第二章单层厂房2ppt课件

1、第四节第四节 排架内力分析与计算排架内力分析与计算 单层厂房结构方案确定之后，接着就是结构内力单层厂房结构方案确定之后，接着就是结构内力分析。单层厂房结构实际上是一个复杂的空间结构分析。单层厂房结构实际上是一个复杂的空间结构体系，目前除对纵向抗震计算采用空间结构计算模体系，目前除对纵向抗震计算采用空间结构计算模型外，一般将其简化为纵、横向平面排架分别计算。型外，一般将其简化为纵、横向平面排架分别计算。 本节的排架计算主要指横向平面排架而言。本节的排架计算主要指横向平面排架而言。p横向平面排架计算横向平面排架计算p作用：为柱和基础设计提供内力数据作用：为柱和基础设计提供内力数据p主要内容：主要内

2、容：p确定计算简图确定计算简图p荷载计算荷载计算p柱控制截面的内力分析和内力组合柱控制截面的内力分析和内力组合1.计算单元：可在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的区段，计算单元：可在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的区段， 作为排架的计算单元。（作为排架的计算单元。（P104，图，图2-23） 计算单元和计算模型计算单元和计算模型2.基本假定和计算简图基本假定和计算简图 ： 为了简化计算，对于钢筋混凝土排架结构通常作如下假定：为了简化计算，对于钢筋混凝土排架结构通常作如下假定：柱下端与基础顶面为刚接，固定端的位置在基础顶面；柱下端与基础顶面为刚接，固定端的位置在基础顶面；柱顶与

3、排架横梁屋架或屋面梁为铰接；柱顶与排架横梁屋架或屋面梁为铰接；横梁即屋架或屋面梁为轴向刚度很大的刚性连杆。横梁即屋架或屋面梁为轴向刚度很大的刚性连杆。排架柱高由固定端算至柱顶铰结点处。排架柱高由固定端算至柱顶铰结点处。 计算简图计算简图3.荷载计算荷载计算 作用在横向排架结构上的荷载有永久荷载和可变荷载。作用在横向排架结构上的荷载有永久荷载和可变荷载。p 永久荷载：永久荷载： p 屋盖自重屋盖自重G1p 上柱自重上柱自重G2p 下柱自重下柱自重G3p 吊车梁、轨道及吊车梁、轨道及p 连接件自重连接件自重G4p 牛腿上围护结构牛腿上围护结构p 自重自重G5p 可变荷载：可变荷载：p 屋面活荷载屋

4、面活荷载Q1p 吊车竖向荷载吊车竖向荷载p Dmax及及Dminp 吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载Tmaxp 均布风荷载均布风荷载q1及及q2p 屋盖支撑处的集中屋盖支撑处的集中p 风荷载风荷载Fw (1) 永久荷载永久荷载1) 屋盖自重屋盖自重G1 荷载形式：荷载形式： 集中力的形式传至柱顶。集中力的形式传至柱顶。 作用位置：作用位置： 屋架：屋架端部腹杆与下弦杆中心线的交屋架：屋架端部腹杆与下弦杆中心线的交 点垂线即为作用位置。点垂线即为作用位置。 屋面梁：通过梁端垫板中心线作用于柱顶。屋面梁：通过梁端垫板中心线作用于柱顶。 根据设计要求，无论屋架与柱的形式如何，根据设计要求，无论屋架与

5、柱的形式如何，作用点均位于厂房定位轴线内侧作用点均位于厂房定位轴线内侧150mm处。处。图2-26 屋盖自重作用点图图 2-27 将G1换算成轴向力 +力矩 ，如图2-27所示。同理，把 对下柱的作用力换算成轴向力 +力矩1G211eGM1G1G111eGM 图图2-292) 上柱自重上柱自重G2 上柱自重上柱自重G2对下柱的偏心距为对下柱的偏心距为e2，那么那么G2对下柱的偏心弯矩为：对下柱的偏心弯矩为：3) 下柱自重下柱自重G3 下柱自重下柱自重G3包括牛腿自重作用于包括牛腿自重作用于下柱底，与下部柱中心线相重合。下柱底，与下部柱中心线相重合。4) 吊车梁及轨道等自重吊车梁及轨道等自重G4

