单层工业厂房 - 图文

单层工业厂房

2.1单层工业厂房的结构组成和布置

2.1.1结构组成

钢筋混凝土单层工业厂房结构有两种基本类型：排架结构与刚架结构，如图2-1所示。

（a）排架结构 （b）刚架结构

图2-1 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。此类结构能承担较大的荷载，在冶金和机械工业厂房中应用广泛，其跨度可达30m，高度20～30m，吊车吨位可达150t或150t以上。

图2-2 单层厂房的结构组成

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；ll—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

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

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盖较轻的厂房或吊车吨位不超过l0t，跨度不超过l0m的轻型厂房或仓库等。

本章主要讲述钢筋混凝土铰结排架结构的单层厂房，这类厂房通常由下列结构构件所组成，如图2-2所示。

1． 1． 1． 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、雪载和其它荷载，并将这些荷载传给排架柱)，以及采光和通风等。

2． 2． 2． 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2-3所示。

图2-3 单层厂房的横向排架及其荷载示意图

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(图2-4)、纵向地震作用以及温度应力等。

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。

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图 2-4 纵向排架示意图

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。

2.1.2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。

图2-5 柱网布置示意图

柱网布置的一般原则应为：符合生产和使用要求；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2-5。当工艺布置和技术经济有明显的优越性时，亦可采用21、27、33m的跨度和9m或其它柱距。

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

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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。

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。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。《砼结构设计规范》对钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距作了规定(表2-1)，当厂房的伸缩缝间距超过规定值时，应验算温度应力。伸缩缝的具体做法见《有关建筑构造手册》。

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l0m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，以及在厂房侧边贴建生活间、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要求。

2.1.3 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它构件的连接构造，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) (1) (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)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l?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l≤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。

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(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。

（a）纵横向支撑形成 （b）设有托架的 （c）部分柱间设有托架的

封闭支撑体系 纵向水平支撑 纵向水平支撑

图 2-6 各类支撑平面图

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它水平力，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2-6a；当设有托架时，必须设置纵向水平支撑，如图2-6b；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2-6c，以承受屋架传来的横向风力。

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2-4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A6～A8或吊车工作级别为A1～A5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；

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参与组合的吊车台数不应多于2台。

(3) 多台吊车的荷载折减系数

在排架分析中，常常考虑多台吊车的共同作用。多台吊车同时达到荷载标准值的概率很小，故在设计中进行荷载组合时，根据《砼结构设计规范》规定，应对其标准值乘以相应的折减系数。折减系数如表2-4所示：

表2-4 多台吊车的荷载折减系数 参与组合的吊车台数 A1～A5 2 3 4 0.90 0.85 0.80 吊车的工作级别 A6～A8 0.95 0.90 0.80 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。

（4）吊车的动力系数

当计算吊车梁及其连接的强度时，《砼结构设计规范》规定吊车竖向荷载应乘以动力系数。对悬挂吊车(包括电动葫芦)及工作级别A1～A5 的软钩吊车，动力系数可取1.05；对工作级别为A6～A8的软钩吊车、硬钩吊车和其他特种吊车，动力系数可取为1.1。

（5）吊车荷载的组合值、频遇值及准永久值系数

吊车荷载的组合值、频遇值及准永久值系数可按表2-5中的规定采用。厂房排架设计时，在荷载准永久组合中不考虑吊车荷载。但在吊车梁按正常使用极限状态设计时，可采用吊车荷载的准永久值。

表2-5 吊车荷载的组合值、频遇值及准永久值系数

4．风荷载

作用在排架上的风荷载，是由计算单元这部分墙身和屋面传来的，其作用方向垂直

2w(kN/m)可k于建筑物的表面，如图2-16所示，分压力和吸力两种。风荷载的标准值

按下式计算：

式中

wk??z?z?sw0 (2-7)

w0——基本风压(kN/m2)，以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得50年

2v0Vww一遇10分钟平均最大风速0(m/s)为标准，按0＝1600确定。0值与

建筑物所在地和环境有关，可从《砼结构设计规范》中全国基本风压分布

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图中查得，对山区和沿海区，应乘以相应的调整系数，0.30kN/m。

w0应大于或等于

?z——高度z处的风振系数，对于单层厂房结构，可取?z?1。

?s——风荷载体型系数，取决于建筑物的体型，由风洞试验确定，可从《砼结构设计规

范》中有关表格查出。

?z——风压高度变化系数，一般来讲，离地面越高，风压值越大，?z即为建筑物不同

高度处的风压与基本风压(10m标高处)的比值，它与建筑物所处的地面粗糙度有关，其值可从《砼结构设计规范》中的有关表格查出。

风向?

图2-16 排架风荷载计算简图 图2-17 等高排架的形式

计算单层工业厂房风荷载时，柱顶心下的风荷载可按均布荷载计算，屋面与天窗架所受的风荷载一般折算成作用在柱顶上的某种集中水平风荷载F。

2.2.3排架内力计算

单层工业厂房的横向排架可分为两种类型：等高排架和不等高排架。如果排架各柱顶标高相同，或者柱顶标高不同，但由倾斜横梁贯通联结，当排架发生水平位移时，其柱顶的位移相同，如图2-17所示，在排架计算中，这类排架称为等高排架；若柱顶位移不相等，则称为不等高排架。对于等高排架，可采用下面介绍的简便方法计算，对于不等高排架，可参阅有关资料按力法进行计算。

由结构力学可知，当单位水平力作用于单阶悬臂柱顶时，如图2-18a所示，柱顶水平位移为

?H3??3?1?1???n?1???CEI????0t （8）

3C0?Iu?1?Hu1??3??1?I?n?，C0可由附表5中附表图5查得。 式中λ＝H，n=l,

因此要使柱顶产生单位水平位移，则需在柱顶施加1/δ的水平力，如图2-18b所示。

显然，若材料相同，柱的刚度越大，需要施加的水平力越大。由此可见1/δ反映了柱抵抗侧移的能力，称之为“抗侧移刚度”，有时也称之为“抗剪刚度”。

对于由若干柱子构成的等高排架，在柱顶水平力作用下，其柱顶剪力可根据各柱的抗剪刚度进行分配，这就是结构力学中的剪力分配法。下面就柱顶作用水平力和作用任意荷载两种情况，分别讨论剪力分配法在等高排架内力计算时的应用。

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H3??3EIt1．柱顶作用水平集中力F时

1?如图2-18c所示，设排架有n根柱，n任一柱的抗剪刚度为i，则其分担的柱顶

剪力Vi可由平衡条件和变形条件求得。

(a) (b) （c）

图2-18 排架柱顶位移

根据横梁刚度为无限大，受力后不产生轴向变形的假定，那么各柱顶的水平位移值应是相等的，即

?n??i????n (2-9a) 在考虑平衡条件时为了使各柱顶的剪力与相应的柱顶位移相联系，可在柱顶上部切开，在各柱的切口处的内力为一对相应的剪力(铰处无弯矩)，如图2-18c所示，并取上部为隔离体，由平衡条件得

F?Vi?Vi?Vi?Vi??Vii?1n (2-9b)

由δ的概念可知，各柱顶的位移为

?1?V1?1, ?i?Vi?i, ?n?Vn?n

V1??

