单层单跨厂房排架结构设计讲解
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屋面活荷载：
屋面板采用G410标准图集 m预应力混泥土屋面板（卷材防水）
允许外荷载：
（板自重： 灌缝重： ）大型屋面板（包括填缝
屋架：屋架自重 则
4采用370mm厚烧结粘土空心砖（重度 ）吊车梁以上设高侧窗，洞口尺寸为 m，吊车梁以下设低侧窗，洞口尺寸 m，圈梁设在柱顶处。
5排架柱：混泥土C30钢筋：纵向受力钢筋HRB400级箍筋：HPB235级
115.09
1+0.9 （2+8）
812.95
436.53
863.98
Ⅲ-Ⅲ
1+0.9 （2+3+5+7）
378.81
1+0.9 （4+6+8）
-221.32
1+0.9 （2+3+5+7）
378.81
1+0.9 （4+6+8）
950.38
603.08
950.38
41.12
1.13
41.12
1.13
柱的截面设计：
柱的吊装验算
采用翻身吊，吊点设牛腿与下柱的交接处，起吊时，混凝土达到设计强度的100%，计算简图如下
荷载计算
根据构造要求，取柱插入基础的深度0.9h=720，取800mm
自重线荷载，考虑动力系数1.5，各段荷载标准值分别为上柱： 牛腿：
内力分析
由 得：
所以 ，令 得柱下最大弯矩发生在：
米处
则
上柱吊装验算：
牛腿顶部按荷载标准组合计算水平拉力值;
牛腿截面有效高度：
竖向力 作用点位于下柱截面内，a=0
满足要求
牛腿的配筋
由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，故该牛腿可按构造要求配筋，纵向钢筋取4
16，箍筋取φ8@100。
牛腿局部受压验算
，满足要求
牛腿纵向受压钢筋的计算
因为 ，取
取4 16,804mm
取0.2%
0.2%<
3.79>1取1
0.95
0.95
1
1
1.76
1.52
1.61
1.17
108
108
228
228/
227
286
686
461
67
126
326
101
214
347
1195
235
实配钢筋(mm )
4 22
4 22
4 22
4 22
1251
1251
1251
1251
0.39%>0.2%
0.39%>0.2%
0.39%>0.2%
278.23
30.77
②
1547.91
251.328
121.86
479.01
71.08
192.94
49.92
荷载组别
①
278.23
30.77
183.8
213.11
462.03
491.34
309
②
192.94
49.92
138.37
155.3
331.31
348.24
242.86
取以上两组荷载中 来计算 则此时取第一组荷载值为
； 由前：
按上式计算公式的计算结果列于下表：
荷载组别
①
301.85
54.39
178.12
②
216.56
74.4
145.48
故按所设计的基础底面尺寸合适
基础受冲切承载力验算
按第一组荷载验算（因改组荷载产生的基础底边净反力为最大）。此时， ， ；则基础底边净反力为：
柱边冲切面承载力验算：
因
则 冲切荷载设计值：
0.39%>0.2%
0.78%>0.6%
0.78%>0.6%
0.78%>0.6%
0.78%>0.6%
即上柱：4 22 下柱：4 22
3箍筋的配置
因柱底剪力较小：
若剪跨比 =3则;
远大于柱底的剪力值（还没有考虑轴向压力对斜截面的有利影响），所以排架柱的箍筋按构造配置为φ10@200，柱箍筋加密区取为φ10@100
柱下独立基础：混泥土：C20，钢筋：HRB335级
6吊车：Q15/3t桥式吊车中级工作制
吊车梁：先张法预应力混泥土吊车梁，自重
