结构设计原理单层厂房

会计学1结构设计原理单层厂房结构设计原理单层厂房44 排架计算排架计算排架计算排架计算一一.计算简图计算简图第1页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算对于不考虑空间工作的平面排架，为简化计算作如下假定：1.柱与基础为固接，柱与屋架（横梁）为铰接；2.横梁，忽略横梁轴向变形，两侧移量相等。假定2适用于屋面梁或大多数下弦刚度较大的屋架。第2页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算对于组合式屋架或两铰、三铰拱架则应考虑其轴向变形对排架内力和变形的影响。双铰拱第3页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算组合屋架第4页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算柱计算轴线：上柱上截面形心线；下柱下截面形心线；柱总高H基础顶面至柱顶距离柱顶标高基础顶面标高（-0.50）上柱高Hu=柱顶标高轨顶标高+轨道构造高度 吊车梁在支承处的梁高第5页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算柱尺寸：宽：上、下柱宽相同b=400，500，600高：上柱：h=400，500，600；下柱：h=600mm以上根据柱距，柱高，吊车重由有关参数估算。本书145页。第6页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算第7页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算二二.排架荷载计算排架荷载计算讨论前，先提一下屋架、屋面梁对柱的力作用点。屋架：上、下弦中心线交点；屋面梁：垫板中心线。第8页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算1.恒载（1）屋盖自重F1，上柱自重F2；下柱自重F3，吊车梁轨道重F4，围护结构传来F5。第9页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算1.恒载（2）第10页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算2.屋面活载均布活载：不上人屋面0.5KN/m2，上人屋面2.0KN/m2；积灰荷载：由荷载规范查得；雪载：标准值S。基本雪压，荷载规范：0.30KN/m2；屋面积雪分布系数，与屋面形式有关。三种荷载不是简单相加：无积灰时：取大值；有积灰时：积灰+取大值（雪载最多取0.5KN/m2）。第11页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算3.吊车荷载（1）单层厂房的特殊荷载。单层厂房中常用的吊车有：悬挂吊车，手动吊车，电动葫芦，桥式吊车等。根据吊车达到其额定值的频繁程度以及运行速度，将吊车工作的荷载状态分为A1-A3(轻级)、A4-A5(中级)、A6-A7(重级)和A8(特重级)四种。桥式吊车对排架的作用有竖向荷载和水平荷载。第12页/共60页第13页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算3.吊车荷载（2）（1）作用于排架上的吊车竖向荷载第14页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算3.吊车荷载（3）DB=，DA=1 ；第15页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算3.吊车荷载（4）单位力作用于i时，支座A的反力为yi；P力作用于i时，支座A的反力为Pyi；第16页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算3.吊车荷载（5）当厂房有多台吊车时，荷载规范规定，在计算排架上吊车的竖向荷载时：对一层吊车的单跨厂房：参与组合吊车数不多于2台；对一层吊车的多跨厂房：参与组合吊车数不多于4台。多台吊车的荷载折减系数参与组合的吊车台数吊车载荷状态等级A1-A5A6-A820.90.9530.850.9040.80.85第17页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算3.吊车荷载（6）（2）作用于排架上的吊车水平荷载吊车总的横向水平荷载标准值：式中横向制动力系数，对于硬钩吊车=0.2；对软钩：当Q10t时，=0.12；Q=1550t时，=0.10；Q75t时，=0.08；Q吊车额定起重量。第18页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算3.吊车荷载（7）一个吊车轮子传递的吊车横向水平荷载标准值：吊车对排架产生的最大横向水平荷载：因各轮所对应的Yi与吊车竖向荷载情况完全相同，则：第19页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算3.吊车荷载（8）排架计算中考虑多台吊车水平荷载时，对单跨或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不应多于2台。小车运行可左可右，柱所受水平制动力Tmax也可左可右，即Tmax可作用在两个方向。第20页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算4.风荷载（1）作用在建筑物表面上的风荷载标准值：式中风荷载标准值，徐州0.35KN/m2；风荷载体型系数；风压高度变化系数。