單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計教材

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計第二章單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計第二章單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計主講：馬遠(yuǎn)榮主講：馬遠(yuǎn)榮1結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系按結(jié)構(gòu)材料混合結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)m)15,50(lkNQm)36,1500(lkNQ按結(jié)構(gòu)形式排架結(jié)構(gòu)（等高、不等高、鋸齒形）剛架結(jié)構(gòu)（兩鉸門架、三鉸門架）2等高排架不等高排架鋸齒型排架結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系3單層排架結(jié)構(gòu)組成單層排架結(jié)構(gòu)組成1）屋面板2）天溝板3）天窗架4）屋架5）托架6）吊車梁7）排架柱8）抗風(fēng)柱9）基礎(chǔ)10）連系梁11）基礎(chǔ)梁12）天窗架垂直支撐13）屋架下弦橫向支撐14）屋架垂直支撐15）柱間支撐4屋蓋結(jié)構(gòu)橫向平面排架：橫

2、梁(屋架或屋面梁)、橫向柱列（包括基礎(chǔ)）縱向平面排架：連系梁、吊車梁、縱向柱列（包括基礎(chǔ)）、柱間支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)：縱墻、山墻、墻梁、抗風(fēng)柱、基礎(chǔ)梁單層排架結(jié)構(gòu)組成單層排架結(jié)構(gòu)組成有檁體系：無檁體系：大型屋面板、屋架（屋面梁）、屋蓋支撐小型屋面板、檁條、屋架、屋蓋支撐5排架荷載圖排架荷載圖橫向平面排架荷載圖橫向排架主要承重結(jié)構(gòu)。把豎向、橫向水平荷載傳給地基。 6排架荷載圖排架荷載圖縱向平面排架荷載圖縱向排架保證結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定和剛度，承受縱向水平荷載， 并將其傳給地基. 7荷載傳遞荷載傳遞荷載分類豎向荷載橫向水平荷載縱向水平荷載縱向排架橫向排架屋面板屋面荷載屋面荷載屋架柱基礎(chǔ)基礎(chǔ)梁連系梁吊車梁天窗架吊

3、車豎向荷載吊車豎向荷載縱墻縱墻豎向荷載傳遞路線8荷載傳遞荷載傳遞屋架柱基礎(chǔ)縱墻天窗架吊車橫向水平荷載吊車橫向水平荷載橫向風(fēng)荷載橫向風(fēng)荷載橫向地震作用橫向地震作用屋面板吊車梁橫向水平荷載傳遞路線通過橫向排架9荷載傳遞荷載傳遞屋蓋及屋蓋支撐柱基礎(chǔ)抗風(fēng)柱天窗架吊車縱向水平荷載吊車縱向水平荷載縱向風(fēng)荷載縱向風(fēng)荷載縱向地震作用縱向地震作用天窗端壁吊車梁縱向水平荷載傳遞路線通過縱向排架山墻10單層廠房結(jié)構(gòu)布置單層廠房結(jié)構(gòu)布置平面布置柱網(wǎng)是承重柱的縱向和橫向定位軸線所形成的網(wǎng)格。柱距應(yīng)采用6米或6米的倍數(shù)；跨度在18米以下采用3米的倍數(shù)，在18米以上采用6米的倍數(shù)。1.柱網(wǎng)布置抗風(fēng)柱柱距：宜采用1.5米的倍

4、數(shù)112.變形縫設(shè)置伸縮縫橫向伸縮縫一般采用雙柱；縱向伸縮縫一般采用單柱。露天：70m 室內(nèi)或土中：100m沉降縫一般不設(shè)。下列情況之一設(shè)：相鄰部位高差很大； 相鄰跨吊車起重量懸殊；下臥土層有很大變化；各部分施工時間相差很長。抗震縫當(dāng)廠房平、立面布置復(fù)雜或結(jié)構(gòu)高度、剛度相差很大時設(shè)置。單層廠房結(jié)構(gòu)布置單層廠房結(jié)構(gòu)布置平面布置12支撐布置支撐布置支撐的作用（1）使廠房形成整體骨架，保證廠房的空間骨架；（2）傳遞水平荷載；（3）保證各構(gòu)件的穩(wěn)定性；（4）保證施工、安裝的穩(wěn)定和安全。13支撐的分類上弦橫向水平支撐支撐布置支撐布置屋蓋支撐下弦橫向水平支撐下弦縱向水平支撐 垂直支撐 縱向水平系桿 天窗架

