单层排架结构课件

建筑结构设计

—单层排架结构建筑结构设计1单层厂房的结构组成与布置原则结构的主要构件及作用排架结构分析排架柱设计柱下独立基础设计屋面构件吊车梁设计要点本章主要内容单层厂房的结构组成与布置原则本章主要内容22.1.1单层工业厂房的结构种类2.1单层工业厂房结构组成与布置砌体混合结构（））（按结构材料钢结构钢筋混凝土结构钢—混凝土混合结构2.1.1单层工业厂房的结构种类2.1单层工业厂房结构组3按结构形式排架结构（等高、不等高、锯齿形）刚架结构（两铰门架、三铰门架）刚架特点：刚架立柱和横梁的截面高度都是随内力（主要是弯矩）的增减沿轴线方向做成变高的，节约材料。优点：梁柱合一，构件种类少，制作较简单。缺点：刚度较差，承载后会产生跨变，梁柱转角处产生早期裂缝。按结构形式排架结构（等高、不等高、锯齿形）刚架结构（两铰门4等高排架不等高排架锯齿型排架排架结构类型等高排架不等高排架锯齿型排架排架结构类型52.1.2单层排架结构组成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2.1.2单层排架结构组成1）屋面板2）天沟板3）天窗架46单层排架结构课件7一、柱网布置柱网是竖向承重构件纵横向定位轴线所形成的网格。柱距应采用6米或6米的倍数。跨度在18米以下采用3米(30M)的倍数，在18米以上采用6米(60M)的倍数。(1M＝100mm)2.1.3单层排架结构布置一、柱网布置柱网是竖向承重构件纵横向定位轴线所形成的8二、定位轴线柱网尺寸和定位轴线的一般原则

符合生产和使用要求建筑平面和结构方案经济合理遵循国家有关厂房建筑模数有关标准的规定再厂房结构形式和施工方法上具有先进性和合理性二、定位轴线柱网尺寸和定位轴线的一般原则9墙、边柱与纵向定位轴线的关系：柱距6米、无吊车或Q≦20t，边柱外缘和墙内缘与轴线重合，称封闭结合。D柱距6米、32t≦Q≦50t，边柱外缘和墙内缘与轴线之间加联系尺寸D=125，称非封闭结合。柱距12米或Q>50t，联系尺寸D=250、500。墙、边柱与纵向定位轴线的关系：柱距6米、无吊车或Q≦2010中柱与纵向定位轴线的关系：等高跨上柱中心线与纵向轴线重合h/2h/2单柱高低跨双柱高跨高跨A=D高跨A=B+C高跨A=B+C+DA=DCBA=B+CCBA=B+C+DDA－插入距；B－墙厚；C－伸缩缝宽；D－联系尺寸中柱与纵向定位轴线的关系：等高跨上柱中心线与纵向轴线重合h11墙、柱与横向定位轴线的关系：柱伸缩缝和端部处一般部位处柱中心线与轴线重合600600600墙非承重墙：墙内缘与轴线重合承重墙：墙内缘与轴线的距离为半砖或半砖的倍数。墙、柱与横向定位轴线的关系：柱伸缩缝和端部处一般部位处柱中12三、变形缝设置伸缩缝（温度应力）横向伸缩缝一般采用双柱；纵向伸缩缝一般采用单柱。伸缩缝应从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结构构件完全分开，并留出一定宽度的缝隙。沉降缝（基础不均匀沉降）一般不设。下列情况之一设：相邻部位高差很大；相邻跨吊车起重量悬殊；下卧土层有很大变化；各部分施工时间相差很长；

沉降缝应将建筑物从屋顶到基础全部分开。抗震缝（减轻震害）当厂房平、立面布置复杂或结构高度、刚度相差很大时设置。三、变形缝设置伸缩缝（温度应力）横向伸缩缝一般采用双柱；纵13四、厂房的剖面布置高度（满足生产工艺、建筑模数要求）自室内地面至柱顶的高度应为300mm的倍数；自室内地面至牛腿顶面的高度应为300mm的倍数；自室内地面至吊车轨顶的标志高度应为600mm的倍数。净空要求屋架下弦与吊车架外轮廓线的距离；吊车架外缘与内缘的间距轨道中心线与纵向轴线的距离四、厂房的剖面布置高度（满足生产工艺、建筑模数要求）自14柱顶标高轨顶标高牛腿顶标高室内地面300的倍数600的倍数300的倍数柱顶标高轨顶标高牛腿顶标高室内地面300的倍数600的倍数315750mm750mm16五、支撑布置主要作用：保证结构构件的稳定与正常工作增强厂房的整体稳定性和空间刚度把部分水平荷载传递到主要承重构件保证在施工安装阶段结构构件的稳定五、支撑布置主要作用：17柱间支撑作用：保证厂房纵向排架的刚度和稳定；将水平荷载传至基础。位置：伸缩缝区段中央或临近中央。位置：伸缩缝区段两端。屋架垂直支撑及水平系杆作用：增加屋架的侧向稳定，防止上下弦杆的侧向颤动。柱间支撑作用：保证厂房纵向排架的刚度和稳定；将水平荷载传至18600060006000600060060006000600600aeCC-1CC-1CC-2CC-1CC-1CC-2CC-1CC-1CC-1CC-1CC-2CC-1CC-1CC-3CC-3CC-3CC-3GX-1GX-1GX-1GX-1332233443311CC-2CC-1CC-1CC-2CC-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-1GX-1GX-1GX-11—1垂直支撑与水平系杆60006000600060006006000600060019CC-1CC-1CC-1GX-2GX-2GX-2GX-23—3CC-3CC-2CC-2CC-2GX-1GX-1GX-1GX-14—4GX-2GX-2GX-2GX-2CC-2CC-2CC-2GX-1GX-1GX-1GX-12—2垂直支撑与水平系杆CC-1CC-1CC-1GX-2GX-2GX-2GX-23—20屋架下弦横向水平支撑作用：将屋架下弦受到的水平力传至纵向排架柱位置：伸缩缝区段两端屋架上弦横向水平支撑作用：增强屋盖整体刚度和上弦的侧向稳定，将抗风柱传来的风荷载传给纵向排架柱顶。屋架纵向水平支撑（下弦）作用：增强排架间的协同工作能力，保证横向水平力的纵向分布。屋架下弦横向水平支撑作用：将屋架下弦受到的水平力传至纵向21单层排架结构课件22六、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁布置抗风柱作用：使部分风荷载经抗风柱下端直接传至基础而上部则通过屋盖系统传至纵向柱列。抗风柱的柱脚一般采用插入基础杯口的固接方式。抗风柱上端与屋架的连接必须满足两个要求：在水平方向必须与屋架有可靠的连接以保证有效地传递风荷载。在竖向脱开，且两者之间能允许一定的竖向相对位移。圈梁、连系梁、过梁和基础梁六、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁布置抗风柱23单层排架结构课件24单层排架结构课件252.2

