单层工业厂房结构设计
单层工业厂房结构设计
设计条件
1.金加工车间跨度21m ，总长60 m ，柱距6 m 。
2.车间设有2台200/50kN 中级工作制吊车，其轨顶设计标高9 m 。
3.建筑地点：市郊区。
4.车间所在场地：低坪下 m 为填土，填土下4 m 为均匀亚黏土，地基承载力设计值2200/a f kN m ，地下水位 m ，无腐蚀。 基本风压W= m 2，基本雪压S=m 2。 /
5.厂房中标准构件选用情况：
（1）.屋面板采用G410（一）标准图集中的预应力混凝土大型屋面板，板重（包括灌浆在）标准值1,4KN/m 2，屋面板上做二毡三油，标准值为20.35/kN m 。 （2）.天沟板采用G410（三）标准图集中的TGB77—1，板重标准值为2.02/kN m 。
（3）.屋架采用G410（三）标准图集中的预应力混凝土折线型屋架YWJA —21，屋架辎重标准值91KN 每榀。
（4）.吊车梁采用G425标准图集中的先发预应力混凝土吊车梁YXDL6—8，吊车梁高1200 m m ，翼缘宽500 m m ，梁腹板宽200 m m ，自重标准值45KN/根，轨道及零件重1/kN m ，轨道及垫层构造要求200 m m 。
（5）材料：
A.柱：混凝土C30
B.基础.混凝土C30
，
C.钢筋.Ⅱ级。
结构构件选型及柱截面尺寸确定
因该厂房跨度在1536m 之间，且柱顶标高大于8m ，所以采用钢筋混凝土排架结构。为了是屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房各主要构件选型见下表：
表主要承重构件选型表
由设计资料可知屋顶标高16m ，轨顶标高为9m ，设室地面至基础顶面的距离为0.5m ，则计算简图和吊车梁的高度求总高度H 、下柱高度l H 和上柱高度u H 分别为：
12.40.512.9H m m m =+=，12.9 3.89.1l H m m m =-=
12.99.1 3.8u H m m m =-=
根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可查表确定柱截面尺寸：
表柱截面尺寸及相应的计算参数
结构平面布置图如下
荷载计算
恒载
（1）屋面恒载
《
两毡三油防水层： 20.35/kN m
20mm 厚水泥砂浆找平层： 3220/0.020.40/kN m m kN m ?=
100mm 厚水泥砾石保温层： 325/0.10.50/kN m m kN m ?= 一毡两油隔气层： 20.05/kN m
20mm 厚水泥砂浆找平层： 3220/0.020.40/kN m m kN m ?= 预应力混凝土屋面板： 21.4/kN m 合计：
22222
2
2
0.35/0.40/0.50/0.05/0.40/ 1.4/ 3.1/kN m kN m kN m kN m kN m kN m kN m
+++++=
屋架重力荷载为85.2/kN 每榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值
为：
"
21 1.2(3.1/6212912) 1.2 2.026303.5G kN m m m kN m kN
=???÷+÷+??=
（2）吊车梁及轨道重力荷载设计值：
3 1.2(4516)61.2G kN kN m kN =?+?=
（3）柱自重重力荷载设计值：
A 、
B 柱：上柱：44 1.24/ 3.818.24A B G G kN m m kN ==??= 下柱：55 1.2 4.69/9.151.21A B G G kN m m kN ==??=
屋面活荷载
屋面活荷载标准值为20.05/kN m ，雪荷载标准值为20.45/kN m ，后者小于前者，所以仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为： ；
21 1.40.5/621244.1Q kN m m m kN =???÷=
1Q 的作用位置与1G 作用位置相同。
风荷载
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值计算公式：
0k z s z ωβμμω=
式中 0ω—基本风压，是以当地比较空旷平坦地面上离地10m 高统计所得的
50年一遇10min 平均最大风速为标准确定的风压值；
z β—高度z 处的风振系数，对高度小于30m 的单层厂房，取 1.0z β=； s μ—风荷载体型系数，是风吹到厂房表面引起的压力或吸力与理论风压
；
比值，与厂房的外表体型和尺度有关，可根据建筑体型查得；
z μ—风压高度变化系数，根据所在地区的地面粗糙程度类别和所求风压
处离地面的高度查得。
00.45/kN m ω=
1.0z β=
根据厂房各部分标高及B 类地面粗糙查表得： 柱顶（标高12.4m ） 1.067z μ= 檐口（标高14.60m ） 1.129z μ=
]
屋顶（标高16.00m ） 1.17z μ=
可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：
22110 1.00.8 1.0670.45/0.384/k z s z kN m kN m ωβμμω==???=22220 1.00.5 1.0670.45/0.24/k z s z kN m kN m ωβμμω==???=
图风荷载体型系数
则用于排架计算简图上的风荷载设计值为：
2
1
1.40.384/6 3.23/
q kN m m kN m
=??=
2
2
1.40.24/6
2.02/
q kN m m kN m
=??=
1213420
[()()]
1.4[(0.80.5) 1.129
2.2(0.60.5) 1.17 1.4] 1.00.456
11.59
w q s s z s s z z
F h h B
m
kN
γμμμμμμβω
=+++
=?+??+-+?????
