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摘要：单层排架结构是工业厂房的主要结构形式，排架柱布置的优劣和截面设计的合理与否直接影响到厂房结构的经济合理性和先进性，对生产使用也有密切的关系。本文通过排架结构厂房柱截面选取的分析，简述了排架柱截面选取的依据，通过工程中排架柱设计的常见问题，提出了设计时需注意的关键点，以供结构工程师们参考。
关键字：排架柱柱网剪力分配法安全运行间隙吊车
TU2
1 引言
厂房排架柱的定位轴线，在平面上构成的网络称为柱网。柱网布置就是确定纵向定位轴线之间的尺寸（跨度）和横向定位轴线之间的尺寸（柱距）。柱网布置既是确定柱的位置，也是确定屋面板、屋架和吊车梁等构件尺寸（跨度）的依据，并涉及结构构件和门窗洞的布置；柱截面的大小将直接影响厂房内部起重机的正常使用。故柱网布置和柱截面设计恰当与否将对厂房有着决定性的影响。
柱网布置和柱截面选取的原则一般为：符合生产和使用的要求；建筑平面和结构方案的经济合理；在厂房结构型式和施工方法上具有先进性和合理性；符合《厂房建筑模数协调标准》（GBJ6-86）的有关规定；适应生产技术和技术革新的要求。
2.排架柱网布置及排架柱截面选取设计要点
2.1排架柱网布置
现代工业厂房跨度一般由厂房的生产需求决定，如厂房内部吊车的跨度。厂房柱的柱距的确定则是从经济指标、材料用量、施工条件和使用要求所确定，一般采用6m、7.5m、9m、12m。扩大柱距对提高厂房的实际利用率，增加设备和工艺布置的灵活性，特别是在机械化施工中减少结构构件的数量和加快施工进度方面有着明显的优势。但是柱距的增大对单个构件也带来了负面影响,如：截面增大减小了厂房内部跨度，单个构件截面尺寸增大也给制作、运输和吊装带来不便。所以，除非工艺有特殊要求（如需要开12m的大门），一般采取6m或者7.5m的柱距。
2.2排架柱截面的确定
排架柱的设计首先需要确定排架柱的柱顶标高，以及排架上柱和排架下柱的顶标高。
柱总高H=柱顶标高+基础底面标高的绝对值-初步拟定的基础高度
上柱高Hu=柱顶标高-轨顶标高+轨道构造高度+吊车梁支承处的吊车梁高
柱顶标高（上柱柱顶标高） H1= 轨顶标高+吊车高度+吊车上部空间
其中吊车上部空间包括吊车运行空间和灯具管线空间
b.下柱顶标高（牛腿顶标高）H2=轨顶标高-吊车梁高（包括吊车梁与牛腿的连接件高度）-吊车轨道高度
设计过程中轨顶标高由业主或工业专业确定
2.2.1 排架柱的截面型式
单层厂房铰接排架柱一般采用预制柱，柱顶与屋架铰接，柱根与杯形基础固接，柱的截面形式可根据其截面高度h确定。
当h≤700mm时，采取矩形截面；
当700 当h>1400mm时，宜采用双肢柱（设防烈度8度和9度时，宜采用斜腹双肢柱）
当抗震设防烈度为8度和9度时，不宜采用薄壁工字形柱、腹板开孔工字形柱、预制腹板的工字形柱和管柱。
2.2.2排架柱的截面尺寸（以有吊车厂房为例）
2.2.2.1排架柱下柱截面尺寸
排架柱下柱高度为
柱总高Ht=牛腿顶标高+基础底面标高的绝对值-初步拟定的基础高度
柱距为6m的厂房柱的截面最小尺寸可按下表取值，此时一般可不做变形验算。
单层厂房常用柱截面尺寸也可以参照《混凝土结构构造手册》中图表部分选取。
抗震设防时，大柱网厂房柱截面宜采用正方形或接近正方形的矩形，边长不宜小于柱全高的1/18～1/16。
2.2.2.2排架柱上柱截面尺寸
排架柱上柱的截面尺寸一般由厂房构造尺寸确定
上柱截面高度h=（跨度-吊车跨度）/2-吊车水平安全运行间隙
上柱截面宽度b一般取值同下柱截面宽度
注：吊车水平安全运行间隙——《起重机设计规范》GBT3811-2008中9.2.2.1条规定“具有水平滚轮或带轮缘车轮导向的桥式起重机等，考虑其沿轨道运行时可能产生一定的偏斜，其侧方与外部固定地方的间隙尺寸不应小于0.08m。
3.排架柱的计算
单层厂房排架结构实际上是空间结构，为了方便和简化计算，可简化为平面结构进行计算。在横向（跨度方向）按横向平面排架计算，在纵向（柱距方向）按纵向平面排架计算，并且近似认为各个横向平面排架之间以及各个纵向平面排架之间都互不影响，可独立工作。