为简化计算：柱顶以下风压按均布荷载考虑，高度系数按柱顶标高取值柱顶以上风压按均布荷载考虑，对排架的作用则按作用在柱顶的水平集中风荷载考虑高度系数：无天窗按厂房檐口高；有天窗按天窗檐口高取值。第21页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算4.风荷载（2）风压高度变化系数A类近海海面、海岛、海岸及沙漠地区；B类田野、乡村、丘陵及房屋比较稀疏的中小城镇和大城市郊区；C类有密集建筑群的大城市市区。离地面或海平面高度（m）地面粗糙度类别ABC51.171.000.74101.381.000.74151.521.140.74201.631.250.84301.801.421.00401.921.561.13502.031.671.25602.121.771.35702.201.861.45802.271.951.54902.342.021.621002.402.091.701502.642.382.034503.123.123.12第22页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算4.风荷载（3）-风荷载体型系数s150300600-0.60+0.8第23页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算4.风荷载（4）第24页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算三三.排架内力计算排架内力计算排架结构可能遇到三种计算简图：（1）柱顶为不动铰排架（荷载对称、排架对称）第25页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算（2）柱顶为可动铰支排架（在风载及局部荷载作用下，图a）（a）（b）（3）柱顶为弹性支撑铰支排架（考虑空间作用，图b）第26页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算1.上端铰支，下段固定的变截面单杆竖向柱在任意荷载作用下的内力计算第27页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算2.柱顶作用水平集中力的等高排架（剪力分配法）（1）单阶悬臂柱的位移与刚度使悬臂柱顶产生单位水平位移所需在柱顶施加的水平力1/，称为该柱的“抗剪刚度”。（高层叫“侧移刚度”）。第28页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算2.柱顶作用水平集中力的等高排架（剪力分配法）（2）柱顶作用水平集中力的等高排架 第29页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算3.任意荷载作用时的等高排架（1）（1）先在排架柱顶附加一个不动铰支座以阻止水平侧移，并求出附加铰的支座反力R；（2）为恢复原来的实际状况，撤除附加不动铰支座，并将R反向作用于排架柱顶；（3）叠加两种状态。第30页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算3.任意荷载作用时的等高排架（2）（1）（2）（3）第31页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算3.任意荷载作用时的等高排架（3）第32页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算例例1.1.某某两两跨跨等等高高排排架架，承承受受风风荷荷载载如如图图，求求该该排排架架在在风风荷荷载作用下的弯矩图和柱底剪力载作用下的弯矩图和柱底剪力(均指标准值均指标准值)。第33页/共60页q1=1.68KN/m，q2=0.84KN/m，EI=()109E第34页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算第35页/共60页作业作业：某两跨等高排架，承受风荷载如图。已知：FW=15.0KN,q1=1.46KN/m，q2=1.0KN/m，A柱与C柱相同，IA1=IC1=1.8109mm4，IA2=IC2=8.5109mm4，IB1=3.9109mm4，IB2=8.5109mm4，EC都相同。上柱高均为3.5m，柱总高均为12.6m。求：用剪力分配法计算此排架在风荷载作用下的内力。第36页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算4.不等高排架内力分析方法力法（1）第37页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算4.不等高排架内力分析方法力法（2）第38页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算4.不等高排架内力分析方法力法（3）表示单位力在悬臂柱上所产生的水平位移。水平位移位置，力作用点位置，柱的代号。符号规定为：自左向右移动的水平位移为正值，反之为负值。第39页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算4.不等高排架内力分析方法力法（4）第40页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算4.不等高排架内力分析方法力法（5）第41页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算4.不等高排架内力分析方法力法（6）第42页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算4.不等高排架内力分析方法力法（7）第43页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算四四.