钢筋混凝土设计之五.ppt

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1、1,第二部分 钢筋混凝土单层厂房,单层厂房结构的结构形式、结构组成和结构布置单层厂房排架计算单层厂房柱柱下单独基础单层厂房屋架结构吊车梁,2,第二节 单层厂房排架计算,计算简图 排架荷载的计算 排架内力计算 排架内力组合 厂房排架考虑整体空间作用的计算 排架计算中的两个问题排架的横向水平位移的验算,3,单层厂房结构属空间骨架结构，又可分为,1、计算简图,横向排架结构,纵向排架结构,4,纵向平面排架结构 由纵向柱列（含基础）、吊车梁、柱间连系梁和柱间支撑组成。保证厂房结构的纵向稳定性和刚度。承受风载、吊车纵向水平荷载、地震作用。厂房纵向长度大、柱子多、且和吊车梁、连系梁多道联系，排架刚度好，每根

2、柱子分担内力小，一般不作内力分析，仅需采用构造措施（设柱间支撑）。,5,横向平面排架结构（基本承重结构）由横向平面内柱子、横梁（屋架）和基础组成。将竖向荷载及横向水平荷载传递至基础。承受厂房的主要荷载、屋面荷载、墙体自重、吊车荷载、风载、地震作用。横向排架结构必须进行内力分析和内力组合。,6,计算单元 取典型区段为计算单元，计算单元上荷载由该单元内横向排架承担，但吊车荷载需另外考虑。,7,计算简图假定：柱下端固接于基础顶面 柱上端与屋架（或屋面梁）铰接 排架横梁为无轴向变形的刚杆,8,第二节 单层厂房排架计算,计算简图 排架荷载的计算 排架内力计算 排架内力组合 厂房排架考虑整体空间作用的计算

3、 排架计算中的两个问题排架的横向水平位移的验算,9,排架上荷载有恒载和活载恒载 屋盖自重G1 上、下柱自重G2、G3 吊车梁及轨道等零件自重G4 支承于牛腿上的围护结构等活载 屋面活荷载Q1 吊车竖向荷载Dmax 吊车横向水平荷载Tmax 均布风载q及集中风载Fw,2、排架荷载的计算,10,恒载（永久荷载）屋盖自重G1 含屋面板、屋架（或屋面梁）、天窗架、托架与支撑等自重。将G1换算成轴向力 和力矩 对上柱是轴压，对下柱是偏压 对下柱可换算 和,150,11,上柱自重G2 G2对下柱有偏心矩e2 G2对下柱偏心力引起下柱自重G3（含牛腿自重）作用于下柱底，与下柱中心线重合排架分析可不必考虑,1

4、2,吊车梁及轨道等处自重G4 G4作用线和吊车梁轨道中心线重合 G4对下柱偏心e4,13,当G1G4联合作用时，排架内力分析的计算简图如右图。图中,14,屋面活载Q1 屋面均布活载、雪荷载和积灰荷载以集中力形式，通过屋架支点作用于柱顶。屋面均布活载、雪荷载和积灰荷载（按水平投影面考虑），其值按荷载规范采用。荷载组合 积灰荷载+屋面均布活载和雪载中的较大值。屋面均布活载和雪载不同时考虑。,15,吊车荷载,16,吊车荷载 按吊车在使用期内要求的总工作循环次数和吊车荷载达到其额定值的频繁程度分为8个工作级别，作为吊车设计的依据。桥式吊车在排架上产生的荷载有竖向荷载Dmax(或Dmin)横向水平荷载T

5、max纵向水平荷载T0,17,吊车竖向荷载Dmax(或Dmix)桥式吊车由大车（桥梁）和小车组成。最大、最小轮压标准值Pmax、Pmin同时出现。吊车运行时，通过吊车梁传给柱的竖向荷载位置变化，应确定最不利位置。,18,Pmax可由吊车型号、规格查产品目录或有关标准得到。对四轮吊车QG：吊车（含大、小车）总重量标准值（t）Q：吊车额定最大起重量（t）G：重力加速度（10m/s2）,19,吊车竖向荷载Dmax(或Dmix)的计算 利用影响线原理 最大竖向荷载 最小竖向荷载,Dmax和Dmin同时出现，通过吊车梁作用在柱子牛腿顶面，对下柱中心线偏心矩为e4，则对下柱偏心弯矩为,20,吊车竖向荷载D