11 即 ，

将式2-9c代入式2-9b，可得：

??1Vi??1?i?i，

Vn?1?n?n (2-9c)

?i?n

1???F1??i 故 （2-9d）

将△代入式2-9c,并根据位移相等条件可得

?1??????F 18

V1?

1?11/?/?1?i1?F??1?F

V2??21?i1?F??2?F

Vn?写成通式为

?n1/??n1i?F??n?F

Vi?( 式中

?i1??)?F??i?F (2-10a)

?i——i柱的剪力分配系数，等于该柱本身的抗剪刚度与所有柱总的抗剪刚度之比

?i?i (2-10b)

2．任意荷载作用时

为了能利用上述的剪力分配系数，对任意荷载就必须把计算过程分为两个步骤：如图2-19所示，先在排架柱顶附加不动铰支座以阻止水平侧移，求出其支座反力R(图2-19b)然后撤除附加不动铰支座且加反向作用的R于排架柱顶(图2-19c)，以恢复到原受力状态．叠加上述两步骤中的内力，即为排架的实际内力。

?i??1 （a）任意荷载作用下的排架；（b）在柱顶附加不动铰支座；（c）支座反力R作用于柱顶

图2-19 各种荷载作用时排架计算示意图

各种荷载作用下的不动铰支座支反力R可从附表5的附表图5-2～5-8中查得。图2-19中的5即为吊车横向水平荷载max作用下的不动铰支座反力系数。 【例1】用剪力分配法计算图2-20所示的排架在风荷载作用下的内力。

已知：屋面及天窗架传来的风荷载集中力设计值为W?3.0kN，由墙传来的风荷载均布荷载设计值为W1=2.5kN/m，W2=1.6Kn/m。柱截面参数：边柱I1A?I1C?2.13×109mm4，I2A?I2C?9.23×109 mm4， 中柱I1B?4.17×109mm4，I2B?9.23×109mm4；上柱高均为H1?3.10m，柱总高为H?12.22m 解：(1)计算剪力分配系数：

CTHu3.102.134.17?n??0.231n??0.45212.22=0.254， 边柱 9.239.23λ=H，中柱

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C0?查表11-1，得位移系数计算式

31??3(1n?1)

12.223?1091?A??C?9E?9.23?10?2.85=69.4E(mm) 边柱C0=2.85，

12.223?1091?B?E?9.23?109?2.94＝67.2E(mm) 中柱C0=2.94，

剪力分配系数为：

111ηA＝ηC＝69.4/(2×69.4+67.2)=0.33 111ηB=67.2/ (2×69.4+67.2)=0.34

(2) 计算各柱顶剪力，把荷载分为W、W1和W2三种情况，分别求出各柱顶所产生的剪力，然后叠加。

431??(1n?1)C11??3181??(n?1)，在W1的作用下，查表11-1，得反力系数计算式

C11A?C11C?0.361

柱顶不动铰支座反力：

RA?C11AW1H?0.361×2.5×12.22=11.0(kN)

???

图2-20 例题20图

1.6在W2的作用下，Rc=11.0×2.5=7.0(kN) (←)

故各柱总的柱顶剪力为

VA=ηA(W+RA+RC) -RA=0.33×(3+11+7)-11= 4.07(kN)(←) VB=ηB(W+RA+RC)=0.34×21=7.14(→)

VC=ηC(W+RA+RC) -RC=0.33×21-7=-0.07(kN) (←)

(3)绘制弯矩图。由上述柱顶剪力值，即可根据柱本身所受荷载情况，绘制出各柱的

20

弯矩图，如图2-20所示。

2.2.4排架内力组合

通过排架的内力分析，可分别求出排架柱在恒荷载及各种活荷载作用下所产生的内力(M、N、V)，但柱及柱基础在恒荷载及哪几种活荷载(不一定是全部的活荷载)的作用下才产生最危险的内力，然后根据它来进行柱截面的配筋计算及柱基础设计，此乃排架内力组合所需解决的问题。

1．控制截面

为便于施工，阶形柱的各段均采用相 同的截面配筋，并根据各段柱产生最危险

内力的截面(称为“控制截面”)进行计算。

上柱：最大弯矩及轴力通常产生于上 柱的底截面I-I(图2-21)，此即上柱的 控制截面。

下柱：在吊车竖向荷载作用下，牛腿

顶面处Ⅱ-Ⅱ截面的弯矩最大；在风荷载

图2-21 排架柱的控制截面

或吊车横向水平力作用下，柱底截面Ⅲ-Ⅲ

的弯矩最大，故常取此两截面为下柱的控制截面。对于一般中、小型厂房，吊车荷载不大，故往往是柱底截面Ⅲ-Ⅲ控制下柱的配筋；对吊车吨位大的重型厂房，则有可能是Ⅱ-Ⅱ截面．下柱底截面Ⅲ-Ⅲ的内力值也是设计柱基的依据，故必须对其进行内力组合。

2．荷载组合

《建筑结构荷载规范》中规定：对于一般排架、框架结构基本组合，可采用简化规则，并应按下列组合值中取最不利值确定： （1）由可变荷载效应控制的组合:

S??GSGk??Q1SQ1kn （2-11）

(2-12)

（2）由永久荷载效应控制的组合：按下式计算

i?1S??GSGk?0.9??QiSQiknS??GSGk???Qi?ciSQiki?1 （2-13）

式中

?G—永久荷载的分项系数； ?Qi—第i 个可变荷载的分项系数，其中

?Q1为可变荷载Q1的分项系数；

SGK—按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值；

SQik—按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值,其中起控制作用者；

SQ1k为诸可变荷载效应中

?CI—可变荷载Qi的组合值系数； n—参与组合的可变荷载数。

注: 1.基本组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。

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2.当对Q1k无法明显判断时，轮次以各可变荷载效应为Q1k，选其中最不利的荷载效应组合。 3.当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。