轨道及联结重量
桥跨：
桥宽：
轮距：
小车重：
最大轮压：
最小轮压：
7柱高：柱顶H=13m檐口=15.1m屋顶=17.35m
二荷载及内力计算
1柱截面尺寸的确定
Q在15~20t之间： ，由于是单跨结构，结构形式对称，因此A、B柱截面尺寸相同。
风荷载标准值：
作用在排架上的风荷载为：
作用在柱顶的集中荷载
即将柱顶以上风荷载算作集中力作用柱顶， 按房屋檐口标高Z=15.1m处计
风荷载作用示意图如下：
3内力计算：
刚度：A、B柱：
Ⅰ永久荷载作用
永久荷载作用包括物价自重、上柱自重、吊车梁自重等。
永久荷载作用示意图如下：
在永久荷载作用下排架的内力如图：
基础底面尺寸
地基承载力设计值按下式计算
并由表查的 ，取土平均自重 ，则得
由 的一组荷载，按轴压基础初估其底面尺寸
因该基础为偏心受压，故取 底面选为矩形 。则基础底面的 ，
基础及其上填土重
地基承载力验算：
作用于基础底面的力矩及轴力设计值：
第一组荷载：
第二组荷载：
（顺时针）
验算基地应力：
计算公式： ；且满足：
上柱配筋： 受弯承载力验算：
> 满足要求。
裂缝宽度验算：
从弯矩图上可以看出，只需对上柱 处的裂缝宽度进行验算即可。
满足要求
下柱验算： 受弯承载力验算
(裂缝不需要验算)
柱的配筋图：
基础设计：
① ②
由基础梁传至基础顶面的外墙重量的设计值为 （ 厚墙容重取为 ）
确定基础尺寸；
柱插入深 取
杯底厚度 选 杯口底垫层为50mm，则基础的高度即为1100mm，由于杯壁厚度 ，且大于基础梁宽，取 。
4牛腿的设计
㈠牛腿几何尺寸的确定
牛腿截面宽度与柱宽度相等为400mm，若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离 ，吊车梁端部宽为340mm,吊车梁轴线到柱外侧的距离为750mm则牛腿面的长度为600mm，牛腿外缘高度为500mm，牛腿的截面高度为700mm，牛腿的几何尺寸及配筋示意图如下：
㈡牛腿高度验算
作用于牛腿顶部按荷载标准组合计算的竖向力值;
那么相应于Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ截面配筋
则钢筋选为:16 14( 14@183)
基础短边方向配筋
取以上两组荷载中 来计算
那么，相应于Ⅲ-Ⅲ和Ⅳ-Ⅳ截面的配筋为
则钢筋选为：23 18（ 8@170），
当 作用在A柱， 作用在B柱上时，吊车荷载作用见图及在吊车竖向荷载作用下的内力图如下：
内力图：
Ⅳ水平刹车力作用下
水平刹车力： 作用于牛腿顶面1.4米处，当刹车力向右时，作用见图如下
内力图如下
由于 同向作用在A、B柱上，因此排架的横向内力为零，剪力 同理得当刹车力向左时排架的受力简图和内力图如下
Ⅴ风荷载的作用
6
7
8
内力图
控制截面
Ⅰ-Ⅰ
8.435
2.925
-37.76
-37.76
10.16
-10.16
32.52
-20.84
317.7
56.7
-
-
-
-
-
-
Ⅱ-Ⅱ
-31.375
-8.415
128.469
13.25
10.16
-10.16
32.52
-20.84
385.5
56.7
474.94
145.75
-
-
-
Ⅲ-Ⅲ
21.185
单层单跨厂房排架结构设计
一设计内容和条件
某厂装配车间，该车间为单跨厂房，柱距距为6米，厂房纵向长度为96米，跨度为27米，15/3t中级工作制吊车二台，牛腿面标高9.00米，柱顶标高为13米。
设计条件
1屋面活荷载： ,不考虑积灰荷载，雪荷载
2基本风压:
3屋面做法
三毡四油：
20mm水泥砂浆找平层 合计
组合项
数值
组合项
数值
组合项
数值
Ⅰ-Ⅰ
