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本课件围绕模块9 钢筋混凝土单层厂房计算展开，依次讲解课题1 单层厂房的计算简图与荷载、课题6 受弯构件、应用案例9-1等内容，结合现行规范条文与工程算例说明设计要点与计算步骤，帮助学习者建立系统的结构分析与设计思路。
课题1 单层厂房的计算简图与荷载：计算课题2单层厂房的排架内力计算课题3牛腿柱及基础设计模块小结习题能力训练项目模块9钢筋混凝土单层厂房计算能力训练【教学目标】能力目标：能够熟练的画出结构的计算简图并能够进行荷载的计算；能够进行等高排架的内力计算；了解柱截面形式及选择；掌握牛腿及基础的设计。
知识目标：了解排架结构的组成，掌握结构的计算简图和荷载计算；熟悉等高排架的内力计算；了解柱截面形式及选择、牛腿及基础的设计。态度养成目标：培养学生严密的逻辑思维能力和严谨的工作作风。
课题6 受弯构件：斜截面配筋计算课题7抵抗弯矩图的绘制课题8梁的挠度计算课题9裂缝宽度验算模块小结习题能力训练项目模块9钢筋混凝土单层厂房计算能力训练【教学要求】注册土木工程师(岩土)工程师基础考试:过关必做1500题(含历年真题)(第2版)
引例单层工业厂房是各类厂房中最普：遍、最基本的一种形式，按其承重结构所用的材料不同，可分为混合结构、钢筋混凝土结构和钢结构。
下图所示为采用钢屋架与混凝土主承重的混合结构，请结合本例，了解厂房的基本构成以及简单的设计。
课题1 单层厂房的计算简图与荷载：计算
一、单层厂房的结构组成：单厂按主要承重构件类型分排架结构和刚架结构，常用排架结构。
1.定义：主要承重构件由屋架（或屋面梁）、柱和基础组成。且屋架与柱顶为铰接的结构叫排架结构。2.常见类型：
1）屋面板：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11）基础梁12）天窗架垂直支撑13）屋架下弦横向支撑14）屋架垂直支撑15）柱间支撑一、单层厂房的结构组成单层钢筋混凝土厂房的组成
1.屋盖结构：分为有檩体系和无檩体系两种。
有檩屋盖由小型屋面板或槽板（瓦）、檩条或屋架或屋面梁、屋盖支撑系统组成。其整体刚度较差，只适用于一般中、小型的厂房。无檩屋盖由大型屋面板、屋架和屋盖支撑系统组成，其整体刚度较大，适用于各种类型的厂房。为了保证采光的需要，屋盖结构中还设置天窗等及其支撑系统。1.屋盖结构2.横向排架或横向刚架钢筋混凝土单层厂房的横向承重结构，通常有排架和刚架两种形式见下图。
排架结构的形式刚架结构的形式
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3.纵向排架纵向排架：3.纵向排架纵向排架由纵向柱列、连系梁、吊车梁和柱间支撑组成，见下图。
4.吊车梁5.支撑系统吊车梁简支在牛腿上，主要承受吊车的竖向和横向荷载或纵向水平荷载包括：屋盖支撑和柱间支撑。作用：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，同时传递水平荷载。
6.托架：6.托架7.连系梁及抗风柱8.基础有时由于是工艺上的要求，需要改变柱距而布置托架。
有时为了满足屋盖部分需求采用标准构件，在柱距大的开间布置托架，以此来承担屋架传来的荷载。托架的形式，如图所示。厂房周围的围护墙的重力，是通过连系梁传至排架柱，同时连系梁与柱组成纵向排架。抗风柱的主要作用是承受山墙的风荷载，由它传至基础。基础的作用是承受排架或刚架传来的荷载，并将荷载扩散传给地基。
二、单层厂房排架：计算横向排架的荷载单层厂房排架分为：横向排架和纵向排架横向排架承担厂房的主要荷载，包括：屋盖荷载、吊车荷载、风荷载、水平和竖向地震作用，以及纵横墙的自重等。
纵向排架主要承担纵向的水平荷载，如由山墙传来的纵向水平风力，吊车刹车产生的纵向水平力，以及纵向水平地震作用。1.单层厂房的受力特点
2.排架计算简图：2.排架计算简图（1）计算单元的选取横向平面排架计算单元示意图柱距相等时，可以从任意两个相邻的柱距中线截出一个典型区段，作为称该排架的计算单元。
