单层工业厂房设计修订版

单层工业厂房设计 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
第一章 设计资料
1设计资料
本工程为一般机械加工车间，在生产过程中不排放侵蚀性气体和液体，生产环境的温度低于60 摄氏度，屋面无积灰荷载，修建在寒冷地区。

当地的基本雪压为2/4.0m kN ，雪荷载准永久值系数分区为Ⅱ区。

当地的基本风压为2/5.0m kN ，地面粗糙度类别为B 类。

当地的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为，设计地震分组为第一组。

该车间为两跨21m 等高钢筋混凝土柱厂房，安装有4台（每跨两台）大连重工·起重集团有限公司生产的DQQD 型，吊车跨度为 的电动桥式吊车，工作级别、起重量见各分组数据。

吊车轨顶标志标高为，吊车技术数据见所提供的技术资料。

根据岩土工程勘察报告，该车间所处地段为对建筑有利地段，场地类别为Ⅰ类，在基础底面以下无软弱下卧层，室外地面以下15m 范围内无液化土层，地基的标准冻结深度位于室外地面下1m ，车间室内外高差，基础埋深为室外地面以下。

基础底面地基持力层为中砂，承载力特征值kPa f ak 200 。

主体结构设计年限为50 年，结构安全等级为二级，结构重要性系数为γo=。

该车间抗震设防分类为丙级建筑，地基基础设计等级为丙级。

（不要求进行抗震设计）
屋面建筑做法永久荷载（包括屋面防水层、保温层、找平层等）标准值为
2/24.1m kN ，其做法总
厚度为。

屋面排水为内天沟，天沟建筑做法永久荷载标准值：防水层2
kN，沟内积水2
/
kN（平均
3.2m
3.1m
/
15
/
kN，找坡层（按平均厚度计算）2
.0m
积水深度为）。

该车间的围护墙采用贴砌页岩实心烧结砖砌体墙，墙厚240m。

外贴50mm 厚挤塑板保温层，双面抹灰各厚20mm。

砖强度等级MU10，砂浆强度等级
M5。

根据当地预制混凝土构件供应及车间生产工艺情况等因素，经技术经济比较后确定，主要结构构件采用预制厂的预制构件（屋面板、屋架、钢天窗架、吊车梁、钢柱间支撑、排架柱、基础梁等）选用下列国家标准图集：04G410-1、2 《m
5.1 预应力混凝土面板》
m6
05G512 《钢天窗架》
04G415-1 《预应力混凝土折线形屋架》（预应力钢筋为钢绞线跨度18m~30m）
04G323-2 《钢筋混凝土吊车梁（工作级别A5/A6）》
04G325 《吊车轨道联结及车档（适用于混凝土结构）》
05G335 《单层工业厂房钢筋混凝土柱》
05G336 《柱间支撑》
04G320 《钢筋混凝土基础梁》
山墙钢筋混凝土抗风柱及排架柱为工地预制混凝土构件，其混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB400 级（主筋）、HPB235 级（箍筋）。

圈梁及柱下台阶形独立基础为工地现浇混凝土构件，其混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB400 级（主筋）、HPB235 级。

第二章 按选用的国家标准图集确定主要结构型
图集04G410-1《m m 65.1⨯预应力混凝土屋面板（预应力混凝土部分）》 一般预应力混凝土屋面板（m m 65.1⨯屋面板）
（1）计算屋面板外加均布荷载标准值
屋面建筑做法就永久荷载标准值 2/24.1m kN
雪荷载标准值 2/4.0m kN
屋面均布活荷载标准值 2/5.0m kN
(2) 计算荷载效应基本组组合设计值（仅考虑外加荷载）：按《建筑结构
荷载规范》GB 5009-2001 (2006年)规定雪荷载和屋面均布可变荷载不同时参与组合，因此最不利外加荷载基本组组合设计值：
q=⨯⨯⨯ 由图集04G410-1《*6m 预应力混凝土
屋面板（预应力混凝土部分）》第六页条选用表中查知，选用预应力钢筋为冷拉HRB335的Y-WB-2II 屋面板，其允许外加均布荷载基本组合设计值[]q =2/50.2m kN >2/16.2m kN ，可以满足要求。

檐口板
檐口板（用于钢天窗架檐口处）：为简化计算，也以计算的外加荷载基本组合设计值确定檐口板型号。

由图集04G410-1第条选用表中查知，选用预应力钢筋为冷拉HRB335的Y-WBT-1II 檐口板，其允许外加均布荷载基本组合设计值
[]q =2/50.2m kN >2/16.2m kN ，可以满足要求。

天沟板
天沟板：根据建筑专业提供的设计过程作业图，屋面为内排水，天沟板宽度为580mm ，天沟净宽580-190=390mm 。

（1）计算天沟板均布线荷载标准值(仅为外加均布线荷载)
1）永久荷载标准值
防水层（按天沟板净宽的倍计算）m
5.2=
.0
⨯
15
⨯
39
kN/
15
.0
.0
找坡层m
3.1=
kN/
.0
⨯
39
51
.0沟内积水（按积水深度计算）m
.0
10=
23
⨯
⨯
.0
kN/
.0
90
39
2）屋面均布可变荷载标准值m
5.0=
.0
⨯
kN/
29
.0
58
（2）计算荷载效应最不利基本组合设计值（仅考虑外加荷载）
.1=
⨯
35
.0(
15
.0
⨯
⨯
+
+
+
=
.0
q/
.2
kN
m
51
29
39
7.0
.0
)
90
4.1
由图集04G410-2《*6m预应力混凝土屋面板（钢筋混凝土部分）》第6页第条选用表中查知，选用TGB58，其允许外加均布线荷载基本组合设计值[]q=m
39
kN/
.2，可以满足要求。

