排架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算

1、1233.2.1 3.2.1 分析模型分析模型一、計算單元一、計算單元 從整體結(jié)構(gòu)中選取有代從整體結(jié)構(gòu)中選取有代表性的一部分作為計算的對表性的一部分作為計算的對象，該部分稱為計算單元。象，該部分稱為計算單元。單層工業(yè)廠房是由縱橫向排架組成的空間結(jié)構(gòu)。為方便，可簡單層工業(yè)廠房是由縱橫向排架組成的空間結(jié)構(gòu)。為方便，可簡化為縱、橫向平面排架分別進行分析。除進行抗震和溫度應(yīng)力化為縱、橫向平面排架分別進行分析。除進行抗震和溫度應(yīng)力分析，縱向排架一般不計算。分析，縱向排架一般不計算。3 3 排架結(jié)構(gòu)分析排架結(jié)構(gòu)分析uEIABlEIuEIlEIuHHAB計算單元計算單元123454 5排架結(jié)構(gòu)的計算簡圖排架

2、結(jié)構(gòu)的計算簡圖(a)排架結(jié)構(gòu)(b)變截面排架柱的實際軸線(c)排架結(jié)構(gòu)計算簡圖 二、結(jié)構(gòu)簡圖二、結(jié)構(gòu)簡圖柱子下端固接于基礎(chǔ)頂面，橫梁與柱鉸接；柱子下端固接于基礎(chǔ)頂面，橫梁與柱鉸接；橫梁為沒有軸向變形的剛桿。橫梁為沒有軸向變形的剛桿。67三三、排架上的荷載排架上的荷載 1 1恒載恒載(1)(1)屋蓋恒載屋蓋恒載 (a)屋蓋荷載與上、下柱的關(guān)系(b)計算簡圖 8 包括屋面構(gòu)造層、屋面板、天窗架、屋架、屋蓋支撐以及與屋架連接的各種管道的重力荷載。它們都以集中力Gl的形式施加于柱頂，作用點位于屋架上下弦?guī)缀沃行木€匯交處(對標準屋架通常在縱向定位軸線內(nèi)側(cè)l50mm處)。Gl對上柱截面中心往往有偏心距el

3、，對下柱截面中心又增加另一偏心距e2(e2為上下柱中心線間距)，所以Gl對柱頂截面中心有一個外力矩Glel，對變截面處下柱截面中心有一個附加力矩Gle2，如上圖(b)所示。 9(2)(2)柱、吊車梁和軌道聯(lián)結(jié)重力荷載柱、吊車梁和軌道聯(lián)結(jié)重力荷載a)就位后的柱和吊車梁(I固定柱用的鋼楔)(b)柱重力荷載用下的計算簡圖(c)吊車梁和軌道結(jié)作用下的計算簡圖10 柱的重力荷載G2、G3分別按上、下柱(下柱包括牛腿)的實際體積計算。上柱自重G2作用于上柱重心，它的作用線與上柱中心線相重合，對下柱截面中心線有偏心距e2，對牛腿頂面處下柱截面中心有一個外力矩G2e2；下柱自重G3作用于下柱的重心，它的作用線

4、與下柱中心線相重合，如上圖(b)所示。 11 吊車梁和軌道聯(lián)結(jié)的重力荷載G4可從相應(yīng)的標準圖集中查得，軌道聯(lián)結(jié)也可按12kN/m沿吊車梁長度方向的均布荷載計算。G4的作用線與吊車梁軌道中心線相重合，距柱縱向定位軸線一般為750mm，并作用在柱牛腿頂面。G4對下柱截面中心的偏心距離為e4，故G4對下柱截面中心有一外力矩G4e4，如上圖(c)所示。12(3)(3)墻體荷載墻體荷載13 當外墻墻體或大型墻板擱置在連系梁(墻梁)上，連系梁又支承在柱的牛腿上時，排架柱將受到墻體、墻體上的窗重以及連系梁自重產(chǎn)生的偏心荷載G5，e5為墻體中心線到排架柱中心線的距離，墻體荷載作用下的計算簡圖如上圖(b)所示

5、142 2吊車荷載吊車荷載15工作制工作制重重 級級A6A7中中 級級A4A5輕輕 級級A1A3經(jīng)常起重量經(jīng)常起重量/額定起重額定起重量（量（%）5010050每小時平均操作次數(shù)每小時平均操作次數(shù)24012060接電持續(xù)率接電持續(xù)率JC（%）402515平均平均50年使用次數(shù)年使用次數(shù)600萬次萬次300萬次萬次運行速度（運行速度（m/min）8015060906016 吊車荷載是移動荷載，作用在廠房排架上的橋式吊車荷載一般有三種形式：(1)吊車豎向荷載Dmax、Dmin；(2)吊車橫向水平荷載Tmax；(3)吊車縱向水平荷載。第(1)、(2)種作用在廠房橫向排架上(如上圖所示)，第(3)種作