（2）计算基本假定①柱
3、排架荷载：3、排架荷载计算1）屋盖恒荷载P1屋盖恒荷载，包括各构造层重、屋面板、天沟板、屋架、天窗架及其支撑重等。
屋盖自重作用下的排架计算简图如右图所示。排架受荷示意图
2）恒荷载：2）恒荷载P2、P3、P4和P5
4）吊车荷载：特重级重级中级轻级工作制等级A8A6～A7A4～A5A1～A3工作级别工业厂房中一般采用桥式吊车，桥式吊车按照使用的频繁程度分为轻级(A1-A3)、中级(A4、A5)、重级(A6、A7)和特重级(A8)四个载荷状态。
4）吊车荷载(1)吊车垂直荷载Dmax、Dmin桥式吊车的受荷情况Pmin=
吊车梁支座反力影响：线(2)吊车水平荷载Tmax传力过程：小车惯性力大车吊车梁排架柱对于四轮吊车，当它满载运行时，每个轮子产生的横向水平制动力的标准值T可按下式计算
特别提醒：不论单跨和多跨厂房，在计算横向水平荷载时，一个排架上最多只能考虑两台吊车。
当吊车(大车)沿厂房纵向运行突然刹车时，吊车自重及吊重的惯性将引起吊车纵向制动力，并由吊车一侧的所有制动轮传至轨道，最后通过吊车梁传给纵向柱列或柱间支撑。每台吊车纵向制动力T0的设计值计算式:a)每台吊车纵向制动力T0作用位置b)T0计算简图作用于纵向排架的吊车水平荷载
5.风荷载作用：5.风荷载作用在建筑物或构筑物表面上的风压，称为风荷载。当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算
在大气边界层内：，风速随离地面高度的增大而增大，风速增大的规律主要取决于地面粗糙度，通常认为在离地面高度超过300～500m以后，风速才不再受地面粗糙度的影响。
根据地面地貌情况，《荷载规范》将地面粗糙度分为A、B、C、D四类：A类—指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类—指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；c类—指有密集建筑群的城市市区；D类—指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别取用；对于山区的建筑物，风压高度变化系数可按平坦地面的粗糙度类别取值后，还应考虑地形条件进行修正；对于远海海面和海岛的建筑物和构筑物，风压高度变化系数可按A类粗糙度类别取值后，还应考虑离海岸距离进行修正。
③基本风压基本风压是以当地空旷平坦地面上10m高度处10min的平均风速观测数据，经概率统计得到的50年一遇的最大风速(m／s)，按确定的风压
基本风压：应按《荷载规范》中全国基本风压分布图和附录给出的数据采用，但不得小于0.3kN／m2。
排架计算时：柱顶以下墙面的风荷载按均布荷载考虑，迎风面为q1，背风面为q2，其风压高度变化系数可按柱顶标高取值；柱顶以上的风荷载仍取为均布荷载考虑，但对排架的作用可简化为作用在柱顶的集中荷载W，其风压高度变化系数为：有矩形天窗时，按天窗檐口取值；无矩形天窗时，按厂房檐口标高取值或柱顶标高取值，如图所示。
风荷载是可以变向的，故应考虑左、右两向受风情况。
2、排架柱：应用案例9-1能力训练项目一、填空题1、吊车的轻级、中级、重级工作制是根据吊车的来确定。
2、排架柱的控制截面一般在、、三个位置。二、单选题1、在单层厂房排架内力组合时，如果考虑了吊车水平荷载，则（）A.必须考虑吊车竖向荷载；B.不能考虑吊车竖向荷载；C.应考虑吊车竖向荷载，但应乘0.85的系数2、排架柱的计算高度是从()算起。A.室内地坪B.室外地坪C.基础顶面D.基础底面
课题2 单层厂房的排架：内力计算一、用剪力分配法计算等高排架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和柱顶标高不相同而柱顶由倾斜横梁贯通相连两种情形，由于假定横梁无轴向变形，两者中各柱顶位移相等。
等高排架：a）柱顶、柱底标高都相同b）柱顶标高都相同但柱底标高不相同c）柱顶标高不同、柱底标高相同