.3>m
kN/
00
嵌板
嵌板（用于与天沟板相邻处：为简化计算，仍以计算的外加荷载基本组合设计值确定嵌板型号。

由图集04G410-1第6页第条选用表中查知，选用预应力钢筋为冷拉HRB335的Y-KWB-2Ⅱ的嵌板，其允许外加均布荷载基本组合设计值
[]q=2
16
/
kN，可以满足要求。

.2m
.3m
/
37
kN>2
图集05G512《钢天窗架》
根据建筑专业提供的设计过程作业图，钢天窗架跨度为6m，窗扇高度为⨯，无挡风板，
2=
9.0
8.1
m
计算天窗架风荷载标准值k W
基本风压2/5.0m kN W o =，风振系数0.1=z β
地面粗糙度类别B
风荷载体型系数：无挡风板时6.0=s μ
风压高度变化系数（按地面粗糙度类别B ，天窗要扣高度确定）21.1=z μ，故
风荷载标准值 2/36.05.021.16.00.1m kN W W o z s z k =⨯⨯⨯==μμβ
确定钢天窗架型号
由图集05G512-1表6中查知， 22/42.0/36.0m kN m kN W k <=(无挡风板时)，应选用以下钢天窗架型号：
GCJ6-32 （用于无支撑处）
GCJ6A-32（用于有支撑处）
GCJ6B-32（用于端部）
确定相应的支撑构件编号
由图集05G512-1表2及表3中查知：
天窗架侧立柱平面内竖向支撑选用TC-17
天窗架上弦平面内横向支撑选用TS-1
系杆：中部开间选用TX-1，端部开间选用TX-2
确定窗挡构件编号及封檐板构件编号
由图集05G512-1表2查知：
窗上挡及中档构件编号：CD-1（用于中部开间）、CD-1A 及CD-1B （用
于端部开间）、
CD-2（用于设开窗机开间）
窗下挡构件编号：CD-6及CD-6A （用于中部开间）、CD-7及CD-7B
（用于端部开间）
封檐板构件编号：FB-1及FB-2
图集04G415-1《预应力混凝土折线形屋架》
根据建筑专业提供的设计过程作业图，屋架跨度21m ，柱距6m ，钢天窗架跨度6m ，天窗架端壁为轻质端壁板，无挡风板，无悬挂吊车，檐口为内天沟，车间中柱出也为内天沟。

计算屋面荷载标准值
（1）永久荷载
屋面建筑做法荷载标准值 2/24.1m kN
预应力混凝土屋面板及灌缝自重 2/50.1m kN
屋面支撑及吊管线自重 2/15.0m kN
（2）可变荷载
雪荷载标准值 2/40.0m kN
屋面均布活荷载标准值 2/50.0m kN
计算屋面荷载效应基本组合设计值5
组合一（由可变荷载效应控制的组合）
21/17.45.04.1)15.050.124.1(2.1m kN q =⨯+++⨯=
组合二（由永久荷载效应控制的组合）
22/39.47.05.04.1)15.050.124.1(35.1m kN q =⨯⨯+++⨯=
因此应以组合二2q 选择屋架型号。

选择屋架型号
由图集04G415-1表2中查知：天窗架类别代号为a 、b 、c ；
由图集04G415-1表4中查知：檐口形状为两端内天沟，代号为A ；
由图集04G415-1表5中查知：根据实际屋面荷载设计值，在表中21m 屋架屋面荷载设计值为2/5.4m kN 一栏，选取屋架承载能力等级为1，应选用YWJ2-1-1屋架，因此，
用于天窗端部无天窗处屋架型号为:YWJ21-1Aa
用于中部开间处屋架型号为:YWJ21-1Ab
用于有天窗端壁板处屋架型号为:YWJ21-1Ac
图集04G323-2《钢筋混凝土吊车梁》
由于车间安装有4台（每跨两台）大连重工，起重集团有限公司生产的DQQD 型、做工级别为A6、起重量为5t ，吊车跨度的电动桥式吊车，属于体积
04G323-2中“使用范围2”的情况，因此可直接由体积04G323-2“A6（终极工作制）吊车梁选用表”查知，吊车梁型号选用如下：
DL-3Z （用于中部开间）
DL-3B （用于端部开间）
图集04G325《吊车轨道联结及车档》
根据上述车间内的吊车规格，直接由图集04G325表2查知，选用CD-2车档。

由于DL-3吊车梁上的固定轨道螺栓孔间距A=220mm，而吊车轨道的型号为38，由图集04G325表1查知，选用吊车轨道联结型号为DGL-10，其高kN/
m
度为170-190mm。

图集04G320《钢筋混凝土基础梁》
外纵墙有窗开间的基础梁
根据建筑专业提供的设计过程作业图，外纵墙为贴砌页岩实心烧结砖砌体墙，墙厚240mm，墙高度（自基础梁顶面至外纵墙顶部圈梁顶面的高度）为，窗洞宽度3m，上窗洞高度，下窗洞高度，窗洞叠加高度符合图集
04G320表对窗洞尺寸的要求，由图集04G320中“240墙钢筋混凝土基础梁选用表”查知，应选用基础梁型号为JL-3。