SS常用的几种荷载效应组合分为：

(1)恒载+0.9(屋面活载十吊车荷载十风载)； (2)恒载+0.9(吊车荷载十风载)； (3)恒载+0.9(屋面活载十风载)；

(4)1.2永久荷载效应＋1.4屋面荷载效应 (5)1.2永久荷载效应＋1.4吊车荷载效应 (6)1.2永久荷载效应＋1.4风荷载效应

(7)1.2永久荷载效应＋0.9?（1.4吊车荷载效应＋1.4风荷载效应＋1.4屋面荷载效应）

(8)1.2永久荷载效应＋0.9?（1.4吊车荷载效应＋1.4风荷载效应） (9)1.2永久荷载效应＋0.9?(1.4风荷载效应1.4屋面荷载效应） (10)1.2永久荷载效应＋0.9?(1.4风荷载效应＋1.4屋面荷载效应） (11)1.2永久荷载效应＋0.9?(1.4吊车荷载效应＋1.4屋面荷载效应）

(12)1.35永久荷载效应＋0.7?（1.4吊车竖向荷载效应＋1.4屋面活荷载效应） 3．内力组合

单层排架柱是偏心受压构件，其截面内力有±M，N, 便于施工，柱截面常用对称配筋,即

?V0因有异号弯矩，且为

?As?As。

对称配筋构件，当N一定时，无论大、小偏压，M越大，则钢筋用量也越大。当M一定时，对小偏压构件，N越大，则钢筋用量也越大；对大偏压构件，N越大，则钢筋用量反而减小。因此，在未能确定柱截面是大偏压还是小偏压之前，一般应进行下列四种内力组合：

?Mmax与相应的N； ?Mmax与相应的N； (2)

(1)(3)

Mmax与相应的?M(取绝对值较大者)；

?Mmax(取绝对值较大者)；

V(4)Nmin与相应的

(5) max及相应的M和N；

组合时以某一种内力为目标进行组合,例如组合最大正弯矩时,其目的是为了求出某截面可能产生的最大弯矩值，所以，凡使该截面产生正弯矩的活荷载项，只要实际上是可能发生的，都要参与组合，然后将所选项的N值分别相加。内力组合时，需要注意的事项有：

(1)永久荷载是始终存在的，故无论何种组合均应参加； (2)在吊车竖向荷载中，对单跨厂房应在max与Rmin中取一个，对多跨厂房，因一般按不多于四台吊车考虑，故只能在不同跨各取一项；

(3)吊车的最大横向水平荷载max同时作用于其左、右两边的柱上。其方向可左，可右，不论单跨还是多跨厂房，因为只考虑两台吊车，故组合时只能选择向左或向右；

(4)同一跨内的

RTTRmax与Tmax不一定同时发生，R但组合时不能仅选用max，而不选max22

或Rmin，因为max不能脱离吊车竖向荷载而独立存在；

(5)左、右向风不可能同时发生；

(6)在组合

TNmax或Nmin时，应使相应的?M也尽可能大些，这样更为不利。故凡使?Mmax与?Mmax时应注意，有时±M虽不为最大，但其相应的N却比

N?0，但M?0的荷载项，只要有可能，应参与组合；

(7)在组合

?Mmax时的N大得多(小偏压时)或小得多(大偏压时)，则有可能更为不利．故在上述

四种组合中，不一定包括了所有可能的最不利组合。 2.2.5排架考虑厂房空间作用时的计算

如图2-22所示，若厂房某一排架柱顶受一水平集中力P的作用，当按平面排架计算时，力P完全由这一榀排架单独承担，将产生柱顶平面位移Δ(图2-22a)。但实际上，厂房是由若干榀排架组成的整体空间结构，排架与排架间由纵向构件连接，故力P是由全部厂房排架及两端山墙所共同承担，在这榀排架上仅承担??p，故其柱顶空间位移仅

?? μ=? (2-14)

'?为????(图2-22b)。令空间位移与平面位移的比值为：

称为厂房的“空间作用分配系数”，显然厂房的空间作用愈好，?值就愈小。据实测，某无檩屋盖的单跨厂房，其?值仅为0.12。

（a）按平面排架计算 （b）考虑空间作用时的排架计算

图2-22 厂房排架的空间作用

此，无檩屋盖的?值小于有檩屋盖。

23

根据实测及理论分析，?值的大小主要与下列因素有关：

(1)屋盖刚度。屋盖刚度大时，沿纵向分布的荷载能力强，空间作用好，?值小。因

（a）两端有山墙作用 （b）两端无山墙作用

图2-23 均布荷载作用下的厂房空间作用

(2)厂房两端有无山墙。山墙的横向刚度很大，能分担大部分的水平荷载。故两端有

山墙的厂房的μ值远远小于无山墙的?值。

(3)厂房长度。厂房的长度大，水平荷载可由较多的横向排架分担，则?值小，空间

作用大。 (4)荷载形式。局部荷载作用下，厂房的空间作用好；当厂房承担均匀分布的荷载时，如风荷载，因各排架直接承受的荷载基本相同，仅靠两端的山墙分担荷载，如图2-23a 所示，其空间作用小；若两端无山墙，在均布荷载作用下，如图2-23b所示，近于平面排架受力，??1，无空间作用。

目前在单层厂房计算中，仅在分析吊车荷载内力时，才考虑厂房的空间作用。单层厂

房空间作用分配系数?可从表2-6中直接查得，但应注意，该表下部注中强调了四种情况下不考虑空间作用。

表2-6 单跨厂房空间作用分配系数?

平面排架考虑厂房的空间作用的计算方法，与排架内力计算中的任意荷载作用时相

24

类似，仅在其排架顶部加一弹性支承即可。如图2-24所示，其内力计算可按下列步骤进行：

(1)先假设排架无侧移，求出吊车荷载作用下的柱顶反力R及柱顶剪力；

(2)将柱顶反力R乘以空间分配系数?，并将其沿反方向加于可侧移的排架上，求出各柱顶剪力；

(3)将上述两项的柱顶剪力叠加，即为考虑空间作用的柱顶剪力。

平面排架考虑厂房的空间作用后，其所负担的荷载及侧移值均减少，故排架柱的主筋可节约5～20％左右；但直接承受荷载的上柱，其弯矩值则有所增大，需增加配筋。

（a）加有弹性支承的排架结构； （b）吊车荷载下求内力； （c）

?R作用下求内力

图2-24 厂房排架考虑空间作用的计算

2.3单层厂房柱

2.3.1柱的形式

单层厂房柱的形式很多，常用的见图2-25，分为下列几种：

矩形截面柱：如图2-25a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h?700mm的偏压柱。

(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

图2-25 柱的形式

I形柱：如图2-25b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

25

通用图集可供设计者选用。但当截面高度h?1600mm后，自重较大，吊装较困难，故使用范围受到一定限制。

双肢柱：如图2-25c、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I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2-25e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h≤500mm时，采用矩形；