6、用在廠房縱向排架上。 17(1)(1)吊車豎向荷載吊車豎向荷載 最大輪壓最大輪壓P Pmaxmax和最小輪壓和最小輪壓P Pminmin 18 吊車豎向荷載是吊車滿載運行時通過輪壓傳給排架柱的豎向移動荷載。橋式吊車豎向荷載標準值應(yīng)采用吊車的最大輪壓Pmax和吊車的最小輪壓Pmin。當?shù)踯嚌M載且卷揚機小車行駛到吊車橋架一側(cè)的極限位置時，小車所在一側(cè)輪壓將出現(xiàn)最大輪壓Pmax；同時，另一側(cè)吊車輪壓出現(xiàn)最小輪壓Pmin(見上圖)。19多臺吊車的荷載折減系數(shù)多臺吊車的荷載折減系數(shù) 當有多臺吊車時，對一層吊車單跨廠房的每個排架，參與組合的吊車臺數(shù)不宜多于2臺；對一層吊車多跨廠房的每個排架，不宜多于4臺。

7、對于多層吊車的單跨或多跨廠房，應(yīng)按實際使用情況考慮。當按兩臺或兩臺以上吊車計算排架時，多臺吊車的豎向荷載標準值應(yīng)乘以下表所示的折減系數(shù)后采用，這是考慮到多臺吊車同時滿載，且小車位置也同時處于最不利位置的概率是很小的。 20多臺吊車的荷載折減系數(shù)多臺吊車的荷載折減系數(shù) 表表 參與組合的吊車臺數(shù) 吊車工作制 輕、中級 重、超重級 2 0.9 0.95 40.8 0.85 21QcQ2Q1g2QQQPPk ,ck ,2k ,1kmax,kmin, 222324 一般預(yù)制吊車梁為簡支梁，利用簡支梁的反力影響線可求出吊車對排架柱產(chǎn)生的最大豎向荷載Dmax(另一側(cè)排架柱為最小豎向荷載Dmin)。分析表明，

8、只有當兩臺吊車挨緊運行，且其中起重量大的一臺的輪子行至排架柱的位置時(見上圖)，作用于計算排架柱的吊車豎向荷載才是最大值Dmax(另一側(cè)排架柱為最小值Dmin)。由反力影響線得(見上圖)： Dmax=Pimaxyi Dmin=Piminyi 25 式中Pimax、Pimin分別為第i臺吊車最大、最小輪壓，yi為各輪壓對應(yīng)的反力影響線的豎值。 橋式吊車基本參數(shù)Pmax、Pmin、橋?qū)払、輪距K等，可按所采用的橋式吊車規(guī)格，從產(chǎn)品說明書或有關(guān)專業(yè)標準中查得。在上圖中，B1、K1為吊車1的橋?qū)捄洼喚?；B2、K2為吊車2的橋?qū)捄洼喚?；C為兩臺吊車最大輪壓P1max和P2 m a x作用點的間距(見上圖

9、)，其值為 C=(B1-K1)/2+(B2-K2)/226吊車豎向荷載對排架下柱產(chǎn)生的力吊車豎向荷載對排架下柱產(chǎn)生的力矩矩M Mmaxmax、M Mminmin 最大(最小)豎向荷載Dmax(Dmin)對下柱幾何中心線產(chǎn)生的力矩為 Mmax=Dmaxe4 Mmin=Dmine4 式中e4為吊車梁中心線和下柱中心線間的距離。求出Dmax、Dmin、Mmax、Mmin后即可得到排架在吊車豎向荷載作用下的計算簡圖，如圖所示。值得注意的是，Dmax、Mmax也可能施加在B柱上，與此相應(yīng)的是Dmin、Mmin作用在A柱上。2728(2)(2)吊車橫向水平荷載吊車橫向水平荷載 吊車橫向水平荷載吊車橫向水平

10、荷載T T29QcQ2Q1 kc,k,kTQQg 21430maxT31 橋式吊車的橫向水平荷載是由吊車上的小車在啟動或制動時引起的慣性力而產(chǎn)生的。荷載規(guī)范建議吊車的橫向水平荷載在兩邊軌道上平均分配，分別由車輪傳至軌頂，并經(jīng)軌道和埋設(shè)在吊車梁頂面的連接件傳給上柱。因此，吊車橫向水平荷載施加于排架的作用點，就在吊車梁頂面標高處，且有向左或向右兩種可能性，如上圖所示?？紤]多臺吊車水平荷載時，由于同時制動的機遇很小，荷載規(guī)范規(guī)定：對單跨或多跨廠房的每個排架，參與組合的吊車臺數(shù)不應(yīng)多于2臺。計算排架承受的水平荷載標準值時，也應(yīng)乘以荷載折減系數(shù)。因此，對一般4輪橋式吊車，每個輪子上產(chǎn)生的橫向水平荷載標準