5、支撐 天窗架水平支撐 天窗架垂直支撐柱間支撐上柱柱間支撐下柱柱間支撐14 作用：增強(qiáng)屋蓋整體剛度和上弦的側(cè) 向穩(wěn)定，將抗風(fēng)柱傳來的風(fēng)荷載傳給柱。屋蓋支撐屋蓋支撐上弦橫向水平支撐上弦橫向水平支撐位置：在廠房端部及溫度區(qū)段兩端的第一或第二柱間。 下弦橫向水平支撐下弦橫向水平支撐位置：溫度區(qū)段兩端?？v向水平支撐（下弦）縱向水平支撐（下弦）作用：增強(qiáng)排架間的協(xié)同工作能力。位置：伸縮縫區(qū)段兩端。作用：將下弦受到的縱向水平力傳至縱向柱頂。縱向水平支撐盡可能與橫向水平支撐連接成封閉水平支撐系統(tǒng)縱向水平支撐盡可能與橫向水平支撐連接成封閉水平支撐系統(tǒng)15位置：伸縮縫區(qū)段兩端。屋架垂直支撐屋架垂直支撐屋蓋支撐屋蓋

6、支撐作用：保證屋架的平面外穩(wěn)定和安裝時的結(jié)構(gòu)安全；將上弦平面內(nèi)的水平荷載傳遞到下弦平面內(nèi)。因此，垂直支撐宜與橫向水平支撐布置在同一柱間內(nèi)。水平系桿水平系桿上弦水平系桿：保證屋架上弦或屋面梁受壓翼緣的縱向穩(wěn)定下弦水平系桿：防止屋架下弦的側(cè)向顫動 柔性系桿：只能承受拉力的系桿 剛性系桿：既能承受拉力也能承受壓力的系桿（屋架端部柱頂處和屋架上弦屋脊節(jié)點(diǎn)處）作用：屋架上下弦的側(cè)向支承點(diǎn)。一般通長設(shè)置天窗架支撐天窗架支撐位置：天窗架兩端，一般與屋架上弦橫向水平支撐在同一柱間作用：保證天窗架上弦的側(cè)向穩(wěn)定，把天窗端壁上的水平風(fēng)荷 載傳遞 給屋架。 1617柱間支撐柱間支撐作用：保證廠房縱向排架的剛度和穩(wěn)定

7、；將 水平荷載傳至基礎(chǔ)。位置：橫向水平支撐設(shè)置的柱間，伸縮縫區(qū)段中央或臨近中央。 上部柱間支撐：承受山墻上的風(fēng)載并保證廠房上部的縱向剛度和穩(wěn)定； 下部柱間支撐：承受上部支撐傳來的力和吊車梁傳來的吊車縱向制動力， 并把它們傳到基礎(chǔ)。設(shè)置： P104 18圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置抗風(fēng)柱抗風(fēng)柱 v 作用：端墻受到的風(fēng)荷載：一部分(靠近縱向柱列的區(qū)格)直接傳到縱向柱列；另一部分則下端經(jīng)抗風(fēng)柱直接傳到基礎(chǔ)，上端通過屋蓋系統(tǒng)傳到縱向柱列。v 材料：磚壁柱、鋼筋混凝土柱v 連接：與基礎(chǔ)剛接，與下弦鉸接或同時與上、下弦鉸接。 v抗風(fēng)柱與屋架相連必須滿兩個條件：水平方向可靠連接垂直方向允許有一定的相對位移192