当600≤h≤800mm时，采用矩形或I形； 当900≤h≤1200mm时，采用I形；

当1300≤h≤1500mm时，采用工形或双肢柱； 当h≥1600mm时，采用双肢柱。

柱高h可按表2-1确定，柱的常用截面尺寸，边柱查表2-2，中柱查表2-3。对于管柱或其它柱型可根据经验和工程具体条件选用。 2.3.2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。

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2-1～2-3确定。

I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。I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(详见第五章)。由于柱截面在排架方向有正反方向相近的弯矩，并避免施工中主筋易放错，一般采用对称配筋。具有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2-7取用；

26

l表2-7 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

l0

H——从基础顶面算起的柱全高； H 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；

注：①

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。

②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。

H

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。

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2-26所示，吊点一般设在变阶处，故应按图中的1-1,2-2,3-3三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。

图2-26 柱的吊装验算

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：

?s?

M0.87h0As (2-15)

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。

3.3.3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

27

?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2-27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）支承屋架牛腿

图2-27 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。 如图2-27所示，牛腿指的是其上荷载

FV的作用

0(短悬臂梁的有效高度) 点至下柱边缘的距离

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。图2-28是一环氧树脂牛腿模型

a?h0()

的光弹实验结果。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。 图2-28牛腿的光弹试验结果

试验表明，在吊车的竖向和水平荷载作用下，随α／h0

a/h?0.5值的变化，牛腿呈现出下列几种破坏形态，如图2-29所示。当

a/h0?0.1时，发生剪切

00破坏；当～0.75时，发生斜压破坏；当时，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。

0常用牛腿的～0.75，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，但它始终开展很小(当配有足够受拉钢筋时)，对牛腿的受力性能影响不大，当荷载增至40～60％的极限荷载时，在加载板内侧附近出现斜裂缝①(图2-29b)，并不断发展；当荷载增至70％～80％的极限荷载时，在裂缝①的外侧附近出现大量短小斜裂缝；随荷载继续增加，当这些短小斜裂

a/h?0.1ah?0.75a/h?0.1缝相互贯通时，混凝土剥落崩出，表明斜压主压应力已达c,牛腿即破坏。也有少数牛腿在斜裂缝①发展到相当稳定后，如图2-29c所示，突然从加载板外侧出现一条通长斜裂缝②，然后随此斜裂缝的开展,牛腿破坏。破坏时，牛腿上部的纵向水平钢筋象桁架的拉杆样，从加载点到固定端的整个长度上，其应力近于均匀分布，并达到

28

ffy。

(a)剪切破坏（(d)弯压破坏(

a/h0?0.1）a/h0?0.1～0.75）

； (b)、(c)斜压破坏（；

a/h0?0.75)；(e)局压破坏

a/h?0.1 图2-29 牛腿的各种破坏形态

0根据上述破坏形态，～0.75的牛腿可简化成图2-30所示的一个以纵向

钢筋为拉杆，混凝土斜撑为压杆的三角形桁架，这即为牛腿的计算简图。

图2-30 牛腿的计算简图

(2)牛腿尺寸的确定。

牛腿的宽度与柱宽相同。牛腿的高度h是按抗裂要求确定的。因牛腿负载很大，设计时应使其在使用荷载下不出现裂缝。由上述受力分析可知，影响牛腿第一条斜裂缝出现的主要参数是剪跨比可得以下计算公式:

a/h0、水平荷载Fhk与竖向荷载Fvk的值。根据试验回归分析，

Fvk??(1?0.5 式中

Fhkftkbh0)aFvk0.5?h0 (2-16)

Fvk——作用于牛腿顶部按荷载特效应标准组合计算的竖向力值；

Fhk——作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的水平拉力值；

?——裂缝控制系数，对支撑吊车梁的牛腿，取??0.65；对其他牛腿，取??0.80；

a——竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离，此时应考虑安装偏差20mm；当考虑安装偏差后的竖向力作用点仍位于下柱截面以内时，取a?0；

b——牛腿宽度；

29

h0——牛腿与下柱交接处的垂直截面的有效高度，h0?h1?as?c?tg?当??45?时，取??45?，c为下柱边缘到牛腿外缘的水平长度。

牛腿尺寸的构造要求如图2-31所示。

牛腿底面的倾角?不应大于45，倾角?过大，会使折角处产生过大的应力集中见(图2-28)或使斜裂缝①(图2-29)向牛腿斜面方向发展，这都会导致牛腿承载能力的降低。当牛腿的悬挑长度c?100mm时，也可不做斜面，即取??0(图2-27)。

牛腿的外边缘高度h1应大于或等于h/3，且不小于200mm。 为了防止保护层剥落，要求c1?70mm。

?

图2-31 牛腿尺寸的构造要求 在竖向标准值

Fvk的作用下，

为防止牛腿产生局压破坏，牛腿支承面上的局部压应力

不应超过0.75c，否则应采取必要的措施，例如加置垫板以扩大承压面积，或提高混凝

土强度等级，或设置钢筋网等。

(3)牛腿的配筋计算与构造要求

牛腿的纵向受力钢筋由承受竖向力所需的受拉钢筋和承受水平拉力所需的水平锚筋组成，钢筋的总面积

fAs，应按下式计算：

(2-17)

