建筑結(jié)構(gòu)模塊9課件--鋼筋砼單層廠房計(jì)算能力訓(xùn)練

1、課題課題1 1 單層廠房的計(jì)算簡(jiǎn)圖與荷載計(jì)算課題課題2 2 單層廠房的排架內(nèi)力計(jì)算課題課題3 3 牛腿柱及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模塊小結(jié)模塊小結(jié)習(xí)習(xí) 題題能力訓(xùn)練項(xiàng)目能力訓(xùn)練項(xiàng)目模塊模塊8 8 鋼筋砼單層廠房計(jì)算鋼筋砼單層廠房計(jì)算能力訓(xùn)練能力訓(xùn)練【教學(xué)目標(biāo)】【教學(xué)目標(biāo)】 能力目標(biāo)：能力目標(biāo)：能夠熟練的畫出結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖并能夠進(jìn)行荷載的計(jì)算；能夠進(jìn)行等高排架的內(nèi)力計(jì)算；了解柱截面形式及選擇；掌握牛腿及基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。知識(shí)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：了解排架結(jié)構(gòu)的組成，掌握結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖和荷載計(jì)算；熟悉等高排架的內(nèi)力計(jì)算；了解柱截面形式及選擇、牛腿及基礎(chǔ)的設(shè)計(jì) 。態(tài)度養(yǎng)成目標(biāo)：態(tài)度養(yǎng)成目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓?/p>

2、作作風(fēng) 。課題課題1 1 單層廠房的計(jì)算簡(jiǎn)圖與荷載計(jì)算課題課題2 2 單層廠房的排架內(nèi)力計(jì)算課題課題3 3 牛腿柱及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模塊小結(jié)模塊小結(jié)習(xí)習(xí) 題題能力訓(xùn)練項(xiàng)目能力訓(xùn)練項(xiàng)目模塊模塊9 9 鋼筋砼單層廠房計(jì)算鋼筋砼單層廠房計(jì)算能力訓(xùn)練能力訓(xùn)練【教學(xué)要求】【教學(xué)要求】課題課題1 1 單層廠房的計(jì)算簡(jiǎn)圖與荷載計(jì)算單層廠房的計(jì)算簡(jiǎn)圖與荷載計(jì)算一、單層廠房的結(jié)構(gòu)組成一、單層廠房的結(jié)構(gòu)組成 單廠按主要承重構(gòu)件類型分單廠按主要承重構(gòu)件類型分排架結(jié)構(gòu)排架結(jié)構(gòu)和和剛架結(jié)構(gòu)，剛架結(jié)構(gòu)，常用常用排架結(jié)構(gòu)。排架結(jié)構(gòu)。定義：主要承重構(gòu)件由定義：主要承重構(gòu)件由屋架（或屋面梁）、屋架（或屋面梁）、 柱和基礎(chǔ)柱和基礎(chǔ)組成。

3、且組成。且 屋架與柱頂為鉸接的結(jié)構(gòu)叫屋架與柱頂為鉸接的結(jié)構(gòu)叫排架結(jié)構(gòu)排架結(jié)構(gòu)。常見類型：常見類型：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）柱間支撐一、單層廠房的結(jié)構(gòu)組成一、單層廠房的結(jié)構(gòu)組成單層鋼筋混凝土廠房的組成單層鋼筋混凝土廠房的組成 屋蓋結(jié)構(gòu)分為有檁體系和無檁體系兩種。 有檁屋蓋由小型屋面板或槽板（瓦）、檁條或屋架或屋面梁、屋蓋支撐系統(tǒng)組成。其整體剛度較差，只適用于一般中、小型的廠房。 無檁屋蓋由大型屋面板、屋架和屋蓋支撐系統(tǒng)組成，其整體剛度較大，適用于各

4、種類型的廠房。 為了保證采光的需要，屋蓋結(jié)構(gòu)中還設(shè)置天窗等及其支撐系統(tǒng)。 屋蓋結(jié)構(gòu) 2.橫向排架或橫向剛架 鋼筋混凝土單層廠房的橫向承重結(jié)構(gòu)，通常有排架和剛架兩種形式見下圖 。 排架結(jié)構(gòu)的形式 剛架結(jié)構(gòu)的形式 3.縱向排架縱向排架縱向排架由縱向柱列、連系梁、吊車梁和柱間支撐組成 ，見下圖。4.吊車梁吊車梁5.支撐系統(tǒng)支撐系統(tǒng)吊車梁簡(jiǎn)支在牛腿上，主要承受吊車的豎向和橫向荷載或縱向水平荷載, 支撐包括屋蓋支撐和柱間支撐。 6.托架托架 7.7.連系梁及抗風(fēng)柱連系梁及抗風(fēng)柱 8.8.基礎(chǔ)基礎(chǔ)二、單層廠房排架計(jì)算二、單層廠房排架計(jì)算橫向排架的荷載 單層廠房排架分為：橫向排架和縱向排架 橫向排架承擔(dān)廠房