1+0.9 （2+7）
40.34
1+0.9 （3+6+8）
-53.45
1+0.9 （2+7）
40.34
1+0.9 （3+6+8）
368.73
317.7
368.73
Ⅱ-Ⅱ
1+0.9 （3+5+7）
122.66
1+0.9 （2+8）
-57.7
1+0.9 （2+3+5+7）
A、B柱：
由
（←）
Ⅱ可变荷载作用
可变荷载作用简化作用于柱顶如图，可变荷载作用下排架内力图如下
查表得
（←）
Ⅲ吊车竖向荷载：
当 作用在A柱， 作用在B柱时，吊车竖向荷载作用见图如下：
在吊车竖向荷载作用下内力如图;
A、B柱：
（→）
（←）
（←）
由于A、B柱剪力分配系数
各柱上的剪力分配值：
（→）
（←）
在吊车竖向荷载作用下的内力图如下：
A柱：上柱： （mm）下柱： mm
2荷载计算
⑴永久荷载
A屋面板及每跨屋架传给每个柱子的荷载标准值
荷载设计值：
B柱自重
A、B柱：上柱： 下柱：
则：
C吊车梁自重：
永久荷载作用如图：
⑵可变荷载
屋面活荷载 ,不考虑积灰荷载，雪荷载 ,不同时考虑可变荷载与雪荷载，取其中的大值，作用于每跨屋面下的柱
可变荷载为：
4.545
43.509
-43.509
73.38
-73.38
275.93
-152.56
471.9
56.7
474.94
145.75
-
-
--
-
5.84
1.44
-9.44
-9.44
7.056
-7.056
40.14
11.26
柱的内力组合：
截面
内力
及相应
的N、V
及相应
的N、V
及相应
的M、V
及相应
的M、V
组合项
数值
冲切投影面积：
抗冲切承载能力：
故抗冲切承载力满足
变阶处冲切承载力验算：
此时冲切破坏面与柱边破坏边重合，故可不验算
基础底边净反力计算公式同前：
,
各组荷载作用下的结果列于下表，以上公式中 ， 及 见下图
基础长边方向配筋
取以上二组荷载中 来计算
荷载组别
①
1895.21
251.328
154.5
833.85
123.73
将柱顶以上风荷载作集中力作用于柱顶，柱上的风荷载看做是水平均布荷载。当左风作用时作用简图如下：
A、B柱：
在风荷载作用下的内力图
当右风作用时作用简图及内力图如下：
A柱在各种荷载作用下的内力见表：
柱号及正向内力
荷ຫໍສະໝຸດ Baidu种类
恒荷载
可变荷载
吊车竖向作用
吊车水平作用
风荷载
在A
在B
向右
向左
左来风
右来风
编号
1
2
3
4
5
截面
Ⅰ-Ⅰ
Ⅰ-Ⅰ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅲ-Ⅲ
40.34
-53.45
378.81
-221.32
368.73
317.7
950.38
603.08
109
168
399
367
与20mm中的较大值
20
20
27
27
129
188
426
394
3.1
3.6
2.4
3.79
8
8
9
9
20
20
11.25
11.25
3.1>1取1
3.6>1取1
2.4>1取1
1选取控制截面的大偏心受压界限破坏时的轴力 为：
上柱： KN
下柱： KN
经比较A柱的所有N< ,所以A柱组合后的内力值均为大偏心受压，对大偏心受压，对称配筋的柱，在“ ”相差不多时，N越小越不利，N相差不大时， 越大越不利，由此可以确定各柱的最不利内力。
A柱：Ⅰ-Ⅰ① ②
Ⅲ-Ⅲ① ②
截面纵向配筋计算表：
可变荷载作用如图：
⑶吊车荷载
已知
则：查表知
⑷风荷载
由已知条件可知：基本风压 ，风压高度变化系数按B类地面（城市郊区）
其中： 为1.0
由《建筑结构荷载规范》B类地面查10m处 15m处 20m处 中间值按插值法求得，因此可得：
柱顶：H=13m则