8、0圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置圈梁圈梁 作用：將墻體與排架柱、抗風(fēng)柱等箍在一起，以增強(qiáng)廠房的整體剛度， 防止由于地基不均勻沉降或較大振動荷載的不利影響。 連系梁連系梁 作用：連系縱向柱列，增強(qiáng)縱向剛度并傳遞風(fēng)荷載到縱向柱列； 承受其上部墻體的重量。過梁過梁 作用： 承受門窗洞口上的墻體重量。 基礎(chǔ)梁基礎(chǔ)梁 作用：承受圍護(hù)墻體的重量，并把它傳給柱下單獨(dú)基礎(chǔ)。 注意構(gòu)造，留100mm左右的間隙。21構(gòu)件選型與截面尺寸確定構(gòu)件選型與截面尺寸確定屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件 除基礎(chǔ)和柱需根據(jù)各自的情況設(shè)計計算外，其余選用標(biāo)準(zhǔn)圖集。v屋面板無檁體系：預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（1.5mX6m)有檁體系：預(yù)應(yīng)力混凝土

9、槽瓦、波形大瓦等小型屋面板v檁條：支承小型屋面板并將屋面荷載傳給屋架v屋架：主要承重構(gòu)件，對保證廠房的剛度起重要作用形式：屋面梁、兩鉸（或三鉸）拱屋架、桁架式屋架v天窗架：形成天窗以便采光和通風(fēng)，同時承受風(fēng)載v托架：支承中間屋架2223構(gòu)件選型與截面尺寸確定構(gòu)件選型與截面尺寸確定吊車梁吊車梁 直接承受吊車起重、運(yùn)行和制動時產(chǎn)生的各種往復(fù)移動荷載，同時還有傳遞廠房縱向荷載、保證廠房縱向剛度等作用24構(gòu)件選型與截面尺寸確定構(gòu)件選型與截面尺寸確定形式：單肢柱、雙肢柱。尺寸：截面承載力、截面剛度兩個條件決定柱700h1500600h1600800500hh大型小型25構(gòu)件選型與截面尺寸確定構(gòu)件選型與截

10、面尺寸確定基礎(chǔ)類型：尺寸：根據(jù)基底反力和地基承載力由計算確定。基礎(chǔ)高度和外形尺寸可根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定26排架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析排架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析縱向平面排架：空間計算模型：用于縱向抗震計算用來設(shè)計柱間支撐。一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，不需進(jìn)行縱向平面排架計算橫向平面排架橫向平面排架：排架柱的內(nèi)力 基礎(chǔ)的內(nèi)力柱的設(shè)計 基礎(chǔ)的設(shè)計內(nèi)容：確定計算簡圖、荷載計算、內(nèi)力分析和內(nèi)力組合。27排架結(jié)構(gòu)計算單元排架結(jié)構(gòu)計算單元計算單元的選取計算單元的選取范圍：由相鄰柱距的中線截出的一個典型區(qū)段，圖2.5.1。除吊車等移動荷載以外，計算單元就是排架的負(fù)荷范圍，或稱從屬面積。計算單元上的荷載由該單元內(nèi)的橫向排架承擔(dān)。 28計算假定計

11、算假定排架結(jié)構(gòu)的計算簡圖排架結(jié)構(gòu)的計算簡圖1.柱下端與基礎(chǔ)固接，固定端位于基礎(chǔ)頂面2.柱上端與屋架(或屋面梁)鉸接，只能傳遞軸力和水平剪力 3.橫梁為軸向剛度很大的剛性連桿 計算簡圖計算簡圖uH:牛腿頂面至柱頂lH:基礎(chǔ)頂面至牛腿頂面截面剛度取值柱的橫向定位軸線：邊柱外緣和墻內(nèi)緣相重合29排架結(jié)構(gòu)上的荷載排架結(jié)構(gòu)上的荷載1507501G3G1e4G0e3e5G2G2e1M1M2M2M恒載下計算簡圖1G1G432GGG432GGG恒載恒載332204012111eGeGeGeGMeGM30屋面活荷載屋面活荷載屋面活載雪荷載積灰荷載取較大值，按水平投影面積計算Q1 (位置同G1)排架結(jié)構(gòu)上的荷載排

