建筑结构模块9课件--钢筋砼单层厂房计算能力训练

1、课题课题1 1 单层厂房的计算简图与荷载计算课题课题2 2 单层厂房的排架内力计算课题课题3 3 牛腿柱及基础设计模块小结模块小结习习 题题能力训练项目能力训练项目模块模块8 8 钢筋砼单层厂房计算钢筋砼单层厂房计算能力训练能力训练【教学目标】【教学目标】 能力目标：能力目标：能够熟练的画出结构的计算简图并能够进行荷载的计算；能够进行等高排架的内力计算；了解柱截面形式及选择；掌握牛腿及基础的设计。知识目标：知识目标：了解排架结构的组成，掌握结构的计算简图和荷载计算；熟悉等高排架的内力计算；了解柱截面形式及选择、牛腿及基础的设计 。态度养成目标：态度养成目标：培养学生严密的逻辑思维能力和严谨的工

2、作作风 。课题课题1 1 单层厂房的计算简图与荷载计算课题课题2 2 单层厂房的排架内力计算课题课题3 3 牛腿柱及基础设计模块小结模块小结习习 题题能力训练项目能力训练项目模块模块9 9 钢筋砼单层厂房计算钢筋砼单层厂房计算能力训练能力训练【教学要求】【教学要求】课题课题1 1 单层厂房的计算简图与荷载计算单层厂房的计算简图与荷载计算一、单层厂房的结构组成一、单层厂房的结构组成 单厂按主要承重构件类型分单厂按主要承重构件类型分排架结构排架结构和和刚架结构，刚架结构，常用常用排架结构。排架结构。定义：主要承重构件由定义：主要承重构件由屋架（或屋面梁）、屋架（或屋面梁）、 柱和基础柱和基础组成。

3、且组成。且 屋架与柱顶为铰接的结构叫屋架与柱顶为铰接的结构叫排架结构排架结构。常见类型：常见类型：1）屋面板2）天沟板3）天窗架4）屋架5）托架6）吊车梁7）排架柱8）抗风柱9）基础10）连系梁11）基础梁12）天窗架垂直支撑13）屋架下弦横向支撑14）屋架垂直支撑15）柱间支撑一、单层厂房的结构组成一、单层厂房的结构组成单层钢筋混凝土厂房的组成单层钢筋混凝土厂房的组成 屋盖结构分为有檩体系和无檩体系两种。 有檩屋盖由小型屋面板或槽板（瓦）、檩条或屋架或屋面梁、屋盖支撑系统组成。其整体刚度较差，只适用于一般中、小型的厂房。 无檩屋盖由大型屋面板、屋架和屋盖支撑系统组成，其整体刚度较大，适用于各

4、种类型的厂房。 为了保证采光的需要，屋盖结构中还设置天窗等及其支撑系统。 屋盖结构 2.横向排架或横向刚架 钢筋混凝土单层厂房的横向承重结构，通常有排架和刚架两种形式见下图 。 排架结构的形式 刚架结构的形式 3.纵向排架纵向排架纵向排架由纵向柱列、连系梁、吊车梁和柱间支撑组成 ，见下图。4.吊车梁吊车梁5.支撑系统支撑系统吊车梁简支在牛腿上，主要承受吊车的竖向和横向荷载或纵向水平荷载, 支撑包括屋盖支撑和柱间支撑。 6.托架托架 7.7.连系梁及抗风柱连系梁及抗风柱 8.8.基础基础二、单层厂房排架计算二、单层厂房排架计算横向排架的荷载 单层厂房排架分为：横向排架和纵向排架 横向排架承担厂房

5、的主要荷载，包括：屋盖荷载、吊车荷载、风荷载、水平和竖向地震作用，以及纵横墙的自重等。 纵向排架主要承担纵向的水平荷载，如由山墙传来的纵向水平风力，吊车刹车产生的纵向水平力，以及纵向水平地震作用。 单层厂房的受力特点单层厂房的受力特点2.排架计算简图排架计算简图（1）计算单元的选取横向平面排架计算单元示意图 柱距相等时，可以从任意两个相邻的柱距中线截出一个典型区段，作为称该排架的计算单元 。（2）计算基本假定柱上端与屋架(屋面梁)铰结，下端固接于基础顶面。假定屋架或屋面梁刚度无限大。单跨排架计算简图（3）计算简图uEIABlEIuEIlEIuHHAB计算单元计算单元123453、排架荷载计算

