建筑結構單層廠房排架結構.ppt

2016級建筑工程技術專業(yè) 專業(yè)核心課 課程代碼： MA200165,建筑結構,主講:張毅 副教授 二零一七年八月,八、單層廠房排架結構,建 筑 結 構,上一講回顧 多高層建筑常用的結構體系 多高層框架結構的布置原則 多高層框架結構的計算簡圖及荷載 多高層框架結構的構造要求,模塊7 單層廠房排架結構,模塊7 單層廠房排架結構,能力目標,重 點,難 點,天窗架,屋架,屋架下弦水平支撐,排架柱,基礎,圍護墻,屋面板,天溝板,連系梁,天窗架垂直支撐,托架,抗風柱,屋架端部垂直支撐,吊車梁,柱間支撐,基礎梁,屋蓋系統(tǒng) 梁柱系統(tǒng) 基礎 支撐系統(tǒng) 圍護系統(tǒng),7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-1 鋼筋混凝土排架結構廠房,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-2 鋼筋混凝土門式剛架結構廠房 (a)三鉸門式剛架 （b）兩鉸門式剛架,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-3 單層廠房排架結構 1屋架； 2天窗架； 3天窗架垂直支撐； 4屋面板； 5天溝板； 6柱間支撐；7連系梁； 8托架； 9吊車梁； 10排架柱； 11基礎； 12基礎梁； 13屋架端部垂直支撐； 14抗風柱；15屋架下弦橫向水平支撐,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-4 縱向平面排架,7.1 單層廠房的組成和布置,（4）吊車梁。吊車梁一般為裝配式的，簡支在柱的牛腿上，主要承受吊車豎向荷載、橫向或縱向水平荷載，并將它們分別傳至橫向或縱向平面排架。吊車梁是直接承受吊車動力荷載的構件。,（5）支撐。單層廠房的支撐的作用是加強廠房結構的空間剛度，保證結構構件在安裝和使用階段的穩(wěn)定與安全，同時起到把風荷載、吊車水平荷載或水平地震作用等傳遞到相應承重構件的作用。,7.1 單層廠房的組成和布置,（6）基礎。基礎承受柱和基礎梁傳來的荷載并將它們傳至地基。,（7）圍護結構。圍護結構包括縱墻、橫墻（山墻）及由連系梁、抗風柱（有時還有抗風梁或抗風桁架）和基礎梁等組成的墻架。這些構件所承受的荷載主要是墻體和構件的自重及作用在墻面上的風荷載等。,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-5 單層廠房結構的傳力途徑,7.1 單層廠房的組成和布置,單層廠房承重柱的縱向定位軸線和橫向定位軸線在平面上形成的網(wǎng)格稱為柱網(wǎng)。柱網(wǎng)布置就是確定柱子縱向定位軸線之間的尺寸（跨度）和橫向定位軸線之間的尺寸（柱距）。柱網(wǎng)布置既是確定柱位置的依據(jù)，也是確定屋面板、屋架和吊車梁等構件尺寸（跨度）的依據(jù)。柱網(wǎng)布置恰當與否將直接影響廠房結構的經(jīng)濟合理性和先進性。,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-6 縱向定位軸線 (a)邊柱（b）中柱,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-7 橫向定位軸線,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,屋架上弦橫向水平支撐。屋架上弦橫向水平支撐是指布置在屋架上弦（或屋面梁上翼緣）平面內(nèi)的水平支撐，是由交叉角鋼和屋架上弦桿組成的水平桁架，布置在廠房端部及溫度區(qū)段兩端的第一或第二柱間，如圖7-8所示。其作用是增強屋蓋的整體剛度，保證屋架上弦或屋面梁上翼緣的側(cè)向穩(wěn)定，將山墻抗風柱傳來的風荷載傳至兩側(cè)柱列上。 對跨度較大的無檁體系屋蓋且無天窗時，若采用大型屋面板且與屋架有可靠連接（有三點焊牢且屋面板縱肋間的空隙用C15或C20細石混凝土灌實），則可認為屋面板能起到上弦橫向水平支撐的作用，而不需設置上弦橫向水平支撐。,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-8 屋架上弦橫向水平支撐,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-9 屋架下弦水平支撐,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-10屋蓋垂直支撐 (a)十字交叉形(b)W形,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-11 柱間支撐的形式 1十字交叉形支撐； 2空腹門形支撐； 3大八字形支撐； 4小八字形支撐； 5斜柱式支撐； 6人字形支撐,7.1 單層廠房的組成和布置,柱間支撐的主要作用是增強廠房結構的縱向剛度和穩(wěn)定性，并將水平荷載（包括天窗端壁部和廠房山墻上的風荷載、吊車縱向水平制動力及作用于廠房縱向的其他荷載）傳至基礎。 