排架计算是为柱和基础设计提供内力数据，主要内容为：确定計算简图、荷载计算、柱控制截面的内力分析和内力组合。必要时，还应验算排架的水平位移值。本文仅通过排架柱计算分析来说明计算要点
3.1计算简图
为简化计算，根据构造和实践经验，一般采取以下假定：
a 柱下端固接于基础顶面，上端与屋面梁或屋架铰接
因为柱插入基础有一定深度，并用细石混凝土与基础紧密捣成一体，且地基变形受到土压力的约束，故假定还是符合实际工况的。
b 屋面梁或屋架没有轴向变形
对于屋面梁或屋架，整体刚度还是比较大的，在水平力的作用下横梁或屋架两端水平位移相等，可认为是没有轴向变形。
3.2荷载种类与计算
按照荷载作用方向可分为：水平荷载和竖向荷载
水平荷载包括：吊车横向水平荷载、吊车纵向水平荷载、纵向山墙风荷载、
横向山墙风荷载
竖向荷载包括：吊车竖向荷载、屋面荷载及外围护墙体和柱荷载
按照荷载特性可分为：恒荷载和活荷载
恒荷载包括：屋面系统自重、排架柱自重、吊车梁和轨道零件自重以及支撑在牛腿上的外围护结构的自重
活荷载包括：屋面活荷载、吊车荷载、均布风荷载以及作用在屋盖支撑处的集中风荷载。
值得特别注意的是：各个荷载的作用点必须考虑实际的作用位置，计算时，根据荷载作用点偏心于柱轴线的数值换算成为集中力和附加弯矩，方便在后边做内力分析的时候找准起控制作用的荷载组合。
3.3剪力分配法计算（排架柱计算示例）
已知某厂房的排架计算见图，如下图所示，A、B轴线处柱形状和尺寸等均相同。求在和联合作用下按剪力分配法计算的排架内力。
某厂房排架计算简图
计算过程如下：
（1）计算参数和
上柱截面惯性矩
上柱截面惯性矩
（2）在柱顶虚加不动铰支座
在A柱和B柱的柱顶分别虚加水平不动铰支座，如图(a)所示。查单阶柱柱顶反力与水平位移系数值表得。因此不动铰支座反力为
因此A柱和B柱的柱顶剪力为
（3）撤消附加的不动铰支座
为了撤消附加的不动铰支座，需在排架的柱顶施加水平集中力和，如图(b)所示。因为A柱和B柱相同，故剪力分配系数，于是在和作用下，各分配到柱顶的柱顶剪力为
（4）叠加(2)和(3)两个状态
叠加(2)和(3)两个状态，恢复结构原有受力状态，此时总的柱顶剪力为
A柱和B柱的受力情况如图(c)所示，相应的内力图(弯矩图和剪力图)如图(d)、(e)所示。
4.排架柱设计的常见问题
1. 预制柱插入基础杯口的深度不满足要求，特别注意的是需要满足钢筋锚固长度的要求。
地基基础设计规范规定：柱的插入深度，可按上表选用，并应满足第8.2.3条钢筋锚固长度的要求及吊装时柱的稳定性。
2. 上柱截面高度影响吊车正常运行。
一般手册都按6米柱距取值，对于7.5米、9米、12米等的柱距，截面需适当加大，上柱的截面需考虑吊车距上柱内边缘的净空要求：如果上柱设有走道板，还需考虑走道板的宽度要求。必要时还需核算吊车梁上翼缘与柱连接节点的间隙要求。
3.屋架下部净空不满足要求或过大
柱顶标高需核算屋架底至吊车的净空要求。计算净空时注意考虑屋架底是否有水管、灯具、通风管道等。考虑正常的吊车安全运行和灯具安装之后，不能将上部空间放至过大，不经济。
4.抗风柱与山墙的连接处，抗风柱变截面处高度过高或者过低，不能与屋架顺利连接。
此处节点一般选取标准图集，此时需要认真核对标准图中节点构件的高度与抗风柱的高度。
5.结语
随着国内工业化道路的发展和工业产业转移，中国已经成为世界上最大的制造国。在中国制造走向世界的道路上，工业化建筑的发展也愈来愈快。如何从上世纪建立起来的工业体系上面创新和发展是摆在我们面前的问题。一方面要满足生产工艺的需求；一方面在节能，降低成本方面要努力做足功课，同时如何使现代的工业建筑和空间环境协调，体现现代工业的特点和时代感，使工业化建筑体现出现代的美感。我们必须认真汲取前人的成果，理解其中的精髓，并在设计过程中发展创新，不断进步。
参考文献：
[1] 中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）. 北京：中国建筑工业出版社，2006
