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1、第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 2.5 2.5 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析1 1 排架计算排架计算 （1）计计算算单单元元：可在可在结结构平面构平面图图上由相上由相邻邻柱距的中柱距的中线线截出一个典型的截出一个典型的区段，作区段，作为为排架的排架的计计算算单单元。元。计算单元和计算模型计算单元和计算模型1 排架计算排架计算v(1)计算单元v 范围：由相邻柱距的中线截出的一个典型区段，如图。v除吊车等移动荷载以外，计算单元就是排架的负荷范围，或称从属面积。计算单元上的荷载由该单元内的横向排架承担。v吊车荷载，不可能在所有排架上同时出现，不按计算单元考不可能在所有排架上同时
2、出现，不按计算单元考虑，根据与该排架相连的两边吊车梁传给柱子的荷载来计算虑，根据与该排架相连的两边吊车梁传给柱子的荷载来计算。v(2)计算假定与计算简图v 确定排架结构的计算简图时，作以下假定：v (a)柱上端与屋架(或屋面梁)铰接；v (b)柱下端与基础固接；v (c)排架横梁为无轴向变形的刚杆，柱顶水平位移相等v一般钢筋混凝土屋架或预应力混凝土屋架适用。v钢筋混凝土组合式屋架或两铰、三铰拱屋架考虑轴向变形v (d)柱高度由固定端至柱顶铰结点，柱的轴线几何中心线。v变截面柱的轴线为一折线。第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 3.5 3.5 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析横向横
3、向排架的排架的计计算算简图简图1 1 排架计算见图排架计算见图第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 作用在横向排架作用在横向排架结结构上的荷构上的荷载载有有恒恒载载、屋面活荷屋面活荷载载、雪荷雪荷载载、积积灰荷灰荷载载、吊吊车车荷荷载载和和风风荷荷载载等，除吊等，除吊车车荷荷载载外，其它荷外，其它荷载载均取自均取自计计算算单单元范元范围围内。内。（1）恒载恒载：屋盖自重屋盖自重G1 ：屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、天屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、天窗架、屋面构造窗架、屋面构造层层以及屋
4、盖支撑等重力荷以及屋盖支撑等重力荷载载。悬墙悬墙自重自重G2：当当设设有有连连系梁支承系梁支承围护墙围护墙体体时时，排架柱承受着，排架柱承受着计计算算单单元范元范围围内内连连系梁、系梁、墙墙体和窗等重力荷体和窗等重力荷载载。吊吊车车梁和梁和轨轨道及道及连连接件自重接件自重G3。柱自重柱自重G4（G5）：第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 2 2 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析 恒恒载载作用位置及相作用位置及相应应的的排架排架计计算算简图简图2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析 （2）屋面活荷
5、屋面活荷载载 ：包括屋面均布活荷包括屋面均布活荷载载、屋面雪荷、屋面雪荷载载和屋面和屋面积积灰荷灰荷载载三部分。其荷三部分。其荷载载分分项项系数均系数均为为1.4。屋面均布活荷屋面均布活荷载载：屋面水平投影面上的屋面均布活荷屋面水平投影面上的屋面均布活荷载标载标准准值值，按，按下列情况取：不上人的屋面下列情况取：不上人的屋面为为0.5kN/m2；上人的屋面；上人的屋面为为2.0kN/m2。屋面雪荷屋面雪荷载载：屋面水平投影面上的雪荷屋面水平投影面上的雪荷载标载标准准值值 (kN/m2)式中式中:为为基本雪基本雪压压(kN/m2)；为为屋面屋面积积雪分布系数。雪分布系数。屋面屋面积积灰荷灰荷载载
6、：对设计对设计生生产产中有大量排灰的厂房及其中有大量排灰的厂房及其临临近建筑近建筑时时，应应考考虑虑屋面屋面积积灰荷灰荷载载的影响。的影响。屋屋面面均均布布活活荷荷载载不不与与雪雪荷荷载载同同时时考考虑虑，取取两两者者中中的的较较大大值值；当当有有屋屋面面积积灰灰荷荷载载时时，积积灰灰荷荷载载应应与与雪雪荷荷载载或或不不上上人人的的屋屋面面均均布布活活荷荷载载两两者中的者中的较较大大值值同同时时考考虑虑。注：注：2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 屋面活荷载作用下的排架计算简图屋面活荷载作用下的排架计算简图2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 吊车荷