12、架結(jié)構(gòu)上的荷載31排架結(jié)構(gòu)上的荷載排架結(jié)構(gòu)上的荷載風(fēng)荷載風(fēng)荷載 0wwzszk（1）柱以下墻面的水平風(fēng)荷載按均布荷載計算 （2）柱頂以上風(fēng)荷載可按作用于柱頂?shù)乃郊辛w計算。 水平集中力Fw：柱頂以上的高度內(nèi)墻體迎風(fēng)面、背風(fēng)面的風(fēng)荷載 屋面風(fēng)荷載的水平分力考慮左吹風(fēng)和右吹風(fēng)兩種情況 32排架結(jié)構(gòu)上的荷載排架結(jié)構(gòu)上的荷載吊車荷載吊車荷載豎向荷載橫向水平荷載縱向水平荷載minmaxDD、maxT0Tv最大輪壓與最小輪壓當(dāng)小車吊有額定起重量開到橋架某一極限位置時，在這一側(cè)產(chǎn)生的輪壓；與最大輪壓相對應(yīng)的另一側(cè)輪壓稱最小輪壓。K橋式吊車:輕級(A1A3)、中級(A4、A5)、重級(A6、A7)和特重

13、級(A8)四個載荷狀態(tài)。33v最大輪壓與最小輪壓最大輪壓 可從產(chǎn)品目錄中查得；最小輪壓 可由下式確定：maxFminFQgGFFnpp)(min,max,v吊車豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值minmaxDD 、iPiyFDmax,maxiPiyFDmin,min排架結(jié)構(gòu)上的荷載排架結(jié)構(gòu)上的荷載對下柱都是偏心壓力，應(yīng)換成軸心壓力和力矩 minmaxDD 、計算吊車豎向荷載時，單跨廠房，參與組合的吊車臺數(shù)不宜多于2臺；多跨廠房，參與組合的吊車臺數(shù)不宜多于4臺； 。34排架結(jié)構(gòu)上的荷載排架結(jié)構(gòu)上的荷載v吊車橫向水平荷載吊車橫向水平荷載（由小車吊有重物剎車時引起的慣性力產(chǎn)生）傳力過程：小車慣性力大車吊車梁排架柱作用位

14、置：吊車梁頂面作用方向：橫向橫向制動系數(shù)4/ )(gQTi每個輪子上的橫向水平制動力（四輪橋式吊車）：iiyTTmax同樣，利用影響線可以確定柱子受到的水平力計算吊車橫向水平荷載時，不論是單跨還是多跨，參與組合的吊車臺數(shù)不宜多于2臺。 。3536v吊車縱向水平荷載吊車縱向水平荷載10/max,0pnFT 按一側(cè)所有制動輪最大輪壓之和的10%確定：（由大車行駛中剎車引起的慣性力產(chǎn)生）作用位置：軌道頂面作用方向：縱向 無柱間支撐：由伸縮縫區(qū)段內(nèi)所有柱共同承擔(dān)，按各柱縱 向的抗側(cè)剛度分配。 有柱間支撐：由柱間支撐承擔(dān) 排架結(jié)構(gòu)上的荷載排架結(jié)構(gòu)上的荷載計算吊車縱向水平荷載時，不論是單跨還是多跨，參與組

15、合的吊車臺數(shù)不宜多于2臺。375M5MmaxMminM活載下計算簡圖155eFM4maxmaxeDMmaxTmaxTW1q2q4minmineDM排架結(jié)構(gòu)上的荷載排架結(jié)構(gòu)上的荷載38v排架內(nèi)力分析的目的： 求排架結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下柱各截面的彎矩和剪力，而只要求得排架柱頂剪力，問題就變?yōu)殪o定懸臂柱的內(nèi)力計算。v柱頂剪力的基本方法：力法:先求橫梁內(nèi)力，再求柱頂剪力剪力分配法：直接求柱頂剪力（只適合等高排架）排架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析排架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析39v單階一次超靜定柱在任意荷載作用下的柱頂反力0PRMEIHlP2)1 (22lEICH03等高排架內(nèi)力分析等高排架內(nèi)力分析PRHMCRM載常數(shù)形常數(shù)luuI