排架结构分析单层工业厂房是由纵、横向排架组成的空间结构。为方便，可简化为纵、横向平面排架分别进行分析，忽略两者的相互影响。除进行抗震和温度应力分析，纵向排架一般不计算。排架结构分析主要包括：确定计算简图，荷载计算，柱控制截面的内力分析和内力组合，以及验算排架的水平位移值。2.2排架结构分析单层工业厂房是由纵、横向排架组成的空间结262.2.1分析模型一、计算单元从整体结构中选取有代表性的一部分作为计算的对象，该部分称为计算单元。二、结构简图柱子下端固接于基础顶面，横梁与柱铰接；横梁为没有轴向变形的刚杆。ABuHHAB计算单元12345柱总高H＝柱顶标高－基础底面标高－初步拟定底基础高度上部标高Hu＝柱顶标高－轨顶标高＋轨道构造高度＋吊车梁支承处的吊车梁高2.2.1分析模型一、计算单元从整体结构中选取有代27三、荷载计算形式、大小、作用位置、方向。恒载屋盖自重上柱自重下柱自重吊车梁及轨道自重活载屋面活载吊车荷载风荷载屋面活荷载：包括屋面均布活荷载，雪荷载和屋面积灰荷载三种排架计算时，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，仅取大者，积灰荷载与前两者中大者同时考虑；荷载分项系数1.4吊车荷载（桥式吊车）：对排架的作用有竖向荷载和水平荷载两种F5F5三、荷载计算形式、大小、作用位置、方向。恒载屋盖自重上柱自重28150750恒载下计算简图恒载下轴力图恒载150750恒载下计算简图恒载下轴力图恒载29风向风载风荷载：排架承受的风荷载由计算单元范围内的外墙面及屋面传来，垂直作用于建筑物表面，并且在迎风面形成正压区，在背风面形成负压区。柱顶以下墙面上的风荷载按作用在排架柱上的均布荷载考虑，其风压高度变化系数可按柱顶标高取值。柱顶以上的风荷载按作用在柱顶的水平集中力考虑，其值为屋面风荷载合力的水平分力以及女儿墙迎风面和背风面水平风荷载的总和。风向风载风荷载：30吊车荷载竖向荷载横向水平荷载纵向水平荷载最大轮压与最小轮压当小车吊有额定起重量开到桥架某一极限位置时，在这一侧产生的轮压称最大轮压；与最大轮压相对应的另一侧轮压称最小轮压。（同时发生）K

桥式吊车按照使用（或达到额定值）的频繁程度分为轻级、中级、重级和特重级四个载荷状态。吊车荷载竖向荷载横向水平荷载纵向水平荷载最大轮压与最小轮压31最大轮压与最小轮压最大轮压可从产品目录中查得；最小轮压可由下式确定：（四轮吊车）P2maxy1=1xP2maxP1maxP1maxK1K2y2y3y4B1B2吊车竖向荷载如果两台吊车相同，则G1,k：大车自重标准值；G2,k：小车自重标准值；G3,k：吊车额定起吊重量标准值D为P在吊车梁支座产生的竖向荷载移动荷载，须用影响线求最值β:多台吊车同时满载的可能性较小，与吊车工作制度及吊车台数有关最大轮压与最小轮压最大轮压可从产品目录中查得；最小32Dmax可以发生在左柱，也可以发生在右柱，在Dmax、Dmin作用下，单跨排架的计算考虑上图(a)、(b)两种荷载情况。Dmax、Dmin对下柱均为偏心力，应将其换算成作用在下柱顶面的轴心压力和弯矩，其弯矩：Mmax=Dmaxe4，Mmin=Dmine4Dmax可以发生在左柱，也可以发生在右柱，在Dmax、Dmi33吊车横向水平荷载传力过程：小车惯性力大车吊车梁排架柱作用位置：吊车梁顶面作用方向：垂直轨道侧（正、反向）—吊车横向水平荷载系数每个轮子上的横向水平制动力：如果吊车相同，同样，利用影响线可以确定柱子受到的水平力小车吊着重物在桥架上运行，在启动或制动时都将产生横向水平惯性力，即吊车横向水平荷裁。这种横向惯性力通过小车制动轮与桥架上轨道间的摩擦力传给桥架，桥架又通过它的车轮在吊车轨顶传给两侧的吊车梁，再经过吊车梁顶面与柱上的连接钢板传给两侧的排架柱。硬钩＝0.20吊车横向水平荷载传力过程：小车惯性力大车吊车梁排架柱作用位置34活载下计算简图F5－屋面活载e1－对上柱偏心距e4－吊车梁支座对下柱偏心距活载下计算简图F5－屋面活载35小车沿横向左右运行，对Tmax要考虑它向左和向右两种作用。小车沿横向左右运行，对Tmax要考虑它向左和向右两种作用。36吊车纵向水平荷载按一侧所有制动轮最大轮压之和的10%确定：作用位置：轨道顶面作用方向：沿轨道方向，由纵向排架承受多台吊车的组合系数2台轻、中级重、特重级4台轻、中级重、特重级3台轻、中级重、特重级对于一层吊车厂房：水平荷载：单跨、多跨，最多考虑2台；竖向荷载：单跨时，最多考虑2台多跨时，最多考虑4台。当沿厂房纵向运行的桥架在启动或突然刹车时，引起的纵向水平惯性力，它由桥架每侧的制动轮传至两侧轨道，再通过吊车梁传给厂房纵向排架。吊车纵向水平荷载按一侧所有制动轮最大轮压之和的10%确定：作372.2.2等高排架的内力计算一、柱的抗侧刚度设柱顶作用一单位力发生的位移为，代表柱顶发生单位侧向位移时柱内的剪力，定义为柱的抗侧刚度，用D表示。与、有关。

等高排架是指柱顶水平位移值相等的排架，它包括柱顶标高相同，或柱顶标高虽不同但柱顶由倾斜横梁贯通相连的排架。2.2.2等高排架的内力计算一、柱的抗侧刚度设柱顶作用一单38二、剪力分配法柱顶作用集中荷载由平衡条件：由物理条件：由几何条件：可求得：称为柱i的剪力分配系数。柱自身抗侧刚度与所有柱总抗侧刚度的比值。求出各柱顶剪力后，各柱可按独立悬臂柱计算内力。二、剪力分配法柱顶作用集中荷载由平衡条件：由物理条件：由几39任意荷载作用在柱顶加不动铰支座，阻止水平位移，利用图表（见教材附录2，P429-432）求出内力和支座反力R；为消除不动铰支座影响，撤销柱顶不动铰支座，并将支座反力R反向作用于柱顶，以恢复到原来的实际情况，并求出该工况内力；将上述两种情况的内力叠加，得到排架柱实际内力。任意荷载作用在柱顶加不动铰支座，阻止水平位移，利用图表（402.2.3水平位移计算为了保证吊车的正常运行，需要控制厂房的水平位移。正常使用极限状态，考虑一台最大吊车的横向水平荷载作用，吊车梁顶处的水平位移应满足：且（轻、中级工作制）（重、特重级工作制）ABHK当时可不验算相对位移。Hk-基础顶面至吊车梁顶面的距离2.2.3水平位移计算为了保证吊车的正常运行，需要412.2.4排架计算模型的讨论一、排架的整体空间作用基本概念结构均匀、荷载均匀结构不均匀、荷载均匀结构均匀、荷载不均匀排架结构的整体空间作用指的是排架与排架，排架与山墙之间相互关联的整体作用2.2.4排架计算模型的讨论一、排架的整体空间作用基本概42在b、c两种情况下，其最大侧向位移量即在b、c两种情况的侧移小于按平面排架计算的侧移。、<空间工作的条件：各横向排架（山墙可理解为广义横向排架）之间有联系（即屋盖有一定的整体刚度）；各横向排架彼此情况不同，或者结构不均匀、或者荷载不均匀。在设计中，需要考虑整体空间工作时，只对吊车荷载才考虑厂房的整体空间作用（局部荷载下整体空间作用比均布荷载下要大）。柱顶在单个荷载作用下的空间作用分配系数在b、c两种情况下，其最大侧向位移量即在b、c两种情况的侧移43平面排架平面排架平面排架空间排架称为空间作用分配系数当某榀排架柱顶作用水平力时，如果考虑排架整体空间作用，该排架仅承担，其余部分由其它排架承担。平面排架平面排架平面排架空间排架称为空间作用分配系数当某榀排44吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法考虑空间作用后，上柱弯矩增大；下柱弯矩减小。吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法考虑空间作用后，上柱弯45二、屋架、地基变形对内力的影响平衡条件：物理条件：几何条件：横梁变形ABL二、屋架、地基变形对内力的影响平衡条件：物理条件：几何条件：46ABLABL左右两种情况A柱的剪力是否相同？思考题ABLABL左右两种情况A柱的剪力是否相同？思考题47地基不均匀沉降AB地基不均匀沉降对排架内力有无影响？AB地基转动地基不均匀沉降AB地基不均匀沉降对排架内力有无影响？AB48三、柱长不同的等高排架计算ABCABC三、柱长不同的等高排架计算ABCABC49四、抽柱后的计算模型ABC123计算单元ABC将计算单元内的排架合并。单层厂房中，有时由于工艺要求，或者在局部区段少放置若干根柱(习称“抽柱”），或者中列柱的柱距比边列柱的为大，因而形成了纵向柱距不等的情况。四、抽柱后的计算模型ABC123计算单元ABC将计算单元内的50恒载和风荷载的计算方法用一般排架。吊车荷载不同，B轴柱按加长吊车梁的影响线确定；A和C轴柱应考虑作用在①、③、柱子上相应值的一半，即ABC123计算单元求得内力后，A和C轴柱的弯矩、剪力除2得到原结构单根柱的内力，轴力根据实际受荷情况确定。

