单层厂房排架结构设计实例.docx
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单层厂房排架结构设计实例
单层厂房排架结构设计实例
ADesignofExampleforMillBentsofOne-storyIndustrial
Workshops
设计资料及要求
1•工程概况
某机修车间为单跨厂房，跨度为24m,柱距均为6m,车间总长度为66m每跨设有起重量为20/5t吊
车各2台，吊车工作级别为A5级，轨顶标高不小于。
厂房无天窗，采用卷材防水屋面，围护墙为240mm
厚双面清水砖墙，采用钢门窗，钢窗宽度为3.6m，室内外高差为150mm,素混凝土地面。
建筑平面及剖
面分别如图3-76和图3-77所示。
13
广
6D00
6000
6DCC
5KX1
I
卜1
Csl
・1
LJ
r1
IR
b.■
凸
卜i
•q
»_■
I
:
I
1
1
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4J
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1r
ii
1i
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1\
I1
11
/\
1
1
-
t
Il\
61X0
W30
I：
KIK
6rM5
1
弓◎199關79号丄孑
丄N3I5570£31011
图3-77
2•结构设计原始资料
厂房所在地点的基本风压为0.35kN/m2，地面粗糙度为B类；基本雪压为。
•0.30kN/m2。
风荷载的组合值系数为，其余可变荷载的组合值系数均为07。
土壤冻结深度为，建筑场地为I级非自重湿陷性
黄土，地基承载力特征值为l65kN/m:
地下水位于地面以下7m,不考虑抗震设防。
3.材料
基础混凝土强度等级为C20;柱混凝土强度等级为C30纵向受力钢筋采用HRB335级、HRB400级；箍
筋和分布钢筋采用HPB235级。
4•设计要求
分析厂房排架内力，并进行排架柱和基础的设计；
构件选型及柱截面尺寸确定
因该厂房跨度在l5-36m之间，且柱顶标高大于8m故采用钢筋混凝土排架结构。
为了保证屋盖的整
体性和刚度，屋盖采用无檩体系。
由于厂房屋面采用卷材防水做法，故选用屋面坡度较小而经济指标较好的预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。
普通钢筋混凝土吊车粱制作方便，当吊车起重量不大时，有较好的经济指标，故选用普通钢筋混凝土吊车粱。
厂房各主要构件造型见表3-16。
由设计资料可知，吊车轨顶标高为9.80m。
对起重量为20/5t、工作级别为A5的吊车，当厂房跨度
为24m时，可求得吊车的跨度Lk=24-0.75X2=22.5m由附表4可查得吊车轨顶以上高度为；选定吊车梁
的高度hb=,暂取轨道顶面至吊车梁顶面的距离0=,则牛腿顶面标高可按下式计算：
牛腿顶面标高=轨顶标高
-hb-ha=
主要承璽构件选生表表亠诟
构件弟称
标推图乘
选旳曙号
OUJ410-1
也应力淞凝土屋闻换
YWK2[]1.中倒芳J
YWB214!
，牆跆
1”4kN/W
（包括匪竝鱼》
04V4I0-J
LSmXSmifi应力屁握土国面战｛卷吗茴木天沟槻｝
TGB6S-1
1.
思¥
IMC4l$4
预应力混駐上折蝶形屋期f跨24W）
YWJA1心
KMkN/4g
D.DfikN/nrl屋盏钢克撑、
吊4谏
钢筋混凝士吊年舉〔吊车工柞级别为九〜扣」
DL-9Z（申间鈕】
DINE〔型跨】
3S.5k.N/ffi
4G.Rk、『报
B4G325
吊车软迢连援惮图
CLfiOkN/m
!