凡屬下列情況之一者，應設置柱間支撐： 廠房內(nèi)設有懸臂吊車或3 t及以上懸掛吊車。 廠房內(nèi)設有重級工作制吊車，或設有中級、輕級工作制吊車，起重量在10 t及以上。 廠房跨度在18 m以上或柱高在8 m以上。 縱向柱列的總數(shù)在7根以下。 露天吊車棧橋的柱列。,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-12 柱間支撐的設置 1柱頂連系桿； 2上部柱間支撐； 3下部柱間支撐,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-13 圈梁的搭接長度 1附加圈梁； 2圈梁,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,7.1 單層廠房的組成和布置,基礎梁。在一般廠房中，基礎梁的作用是承受圍護墻體的自重，并將其傳給柱下單獨基礎，而不另設墻基礎。 基礎梁底部離地基土表面應預留100 mm的空隙，使梁可隨柱基礎一起沉降而不受地基土的約束，同時還可防止地基土凍脹時將梁頂裂?；A梁與柱一般不要求連接（一級抗震等級的基礎梁頂面應增設預埋件與柱焊接），而是被直接擱置在柱基礎杯口上，或當基礎埋置較深時，將基礎梁放置在基礎上面的混凝土墊塊上，如圖7-14所示。當廠房高度不大且地基較好、柱基礎又埋得較淺時，也可不設基礎梁而做磚石或混凝土的墻基礎。,7.1 單層廠房的組成和布置,圖7-14 基礎梁的布置,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,（3）排架橫梁為無軸向變形剛性桿，橫梁兩側(cè)柱頂?shù)乃轿灰葡嗟取Ｒ话銌螌訌S房結構中常用的鋼筋混凝土屋架或預應力混凝土屋架，下弦剛度較大，均符合這一假定。,（4）排架柱的高度由固定端算至柱頂鉸接節(jié)點處，排架柱的軸線為柱的幾何中心線。當柱為變截面柱時，取上柱和下柱截面重心的連線，排架柱的軸線為一折線。,根據(jù)以上假定，橫向平面排架的計算簡圖如圖7-15（b）所示。,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-15 橫向平面排架的計算單元和計算簡圖 (a)計算單元(b)計算簡圖,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-16 作用在排架上的荷載,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,單層廠房中常用的吊車有懸掛式吊車、手動吊車和橋式吊車等，一般采用橋式吊車。吊車共有A1A8八個工作級別。 橋式吊車在排架上產(chǎn)生的荷載有吊車豎向荷載Dmax（或Dmin）、吊車橫向水平荷載Tmax及吊車縱向水平荷載Te。,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-17 吊車的最大輪壓與最小輪壓,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-18 吊車縱向運行最不利位置及吊車梁支座反力影響線,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,與此同時，在另一側(cè)的排架柱上，由最小輪壓Pmin產(chǎn)生豎向荷載最小值Dmin。Dmax或Dmin可根據(jù)圖7-18所示的吊車最不利位置和吊車梁支座反力影響線求得，即 Dmax=Pmaxyi （7-4 ) Dmin=Pminyi （7-5 ) 式中，yi為吊車在最不利位置時，各輪子下影響線豎向坐標值之和，可根據(jù)吊車的寬度B和輪距K確定。,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,（2）吊車橫向水平荷載Tmax。吊車橫向水平荷載Tmax是當小車沿廠房橫向運動時，由于啟動或突然制動產(chǎn)生的慣性力，通過小車制動輪與橋架上導軌之間的摩擦力傳給大車，再通過大車輪均勻傳給大車軌道和吊車梁，然后由吊車梁與上柱的連接鋼板傳給兩側(cè)排架柱。吊車橫向水平荷載的作用位置在吊車梁頂面，且同時作用于吊車兩側(cè)的排架柱上，方向相同。