恒载和风荷载的计算方法用一般排架。吊车荷载不同，B轴柱按加长512.3排架柱设计2.3.1荷载组合

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）3.2.4-3.2.51.2×恒荷载标准值+1.4×1项活荷载标准1.2×恒荷载标准值+1.4×0.90×(2项或2项以上活荷载标准值）可变荷载效应控制（对于单层排架结构，可以采用简化组合）永久荷载效应控制1.35×恒荷载标准值+所有活荷载的组合值IIIIIIIIIIII2.3.2内力组合一、控制截面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。2.3排架柱设计2.3.1荷载组合《建筑结构荷载规范》52二、组合内容最大弯矩及相应的轴力和剪力；最小弯矩及相应的轴力和剪力；最大轴力及相应的弯矩和剪力；最小轴力及相应的弯矩和剪力。三、注意事项每一项组合必须包括恒荷载产生的内力；对活荷载，必须明确组合的目标，即每次组合只能以一种内力为目标来决定内力取舍；有T必有D，有D也有T；风荷载有向左和向右两种作用情况，只能选择其中一种情况进行内力组合；组合最大轴力和最小轴力时，轴力为零的项应考虑进去。钢筋砼N~M曲线**二、组合内容最大弯矩及相应的轴力和剪力；三、注意事项每一项组532.3.3混凝土柱截面设计平腹杆斜腹杆一、截面形式宜用矩形柱；工字形或矩形柱；宜用双肢柱。宜用工字形柱；从刚度要求出发，需满足表2-3的要求。2.3.3混凝土柱截面设计平腹杆斜腹杆一、截面形式宜用矩形54二、截面配筋取最不利内力组合，按偏压构件设计。偏压构件的承载力计算需用到计算长度。，相应的计算长度为。对两端为不动铰支座的构件，其临界荷载为：对于其它支承的构件，将其换算为具有与两端铰支座相同临界荷载的受压构件，即二、截面配筋取最不利内力组合，按偏压构件设计。偏压构件的承载55根据杆系稳定理论：对于双跨排架，偏于安全，规范分别取和。无吊车荷载HH对于等高等截面单跨排架，根据杆系稳定理论：对于双跨排架，偏于安全，规范分别取56有吊车荷载考虑房屋的空间作用，即不仅考虑同一排架内各柱参加工作；而且还考虑相邻排架的协同工作。因此，可将上端近似简化为不动铰支座。当，时，。规范分别取和。变截面上段：变截面下段：，HuHHl有吊车荷载考虑房屋的空间作用，即不仅考虑同一排架内各柱参加57三、吊装验算验算内容：吊装、运输阶段的承载力和裂缝宽度验算（一般考虑翻身吊装）；荷载：自重，考虑动力系数1.5；安全等级：降一级，乘系数0.9；四、构造如果不满足，增加吊点或调整配筋。单点绑扎起吊，吊点设在变阶处；柱的混凝土强度一般按设计强度的70％考虑；三、吊装验算验算内容：吊装、运输阶段的承载力和裂缝宽度验算（582.3.4牛腿设计长牛腿短牛腿一、试验研究应力分布牛腿上部主拉应力迹线基本上与牛腿边缘平行；牛腿下部主压应力迹线大致与ab连线平行；牛腿中、下部主拉应力迹线是倾斜的。2.3.4牛腿设计长牛腿短牛腿一、试验研究应力分布牛腿上59裂缝开展当达到极限值的20~40%，出现垂直裂缝①；在极限荷载的40~60%，出现第一条斜裂缝②；约极限荷载的80%，突然出现第二条斜裂缝③。①②③破坏形态剪切破坏斜压破坏弯压破坏局部承压破坏牛腿在使用过程中，设计上不允许出现斜裂缝指裂缝②，这是确定牛腿截面尺寸的主要依据。试验证明，a/h0是影响裂缝出现迟早的主要依据。裂缝开展当达到极限值的20~40%，出现垂直裂缝①；①②60截面尺寸二、截面设计（截面尺寸、截面配筋、构造）牛腿的截面宽度通常与柱同宽，因此主要确定截面高度；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；牛腿的纵向钢筋和弯筋对斜裂缝出现无明显的影响，影响截面抗裂能力的主要是牛腿的截面尺寸。截面尺寸二、截面设计（截面尺寸、截面配筋、构造）牛腿的截面61截面高度根据斜截面抗裂，按下式确定：——作用在牛腿顶部的竖向力标准组合值；——作用在牛腿顶部的水平力标准组合值；——裂缝控制系数，需作疲劳验算的牛腿取0.65，其余0.8；b——牛腿宽度，同柱宽；a——考虑安装偏差20mm，当a<0取a=0。为防止局部受压破坏，加载板尺寸应满足：截面高度根据斜截面抗裂，按下式确定：——作用在牛腿顶部的竖向62截面配筋将牛腿简化为一个以纵向钢筋为拉杆和混凝土斜撑为压杆的三角形桁架牛腿承载力计算简图截面配筋将牛腿简化为一个以纵向钢筋为拉杆和混凝土斜撑为压杆63近似取抵抗竖向力产生的弯矩所需钢筋抵抗水平力所需钢筋近似取抵抗竖向力产生的弯矩所需钢筋抵抗水平力所需钢筋64构造水平箍筋：弯起钢筋：范围内箍筋总面积不少于应设弯起筋，不能用纵向钢筋兼作弯起钢筋面积不少于不少于2根，构造水平箍筋：弯起钢筋：范围内箍筋总面积不少于应设弯起筋，652.4柱下独立基础设计独立基础形式：平板式基础（杯形基础）(a)、(b)、(c)；板肋式基础（杯口、肋板预制）(d)；壳体基础(e)；倒圆台板式基础(f)；桩基2.4.1概述a)b)杯口杯底预制柱c)底板肋d)e)f)2.4柱下独立基础设计独立基础形式：平板式基础（杯形基础）662.4.2平板式独立基础设计一、基础破坏类型地基破坏冲切破坏受弯破坏二、设计内容：地基计算（确定底板尺寸）；抗冲切承载力计算（确定基础高度）；受弯承载力计算（确定底板配筋）；构造（根据工程经验）。2.4.2平板式独立基础设计一、基础破坏类型地基破坏冲切破67基础是绝对刚性的；基底某点反力与该点的地基沉降成正比。三、地基计算假定轴心受压基础取F－上部结构传至基础顶面的竖向力设计值；G－基础及基础上方土的重力设计值；A－基础底面面积；m-基础及上方土重力密度平均值fa－地基承载力设计值。基础是绝对刚性的；三、地基计算假定轴心受压基础取F－上部68偏心受压基础令M-作用于基础底面的力矩设计值W-基础底面面积抵抗矩，W=lb2/6基础底面全截面受压时，根据假定，基底压力线性非均匀分布，如下图示，地基最大、最小反力见下式偏心受压基础令M-作用于基础底面的力矩设计值基础底69当e＜b／6时，Pmin＞0，这时基础底面全部为压应力，地基反力图形为梯形；当e＝b／6时，则Pmin＝0，这时基础底面一侧边缘的压应力为零．地基反力图形为三角形。上述两种情况，基础的全部底面积和地基是密切接触的。当e＞b／6时，则Pmin＜0，这说明基础底面积的一部分将产生拉力，由于基础与土壤的接触面是不能受拉的，因此这部分基础底面与地基之间就脱离，根据作用力和反作用力合力的作用点应重合，可以确定承受压应力的基础底面积将不是lb而是3la。a－是偏心荷裁(F+G)作用点至基础底面最大受压边缘的距离，a=b/2-e当e＜b／6时，Pmin＞0，这时基础底面全部为压应力，地基70当时，地基承载力应满足：将地基容许承载力提高20％的原因是因为Pmax只是在基础边缘的局部分布应力，而且Pmax中的大部分是由活荷载而不是由恒荷裁产生的。确定偏心受压基础底面尺寸一般可采用试算法：先按轴心受压基础计算出所需的底面积，然后再增大20～40％；按此面积初步选定长、短边尺寸(通常b／l≦2，一般取1.5左右)，然后验算是否满足地基承载力（上式）的要求。如果不满足，再假定尺寸重算，直至满足为止。对于甲级、乙级和部分丙级建筑，还需进行变形验算。当时，地基承载力应满足：将地基容许承载力提高2071四、抗冲切承载力计算沿柱边冲切沿变阶处冲切为防止冲切破坏，必须使冲切面外的地基反力所产生的冲切力Ft小于、等于冲切面上混凝土的受冲切承载力。四、抗冲切承载力计算沿柱边冲切沿变阶处冲切为防止冲切破坏，必72NMpnh0450450h0h0h0h0bbbtABCDEFNMpnh0450450h0h0h0h0bbbtABDEFC基础高度尚应满足抗剪承载力：bt-冲切破坏锥体斜截面的上边长。当计算柱与基础交接处的冲切承载力时，取柱宽；当计算基础变阶处的冲切承载力时，取基础的上阶宽。bb-冲切破坏锥体斜截面的下边长。当计算柱与基础交接处的冲切承载力时，取柱宽加2倍基础有效高度；当计算基础变阶处的冲切承载力时，取基础的上阶宽加2倍该处基础的有效高度。bm-冲切破坏锥体斜截面上边长bt和下边长bb的平均值。h0-基础冲切破坏锥体的有效高度。A