[2] 中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）. 北京：中国建筑工业出版社，2010
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键字：排架柱柱网剪力分配法安全运行间隙吊车
TU2
1 引言
厂房排架柱的定位轴线，在平面上构成的网络称为柱网。柱网布置就是确定纵向定位轴线之间的尺寸（跨度）和横向定位轴线之间的尺寸（柱距）。柱网布置既是确定柱的位置，也是确定屋面板、屋架和吊车梁等构件尺寸（跨度）的依据，并涉及结构构件和门窗洞的布置；柱截面的大小将直接影响厂房内部起重机的正常使用。故柱网布置和柱截面设计恰当与否将对厂房有着决定性的影响。
柱网布置和柱截面选取的原则一般为：符合生产和使用的要求；建筑平面和结构方案的经济合理；在厂房结构型式和施工方法上具有先进性和合理性；符合《厂房建筑模数协调标准》（GBJ6-86）的有关规定；适应生产技术和技术革新的要求。
2.排架柱网布置及排架柱截面选取设计要点
2.1排架柱网布置
现代工业厂房跨度一般由厂房的生产需求决定，如厂房内部吊车的跨度。厂房柱的柱距的确定则是从经济指标、材料用量、施工条件和使用要求所确定，一般采用6m、7.5m、9m、12m。扩大柱距对提高厂房的实际利用率，增加设备和工艺布置的灵活性，特别是在机械化施工中减少结构构件的数量和加快施工进度方面有着明显的优势。但是柱距的增大对单个构件也带来了负面影响,如：截面增大减小了厂房内部跨度，单个构件截面尺寸增大也给制作、运输和吊装带来不便。所以，除非工艺有特殊要求（如需要开12m的大门），一般采取6m或者7.5m的柱距。
2.2排架柱截面的确定
排架柱的设计首先需要确定排架柱的柱顶标高，以及排架上柱和排架下柱的顶标高。
柱总高H=柱顶标高+基础底面标高的绝对值-初步拟定的基础高度
上柱高Hu=柱顶标高-轨顶标高+轨道构造高度+吊车梁支承处的吊车梁高
柱顶标高（上柱柱顶标高） H1= 轨顶标高+吊车高度+吊车上部空间
其中吊车上部空间包括吊车运行空间和灯具管线空间
b.下柱顶标高（牛腿顶标高）H2=轨顶标高-吊车梁高（包括吊车梁与牛腿的连接件高度）-吊车轨道高度
设计过程中轨顶标高由业主或工业专业确定
2.2.1 排架柱的截面型式
单层厂房铰接排架柱一般采用预制柱，柱顶与屋架铰接，柱根与杯形基础固接，柱的截面形式可根据其截面高度h确定。
当h≤700mm时，采取矩形截面；
当700
当抗震设防烈度为8度和9度时，不宜采用薄壁工字形柱、腹板开孔工字形柱、预制腹板的工字形柱和管柱。
2.2.2排架柱的截面尺寸（以有吊车厂房为例）
2.2.2.1排架柱下柱截面尺寸
排架柱下柱高度为
柱总高Ht=牛腿顶标高+基础底面标高的绝对值-初步拟定的基础高度
柱距为6m的厂房柱的截面最小尺寸可按下表取值，此时一般可不做变形验算。
单层厂房常用柱截面尺寸也可以参照《混凝土结构构造手册》中图表部分选取。
抗震设防时，大柱网厂房柱截面宜采用正方形或接近正方形的矩形，边长不宜小于柱全高的1/18～1/16。
2.2.2.2排架柱上柱截面尺寸
排架柱上柱的截面尺寸一般由厂房构造尺寸确定
上柱截面高度h=（跨度-吊车跨度）/2-吊车水平安全运行间隙
上柱截面宽度b一般取值同下柱截面宽度
注：吊车水平安全运行间隙——《起重机设计规范》GBT3811-2008中9.2.2.1条规定“具有水平滚轮或带轮缘车轮导向的桥式起重机等，考虑其沿轨道运行时可能产生一定的偏斜，其侧方与外部固定地方的间隙尺寸不应小于0.08m。
3.排架柱的计算
单层厂房排架结构实际上是空间结构，为了方便和简化计算，可简化为平面结构进行计算。在横向（跨度方向）按横向平面排架计算，在纵向（柱距方向）按纵向平面排架计算，并且近似认为各个横向平面排架之间以及各个纵向平面排架之间都互不影响，可独立工作。
排架计算是为柱和基础设计提供内力数据，主要内容为：确定計算简图、荷载计算、柱控制截面的内力分析和内力组合。必要时，还应验算排架的水平位移值。本文仅通过排架柱计算分析来说明计算要点
3.1计算简图
