結構設計原理—單層廠房-4

1、鋼筋混凝土結構設計 單層工業(yè)廠房（4）袁廣林4 排架計算主要內容： 計算簡圖 荷載計算（重點：吊車荷載） 內力分析 不利內力組合 4 排架計算一. 計算簡圖4 排架計算 對于不考慮空間工作的平面排架，為簡化計算作如下假定：1. 柱與基礎為固接，柱與屋架（橫梁）為鉸接；2. 橫梁 ，忽略橫梁軸向變形，兩側移量相等。假定2適用于屋面梁或大多數(shù)下弦剛度較大的屋架。EI4 排架計算 對于組合式屋架或兩鉸、三鉸拱架則應考慮其軸向變形對排架內力和變形的影響。雙鉸拱4 排架計算混 凝 土鋼混 凝 土鋼組合屋架4 排架計算柱計算軸線： 上柱上截面形心線； 下柱下截面形心線； 柱總高H基礎頂面至柱頂距離 柱頂標

2、高基礎頂面標高（-0.50） 上柱高Hu =柱頂標高軌頂標高+軌道構造高度 吊車梁在支承處的梁高200mm4 排架計算柱尺寸：寬：上、下柱寬相同 b=400，500，600高：上柱：h=400，500，600； 下柱：h=600mm以上根據(jù)柱距，柱高，吊車重由有關參數(shù)估算。本書145頁。 4 排架計算4 排架計算二. 排架荷載計算 討論前，先提一下屋架、屋面梁對柱的力作用點。 屋架：上、下弦中心線交點； 屋面梁：墊板中心線。150屋面梁屋架4 排架計算恒載（1） 屋蓋自重F1，上柱自重F2；下柱自重F3，吊車梁軌道重F4，圍護結構傳來F5。4 排架計算1. 恒載（2）eee4 排架計算2. 屋

3、面活載 均布活載：不上人屋面0.5KN/m2，上人屋面2.0KN/ m2； 積灰荷載：由荷載規(guī)范查得；雪載：標準值 S。基本雪壓，荷載規(guī)范：0.30 KN/ m2； 屋面積雪分布系數(shù)，與屋面形式有關。 三種荷載不是簡單相加： 無積灰時： 取大值； 有積灰時：積灰+ 取大值（雪載最多取0.5 KN/ m2）。 r雪載均布荷載雪載均布荷載0SSr4 排架計算3. 吊車荷載 （1） 單層廠房的特殊荷載。 單層廠房中常用的吊車有：懸掛吊車，手動吊車，電動葫蘆，橋式吊車等。 根據(jù)吊車達到其額定值的頻繁程度以及運行速度，將吊車工作的荷載狀態(tài)分為A1-A3(輕級)、A4-A5(中級)、A6-A7(重級)和A

4、8(特重級)四種。 橋式吊車對排架的作用有豎向荷載和水平荷載。 4 排架計算3. 吊車荷載（2） （1）作用于排架上的吊車豎向荷載axG3,kaxG2,kG1,kkkkkkPGGGPmax, 3, 2, 1min,24 排架計算3. 吊車荷載（3）DBDAxDAAyiyiiP = 1DBBDB= = ，DA=1 ； lPxlxlx4 排架計算3. 吊車荷載（4）單位力作用于i時，支座A的反力為yi； P力作用于i時，支座A的反力為P yi；y2P1max,kBKy4y1y3P2max,kP2max,kP1max,kKB4 排架計算3. 吊車荷載（5）當廠房有多臺吊車時，荷載規(guī)范規(guī)定，在計算排架

5、上吊車的豎向荷載時：對一層吊車的單跨廠房：參與組合吊車數(shù)不多于2臺；對一層吊車的多跨廠房：參與組合吊車數(shù)不多于4臺。多臺吊車的荷載折減系數(shù)參與組合的吊車臺數(shù)吊車載荷狀態(tài)等級A1-A5A6-A820.90.9530.850.9040.80.854 排架計算3. 吊車荷載（6）（2）作用于排架上的吊車水平荷載吊車總的橫向水平荷載標準值： 式中橫向制動力系數(shù)，對于硬鉤吊車 =0.2； 對軟鉤： 當Q10t時， =0.12； Q=1550t時， =0.10； Q75t時， =0.08； Q吊車額定起重量。kkkiGGT, 3, 2,連接件Tmax4 排架計算3. 吊車荷載（7）一個吊車輪子傳遞的吊車橫

6、向水平荷載標準值： 吊車對排架產生的最大橫向水平荷載：因各輪所對應的Yi與吊車豎向荷載情況完全相同，則：kkkikGGTT, 3, 2,4141ikkikkyGGyTT, 3, 2max,41maxmax,maxDPTTkk4 排架計算3. 吊車荷載（8） 排架計算中考慮多臺吊車水平荷載時，對單跨或多跨廠房的每個排架，參與組合的吊車臺數(shù)不應多于2臺。 小車運行可左可右，柱所受水平制動力Tmax也可左可右，即Tmax可作用在兩個方向。 MmaxDmaxMminDminTmaxTmax4 排架計算4. 風荷載（1） 作用在建筑物表面上的風荷載標準值：式中 風荷載標準值，徐州0.35KN/m2； 風