-考虑冲切荷载时取用的多边形面积，即图中阴影ABCDEF面积。pn-在荷裁没计值作用下基础底面单位面积上的土壤净反力(不包括基础自重及基础上的土重)；当为偏心荷载时，可取用最大的单位反力。NMpnh0450450h0h0h0h0bbbtABCDEF73五、受弯承载力计算五、受弯承载力计算74短边方向：长边方向：Npnh0IAs2As1bhClbCABCD*II*e2IIIIe1梯形面积ABCD上的地基净反力pn的合力与该面积形心到柱边截面的距离之积，即近似取内力臂系数0.9，短边方向：长边方向：Npnh0IAs2As1bhClbCAB75六、构造要求材料混凝土：C20；钢筋：保护层厚度有100厚素混凝土垫层时，为35；没有垫层时为70。插入深度应满足表2-5的要求（与柱截面形式和截面尺寸有关）纵筋锚固要求吊装时的稳定要求（5%柱长）六、构造要求材料混凝土：C20；保护层厚度有100厚素混76杯底厚度、杯壁厚度见表2-6。杯壁配筋柱轴心或小偏心受压且时可不配筋；，大偏心受压且柱轴心或小偏心受压且时可按构造配筋；其它情况按计算配筋。杯底厚度、杯壁厚度见表2-6。杯壁配筋柱轴心或小偏772.5.1概述屋面板屋架（屋面梁）无檩体系檩条屋架（屋面梁）有檩体系瓦（瓦楞铁皮、石棉瓦、波形钢板、钢丝网水泥板）2.5

屋面构件2.5.1概述屋面板屋架（屋面梁）无檩体系檩条屋架（屋面梁78一、屋架种类混凝土屋架钢筋混凝土三角形屋架钢筋混凝土折线形屋架预应力混凝土折线形屋架预应力混凝土梯形屋架预应力混凝土直腹杆屋架钢屋架组合屋架三角形钢屋架梯形钢屋架矩形钢屋架曲拱钢屋架2.5.2屋架设计一、屋架种类混凝土屋架钢筋混凝土三角形屋架钢筋混凝土折线形屋79钢筋混凝土及组合屋架钢筋混凝土及组合屋架80钢屋架钢屋架81屋架、屋面梁的结构型式确定的原则：外形与屋面排水坡度相适应；在制作简单的前提下，外形尽量与其弯矩图相接近；尽可能使荷载作用于节点；腹杆的布置应尽量使长杆受拉，短杆受压。屋架、屋面梁的结构型式确定的原则：外形与屋面排水坡度相适应；82二、屋架形式与杆件尺寸要求高跨比1/10~1/6，外形应接近简支梁（简支受弯构件）弯矩图。混凝土屋架节间长度：上弦3米、4.5米、6米；下弦4.5米、6米；杆件尺寸：上弦不小于200×180；下弦不小于200×140；腹杆不小于100×100；长细比不大于40（拉）、35（压）钢屋架节间长度：上弦1.5米或3米，有檩体系0.8~3m；下弦3米；长细比：受压150；受拉350（250）二、屋架形式与杆件尺寸要求高跨比1/10~1/6，外形应接近83三、屋架内力分析1.计算模型按多跨折线连续梁计算上弦弯矩（主弯矩）；按铰接桁架计算杆件轴力。2.荷载自重（建筑层、屋面板、屋架、支撑）活载（屋面活载、雪载、积灰载）施工荷载三、屋架内力分析1.计算模型按多跨折线连续梁计算上弦弯矩（主843.荷载组合恒载+全跨[屋面活载（雪载）+积灰载]；恒载+半跨雪载或灰载；屋架与支撑自重+半跨[屋面板自重+施工荷载]。4.内力上弦：弯矩和轴向压力；腹杆和下弦：轴力。3.荷载组合恒载+全跨[屋面活载（雪载）+积灰载]；4.内力855.计算模型的误差及措施铰接（对腹杆的影响不大）实际上，由于腹杆的变形，使上弦节点产生位移，从而使在上弦杆中引起附加弯矩，称为次弯矩。上弦节点为不动铰支座措施：将上弦杆和端部斜杆的截面（钢结构）或配筋量（混凝土结构）适当增加。5.计算模型的误差及措施铰接（对腹杆的影响不大）实际上，86四、钢屋架构件设计1.杆件的计算长度平面内弦杆、支座斜杆、支座竖杆其他腹杆平面外弦杆支座斜杆、支座竖杆和其他腹杆斜平面支座斜杆、支座竖杆其他腹杆（侧向支承点间距）四、钢屋架构件设计1.杆件的计算长度平面内弦杆、支座斜杆、87当弦杆侧向支承点间的距离为两倍节间长度，且两个节间杆件的内力不等时，平面外计算长度按下式取：支撑，—较大的压力，取正号；—较小的压力或拉力，拉力取负号。当弦杆侧向支承点间的距离为两倍节间长度，且两个节间杆件的内力882.截面选型屋架上弦：平面外计算长度一般为平面内计算长度的两倍，如无局部弯矩，故宜采用短肢相拼的T形截面，支座斜杆：因平面内和平面外计算长度相等，采用长肢相拼的T形截面比较合理；如有较大的局部弯矩，可采用长肢相拼的T形截面，以提高平面内的抗弯能力，此时2.截面选型屋架上弦：平面外计算长度一般为平面内计算长度的两89屋架下弦：平面外计算长度一般很大，故宜采用短肢相拼的T形截面。计算长度范围内的垫板数不应少于2块。其他腹杆：因T形截面，与竖向支撑相连的竖腹杆宜采用等肢角钢组成的十字形截面，使节点连接不偏心；轴力特别小的腹杆也可采用单角钢。，宜采用等肢角钢组成的50~8015~2040i(80i)III—I屋架下弦：平面外计算长度一般很大，故宜采用短肢相拼的T形截面903.截面计算轴心拉杆：轴心压杆：（强度要求，当截面无削弱时可不计算）（稳定要求）假定长细比（弦杆70~100，腹杆100~120）查得值计算A，同时算出根据选择角钢，用实际的进行稳定验算，如不满足重新选择，直至满足。3.截面计算轴心拉杆：轴心压杆：（强度要求，当截面无削弱时可91偏心受拉：—截面塑性发展系数，动力荷载取1；—受拉最大纤维的净截面抵抗矩。偏心受压：强度要求：—受压最大纤维的净截面抵抗矩。平面内稳定：—平面内轴压构件稳定系数；—平面内受压纤维毛截面抵抗矩—欧拉临界力；—等效弯矩系数。平面外稳定：—受弯构件的整体稳定系数；—等效弯矩系数。偏心受拉：—截面塑性发展系数，动力荷载取1；—受拉最大纤维的924.节点设计一般要求各杆件的形心线应尽量与屋架几何轴线重合，并汇交于节点中心，考虑到施工方便，肢背到轴线的距离可取5mm的倍数；对变截面弦杆，宜采用肢背平齐的连接方式，变截面的两部分形心线的中线应与屋架几何轴线重合；杆件形心线杆件形心线屋架轴线4.节点设计一般要求各杆件的形心线应尽量与屋架几何轴线重合，93节点板上各杆件之间的净距不宜小于20mm；杆件端部宜采用直切，即切割面与轴线垂直，为了减小节点板也可采用斜切。允许的斜切形式不允许的斜切形式节点板上各杆件之间的净距不宜小于20mm；杆件端部宜采用直94计算与构造选定节点板厚度节点板厚度：根据最大内力选用，见表2-10。计算焊缝长度确定节点板大小焊缝计算：一般节点计算腹杆与节点板连接焊缝时，杆件的内力按照杆件的最大内力取值，而计算弦杆与节点板连接焊缝时，杆件的内力按照二节间之间的最大内力差取值：肢背：肢尖：内力分配系数角钢拼接形式K1K2等边角钢0.70.3不等边角钢短肢相拼0.750.25不等边角钢长肢相拼0.650.35计算与构造选定节点板厚度节点板厚度：根据最大内力选用，见表95有集中荷载的节点有集中荷载时，弦杆与节点板的连接焊缝需考虑弦杆内力与集中荷载的共同作用。上弦为了搁置屋面板，常将节点板缩进肢背而采用塞焊。塞焊可作为两条的角焊缝计算，因焊缝质量不易保证，焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。肢背：肢尖：B