外纵墙有外门开间的基础梁
该处门洞宽，高位置居中，符合图集04G320表对门洞尺寸的要求，其余情况同上。

由图集04G320中“240墙钢筋混凝土基础梁选用表”查知，应选用基础梁型号为JL-4。

山墙大门处的基础梁
由于山墙大门范围内有汽车通行，可不设基础梁，而两侧各1m范围内的砌体墙可直接砌筑于抗风柱混凝土基础上。

山墙抗风柱与外纵墙间的基础梁
该处山墙为无门窗的整体墙，墙高H符合范围，墙厚240mm，因此可根据图集04G320中“240墙钢筋混凝土基础梁选用表”查知，应选用基础梁型号为JL-2，基础梁长，支承于轴线、⑾的排架柱基础和山墙抗风柱基础上。

图集05G335《单层工业厂房钢筋混凝土柱》
根据建筑专业提供的设计过程作业图及工程概况资料，由图集05G335“柱模板选用表”或图集08G118第23-9页表查知。

由于本工程柱顶标高，牛腿标高，吊车梁标高，及中柱模板号均为31，但考虑到柱在工地预制，为方便施工及降低人工费用，并应施工单位要求，本设计将图集05G335中的下柱由工字型改为矩形，上柱的截面尺寸：边柱400mm⨯400mm（矩形），中柱为400mm⨯600mm（矩形）；下柱的截面尺寸为边柱400mm⨯800mm（矩形），中柱为400mm⨯800mm（矩形）；牛腿尺寸见图集05G335第32页（边柱）及第58页（中柱），柱插入基础杯口深度按图集05G335总说明第条规定，采用800mm。

图集05G336《柱间支撑》
各纵向柱列柱间支撑布置如图所示。

由于未知厂房的纵向抗震计算结果，柱间支撑构件的具体型号应根据纵向抗震验算后确定，但根据上柱和下柱的高度，可确定上柱支撑为ZCs-33-xx，下柱支撑为ZCx-84-xx。

第三章复核建筑专业提供的设计过程作业图中有关调查运行的尺寸边列柱上柱尺寸复核
上柱截面高度，已知边列柱上柱截面高度为400mm，即上柱内侧至该车间纵向定位轴线A或C 轴尺寸为400mm（见图）。

吊车轨道中心至定位轴线A或C轴尺寸为750mm，而吊车桥架最外端至吊车轨道中心尺寸为260mm。

因此，边列柱上柱内侧至吊车桥架最外端间的空隙尺寸=750-260-
400=90mm 吊车运行要求的横向最小空隙尺寸80mm，即上柱截面高度400mm 符合吊车运行要求。

上柱高度，已知边列柱上柱高度为3900mm。

由图集04G323-1查知，吊车梁DL-3的高度为1200mm。

由图集04G325查知，相应于吊车梁DL-6的吊车轨道联结DGL-10自
吊车梁顶面至吊车轨道顶面之间的高度为170-190mm，取190mm。

查本图集附录一，该车间内的DQQD型吊车自吊车轨道顶面至小车顶
部最高处之间的高度为1764mm。

因此，小车顶面与边列柱顶面（或屋架下弦）间的空隙高度=3900-
=746mm 吊车运行要求的最小空隙高度300mm的规定，即上柱高度
3900mm符合吊车运行要求。

中列柱上柱尺寸复核上柱截面高度，已知中列柱上柱截面高度为
600mm，上柱内侧至该车间纵向定位轴线B轴尺寸为300mm，此值小于边列柱上柱内侧至纵向定位轴线A或C的尺寸400mm（见图），满足吊车运行最小空隙尺寸80mm的要求，即上柱截面高度600mm符合吊车运行要求
上柱高度，已知中列柱上柱高度为3900mm，与边列柱相同，因此满足吊车运行要求的最小空隙高度300mm的规定，即上柱高度3900mm符合吊车运行要求。

