[PPT]排架的荷载计算与内力分析

1、2-3 排架的荷载计算与内力分析一、荷载计算 作用在排架上的荷载分恒荷载和活荷载两类。恒荷载即永久荷载：一般包括屋盖自重；上柱自重F2；下柱自重F3；吊车梁和轨道零件自重F4，以及有时支承在牛腿上的围护结构等重力F5。活荷载即可变荷裁，一船包括屋面活荷载F6，吊车荷载Tmax，Dmin、Dmax。均布风载q1，q2以及作用在屋盖支承处的集中风荷载等。图211示出了上述排架荷载。 集中荷载的作用点必须根据实际情况确定，当采用屋架时，屋盖荷载可以认为是通过屋架端节点处上弦与下弦中心线的交点作用在柱上的；当采用屋面梁时，可认为是通过梁端支承垫板的中心线作用在柱顶的。 排架荷载示意图（一）恒荷载 各类

2、常用材料的自重的标准值可查建筑结构荷载规范（二）屋面活荷载 包括展面均布活荷载、雪荷载和屋面积灰荷载三种，都按屋面的水平投影向积计算。 1、屋面均布活荷载 按荷载规范中的采用。不上人屋面，当施工荷载较大时应核实际情况采用。2、雪荷载 作用在建筑物或构筑物顶面上计算用的雪压，称为雪荷载。屋顶水平投影图上的雪荷载标准值按下式计算： 雪荷载计算山区的雪荷载应通过实际调查后确定。若无实测资料，可按当地邻近空旷平坦地面的雪荷载乘以系数1.2采用。雪荷载的组合值系数可取0.7;频遇值系数可取0.6；准永久值系数应按雪荷载分区、 的不同，分别取0.5、0.2和0;雪荷载分区应按荷载规范中规定采用。 雪荷载计

3、算 设计生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑物时，应考虑积灰荷载。对于具有一定除尘设施和保证清灰制度的机械、冶金、水泥厂的厂房屋面，其水平投影面上的屋面积灰荷载应分别按荷载规范中表44.11和表4.4.12采用。 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，同样，屋面积灰荷载应与雪荷载或与屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑。 屋面均布活荷载、雪荷载、屋面积灰荷载的荷载分项系数rQ=1.4。 3、屋面积灰荷载（三）吊车荷载1、吊车竖向荷载：是指吊车(大车和小车)重量与所吊重 量经吊车梁传给柱的竖向压力。当吊车起重量达到额定最大值，小车同时驶到大车桥一端的极限位置时，则作用在

4、该柱列吊车梁轨道上的压力达到最大值，称为最大轮压Pmax，对面柱列吊车梁上的压力为最小轮压Pmin 。（可查） 柱上的最大竖向荷载：（三）吊车荷载（三）吊车荷载建筑结构荷载规范规定：计算排架考虑多台吊车竖向荷载时，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2台；对一层吊 车的多跨厂房的每个排架，不宜多于4台。2、吊车水平荷载 吊车水平荷载分为横向水平荷载和纵向水平荷载两种。吊车每个轮子所传递的横向水平力：（三）吊车荷载吊车的最大横向水平荷载 ：吊车的纵向水平荷载 ：（三）吊车荷载3、多台吊车的荷载折减系数（三）吊车荷载例题例题例题（四）风荷载 垂直于建筑物表面的风荷载标准值：（

5、四）风荷载（四）风荷载 建筑物处于近地风的风流场中，近地风的风速随高度而增加的规律与地面粗糙度有关。通常认为在离地面300500m时，风速才不再受地面粗糙度的影响。荷载规范建议，地面粗糙度可分为A、B、C、D四类： A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中、小城镇和大城市郊区； C类指有密集建筑群的大城市市区； D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。 风压高度变化系数应根据地面租糙度类别按荷载规范中表6.2.1确定，表22列出了此表的一部分。 （四）风荷载（四）风荷载 排架计算时，作用在柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，其风压高度变化系数

