单层厂房装配式钢筋混凝土排架结构设计中的主要问题。 13.1.2 单层厂房的结构组成与传力路线 1·结构组成 单层厂房排架结构通常由下列结构构件组成并相互连接成整体，见图 13－ 4。 （1）屋盖结构 屋盖结构由屋面板（包括天沟板）、屋架或屋面梁（包括屋盖支撑）组成， 有时还设有天窗架和托架等。 （2）横向平面排架 （3）纵向平面排架 （4）吊车梁 （5）支撑 单层厂房的支撑包括屋盖支撑和柱间支撑两种，其作用是加强厂房结构的 空间刚度，保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全，同时起着把风荷载、 吊车水平荷载或水平地震作用等传递到相应承重构件的作用。 （6）基础： 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： 围护结构包括纵墙、横墙（山墙）及由连系梁、抗风柱（有 时还有抗风梁或抗风桥架）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等

第11-16讲次单层厂房2.传力路线竖向荷载吊车竖向屋面荷载荷载清体重量屋面板吊车梁悬挂吊车屋架或屋面粱耀粱工吊车横向福连吊车梁水平荷载础系梁梁排吊车纵向柱间支撑水平荷载水平荷载桂纵墙风荷载纵墙墙梁山风墙梁A抗风柱墙载屋盖结构基础柱间支撑地基图13-6单层厂房传力路线示意13.1.3单层厂房的结构布置1.柱网布置2.变形缝变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。3·单层厂房的支撑就整体而言支撑的主要作用是保证结构构件的稳定与正常工作增强厂房的整体稳定性和空间刚度：把纵向风荷载、吊车纵向水平荷载及水平地震作用等传递到主要承重构件：保证在施工安装阶段结构构件的稳定厂房支撑分屋盖支撑和柱间支撑两类。-31-

第 11－16 讲次 单层厂房 - 31 - 2．传力路线 13.1.3 单层厂房的结构布置 1．柱网布置 2．变形缝 变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。 3·单层厂房的支撑 就整体而言，支撑的主要作用是：保证结构构件的稳定与正常工作；增强厂房 的整体稳定性和空间刚度；把纵向风荷载、吊车纵向水平荷载及水平地震作用等 传递到主要承重构件；保证在施工安装阶段结构构件的稳定。 厂房支撑分屋盖支撑和柱间支撑两类

第11-16讲次单层厂房4抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的功能和布置原则s13.2排架计算排架计算是为柱和基础设计提供内力数据的，主要内容为：确定计算简图、荷载计算、柱控制截面的内力分析和内力组合。必要时，还应验算排架的水平位移值。813.2.1三计算简图(a)(b)OEl+AE.liE.l2TH????图13-23排架的计算单元和计算简图由相邻柱距的中心线截出的一个典型区段，称为排架的计算单元，如图13-23（a）中的斜线部分所示。除吊车等移动的荷载以外，斜线部分就是排架的负荷范围，或称荷载从属面积。为了简化计算，根据构造和实践经验，假定：（1）柱下端固接于基础顶面，上端与屋面梁或屋架铰接；（2）屋面梁或屋架没有轴向变形。813.2.2荷载计算作用在排架上的荷载分恒荷载和活NDmin1F.荷载两类。恒荷载一般包括屋盖自TmFs重F，上柱自重F，，下柱自重F，吊车架和轨道零件自重F，以及有时支承在牛腿上的围护结构等重力F，等。活荷载一般包括屋面活荷载BA排架荷载示意图图13-24- 32 -

第 11－16 讲次 单层厂房 - 32 - 4．抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的功能和布置原则 § 13．2 排架计算 排架计算是为柱和基础设计提供内力数据的，主要内容为：确定计算简图、荷载计算、 柱控制截面的内力分析和内力组合。必要时，还应验算排架的水平位移值。 §13.2.1 三计算简图 由相邻柱距的中心线截出的一个典型区段，称为排架的计算单元，如图 13 －23（a）中的斜线部分所示。除吊车等移动的荷载以外，斜线部分就是排架的 负荷范围，或称荷载从属面积。 为了简化计算，根据构造和实践经验，假定： （1）柱下端固接于基础顶面，上端与屋面梁或屋架铰接； （2）屋面梁或屋架没有轴向变形。 §13.2.2 荷载计算 作用在排架上的荷载分恒荷载和活 荷载两类。恒荷载一般包括屋盖自 重 F1，上柱自重 F2 ，下柱自重 F3， 吊车架和轨道零件自重 F4 ，以及有 时支承在牛腿上的围护结构等重力 F5 等。活荷载一般包括屋面活荷载