第四章计算车间中部开间（轴线3）横向排架柱的配筋
作用在横向排架柱上的荷载标准值
永久荷载标准值
（1）屋盖自重
1）屋面永久荷载标准值
屋面建筑做法荷载标准值2
kN
.1m
24
/
预应力混凝土屋面板及灌缝自重2
kN
.1m
50
/
屋面支撑及吊管线自重2
kN
.0m
15
/
∑=
2
q
kN
.2m
/
89
天沟自重m
.2
kN/
01
天沟防水及找坡层重m
.0
66
kN/
∑=
67
.2
q/
m
kN
天窗架屋面檐口悬挑400mm自重2
kN
.2m
89
/
2）21m预应力混凝土折线形屋架自重根
92kN（根据图集04G415-1《预
/
9.
应力混凝土折线形屋架》）
3）钢天窗架及其支撑自重根
.0kN
25
⨯（根据图集04G415-1《钢天
⨯
=
/
6
9
6
窗架》）
4）天窗窗扇（包括窗挡）自重根
45
.0kN
=
⨯
⨯
⨯
8.1
/
6
72
2
.9
因此作用在边柱柱顶截面重心处由屋架传来的屋盖自重标准值
P
1
kN P 8.250272.92929.924.0689.2667.258.0221689.21=+++⨯⨯+⨯+⎪⎭⎫
⎝⎛-⨯⨯=
1P 对边柱柱顶截面重心产生的弯矩标准值1M ：
m kN C P M ⋅=⨯==5.1205.08.250111
作用在中柱柱顶截面重心处由屋架传来的屋盖自重标准值2P ：
kN P 6.5018.25022=⨯=
2P 对中柱柱顶截面重心产生的弯矩标准值2M ：
006.501222=⨯==C P M
屋盖自重荷载简图如图所示
（2）柱自重 1）边柱：
上柱：kN P 6.15254.04.09.33=⨯⨯⨯= 下柱：kN P 8.68258.04.06.84=⨯⨯⨯= 2）边柱：
上柱：kN P 4.23256.04.09.35=⨯⨯⨯= 下柱：kN P 8.68258.04.06.86=⨯⨯⨯= 柱自重荷载简图如图所示
（3）吊车梁及吊车轨道联结自重
1）边柱吊车梁自7P ，根据图集04G323-1《钢筋混凝土吊车梁（工作级别A6）》，DL-3吊车梁自重根/5.27kN ，则： 2）中柱吊车梁kN P 5.277=自重8P
kN P 0.555.2728=⨯=
3）边柱吊车轨道联结自重9P
根据图集04G325中DGL-10自重，则
9P =（+）=根
4）中柱吊车轨道联结自重10P 10P =2×=根
5）7P 及9P 对边柱下柱截面重心的弯矩7M ：
7M =（97P P +)e=（+）×=吊车梁及吊车轨道联结自重荷载简图如图所示（忽略施工程序影响）因此永久荷载标准值的荷载简图如图所示
可变荷载标准值
（1）屋面可变荷载标准值
边柱柱顶截面由屋架传来的屋面可变荷载P ：
kN P 5.312
5
.0621=⨯
⨯= 此荷载对边柱柱顶截面重心的偏心弯矩M ：
m kN M ⋅=⨯=6.105.05.31
中柱柱顶截面由屋架传来的屋面可变荷载P ：
kN P 635.0621=⨯⨯=
此荷载对中柱柱顶截面重心的偏心弯矩M ： M=0
因此屋面可变荷载标准值作用下的排架荷载简图如图所示
（2）吊车荷载标准值
1）根据该车间的吊车型号，查阅本图集附录一，摘录其技术资料如下（见表）：
吊车技术资料
吊车最大
宽度
B（mm）
吊车轮
距W
（mm）
最大轮
压()
kN
P
max
最小轮
压()
kN
P
min
小车重
量
)
(
1
kg
G
吊车总
重量
()t
G
2
额定起
重量
Q(t) 52043550935
2）
max
D：采用影响线方法确定，如图所示
max
max
P
D=×（6000+2450+4350+800）/6000=m ax
P=×93=
min
D：采用与确定max
D相同的影响线方法，可求得：
max
max
P
D=×(6000+2450+4350+800）/6000=m in
P=×=
max
D、min
D的作用位置简图见图
3）排架柱上作用的同一跨内由两台吊车同时刹车时所产生的最大横向水
平荷载标准值产生的H（见图）
每台吊车每个车轮刹车时的最大横向水平荷载标准值T：
T=(Q+
G)g/4=[×（5+）×]/4=
1
两台吊车最大横向水平荷载标准值H（采定
D相同的影响线方法确
max
定）：用与确
H=T(6000+2450+4350+800）/6000=×=
（3）风荷载标准值
1）柱顶以上屋盖所受风力（风向右吹）
屋盖各受风面积上的水平风力o xi zi zi i i W A V μμβ=
屋盖各受风面积()i i h m A 62=（其中i h 为迎风面高度，单位为m ）
表屋盖各受风面积i A 的数值
表各受风面积顶部高度处的风压高度变化系数zi μ
受风面积编号
141A A 、
72A A 、
138A A 、 63A A 、
129A A 、 54A A 、
1110A A 、
迎风面高度()m h i
受风面积()2m A i
受风面积编号
141A A 、 72A A 、 138A A 、 63A A 、 129A A 、 54A A 、
1110A A 、
屋盖各受风面积的风振系数1=zi β，基本风压m kN W o /5.0=
作用在柱顶处的屋盖所受风力()→==∑kN V V i 87.30
2）柱顶以下排架柱上所受风力：风向右吹（左风）时，为简化计算，自基础顶面至柱顶截面高度范围内按墙面传来的均布风荷载计算（见图）。

z μ按距室外地面高度处计算。

()()→=⨯⨯⨯⨯==压力m kN W q o z s x /52.25.005.18.016611μμβ ()()→=⨯⨯⨯⨯==压力m kN W q o z s x /26.15.005.14.016622μμβ
因此风向右吹（左风）时考虑屋盖风荷载及墙面风荷载的排架柱所受风荷载标准值如图所示。