7、载示意图吊车荷载示意图2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载(3)吊车荷载吊车荷载v工作制：工作制：根据吊车荷载达到其额定值的频繁程度将吊车工作制度分为轻级、中级、重级、超重级。v吊车荷载分类吊车荷载分类：竖向荷载Dmax(或Dmin)v 横向水平荷载Tmax、Tminv 纵向水平荷载Tv竖向荷载：竖向荷载：当小车吊在额定最大起重量Q开到大车一端的极限位置，该侧的每个大车轮压称为吊车的最大轮压Pmax,k(标准值)，另一侧为最小轮压(标准值)Pmin,k。吊车轮压应考虑数台吊车不利组合：v单跨厂房最多考虑两台吊车；多跨厂房最多考虑四台吊车。v Pmax,k根据吊车型号、规格等查阅产品目录或起重运
8、输机械专业标准(ZQ工一62)得到。四轮吊车：v 2(Pmax,k+Pmin,k)=(Q1,k+Q2,k+Q,k)gv 设计值设计值:标准值乘1.42 排架结构上的荷载排架结构上的荷载(3)吊车荷载吊车荷载v 吊车是移动的，吊车竖向荷载组合值用影响线计算。v两台吊车满载并行，其中一台的一个轮子（与另一吊车相邻）两台吊车满载并行，其中一台的一个轮子（与另一吊车相邻）正好位于计算排架柱上，另一台吊车与它紧靠在一起的时候，正好位于计算排架柱上，另一台吊车与它紧靠在一起的时候，传给柱子上的压力为最大。当一边柱子承受由传给柱子上的压力为最大。当一边柱子承受由Pmax产生的产生的最大竖向荷载最大竖向荷载D
9、max时，另一边柱子承受最小竖向荷载时，另一边柱子承受最小竖向荷载Dmin，Dmax和和Dmin同时出现。同时出现。第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析吊吊车竖车竖向荷向荷载载：和和 的的标标准准值值按下式按下式计计算算式中式中 、表示第表示第 台吊台吊车车的最大的最大轮压轮压和最小和最小轮压轮压；与吊与吊车轮压车轮压相相对应对应的支座反力影响的支座反力影响线线的的竖竖向坐向坐标值标值。当当计计算吊算吊车车梁及其梁及其连连接的接的强强度度时时，吊，吊车竖车竖向荷向荷载应载应乘以乘以动动力系数。力系数。注：注：计计算算排排架架考考虑虑多多台台吊吊车车
10、竖竖向向荷荷载载时时，对对单单跨跨厂厂房房的的每每个个排排架架，参参与与组组合合的的吊吊车车台台数数不不宜宜多多于于2台台；对对多多跨跨厂厂房房的的每每个个排排架架，不不宜宜多于多于4台。台。（3）吊吊车车荷荷载载：2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载(3)吊车荷载吊车荷载v横向水平制动力可近似考虑由两侧排架柱各负担一半。v 作用点作用点：吊车的竖向轮压处。v荷载规范荷载规范规定规定：吊车横向水平荷载作用，单跨、多跨均最多考虑两台吊车同时制动。吊车竖向荷载和横向水平荷载吊车竖向荷载和横向水平荷载 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载(3)吊车荷载吊车荷
11、载v通常起重量Q50t的桥式吊车，其大车总轮数为4，每个大车轮传递的吊车横向水平荷载标准值Tk：v Tk（Q,k+Q1,k）g v横向水平荷载系数(或小车制动力系数)v 对软钩吊车：v 当Q10t时，0.12；当Q1550t时，0.10；v 当Q75t时，0.08；v 对硬钩吊车：0.2。v吊车在排架上产生最大横向水平荷载标准值Tmax,k时的吊车位置与产生Dmax、Dmin相同。排架柱所受的最大横向水平荷载标准值Tmax，k可由影响线求得 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析吊吊车车横向水平荷横向水平荷载载：吊吊车总车总的横向水平荷的横向水平荷载
12、载可按下式取可按下式取值值：式中式中 吊吊车车的的额额定起重量；定起重量；小小车车重量；重量；重力加速度；重力加速度；横向水平荷横向水平荷载载系数。系数。对对于于一一般般四四轮轮桥桥式式吊吊车车，大大车车每每一一轮轮子子传传递递给给吊吊车车梁梁的的横横向向水水平制平制动动力力 为为：式中式中 为第为第 个大车轮子的横向水平制动力。个大车轮子的横向水平制动力。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与组合的吊车台数不应多于2台。台。注：注：2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 第第2 2章章 单层厂房
13、结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析吊吊车纵车纵向水平荷向水平荷载载：吊吊车车纵纵向向水水平平荷荷载载标标准准值值T0，按按作作用用在在一一边边轨轨道道上上所所有有刹刹车车轮轮的的最大最大轮压轮压之和的之和的10%采用，即采用，即式式中中，n为为施施加加在在一一边边轨轨道道上上所所有有刹刹车车轮轮数数之之和和，对对于于一一般般的的四四轮轮吊吊车车，n=1。无无论单论单跨或多跨厂房，在跨或多跨厂房，在计计算吊算吊车纵车纵向水平荷向水平荷载时载时，一，一侧侧的的整个整个纵纵向排架上最多只能考向排架上最多只能考虑虑2台吊台吊车车。注：注：2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载