11、值T，可按下式計算： 32 T=(Q+Q1)g/4 (kN)式中 Q 吊車的額定起重量(t)； Q1橫行小車重量(t)； g 重力加速度(9.81，可近似取10)； 橫向水平荷載系數(shù)(或稱小車制動力系數(shù))。 對于軟鉤吊車： 當Q10t時，=12；當Q=1550t時，=10； 當Q75t時，=8； 對于硬鉤吊車 =20。33吊車橫向最大水平荷載吊車橫向最大水平荷載T Tmaxmax作用下的計作用下的計算簡圖算簡圖 吊車橫向水平荷載也是移動荷載，也要用影響線才能求出吊車對排架柱產(chǎn)生的最大水平荷載Tmax。吊車的位置與計算吊車豎向荷載Dmax時相同，所用公式類似，即： Tm a x= Ti yi 吊

12、車橫向水平荷載作用下的計算簡圖如圖所示。34吊車橫向水平荷載標準值吊車橫向水平荷載標準值 （小車吊有重物剎車時引起的慣性力）（小車吊有重物剎車時引起的慣性力）傳力過程：小車慣性力傳力過程：小車慣性力大車大車吊車梁吊車梁排架柱排架柱作用位置：吊車梁頂面作用位置：吊車梁頂面作用方向：垂直軌道作用方向：垂直軌道m(xù)axT橫向制動系數(shù)。橫向制動系數(shù)。tQtQtQ7508. 0501610. 01012. 0軟鉤4/ )(gQTi每個輪子上的橫向水平制動力：每個輪子上的橫向水平制動力：iikyTTmax,如果吊車相同，如果吊車相同，maxmax,max,PTDTkk同樣，利用影響線可以確定柱子受到的水平力

13、同樣，利用影響線可以確定柱子受到的水平力35(3)(3)吊車縱向水平荷載吊車縱向水平荷載 橋式吊車的縱向水平荷載是吊車的大車在啟動或制動時引起的慣性力產(chǎn)生的，通過大車制動輪與鋼軌間的摩擦傳給廠房縱向結(jié)構(gòu)。因此，吊車縱向水平荷載的作用點位于剎車輪與軌道的接觸點，其方向與軌道方向一致。3610nPTkmax,k ,0 nPmaxPmax剎車輪的最大輪壓。剎車輪的最大輪壓。 作用位置：軌道頂面作用位置：軌道頂面作用方向：沿軌道方向作用方向：沿軌道方向37多臺吊車的組合系數(shù)多臺吊車的組合系數(shù)2 2臺臺輕、中級輕、中級重、特重級重、特重級4 4臺臺輕、中級輕、中級重、特重級重、特重級3 3臺臺輕、中級輕

14、、中級重、特重級重、特重級9 . 095. 085. 085. 08 . 09 . 0對于一層吊車廠房：水平對于一層吊車廠房：水平荷載最多考慮荷載最多考慮2 2臺；多跨時，臺；多跨時，豎向荷載最多考慮豎向荷載最多考慮4 4臺。臺。38390ZSZkww Bwq0Z1S1 Bwq0Z2S2 wkwwFF 400ZSZkww 110wSZqw B 220wSZqw B wkwwFF 414. 4. 雪荷載、屋面積灰荷載和屋面均布活雪荷載、屋面積灰荷載和屋面均布活荷載荷載 (1)(1)雪荷載雪荷載作用于屋面水平投影面上的雪荷載標準值Sk(kN/m2) (2)(2)屋面積灰荷載屋面積灰荷載應(yīng)按荷載規(guī)定

15、確定。 (3)(3)屋面均布活荷載屋面均布活荷載不上人屋面均布活荷載，按0.7 kN/m2計算。詳見荷載規(guī)范。42 Q14344荷載包括荷載包括恒載恒載屋蓋自重屋蓋自重上柱自重上柱自重下柱自重下柱自重吊車梁及軌道自重吊車梁及軌道自重活載活載屋面活載屋面活載吊車荷載吊車荷載1F1F形式、大小、作用位置、方向。形式、大小、作用位置、方向。2F3F4FWqq、215F單廠設(shè)計3.1 組成與布置3.2 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析3.2 .1分析模型分析模型風(fēng)荷載風(fēng)荷載451507501F4F1e2F0e4e3F1M1M2M2M恒載下計算簡圖恒載下計算簡圖111eFM440212)(eFeFFM恒載下軸力圖恒載下

16、軸力圖1F21FF 421FFF3421FFFF1F21FF 421FFF3421FFFF單廠設(shè)計3.1 組成與布置3.2 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析3.2 .1分析模型分析模型恒載恒載465M5MmaxMminM活載下計算簡圖活載下計算簡圖155eFM4maxmaxeDMmaxTmaxTW1q2q4minmineDM單廠設(shè)計3.1 組成與布置3.2 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析3.2 .1分析模型分析模型47柱頂水平位移相等的排架柱頂水平位移相等的排架等高排架。等高排架。48柱頂水平位移相等的排架柱頂水平位移相等的排架等高排架。等高排架。49柱頂水平位移相等的排架柱頂水平位移相等的排架等高排架。等高排架。503.