剛筋混戲上基弗架
JL3
16.7kN/4R
考虑吊车行驶所需空隙尺寸h7=220mm柱顶标高可按下式计算：
柱顶标高=牛腿顶面标高+%+吊车高度+ha，
=8.40+1.20+0.20+2.30+0.22=
故柱顶（或屋架下弦底面）标高取为12.30m。
取室内地面至基础顶面的距离为，则计算简图中柱的总高度H、下柱高度H］和上柱高度Hu分别为
H=+0.5=12.8m
H|=+0.5=
根据柱的高度吊车起重量及工作级别等条件，可由表
上柱口bh400mm400mm
3-5并参考表3-7确定柱截面尺寸为A、B轴
下柱bfhbhf400mm900mm100mm150mm
定位轴线
横向定位轴线除端柱外，均通过柱截面几何中心。
对起重量为20/5t、工作级别为A5的吊车，由附表
4可查得轨道中心至吊车端部距离B1260mm；吊车桥架外边缘至上柱内边缘的净空宽度，一般取
B280mm。
对边柱，取封闭式定位轴线，即纵向定位轴线与纵墙内皮重合，则B3400mm，故
B2eBrB375026040090mm80mm亦符合要求。
计算简图确定
由于该机修车间厂房，工艺无特殊要求，且结构布置及荷载分布（除吊车荷载外）均匀，故可取一榀
横向排架作为基本的计算单元，单元的宽度为两相邻柱间中心线之间的距离，即B6.0m，如图3-78（b）
所示；计算简图如图3-78（a）所示。
□3
CT.
u
E二二B
（a）
•ri
A13
（b）
图3-78
荷载计算
1.永久荷载
（I）屋盖恒载
为了简化计算，天沟板及相应构造层的恒载，取与一般屋面恒载相同。
两毡三油防水层
2
0.35kN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层
200.020.40kN/m2
100mm厚水泥蛭石保温层
50.10.50kN/m2
一毡两油隔气层
2
0.05kN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层
2
200.020.40kN/m
预应力混凝土屋面板（包括灌缝）
2
1.40kN/m
屋盖钢支撑
0.05kN/m2
2
图3-79A、B柱永久荷载
3.15kN/m
作用位置相同
屋架自重重力荷载为I06kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构自重标准值为
24106
G,3.156279.80kN
22
（2）吊车梁及轨道自重标准值
G339.50.8644.30kN
（3）柱自重标准值
A、B轴
上柱G4A
G4B
43.9
15.60kN
下柱G5A
G5B
4.69
8.941.74kN
各项永久荷载作用位置如图
3-79
所示。
2•屋面可变荷载
由《荷载规范》查得，屋面活荷载标准值为怦,屋面雪荷载标准值为怦，由于后者小于前者，故仅按屋
面均布活荷载计算。
作用于柱顶的屋面活荷载标准值为
Qi
0.5624
36.00kN
Qi的作用位置与Gi作用位置相同，如图3-79所示。
3.吊车何载
对起重量为20/5t
的吊车，查附表4并将吊车的起重量、最大轮压和最小轮压进行单位换算，可得:
Q200kN,Pmax
215kN,
Pmin
45kN,
B5.55m,K
4.40m,
Q,75kN
3-80所示，据此可求得
根据B及K,可算得吊车梁支座反力影响线各轮压对应点的竖向坐标值，如图吊车作用于柱上的吊车荷载。
（1）吊车竖向荷裁
吊车竖向荷载标准值为
Dmax
Rnax
yi
215（10.8080.2670.075）
462.25kN
DminPminyi
45（10.8080.2670.075）
96.75kN