6、max(或Dmix)的组合 多台吊车的竖向荷载对一层吊车的单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于两台。,多台吊车的竖向荷载对一层吊车的多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于四台。,21,吊车横向水平荷载Tmax 小车有起重量Q时突然刹车引起水平惯性力。惯性力小车制动轮与轨 道间的摩擦力 大车 轨道顶 吊车梁 吊车梁与柱 连接钢板 柱子（作用在吊车梁顶面）,22,重量为Q1的小车制动时，摩擦力按制动轮（考虑为二个）的正应力(Q+Q1)/2与摩擦系数的乘积决定，表示为：横向水平荷载系数（或小车制动力系数）对软钩吊车 当额定起重量不大于10t时，当额定起重量为1650t时，当额定起重

7、量不小于75t时，对硬钩吊车，,23,小车制动力由支承吊车两边相应的承重结构共同承担。本应按两侧柱子刚度大小分配，为简化计算，近似地平均分配给两边柱子。满载下，每一轮子上产生的横向水平制动力的标准值T为 计算吊车横向水平荷载时，无论单跨或多跨，最多只考虑两台吊车同时刹车。,24,按与吊车竖向荷载相同途径（影响线）来确定吊车横向水平荷载标准值Tmax。或 吊车横向水平荷载的作用方向可能向右，也可向左。,25,吊车纵向水平荷载T0 吊车沿纵向突然刹车，吊车自重及吊重的惯性引起吊车的纵向制动力。由制动轮轨道吊车梁纵向柱列（或柱间支撑）n：吊车每侧的制动轮数，一般四轮吊车取n=2 计算T0时，不论单跨

8、或多跨，只考虑两台吊车同时刹车。无柱间支撑时，由伸缩区段内各柱共同承担，按抗侧移刚度分配给各柱。有柱间支撑时，全部由柱间支撑承担。,26,风荷载 由计算单元的墙面和屋面传来，方向垂直于建筑物表面，有压、吸力两种。风载标准值：基本风压值（kN/m2）：风压高度变化系数（和地面粗糙度有关）：风荷载体型系数：风振系数 以上各系数参考荷载规范或本教材第三章,27,第二节 单层厂房排架计算,计算简图 排架荷载的计算 排架内力计算 排架内力组合 厂房排架考虑整体空间作用的计算 排架计算中的两个问题排架的横向水平位移的验算,28,有不考虑和考虑厂房整体空间作用两种方法。多采用力法，对等高排架，剪力分配法较简

9、便。等高排架,3、排架内力计算,各柱柱顶标高相同，柱顶水平位移相等。,或柱顶标高不同，但用倾斜横梁相连。,29,用剪力分配法计算等高排架 由结构力学可知、单位力作用下，柱顶水平位移 可由图表查得。,30,要使柱顶产生单位水平位移，则需在柱顶加 水平力。反映了柱抵抗侧移的能力，称为柱的抗剪刚度。要在柱顶产生u水平位移，则需力,31,剪力分配法：排架柱顶作用水平集中力F时 由，得 横梁为刚连杆，设排架有n根柱，每一柱i的抗剪刚度其分担柱顶剪力,32,剪力分配系数为自身抗剪刚度与各柱抗剪刚度和之比,33,排架柱上作用有任意荷载时 无法直接采用剪力分配法，但可分为二个步骤来计算。,34,步骤一,先在排

10、架柱顶人为加上一不动铰支座阻止水平侧移，计算此支座的反力R，并计算此条件下内力。,将此人为支座反力R反向作用于柱顶（恢复原来实际情况），计算此条件下内力。,步骤二,叠加上述二个步骤中内力，可得排架实际内力。,35,不等高排架的计算采用力法，基本原理在结构力学中已讲过。,36,第二节 单层厂房排架计算,计算简图 排架荷载的计算 排架内力计算 排架内力组合 厂房排架考虑整体空间作用的计算 排架计算中的两个问题 排架的横向水平位移的验算,37,先求出各种荷载单独作用下各柱内力，然后进行内力组合。组合出控制截面的最不利内力值，作为柱子设计的依据。,4、排架内力组合,38,控制截面的确定 控制截面：能对

11、柱内配筋起控制作用的截面。为了制作方便，整个上柱配筋相同，整个下柱配筋也相同。控制截面为上、下柱中内力值控制配筋的截面。,上柱柱底-截面内力最大；下柱牛腿顶面-截面在吊车竖向荷载作用下弯矩最大；下柱柱底-截面在风载和吊车横向水平荷载下弯矩最大，且其内力是柱下基础设计的依据。一般取-、-、-截面为控制截面。,39,：简化表达式中采用的可变荷载组合值系数；一般情况取为0.9，当只有一个可变荷载时取为1。：永久荷载的分项系数；取为1.2。：第i个可变荷载的分项系数；一般情况取为1.4。：按永久荷载的标准值计算的荷载效应值。：按第i个可变荷载的标准值计算的荷载效应值。,荷载效应组合 各种荷载可能同时出