As? 式中

FvaF?1.2h0.85fyh0fyFv——作用在牛腿顶部的竖向力设计值；

Fh——作用在牛腿顶部的水平拉力设计值；

a——竖向力作用点至下柱边缘的水平距离，当a?0.3h0时，取a?0.3h0。

承受竖向力所需的纵向受力钢筋的配筋率，按牛腿的有效截面计算，不应小于0.2%及

0.45ft/fy,也不宜大于0.6％；其数量不宜少于4根，直径不宜小于12mm。纵向受拉

钢筋的一端伸入柱内，并应具有足够的锚固长度的垂直长度，除满足锚固长度

la，其水平段长度不小于0.4la，在柱内

la外，尚不小于15d,不大于22d；另一端沿牛腿外缘弯

折，并伸入下柱150mm(图2-32)。纵向受拉钢筋是拉杆，不得下弯兼作弯起钢筋。

牛腿内应按构造要求设置水平箍筋及弯起钢筋(图2-32)，它能起抑制裂缝的作用。

30

水平箍筋应采用直径6～12mm的钢筋，在牛腿高度范围内均匀布置，间距100～

2h0150mm。但在任何情况下，在上部3范围内的水平箍筋的总截面面积不宜小于承受

竖向力的受拉钢筋截面面积的二分之一。

图2-32 牛腿配筋的构造要求

a?0.3h当牛腿的剪跨比0时，宜设置弯起钢筋。弯起钢筋宜用变形钢筋，并应配置

在牛腿上部l/6至l/2之间主拉力较集中的区域见图2-32，以保证充分发挥其作用。弯

1A起钢筋的截面面积sb不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的2，数量不少于2根，

直径不宜小于12mm。

2.预埋件设计

柱中的预埋件一般由锚板(或型钢)和对称于力作用线的直锚筋所组成。锚板尺寸及锚筋数量应根据其不同的受力情况，分别进行计算。

(1) (1) (1) 锚筋计算。

如图2-33a所示，由锚板和对称配置的直锚筋所组成的受力预埋件，其锚筋的总截

(a) 由锚板和直锚筋组成的预埋件 (b) 由锚板和弯折锚筋组成的预埋件

图2-33 预埋件示意图

面面积s，应按下列原则计算：

①当有剪力、法向拉力和弯矩共同作用时，应按下列两个公式计算，并取其中的较

31

A大值：

As?

V?r?vfy?NM?0.8?bfy1.3?r?bfyz （2-18）

As? （2-19） ②当有剪力、法向压力和弯矩共同作用时，应按下列两个公式计算，并取其中的较大值：

NM?0.8?bfy0.4?r?bfyzAs?As?V?0.3NM?0.4Nz??r?vfy1.3?r?bfyzM?0.4Nz0.4?r?bfyz （2-20）

（2-21）

当M?0.4Nz时，取M?0.4NZ； 式中

?b——锚板弯曲变形的折减系数；

?r——锚筋层数的影响系数；当等间距配置时：二层取1.0;三层取0.9;四层取

0.85；

?v——锚筋的受剪承载力系数； M——弯矩设计值； V——剪力设计值；

N——法向拉力和法向压力设计值；法向压力设计值应符合N?0.5fcA，此处，A为锚

板的面积； 系数

?v，?b应按下列公式计算：

?v?(4.0?0.08d)

fcfy (2-20)

?v?0.7时,取?v?0.7；d为锚筋直径(mm)；

td (2-23)

??1；t为锚板厚度；z为沿剪力作用方向

当采取措施防止锚板弯曲变形时，可取b?b?0.6?0.25最外层锚筋中心线之间的距离。

③由锚板和对称配置的弯折锚筋与直锚筋共同承受剪力的预埋件(图2-33b)，其弯折锚筋的截面面积

Asb应按下式计算

Asb?1.4

V?1.25?vAsfy (2-24)

当直锚筋按构造要求设置时，应取

As?0。弯折锚筋与钢板间的夹角宜在15～45

32

度之间。

(2)构造要求：

①受力预埋件的锚板和型钢，宜采用Q235级钢；锚筋宜采用HPB235、HPB235级或HPB400级钢筋，不得采用冷加工钢筋。

②预埋件的受力直锚筋不宜少于4根(仅受剪的预埋件，允许采用2根)，不宜多于4 层；直径不宜小于8mm，亦不宜大于25mm。

③受拉直锚筋和弯折锚筋的锚固长度应符合规范规定的受拉钢筋锚固长度要求；受剪和受压直锚筋的锚固长度不应小于15d(d为锚筋的直径)。

④受力预埋件应采用直锚筋与锚板T形焊，锚筋直径不大于20mm时，应优先采用压力埋弧焊；锚筋直径大于20mm时，宜采用穿孔塞焊。当采用手工焊时，焊缝高度不宜小于6mm及0.6d(HPB235级钢筋)或0.6d(HPB235级和HPB400级钢筋)。

⑤锚板厚度t宜大于锚筋直径的0.6倍；当为受拉和受弯预埋件时，t尚宜大于b/8见图2-33锚筋到锚板边缘的距离c1；当锚筋下部无横向钢筋时，c1应不小于10d及

100mm；当锚筋下有横向钢筋时，c1应不小于6d及70mm。受剪预埋件锚筋的间距b及b1应不大于300mm，其中b1亦应不小于6d及70mm。

2.4 柱下独立基础

单层厂房中的柱下基础可有各种形式，如独立基础(扩展基础)、条形基础及桩基础等，但最常用的是柱下独立基础。基础是一个重要的结构构件，作用于厂房上的全部荷载，最后都要通过它传递到地基土中。在基础设计中，不仅要保证基础有足够的承载力，而且要保证地基的变形，使基础的沉降不能过大，以免引起上部结构的开裂甚至破坏。

2.4.1基础底面尺寸的确定

基础的底面尺寸应按地基的承载能力和变形条件来确定，但当符合《建筑地基基础设计规范》表3.0.2要求时，可只按地基的承载能力计算，而不必验算其变形。

1.轴心受压基础

图2-34所示为轴心受压基础的计算图形

图2-34 轴压基础的计算图形

假定基础底面处的压应力标准值k为均匀分布，a为修正后的地基承载力特征值，那么设计时应满足下式要求

pfpk?

Nk?Gk?faA (2-25)

33

式中

Nk——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传到基础顶面的竖向力值； Gk——基础自重值和基础上的土重；

A——基础底面面积，A?b?l，b为基础的长边边长；l为基础的短边边长。

3??20kN/m?设为考虑基础自重标准值和基础上的土重后的平均重度，常取；d

为基础的埋置深度，那么由式(2-23)可导出:

A?

2．偏心受压基础

图2-35为偏心受压基础的计算图形。假定在上部荷载作用下基础底面压应力按线 性(非均匀)分布，根据力学公式，基础底面两边缘的最大和最小应力为

Nkfa??d （2-26）

pkmax?Nk?GkMk???pblW kmin? （2-27） 式中 M——上部结构传到基础底面的弯矩特征组合值；

b，l——基础底面的长边与短边长度，b为力矩作用方向的边长；

Wlb2W?6； ——基础底面面积的弹性抵抗矩，

设e为基础底面合力

Nk?Gk的偏心距，

e?MkNk?Gk，将其代入式(2-27)可得

pkmax?Nk?Gk?6e??1????pblb?? kmin? （2-28）

34

图2-35 偏心受压基础的计算图形

由式(2-28)可知，随e值变化，基底应力分布将相应变化。

N?Gk6ebpkmax?k(1?)6时， blb (2-9a) （1）当

N?Gk6epkmin?k(1?)blb (2-29b)