6、1）屋盖恒荷载P1 屋盖恒荷载，包括各构造层重、屋面板、天沟板、屋架、天窗架及其支撑重等 。 屋盖自重作用下的排架计算简图如右图所示 。排架受荷示意图 2）恒荷载P2、P3、P4和P5 (1) P2 上柱自重。沿上柱中心线作用。按上柱截面尺寸和柱高计算。 (2) P3 吊车梁及轨道等零件自重。可按吊车梁及轨道连接构造的标准图采用。 (3) P4 下柱自重。沿下柱中心线作用。按下柱截面尺寸和柱高计算。 (4) P5 由柱牛腿上的承墙梁传来的围护结构自重。根据围护结构的构造和建筑结构荷载规范规定的材料重度计算。 3）屋面活荷载Q1 屋面活荷载，包括屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载三种，均按屋面的水

7、平投影面积计算。 排架计算时，屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，两者中仅取较大值；同样积灰荷载只应与雪荷载或者与屋面均布活载同时考虑，而选其较大者。屋面均布荷载根据不上人屋面和上人屋面分别选为0.7kNm2和1.5kNm2 工业厂房中一般采用桥式吊车，桥式吊车按照使用的频繁程度分为轻级(A1-A3)、中级(A4、A5)、重级(A6、A7)和特重级(A8)四个载荷状态。4）吊车荷载）吊车荷载(1)吊车垂直荷载Dmax 、Dmin 桥式吊车的受荷情况 Pmin=maxg2GQP maxk maxcmaxyiQQDDP ，mink mincminyiQQDDP ，吊车梁支座反力影响线 (2)吊车水平荷

8、载Tmax 传力过程：小车惯性力传力过程：小车惯性力大车大车吊车梁吊车梁排架柱排架柱 对于四轮吊车，当它满载运行时，每个轮子产生的横向水平制动力的标准值T可按下式计算 g4T （Q+ ）maxT特别提醒：特别提醒： 不论单跨和多跨厂房，在计算横向水平荷载时，一个排架上最多只能考虑不论单跨和多跨厂房，在计算横向水平荷载时，一个排架上最多只能考虑两台吊车。两台吊车。 当吊车(大车)沿厂房纵向运行突然刹车时，吊车自重及吊重的惯性将引起吊车纵向制动力，并由吊车一侧的所有制动轮传至轨道，最后通过吊车梁传给纵向柱列或柱间支撑。每台吊车纵向制动力T0的设计值计算式:a)每台吊车纵向制动力T0作用位置 b)T

9、0计算简图作用于纵向排架的吊车水平荷载max0nPmm10QQTT5.风荷载 排架上风荷载作用图排架上风荷载作用图 排架计算时，作用于柱顶以下墙面的风荷载按均布荷载考虑，迎风面为q1，背风面为q2，其风压高度变化系数可按柱顶标高取值； 柱顶以上的风荷载仍取为均布荷载考虑，但对排架的作用可简化为作用在柱顶的集中荷载W，其风压高度变化系数为：有矩形天窗时，按天窗檐口取值；无矩形天窗时，按厂房檐口标高取值或柱顶标高取值。风荷载是可以变向的，故应考虑左、右两向受风情况。课题课题2 2 单层厂房的排架内力计算单层厂房的排架内力计算一、用剪力分配法计算等高排架一、用剪力分配法计算等高排架柱顶水平位移相等的

10、排架称为等高排架。 等高排架有柱顶标高相同和柱顶标高不相同而柱顶由倾斜横梁贯通相连两种情形 等高排架a）柱顶、柱底标高都相同 b）柱顶标高都相同但柱底标高不相同c）柱顶标高不同、柱底标高相同(1)等高排架在柱顶集中力作用下的内力分析等高排架在柱顶集中力作用下的内力分析1VF1uiunuiVnVniiVF1由平衡条件：由平衡条件：iiiuDV由物理条件：由物理条件：由几何条件：由几何条件：niuuu1可求得：可求得：FViinjjinjjiiuuDD11/1/1称为柱称为柱i i的剪力分配系数。的剪力分配系数。5M5MmaxMminMmaxTW1q2q5M5MmaxMminMmaxTW1q2qR