第11一16讲次单层厂房F。，吊车荷载TmxDmx和Dmin，均布风载9i、92，以及作用在屋盖支承处的集中风荷载W等。屋面活荷载屋面活荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载和屋面积灰荷载三种，都按屋面的水平投影面积计。排架计算时，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，仅取两者中的较大值。屋面积灰荷载应与雪荷载和屋面均布活荷载两者中的大值同时考虑。屋面均布活荷载、雪荷载、屋面积灰荷载的荷载分顶系数o=1.4。3.吊车荷载（1）作用在排架上的吊车竖向荷载设计值Dmx、Dmin桥式吊车由大车（桥架）和小车组成，大车在吊车梁的轨道上沿厂房纵向行驶，小车在大车桥架的轨道上沿横向运行；带有吊钩的起重卷扬机安装在小车起吊物重力G图13-26产生Pmxk，Pmin.k的小车位置上。当小车吊有额定起吊质量开到大车某一极限位置时，如图13-26所示，在这一侧的每个大车的轮压称为吊车的最大轮压标准值Pmxk，在另一侧的轮压称为最小轮压标准值Pmin,k，Pmaxk与Pmin,同时发生。Pmxk通常可根据吊车型号、规格等查阅专业标准《起重机基本参数和尺寸- 33 -

第 11－16 讲次 单层厂房 - 33 - F6 ，吊车荷载 Tmax 、Dmax 和 Dmin ，均布风载 1 q 、 2 q ，以及作用在屋盖支承处的 集中风荷载 W 等。 屋面活荷载 屋面活荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载和屋面积灰荷载三种，都按屋面 的水平投影面积计。 排架计算时，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，仅取两者中的较大值。 屋面积灰荷载应与雪荷载和屋面均布活荷载两者中的大值同时考虑。 屋面均布活荷载、雪荷载、屋面积灰荷载的荷载分顶系数  Q = 1.4 。 3．吊车荷载 （1）作用在排架上的吊车竖向荷载设计值 Dmax 、 Dmin 桥式吊车由大车（桥架）和小车组成，大车在吊车梁的轨道上沿厂房纵向 行驶，小车在大车桥架的轨道上沿横向运行；带有吊钩的起重卷扬机安装在小车 上。 当小车吊有额定起吊质量开到大车某一极限位置时，如图 13－26 所示， 在这一侧的每个大车的轮压称为吊车的最大轮压标准值 Pmax, k ，在另一侧的轮压 称为最小轮压标准值 Pmin,k ， Pmax, k 与 Pmin,k 同时发生。 Pmax, k 通常可根据吊车型号、规格等查阅专业标准《起重机基本参数和尺寸

第11-16讲次单层厂房系列（ZQI-62～8-62》或直接参照吊车制造厂的产品规格得到。对于四轮吊车：Gux+Gau +Gu -Pamk(13-2)Pmin,k2Dmax,k=βPmax,kZyiP rin.k(13-3)Damk Pm. y=-D .BBKK2N图13-27简支吊车梁的支座反力影响线式中≥y—各大轮子下影响线纵标值的总和；β——多台吊车的荷载折减系数，按表13-3取值。吊车最大轮压的设计值Pmx=QPmx.k，吊车最小轮压的设计值Pmin=QPmin.k，，故作用在排架上的吊车竖向荷载设计值Dx=YDk,Dm=YDmk 这里的Q是吊车荷载的荷载分顶系数，Q=1.4.由于Dmax可以发生在左柱也可以发生在右柱，因此在Dmax,Dmin作用下单跨排架的计算应考虑图13-28（a）（b）两种荷载情况。DmaxDmin对下部柱都是偏心压力，如前所述，应把它们换算成作用在- 34 -

第 11－16 讲次 单层厂房 - 34 - 系列（ZQI－62～8－62）》或直接参照吊车制造厂的产品规格得到。对于四轮 吊车： k k k k k P G G G p max, 1, 2, 3, min, 2 − + + = (13-2) 式中 ——各大轮子下影响线纵标值的总和； β——多台吊车的荷载折减系数，按表 13－3 取值。 吊 车 最 大 轮压 的 设计 值 吊 车 最小 轮 压的 设 计 值 Pmin= ， 故 作 用 在 排 架 上 的 吊 车 竖 向 荷 载 设计值 这里的 Q 是吊车荷载 的荷载分顶系数 ， Q=1.4. 由于 Dmax 可以发生在左柱也可以发生在右柱，因此在 Dmax,Dmin 作用下单跨 排架的计算应考虑图 13－28（a）、（b）两种荷载情况。 Dmax,Dmin 对下部柱都是偏 心压力，如前所述，应把它们换算成作用在