5、的主要荷載，包括：屋蓋荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、水平和豎向地震作用，以及縱橫墻的自重等。 縱向排架主要承擔(dān)縱向的水平荷載，如由山墻傳來的縱向水平風(fēng)力，吊車剎車產(chǎn)生的縱向水平力，以及縱向水平地震作用。 單層廠房的受力特點(diǎn)單層廠房的受力特點(diǎn)2.排架計(jì)算簡(jiǎn)圖排架計(jì)算簡(jiǎn)圖（1）計(jì)算單元的選取橫向平面排架計(jì)算單元示意圖 柱距相等時(shí)，可以從任意兩個(gè)相鄰的柱距中線截出一個(gè)典型區(qū)段，作為稱該排架的計(jì)算單元 。（2）計(jì)算基本假定柱上端與屋架(屋面梁)鉸結(jié)，下端固接于基礎(chǔ)頂面。假定屋架或屋面梁剛度無限大。單跨排架計(jì)算簡(jiǎn)圖（3）計(jì)算簡(jiǎn)圖uEIABlEIuEIlEIuHHAB計(jì)算單元計(jì)算單元123453、排架荷載計(jì)算

6、1）屋蓋恒荷載P1 屋蓋恒荷載，包括各構(gòu)造層重、屋面板、天溝板、屋架、天窗架及其支撐重等 。 屋蓋自重作用下的排架計(jì)算簡(jiǎn)圖如右圖所示 。排架受荷示意圖 2）恒荷載P2、P3、P4和P5 (1) P2 上柱自重。沿上柱中心線作用。按上柱截面尺寸和柱高計(jì)算。 (2) P3 吊車梁及軌道等零件自重?？砂吹踯嚵杭败壍肋B接構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)圖采用。 (3) P4 下柱自重。沿下柱中心線作用。按下柱截面尺寸和柱高計(jì)算。 (4) P5 由柱牛腿上的承墻梁傳來的圍護(hù)結(jié)構(gòu)自重。根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定的材料重度計(jì)算。 3）屋面活荷載Q1 屋面活荷載，包括屋面均布活荷載、雪荷載和積灰荷載三種，均按屋面的水

7、平投影面積計(jì)算。 排架計(jì)算時(shí)，屋面均布活載不與雪荷載同時(shí)考慮，兩者中僅取較大值；同樣積灰荷載只應(yīng)與雪荷載或者與屋面均布活載同時(shí)考慮，而選其較大者。屋面均布荷載根據(jù)不上人屋面和上人屋面分別選為0.7kNm2和1.5kNm2 工業(yè)廠房中一般采用橋式吊車，橋式吊車按照使用的頻繁程度分為輕級(jí)(A1-A3)、中級(jí)(A4、A5)、重級(jí)(A6、A7)和特重級(jí)(A8)四個(gè)載荷狀態(tài)。4）吊車荷載）吊車荷載(1)吊車垂直荷載Dmax 、Dmin 橋式吊車的受荷情況 Pmin=maxg2GQP maxk maxcmaxyiQQDDP ，mink mincminyiQQDDP ，吊車梁支座反力影響線 (2)吊車水平荷

8、載Tmax 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 對(duì)于四輪吊車，當(dāng)它滿載運(yùn)行時(shí)，每個(gè)輪子產(chǎn)生的橫向水平制動(dòng)力的標(biāo)準(zhǔn)值T可按下式計(jì)算 g4T （Q+ ）maxT特別提醒：特別提醒： 不論單跨和多跨廠房，在計(jì)算橫向水平荷載時(shí)，一個(gè)排架上最多只能考慮不論單跨和多跨廠房，在計(jì)算橫向水平荷載時(shí)，一個(gè)排架上最多只能考慮兩臺(tái)吊車。兩臺(tái)吊車。 當(dāng)?shù)踯?大車)沿廠房縱向運(yùn)行突然剎車時(shí)，吊車自重及吊重的慣性將引起吊車縱向制動(dòng)力，并由吊車一側(cè)的所有制動(dòng)輪傳至軌道，最后通過吊車梁傳給縱向柱列或柱間支撐。每臺(tái)吊車縱向制動(dòng)力T0的設(shè)計(jì)值計(jì)算式:a)每臺(tái)吊車縱向制動(dòng)力T0作用位置 b)T