11、在柱顶加上不动铰支座，利用图表求出内力和支座反力；在柱顶加上不动铰支座，利用图表求出内力和支座反力；将支座反力反向作用于柱顶，求出内力；将支座反力反向作用于柱顶，求出内力；将上述两种情况的内力叠加。将上述两种情况的内力叠加。(2)等高排架任意荷载作用下的内力分析等高排架任意荷载作用下的内力分析二、排架的荷载组合和内力组合二、排架的荷载组合和内力组合 (1)控制截面 IIIIIIIIIIII 构件设计时一般选取若干个可靠度较低因而对整个构件起控制作用的截面进行设计，这些截面称为控制截面。上柱：上柱：上柱底截面M、N一般比上柱其他截面 大，如图I-I截面。下柱：下柱：在吊车竖向荷载作用下，牛腿面处

12、-截面M最大，在风荷载或吊车横向水平力作用下，柱底截面-的M最大，同时-截面内力M、V、N也是设计基础的依据。故下柱常取-、-作为控制截面。柱的控制截面 （2）荷载组合 在恒载、屋面活载、吊车荷载和风荷载作用下的排架结构，对于每一个控制截面上的不利内力，可能出现以下八种荷载组合情况： 恒载+0.85(屋面活载+风荷载+吊车荷载)。 恒载+0.85(风荷载+吊车荷载)。 恒载+0.85(屋面活载+风荷载)。 恒载+1.0(屋面活载+吊车荷载)。 恒载+吊车荷载。 恒载+风荷载。 恒载+屋面活载。 恒载。 以上8种荷载组合中，内力不利组合由情况(4)、(5)、(6)控制较少，由 (1)、(2)、(

13、3)控制较多，上柱有时由情况(3)控制。当风荷载较小，吊车吨位较大时，可能由(4)、(5)控制；当风荷载较大，吊车吨位较小，以及有高天窗时，可能由情况(6)控制。 （3）内力组合 通常选择以下几种组合： 1)+Mmax及相应N、V。 2)-Mmax及相应N、V。 3) Nmax及相应M、V。 4) Nmin及相应M、V。内力组合有如下特点：内力组合有如下特点： 1)组合中的第一个内力为主要内力，应使其绝对值为最大。 2)任一组合中都必须包括由恒荷载引起的内力。 3)Dmax；作用在A柱与Dmax作用在B柱两种情况不能同时出现，只能选择其中一种情况参加组合。 4)Tmax。的作用必须与Dmax。

14、的作用同时考虑，因为有Tmax；必有Dmax，Tmax。向左或向右视需要择一参加组合。 5)风荷载可能从左方向或右方向作用于厂房。 6)屋面活荷载按最不利原则考虑。 7)组合Nmin。时，对于N=0的风荷载也应考虑组合。课题课题3 3 牛腿柱及基础设计牛腿柱及基础设计一、单层厂房柱设计一、单层厂房柱设计 1、柱截面配筋计算 1)使用阶段计算要点 内力组合的选用 截面尺寸 材料混凝土强度等级为C20、C30和C40，对于柱以采用较高强度等级的混凝土为宜。2)施工阶段验算要点2.牛腿设计牛腿的类型当C1h，短牛腿；当C1 h，长牛腿 （1)牛腿截面尺寸的确定 牛腿的破坏类型有剪切破坏、斜压破坏和弯

15、压破坏和局部承压破坏 剪切破坏剪切破坏1 . 0/0ha斜压破坏斜压破坏75. 01 . 0/0ha弯压破坏弯压破坏75. 0/0haF局部承压破坏局部承压破坏 为了防止上述各种破坏，牛腿应有足够大小的截面和配置足够的钢筋，并满足构造要求。 先确定牛腿的截面尺寸，通常牛腿与柱同宽，其高度由牛腿斜截面的裂缝控制要求决定。 为使牛腿在正常使用阶段不开裂，设计时可根据经验预先假定牛腿高度，然后根据下式验算。tk0hkvk1vk0f bhFFcF0.5+h （1-0.5）（2)牛腿的配筋计算与构造 牛腿计算简图101.20.85vhsyyFcFAf hf计算公式计算公式牛腿纵向受力钢筋的总面积除按上式