N?Gkbpkmax?ke?6时， bl（2）当 (2-29c) p?0 (2-29d) kmine?b6， pkmin?0时，基底将出现拉应力，由于地基与基础间无粘结作用，（3）当

p实际上不可能发生，因此按式(2-29a)无法计算kmax。由图2-35可知，基底反力的合

e?力与(

Nk?Gk)应相平衡。假定三角形应力分布的合力D至pkmax的距离为

1D?pkmax3alD?N?Gba?2?e，那么，kk 2，

pkmax?2(Nk?Gk)3al (2-29e)

pk不超过地基承载力特征值fa，即

为了满足地基承载力要求，设计时应该保证基底压应力符合下列条件： (1)平均压应力标准组合值

pkmin?pkmax?fa2 （2-30）

f(2)最大压应力标准组合值不超过1.2a，即

pk?

pkmax?1.2fa (2-31）

(3)对有吊车厂房，必须保证基底全部受压，即应满足

bpkmin?0 或 6 （2-32）

b（4）对无吊车厂房，当与风荷载组合时，可允许4长的基础底面与土脱离,即

be?4 （2-33）

e?设计时，一般先假定基础底面面积，然后验算上述四个条件，直至满足为止。基础底面尺寸b?l的确定：先按轴压计算基础面积A，然后按(1.2～1.4)A估算底面尺寸bl, 一般取bl?1.5～2。

35

2.4.2 基础高度的确定 如图2-37所示，柱下独立基础可分为锥形和阶形两种形式，其高度h是按构造要求柱对基础的要求和满足柱对基础的冲切承载力两个条件决定的。对阶形基础，尚需按相同原则对变阶处的高度进行验算。

图 2-36 基础的冲切破坏

如图2-36所示，在柱的轴向荷载作用下，若基础的高度不够，则将沿柱周边(或变阶处)产生锥体形的冲切破坏，即沿45锥体斜面的斜拉破坏。

为此，必须满足如下条件：

?Fl?0.7?hftbmh0 （2-34） Fl?ps?A （2-35）

bt?bb2 （2-36）

式中?h——截面高度影响系数：当h?800mm时，取?h?1.0；当h?2000mm时，

取?h?0.9；其间按线性内插法取用。

bm?bt——冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长：当计算柱与基础交接处的受冲切承载

力时，取柱宽；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽；

bb——柱与基础交接处或基础变阶处的冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的下边长，

bb?bt?2h0；

h0——柱与基础交接处或基础变阶处的截面有效高度，取两配筋方向的截面有

效高度的平均值；

ps——按荷载效应基本组合计算并考虑结构重要性系数的基础底面地基反力设计

值（可取除基础自重及其上的土重），当基础偏心受力时，可取用较大的地基反力设计值；

A——考虑冲切荷载时取用的多边形面积(图2-37中的阴影面积)；

36

(a)锥形基础 (b)阶形基础

图2-37 基础冲切破坏的计算图形 当

l?lc?2h0时，

A?(lbbcl??h0)l?(?c?h0)22222 （2-37） bbc??h0)l22 （2-38）

当

l?lc?2h0时，

A?(

bc，lc分别为柱截面的长度和宽度。

若验算阶形基础变阶处的受冲切承载力时，式(2-37)和式(2-38)中的c与c应改

为基础上阶的长度和宽度。

设计时，一般先按构造要求选定基础的高度和各阶高度，再用式（2-34～2-38）进行验算。

2.4.3基础底板配筋计算

如图2-38所示，在地基反力作用下，柱下独立基础可看作为双向并固定于柱周边的悬臂板，其单向配筋可按柱边截面计算；当为阶形基础时，还应按变阶处截面计算。

bl 37

图2-38基础底板配筋的计算图形

图2-39 矩形基础底板的计算示意

《建筑地基基础设计规范》规定：在轴心荷载或单向偏心荷载作用下底板受弯可按下列简化方法计算：

对于矩形基础，当台阶的宽高比小于或等于2.5和偏心距小于或等于1/6基础宽度

时，任意截面的弯矩可按下列公式计算：

122Ga1[(2l?a')(pmax?p?)?(pmax?p)l]12A （2-39） 12GM??(l?a')2(2b?b')(pmax?pmin?)48A （2-40）

式中 M?、M?——任意截面I－I、Ⅱ—Ⅱ处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值；

M??

38

a1——任意截面I－I至基底边缘最大反力处的距离； l、b——基础底面的边长；

pmax、pmin——相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地基反

力设计值；

p——相应于荷载效应基本组合时在任意截面I－I处基础底面地基反力设计

值； G——考虑荷载分项系数的基础自重及其上的土自重；当组合值由永久荷载控制

时，

G?1.35Gk，Gk为基础及其上土的标准自重。

当I－I、Ⅱ—Ⅱ为柱边截面且为轴心荷载时，以上两式可写为：

M??M??pj24pj(b?h)2(2l?a) （2-41） （2-42）

24(l?a)2(2b?h)当I－I、Ⅱ—Ⅱ为柱边截面且为偏心荷载时，计算M?时，式(2-41)中地基土净反

力按式中

pj?pjmax?pj?2pj?M?；在计算时，式(2-42）中地基土净反力

pjmax?pjmin2。

pj为截面???（柱边）处的地基土净反力。

基础由于配筋率较低，截面抗弯的内力臂系数?变化很小，一般可近似取??0.9。

于是沿长边布置的基底钢筋，可按下式计算:

As??

沿短边布置的基底钢筋，可按下式计算

M?0.9fyh0 （2-43）

As??

M?0.9fy(h0?d) （2-44）

其中d为沿长边布置的基底钢筋直径。

基础变阶处的配筋计算可参照柱边截面处理。 2.4.4基础的构造要求

1．一般规定

基础的混凝土强度等级不宜低于C20。受力钢筋的直径不宜小于10mm，间距不宜大于c，也不宜小于100mm。当基础边长大于或等于2.5m时，沿此向钢筋的长度可减小10％，但应交错放置，如图2-40。

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图2-40 受力钢筋布置示意图 图2-41 基础的构造 基底常设100mm厚、强度等级为C10的素混凝土垫层（垫层厚度不宜小于70mm），则底板受力钢筋的保护层度不小于40mm；若地基土质干燥，也可不设垫层，但保护层的厚度不宜小于70mm。