9、0計(jì)算簡(jiǎn)圖作用于縱向排架的吊車水平荷載max0nPmm10QQTT5.風(fēng)荷載 排架上風(fēng)荷載作用圖排架上風(fēng)荷載作用圖 排架計(jì)算時(shí)，作用于柱頂以下墻面的風(fēng)荷載按均布荷載考慮，迎風(fēng)面為q1，背風(fēng)面為q2，其風(fēng)壓高度變化系數(shù)可按柱頂標(biāo)高取值； 柱頂以上的風(fēng)荷載仍取為均布荷載考慮，但對(duì)排架的作用可簡(jiǎn)化為作用在柱頂?shù)募泻奢dW，其風(fēng)壓高度變化系數(shù)為：有矩形天窗時(shí)，按天窗檐口取值；無矩形天窗時(shí)，按廠房檐口標(biāo)高取值或柱頂標(biāo)高取值。風(fēng)荷載是可以變向的，故應(yīng)考慮左、右兩向受風(fēng)情況。課題課題2 2 單層廠房的排架內(nèi)力計(jì)算單層廠房的排架內(nèi)力計(jì)算一、用剪力分配法計(jì)算等高排架一、用剪力分配法計(jì)算等高排架柱頂水平位移相等的

10、排架稱為等高排架。 等高排架有柱頂標(biāo)高相同和柱頂標(biāo)高不相同而柱頂由傾斜橫梁貫通相連兩種情形 等高排架a）柱頂、柱底標(biāo)高都相同 b）柱頂標(biāo)高都相同但柱底標(biāo)高不相同c）柱頂標(biāo)高不同、柱底標(biāo)高相同(1)等高排架在柱頂集中力作用下的內(nèi)力分析等高排架在柱頂集中力作用下的內(nèi)力分析1VF1uiunuiVnVniiVF1由平衡條件：由平衡條件：iiiuDV由物理?xiàng)l件：由物理?xiàng)l件：由幾何條件：由幾何條件：niuuu1可求得：可求得：FViinjjinjjiiuuDD11/1/1稱為柱稱為柱i i的剪力分配系數(shù)。的剪力分配系數(shù)。5M5MmaxMminMmaxTW1q2q5M5MmaxMminMmaxTW1q2qR

11、在柱頂加上不動(dòng)鉸支座，利用圖表求出內(nèi)力和支座反力；在柱頂加上不動(dòng)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，求出內(nèi)力；將支座反力反向作用于柱頂，求出內(nèi)力；將上述兩種情況的內(nèi)力疊加。將上述兩種情況的內(nèi)力疊加。(2)等高排架任意荷載作用下的內(nèi)力分析等高排架任意荷載作用下的內(nèi)力分析二、排架的荷載組合和內(nèi)力組合二、排架的荷載組合和內(nèi)力組合 (1)控制截面 IIIIIIIIIIII 構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)一般選取若干個(gè)可靠度較低因而對(duì)整個(gè)構(gòu)件起控制作用的截面進(jìn)行設(shè)計(jì)，這些截面稱為控制截面。上柱：上柱：上柱底截面M、N一般比上柱其他截面 大，如圖I-I截面。下柱：下柱：在吊車豎向荷載作用下，牛腿面處

12、-截面M最大，在風(fēng)荷載或吊車橫向水平力作用下，柱底截面-的M最大，同時(shí)-截面內(nèi)力M、V、N也是設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的依據(jù)。故下柱常取-、-作為控制截面。柱的控制截面 （2）荷載組合 在恒載、屋面活載、吊車荷載和風(fēng)荷載作用下的排架結(jié)構(gòu)，對(duì)于每一個(gè)控制截面上的不利內(nèi)力，可能出現(xiàn)以下八種荷載組合情況： 恒載+0.85(屋面活載+風(fēng)荷載+吊車荷載)。 恒載+0.85(風(fēng)荷載+吊車荷載)。 恒載+0.85(屋面活載+風(fēng)荷載)。 恒載+1.0(屋面活載+吊車荷載)。 恒載+吊車荷載。 恒載+風(fēng)荷載。 恒載+屋面活載。 恒載。 以上8種荷載組合中，內(nèi)力不利組合由情況(4)、(5)、(6)控制較少，由 (1)、(2)、(