有集中荷载的节点有集中荷载时，弦杆与节点板的连接焊缝需考虑96假定集中荷载由肢背塞焊缝承担；上弦相邻节间内力差由肢尖焊缝承担。有集中荷载时，上弦节点亦可按下述方法计算。肢背塞焊缝肢尖角焊缝—为肢尖焊缝至杆件形心的距离。其中假定集中荷载由肢背塞焊缝承担；上弦相邻节间内力差97弦杆的拼接节点拼接角钢采用与弦杆相同的截面。拼接角钢的长度应按拼接角钢与弦杆的连接焊缝长度确定，，对下弦杆取d=10~20mm，对上弦杆取d=30~50mm，l不宜小于600mm。弦杆的拼接节点拼接角钢采用与弦杆相同的截面。拼接角钢的长度98其中连接焊缝长度上弦按弦杆最大内力确定：下弦按下弦截面面积等强度确定：对于上弦假定集中荷载由肢背的塞焊缝承担，肢尖焊缝承担上弦内力的15%，并考虑此力产生的偏心弯矩。弦杆与节点板的焊缝长度对于下弦按两侧下弦较大内力的15%和两侧下弦的内力差两者中的大值计算；其中连接焊缝长度上弦按弦杆最大内力确定：下弦按下弦截面面积等99支座节点支座节点包括节点板、加劲肋、底板和锚栓等。底板的尺寸根据混凝土局部受压承载力确定，厚度一般取20mm；节点板的大小由杆件与节点板的连接焊缝长度确定，下弦水平肢的底面与支座底板之间的净距不应小于水平肢的宽度和130mm；加劲肋与节点板的垂直焊缝可假定其承担支座反力25%计算，并考虑焊缝为偏心受力；支座节点支座节点包括节点板、加劲肋、底板和锚栓等。底板的尺100支座节点板、加劲板与支座底板的水平连接焊缝按下式计算：锚栓预埋于支撑构件的混凝土中，直径一般取20~25mm，底板上的锚栓孔直径一般为锚栓直径的2~2.5倍。2.5.3屋面其他构件一、屋面板(一般采用标准尺寸的屋面板)二、檩条(檩条将屋面荷载传递到屋架、可靠地传递水平力)三、托架四、天窗架支座节点板、加劲板与支座底板的水平连接焊缝按下式计算：锚栓预1012.6.1概述2.6吊车梁设计要点吊车梁直接承受吊车荷载，并构成纵向排架，加强厂房纵向刚度，传递纵向荷载。是单层工业厂房的重要构件。吊车梁按材料可分为：混凝土吊车梁钢吊车梁组合吊车梁变截面吊车梁等截面吊车梁鱼腹式折线式实腹式下撑式桁架式2.6.1概述2.6吊车梁设计要点吊车梁直接承受吊车荷载102下撑式吊车梁实腹式吊车梁桁架式吊车梁下撑式吊车梁实腹式吊车梁桁架式吊车梁1032.6.2吊车梁受力特点承受两组移动的集中荷载（和）；吊车荷载是重复荷载，需进行疲劳验算；吊车荷载具有动力特性；对吊车竖向荷载应乘以动力系数μ，轻、中级软钩取1.05，重级软钩、硬钩可取1.1。吊车荷载是偏心荷载，将对吊车梁（无制动梁时）产生扭矩。为了承担横向水平力，对于钢吊车梁一般需设置制动梁或制动桁架2.6.2吊车梁受力特点承受两组移动的集中荷载（104弯曲中心每个轮子产生的扭矩：静力计算考虑两台吊车疲劳验算考虑一台吊车，且不考虑横向水平荷载按影响线可求出吊车梁的弯曲中心每个轮子产生的扭矩：静力计算考虑两台吊车疲劳验算考虑1052.6.3混凝土吊车梁（等截面）设计要点一、计算内容静力计算弯、剪、扭承载力裂缝宽度和挠度疲劳验算正截面（验算正截面受压区混凝土边缘的应力和受拉钢筋的应力）斜截面（验算中和轴处混凝土的主拉应力及箍筋和弯起钢筋的应力）施工阶段验算（对预应力混凝土吊车梁而言）2.6.3混凝土吊车梁（等截面）设计要点一、计算内容静力106二、构造要点截面尺寸梁高取跨度的1/4~1/12，一般有600、900、1200、1500mm四种；腹板一般取140、160、180mm，在梁端部逐渐加厚至200、250、300mm，先张法预应力可用100（卧捣）和120（竖捣），后张法预应力可用140；上翼缘宽度一般为400、500和600mm。连接构造配筋构造纵筋：不能有接头，不宜采用光面钢筋，肋部两侧设腰筋；箍筋：不得采用开口箍，梁端范围内增加20~25%；端部：沿梁高设置焊在锚板上的竖向钢筋和水平封闭箍筋。二、构造要点截面尺寸梁高取跨度的1/4~1/12，一般有61072.6.4钢吊车梁（实腹式）设计要点一、计算内容强度正应力上翼缘下翼缘剪应力腹板局部压应力折算应力整体稳定（有制动结构时不必验算）刚度疲劳强度局部稳定（对焊接吊车梁）翼缘与腹板的连接2.6.4钢吊车梁（实腹式）设计要点一、计算内容强度正应力108截面尺寸二、构造要点截面高度应按照允许变形（），并考虑建筑净空要求和钢板规格等；腹板厚度应该按照支座抗剪要求和局部挤压条件确定，一般不应小于（7+3h）mm；翼缘厚度不应小于8mm，也不大于40mm；翼缘宽度一般为（1/3~1/5）h，翼缘宽度不应大于30t（Q235）或24t（Q345）,当上翼缘轨道用压板连接时，翼缘宽度应大于300mm。截面尺寸二、构造要点截面高度应按照允许变形（109连接构造轻、中级荷载状态的吊车梁与制动梁或柱子在工地连接时，可采用焊接连接，应避免采用C级螺栓连接；对于重级、超重级载荷状态应优先采高强螺栓连接。采用实腹式制动梁，吊车梁的下翼缘和制动梁的外翼缘之间每隔一定距离用斜撑杆联系起来或用板铰把制动梁的翼缘挂在墙架柱上。连接构造轻、中级荷载状态的吊车梁与制动梁或柱子在工地连接时110对于设置在边柱上跨度大于18m的轻、中级载荷状态吊车梁和跨度大于12m的重级和超重级载荷状态的吊车梁，应设置辅助桁架，以及水平支撑系统和竖向（即横隔）支撑系统。辅助桁架设置在制动梁的外翼缘（或弦杆）处的竖向平面内，横向高度与吊车梁相等，其下弦杆与吊车梁下翼缘用水平支撑相连，形成空间体系，再每隔一定距离设置竖向支撑作为横隔以增加空间抗扭刚度。对于设置在边柱上跨度大于18m的轻、中级载荷状态吊车梁和跨度111对于中间柱上成对设置的等高吊车梁，可以省去辅助桁架，只需在相邻吊车梁的下翼缘间设置水平支撑和适当设置几道竖向支撑。对于中间柱上成对设置的等高吊车梁，可以省去辅助桁架，只需在相112单层排架重点一、结构布置构件与定位轴线的关系支撑的作用、位置二、吊车荷载计算最大轮压与最小轮压反力影响线多台吊车荷载折减系数单层排架重点一、结构布置构件与定位轴线的关系二、吊车荷载计算113三、排架结构分析1.计算模型（基本假定）2.等高排架的剪力分配法3.排架的空间作用分析4.计算模型的讨论四、混凝土排架柱设计1.排架柱的最不利内力组合2.混凝土牛腿设计梁柱铰接，柱固接于基础顶面横梁为刚性杆物理条件几何条件平衡条件三、排架结构分析1.计算模型（基本假定）2.等高排架的剪114五、柱下独立基础设计六、钢屋架设计1.底板面积的确定2.基础高度的确定3.底板配筋的确定4.基础的构造1.最不利荷载组合2.计算模型3.节点设计五、柱下独立基础设计六、钢屋架设计1.底板面积的确定2.115建筑结构设计