16、计算配筋外，尚应满足下列构造要求：牛腿纵向受力钢筋的总面积除按上式计算配筋外，尚应满足下列构造要求： 纵向受力钢筋宜采用热轧带肋钢筋，并有足够的钢筋抗拉强度充分利用时的锚固长度。 其配筋率不应小于0.2，也不宜大于0.6，且根数不应少于四根，直径不应小于12mm(见下图)，纵向受力钢筋不得下弯兼作弯起钢筋用。 当牛腿的剪跨比10h00.3时，应设置弯起钢筋。弯起钢筋也宜采用热轧带肋钢筋，并应配置在牛腿上部z6至z2之间的范围内(见下图)，其截面面积不应小于纵向受拉钢筋A0的23，且不应小于0.015bh0，其根数不应少于3根，直径不应小于12mm。 （3)局部承压验算 牛腿的受压面在竖向力值F

17、vs作用下，其局部受压应力不应超过0.75fc，否则应采取必要措施，如加大承压面积，提高混凝土强度等级或在牛腿中加配钢筋网等。 二、柱下单独基础二、柱下单独基础 柱下单独基础按受力性能可分为轴心受压基础和偏心受压基础；按施工方法可分为预制柱下基础和现浇柱下基础。 单层厂房中最常用的柱基础是预制柱下杯形基础，当杯口灌缝后其受力性能和现浇柱下基础完全一样。 以下仅介绍基础的构造要求： 混凝土强度等级混凝土强度等级 通常采用C20。3.基底受力钢筋基底受力钢筋2.2.钢筋保护层钢筋保护层 当基础设于比较干燥且土质好的土层上时，无垫层，基础钢筋的保护层厚度不小于70mm；当基础设于湿、软土层上时，应设

18、置厚度不小于100mm的素混凝土垫层，其混凝土强度等级常用C10，此时受力钢筋的混凝土保护层厚度应不小于35mm。 受力筋一般采用HPB235级或HRB335级钢筋，其直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm，但也不宜小于100mm。当基础底面尺寸大于或等于3m时，为节约钢材，受力钢筋的长度可缩短10 4.现浇柱下基础的插筋和箍筋现浇柱下基础的插筋和箍筋现浇柱下单独基础的构造要求 （a） 配置插筋的单独基础构造 （b）配置与柱中四角相连插筋的单独基础构造5预制柱下基础的杯壁加强钢筋预制柱下基础的杯壁加强钢筋 当柱为轴心受压或小偏心受压，且t/h10.65时或为大偏心受压，且t/h10.75时

19、，杯壁内一般可不设加强钢筋； 当柱为轴心受压或小偏心受压，且0.5t/h10.65时，杯壁内可按右图和建筑地基基础设计规范的规定设置加强钢筋。 其他情况下应按计算配筋。上述符号t为杯壁厚度，h1为杯壁高度如右图。 对于双杯口基础(如伸缩缝处的基础)，当两个杯口之间的宽度400mm时，该处宜按y右图的要求配筋。杯壁内加强钢筋构造要求1-焊接网或箍 2-焊接网 3-箍模块小结模块小结 1.1.单层工业厂房的结构形式有两种：单层工业厂房的结构形式有两种： 排架结构和钢架结构。其中，排架结构应用比较普遍。排架结构的特点是注定与梁铰接，柱底与基础刚接。2、单层工业厂房有单层工业厂房有屋盖支结构、吊车梁、柱、支撑、基础及围护结构等构构成。成。3 3、单层工业厂房排架计算的步骤、单层工业厂房排架计算的步骤：（1）确定计算单元及排架的计算简图；（2）计算排架上各种荷载；（3）分别计算排架单独作用下的排架内力：（4）确定控制截面，并考虑可能同时出现的荷载，对每一个控制截面进行内力组合，确定最不利内力，作为柱及基础的设计依据。4 4、单层工业厂房排架柱设计的步骤是：、单层工业厂房排架柱设计的步骤是：（1）确定柱的形式及截面尺寸；（2