6、可按柱顶标高取值，这是偏于安全的。当基础顶面至室外地坪的距离不大时，为简化计算，风荷载可按柱全高汁算，不再减去基础项面至室外地坪那一小段多算的风荷载。若基础埋置较深时，则按实际情况计算，否则误差较大。 柱顶至屋脊的屋盖部分的风荷载，仍取为均布的，但其对排架的作用则按作用在柱顶的水平集中风荷载Wk考虑。这时的风压高度变化系数可按下述情况确定：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 。风荷载计算（四）风荷载（四）风荷载已知：某金工车间，外形尺寸及部分风载体型系数如图2-18（a)所示，基本风压wo=0.35kN/m2，柱顶标高+10.5m，室外地坪标高-0.30m，h1=2

7、.1m，h2=1.2m，地面粗糙类别为B，排架计算宽度B=6m。求作用在排架上的风荷载设计值W。例题2-2例题2-2二、内力计算用剪力分配法计算等高排架等高排架柱顶水平位移相等的排架，为等高排架。等高排架有柱顶标高相同的，以及柱顶标高不同但柱顶有倾斜横梁贯通相连。柱顶水平位移不相等的不等高排架，可采用力法计算。等高排架的内力计算方法-剪力分配法由结构力学知，当单位水平力作用在单阶悬臂柱顶时，柱顶水平位移二、内力计算（一）柱顶作用水平集中力时（一）柱顶作用水平集中力时为柱的剪力分配系数，即柱自身的抗剪 刚度与所有柱抗剪刚度之和之比。各柱柱顶剪力计算后，各柱可按独立悬臂柱求内力。（一）柱顶作用水平

8、集中力时（二）任意荷载作用时对任意荷载就必须把计算过程分为两个 步骤：1、先在排架柱顶附加不动铰支座以阻止水平侧移，求出其支座反力R；2、然后撤除附加不动铰支座，将支座反力反向作用于排架 柱顶， 以恢复到原受力状念。3、叠加上述两步骤中的内力，即为排架 的实际内力。（二）任意荷载作用时已知：某金工车间的排架计算简图如图所示，A柱与B柱形状和尺寸相同。求：在Mmax=103kN.m和Mmin=35.9kN.m联合作用下按剪力分配法计算的排架内力。解：例题2-3：（2）求不动铰支座反力RA、RB在A柱和B柱的柱顶分别虚加水平不动铰支座。查附录中附表得C1=1.3。因此不动铰支座反力 例题2-3：例

9、题2-3：2-4 单层厂房柱的设计一、排架内力组合1. 控制截面1-1截面：上柱底面2-2截面：下柱柱顶截面3-3截面：下柱柱底截面建筑结构荷载规范中规定：对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则，应按下列组合值中取最不利值确定：2. 荷载组合2. 荷载组合一般先进行下面五种组合：3、内力组合注意事项二、柱截面配筋（采用对称配筋）三、吊装运输验算吊装阶段应进行承载力和裂缝宽度验算。混凝土强度：按设计强度的70%考虑。吊点：一般设在变阶处。柱自重采用标准值，并乘以1.5的动力系数。安全等级降一级考虑。2-5 单层厂房屋盖结构的设计一、外形尺寸屋架的外形应与厂房的使用要求、跨度以及屋面结构相

10、适应。同时，应尽可能接近简支梁 舶弯矩图形，使杆件内力分布均匀。屋架高 跨比一般采用l10l6。屋架节间长度要有利于 改善杆件受力条件和便于布置天窗架。上弦节间长度一般采用3m，屋架跨度大时，为减少节点 和腹杆数，可取4.56m。下弦节点长度一段采用4.5m和6m。 上、下弦及端斜压杆应采用相同的截面宽度，以利制作。上弦截面宽度应不小于200mm， 高度不小于180mm。下弦高度不小于140mm，当为预应力屋架时，尚应满足预应力钢筋孔道 和锚具尺寸的构造要求。腹杆截面一般不小于100100mm。此外，腹杆长度(中心线之间距 离)与截面短边之比不应大于40对拉杆)或35(对压秆)。 当屋架高跨比

11、满足上述要求时，一般可不验算婉度。如需验算，可按铰接衍架简图用虚功 原理计算。 外形尺寸二、荷载及其组合 作用于屋架上的荷载，包括屋面板传来的恒荷载与活荷载(屋面使用荷载、雪荷载或灰荷 载)、屋架及其支撑自重，有时还有天窗架立柱传来的集中荷载、悬挂吊车或其它悬吊设备重 量。 为求出各杆最不利内力，必须对作用于屋架上的荷载进行组合。一般考虑下图所示的几种荷载情况，其中安装活荷载0.7kNm2。 荷载组合三计算简图和内力计算 钢筋混凝土屋架严格地说是多次超静定的刚接衍架，其计算十分复杂。在一般情况下，可 假定按以下两种简图分别计算：上弦弯矩可按不动铰支的折线形连续梁用弯矩分 配法计算(当各节间长度