—单层排架结构建筑结构设计116单层厂房的结构组成与布置原则结构的主要构件及作用排架结构分析排架柱设计柱下独立基础设计屋面构件吊车梁设计要点本章主要内容单层厂房的结构组成与布置原则本章主要内容1172.1.1单层工业厂房的结构种类2.1单层工业厂房结构组成与布置砌体混合结构（））（按结构材料钢结构钢筋混凝土结构钢—混凝土混合结构2.1.1单层工业厂房的结构种类2.1单层工业厂房结构组118按结构形式排架结构（等高、不等高、锯齿形）刚架结构（两铰门架、三铰门架）刚架特点：刚架立柱和横梁的截面高度都是随内力（主要是弯矩）的增减沿轴线方向做成变高的，节约材料。优点：梁柱合一，构件种类少，制作较简单。缺点：刚度较差，承载后会产生跨变，梁柱转角处产生早期裂缝。按结构形式排架结构（等高、不等高、锯齿形）刚架结构（两铰门119等高排架不等高排架锯齿型排架排架结构类型等高排架不等高排架锯齿型排架排架结构类型1202.1.2单层排架结构组成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2.1.2单层排架结构组成1）屋面板2）天沟板3）天窗架4121单层排架结构课件122一、柱网布置柱网是竖向承重构件纵横向定位轴线所形成的网格。柱距应采用6米或6米的倍数。跨度在18米以下采用3米(30M)的倍数，在18米以上采用6米(60M)的倍数。(1M＝100mm)2.1.3单层排架结构布置一、柱网布置柱网是竖向承重构件纵横向定位轴线所形成的123二、定位轴线柱网尺寸和定位轴线的一般原则

符合生产和使用要求建筑平面和结构方案经济合理遵循国家有关厂房建筑模数有关标准的规定再厂房结构形式和施工方法上具有先进性和合理性二、定位轴线柱网尺寸和定位轴线的一般原则124墙、边柱与纵向定位轴线的关系：柱距6米、无吊车或Q≦20t，边柱外缘和墙内缘与轴线重合，称封闭结合。D柱距6米、32t≦Q≦50t，边柱外缘和墙内缘与轴线之间加联系尺寸D=125，称非封闭结合。柱距12米或Q>50t，联系尺寸D=250、500。墙、边柱与纵向定位轴线的关系：柱距6米、无吊车或Q≦20125中柱与纵向定位轴线的关系：等高跨上柱中心线与纵向轴线重合h/2h/2单柱高低跨双柱高跨高跨A=D高跨A=B+C高跨A=B+C+DA=DCBA=B+CCBA=B+C+DDA－插入距；B－墙厚；C－伸缩缝宽；D－联系尺寸中柱与纵向定位轴线的关系：等高跨上柱中心线与纵向轴线重合h126墙、柱与横向定位轴线的关系：柱伸缩缝和端部处一般部位处柱中心线与轴线重合600600600墙非承重墙：墙内缘与轴线重合承重墙：墙内缘与轴线的距离为半砖或半砖的倍数。墙、柱与横向定位轴线的关系：柱伸缩缝和端部处一般部位处柱中127三、变形缝设置伸缩缝（温度应力）横向伸缩缝一般采用双柱；纵向伸缩缝一般采用单柱。伸缩缝应从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结构构件完全分开，并留出一定宽度的缝隙。沉降缝（基础不均匀沉降）一般不设。下列情况之一设：相邻部位高差很大；相邻跨吊车起重量悬殊；下卧土层有很大变化；各部分施工时间相差很长；

沉降缝应将建筑物从屋顶到基础全部分开。抗震缝（减轻震害）当厂房平、立面布置复杂或结构高度、刚度相差很大时设置。三、变形缝设置伸缩缝（温度应力）横向伸缩缝一般采用双柱；纵128四、厂房的剖面布置高度（满足生产工艺、建筑模数要求）自室内地面至柱顶的高度应为300mm的倍数；自室内地面至牛腿顶面的高度应为300mm的倍数；自室内地面至吊车轨顶的标志高度应为600mm的倍数。净空要求屋架下弦与吊车架外轮廓线的距离；吊车架外缘与内缘的间距轨道中心线与纵向轴线的距离四、厂房的剖面布置高度（满足生产工艺、建筑模数要求）自129柱顶标高轨顶标高牛腿顶标高室内地面300的倍数600的倍数300的倍数柱顶标高轨顶标高牛腿顶标高室内地面300的倍数600的倍数3130750mm750mm131五、支撑布置主要作用：保证结构构件的稳定与正常工作增强厂房的整体稳定性和空间刚度把部分水平荷载传递到主要承重构件保证在施工安装阶段结构构件的稳定五、支撑布置主要作用：132柱间支撑作用：保证厂房纵向排架的刚度和稳定；将水平荷载传至基础。位置：伸缩缝区段中央或临近中央。位置：伸缩缝区段两端。屋架垂直支撑及水平系杆作用：增加屋架的侧向稳定，防止上下弦杆的侧向颤动。柱间支撑作用：保证厂房纵向排架的刚度和稳定；将水平荷载传至133600060006000600060060006000600600aeCC-1CC-1CC-2CC-1CC-1CC-2CC-1CC-1CC-1CC-1CC-2CC-1CC-1CC-3CC-3CC-3CC-3GX-1GX-1GX-1GX-1332233443311CC-2CC-1CC-1CC-2CC-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-2GX-1GX-1GX-1GX-11—1垂直支撑与水平系杆600060006000600060060006000600134CC-1CC-1CC-1GX-2GX-2GX-2GX-23—3CC-3CC-2CC-2CC-2GX-1GX-1GX-1GX-14—4GX-2GX-2GX-2GX-2CC-2CC-2CC-2GX-1GX-1GX-1GX-12—2垂直支撑与水平系杆CC-1CC-1CC-1GX-2GX-2GX-2GX-23—135屋架下弦横向水平支撑作用：将屋架下弦受到的水平力传至纵向排架柱位置：伸缩缝区段两端屋架上弦横向水平支撑作用：增强屋盖整体刚度和上弦的侧向稳定，将抗风柱传来的风荷载传给纵向排架柱顶。屋架纵向水平支撑（下弦）作用：增强排架间的协同工作能力，保证横向水平力的纵向分布。屋架下弦横向水平支撑作用：将屋架下弦受到的水平力传至纵向136单层排架结构课件137六、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁布置抗风柱作用：使部分风荷载经抗风柱下端直接传至基础而上部则通过屋盖系统传至纵向柱列。抗风柱的柱脚一般采用插入基础杯口的固接方式。抗风柱上端与屋架的连接必须满足两个要求：在水平方向必须与屋架有可靠的连接以保证有效地传递风荷载。在竖向脱开，且两者之间能允许一定的竖向相对位移。圈梁、连系梁、过梁和基础梁六、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁布置抗风柱138单层排架结构课件139单层排架结构课件1402.2