排架内力组合排架内力组合1控制截面控制截面上柱：截面及配筋相同；下柱：截面及配筋相同。控制截面：上柱底截面I-I：对上柱，I-I的轴力和弯矩最大；下柱牛腿顶截面II-II：在吊车竖向荷载作用下弯矩值最大；下柱底截面III-III：在吊车横向水平制动力和风载作用下弯矩最大。第44页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算2荷载组合（荷载组合（1）对承载力极限状态，规范规定：对一般框、排架，可采用简化的组合规则，分别按可变荷载效应控制和永久荷载效应控制的组合，取最不利的情况。（1）按可变荷载效应控制的组合：恒载+任一种活荷载：恒载+0.9（任意两种或两种以上活荷载）：第45页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算（2）按永久荷载效应控制的组合：可变荷载的组合值系数，对风荷载取0.6，对雪荷载和其他可变荷载统一取0.7。第46页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算2荷载组合（荷载组合（2）对不考虑抗震设防的单层工业厂房排架，可能出现以下荷载组合情况：（1）恒荷载+0.9（屋面活载+风载+吊车荷载）（2）恒荷载+0.9（风载+吊车荷载）（3）恒荷载+0.9（屋面活载+吊车荷载）（4）恒荷载+0.9（屋面活载+风载）（5）恒荷载+风载（6）恒荷载+吊车荷载（7）恒荷载+屋面活载第47页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算3内力组合内力组合控制截面的内力种类有轴向力N、弯矩M和水平剪力V。对同一截面，不同荷载产生不同的弯矩、轴力和剪力，矩形、工形截面柱考虑四种内力组合：(1)及相应的N、V；(2)及相应的N、V；(3)及相应的M、V；(4)及相应的M、V。第48页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算在进行内力组合时应注意：（1）恒载必须组合；（2）每次组合以一种内力为目标来决定荷载项的取舍；（3）当取或为组合目标时，应使相应的M的绝对值尽可能的大，因此对N=0的风载也应组合；（4）在A柱和在A柱只选一种，有D不一定有T；有必有，可左可右，选择一种；第49页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算 （5）左风载和右风载只能选一种；（6）对于有多台吊车厂房，荷规规定：吊车竖直荷载：对一层吊车的单跨厂房只考虑组合两台；多跨厂房只考虑组合四台。吊车横向水平荷载：无论单跨、多跨只组合两台。第50页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算多台吊车的荷载折减系数参与组合的吊车台数吊车载荷状态等级轻级和中级（A1-A5）重级和特重级（A6-A8）20.900.9530.850.9040.800.85第51页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算五五.排架结构的整体空间作用排架结构的整体空间作用实际上，所有厂房都是空间结构，当某一局部受到荷载作用时，整个厂房结构中的所有构件，都将受到影响，产生相应的内力和位移。将厂房由实际上的空间结构抽象成平面排架结构进行计算，与实际情况并不相符。第52页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算1排架结构整体空间工作的基本概念（1）（a）（b）第53页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算1排架结构整体空间工作的基本概念（2）（c）（d）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。第54页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算1排架结构整体空间工作的基本概念（3）产生单层厂房整体空间作用的条件有两个：（1）各横向排架（山墙可理解为广义的横向排架）之间必须有纵向构件将它们联系起来，（2）各横向排架彼此的情况不同，或者是结构不同，或者是承受的外荷载不同。由此可以理解到，无檩屋盖比有檩屋盖、局部荷载比均布荷载，厂房的整体空间作用要大些。由于山墙的侧向刚度大，对与它相邻的一些排架水平位移的约束亦大，故在厂房整体空间作用中起着相当大的作用。第55页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算1排架结构整体空间工作的基本概念（4）（a）（b）当考虑空间作用时，直接承受外荷载的排架受到的实际力 ，小于按照平面排架分析得到的力 。平面排架考虑空间作用排架第56页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算2吊车荷载下厂房空间作用的计算方法（1）（1）单个水平荷载作用下的厂房空间作用分配系数首先研究整个厂房只作用有一个水平荷载的情况。设由于假设结构是弹性的，力与柱顶水平位移成正比，所以称为单个荷载作用下的厂房空间作用分配系数，显然，。愈小，单个荷载作用下排架空间作用愈大。第57页/共60页44 排架计算排架计算排架计算排架计算2吊车荷载下厂房空间作用的计算方法（2）（2）吊车荷载作用下厂房空间作用分配系数单跨厂房空间作用分配系数m厂房情况吊车吨位/t厂房长度/m6060有檩屋盖两端无山墙及一端有山墙300.950.85两端无山墙300.85无檩屋盖两端无山墙及一端有山墙75跨度/m1227271227270.90.850.850.80两端无山墙750.80第58页/共60页第59页/共60页