檐口：H=15.1则
屋顶：H=17.35则 风荷载体形系数如下：
屋面板采用G410标准图集 m预应力混泥土屋面板（卷材防水）
允许外荷载：
（板自重： 灌缝重： ）大型屋面板（包括填缝
屋架：屋架自重 则
4采用370mm厚烧结粘土空心砖（重度 ）吊车梁以上设高侧窗，洞口尺寸为 m，吊车梁以下设低侧窗，洞口尺寸 m，圈梁设在柱顶处。
5排架柱：混泥土C30钢筋：纵向受力钢筋HRB400级箍筋：HPB235级
115.09
1+0.9 （2+8）
812.95
436.53
863.98
Ⅲ-Ⅲ
1+0.9 （2+3+5+7）
378.81
1+0.9 （4+6+8）
-221.32
1+0.9 （2+3+5+7）
378.81
1+0.9 （4+6+8）
950.38
603.08
950.38
41.12
1.13
41.12
1.13
柱的截面设计：
柱的吊装验算
采用翻身吊，吊点设牛腿与下柱的交接处，起吊时，混凝土达到设计强度的100%，计算简图如下
荷载计算
根据构造要求，取柱插入基础的深度0.9h=720，取800mm
自重线荷载，考虑动力系数1.5，各段荷载标准值分别为上柱： 牛腿：
内力分析
由 得：
所以 ，令 得柱下最大弯矩发生在：
米处
则
上柱吊装验算：
牛腿顶部按荷载标准组合计算水平拉力值;
牛腿截面有效高度：
竖向力 作用点位于下柱截面内，a=0
满足要求
牛腿的配筋
由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，故该牛腿可按构造要求配筋，纵向钢筋取4
16，箍筋取φ8@100。
牛腿局部受压验算
，满足要求
牛腿纵向受压钢筋的计算
因为 ，取
取4 16,804mm
取0.2%
0.2%<
3.79>1取1
0.95
0.95
1
1
1.76
1.52
1.61
1.17
108
108
228
228/
227
286
686
461
67
126
326
101
214
347
1195
235
实配钢筋(mm )
4 22
4 22
4 22
4 22
1251
1251
1251
1251
0.39%>0.2%
0.39%>0.2%
0.39%>0.2%
278.23
30.77
②
1547.91
251.328
121.86
479.01
71.08
192.94
49.92
荷载组别
①
278.23
30.77
183.8
213.11
462.03
491.34
309
②
192.94
49.92
138.37
155.3
331.31
348.24
242.86
取以上两组荷载中 来计算 则此时取第一组荷载值为
； 由前：
按上式计算公式的计算结果列于下表：
荷载组别
①
301.85
54.39
178.12
②
216.56
74.4
145.48
故按所设计的基础底面尺寸合适
基础受冲切承载力验算
按第一组荷载验算（因改组荷载产生的基础底边净反力为最大）。此时， ， ；则基础底边净反力为：
柱边冲切面承载力验算：
因
则 冲切荷载设计值：
0.39%>0.2%
0.78%>0.6%
0.78%>0.6%
0.78%>0.6%
0.78%>0.6%
即上柱：4 22 下柱：4 22
3箍筋的配置
因柱底剪力较小：
若剪跨比 =3则;
远大于柱底的剪力值（还没有考虑轴向压力对斜截面的有利影响），所以排架柱的箍筋按构造配置为φ10@200，柱箍筋加密区取为φ10@100
柱下独立基础：混泥土：C20，钢筋：HRB335级
6吊车：Q15/3t桥式吊车中级工作制
吊车梁：先张法预应力混泥土吊车梁，自重
轨道及联结重量
桥跨：
桥宽：
轮距：
小车重：
最大轮压：