(1)等高排架：(1)等高排架在柱顶集中力作用下的内力分析由平衡条件：由几何条件：假定柱顶单位力作用下的侧移为，则第i根变阶柱有：
由结构力学可求得计算的公式为：
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(2)等高排架任意荷载作用：在柱顶加上不动铰支座，利用图表求出内力和支座反力；将支座反力反向作用于柱顶，求出内力；将上述两种情况的内力叠加。
(2)等高排架任意荷载作用下的内力分析
二、排架的荷载组合和内力组合：(1)控制截面IIIIIIIIIIII构件设计时一般选取若干个可靠度较低而对整个构件起控制作用的截面进行设计，这些截面称为控制截面。
上柱：上柱底截面M、N一般比上柱其他截面大，如图I-I截面。下柱：在吊车竖向荷载作用下，牛腿面处Ⅱ-Ⅱ截面M最大，在风荷载或吊车横向水平力作用下，柱底截面Ⅲ-Ⅲ的M最大，同时Ⅲ-Ⅲ截面内力M、V、N也是设计基础的依据。故下柱常取Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ作为控制截面。柱的控制截面
（2）荷载组合
（3）内力组合内力组合
对于大偏心受压构件在内力组合时，M愈大，N愈小，e0=M／N愈大，配筋愈多；对于小偏心受压构件，M愈大，N愈大，配筋愈多。因此，在内力组合时，应尽量使M大，在风荷载及水平刹车力作用下，轴力为0，弯矩不为0，组合时应考虑。通常选择以下几种组合：1)+Mmax及相应N、V。2)-Mmax及相应N、V。3)Nmax及相应M、V。4)Nmin及相应M、V。
2)任一组合：内力组合有如下特点：1)组合中的第一个内力为主要内力，应使其绝对值为最大。
2)任一组合中都必须包括由恒荷载引起的内力。3)Dmax；作用在A柱与Dmax作用在B柱两种情况不能同时出现，只能选择其中一种情况参加组合。4)Tmax。的作用必须与Dmax。的作用同时考虑，因为有Tmax；必有Dmax，Tmax。向左或向右视需要择一参加组合。5)风荷载可能从左方向或右方向作用于厂房。
6)屋面活荷载按最不利原则考虑。7)组合Nmin。时，对于N=0的风荷载也应考虑组合。
课题3 牛腿柱及基础：设计一、单层厂房柱设计1、柱截面配筋计算1)使用阶段计算要点
2)施工阶段验算要点：2)施工阶段验算要点对于钢筋混凝土预制柱，在施工阶段的验算一般是指对吊装过程中的验算。
吊装可以采用平吊也可以采用翻身吊。当柱中配筋能满足运输、吊装时的承载力和裂缝的要求时，宜采用平吊，以简化施工。但是，当平吊需要增加柱中配筋时，则宜考虑改用翻身吊。不论是平吊还是翻身吊，柱子的吊点一般都设在牛腿的下边缘处。考虑到起吊时的动力作用，柱的自重须乘以1.5的动力系数。当采用翻身吊时，截面的受力方向与使用阶段一致，因而承载力和裂缝均能满足要求，一般不必进行验算。
构件施工阶段的承载力验算，采用弯矩设计值。裂缝宽度的验算则采用弯矩的标准值。柱在施工阶段的弯矩图及控制截面如图所示。
2.牛腿设计牛腿的类型：2.牛腿设计牛腿的类型当C1≤h，短牛腿；当C1>h，长牛腿牛腿裂缝示意图
（1)牛腿截面尺寸的：（1)牛腿截面尺寸的确定牛腿的破坏类型有剪切破坏、斜压破坏和弯压破坏和局部承压破坏剪切破坏斜压破坏弯压破坏
为了防止：上述各种破坏，牛腿应有足够大小的截面和配置足够的钢筋，并满足构造要求。
先确定牛腿的截面尺寸，通常牛腿与柱同宽，其高度由牛腿斜截面的裂缝控制要求决定。为使牛腿在正常使用阶段不开裂，设计时可根据经验预先假定牛腿高度，然后根据下式验算。
（2)牛腿的配筋：（2)牛腿的配筋计算与构造牛腿计算简图由平衡条件，可推导得计算公式为：牛腿在即将破坏时的工作状况接近于一三角桁架，其水平拉杆由纵向受拉钢筋组成，斜压杆由竖向作用点与牛腿根部之间的混凝土组成。
因此，牛腿的配筋计算主要是对三角桁架拉杆——牛腿顶面的纵向受力钢筋的计算。
牛腿纵向受力钢筋：总面积除按上式计算配筋外，尚应满足下列构造要求
牛腿箍筋与弯起钢筋：当牛腿的剪跨比10／h0≥0.3时，应设置弯起钢筋。