（2）吊车横向水下荷藏作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为
11
T丄（QQ1）丄0.1（20075）6.875kN
44
同时作用于吊车两端每排架柱上的吊车横向水平荷载标准值为
TmaxTyi6.875（10.8080.2670.075）14.78kN
4•风荷载
风荷载标准值按式（
3—12）计算，其中基本风压0
2
0.35kN/mm按B类地面粗糙度，根据厂房各
部分标咼（图3—77）,
由附表3-1可查得风压高度变化系数
柱顶（标高）
1.064
檐口（标高）
1.129
屋顶（标高）
z1.170
风荷载体型系数
s如图3-81（a）所示，则由式（3-12）可求得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别
为
1k
zs1
z0
1.00.81.0640.35
0.298kN/m2
2k
zs2
z0
1.00.41.0640.35
0.149kN/m2
则作用于排架计算简图（图3-81b）上的风荷载标准值为
5
0.298
6.0
1.79kN/m
q2
0.149
6.0
0.89kN/mFw[（s1
s2）zh1（s3
s4）zh2]z0B
[（0.8
0.5）
1.1292.3（0.60.5）
1.171.4]1.0
0.356.0
6.75kN
A13
（n）
图3-81
排架内力分析有关系数
厂房为等高排架可用剪力分配法进行排架内力分析。
由于该厂房的A柱和B柱的柱高、截面尺寸等均
相同，故这两柱的有关参数相同。
1.0O
1•柱顶剪力分配系数
柱号
nIu/Il
C03/13（1/n
1）
1/i
比/H
H3/C°Eh
i
1/i
C02.435
n0.109
AB柱
0.305
10
H3
A
b0.5
AB0.21010
—
E
柱顶位移系数和柱的剪力分配系数分别计算，结果见下表
由上表可知,
A
B
2.单阶变截面柱柱顶反力系数
由表3-9中给出的公式可分别计算不同荷载作用下单阶变截面柱的柱顶反力系数,
计算结果见表3-19。
表3-19
简图
柱顶反力系数
A柱和B柱
c
\
2
I
312（1丄）
C1
213（丄1）
n
C3
31
213（11）
n
2
123a[K1-®（23a）]
1n
213（11）
C11
4
31
n
3•内力正负号规定
本例题中，排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定如图3-82所示，后面的各弯矩图和柱底剪力均
未标出正负号，弯矩图画在受拉一侧，柱底剪力按实际方向标出。
r\
图3-82
排架内力分析
1•永久荷载作用下排架内力分析
永久荷载作用下排架的计算简图如图
3-83（a）所示。
Gi
G279.80kN
G2
G3
G5A
41.74kN
M1
Giei
279.800.0513.99kNm
m2
（G
G4a）O）G©（279.8015.60）0.2544.300.360.56kNm
G3G444.3015.6059.90kN
由于图3-83（a）所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按顶为不动铰支座
计算内力。
按照表
3-19计算的柱顶反力系数，柱顶不动铰支座反力R可根据表3-9所列的相应公式计算
求得，即
Ra
^C3
H
13.9921436°56「仙7.57kN（）
12.8
Ra
7.57kN（）
求得柱顶反力R后，可根据平衡条件求得柱各截面的弯矩和剪力。
柱各截面的轴力为该截面以上重力
荷载之和。
恒载作用下排架结构的弯矩图、轴力图和柱底剪力分别见图
3-83（b）、（c）。
右.