锥形基础的边缘高度一般不小于200mm；阶形基础的每阶高度一般为300～

500mm(图2-41)。

2.柱的插入深度厅H1

为了保证柱与基础的整体结合，柱插入基础应有足的深度H1见表2-8，此外，H1还应满足柱内受纵向钢筋(直径d)锚固长度不小于性，即要求H1?0.05预制柱长。

la的要求，并应考虑吊装时柱的稳定

表2-8 柱的插入深度

H1

注：1.h为柱截面长边尺寸；b为短边。

2.柱轴心受压或小偏心受压时，

H1可适当减小；偏心距大于2h时，H1应适当加大。

3.基础杯底厚度和杯壁厚度

为了防止安装预制柱时，杯底可能发生冲切破坏，基础的杯底应有足够的厚度a1。其值见表2-9。同时，杯口内应铺垫50mm厚的水泥砂浆。基础的杯壁应有足够的抗弯强度，其厚度t可按表2-9选用。

表2-9 基础杯底厚度和杯壁厚度

40

注：1．双肢柱的a1值可适当加大。

2．当有基础梁时。基础梁下的杯壁厚度应满足其支承宽度的要求。

3．柱插入杯口部分的表面应凿毛。柱与杯口之间的空隙，应用细石混凝土(比基础混凝土标号高一级)密实充填，其强度达到基础设计标号的70%以上时，方能进行上部吊装。

4．杯壁配筋

当柱为轴心受压或小偏心受压，且t?0.65h1(h1为杯壁高度)时，或为大偏心受压且t?0.75h1时，杯壁内一般不配筋。当柱为轴心或小偏心受压，且

0.5?t?0.65h1时，杯壁内可按表2-10、图2-42的要求配置钢筋；其它情况下，

应按计算配筋。

表2-10 杯壁的配筋数量

5．双杯口基础及高杯口基础。

在厂房伸缩缝处，需设置双杯口基础。当两杯口间的宽度中间杯壁内配筋(图2-43)。

a3?400mm时，宜在

图2-42 杯口基础及高杯壁口基础 图2-43 双杯口基础的杯壁配筋

因地质条件，或因有设备基础，在单层厂房中有时需将个别或部分柱基的埋置深度加大。为使厂房预制柱的长度相同，常在这些柱下设置高杯口基础，其杯口尺寸和配筋可参考图2-44，其下的短柱可按偏心受压构件设计。

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图2-44 高杯口基础的配筋

【例2】某工业厂房柱（截面尺寸400?700mm）其基础顶面的荷载由排架内力组合给出三中最不利形式：

?Mkmax?99.85kN?mM?124.8kN?m?A:?Nk?554.1kNN?692.6kN?Vk?10.5kNV?13.1kN ? ??Mkmax??303.71kN?mM??379.64kN?m?B:?Nk?804.7kNN?1005.9kN?Vk??16.5kNV??20.6kN ? ?Mk??301.55kN?mM??376.9kN?m?C:?Nkmax?849.7kNN?1062.1kN?V??15.0kNV??18.8kN k?

2f?180kN/ma地基承载力特征值，C20级混凝土，试设计此杯口基础。

解：（1）根据构造要求选定基础高度及确定基础埋深

由表2-8可知，柱的插入深度H1?700，由表2-9可知柱的杯底厚度a1?200mm，取a1?250mm，杯底上部铺设50mm水泥砂浆，故

h?700?250?50?1000mm

初选h?1000mm，选杯壁厚400mm，高500mm，见图2-45

基础埋深d1=基础顶面埋深+柱插入基础深度+柱底垫层厚度+杯底厚度

因室外基础顶面埋深为550mm，室内外高差150mm，故 d1=500+150+700+50+250=1650（mm）

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（2）确定基础底面尺寸。

上部结构传至基础底面的设计荷载为下列三种：

?Mkmax?110.35kN?mM?137.9kN?m?A:?Nk?554.1kNN?692.6kN?Vk?10.5kNV?13.1kN ? ??Mkmax??320.21kN?mM??400.24kN?m?B:?Nk?804.7kNN?1005.9kN?Vk??16.5kNV??20.6kN ? ?Mk??316.55kN?mM??395.7kN?m?C:?Nkmax?849.7kNN?1062.1kN?V??15.0kNV??18.8kN k?

1)预估基础底面尺寸

按最大轴力确定底面尺寸，此时地基承载力特征值为fa，由轴心受压公式得：

Nkfa??d

1500?1650d??1580mm3d为平均埋深：2，?取20kN/m。故

849.7A??5.73m3180?20?1.58

2按扩大1.2～1.4倍考虑偏压基础底面面积,取1.4，则A?1.4?5.73?8.02m 选长边尺寸b?3.4m，短边尺寸l?2.4m，则

A?2 A?2.4?3.4?8.16m， 满足要求

2）验算所选基底尺寸是否满足要求。 对A组荷载组合

lb21W???2.4?3.42?4.624m366

pkmaxpkmin?对B组荷载组合

554.1?2.4?3.4?20?1.58110.35123.37??kN/m23.4?2.44.62475.64

pkmax pkmin对C组荷载组合

?804.7?2.4?3.4?20?1.58320.21199.46??kN/m23.4?2.44.62460.97 849.7?2.4?3.4?20?1.58316.55204.19??kN/m267.273.4?2.44.624

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pkmax pkmin计算表明，荷载组合以C组最为不利，故下面的计算均以C组为准。地基反力为：

?故所选基底尺寸满足要求 （3）基础抗冲切验算 1）基底净反力设计值

1(pkmax?pkmin)?135.73kN/m2?fa?180kN/m22 pkmax?204.19kN/m2?1.2fa?216kN/mm2 pk?psmaxpsmin?2）柱边冲切承载力验算

1062.1395.7215.73??kN/m28.164.62444.58

由图2-46可知 ：h0?1000?40?960mm

bc?2h0?400?2?960?2320mm?l?2400mm

bbllFl?psA?ps(?c?h0)l?(?c?h0)22222故

3.40.72.40.4?215.73?(??0.96)?2.4?(??0.96)22222

?201.58kN

0.4?0.4?2?0.96bm??1.36m2

0.7?hftbmh0?0.7?0.98?1.1?1.36?960?985.2kN

Fl?0.7?hftbmh0 满足要求

3）变阶处冲切承载力验算（图2-46）

'' h0?500?40?460mm lc?1450mm

bc'?1750mm

lc'?2h0?1450?2?460?2370mm?l?2400mm

Fl?215.73?(3.41.7502.41.45??0.46)2?2.4?(??0.46)2?188.93kN2222

1.45?1.45?2?0.46bm??1.91m2

0.7?hftbmh0?0.7?1.0?1.1?1.91?460?676.52kN?Fl 满足要求

（4）基底配筋计算

22p?215.73kN/mp?44.58kN/mjmaxjmin1）沿长边方向： ，

A. 沿柱边截面：

bIb

2.05?44.58?(215.73?44.58)?147.77kN/m23.4

pjI?pjmin?(pjmax?pjmin)?