同理，风向左吹（右风）时考虑屋盖风荷载及墙面风荷载的排架柱所受风荷载标准值如图所示。

（4）附加永久荷载标准值（仅用于计算地震作用）
1）作用于柱顶处的外纵情自重标准值
()[]N P k 2.1531928.09.38.43-0.1465.05.01=⨯⨯+⨯⨯⨯=⨯=外纵墙自重
2）作用于牛腿顶面的吊车桥架自重标准值： 吊车桥架自重标准值=186每台吊车/kN
作用在边柱上的吊车桥架自重标准值（考虑两台吊车）：kN p 1862=
作用在中柱上的吊车桥架自重标准值（考虑每跨两台吊车）：
kN p 37221863=⨯=
附加永久荷载标准值的计算简图
采用PKPM 中的PK 程序进行排架计算（过程省略）
检查输入各项数据后，便可进行运算，先摘录其配筋计算结果（配筋包络图）如下：
配筋包络图（对称配筋）中数据位排架方向没变配筋量2mm ，见图. 实配边柱上柱4根2级直径18mm 22s 8451018A mm mm >= 边柱下柱5根2级直径22mm 22s 18661900A mm mm >= 中柱上柱4根2级直径18mm 22s 8391018A mm mm >= 中柱下柱6根2级直径22mm 22s 19242280A mm mm >=
柱配筋确定后，尚应对吊装时的强度和裂缝宽度进行验算，本示例未附此项内容。

5 主要构件布置图及详图。

第三章 排架柱高与截面计算
排架柱高计算
由吊车资料表可查得：H＝1876mm,轨顶垫块高为200mm。

牛腿顶面标高＝轨顶标高－吊车梁－轨顶垫块高
＝－－
＝(取
柱顶标高＝牛腿顶面标高+吊车梁高+轨顶垫块高+H+
＝++++
＝ (取
上柱高
u
H＝柱顶标高－牛腿顶面标高
＝全柱高H＝柱顶标高－基顶标高
＝－(－＝
下柱高
l
H＝全柱高－上柱高
＝－＝
实际轨顶标高＝牛腿顶面标高+吊车梁高+轨顶垫块高
＝
则－÷＝＜满足要求。

排架截面尺寸计算
截面尺寸需要满足的条件为：b≧H
u /25＝≥H
u
/12＝717mm
取柱截面尺寸为：上柱：（b×h）＝400×400
下柱：I(b
f ×h×b×h
f
)＝400×800×100×150（如图3-
1）
图3-1 下柱截面图 第四章 排架柱上的荷载计算
屋盖自重计算
5.02.12
)(2.143211××+××++×=k k k k g g g g G 厂房跨度
柱距
=×（++）×6×15/2+××=(作用在柱顶)
150-2/400150-2/1==上h e )(50与上柱中心线的偏心距mm =
柱自重计算
上柱：=2G kN 6.15（作用于上柱中心线）
下柱：)(31.404作用于下柱中心线kN G = 吊车、吊车梁及轨道自重计算
)(2.1653柱距×+×=k k g g G
)(72.54)68.08.40(2.1作用于牛腿顶N =⨯+⨯=
)(350m m 800/2-750/27503与下柱中心线偏心距下==-=h e 屋面活荷载计算
B Q ⨯⨯⨯=2/14.11厂房跨度 )(631G kN 作用位置同=
吊车荷载计算
竖向荷载：=k p .max 115kN, =k p .min 20kN, K=4050mm, B=5840mm, =k Q 100kN, =k g 。

根据B 与K ，由影响线（见图4-1）
可以求得
1y ＝ 2y ＝
3y ＝, 4y ＝
由上求得
i k Q y p D Σγ9.0.max max =
905.11154.19.0⨯⨯⨯=
)(04.2763G kN 作用同= i k Q in y p D Σγ9.0.min m =
905.1204.19.0⨯⨯⨯= )(01.483G kN 作用同=
吊车水平荷载为
kN g Q T k k k 038.4)61.34100(4
12.0)(4α=+=+=
则
作用于吊车梁顶面(77.10Σ4.1max kN y T T i k =⨯=→ ←)
风荷载计算
基本风压:20/3.0ωm kN =
风压高度变化系数μz 按B 类地区考虑，根据柱顶标高，查看《荷载规范》用内插法得060.1μ=z 檐口标高, 用内插法得119.1μ=z ， 则:
m kN B q z s /14.263.0060.18.04.1ωμμ4.101=⨯⨯⨯⨯=⨯= m kN B q z s /34.163.0060.15.04.1ωμμ4.102=⨯⨯⨯⨯=⨯=
柱顶风荷载集中力设计值：
()[]2010ωμ)5.0-6.0(-ωμ5.08.04.1Bh Bh F z z w += B h h z 021ωμ)14.0-82.1(=
63.0119.1)2.114.0-1.282.1(⨯⨯⨯⨯⨯= kN 36.7=
第五章 内力计算
x G 作用内力计算
1G 作用(排架无侧移)
m kN e G M ⋅=⨯==86.1105.018.2371111 m kN e G M ⋅=⨯==44.472.018.2372112 由1207.0==
l u I I n ,336.05
.122.4λ===H H u ,则： 13.2)
1-1(λ1)1
-1(λ-123321=+⨯
=n
n C 故11M 作用下不动铰承的柱顶反力为
kN H M C R 02.2-5
.1286
.1113.2-111
11=⨯-==(→) 同时有
043.1)
1-1
(λ1λ-12
332
2=+⨯
=n
C 故在12M 作用下不动铰承的柱顶反力为
kN H M C R -3.965
.1244
.47043.1--122
12=⨯==(→) 故在1211M M 和共同作用下（即在G 1作用下）不动铰支承的柱顶反力为
kN R R R 98.512111=+= (→)
相应的计算简图及内力图如图5-1所示
图5-1 恒荷载作用下的内力
(a)G 1的作用；(b)M 图(kN ·m)；(c)N 图（kN ）
432G G 、、G 作用计算简图及内力图
kN G 6.152=, kN G 54.723=, kN G 31.404=, mm e 3503=
相应的计算简图及内力图如图5-2所示。