13、3)控制較多，上柱有時(shí)由情況(3)控制。當(dāng)風(fēng)荷載較小，吊車噸位較大時(shí)，可能由(4)、(5)控制；當(dāng)風(fēng)荷載較大，吊車噸位較小，以及有高天窗時(shí)，可能由情況(6)控制。 （3）內(nèi)力組合 通常選擇以下幾種組合： 1)+Mmax及相應(yīng)N、V。 2)-Mmax及相應(yīng)N、V。 3) Nmax及相應(yīng)M、V。 4) Nmin及相應(yīng)M、V。內(nèi)力組合有如下特點(diǎn)：內(nèi)力組合有如下特點(diǎn)： 1)組合中的第一個(gè)內(nèi)力為主要內(nèi)力，應(yīng)使其絕對(duì)值為最大。 2)任一組合中都必須包括由恒荷載引起的內(nèi)力。 3)Dmax；作用在A柱與Dmax作用在B柱兩種情況不能同時(shí)出現(xiàn)，只能選擇其中一種情況參加組合。 4)Tmax。的作用必須與Dmax。

14、的作用同時(shí)考慮，因?yàn)橛蠺max；必有Dmax，Tmax。向左或向右視需要擇一參加組合。 5)風(fēng)荷載可能從左方向或右方向作用于廠房。 6)屋面活荷載按最不利原則考慮。 7)組合Nmin。時(shí)，對(duì)于N=0的風(fēng)荷載也應(yīng)考慮組合。課題課題3 3 牛腿柱及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)牛腿柱及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一、單層廠房柱設(shè)計(jì)一、單層廠房柱設(shè)計(jì) 1、柱截面配筋計(jì)算 1)使用階段計(jì)算要點(diǎn) 內(nèi)力組合的選用 截面尺寸 材料混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20、C30和C40，對(duì)于柱以采用較高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土為宜。2)施工階段驗(yàn)算要點(diǎn)2.牛腿設(shè)計(jì)牛腿的類型當(dāng)C1h，短牛腿；當(dāng)C1 h，長(zhǎng)牛腿 （1)牛腿截面尺寸的確定 牛腿的破壞類型有剪切破壞、斜壓破壞和彎

15、壓破壞和局部承壓破壞 剪切破壞剪切破壞1 . 0/0ha斜壓破壞斜壓破壞75. 01 . 0/0ha彎壓破壞彎壓破壞75. 0/0haF局部承壓破壞局部承壓破壞 為了防止上述各種破壞，牛腿應(yīng)有足夠大小的截面和配置足夠的鋼筋，并滿足構(gòu)造要求。 先確定牛腿的截面尺寸，通常牛腿與柱同寬，其高度由牛腿斜截面的裂縫控制要求決定。 為使牛腿在正常使用階段不開裂，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先假定牛腿高度，然后根據(jù)下式驗(yàn)算。tk0hkvk1vk0f bhFFcF0.5+h （1-0.5）（2)牛腿的配筋計(jì)算與構(gòu)造 牛腿計(jì)算簡(jiǎn)圖101.20.85vhsyyFcFAf hf計(jì)算公式計(jì)算公式牛腿縱向受力鋼筋的總面積除按上式

16、計(jì)算配筋外，尚應(yīng)滿足下列構(gòu)造要求：牛腿縱向受力鋼筋的總面積除按上式計(jì)算配筋外，尚應(yīng)滿足下列構(gòu)造要求： 縱向受力鋼筋宜采用熱軋帶肋鋼筋，并有足夠的鋼筋抗拉強(qiáng)度充分利用時(shí)的錨固長(zhǎng)度。 其配筋率不應(yīng)小于0.2，也不宜大于0.6，且根數(shù)不應(yīng)少于四根，直徑不應(yīng)小于12mm(見下圖)，縱向受力鋼筋不得下彎兼作彎起鋼筋用。 當(dāng)牛腿的剪跨比10h00.3時(shí)，應(yīng)設(shè)置彎起鋼筋。彎起鋼筋也宜采用熱軋帶肋鋼筋，并應(yīng)配置在牛腿上部z6至z2之間的范圍內(nèi)(見下圖)，其截面面積不應(yīng)小于縱向受拉鋼筋A(yù)0的23，且不應(yīng)小于0.015bh0，其根數(shù)不應(yīng)少于3根，直徑不應(yīng)小于12mm。 （3)局部承壓驗(yàn)算 牛腿的受壓面在豎向力值F