17、2.2 3.2.2 等高排架的內(nèi)力計算等高排架的內(nèi)力計算一、柱的抗側(cè)剛度一、柱的抗側(cè)剛度設(shè)柱頂作用一單位力發(fā)生的位移為設(shè)柱頂作用一單位力發(fā)生的位移為u， 代表柱頂發(fā)生單位側(cè)向位移時柱內(nèi)的剪代表柱頂發(fā)生單位側(cè)向位移時柱內(nèi)的剪力，定義為柱的抗側(cè)（推）剛度，用力，定義為柱的抗側(cè)（推）剛度，用D D表示。表示。u/1lEICHu031uHuEIlEIuHlH) 11(1330nCluIIn HHu與與、有關(guān)。有關(guān)。單廠設(shè)計3.1 組成與布置3.2 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析3.2 .1分析模型3.2 .2內(nèi)力計算內(nèi)力計算30/1HEICuDl51 )1n1(1IE3H3lc3 1/521、剪力分配法、剪力分配法

18、柱頂作用集中荷載柱頂作用集中荷載535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182838485 86nniinn 121111111187iiiiiii 11111111111iiihH 21888990 AABRR BABRR 91單廠設(shè)計3.1 組成與布置3.2 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析3.2 .1分析模型3.2 .2內(nèi)力計算3.2 .3位移計算3.2 .4模型討論模型討論吊車荷載作用下的考慮空間作用的計算方法吊車荷載作用下的考慮空間作用的計算方法maxTmaxTmax52TCR max52TCmRkmaxTmax5TCmax5

19、TCmaxTmax5)1 (TCmkmax5)1 (TCmkmax5TCmkmax5TCmk考慮空間作用后，上柱彎矩增大；下柱彎矩減小?？紤]空間作用后，上柱彎矩增大；下柱彎矩減小?？傆娩摿坑兴档停s總用鋼量有所降低（約520） 92二、屋架、地基變形對內(nèi)力的影響二、屋架、地基變形對內(nèi)力的影響平衡條件：平衡條件：FVVBA物理條件：物理條件：AAAuDVBBBuDVBuAuxuBu幾何條件：幾何條件：AxBuuuEAxLuxBVX 橫梁變形橫梁變形單廠設(shè)計3.1 組成與布置3.2 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析3.2 .1分析模型3.2 .2內(nèi)力計算3.2 .3位移計算3.2 .4模型討論模型討論AuBuE

20、AA AB BADBDFL LBVXAV93單廠設(shè)計3.1 組成與布置3.2 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析3.2 .1分析模型3.2 .2內(nèi)力計算3.2 .3位移計算3.2 .4模型討論模型討論EAABDDFLEAABDDFL左右兩種情況A柱的剪力是否相同？94單廠設(shè)計3.1 組成與布置3.2 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析3.2 .1分析模型3.2 .2內(nèi)力計算3.2 .3位移計算3.2 .4模型討論模型討論地基不均勻沉降地基不均勻沉降A(chǔ)BFmaxDminD地基不均勻沉降對排架內(nèi)力有無影響？地基不均勻沉降對排架內(nèi)力有無影響？ABF地基轉(zhuǎn)動地基轉(zhuǎn)動95單廠設(shè)計3.1 組成與布置3.2 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析3.2 .1分析模型3.2 .2內(nèi)力計算3.2 .3位移計算3.2 .4模型討論模型討論六、六、抽柱后的計算模型抽柱后的計算模型ABC123計算單元計算單元uAEI2ABClAEI2uCEI2lCEI2uBEIlBEI將計算單元內(nèi)的排架合并。將計算單元內(nèi)的排架合并。96恒載和風(fēng)荷載的計算方法用一般排架。吊車荷載不同，恒載和風(fēng)荷載的計算方法用一般排架。吊車荷載不同，B B軸柱軸柱按加長吊車梁的影響線確定；按加長吊車梁的影響線確定；A A和和C C軸柱應(yīng)考慮作用在軸柱應(yīng)考慮作用在、柱子上相應(yīng)值的一