6、 吊车梁及轨道等自重上柱自重吊车梁及轨道等自重上柱自重G4对对下柱的偏心距为下柱的偏心距为e4，则，则G4对下柱的偏心对下柱的偏心弯矩为：弯矩为：222eGM 图图 2 -28443eGM (2) 可变荷载可变荷载 可变荷载可分为屋面活荷载、吊车荷载和风荷载三部分。可变荷载可分为屋面活荷载、吊车荷载和风荷载三部分。1) 屋面活荷载屋面活荷载Q1 以竖向集中荷载的方式作用于柱顶，作用点同屋盖自重。以竖向集中荷载的方式作用于柱顶，作用点同屋盖自重。 屋面均布活荷载屋面均布活荷载 ：查现行荷载规范。：查现行荷载规范。 屋面雪荷载：屋面水平投影面上的雪荷载标准值屋面雪荷载：屋面水平投影面上的雪荷载标准

7、值Sk (kN/m2) 式中：式中：S0为基本雪压为基本雪压 (kN/m2)；r为屋面积雪分布系数。为屋面积雪分布系数。 屋面积灰荷载：查现行荷载规范。屋面积灰荷载：查现行荷载规范。 排架计算时，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，仅取两者中的排架计算时，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，仅取两者中的较大值。较大值。kr 0ss2) 吊车荷载吊车荷载 ： 吊车荷载与吊车工作频繁程度有关：吊车荷载与吊车工作频繁程度有关： 轻级轻级(A1A3)、中级、中级(A4A5)、重级、重级(A6A7) 和特重级和特重级 (A8) 吊车竖向荷载设计值吊车竖向荷载设计值Dmax和和Dmin 对某一个柱子而言，当吊

8、车行驶到某一位置时，柱上受到的竖向荷载最大，这对某一个柱子而言，当吊车行驶到某一位置时，柱上受到的竖向荷载最大，这一位置就是大车的最不利位置。一位置就是大车的最不利位置。 Pmax,k可以根据吊车型号、规格等条件查阅有关资料，对于四轮吊车：可以根据吊车型号、规格等条件查阅有关资料，对于四轮吊车：式中：式中：G1,k，G2,k分别为大车和小车的自重标准值），以分别为大车和小车的自重标准值），以“KN计，计， G=mg； G3,k为吊车的额定起重量，以为吊车的额定起重量，以“KN计；计； 最大轮压设计值最大轮压设计值Pmax和最小设计值和最小设计值Pmin取值如下：取值如下：kmkkkkmPGGG

9、P,in, 3, 2, 1,ax2kkPPPPmin,minmax,max4 . 14 . 1 此时在Pmax作用的一侧，产生Dmax。由于Pmax 与Pmin同时出现，所以，另一侧柱则相应地由Pmin产生Dmin 。maxmaxminmin4min3min2min1minminmax4max3max2max1maxmax)()(PDPyPyPyPyPyPDyPyPyPyPyPDii吊车台吊车台数数 吊车工作制吊车工作制 轻级和中轻级和中级级重级和特重重级和特重级级20.90.9530.850.940.80.85多台吊车的荷载折减系数多台吊车的荷载折减系数Dmax和和Dmin的作用点：的作用点

10、： 对下柱都是偏心压力，转换成作用在下柱顶面的轴向压力和弯矩。对下柱都是偏心压力，转换成作用在下柱顶面的轴向压力和弯矩。式中：式中：e3吊车梁支座钢垫板的中心线至下柱轴线的距离。吊车梁支座钢垫板的中心线至下柱轴线的距离。3maxmaxeDM3minmineDM 吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载Tmax 小车刹车或启动轮子与轨道产生摩擦力大车梁排架柱 为了计算方便，可将横向水平制动力在两边轨道上平均分配，对于一般四轮桥式吊车，每一轮子作用在轨道上的横向水平制动力为：一个吊车：多个吊车： 设计值：式中：G3，k为吊车的额定起重量的重力荷载，G2，k为小车的重力荷载。式中横向水平制动力系数按下列规定

11、取值。软钩吊车：当Q10t时，应取0.12； 当16tQ50t时，应取0.10； 当Q75t时，应取0.08。硬钩吊车：取0.2。)(4141, 3, 2,kkkikGGTTikkikkyGGyTT)(41, 3, 2max,ikkQyGGT)(41, 3, 2max 吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载 吊车纵向水平荷载是桥式吊车在厂房纵向启动和刹车时产生的惯性力。吊车纵向水平荷载是桥式吊车在厂房纵向启动和刹车时产生的惯性力。 标准值标准值T0，k：式中：式中：n为吊车每侧的制动轮数，对于一般的四轮吊车，为吊车每侧的制动轮数，对于一般的四轮吊车，n=1。设计值：设计值： 当厂房纵向有柱间支撑时，