7、荷載體型系數(shù)； 風壓高度變化系數(shù)。 為簡化計算： 柱頂以下風壓按均布荷載考慮，高度系數(shù)按柱頂標高取值 柱頂以上風壓按均布荷載考慮，對排架的作用則按作用在柱頂?shù)乃郊酗L荷載考慮 高度系數(shù)：無天窗按廠房檐口高； 有天窗按天窗檐口高取值。 0wwzsk0wsz4 排架計算4. 風荷載（2）風壓高度變化系數(shù)A類近海海面、海島、海 岸及沙漠地區(qū)；B類田野、鄉(xiāng)村、丘陵及 房屋比較稀疏的中小 城鎮(zhèn)和大城市郊區(qū)；C類有密集建筑群的大城 市市區(qū)。離地面或海平面高度（m）地面粗糙度類別ABC51.171.000.74101.381.000.74151.521.140.74201.631.250.84301.80

8、1.421.00401.921.561.13502.031.671.25602.121.771.35702.201.861.45802.271.951.54902.342.021.621002.402.091.701502.642.382.034503.123.123.124 排架計算4. 風荷載 （3）-風荷載體型系數(shù)s150300600-0.60+0.8-0.5s+0.8風 向-0.5+0.8風向- 0 . 5- 0 . 4- 0 . 4-0.4s4 排架計算4. 風荷載 （4） Fwq1+0.8-0.5q2風 向-0.6 15-0.5h2h1Fwq1q2w sin=whwhBwwBqqz

9、sQQkQ02020105 . 06 . 05 . 08 . 04 . 1BhwBhwBhwFzzzwBwhhz02114. 082. 14 排架計算三. 排架內力計算 排架結構可能遇到三種計算簡圖：（1）柱頂為不動鉸排架（荷載對稱、排架對稱） +4 排架計算（2）柱頂為可動鉸支排架（在風載及局部荷載作用下，圖a） （a） （b）（3）柱頂為彈性支撐鉸支排架（考慮空間作用，圖b） 4 排架計算1.上端鉸支，下段固定的變截面單桿豎向柱在任意荷載作用下的內力計算AR2HM2EcIEcIuHu M1圖基本結構AMp圖HuR2=1R2M2M2H4 排架計算2. 柱頂作用水平集中力的等高排架（剪力分配法

10、）（1）單階懸臂柱的位移與剛度 使懸臂柱頂產生單位水平位移所需在柱頂施加的水平力1/，稱為該柱的“抗剪剛度”。（高層叫 “ 側 移 剛度”）。EcIuEcIHHuxPH1HuP=114 排架計算2. 柱頂作用水平集中力的等高排架（剪力分配法）（2）柱頂作用水平集中力的等高排架 V212F211V1inini1Vin1Vn4 排架計算3. 任意荷載作用時的等高排架（1）（1）先在排架柱頂附加一個不動鉸支座以阻止水平側移，并求出附加鉸的支座反力R；（2）為恢復原來的實際狀況，撤除附加不動鉸支座，并將R反向作用于排架柱頂；（3）疊加兩種狀態(tài)。m a xTyTm a xR+R+q2q1AFWVA1B=

11、FWVB1+VB3VB2VA3VA2RR4 排架計算3. 任意荷載作用時的等高排架（2）（1）（2）（3）4 排架計算3. 任意荷載作用時的等高排架（3）M1Ge1M2GM1e2GIIu HuH4 排架計算例1. 某兩跨等高排架，承受風荷載如圖，求該排架在風荷載作用下的彎矩圖和柱底剪力(均指標準值)。 RFWRCRFW+RA+RC=+i(FW+RA+RC)q2q1 q1=1.68KN/m， q2=0.84KN/m，EI=( )109E4 排架計算=RA(FW+RA+RC)B(FW+RA+RC)Rc(FW+RA+RC)q29.1012.6IA2q1IB2IC23.50IA115FWIB1IC1作

12、業(yè)作業(yè)：某兩跨等高排架，承受風荷載如圖。已知：FW=15.0KN, q1=1.46KN/m， q2=1.0KN/m，A柱與C柱相同，IA1=IC1=1.8109mm4，IA2=IC2=8.5109mm4，IB1=3.9109mm4，IB2=8.5109mm4，EC都相同。上柱高均為3.5m，柱總高均為12.6m。求：用剪力分配法計算此排架在風荷載作用下的內力。4 排架計算4. 不等高排架內力分析方法力法（1）b1ABa1b2Cc24 排架計算4. 不等高排架內力分析方法力法（2）b1ABa1F11b2C2c224 排架計算4. 不等高排架內力分析方法力法（3）AA11F111a1C222cb2