弯起钢筋也宜采用热轧带肋钢筋，并应配置在牛腿上部z／6至z／2之间的范围内(见下图)，其截面面积不应小于纵向受拉钢筋A0的2／3，且不应小于0.015bh0，其根数不应少于3根，直径不应小于12mm。（3)局部承压验算牛腿的受压面在竖向力值Fvs作用下，其局部受压应力不应超过0.75fc，否则应采取必要措施，如加大承压面积，提高混凝土强度等级或在牛腿中加配钢筋网等。
牛腿箍筋与弯起钢筋
二、柱下单独基础柱下单独基础：按受力性能可分为轴心受压基础和偏心受压基础；按施工方法可分为预制柱下基础和现浇柱下基础。
单层厂房中最常用的柱基础是预制柱下杯形基础，当杯口灌缝后其受力性能和现浇柱下基础完全一样。以下仅介绍基础的构造要求：1.混凝土强度等级通常采用C20。2.钢筋保护层当基础设于比较干燥且土质好的土层上时，无垫层，基础钢筋的保护层厚度不小于70mm；当基础设于湿、软土层上时，应设置厚度不小于100mm的素混凝土垫层，其混凝土强度等级常用C10，此时受力钢筋的混凝土保护层厚度应不小于35mm。
4.现浇柱下基础的插筋和箍筋现浇柱下单独：4.现浇柱下基础的插筋和箍筋现浇柱下单独基础的构造要求（a）配置插筋的单独基础构造（b）配置与柱中四角相连插筋的单独基础构造3.基底受力钢筋受力筋一般采用HPB235级或HRB335级钢筋，其直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm，但也不宜小于100mm。
当基础底面尺寸大于或等于3m时，为节约钢材，受力钢筋的长度可缩短10％为施工方便，往往在基顶留施工缝。因此，需在基础中配置插筋，其直径和根数与底层柱中的纵向受力钢筋完全一致。与柱中四角相连接的插筋，向下要伸至基础底面的钢筋网处，并弯长度不小于75mm的直钩，其余插筋伸人基础的长度至少也应满足锚固长度的要求。
插筋向上伸出基础顶面则需要足够的搭接长度(钢筋受拉时为1.2la，且不小于300mm；受压时为0.85la，且不小于200mm)。根据设计经验，柱中纵向受力钢筋在8根以内时，可做一次搭接，当超过8根时，则宜分两次搭接。为固定插筋的位置，在基础内需设置水平箍筋，其直径和形式与柱中的箍筋相同。当基础高度h≥lm时，通常采用三道箍筋；当基础高度h<lm时，可只设置二道箍筋。
插筋与柱中钢筋搭接长度范围内的箍筋应按构造要求加密。
5．预制柱下基础的杯壁加强钢筋：5．预制柱下基础的杯壁加强钢筋当柱为轴心受压或小偏心受压，且t/h1≥0.65时或为大偏心受压，且t/h1≥0.75时，杯壁内一般可不设加强钢筋；当柱为轴心受压或小偏心受压，且0.5≤t/h1<0.65时，杯壁内可按右图和《建筑地基基础设计规范》的规定设置加强钢筋。
其他情况下应按计算配筋。上述符号t为杯壁厚度，h1为杯壁高度如右图。对于双杯口基础(如伸缩缝处的基础)，当两个杯口之间的宽度<400mm时，该处宜按y右图的要求配筋。杯壁内加强钢筋构造要求1-焊接网或箍2-焊接网3-箍
本模块小结：模块小结1.单层工业厂房的结构形式有两种：排架结构和钢架结构。其中，排架结构应用比较普遍。排架结构的特点是注定与梁铰接，柱底与基础刚接
4、单层工业厂房排架：4、单层工业厂房排架柱设计的步骤是
2、排架柱：能力训练项目一、填空题1、吊车的轻级、中级、重级工作制是根据吊车的来确定
2、排架柱：2、排架柱的计算高度是从()算起。
A.室内地坪B.室外地坪C.基础顶面D.基础底面3、当基础底面压应力不满足条件时，应（）。A.加大基础底面积B.增多底板配筋C.加大基础高度三、简答题1、简述单层工业厂房排架计算的步骤？2、简述单层工业厂房排架柱设计的步骤？3、单层钢筋混凝土排架结构厂房由哪些构件组成？4、在确定排架结构计算单元和计算简图时作了哪些假定？
5、排架柱的控制截面如何确定？6、排架柱进行最不利内力组合时，应进行哪几种内力组合？内力组合时需注意什么问题？
7、排架柱：7、排架柱在吊装阶段的受力如何？
为什么要对其进行吊装验算？其验算内容有哪些？8、牛腿的受力特点如何？何谓长牛腿和短牛腿？9、牛腿的截面尺寸如何确定？牛腿顶面的配筋构造有哪些？
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