16、InHH/,/單階變截面柱的柱頂位移系數(shù)單階變截面柱的柱頂反力系數(shù)40v剪力分配法柱頂作用集中荷載FniiVF1由平衡條件：iiiV由物理?xiàng)l件：由幾何條件：i1可求得：FViinjiii1/1/1稱為柱i的剪力分配系數(shù)。等高排架內(nèi)力分析等高排架內(nèi)力分析當(dāng)排架結(jié)構(gòu)柱頂作用水平集中力時，各柱的剪力按抗剪剛度與抗剪剛度之和的比例關(guān)系進(jìn)行分配41v任意荷載作用等高排架內(nèi)力分析等高排架內(nèi)力分析在柱頂加上不動鉸支座，利用圖表求出內(nèi)力和支座反力；將支座反力反向作用于柱頂，按抗剪剛度分配，求出內(nèi)力；將上述兩種情況的內(nèi)力疊加。42排架結(jié)構(gòu)考慮整體空間作用的計算排架結(jié)構(gòu)考慮整體空間作用的計算acabcd排架與排架

17、、排架與山墻之間的相互制約作用，稱為廠房的整體空間作用。影響因素：屋蓋剛度、山墻剛度、山墻間距、荷載類型430.100RR排架結(jié)構(gòu)考慮整體空間作用的計算排架結(jié)構(gòu)考慮整體空間作用的計算空間作用分配系數(shù)考慮空間作用時，直接受荷排架的柱頂位移0按平面排架計算時的柱頂位移44在柱頂加上不動鉸支座，利用圖表求出內(nèi)力和支座反力；將支座反力乘上空間分配系數(shù)u，反向作用于柱頂，按抗剪剛度分配，求出內(nèi)力；將上述兩種情況的內(nèi)力疊加。排架結(jié)構(gòu)考慮整體空間作用的計算排架結(jié)構(gòu)考慮整體空間作用的計算考慮廠房的整體空間作用時，上柱內(nèi)力將增大，下柱內(nèi)力將減小45排架柱的內(nèi)力組合排架柱的內(nèi)力組合v柱的控制截面IIIIIIIII

18、IIIv荷載組合恒載活載上柱：上柱底面（II截面）下柱：牛腿面（IIII截面） 柱底面（IIIIII截面）46排架柱的內(nèi)力組合排架柱的內(nèi)力組合v內(nèi)力組合項(xiàng)目對控制載面考慮四種最不利內(nèi)力組合： + Mmax及相應(yīng)的N、V _Mmax及相應(yīng)的N、V Nmax及相應(yīng)的+ Mmax或_Mmax，V Nmin及相應(yīng)的+ Mmax或_Mmax，V大偏壓：大偏壓：M M相同，相同，N N越小配筋越多；越小配筋越多；小偏壓：小偏壓：M M相同，相同，N N越大配筋越多；越大配筋越多；N N相同，相同，M M越大配筋越多越大配筋越多N N相同，相同，M M越大配筋越多越大配筋越多uNuM鋼筋砼鋼筋砼NMNM曲線

19、曲線*47排架柱的內(nèi)力組合排架柱的內(nèi)力組合v注意事項(xiàng)每一項(xiàng)組合必須包括恒荷載產(chǎn)生的內(nèi)力；從荷載產(chǎn)生的角度來看“有T必有D，有D不一定有T” 從荷載組合角度“有Tmax必有Dmax（或Dmin）， 有Dmax（或Dmin）也要有Tmax”D，T，風(fēng)載都有左、右之分，組合時選取一種多臺吊車參與組合時，其內(nèi)力乘以荷載折減系數(shù)48柱的設(shè)計柱的設(shè)計配筋計算對稱配筋的偏心受壓構(gòu)件計算（彎矩平面內(nèi)）軸心受壓構(gòu)件驗(yàn)算（彎矩平面外）縱向受力鋼筋：箍筋：構(gòu)造配置構(gòu)造要求49牛腿的設(shè)計牛腿的設(shè)計主拉應(yīng)力跡線主壓應(yīng)力跡線0ha 0ha 長牛腿短牛腿v試驗(yàn)研究Fa0hh應(yīng)力分布牛腿上部主拉應(yīng)力跡線基本上與牛腿邊緣平行；牛腿下部主壓應(yīng)力跡線大致與ab連線平行；牛腿中、下部主拉應(yīng)力跡線是傾斜的。50v裂縫開展當(dāng)達(dá)到極限值的20-40%，出現(xiàn)垂直裂縫；在極限荷載的40-60%，