12、由柱间支撑承受；当厂房纵向有柱间支撑时，由柱间支撑承受； 当无柱间支撑时，由同一伸缩缝区段内的全部柱承受。当无柱间支撑时，由同一伸缩缝区段内的全部柱承受。kkknPPnT,maxmax, 01 . 010max01 . 0 PT 多台吊车组合多台吊车组合 多台吊车竖向荷载时：多台吊车竖向荷载时： 参与组合的吊车台数对单跨不宜多于二台；对多跨不宜多于四台；参与组合的吊车台数对单跨不宜多于二台；对多跨不宜多于四台； 多台吊车水平荷载时：多台吊车水平荷载时： 参与组合的吊车台数对单跨和多跨厂房只考虑两台吊车同时刹车。参与组合的吊车台数对单跨和多跨厂房只考虑两台吊车同时刹车。课堂练习课堂练习【例【例1

13、】知：有一单跨厂房，跨度】知：有一单跨厂房，跨度18m，柱距，柱距6m，设计时考虑两，设计时考虑两台台10t中级工作制桥式软钩吊车，吊车桥架跨度中级工作制桥式软钩吊车，吊车桥架跨度lk=16.5m 。查表得，桥架宽度查表得，桥架宽度B=5.55m，轮距，轮距K=4.40m，大车质量，大车质量m1=18t，小车质量小车质量m2=3.8t，吊车最大轮压标准值，吊车最大轮压标准值Pmax，k=115kN。求：求：Dmax、Dmax和和Tmax。 课堂练习课堂练习在进行单层厂房结构设计时，若屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载同在进行单层厂房结构设计时，若屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载同时存在，那么（时存在，那

14、么（ ）同时考虑。）同时考虑。A屋面活荷载与雪荷载，积灰荷载屋面活荷载与雪荷载，积灰荷载B积灰荷载与屋面活荷载或雪荷载中较大值积灰荷载与屋面活荷载或雪荷载中较大值C屋面活荷载与积灰荷载或雪荷载中较大值屋面活荷载与积灰荷载或雪荷载中较大值 排架结构的基本假定是什么排架结构的基本假定是什么?答：屋架与柱顶假定为铰接；柱与基础按固定端考虑；排架横梁答：屋架与柱顶假定为铰接；柱与基础按固定端考虑；排架横梁(屋架或屋面梁屋架或屋面梁)刚度很大，受力后的轴向变形可忽略不计；排架刚度很大，受力后的轴向变形可忽略不计；排架柱高由固定端算至柱顶铰结点处。柱高由固定端算至柱顶铰结点处。当有多台吊车时，对于吊车的竖

15、向荷载，当有多台吊车时，对于吊车的竖向荷载，荷载规范荷载规范是如何规定是如何规定参与组合的吊车的台数的参与组合的吊车的台数的?答：对一层吊车单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多答：对一层吊车单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于两台，对一层吊车多跨厂房的每个排架，不宜多于四台；对多于两台，对一层吊车多跨厂房的每个排架，不宜多于四台；对多层吊车的单跨或多跨厂房，应按实际使用情况考虑。层吊车的单跨或多跨厂房，应按实际使用情况考虑。B3) 风荷载风荷载 ：垂直于厂房各部分表面的风荷载标准值垂直于厂房各部分表面的风荷载标准值kN/m2）：）： 基本风压基本风压( kN/m2 )，不小于

16、，不小于0.25kN/m2 z 高度处的风振系数，对于单层厂房高度处的风振系数，对于单层厂房: =1 风荷载体型系数，按风荷载体型系数，按取值；取值； 风压高度变化系数，教材表风压高度变化系数，教材表2-9； 0wwzszk0wzszzm 柱顶以下计算单元宽度B范围内风荷载的设计值q为：m 柱顶以上水平集中风荷载设计值Fw为：BwqkkkwqqwkwwFFwkwkwkFFF21BhwFkwk11BhwwFkkwk22-(）左右4 . 1w课堂练习课堂练习4.等高排架计算等高排架计算 求等高排架内力：柱顶水平位移相等，按剪力分配法计算；求等高排架内力：柱顶水平位移相等，按剪力分配法计算； 即求柱