13、2221bbBBBCC1bb11121b1212a 表示單位力在懸臂柱上所產生的水平位移。 水平位移位置， 力作用點位置， 柱的代號。符號規(guī)定為：自左向右移動的水平位移為正值，反之為負值 。xyiixy4 排架計算4. 不等高排架內力分析方法力法（4）c2b1ABa1M1M2b2C4 排架計算4. 不等高排架內力分析方法力法（5）b1ABa1M111M2b2C22c24 排架計算4. 不等高排架內力分析方法力法（6）21M2=122b21AAABBa11M1=1M1a11a12b1111b1bbb2BB11b1b1M22114 排架計算4. 不等高排架內力分析方法力法（7）2 1b1AABAM

14、1M1= 1a1 1a1 1b111 1 a12 1b C2c2 2b2 2b21BBBM2= 1b b1 21 11 b11M22CC24 排架計算四. 排架內力組合 1控制截面控制截面上柱：截面及配筋相同；下柱：截面及配筋相同。控制截面：上柱底截面I-I：對上柱，I-I的軸力和彎矩最大；下柱牛腿頂截面II-II：在吊車豎向荷載作用下彎矩值最大；下柱底截面III-III：在吊車橫向水平制動力和風載作用下彎矩最大。 II I II II I II II4 排架計算2荷載組合（荷載組合（1）對承載力極限狀態(tài)，規(guī)范規(guī)定：對一般框、排架，可采用簡化的組合規(guī)則，分別按可變荷載效應控制和永久荷載效應控制

15、的組合，取最不利的情況。（1）按可變荷載效應控制的組合： 恒載+任一種活荷載： 恒載+0.9（任意兩種或兩種以上活荷載）：k11kQQGGSSSniQikQGGSSS1ik9 . 04 排架計算（2）按永久荷載效應控制的組合： 可變荷載 的組合值系數(shù)，對風荷載取0.6，對雪荷載和其他可變荷載統(tǒng)一取0.7。ciiQk1kQiciniQiGGSSS4 排架計算2荷載組合（荷載組合（2）對不考慮抗震設防的單層工業(yè)廠房排架，可能出現(xiàn)以下荷載組合情況：（1）恒荷載+0.9（屋面活載+風載+吊車荷載）（2）恒荷載+0.9（風載+吊車荷載）（3）恒荷載+ 0.9（屋面活載+吊車荷載）（4）恒荷載+0.9（屋

16、面活載+風載）（5）恒荷載+風載（6）恒荷載+吊車荷載（7）恒荷載+屋面活載 4 排架計算3內力組合內力組合 控制截面的內力種類有軸向力N、彎矩M和水平剪力V。對同一截面，不同荷載產生不同的彎矩、軸力和剪力，矩形、工形截面柱考慮四種內力組合：(1) 及相應的N、V；(2) 及相應的N、V；(3) 及相應的M、V；(4) 及相應的M、V。maxMminMmaxNminN4 排架計算 在進行內力組合時應注意： （1） 恒載必須組合；（2）每次組合以一種內力為目標來決定荷載項的取舍；（3）當取 或 為組合目標時，應使相應的M的絕對值盡可能的大，因此對N=0的風載也應組合；（4） 在A柱和 在A柱只選

17、一種，有D不一定有T；有 必有 ， 可左可右，選擇一種； maxNminNmaxDminDmaxTmaxDmaxT4 排架計算 （5）左風載和右風載只能選一種； （6）對于有多臺吊車廠房，荷規(guī)規(guī)定：吊車豎直荷載：對一層吊車的單跨廠房只考慮組合兩臺； 多跨廠房只考慮組合四臺。吊車橫向水平荷載：無論單跨、多跨只組合兩臺。 4 排架計算 多臺吊車的荷載折減系數(shù) 參與組合的吊車臺數(shù)吊車載荷狀態(tài)等級輕級和中級（A1-A5）重級和特重級（A6-A8）20.900.9530.850.9040.800.854 排架計算五. 排架結構的整體空間作用實際上，所有廠房都是空間結構，當某一局部受到荷載作用時，整個廠房

18、結構中的所有構件，都將受到影響，產生相應的內力和位移。將廠房由實際上的空間結構抽象成平面排架結構進行計算，與實際情況并不相符。4 排架計算1排架結構整體空間工作的基本概念（1） FFFFFFF縱向聯(lián)系構件ubua縱向聯(lián)系構件FFFFFFF （a） （b） abuu 4 排架計算1排架結構整體空間工作的基本概念（2） （c） （d） 縱向聯(lián)系構件FudF縱向聯(lián)系構件uc排架與排架、排架與山墻之間相互關聯(lián)的整體作用稱為廠房的整體空間作用。 cduu 4 排架計算1排架結構整體空間工作的基本概念（3） 產生單層廠房整體空間作用的條件有兩個：（1）各橫向排架（山墻可理解為廣義的橫向排架）之間必須有縱向構件將它們聯(lián)系起來，（2）各