第11-16讲次单层厂房下部住须面的轴心压力和力矩，其中力矩Mmax=-Dmaxe4Mmin-Dmine(13-4)式中e4....吊车梁支座钢垫板的中心线至下部柱轴线的距离。（2）作用在排架上的吊车横向水平荷载设计值Tm）ZTi,k=α(G2.k+G3,k)(13-5)式中α一—吊车横向水平荷载系数，现行荷载规范”规定：对于软钩吊车当额定起吊质量Q3<10t时，α=1.12；当额定起吊质量15t<Q3<50t时，α=0.10；当额定起吊质量Q3≥75t时，α=0.08对于硬约吊车取α=0.20T.=a1Tk=a (G2,k+G3,k)(13-6)4由于吊车是移动的，吊车对排架产生的最大横向水平荷载应根据影响线确定。显然，吊车对排架产生的最大横向水平荷载标准值Tmax.k时的吊车位置与产生Dmax,k,Dmin,k的相同，因此，当考虑多台吊车的荷载折减系数β后，应有1αβ（G2.k+G3.k）ZyiTmax.k=βTZy:(13-7)如果两台吊车作用下的D_×已求得，则两台吊车作用下的T可直接由Dmx求得Tk(13-8)Tmx=- Damx Pmx.k- 35 -

第 11－16 讲次 单层厂房 - 35 - 下部住须面的轴心 压力和力矩，其中力矩 式中 e4-吊车梁支座钢垫板 的中心线至下部柱 轴线的距离。 （2）作用在排架上的吊车横向水平荷载设计值 Tmax 式中  ——吊车横向水平荷载系数，现行“荷载规范”规定： 对于软钩吊车 当额定起吊质量 Q3＜10t 时，α=1.12； 当额定起吊质量 15t<Q3<50t 时，α=0.10； 当额定起吊质量 Q3  75t 时， α=0.08 对于硬约吊车取α=0.20 由于吊车是移动的，吊车对排架产生的最大横向水平荷载应根据影响线确定。显 然，吊车对排架产生的最大横向水平荷载标准值 Tmax,k 时的吊车位置与产 生 Dmax,k,Dmin,k 的相同，因此，当考虑多台吊车的荷载折减系数β后，应有 如果两台吊车作用下的 D＿x 已求得，则两台吊车作用下的 Tmax 可直接由 Dmax 求得

第11-16讲次单层厂房表 13-3多台吊车的荷载折减系数β吊车载荷状态等级参与组合的吊车台数轻级和中级重级和特重级20. 90.9530.850.9040.80.85注：对于多层吊车的单跨或多跨厂房，计算排架时，参与组合的吊车台数及荷载的折减系数，应按实际情况考虑。【例题13-11】已知：有一单跨厂房，跨度18m，往距6m，设计时考虑两台10t中级载荷状态的桥式吊车，吊车桥架跨度1,=1.65m。略4.风荷载作用在建筑物或构筑物表面上计算用的风压，称为风荷载。垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算：(13-9)Wk= βusuwoW=Wik+W2k式中风一一作思在坚直面上的风荐载标准值，按核顶至携几顶部的距离h计算，见图13-32（a）；W2k——作用在坡屋面上风荷载水平分力标准值的合力，按檐口顶部至屋脊的距离h2计算，见图13-32（a）。应注意屋面坡面上风荷载本身是垂直于该坡面的因此对于图13-32（b）所示的双坡屋面：(13-10)W2k = F2 -Fi = (μs2 - μa)μwoh,B式中a2、μs1——分别为迎风和背风屋面坡面上的风载体型系数，因已考虑了力的方向，故这里取其绝对值；B排架计算单元的宽度；从—计算时按上述规定采用的风压高度变化系数。- 36 -

第 11－16 讲次 单层厂房 - 36 - 【例题 13－11】已知：有一单跨厂房，跨度 18m，往距 6m，设计时考虑 两台 10t 中级载荷状态的桥式吊车，吊车桥架跨度 k l =1.65m。略 4．风荷载 作用在建筑物或构筑物表面上计算用的风压，称为风荷载。垂直于建筑物 表面上的风荷载标准值应按下式计算： 应注意屋面坡面上风荷载本身．是垂直于该坡面的，因此对于图 13－32（b） 所示的双坡屋面： 式中