12、相差小于10时，可近似地按等跨连续梁利用系数表计算)；上弦及 其它各杆轴向力可按铰接衍架用数解法或图解法汁算，也可利用现成的系数表计算。对于下弦，一般不考虑自重引起的弯矩。但是，当有节间荷载时，可按上弦那样计算弯矩 。 2-6单层厂房中梁的设计一、吊车梁的受力特点 吊车梁是直接承受吊车荷裁的承重构件，对吊车的正常运行和厂房的纵向刚度都有重要作用。 工程上采用最广泛的是装配式吊车梁，它是支承在柱上的简支梁。由于吊车荷载的特性，吊车粱主要有以下受力特点： （一）吊车荷载是移动的集中荷载 （二）吊车荷载是重复荷载 据调查，如果车间使用50年，则重级工作制吊车荷载重复次数的总和会达到(46) 106次

13、，甚至更多；中级工作制吊车一般为2106次。直接承受这种重复荷载，材料强度因疲劳而降低。所以，对重级和中级工作制吊车梁，除静力计其外，还要进行疲劳验算。 一、吊车梁的受力特点 (三)吊车荷载是动态荷载 吊车荷载不仅是移动的重复作用的荷载，而且是一种动力荷载，在计算中要考虑动力系数的影响。 (四)吊车荷载是偏心荷载 吊车竖向荷载Dmax和水平荷载T对吊车梁截面的弯曲中心都是偏心的。因而产生扭矩每个吊车轮产生的扭矩按两种情况计算：1、静力计算，考虑两台吊车；2、疲劳验算时，只考虑一台吊车，且不考虑横向水平荷载影响。 二、吊车梁的计算要点 (一)吊车梁应进行静力计算、疲劳验算和施工阶段验算。在计算和

14、验算中，吊车的台数、动力系数以及横向水平荷载按表2-9的规定取用 ：(二)吊车粱是双向弯曲的弯、剪、扭构件，尚无完善的截面计算方法故采取弯、剪、扭分开计算，然后叠加的方法。目前规范仅考虑了剪、扭承载力的相关性。 (三)对于双向弯曲仅在正截面承裁力计算时考虑，当水平弯矩很小(如不超过竖向弯矩的10)，可只按竖向弯矩进行抗弯计算。 (四)T形及I字形截面的抗扭计算，可以采用把整个截面所承受的扭矩分配给各个矩形分块的办法。1、静力计算时，拉塑性抗扭抵抗矩分配；2、疲劳验算时，按弹性抗扭惯性矩分配 二、吊车梁的计算要点(五)静力计算包括正截面承载力、斜截面承裁力以及抗裂性计算，由表29可知除轻级工作制

15、及疲劳验算考虑一台用车外，其余均考虑两台吊车 。(六)疲劳验算包括正截面和斜截面验算两个方面，对前者主要验算受压区混凝土边缘纤维的应力和受拉钢筋的应力(对受压钢筋不验算)，后者主要验算中和轴处混凝土的主拉应力以及箍筋、弯起钢筋的应力。 疲劳验算是对正常使用条件下进行的，故吊车只取一台。疲劳验其仍按容许应力方法进行，计算中采用如下假定： 二、吊车梁的计算要点1平截面假定；2、受压区混凝土法向应力图形为三角形；3受拉区出现裂缝后，受拉区混凝土不参加工作，拉应力全部由钢筋承受。4. 计算中采用换算截面，截面换算系数，为钢筋弹性模量与混凝土疲劳变形模置之比值。 二、吊车梁的计算要点2-7 单层厂房牛腿