图5-2 G 2、G 3、G 4作用计算简图及内力图
(a) G 2、G 3、G 4作用；(b)M 图(kN ·m)；(c)N 图(kN)
屋面活荷载内力计算
对于单跨排架，1Q 与1G 一样为对称荷载，且作用位置相同，但数值大小不同。

故由1G 的内力计算过程可得到1Q 的内力计算数值；
m kN e M •=⨯==15.350.063Q 1111 m kN e M •=⨯==6.1252.063Q 2112
kN H M C R 53.011
1
11== kN H
M
C R 051.12212==
kN R R R 58.112111=+= (→)
相应的计算简图及内力图如图5-3 所示。

图5-3 Q 1作用计算简图及内力图 (a)Q 1的作用；(b)M 图(kN ·m)；(c)N 图(kN)
吊车竖向荷载作用内力计算
max D 作用于A 柱，min D 作用于B 柱，其内力为
m kN e D M D •=⨯==61.9635.004.2763max max m kN e D M D
•=⨯==8.1635.001.483min min
厂房总长72m,跨度为15m ，吊车其重量为10t,则查得有檩条屋盖的单跨厂房空间作用分配系数 μ＝。

()[]H
C M M V D
D
A 2min
max max μμ25.0+-⨯-= ()[]5
.12043
.18.1685.061.9685.025.0⨯⨯+⨯-⨯-= )←(23.5kN -= ()[]H
C M M V D
D
B
2min
max max μ2μ5.0-+⨯= ()[]5
.12043
.18.1685.0261.9685.05.0⨯⨯-+⨯⨯= )(23.4→=kN
相应的计算简图及内力图如图 5-4 所示。

图5-4 D
max
作用计算简图及内力计算
(a) D
max
的作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图(kN)
D
m in
作用于A柱时，由于结构对称，故只需A柱与B柱的内力对换，并注意内力变号即可。

吊车水平荷载作用内力计算
当T
max
向左时，A、B柱的柱顶剪力按推导公式计算：
Y＝ H
，用内插法求得C
5
＝有T
max
＝，μ＝则
V
TA ＝V
TB
＝－(1－μ) C
5
T
max
＝－ kN(←)
相应的计算简图及内力图如图5-5所示。

图5-5 T
max
的作用计算简图及内力图
（a）T
max
的作用；(b)M图(kN·m)；(c)V图(kN)
当T
max
向右时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反。

风荷载作用
风从左向右吹时，先求柱顶反力系数C
11
为
=
+
+
=
1
1
λ
1
1
1
λ
1
8
3
3
4
11
n
n
C321
.0
1
-
1207
.0
1
336
.0
1
1
-
1207
.0
1
336
.0
1
8
3
3
4
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
+
⨯
对于单跨排架，A、B柱顶剪力分别为
A
V＝[F
w
－C
11
H(q
1
－q
2
)]
＝×[ kN(→)
B
V＝[F w+C11H(q1－q2)]
＝×[+×× kN(→)
相应的计算简图及内力图如图5-6 所示。

图5-6 风荷载作用计算简图及内力图
(a)风荷载的作用； (b)M图（kN·m）
风从右向左吹时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反。

最不利荷载组合。

由于本例结构对称，故只需对A柱（或B柱）进行最不利内力组合，其步骤如下：
（1）确定需要单独考虑的荷载项目。

本工程为不考虑地震作用的单跨排架，共有8种需要单独考虑的荷载项目，由于小车无论向右或向左运行中
刹车时，A、B柱在T
作用下，其内力大小相等而符号相反，在组合时可列
max
为一项。

因此，单独考虑的荷载项目共有7项。

（2）将各种荷载作用下设计控制截面（I—I、II—II、III—III）的内力M、N（III—III截面还有剪力V）填入组合表5-1 。

填表时要注意有关内力符号的规定。

（3）根据最不利又最可能的原则，确定每一内力组的组合项目，并算出相应的组合值。

计算中，当风荷载与活荷载（包括吊车荷载）同时考虑时，除恒荷载外，其余荷载作用下的内力均应乘以的组合系数。

排架柱全部内力组合计算结果列入表5-1。

表5-1 排架柱内力组合表
第六章 排架柱设计
柱截面配筋计算
最不利内力组的选用：由于截面3—3的弯矩和轴向力设计值均比截面2—2的大，故下柱配筋由截面3—3的最不利内力组确定，而上柱配筋由截面1—1的最不利内力组确定。

Ⅰ——Ⅰ 截面配筋：
1. max M 组合(与min N 组合相同)
M=m kN N=kN
h 0=h-s a =400-40=360mm L 0=2H 0=2×3900=7800mm A=400×400=160000mm 2
纵向受力钢筋采用HRB335级,/300(2mm N f y =ξb )/102,55.025mm N E s ×
== e a =max(h/30,20)=20mm e 0＝M/N=186mm e i = e 0+ e a =206mm
ζ1=N=××160000/319740=>1取ζ1=
ζ2==×
400
7800
0.01-1.15 =+
=21200ζζ)(14001
1ηh L h e i =××××+
955.01)4007800(360
228.11400112 e=ηe i +h/2-s a =473mm ξ155.0360
4003.140.131974001=×××==
bh f a N c <ξb （大偏心受压） X= h 0ξ=360×=48mm
h 0ξb =360×=198mm 2a s =80mm
经比较：X< h 0ξb 且X< 2a s ,则说明受压筋不能达到屈服强度，此时应按以下公式计算。