17、vs作用下，其局部受壓應(yīng)力不應(yīng)超過0.75fc，否則應(yīng)采取必要措施，如加大承壓面積，提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)或在牛腿中加配鋼筋網(wǎng)等。 二、柱下單獨(dú)基礎(chǔ)二、柱下單獨(dú)基礎(chǔ) 柱下單獨(dú)基礎(chǔ)按受力性能可分為軸心受壓基礎(chǔ)和偏心受壓基礎(chǔ)；按施工方法可分為預(yù)制柱下基礎(chǔ)和現(xiàn)澆柱下基礎(chǔ)。 單層廠房中最常用的柱基礎(chǔ)是預(yù)制柱下杯形基礎(chǔ)，當(dāng)杯口灌縫后其受力性能和現(xiàn)澆柱下基礎(chǔ)完全一樣。 以下僅介紹基礎(chǔ)的構(gòu)造要求： 混凝土強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度等級(jí) 通常采用C20。3.基底受力鋼筋基底受力鋼筋2.2.鋼筋保護(hù)層鋼筋保護(hù)層 當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)于比較干燥且土質(zhì)好的土層上時(shí)，無墊層，基礎(chǔ)鋼筋的保護(hù)層厚度不小于70mm；當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)于濕、軟土層上時(shí)，應(yīng)設(shè)

18、置厚度不小于100mm的素混凝土墊層，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)常用C10，此時(shí)受力鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)不小于35mm。 受力筋一般采用HPB235級(jí)或HRB335級(jí)鋼筋，其直徑不宜小于8mm，間距不宜大于200mm，但也不宜小于100mm。當(dāng)基礎(chǔ)底面尺寸大于或等于3m時(shí)，為節(jié)約鋼材，受力鋼筋的長(zhǎng)度可縮短10 4.現(xiàn)澆柱下基礎(chǔ)的插筋和箍筋現(xiàn)澆柱下基礎(chǔ)的插筋和箍筋現(xiàn)澆柱下單獨(dú)基礎(chǔ)的構(gòu)造要求 （a） 配置插筋的單獨(dú)基礎(chǔ)構(gòu)造 （b）配置與柱中四角相連插筋的單獨(dú)基礎(chǔ)構(gòu)造5預(yù)制柱下基礎(chǔ)的杯壁加強(qiáng)鋼筋預(yù)制柱下基礎(chǔ)的杯壁加強(qiáng)鋼筋 當(dāng)柱為軸心受壓或小偏心受壓，且t/h10.65時(shí)或?yàn)榇笃氖軌?，且t/h10.75時(shí)

19、，杯壁內(nèi)一般可不設(shè)加強(qiáng)鋼筋； 當(dāng)柱為軸心受壓或小偏心受壓，且0.5t/h10.65時(shí)，杯壁內(nèi)可按右圖和建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定設(shè)置加強(qiáng)鋼筋。 其他情況下應(yīng)按計(jì)算配筋。上述符號(hào)t為杯壁厚度，h1為杯壁高度如右圖。 對(duì)于雙杯口基礎(chǔ)(如伸縮縫處的基礎(chǔ))，當(dāng)兩個(gè)杯口之間的寬度400mm時(shí)，該處宜按y右圖的要求配筋。杯壁內(nèi)加強(qiáng)鋼筋構(gòu)造要求1-焊接網(wǎng)或箍 2-焊接網(wǎng) 3-箍模塊小結(jié)模塊小結(jié) 1.1.單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)形式有兩種：?jiǎn)螌庸I(yè)廠房的結(jié)構(gòu)形式有兩種： 排架結(jié)構(gòu)和鋼架結(jié)構(gòu)。其中，排架結(jié)構(gòu)應(yīng)用比較普遍。排架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是注定與梁鉸接，柱底與基礎(chǔ)剛接。2、單層工業(yè)廠房有單層工業(yè)廠房有屋蓋支結(jié)構(gòu)、吊車梁、柱、支撐、基礎(chǔ)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)等構(gòu)構(gòu)成。成。3 3、單層工業(yè)廠房排架計(jì)算的步驟、單層工業(yè)廠房排架計(jì)算的步驟：（1）確定計(jì)算單元及排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖；（2）計(jì)算排架上各種荷載；（3）分別計(jì)算排架單獨(dú)作用下的排架內(nèi)力：（4）確定控制截面，并考慮可能同時(shí)出現(xiàn)的荷載，對(duì)每一個(gè)控制截面進(jìn)行內(nèi)力組合，確定最不利內(nèi)力，作為柱及基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)依據(jù)。4 4、單層工業(yè)廠房排架柱設(shè)計(jì)的步驟是：、單層工業(yè)廠房排架柱設(shè)計(jì)的步驟是：（1）確定柱的形式及截面尺寸；（2