16、的设计在中层厂房中，常采用柱侧伸出的牛腿来支承屋架(屋面梁)、托架和吊车梁等构件。根据牛腿竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离a的大小，一般把牛腿分成两类：a ho是为短牛腿；aho时为长牛腿。Ho为牛腿与下柱交接处的牛腿竖直截面的有效高度。长牛腿的受力特点与悬臀梁相似，可按悬臂梁设汁。支承吊车梁等构件的牛腿均为短牛 腿(以下简称牛腿)，它实质上是一变截面深梁，其受力性能与普通悬臂梁不同。 本节将在介绍牛腿试验研究结果的基础上，阐明牛腿的设计方法。(一)弹性阶段的应力分布 一、受力特点在牛腿上部，主拉应力迹线基本上与牛腿上边缘平行，且牛腿上表面的拉应力沿长度方向比较均匀。牛腿下部主压应力迹线大致

17、与从加载点到牛腿下部与柱的相交点a的连线ab 相平行。牛腿中下部主拉应力迹线是倾斜的，这大致能说明为什么下面所描述的从加载板内 侧开始的裂缝有向下倾斜的现象。(二)裂缝的出现与展开 (三)破坏形态 牛腿的破坏形态主要取决于aho值，一般有以下三种破坏形态：弯曲破坏 当1ah。0.75和纵向受力钢筋配筋率较低时，一般发生弯曲破坏。其 特征是当出现裂缝后。随荷载增加，该裂缝不断向受压区延伸，水平纵向钢筋应力也随之增 大并逐渐达到屈服强度，这时裂缝外侧部分绕牛腿下部与柱的相交点转动，致使受压区混凝 土压碎而引起破坏，见图2-51(a)。 (三)破坏形态2剪切破坏 又分纯剪破坏、斜压破坏和斜拉破坏三种

18、。(1)纯剪破坏。当aho值小( 0.1)或aho值虽较大而边缘高度hl较小时，可能发生 沿加载板内侧接近竖直截面的纯剪破坏，其特征是在牛腿与下柱交接面上出现一系列短斜裂 缝。最后牛腿沿此裂缝从柱上切下而遭破坏，见图2-51(b)：这时牛腿内纵向钢筋应力较低。(2)斜压破坏。当aho0.10.75时，随荷载的增加，斜裂缝逐渐贯通，当斜向的主压 应变达到混凝土的抗压极限压应变值时，混凝土崩落，产生斜压破坏，如图251(c)所示。 (3)斜拉破坏。当aho=0.10.75时，也有可能在加载垫板下突然出现条通长斜裂 缝，使牛腿产生斜拉破坏，如图2-51(d)所示。 3、由于加载板过小而导致加载板下混

19、凝土局部压碎破坏，见图2-51(e)，以及由于纵向受 力钢筋锚固不良而被拔出等破坏形态。 (三)破坏形态(四)牛腿在竖向力和水平拉力同时作用下的受力情况 对同时作用有竖向力Fv和水平拉力Fh，的牛腿的试验结果表明，由于水平拉力的作用，牛 腿截面出现斜裂缝的荷载比仅有竖向力作用的牛腿有不同程度的降低。当FhFv=0.20.5 时，开裂荷载下降3647，可见影响较大，同时牛腿的承载力亦降低。试验还表明，有水 平拉力作用的牛腿与没有水平拉力作用的牛腿，两者的破坏规律相似。 二、牛腿的设计 牛腿设计的主要内容是：确定牛腿的截面尺寸、承载力计算和配筋构造。(一)截面尺寸的确定 由于牛腿的截面宽度通常与柱

20、同宽，因此主要是确定截面高度。由上述牛腿试验结果可知，牛腿的破坏都是发生在斜裂缝形成和展开以后。因此，牛腿截面高度的确定，一般以控制其在使用阶段不出现或仅出现细微斜裂缝为准。因为牛腿出现裂缝后易给人以不安全感，同 时加固也较困难，所以牛腿的截面尺寸应根据下列式(2-19)给出的斜裂缝控制条件和构造 要求来确定，如图2-52所示。 二、牛腿的设计二、牛腿的设计牛腿外边缘高度不应太小，否则、当aho较大而竖向力靠近外边缘时，将会造成斜裂缝不 能向下发展到与柱相交，而发生沿加载板内侧边缘的近似垂直截面的剪切破坏。因此，混凝 土结构设计规范规定，hl不应小于h3，且不应小于200mm。牛腿底面倾斜角一 般取45。二、牛腿的设计加载板尺寸大小对牛腿的承载力有定影响，尺寸越大(并有足够刚度)，牛腿的承载力 越高，尺寸过小，将导致牛腿在加载板处局部承压不足而降低承载力。因此混凝土结构设 计规范规