排架结构分析单层工业厂房是由纵、横向排架组成的空间结构。为方便，可简化为纵、横向平面排架分别进行分析，忽略两者的相互影响。除进行抗震和温度应力分析，纵向排架一般不计算。排架结构分析主要包括：确定计算简图，荷载计算，柱控制截面的内力分析和内力组合，以及验算排架的水平位移值。2.2排架结构分析单层工业厂房是由纵、横向排架组成的空间结1412.2.1分析模型一、计算单元从整体结构中选取有代表性的一部分作为计算的对象，该部分称为计算单元。二、结构简图柱子下端固接于基础顶面，横梁与柱铰接；横梁为没有轴向变形的刚杆。ABuHHAB计算单元12345柱总高H＝柱顶标高－基础底面标高－初步拟定底基础高度上部标高Hu＝柱顶标高－轨顶标高＋轨道构造高度＋吊车梁支承处的吊车梁高2.2.1分析模型一、计算单元从整体结构中选取有代142三、荷载计算形式、大小、作用位置、方向。恒载屋盖自重上柱自重下柱自重吊车梁及轨道自重活载屋面活载吊车荷载风荷载屋面活荷载：包括屋面均布活荷载，雪荷载和屋面积灰荷载三种排架计算时，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，仅取大者，积灰荷载与前两者中大者同时考虑；荷载分项系数1.4吊车荷载（桥式吊车）：对排架的作用有竖向荷载和水平荷载两种F5F5三、荷载计算形式、大小、作用位置、方向。恒载屋盖自重上柱自重143150750恒载下计算简图恒载下轴力图恒载150750恒载下计算简图恒载下轴力图恒载144风向风载风荷载：排架承受的风荷载由计算单元范围内的外墙面及屋面传来，垂直作用于建筑物表面，并且在迎风面形成正压区，在背风面形成负压区。柱顶以下墙面上的风荷载按作用在排架柱上的均布荷载考虑，其风压高度变化系数可按柱顶标高取值。柱顶以上的风荷载按作用在柱顶的水平集中力考虑，其值为屋面风荷载合力的水平分力以及女儿墙迎风面和背风面水平风荷载的总和。风向风载风荷载：145吊车荷载竖向荷载横向水平荷载纵向水平荷载最大轮压与最小轮压当小车吊有额定起重量开到桥架某一极限位置时，在这一侧产生的轮压称最大轮压；与最大轮压相对应的另一侧轮压称最小轮压。（同时发生）K

桥式吊车按照使用（或达到额定值）的频繁程度分为轻级、中级、重级和特重级四个载荷状态。吊车荷载竖向荷载横向水平荷载纵向水平荷载最大轮压与最小轮压146最大轮压与最小轮压最大轮压可从产品目录中查得；最小轮压可由下式确定：（四轮吊车）P2maxy1=1xP2maxP1maxP1maxK1K2y2y3y4B1B2吊车竖向荷载如果两台吊车相同，则G1,k：大车自重标准值；G2,k：小车自重标准值；G3,k：吊车额定起吊重量标准值D为P在吊车梁支座产生的竖向荷载移动荷载，须用影响线求最值β:多台吊车同时满载的可能性较小，与吊车工作制度及吊车台数有关最大轮压与最小轮压最大轮压可从产品目录中查得；最小147Dmax可以发生在左柱，也可以发生在右柱，在Dmax、Dmin作用下，单跨排架的计算考虑上图(a)、(b)两种荷载情况。Dmax、Dmin对下柱均为偏心力，应将其换算成作用在下柱顶面的轴心压力和弯矩，其弯矩：Mmax=Dmaxe4，Mmin=Dmine4Dmax可以发生在左柱，也可以发生在右柱，在Dmax、Dmi148吊车横向水平荷载传力过程：小车惯性力大车吊车梁排架柱作用位置：吊车梁顶面作用方向：垂直轨道侧（正、反向）—吊车横向水平荷载系数每个轮子上的横向水平制动力：如果吊车相同，同样，利用影响线可以确定柱子受到的水平力小车吊着重物在桥架上运行，在启动或制动时都将产生横向水平惯性力，即吊车横向水平荷裁。这种横向惯性力通过小车制动轮与桥架上轨道间的摩擦力传给桥架，桥架又通过它的车轮在吊车轨顶传给两侧的吊车梁，再经过吊车梁顶面与柱上的连接钢板传给两侧的排架柱。硬钩＝0.20吊车横向水平荷载传力过程：小车惯性力大车吊车梁排架柱作用位置149活载下计算简图F5－屋面活载e1－对上柱偏心距e4－吊车梁支座对下柱偏心距活载下计算简图F5－屋面活载150小车沿横向左右运行，对Tmax要考虑它向左和向右两种作用。小车沿横向左右运行，对Tmax要考虑它向左和向右两种作用。151吊车纵向水平荷载按一侧所有制动轮最大轮压之和的10%确定：作用位置：轨道顶面作用方向：沿轨道方向，由纵向排架承受多台吊车的组合系数2台轻、中级重、特重级4台轻、中级重、特重级3台轻、中级重、特重级对于一层吊车厂房：水平荷载：单跨、多跨，最多考虑2台；竖向荷载：单跨时，最多考虑2台多跨时，最多考虑4台。当沿厂房纵向运行的桥架在启动或突然刹车时，引起的纵向水平惯性力，它由桥架每侧的制动轮传至两侧轨道，再通过吊车梁传给厂房纵向排架。吊车纵向水平荷载按一侧所有制动轮最大轮压之和的10%确定：作1522.2.2等高排架的内力计算一、柱的抗侧刚度设柱顶作用一单位力发生的位移为，代表柱顶发生单位侧向位移时柱内的剪力，定义为柱的抗侧刚度，用D表示。与、有关。