第11-16讲次单层厂房4(6)124.图13+3·星盖部分品荷载的计算风荷载的设计值W、q1、q2。等于其标准值乘以风荷载分顶系数,=1.4风荷载是可以变向的，因此排架计算时，要考虑左风和右风两种情况。【例题13-2】已知：某金工车间，外形尺寸及部分风载体型系数如因13-31（a）所示，基本风压W。=35kN/m2，柱顶标高为+10.5m，室外天然地坪标高为-0.30m，h1=2.1m,h2=1.2m，地面粗糙类别为B，排架计算宽度B=6m。略13.2.3用剪力分配法计算等高挑架从排架计算的观点来看，柱顶水平位移相等的排架，称为等高排架。等高排架有柱顶标高相同的，以及柱顶标高虽不同但柱顶由倾斜横梁贯通相连的两种，分别如图13-33（a）（b）所示。由于计算假定（2）规定了横梁的长度是不变的，因此在这两种情况中，柱顶水平位移都相等，都可按等高排架计算。柱顶水平位移不相等的不等高排架，当采用“力法”计算时，可参阅有关文献。这里只介绍计算等高挑架的一种简便方法一一剪力分配法- 37 -

第 11－16 讲次 单层厂房 - 37 - 风荷载 的设计 值 W 、q1、q2。 等于 其标准 值乘 以风荷 载分 顶系数 。 风荷载是可以变向的，因此排架计算时，要考虑左风和右风两种情况。 【例题 13－2】 已知：某金工车间，外形尺寸及部分风载体型系数如因 13－31（a）所 示，基本风压 W0 =35kN／m2，柱顶标高为+10.5m，室外天然地坪标高为 -0.30m， h1=2.1m,h2=1.2m，地面粗糙类别为 B，排架计算宽度 B=6m。略 13.2.3 用剪力分配法计算等高挑架 从排架计算的观点来看，柱顶水平位移相等的排架，称为等高排架。等高排 架有柱顶标高相同的，以及柱顶标 高虽不同但柱顶由倾斜横梁贯通相 连的两 种，分别如图 13－33（a）、（b） 所示。由于计算假定（2）规定了横梁 的长 度是不变的，因此在这两种情况 中，柱顶水平位移都相等，都可按等 高排架计 算。 柱顶水平位移不相等的不等高排架，当采用“力法”计算时，可参阅有关 文献。这里只介绍计算等高挑架的一种简便方法——剪力分配 法

第11一16讲次单层厂房1VDu故Au因为各柱顶水平位移u相等，得LuR而，则111Auiu(13-12)所以V. =FMA2.任意荷载作用时的剪力分配当排架上有任意荷载作用时，如图13-6所示，为了能利用上述剪力分配系数进行计算，可以把计算过程分为三个步骤：1）先在排架柱须附加不动铰支座以阻止水平位移，并求出不动铰支座的水平反力R，如图13-36（b）或（C）所示：2）撤消附加的不动铰支座，在此排架柱顶加上反向作用的R，如图2-36（d）所示；3）将上述两个状态叠加，以恢复原状，即叠加上述两个步骤中求出的内力即为排架的实际内力。各种荷载作用下的不动铰支座反力R可从附录10中的附图10-1~108求得。例如，附图104~10-6中的系数C。即为吊车横向水平荷载火。×作用下的不动铰支座反力系数。t-RRTm(6）(a)(c)RA+RT?雷RA+R雷?富?- 38 -

第 11－16 讲次 单层厂房 - 38 - 2．任意荷载作用时的剪力分配 当排架上有任意荷载作用时，如图 13-6 所示，为了能利用上述剪力分配系 数进行计算，可以把计算过程分为三个步骤：1）先在排架柱须附加不动铰支座 以阻止水平位移，并求出不动铰支座的水平反力 R，如图 13－36（b）或（C） 所示: 2）撤消附加的不动铰支座，在此排架柱顶加上反向作用的 R，如图 2－36 （d）所示；3）将上述两个状态叠加，以恢复原状，即叠加上述两个步骤中求 出的内力即为排架的实际内力。各种荷载作用下的不动铰支座反力 R 可从附录 10 中的附图 10－1～108 求得。例如，附图 104～10－6 中的系数 C。即为吊 车横向水平荷载火。x 作用下的不动铰支座反力系数