`s e =ηe i -h/2+ a s =×2+40=mm
A s =N e s `/[f y (h-2a s )=319740×[300×（400-80）]=3992mm A min =%×160000=3202mm
2.m ax N 组合
M=m kN N=kN h 0=h-a s =400-40=360mm L 0=2H 0=2×3900=7800mm A=400×400=1600002mm
纵向受力钢筋采用HRB335级,/300(2mm N f y =ξb )/102,55.025mm N E s ×
== e a =max(h/30,20)=20mm e 0＝M/N=186mm e i = e 0+ e a =206mm
ζ1= A /N =××160000/370140=>1取ζ1=1
ζ2= ==×
400
7800
0.01-1.15 =+
=21200
ζζ)(14001
1ηh L h e i e=ηe i +h/2-s a =×+400/2-40=mm ξ180.0360
4003.140.1370140
01=×××==
bh f a N c <ξb （大偏心受压） X= h 0ξ=360×=48mm h 0ξb =360×=198mm 2a s =80mm
经比较X< h 0ξb 且X< 2a s ,则说明受压筋不能达到屈服强度，此时应按以下公式计算。

e s `=ηe i -h/2+ a s =×2+40=mm
A s =N e s `/[f y (h-2a s )=370140×[300×（400-80）]=2mm A min =%×160000=3202mm
——Ⅲ 截面配筋：
1.max M 组合
M=m kN N=kN h 0=h-as=900-40=860mm L 0===8300mm
A=400×900-2×[（550+600）/2×150]＝187500 mm 2
纵向受力钢筋采用HRB335级,/300(2mm N f y =ξb )/102,55.025mm N E s ×== e a =max(h/30,20)=27mm e 0＝M/N=546mm e i = e 0+ e a =573mm
ζ1= A /N =××187500/883600=>1取ζ1=1 ζ2= ==×
900
8600
0.01-1.15取ζ2=1 =+
=21200
ζζ)(14001
1ηh L h e i e=ηe i +h/2- a s =×573+800/2-40=991mm ξ180.0860
4003.140.1883600
01=×××==
bh f a N c <ξb （大偏心受压） X= h 0ξ=860×=108mm
h 0ξb =860×=473mm 2a s =80mm f h =150mm
经比较,0h X h f <<ξb ，应重新计算X
=
=
b
f a h b b f a N X c f
f
c 11)(100
3.140.1150
100400(3.140.1883600×××××）mm 90.167
()()
S
y f f
f
c S
S a h f x
h bx h h
h b b f a Ne A A 2
2
1`+=
=
(
)
()
40
860
3002
90
.16786090.16710021508601501004003.140.186.1028883600×××+×××××=
22.1589mm =
A min =%×A=%×187500=3752mm
2. m ax N 组合
M=m kN N=kN h 0=h-as=800-40=760mm L 0===8300mm
A=400×900-2×[（550+600）/2×150]＝187500 mm 2
纵向受力钢筋采用HRB335级,/300(2mm N f y =ξb )/102,55.025mm N E s ×
== e a =max(h/30,20)=27mm e 0＝M/N=546mm e i = e 0+ e a =573mm
ζ1= A /N =××187500/966340=>1取ζ1=1 ζ2==⨯
800
8300
0.01-1.15取ζ2=1 =+
=21200
ζζ)(14001
1ηh L h e i e=ηe i +h/2-a s =×+900/2-40=991mm ξ203.0860
4003.140.1996340
01=×××==
bh f a N c <ξb （大偏心受压） X= h 0ξ=760×=108mm h 0ξb =860×=473mm
2a s =80mm f h =150mm
经比较,0h X h f <<ξb ，应重新计算X
=
=
b
f a h b b f a N X c f
f
c 11)(100
3.140.1150
100400(3.140.1966340×××××）mm 76.225=
()()
S
y f f
f
c S
S a h f x
h bx h h
h b b f a Ne A A 2
2
1`+=
=
(
)
()
40860
3002
76
.22586076.22510021508601501004003.140.119.750966340×××+×××××=
202.87mm -=<0
A min =%×A=%×187500=3752mm
3. min N 组合
M=m kN ⋅ N=kN h 0=h-as=900-40=860mm L 0===1875mm
A=400×900-2×[（550+600）/2×150]＝187500 mm 2
纵向受力钢筋采用HRB335级,/300(2mm N f y =ξb )/102,55.025mm N E s ×
== e a =max(h/30,20)=27mm e 0＝M/N=714mm e i = e 0+ e a =741mm
ζ1= A /N =××187500/414770=>1取ζ1=1
ζ2==⨯
900
18750.01-1.15=+=21200
ζζ)(14001
1ηh L h e i mm ξ084.0860
4003.140.141477001=×××==
bh f a N c <ξb （大偏心受压） X= h 0ξ=860×mm mm mm f h =150mm
经比较X< h 0ξb 且X< 2a s ,则说明受压筋不能达到屈服强度，此时应按以下公式计算。