13
I
图3-83
2•屋面可变荷载作用下排架内力分析
排架计算简图如图3-84（a）所示。
屋架传至柱顶的集中荷载
Q1
36kN,它在柱顶及变阶处引起的力矩
分别为
M1A36.000.051.80kNmM1B
M2A36.000.259.00kNmM2B
Ra
M1A、
h1
M2A、
侦2・1439.°0「仙i.°8kN（）
12.8
RB1.08kN（）
则排架柱顶不动铰支座总反力为:
RRARB1.081.080kN（）
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图3-84（b）、（c）所示。
（b）
图3-84
3•屋面可变荷载作用下排架内力分析
（1）Dmax作用于A柱
计算简图如图3-86（a）所示。
其中吊车竖向荷载
Dmax、Dmin在牛腿顶面处引起的力矩分别为:
MaDmaxe3462.250.3138.68kNm
MBDmin©96.750.329.03kNm
按照表3-19计算的柱顶反力系数和表3-9所列的相应公式可求得柱顶不动铰支座反力R分别为
Ra也C3138.681.10411.96kN（）
H12.8
MB29.03
RbbC31.2682.27kN（）
H12.8
RRaRb11.962.279.69kN（）
排架各柱顶剪力分别为
VaRaaR11.960.59.696.98kN（）
VBRABR2.270.59.697.12kN（）
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图3-86（b）、（c）所示。
AB
图3-86
⑵Dmax作用于B柱
同理，将作用于A柱情况的A、B柱内力对换，并改变内力符号可求得各柱的内力。
（3）作用于AB跨柱
当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图3-90（a）所示。
由表
3-9得，a
（3.9
1.2）/3.9
0.692则柱顶不动铰支座反力Ra、Rb分别为
RA
TC
max5
14.78
0.559
8.26kN（）
Rb
TC
max5
14.78
0.559
8.26kN（）
排架柱顶总反力R为
RRARB8.268.2616.52kN（）
各柱顶剪力分别为
VARAAR8.260.516.520
VBRBBR8.260.516.520
排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图3-90（b）所示。
当Tmax方向相反时，弯矩图和剪力图只改变符号,数值不变。
；a|
图3-90
4•风荷载作用下排架内力分析
（1）左吹风时
计算简图如图3-92（a）所示。
柱顶不动铰支座反力Ra、RB及总反力R分别为
Ra
q1HC11
1.7912.80.316
7.47kN（）
Rb
q2HC11
0.8912.80.326
3.71kN（）
r
RaRb
FW7.473.716.75
17.93kN（）
各柱顶剪力分别为
Va
RaaR
7.47
0.5
17.93
1.50kN（
）
Vb
RbbR
3.71
0.5
17.93
5.26kN（
）
排架内力图如图3-92（b）所示。
（2）右吹风时
将图3-92（b）所示A、B柱内力图对换，并改变内力符号后即可。
A13Al<
图3-92
内力组合
-川，如图
（3-24）进
以A柱内力组合为例。
控制截面分别取上柱底部截面1-1、牛腿顶截面nn和下柱底截面川
3-53所示。
表3-20为各种荷戴作用下A柱各控制截面的内力标准值汇总表。
表中控制截面及正号内力方向如表3-20中的例图所示。
荷载效应的奉基本组合设计值按式行计算。
在每种荷载效应组合中，对矩形和I形截面柱均应考虑以下四种组合，即
（1）Mmax及相应的N、V
⑵Mmax及相应的N、V;
（3）N
max及相应的M、V；
⑷Nmin及相应的M、V。
由于本例不考虑抗震设防，对柱截面一般不需进行受剪承载力计算。
故除下柱底截面川截面的不利内力组合未给出所对应的剪力值。
控制截面及正向内力
何载类别
永久何载效应Sgk
屋面可变荷
载效应Sgk
吊车竖向荷载效应Sgk
吊车水平荷载效应Sqk
风荷载效应Sqk
Dmax作用在
A柱
Dmax作用在
B柱
Tmax作用
在AB跨
左风
右风
弯矩图及柱底截面剪力
ifF*i
、二:
丨…心
£AT
150
-1：
.4
r.?
i
■
壬
1
IIiL'''
'!
.1
.I-
■
r・
4U
HJfc1
E■—'!