=
^
吊车荷载
200/50kN吊车的参数为： 5.55
B m
=， 4.40
K m
=，75
g kN
=，200
Q kN
=，max
215
p
F kN
=，
min
45
p
F kN
=。根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值，如图所示。
图吊车荷载作用下支坐反力影响线
（1）吊车竖向荷载
max max 1.4215(10.8080.2670.075)0.9582.44Q p i D F y kN
γ==??+++?=∑
min min 1.445(10.8080.2670.075)0.9121.91Q p i D F y kN
γ==??+++?=∑
（2）吊车横向水平荷载 》
作用于每一个轮子上的吊车荷载水平制动力计算公式：
1
()4
T Q g α=+
式中 T —每一个轮子作用在轨道上的横向水平制动力；
α—横向水平制动系数；
Q —吊车的额定起重量的重力荷载；
g —小车的重力荷载。
11
()0.1(20075) 6.87544
T Q g kN kN kN α=+=??+=
作用于拍架上的吊车横向的水平荷载设计值计算公式：max i i T T y =∑
：
式中 i T —第i 个大车轮子的横向水平制动力；
max T —吊车梁传给柱的最大横向反力的标准值；
i y —影响线数值。
1.4 6.875(10.8080.2670.075)20.69max i i T T y kN kN ==??+++=∑
排架力计算
该厂房为一跨等高排架，可用剪力分配法进行力分析。其柱的剪力分配系数
i η见表2. 3：
表柱剪力分配系数
恒荷载作用下排架力分析
.
恒荷载作用下排架的计算简图如图所示，图中的重力荷载G 及力矩M 是根据
下图确定：
11303.5G G kN == 3551.21A G G kN ==
111 303.50.0515.175M G e kN m kN m ==?=?
()
()214033303.518.240.2551.210.365.07A A A
M G G e G e kN kN m kN m kN m
=+-=+?-?=? 由图所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算式力。柱顶不动支座反力i R 可根据表所列的相应公式计算。对于A 柱，0.109n =，0.295λ=，则
2131
1(1)3 2.122121(1)
n C n
λλ--=?