12、现，但同时出现且同时达到最大的可能性极小，对一般排架结构，荷载效应组合设计值可简化表达式计算：由可变荷载效应控制的组合,40,由永久荷载效应控制的组合,：永久荷载的分项系数；取为1.35。：第i个可变荷载的组合值系数；根据可变荷载的种类按规范的规定采用。,41,常用的荷载组合,恒载+0.9（屋面活荷载+吊车荷载+风荷载）；恒载+0.9（屋面活荷载+风荷载）；恒载+0.9（吊车荷载+风荷载）；恒载+0.9（屋面活荷载+吊车荷载）；恒载+风荷载；恒载+吊车荷载。,42,最不利的内力组合,及相应的；及相应的；及相应的；及相应的。,43,内力组合时需注意问题,（1）各项组合都必须有恒载；（2）吊车竖向

13、荷载作用在左柱和右柱两种情况的内力不能同时考虑，只能选择其中一种参加组合；（3）吊车横向水平荷载不可能脱离吊车竖向荷载而单独存在，“有T必有D”，但“有D不一定有T”；考虑到T既可左又可右，故一般组合D时，总是要组合T才能得到最不利的内力组合；（4）多台吊车的竖向荷载对一层吊车的单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于两台；多台吊车的竖向荷载对一层吊车的多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于四台；,44,（5）吊车的横向水平荷载无论单跨或多跨，最多只考虑两台；（6）多台吊车同时满载的可能性小，应按下表考虑折减：（7）左风和右风两种情况中只能选一种参加组合；（8）组合-截面时，应将

14、相应的V求出。,45,内力组合表 内力组合常列表进行。,46,第二节 单层厂房排架计算,计算简图 排架荷载的计算 排架内力计算 排架内力组合 厂房排架考虑整体空间作用的计算 排架计算中的两个问题排架的横向水平位移的验算,47,厂房整体空间作用的基本概念 厂房结构严格说是空间结构，为了计算方便，通常近似简化为平面排架。规范规定，吊车荷载作用下，可考虑厂房的整体空间作用。单层厂房在柱顶水平力作用下，不同荷载或结构下产生不同的柱顶水平位移。,5、厂房排架考虑整体空间作用的计算,48,49,情况：各排架水平位移相同，互不牵制，属于平面排架，水平位移对每个排架是相同的。,情况：厂房两端部有山墙，且其平面

15、刚度很大，该处水平位移很小，对其它排架有不同程度的约束作用，即，柱顶水平位移呈曲线形状。,50,情况：若厂房某排架直接承受荷载F时，则其它未直接承受荷载的排架因受其牵动，亦将产生位移。,情况：条件与情况相同，但厂房两端部有山墙，故各排架的位移都比情况为小，即。在后三种情况中，各个排架或山墙的变形都不是单独的，而是互相制约成一整体的。这种排架与排架、排架与山墙之间相互关联的整体作用称为厂房的整体空间作用。,51,吊车荷载作用下厂房整体空间作用的计算,1.单个荷载作用下厂房的空间作用分配系数,平面排架柱提供全部反力与外荷 平衡。考虑空间作用排架柱只提供一部分反力，其余(-)通过纵向联系构件传递作用

16、传至其他排架或山墙。,52,平面排架柱提供全部反力与外荷 平衡。考虑空间作用排架柱只提供一部分反力，其余(-)通过纵向联系构件传递作用传至其他排架或山墙。,不仅由直接受力排架承受，且通过屋盖纵向传给相邻排架。因此，其水平位移,，单个荷载下空间作用分配系数,53,的物理意义：=1kN时直接受力排架所分担到的荷载。愈小，空间作用大。,的确定以实测和试验为主，理论分析为辅，直接测定 困难，常采用测定位移方法来确定（位移与所受荷载成正比）。,54,影响 值大小的主要因素：,屋盖刚度：屋盖刚度愈大，空间作用愈显著，则 愈小。无檩屋盖体系与轻型有檩屋盖体系相比，其 较小，厂房跨度愈大，则 愈小。厂房两端有

17、无山墙：两端有无山墙的厂房，其 值相差几倍至十几倍。厂房长度：对于两端有山墙的厂房，厂房长度愈长，山墙的作用相对减弱，值愈大；对于两端无山墙或仅一端有山墙的厂房则相反，厂房长度愈长，整体性愈好，值愈小。排架本身刚度：排架本身刚度愈大，直接受力排架承担的荷载就愈多，传递给其他排架的荷载愈小，空间作用减小，值就愈大。,55,2.单跨厂房排架在吊车荷载作用下空间分配系数,厂房在吊车荷载作用下，并非单个荷载，而是多个荷载（多个轮子）。这些荷载不仅由所计算排架直接承受,且由相邻其他排架直接承受。确定多个荷载作用下 值时，应考虑排架有互相作用。,56,由实测资料和统计分析给出 的设计控制值,57,在下列情