17、顶剪力即求柱顶剪力柱弯矩图。柱弯矩图。图图 2-361KniniiiniiniuuVVVVVF1112111uVii1 式中： 称为柱 的剪力分配系数。柱顶水平集中力作用下的剪力分配：由于横梁为刚度无限大，所以柱顶水平集中力作用下的剪力分配：由于横梁为刚度无限大，所以各柱顶点的位移相等。各柱顶点的位移相等。水平力水平力 位移位移 1 1/ 1 u/ uniuuuu21niiFu11FFViniiii111ii(2) 任意荷载的作用任意荷载的作用任意荷载作用下，等高排架的内力计算步骤如下：任意荷载作用下，等高排架的内力计算步骤如下：（1在排架柱顶附加不动铰支座，求出支座反力在排架柱顶附加不动铰支

18、座，求出支座反力R ；（2撤消不动铰支座，在此排架柱上反向作用支座反力撤消不动铰支座，在此排架柱上反向作用支座反力R，以恢复到原，以恢复到原 来的实际情况；来的实际情况；（3叠加上述两种情况的内力。叠加上述两种情况的内力。图图 2-38 任意荷载作用下的剪力分配任意荷载作用下的剪力分配符号规定：符号规定：R、V：柱顶：自左向右为正，自右向左为负；：柱顶：自左向右为正，自右向左为负； 柱底：自右向左为正，自左向右为负。柱底：自右向左为正，自左向右为负。 M：左侧受拉为正，右侧受拉为负。：左侧受拉为正，右侧受拉为负。 N：受压为正，受拉为负。：受压为正，受拉为负。 5.排架内力组合排架内力组合 排

19、架内力组合的目的：求出控制截面的最不利内力，作排架内力组合的目的：求出控制截面的最不利内力，作为柱和基础为柱和基础设计的依据。设计的依据。1. 控制截面控制截面 控制截面：对柱配筋和基础设计起控制作用的截面。控制截面：对柱配筋和基础设计起控制作用的截面。 上柱底面上柱底面I-I，牛腿顶面，牛腿顶面II-II，下柱底面，下柱底面III-III。 根部、变截面、弯矩大根部、变截面、弯矩大2. 荷载组合与内力组合荷载组合与内力组合 组合包含两个方面：组合包含两个方面：“荷载组合荷载组合” 、“内力组合内力组合”。 组合原则：组合原则：“可能与不利可能与不利”。 荷载同时出现的可能性、哪组内力最不利荷

20、载同时出现的可能性、哪组内力最不利r 荷载组合：对一般排架、框架结构采用简化规则荷载组合：对一般排架、框架结构采用简化规则r(1)由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合：r 永久荷载永久荷载+竖向活荷载：竖向活荷载：r式中式中 ：风荷载：风荷载0.6，雪荷载和屋面均布活荷载，雪荷载和屋面均布活荷载0.7，屋面积灰荷载，屋面积灰荷载0.9，r 吊车荷载吊车荷载0.7软钩吊车或软钩吊车或0.95硬钩吊车）。硬钩吊车）。r(2)由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合：r 永久荷载永久荷载+一种大活荷载：一种大活荷载：r r 永久荷载永久荷载+0.9任意两种或两种以上活荷载之和

21、）：任意两种或两种以上活荷载之和）：r 内力组合内力组合r一般考虑以下四种内力的不利组合：（目标及随项）一般考虑以下四种内力的不利组合：（目标及随项）r （1）Mmax及相应的及相应的 N、V；r （2）Mmax及相应的及相应的 N、V；r （3Nmax及相应的及相应的 M、V；r （4Nmin及相应的及相应的 M、V。r对称配筋前两项合并：对称配筋前两项合并：Mmax及相应的及相应的 N、V。r组合道理：组合道理：r 大、小偏心：大、小偏心： N 一定，一定，M、As ；r 小偏心：小偏心： M一定，一定，N 、As ；r 大偏心：大偏心： M一定，一定，N 、As 。m内力组合表：表2-17m内力组合注意事项：m（1永久荷载在任何一种内力组合时都应存在；m（2吊车荷载Dmax应当分别作用在左柱和右柱；m（3在考虑吊车横向水平荷载时，必须考虑吊车竖向荷载，m切记：m（4应当考虑左右两个方向的横向水平作用；m（5风荷载的作用方向考虑左右两种情况。)TDDmaxmaxmin有必有（或)DDTmaxminmax有（或也要有。6.