,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-19 吊車在橫向水平荷載作用下的計算簡圖,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-20 風荷載體型系數(shù)s (a)封閉式雙坡屋面(b)封閉式雙跨雙坡屋面,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-21 排架在集中風荷載下的計算簡圖,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-22 單跨等高排架計算簡圖 （無軸向變形的剛性連桿）,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-23 力矩M1、M2作用下的計算簡圖,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-24 單跨等高排架計算簡圖（柱頂有側(cè)移的排架）,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-25 Dmax和Dmin分別作用下的計算簡圖 (a)Dmax作用在-柱（b）Dmin作用在-柱,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-26 MD，max作用在柱時的內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-27 吊車水平荷載作用下的排架內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,（3）風荷載作用下的排架內(nèi)力計算。排架在風荷載Fw、q1、q2作用下的計算簡圖可由圖7-28（a）、（b）疊加而得。其中，圖728（a）可分解為Fw、q1、q2分別作用時的受力情況，如圖7-29所示。,圖7-28 風荷載作用下的排架內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-29 Fw、q1、q2分別作用時的受力情況,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,圖7-30 單階排架柱的控制截面,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.2 排架結構荷載及內(nèi)力計算,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,圖7-31 柱下擴展基礎的形式 (a)現(xiàn)澆柱下階梯形基礎（b）階梯形杯形基礎（c）現(xiàn)澆柱下錐形基礎（d）錐形杯形基礎,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,圖7-32 軸心受壓柱下基礎計算簡圖,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,圖7-33 偏心受壓柱下基礎計算簡圖,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,圖7-34 計算階形基礎的受沖切承載力截面位置 (a)柱與基礎交接處（b）基礎變階處 1沖切破壞錐體最不利一側(cè)的斜截面； 2沖切破壞錐體的底面線,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,圖7-35 沖切破壞錐體的底面線在l方向落在基礎底面以外,7.3 單層廠房柱的設計,在前面計算基礎底面地基土的反力時，應計入基礎自身重力及基礎上方土的重力，但是在計算基礎底板受力鋼筋時，由于這部分地基土反力的合力與基礎及其上方土的自重相抵消，因而這時地基土的反力中不應計入基礎及其上方土的重力，即以地基凈反力pj來計算鋼筋。 基礎底板在地基凈反力作用下，在兩個方向都將產(chǎn)生向上的彎曲，因此需在底板的兩個方向上都配置受力鋼筋。配筋計算的控制截面一般取在柱與基礎交接處或變階處（對階形基礎）。計算（兩個方向）彎矩時，把基礎視作固定在柱周邊或變階處（對階形基礎）的四面挑出的倒置的懸臂板，如圖7-36所示。,7.3 單層廠房柱的設計,圖7-36 四面挑出的倒置懸臂板計算簡圖,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,圖7-37 柱下獨立基礎底板受力鋼筋的布置,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,圖7-38 現(xiàn)澆柱的基礎中的插筋構造,7.3 單層廠房柱的設計,圖7-39 預制柱杯口的構造,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,基礎的杯底厚度a1和杯壁厚度t可按表7-3選用。,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,圖7-40 無短柱基礎杯口的配筋構造,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,7.3 單層廠房柱的設計,圖7-41 牛腿的分類 (a)短牛腿（b）長牛腿,7.3 單層廠房柱的設計,長牛