最小轮压：
7柱高：柱顶H=13m檐口=15.1m屋顶=17.35m
二荷载及内力计算
1柱截面尺寸的确定
Q在15~20t之间： ，由于是单跨结构，结构形式对称，因此A、B柱截面尺寸相同。
风荷载标准值：
作用在排架上的风荷载为：
作用在柱顶的集中荷载
即将柱顶以上风荷载算作集中力作用柱顶， 按房屋檐口标高Z=15.1m处计
风荷载作用示意图如下：
3内力计算：
刚度：A、B柱：
Ⅰ永久荷载作用
永久荷载作用包括物价自重、上柱自重、吊车梁自重等。
永久荷载作用示意图如下：
在永久荷载作用下排架的内力如图：
基础底面尺寸
地基承载力设计值按下式计算
并由表查的 ，取土平均自重 ，则得
由 的一组荷载，按轴压基础初估其底面尺寸
因该基础为偏心受压，故取 底面选为矩形 。则基础底面的 ，
基础及其上填土重
地基承载力验算：
作用于基础底面的力矩及轴力设计值：
第一组荷载：
第二组荷载：
（顺时针）
验算基地应力：
计算公式： ；且满足：
上柱配筋： 受弯承载力验算：
> 满足要求。
裂缝宽度验算：
从弯矩图上可以看出，只需对上柱 处的裂缝宽度进行验算即可。
满足要求
下柱验算： 受弯承载力验算
(裂缝不需要验算)
柱的配筋图：
基础设计：
① ②
由基础梁传至基础顶面的外墙重量的设计值为 （ 厚墙容重取为 ）
确定基础尺寸；
柱插入深 取
杯底厚度 选 杯口底垫层为50mm，则基础的高度即为1100mm，由于杯壁厚度 ，且大于基础梁宽，取 。
4牛腿的设计
㈠牛腿几何尺寸的确定
牛腿截面宽度与柱宽度相等为400mm，若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离 ，吊车梁端部宽为340mm,吊车梁轴线到柱外侧的距离为750mm则牛腿面的长度为600mm，牛腿外缘高度为500mm，牛腿的截面高度为700mm，牛腿的几何尺寸及配筋示意图如下：
㈡牛腿高度验算
作用于牛腿顶部按荷载标准组合计算的竖向力值;
那么相应于Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ截面配筋
则钢筋选为:16 14( 14@183)
基础短边方向配筋
取以上两组荷载中 来计算
那么，相应于Ⅲ-Ⅲ和Ⅳ-Ⅳ截面的配筋为
则钢筋选为：23 18（ 8@170），
当 作用在A柱， 作用在B柱上时，吊车荷载作用见图及在吊车竖向荷载作用下的内力图如下：
内力图：
Ⅳ水平刹车力作用下
水平刹车力： 作用于牛腿顶面1.4米处，当刹车力向右时，作用见图如下
内力图如下
由于 同向作用在A、B柱上，因此排架的横向内力为零，剪力 同理得当刹车力向左时排架的受力简图和内力图如下
Ⅴ风荷载的作用
6
7
8
内力图
控制截面
Ⅰ-Ⅰ
8.435
2.925
-37.76
-37.76
10.16
-10.16
32.52
-20.84
317.7
56.7
-
-
-
-
-
-
Ⅱ-Ⅱ
-31.375
-8.415
128.469
13.25
10.16
-10.16
32.52
-20.84
385.5
56.7
474.94
145.75
-
-
-
Ⅲ-Ⅲ
21.185
单层单跨厂房排架结构设计
一设计内容和条件
某厂装配车间，该车间为单跨厂房，柱距距为6米，厂房纵向长度为96米，跨度为27米，15/3t中级工作制吊车二台，牛腿面标高9.00米，柱顶标高为13米。
设计条件
1屋面活荷载： ,不考虑积灰荷载，雪荷载
2基本风压:
3屋面做法
三毡四油：
20mm水泥砂浆找平层 合计
组合项
数值
组合项
数值
组合项
数值
Ⅰ-Ⅰ
1+0.9 （2+7）
40.34
1+0.9 （3+6+8）
-53.45