为简化计算，根据构造和实践经验，一般采取以下假定：
a 柱下端固接于基础顶面，上端与屋面梁或屋架铰接
因为柱插入基础有一定深度，并用细石混凝土与基础紧密捣成一体，且地基变形受到土压力的约束，故假定还是符合实际工况的。
b 屋面梁或屋架没有轴向变形
对于屋面梁或屋架，整体刚度还是比较大的，在水平力的作用下横梁或屋架两端水平位移相等，可认为是没有轴向变形。
3.2荷载种类与计算
按照荷载作用方向可分为：水平荷载和竖向荷载
水平荷载包括：吊车横向水平荷载、吊车纵向水平荷载、纵向山墙风荷载、
横向山墙风荷载
竖向荷载包括：吊车竖向荷载、屋面荷载及外围护墙体和柱荷载
按照荷载特性可分为：恒荷载和活荷载
恒荷载包括：屋面系统自重、排架柱自重、吊车梁和轨道零件自重以及支撑在牛腿上的外围护结构的自重
活荷载包括：屋面活荷载、吊车荷载、均布风荷载以及作用在屋盖支撑处的集中风荷载。
值得特别注意的是：各个荷载的作用点必须考虑实际的作用位置，计算时，根据荷载作用点偏心于柱轴线的数值换算成为集中力和附加弯矩，方便在后边做内力分析的时候找准起控制作用的荷载组合。
3.3剪力分配法计算（排架柱计算示例）
已知某厂房的排架计算见图，如下图所示，A、B轴线处柱形状和尺寸等均相同。求在和联合作用下按剪力分配法计算的排架内力。
某厂房排架计算简图
计算过程如下：
（1）计算参数和
上柱截面惯性矩
上柱截面惯性矩
（2）在柱顶虚加不动铰支座
在A柱和B柱的柱顶分别虚加水平不动铰支座，如图(a)所示。查单阶柱柱顶反力与水平位移系数值表得。因此不动铰支座反力为
因此A柱和B柱的柱顶剪力为
（3）撤消附加的不动铰支座
为了撤消附加的不动铰支座，需在排架的柱顶施加水平集中力和，如图(b)所示。因为A柱和B柱相同，故剪力分配系数，于是在和作用下，各分配到柱顶的柱顶剪力为
（4）叠加(2)和(3)两个状态
叠加(2)和(3)两个状态，恢复结构原有受力状态，此时总的柱顶剪力为
A柱和B柱的受力情况如图(c)所示，相应的内力图(弯矩图和剪力图)如图(d)、(e)所示。
4.排架柱设计的常见问题
1. 预制柱插入基础杯口的深度不满足要求，特别注意的是需要满足钢筋锚固长度的要求。
地基基础设计规范规定：柱的插入深度，可按上表选用，并应满足第8.2.3条钢筋锚固长度的要求及吊装时柱的稳定性。
2. 上柱截面高度影响吊车正常运行。
一般手册都按6米柱距取值，对于7.5米、9米、12米等的柱距，截面需适当加大，上柱的截面需考虑吊车距上柱内边缘的净空要求：如果上柱设有走道板，还需考虑走道板的宽度要求。必要时还需核算吊车梁上翼缘与柱连接节点的间隙要求。
3.屋架下部净空不满足要求或过大
柱顶标高需核算屋架底至吊车的净空要求。计算净空时注意考虑屋架底是否有水管、灯具、通风管道等。考虑正常的吊车安全运行和灯具安装之后，不能将上部空间放至过大，不经济。
4.抗风柱与山墙的连接处，抗风柱变截面处高度过高或者过低，不能与屋架顺利连接。
此处节点一般选取标准图集，此时需要认真核对标准图中节点构件的高度与抗风柱的高度。
5.结语
随着国内工业化道路的发展和工业产业转移，中国已经成为世界上最大的制造国。在中国制造走向世界的道路上，工业化建筑的发展也愈来愈快。如何从上世纪建立起来的工业体系上面创新和发展是摆在我们面前的问题。一方面要满足生产工艺的需求；一方面在节能，降低成本方面要努力做足功课，同时如何使现代的工业建筑和空间环境协调，体现现代工业的特点和时代感，使工业化建筑体现出现代的美感。我们必须认真汲取前人的成果，理解其中的精髓，并在设计过程中发展创新，不断进步。
参考文献：
[1] 中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）. 北京：中国建筑工业出版社，2006
[2] 中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）. 北京：中国建筑工业出版社，2010
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。