18、况下，排架计算不考虑空间作用（即取=1）：,当厂房一端有山墙或两端均无山墙，且厂房长度小于36m时；天窗跨度大于厂房跨度的二分之一，或者天窗布置使厂房屋盖沿纵向不连续时；厂房柱距大于12m时（包括一般柱距小于12m，但有个别柱距不等且最大柱距超过12m的情况）；当屋架下弦有柔性拉杆时。,58,3.多跨厂房排架的空间作用分配系数,对于多跨等高排架的空间作用分配系数 值，不能直接取用表13-5（仅适用于单跨）所规定的空间作用分配系数值。应按下式计算多跨等高厂房的空间作用分配系数。式中 多跨等高排架的空间作用分配系数 n 排架跨数 第i跨按单跨考虑的空间作用分配系数，按前表确定。,59,对于多跨不等

19、高排架的 值，还应考虑各跨间高差带来的影响，按下式进行计算：式中 不等高厂房第 i 跨的空间作用分配系数；柱高差系数；为第i-1、i、i+1跨的单跨空间作用分 配系数。,60,4.吊车荷载作用下厂房整体空间作用的计算方法,厂房排架在吊车荷载作用下考虑空间作用时的内力计算方法，除引入空间作用分配系数 外，与剪力分配法相同。,61,例：如图计算排架AB、有Tmax，相邻排架有T1和T2。,撤去所有支座，将反力反向作用于各排架，厂房产生整体变形。,在排架柱顶附加不动铰支座，求出反力。,62,假定计算排架AB提供的水平抵抗力为R，即考虑空间作用后，排架顶所受实际反力不是，而是。叠加两个步骤内力；可得计

20、算排架AB的内力。,63,第二节 单层厂房排架计算,计算简图 排架荷载的计算 排架内力计算 排架内力组合 厂房排架考虑整体空间作用的计算 排架计算中的两个问题排架的横向水平位移的验算,64,纵向柱距不等的排架内力分析 由于生产工艺的要求，局部抽柱，形成了柱距不等。如屋面刚度较大，或有可靠下弦纵向水平支撑，空间作用较大。计算单元，取较宽的计算单元。,6、排架计算中的两个问题,65,计算简图 屋面刚度无限大，柱顶位移相等，计算单元中几个排架，合并为一个，按合并后的排架柱惯性矩考虑。如B轴柱取轴一根柱，A、C轴取2根（一根和两个半根），当同一纵轴柱截面相同时，A、C轴为 2IuA、2IlA、2IuC

21、、2IlC；B轴为IuB、IlB。,66,注意问题,计算单元的纵向宽度不宜大于24m，以符合刚度无限大假定。“合并排架”的恒载和风载的计算同一般排架。吊车荷载按计算单元的中间排架产生的D2max、D2min、T2max来考虑。即,67,按计算简图和荷载求出各柱内力后，须进行还原，以求柱实际内力。对弯矩、剪力 A、C轴，求得的弯矩、剪力除以2对轴力 应原来柱实际承受的最大、最小吊车竖向 荷载来计算。,68,吊车梁反力差引起的纵向力矩 当厂房排架柱两侧吊车梁传来竖向荷载不等（），则在柱牛腿顶面处产生纵向力矩，最大值为：吊车梁最大反力差 e：偏心矩 在某些情况下需考虑的作用。,69,第二节 单层厂房

22、排架计算,计算简图 排架荷载的计算 排架内力计算 排架内力组合 厂房排架考虑整体空间作用的计算 排架计算中的两个问题排架的横向水平位移的验算,70,一般情况下，当矩形、工字形柱的截面尺寸符合一定要求后，排架的横向刚度已得保证，不必验算其水平位移值。仅对吊车吨位较大情况才验算，验算位置为吊车梁顶与柱接点k，按一台起重量最大的吊车，将Tmax作用于k点。k点的水平位移值和内力计算方法相类似，可采用图表计算。,7、排架的横向水平位移的验算,71,应满足下列要求：,当 时，可不验算水平位移值；当 时，水平位移限值：吊车工作级别为A1A5的厂房柱 Hk/2100 吊车工作级别为A6A7的厂房柱 Hk/2500 Hk：基础顶至吊车梁顶距离 计算水平位移值时,取柱截面弹性刚度,