=+- 2
3331 1.132121(1)C n
λλ-=?=+-
）
121315.175 2.12265.07 1.1328.21()12.9A M M kN m kN m R C C kN H H m
??+??=
+==→ 8.21()B R kN =←
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
和轴力图分别见图2. 5。
荷载作用位置图
图2. 5恒载作用下排架力图
屋面活荷载作用下排架力分析
~
AB 跨作用屋面活荷载
排架计算简图如图所示。其中144.1Q kN =，它在柱顶及变阶引起的力矩为：
144.10.05 2.205A M kN m kN m =?=?； 244.10.2511.025A M kN m kN m =?=?；
对于A 柱，1 2.122C =，3 1.032C =，则
{
图 AB 跨作用屋面活荷载时排架力图
1213 2.205 2.12211.025 1.132
1.33()1
2.9A A A M M kN m kN m R C C kN H H m
??+??=
+==→1.33()B R kN =-←
0A B R R R kN =+=
将R 反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用与AB 跨时的柱顶剪力：
, A A B B V R V R ==
弯矩见弯矩图，剪力图
@
图 AB 跨作用屋面活荷载时的弯矩图
图 AB 跨作用屋面活荷载时的剪力图
风荷载作用下排架力分析
（1）左吹风时
计算简图如图所示。对于A 柱，0.109n =， 0.295λ=
，由表得：
图 排架力图如图
41131
3[1(1)]
0.3291
8[1(1)]
n C n
λλ+-==+- |
111 3.23/12.90.32913.71()A R q HC kN m m kN =-=-??=-← 211 2.02/12.90.3298.57()B R q HC kN m m kN =-=-??=-← 13.718.5711.5933.87()A B W R R R F kN kN kN kN =++=---=-←
各柱顶剪力分别为：
13.710.533.87 3.225()A A A V R R kN kN kN η=-=-+?=← 8.570.533.878.365()B B B V R R kN kN kN η=-=-+?=→
排架力图如图所示。
*
图 左吹风时排架力图如图
（2）右吹风时
计算简图如图所示。将图所示A 柱力图对换且改变力符号后可得，如图所示。
图右吹风时的排架力图
吊车荷载作用下排架力分析
（1）max D 作用在A 柱
计算简图如图所示。其中吊车竖向荷载max D ，min D 在牛腿顶面处引起的力矩为：
【
max 3582.440.3174.73A M D e kN m kN m ==?=?
\
min 3121.910.336.57B M D e kN m kN m ==?=?
对于A 、B 柱，3 1.090C =，则
3174.73 1.13215.33()12.9A A M kN m
R C kN H m ?=-
=-?=-←336.57 1.132 3.210()12.9B B M kN m R C kN H m ?==?=→
12.12()A B R R R kN =+=-←
排架各柱顶剪力分别为：
15.330.512.129.27()A A A V R R kN kN kN η=-=-+?=-← 3.210.512.129.27()B B B V R R kN kN kN η=-=+?=←
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图和所示。
|
图 max D 作用在A 柱时的排架力图
图 max D 作用在A 柱时的排架力图
（2）max D 作用在B 柱
计算简图如图所示。
;
max D 作用在B 柱时的计算简图
其中吊车竖向荷载max D ，min D 在牛腿顶面处引起的力矩为：
min 3121.910.336.57A M D e kN m kN m ==?=?
max 3582.440.3174.73B M D e kN m kN m ==?=?
对于A 、B 柱，3 1.090C =，则
336.57 1.132 3.210()12.9A A M kN m
R C kN H m ?=
=?=→ 3174.73 1.13215.33()12.9B B M kN m R C kN H m
?=-=-?=-←
12.12()A B R R R kN =+=-←
排架各柱顶剪力分别为：
《
9.27()A A A V R R kN η=-=← 9.27()B B B V R R kN η=-=-←
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图，所示。
图 max D 作用在B 柱时的排架力图
图max D 作用在B 柱时的排架力图
@
（3）max T 作用于AB 跨柱
当AB 跨作用于吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图所示。
【
图 max T 作用于AB 跨时计算简图
对于A 、B 柱，0.109n =，0.295λ=，由表得(3.8 1.2)/3.80.684a m m m =-=，则
2
3
53(2)(1)23[(23)]
0.601
2[1(1)]
a a a a n C n
λλλ+--+--==+- max 520.690.612.414()A R T C kN kN =-=-?=-← max 520.690.612.414()B R T C kN kN =-=-?=-→
】
排架柱顶总反力R 为：
12.41412.41424.828A B R R R kN kN kN =+=--=
各柱顶剪力为：
12.4140.90.524.828 1.24()B B B V R R kN kN kN η=-=-+??=-→ A V B 与V 的方向相反。
T方向相反时，弯矩图和剪力排架各柱的弯矩图柱底剪力值如图所示。当
max
只改变符号，方向不变。
|
T作用于AB跨时排架力图
图
max
力组合
以A柱为例。
表柱力设计值汇总表
注：M（单位为kN m
?），N（单位为kN），V（单位为kN）。
表柱力组合表