`s e =ηe i -h/2+ a s =×2+40=mm
A s =N e s `/[f y (h-2a s )=414770×[300×（900-80）]=2mm A min =%×A=%×187500=3752mm
比较以上计算结果，排架柱配筋为：（单侧）
上柱：16Φ2（4022mm ） 配筋率:% 下柱：16Φ4（8042mm ） 配筋率:%
柱在排架平面外承载力验算
取Ⅰ——Ⅰ、Ⅲ——Ⅲ截面中的m ax N 进行验算
查表（有柱间支撑，垂直房屋排架柱，有吊车房屋柱）得计算高度： 上柱:L 0==×3900=4875mm 下柱:L 0==×8600=6880mm 1. Ⅰ——Ⅰ 截面：
m ax N =kN
L 0/b=4875/400= 查表得 φ=
9.0=N φ()
s y c A f A f 2+ =××（×160000+2×300×628）
= kN >m ax N 满足要求
2. Ⅲ——Ⅲ 截面
m ax N =kN
L 0/b=6880/400= 查表得 φ=
9.0=N φ()
s y c A f A f 2+ =××（×187500+2×300×1533） = kN >m ax N 满足要求
6．3斜截面抗剪和裂缝宽度验算 斜截面抗剪验算
按N min 、V max 组合计算
V=×①+××（③+⑦） =×+××（+）=kN N=×①+××（③+⑦） =×+××（+0）=kN
由于风荷载（均布荷载）在水平力中的比例为
（++）=%
因此可以简化认为该柱承受均布荷载，则根据取λ=a /h 0；当λ<时，取λ=。

为了防止箍筋充分发挥作用之前产生由混凝土的斜向压碎引起的斜压型剪切破坏，框架柱截面还必须满足下列条件：当满足N bh f V t 07.01
λ75
.1≤
0++条件时，框架柱就可不进行斜截面抗剪强度计算，按构造要求配置箍筋。

N bh f t 07.01λ75.10++kN 514.0428.4707.08604002.011
5.175
.1=×+×××+= kN V 58.33=> 满足要求.
可以按构造配箍筋200 8@φ。

裂缝宽度计算
按e 0/h 0≤的偏心构件可不验算裂缝宽度，比较后，Ⅲ——Ⅲ 截面的min N 组合的最大，故按此组合来验算。

由内力组合表可知，验算裂缝宽度的最不利内力的标准值
M k =+=m kN N k ==kN
e ok =M k /N k ==m
ρct =A s /A ct =1533/[×100×900+(400-100)×150]=
ηk =1+1/(4000e ok /h o )×( L o /h)2=1+1/(4000×753/860)×(8600/900)2= e k =ηk e ok +h/2-a s =×753+900/2-40=mm
则纵向受力钢筋As 合力至受压区合力作用点间的距离为 Z ＝[mm 纵向受拉钢筋As 的应力
σs =N k (e k -Z)/(A s Z)=345640×/(1809×723)=mm 2 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数 ψ＝故最大裂缝开展宽度
W max =αct ψ
s
s
E σ +α/ρct )γ =××
5
102.0121.45
×××30+×20/×=mm <mm
满足要求。

柱牛腿设计
牛腿几何尺寸的确定：
牛腿截面尺寸与柱宽相等，为400mm ，牛腿顶面的长度为800mm ，相应牛腿水平截面长度为1200mm 。

取牛腿外边缘高度为h 1＝300mm ，倾角ɑ＝45°,于是牛腿的几何尺寸如图6-1所示。

图6-1 牛腿几何尺寸及配筋图
牛腿几何尺寸的验算：
由于吊车垂直荷载作用下柱截面内，a ＝750－9000＝－150mm ，即取ɑ＝0，
则
F vk ＝D max ＋
G k 3＝＋＝kN F hk ＝T max ＝kN
5.05
.01βh a
bh f F F tk vk hk +＝×(1－×76.33034.11)×0.556040001.2⨯⨯
＝kN ＞F vk ＝kN
所以截面尺寸满足要求。

牛腿配筋：
由于吊车垂直荷载作用下柱截面内，故该牛腿可按构造要求配筋：
作用在牛腿上的荷载有D max 、G 3、T max
F vk ＝D max ＋
G 3＝＋＝kN h F = T max = kN
F hk ＝T max ＝＝kN
h 0=300+300-40=560mm
竖向力作用点位于下柱截面以内（150mm ）
a=-150mm<=×560=168mm 取a=168mm
y
h y v s f F
h f a F A 2.185.00+=
=727
mm
2
ρ=A s /bh 0=722/(400×560)=% %<%<% 选3Φ18 （736mm 2）
因为a=-150mm<=×560=168mm ，可不设弯起钢筋
箍筋要求:在上部20h /3范围内的水平箍筋总截面面积不应少于承受竖
向力的受拉钢筋截面面积的1/2。

取ф10@100，有
3
2
×h 0×A s ×2/100＝2＞A s /2＝763/2＝ mm 2（符合要求）
局部承压强度验算：
c ＝××400×500＝2415 kN ＞F vk =kN 所以满足要求。

柱的吊装验算
吊装方案：
采用一点翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处，动力系数取。

荷载计算：
上柱自重:g 1＝××25××＝m kN
牛腿自重:g 2＝××25×
9
.0)45.021
-0.9450.1(4.02⨯⨯⨯＝m kN ⋅
下柱自重:g 3＝××25×＝m kN •
内力计算:。