1+0.9 （2+7）
40.34
1+0.9 （3+6+8）
368.73
317.7
368.73
Ⅱ-Ⅱ
1+0.9 （3+5+7）
122.66
1+0.9 （2+8）
-57.7
1+0.9 （2+3+5+7）
A、B柱：
由
（←）
Ⅱ可变荷载作用
可变荷载作用简化作用于柱顶如图，可变荷载作用下排架内力图如下
查表得
（←）
Ⅲ吊车竖向荷载：
当 作用在A柱， 作用在B柱时，吊车竖向荷载作用见图如下：
在吊车竖向荷载作用下内力如图;
A、B柱：
（→）
（←）
（←）
由于A、B柱剪力分配系数
各柱上的剪力分配值：
（→）
（←）
在吊车竖向荷载作用下的内力图如下：
A柱：上柱： （mm）下柱： mm
2荷载计算
⑴永久荷载
A屋面板及每跨屋架传给每个柱子的荷载标准值
荷载设计值：
B柱自重
A、B柱：上柱： 下柱：
则：
C吊车梁自重：
永久荷载作用如图：
⑵可变荷载
屋面活荷载 ,不考虑积灰荷载，雪荷载 ,不同时考虑可变荷载与雪荷载，取其中的大值，作用于每跨屋面下的柱
可变荷载为：
4.545
43.509
-43.509
73.38
-73.38
275.93
-152.56
471.9
56.7
474.94
145.75
-
-
--
-
5.84
1.44
-9.44
-9.44
7.056
-7.056
40.14
11.26
柱的内力组合：
截面
内力
及相应
的N、V
及相应
的N、V
及相应
的M、V
及相应
的M、V
组合项
数值
冲切投影面积：
抗冲切承载能力：
故抗冲切承载力满足
变阶处冲切承载力验算：
此时冲切破坏面与柱边破坏边重合，故可不验算
基础底边净反力计算公式同前：
,
各组荷载作用下的结果列于下表，以上公式中 ， 及 见下图
基础长边方向配筋
取以上二组荷载中 来计算
荷载组别
①
1895.21
251.328
154.5
833.85
123.73
将柱顶以上风荷载作集中力作用于柱顶，柱上的风荷载看做是水平均布荷载。当左风作用时作用简图如下：
A、B柱：
在风荷载作用下的内力图
当右风作用时作用简图及内力图如下：
A柱在各种荷载作用下的内力见表：
柱号及正向内力
荷ຫໍສະໝຸດ Baidu种类
恒荷载
可变荷载
吊车竖向作用
吊车水平作用
风荷载
在A
在B
向右
向左
左来风
右来风
编号
1
2
3
4
5
截面
Ⅰ-Ⅰ
Ⅰ-Ⅰ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅲ-Ⅲ
40.34
-53.45
378.81
-221.32
368.73
317.7
950.38
603.08
109
168
399
367
与20mm中的较大值
20
20
27
27
129
188
426
394
3.1
3.6
2.4
3.79
8
8
9
9
20
20
11.25
11.25
3.1>1取1
3.6>1取1
2.4>1取1
1选取控制截面的大偏心受压界限破坏时的轴力 为：
上柱： KN
下柱： KN
经比较A柱的所有N< ,所以A柱组合后的内力值均为大偏心受压，对大偏心受压，对称配筋的柱，在“ ”相差不多时，N越小越不利，N相差不大时， 越大越不利，由此可以确定各柱的最不利内力。
A柱：Ⅰ-Ⅰ① ②
Ⅲ-Ⅲ① ②
截面纵向配筋计算表：
可变荷载作用如图：
⑶吊车荷载
已知
则：查表知
⑷风荷载
由已知条件可知：基本风压 ，风压高度变化系数按B类地面（城市郊区）
其中： 为1.0
由《建筑结构荷载规范》B类地面查10m处 15m处 20m处 中间值按插值法求得，因此可得：
柱顶：H=13m则
檐口：H=15.1则
屋顶：H=17.35则 风荷载体形系数如下：