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B. 沿变阶处截面

1(Pjmax?pjI)(b?h)2(2l?a)48 1??(215.73?147.77)?(3.4?0.7)2?(2?2.4?0.4) 48 ?287.07kN?m MI287.07?106AsI???1582mm20.9h0fy0.9?960?210 MI?PjI?44.58?(215.73?44.58)MI?2.575?174.2kN/m23.4

1?(215.73?174.2)?(3.4?1.75)2?(2?2.4?1.45)?138.23kN?m48 138.23?106AsI??1590mm20.9?460?210

22由A、B可知，取AsI?1590mm。选15?12，实配1696.5mm。

2）沿短边方向

pj?11(pjmax?pjmin)?(215.73?44.58)?130.2kN/m222

图2-45 桩基尺寸 图2-46冲切验算

A. 柱边截面

1Pj(l?a)2(2b?h)24 1??130.2?(2.4?0.4)2(2?3.4?0.7)?162.8kN?m 24

MII162.8?106AsII???908.6mm20.9fy(h0?d)0.9?210(960?12)MII?B. 变阶处截面

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1?130.2(2.4?1.45)2(2?3.4?1.75)?41.86kN?m24

41.86?106AsII??494.4mm20.9?210?(460?12)

22由A、B可知，取AsII?908.6mm，选用12?10实配942mm。

M??设计完毕，施工图见图2-47

图2-47 施工图

2.5 单层厂房的屋盖结构选型

2.5.1概述

目前单层厂房屋盖结构的形式基本上分为无檩和有檩两种体系。无檩体系是将大型屋面板直接焊在(一般不少于三个焊点)屋架或屋面梁上而形成的屋盖结构。这种屋盖的整体性 和刚度均较好，构件种类和数量较少，故安装工序少，施工速度快，适用广泛，在具有较大吨位吊车和有较大振动的大中型及重型厂房中经常使用。有檩体系是将小型屋面板或屋面瓦放在檩条上，檩条支承在屋架上而形成的屋盖结构。这种屋盖的构件小而轻，便于运输和吊装，虽然整体刚度较小，但在保证板与檩条、檩条与屋架均已牢固连接的前提下，可满足一般中小型厂房的使用要求。

除上述两种常用的屋盖结构外，工业厂房中还采用了多种形式的板梁合一的屋盖体系，如T形板、拱形弧、V形折板和马鞍形壳板等；其中以T形板使用得最多。

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本节将主要介绍屋面构件、屋面梁和屋架、板梁合一结构、天窗架及托架的常用形式及选用方法。

2.5.2屋盖构件

1.屋面板

单层厂房中常用的屋面板有预应力混凝土屋面板(槽形板)、预应力混凝土F形屋面板，预应力混凝土单肋板、钢丝网水泥波形瓦、石棉水泥瓦及钢筋混凝土挂瓦板等，详见表2-11。其中应用最广泛的是预应力混凝土屋面板。

预应力混凝土屋面板由面板、横肋和纵肋组成，其传力系统类似梁板结构所介绍的平面楼盖，其中板、横肋和纵肋分别相当于平面楼盖中的板、次梁和主梁。其常见的平面尺寸有1.5?6m，也有采用3?9m、1.5?9m和3?12m的。屋面板一般承受防水屋面恒载和积灰荷载、雪荷载及施工检修荷载等活载。设计时可根据其柱网布置、屋面荷载等情况分别选用全国性和地区性标准图集，如G410等。

2.檩条

檩条起着支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架的作用。它与屋架应连接牢固，并与支撑构件共同组成整体，保证厂房的空间刚度，可靠地传递水平荷载。

檩条一般有倒L形檩条、T形檩条两种，其材料可为普通混凝土，也可为预应力混凝土，其常见类型见表2-12。当檩条跨度为4m或6m时，一般采用上述形式，当檩条跨度为9m或更大时，可采用组合式(上弦为钢筋混凝土，腹杆与下弦杆为钢材)和轻钢檩条。

檩条支撑在屋架上弦有正放和斜放两种形式。前者受力较好，但屋架上弦要做水平支托(图2-48a)；后者在荷载作用下产生双向弯曲，若屋面坡度较大时，在未焊牢时易倾翻，故往往需在支座处屋架上弦预埋件上事先焊一短钢板来防止倾翻(图2-48b)。

图48檩条与上弦杆连接方法

2.5.3屋面梁和屋架

屋面梁和屋架是单层厂房中的重要构件，起着支承屋面板或檩条并将屋面荷载传给排架柱的作用，其常见形式、经济指标、特点和适用条件见表2-13。除表中所列构件外，在纺织厂中一般采用锯齿形屋盖，常用钢筋混凝土三角刚架和钢筋混凝土窗框支承屋面板两种形式。

屋面梁和屋架形式的选择，应根据厂房的使用要求、跨度大小、吊车吨位和工作制级别、现场条件及当地使用经验等因素而定。根据国内工程经验，在此提出如下建议：

厂房跨度在15m及以下时，当吊车起重量?10t，且无大的振动荷载时，可选表2-12

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中序号3～6或序号7(有檩体系时)；当吊车起重量?10t时，宜选用序号2或8。

厂房跨度在18m及以上时，一般宜选用序号9～11；对于冶金厂房的热车间，宜选用序号12；当跨度为18m时，亦可采用序号5或6(吊车起重量≤10t时)或序号2。 对于采用横向或井式天窗的厂房，一般宜选用序号12或13。

设计时可根据上述建议灵活选用，屋面梁与屋架均有全国性和地区性的标准图集可查。但遇到特殊情况，需进行屋面梁和屋架设计时，可参考有关资料进行。 2.5.4板梁合一的屋盖结构

板梁或板架合一结构是在对原有的厂房屋盖结构进行改革的基础上形成的，它是将屋面板和梁组成整体，既可减少结构构件的种类和数量以及施工吊装工序，又具有受力性能合理、结构高度小、空间刚度好、材料用量省等优点，目前多用于无吊车或吊车起重量小的厂房和仓库。下面简介几种常见结构形式。

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表2-11 屋面板类型表

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表2-12 檩条类型表

1.预应力混凝土V形折板

如图2-49所示，预应力混凝土薄板采用先张法叠层生产，折缝处不灌混凝土，运至工地吊装就位后再在上、下折缝处浇灌混凝土，形成V形整体空间结构.

图2-49 V形板生产示意图

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