等高排架是指柱顶水平位移值相等的排架，它包括柱顶标高相同，或柱顶标高虽不同但柱顶由倾斜横梁贯通相连的排架。2.2.2等高排架的内力计算一、柱的抗侧刚度设柱顶作用一单153二、剪力分配法柱顶作用集中荷载由平衡条件：由物理条件：由几何条件：可求得：称为柱i的剪力分配系数。柱自身抗侧刚度与所有柱总抗侧刚度的比值。求出各柱顶剪力后，各柱可按独立悬臂柱计算内力。二、剪力分配法柱顶作用集中荷载由平衡条件：由物理条件：由几154任意荷载作用在柱顶加不动铰支座，阻止水平位移，利用图表（见教材附录2，P429-432）求出内力和支座反力R；为消除不动铰支座影响，撤销柱顶不动铰支座，并将支座反力R反向作用于柱顶，以恢复到原来的实际情况，并求出该工况内力；将上述两种情况的内力叠加，得到排架柱实际内力。任意荷载作用在柱顶加不动铰支座，阻止水平位移，利用图表（1552.2.3水平位移计算为了保证吊车的正常运行，需要控制厂房的水平位移。正常使用极限状态，考虑一台最大吊车的横向水平荷载作用，吊车梁顶处的水平位移应满足：且（轻、中级工作制）（重、特重级工作制）ABHK当时可不验算相对位移。Hk-基础顶面至吊车梁顶面的距离2.2.3水平位移计算为了保证吊车的正常运行，需要1562.2.4排架计算模型的讨论一、排架的整体空间作用基本概念结构均匀、荷载均匀结构不均匀、荷载均匀结构均匀、荷载不均匀排架结构的整体空间作用指的是排架与排架，排架与山墙之间相互关联的整体作用2.2.4排架计算模型的讨论一、排架的整体空间作用基本概157在b、c两种情况下，其最大侧向位移量即在b、c两种情况的侧移小于按平面排架计算的侧移。、<空间工作的条件：各横向排架（山墙可理解为广义横向排架）之间有联系（即屋盖有一定的整体刚度）；各横向排架彼此情况不同，或者结构不均匀、或者荷载不均匀。在设计中，需要考虑整体空间工作时，只对吊车荷载才考虑厂房的整体空间作用（局部荷载下整体空间作用比均布荷载下要大）。柱顶在单个荷载作用下的空间作用分配系数在b、c两种情况下，其最大侧向位移量即在b、c两种情况的侧移158平面排架平面排架平面排架空间排架称为空间作用分配系数当某榀排架柱顶作用水平力时，如果考虑排架整体空间作用，该排架仅承担，其余部分由其它排架承担。平面排架平面排架平面排架空间排架称为空间作用分配系数当某榀排159吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法考虑空间作用后，上柱弯矩增大；下柱弯矩减小。吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法考虑空间作用后，上柱弯160二、屋架、地基变形对内力的影响平衡条件：物理条件：几何条件：横梁变形ABL二、屋架、地基变形对内力的影响平衡条件：物理条件：几何条件：161ABLABL左右两种情况A柱的剪力是否相同？思考题ABLABL左右两种情况A柱的剪力是否相同？思考题162地基不均匀沉降AB地基不均匀沉降对排架内力有无影响？AB地基转动地基不均匀沉降AB地基不均匀沉降对排架内力有无影响？AB163三、柱长不同的等高排架计算ABCABC三、柱长不同的等高排架计算ABCABC164四、抽柱后的计算模型ABC123计算单元ABC将计算单元内的排架合并。单层厂房中，有时由于工艺要求，或者在局部区段少放置若干根柱(习称“抽柱”），或者中列柱的柱距比边列柱的为大，因而形成了纵向柱距不等的情况。四、抽柱后的计算模型ABC123计算单元ABC将计算单元内的165恒载和风荷载的计算方法用一般排架。吊车荷载不同，B轴柱按加长吊车梁的影响线确定；A和C轴柱应考虑作用在①、③、柱子上相应值的一半，即ABC123计算单元求得内力后，A和C轴柱的弯矩、剪力除2得到原结构单根柱的内力，轴力根据实际受荷情况确定。

恒载和风荷载的计算方法用一般排架。吊车荷载不同，B轴柱按加长1662.3排架柱设计2.3.1荷载组合

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）3.2.4-3.2.51.2×恒荷载标准值+1.4×1项活荷载标准1.2×恒荷载标准值+1.4×0.90×(2项或2项以上活荷载标准值）可变荷载效应控制（对于单层排架结构，可以采用简化组合）永久荷载效应控制1.35×恒荷载标准值+所有活荷载的组合值IIIIIIIIIIII2.3.2内力组合一、控制截面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。2.3排架柱设计2.3.1荷载组合《建筑结构荷载规范》167二、组合内容最大弯矩及相应的轴力和剪力；最小弯矩及相应的轴力和剪力；最大轴力及相应的弯矩和剪力；最小轴力及相应的弯矩和剪力。三、注意事项每一项组合必须包括恒荷载产生的内力；对活荷载，必须明确组合的目标，即每次组合只能以一种内力为目标来决定内力取舍；有T必有D，有D也有T；风荷载有向左和向右两种作用情况，只能选择其中一种情况进行内力组合；组合最大轴力和最小轴力时，轴力为零的项应考虑进去。钢筋砼N~M曲线**二、组合内容最大弯矩及相应的轴力和剪力；三、注意事项每一项组1682.3.3混凝土柱截面设计平腹杆斜腹杆一、截面形式宜用矩形柱；工字形或矩形柱；宜用双肢柱。宜用工字形柱；从刚度要求出发，需满足表2-3的要求。2.3.3混凝土柱截面设计平腹杆斜腹杆一、截面形式宜用矩形169二、截面配筋取最不利内力组合，按偏压构件设计。偏压构件的承载力计算需用到计算长度。，相应的计算长度为。对两端为不动铰支座的构件，其临界荷载为：对于其它支承的构件，将其换算为具有与两端铰支座相同临界荷载的受压构件，即二、截面配筋取最不利内力组合，按偏压构件设计。偏压构件的承载170根据杆系稳定理论：对于双跨排架，偏于安全，规范分别取和。无吊车荷载HH对于等高等截面单跨排架，根据杆系稳定理论：对于双跨排架，偏于安全，规范分别取171有吊车荷载考虑房屋的空间作用，即不仅考虑同一排架内各柱参加工作；而且还考虑相邻排架的协同工作。因此，可将上端近似简化为不动铰支座。当，时，。规范分别取和。变截面上段：变截面下段：，HuHHl有吊车荷载考虑房屋的空间作用，即不仅考虑同一排架内各柱参加172三、吊装验算验算内容：吊装、运输阶段的承载力和裂缝宽度验算（一般考虑翻身吊装）；荷载：自重，考虑动力系数1.5；安全等级：降一级，乘系数0.9；四、构造如果不满足，增加吊点或调整配筋。单点绑扎起吊，吊点设在变阶处；柱的混凝土强度一般按设计强度的70％考虑；三、吊装验算验算内容：吊装、运输阶段的承载力和裂缝宽度验算（1732.3.4牛腿设计长牛腿短牛腿一、试验研究应力分布牛腿上部主拉应力迹线基本上与牛腿边缘平行；牛腿下部主压应力迹线大致与ab连线平行；牛腿中、下部主拉应力迹线是倾斜的。2.3.4牛腿设计长牛腿短牛腿一、试验研究应力分布牛腿上174裂缝开展当达到极限值的20~40%，出现垂直裂缝①；在极限荷载的40~60%，出现第一条斜裂缝②；约极限荷载的80%，突然出现第二条斜裂缝③。①②③破坏形态剪切破坏斜压破坏弯压破坏局部承压破坏牛腿在使用过程中，设计上不允许出现斜裂缝指裂缝②，这是确定牛腿截面尺寸的主要依据。试验证明，a/h0是影响裂缝出现迟早的主要依据。裂缝开展当达到极限值的20~40%，出现垂直裂缝①；①②175截面尺寸二、截面设计（截面尺寸、截面配筋、构造）牛腿的截面宽度通常与柱同宽，因此主要确定截面高度；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；牛腿的纵向钢筋和弯筋对斜裂缝出现无明显的影响，影响截面抗裂能力的主要是牛腿的截面尺寸。截面尺寸二、截面设计（截面尺寸、截面配筋、构造）牛腿的截面176截面高度根据斜截面抗裂，按下式确定：——作用在牛腿顶部的竖向力标准组合值；——作用在牛腿顶部的水平力标准组合值；—