■11・1
■-」
■T-
1JI
L-
序号
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
1-1
MK
0
N<
0
0
0
0
0
11-1
I
MK
0
N<
0
0
0
III
III
MK
+
N<
0
0
0
V<
-川外，其他
对柱进行裂缝宽度验算和基础地基承载力计算时，需采用荷载效应的标准组合和准永久组合的效应设计值。
表3-21和表3-22为A柱荷载效应的基本组合和标准组合。
截面内力组合
mnmn
基本组合（可变荷载控制）SdGjSGjkQiLiSqikQiLiCiSQik标准组合：
SdSGjkSq^qS%
j1i2j1i2
+MU及相应的N,V
-Mmax及相应的N,V
NU及相应的M,v
NU及相应的N,v
1-1
M
X①+X⑥+XX②
①+XX④+XXX
③+X⑦
X+XX⑥+XX
②
①+XX⑥+XX②
N
11-11
M
①+XX③+XX⑥
X①+XX⑦+XX
②
X①+XX③+X[
X②+X（⑥+⑦）]
①+XX⑦+XX⑥
N
III-III
M
X①+X⑥+XX②+X
X③+XX⑤）
①+X⑦+XX（④+
⑤）
X①+XX③+XX（②+X⑤）
①+X⑥+XX（②+X③+X⑤）
N
V
M
①+⑥+[X（②+③）X③+X⑤]
①+⑦+
XX④+XX⑤
①+X③+X②+X
X⑤+X⑥
①+⑥+（X③+XX⑤）
NK
Vk
截面内力组合
mn
基本组合（永久何载控制）SdGjSGjkQL1CiSQik
j1i1
+Mnax及相应的N,V
-Mmax及相应的N,V
Max及相应的M,V
Nmin及相应的N,V
1-1
M
X+X（X②+X⑥）
①+X（XX④+XX③+X⑦）
X①+X（X⑥+X②）
①+X
（X⑥+X②）
N
11-11
M
①+X
（X③+X⑥）
X①+X（X⑦+X②）
X①+X[XX
③+X②+X（⑥+⑦）]
①+XX（⑥+
⑦）
N
III-III
M
X①+X[X②+XX（③+⑤）
+X⑥]
①+X[X⑦+XX（④+⑤）]
X①+X[X②+XX（③+⑤））
①+X（X②
+XX③+X⑥）
N
V
柱截面设计
仍以A柱为例。
混凝土强度等级为
22
C30,fc14.3N/mm2,ftk2.01N/mm2;纵向钢筋采用
HRB4O0级，ftk2.01N/mm2,
0.518。
上、下柱均采用对称配筋。
对上柱，截面的有效高度取
1．选取控制截面最不利内力
h040045355mm，则大偏心受压和小偏心受压界限破坏时对
应的轴向压力为
Nb
1fcbh0b1.014.3
4003550.518
1051.85kN
当N比1051.85kN时,为大偏心受压；由表3-21表3-23可见，上柱I—I截面共有8组不利内
力。
经ei判别，其中8组内力均为大偏心受压，对8组大偏心受压内力，按照“弯矩相差不多时，轴力
越小越不利；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则，可确定上柱的最不利内力为
M66.38kNmN295.40kN
对下柱，截面的有效高度取h090045855mm，则大偏心受压和小偏心受压界限破坏时对应
的轴向压力为
Nb1fc[bh0b（bf'b）hf']1.014.3[1008550.518（400100）150]
1276.38kN
当N比1276.83kN,且弯矩较大时，为大偏心受压。
由表3-21-表3-23可见，下柱n—
n和川一川截面共有16组不利内力。
经用©判别，其中12组内力为大偏心受压，有4组内力为小偏心受压且均满足NNb1276.83kN，故小偏心受压均为构造配筋。
对12组大偏心受压内力，采用与
上柱I-I截面相同的分析方法，可确定下柱的最不力内力为
M361.04kNmM263.86kNm
N946.01kNN466.77kN
2．上柱配筋计算
由上述分析结果可知，上柱取下列最不利内力进行配筋计算：
M066.38kNmN295.40kN
由表3-12查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度为
Mo66.38106224.71mm
N295400
由于h/30=400/30=,取附加偏心距
ea20mm,则
ee0ea224.7120244.71mm
2
0.5fcA0.514.3400
N
295400
3.873
1.0取chO
s11500勺
h0
（7800）2
1500警400
1.01.368
1.368
66.3890.81kNm
e0
90.81106
ea3
295.4103
2
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