14、 v【例2.1】有单跨单层厂房，跨度为24m，柱距为6m，设计时考虑两台A3级工作制20/5t桥式软钩吊车，求作用于排架柱上的Dmax,k、Dmin,k、Tmax,k。v【解】（1）查ZQ162得：v吊车桥距lK=22.5m时，v吊车最大宽度B=5600mm；v大车轮距K=4400mm；v小车重Qlk=77.2kN;v吊车最大轮压Pmax,k=202kN；v吊车最小轮压Pmin,k=60kN。v（2）确定吊车的最不利位置及柱支座反力影响线，如图5所示。v（3）计算Dmax,k、Dmin,k、Tmax,kv查表得折减系数=0.9。vDmax,k=387.23kNvDmin,k=115.02kNv
15、Tk=6.93kNvTmax,k=13.28kN图1桥式吊车荷载 图2 吊车荷载 图3 吊车横向水平制动力 图4 吊车纵向水平荷载 图5 吊车梁反力影响线 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析式中式中 基本基本风压值风压值（kN/m2），是以当地比），是以当地比较较空空旷旷平坦地面上离平坦地面上离 高度高度z处处的的风风振系数；振系数；风压风压高度高度变变化系数；化系数；风风荷荷载载体型系数。体型系数。地地10m高高处处统统计计所所得得的的50年年一一遇遇10分分钟钟平平均均最最大大风风速速为为标标准确定的准确定的风压值风压值；（4）风风荷荷载载：
16、垂直于建筑物表面上的垂直于建筑物表面上的风风荷荷载标载标准准值值 （kN/m2）按下式）按下式计计算：算：2 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载 2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载(4)风荷载风荷载 风荷载的计算风荷载的计算v垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算：vwk=zszw0v排架计算时作用在不同位置处风荷载的计算原则：v（1）作用在排架柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，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。风荷载风荷载（2）作用于柱顶以上屋盖部分的风荷载仍取为均布荷载，但对排架的作用则按作用在柱顶的集中风荷载W考虑，其风压高度变化系数取值如下：有矩
17、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。作用在排架上的风荷载，其设计值分别按下式计算：2 排架结构上的荷载排架结构上的荷载(4)风荷载风荷载v 墙面上均布风荷载：墙面上均布风荷载：2-22-3v 柱顶水平集中荷载：柱顶水平集中荷载：2-4v【例2.2】如图2.1所示。柱距为6m的单跨单层厂房，建于天津市郊区，求作用于排架上的风荷载设计值。v【解】从荷载规范中查得天津市基本风压为W0=0.4kN/m2；风荷载体型系数s值如图2.1所示。计算单元宽度B=6m。（1）柱顶以下风荷载按均布荷载计算，风压高度变化系数z按柱顶标高计算，由荷载规范查得15m高度处z=0.84;10m高处
18、z=0.71；故12m高度处：vz=0.76vq1=Qs1zw0B=2.04kN/m()vq2=Qs2zw0B=1.28kN/m()v（2）计算作用于柱顶的集中风荷载wv风压高度变化系数z按天窗檐口处标高（+17.920）计算。由荷载规范查得20m高度处，z=0.94，故17.92m高度处：vz=0.90vW=20.34kN（）v作用于排架风荷载如图所示。图2.1 横向排架上的风荷载 图2.2.(a)厂房剖面图；(b)计算简图及s值 图2.3作用于排架风荷载 等高排架就是指在排架计算简图中，各柱柱顶标高相同或柱顶标高虽不同，但柱顶有倾斜横梁贯通连接的排架。排架的内力计算排架的内力计算2.5.3
19、.等高排架内力分析等高排架内力分析排架内力分析就是确定排架柱在各种荷载单独作用下各个控制截面上的内力，并绘制各排架柱的弯矩M图、轴力N图及剪力V图。图等高排架内力分析 v（1）当排架柱顶作用水平集中荷载F时,由于横梁为刚性连杆，所以各柱柱顶水平位移相等。即：vA=B=C=v如沿横梁与柱的连接部位将各柱柱顶切开，因柱顶是铰无弯矩，在各柱的切口上代替一对相应剪力VA、VB、VC，并取横梁为脱离体，则由平衡条件X=0得：vF=VA+VB+VC v设各柱柱顶在单位水平集中力作用下柱顶位移为A、B和C。则在柱顶剪力VA、VB、VC作用下，各柱柱顶水平位移为：vA=VAAvB=VBBvC=VCCv即：VA
20、=A/A=/AvVB=B/B=/BvVC=C/C=/Cv由公式得：v/A+/B+/C=Fv则各柱柱顶剪力为：vVA=/A=AFvVB=/B=BFvVC=/C=CFv即vVi=iFv（2）当任意荷载作用时v在任意荷载作用下，排架柱的计算分为两个步骤：v第一步：先在排架柱顶附加一个不动铰支座以阻止水平侧移，求出支座反力R（可利用附表算出）。v第二步：撤除附加不动铰支座，并将R以反方向作用于排架柱顶，如图，以恢复到原来结构体系。v【例11.3】一单层单跨厂房排架如图所示。A柱与B柱相同。I上A=I上B=2.13109mm4，I下A=I下B=5.876109mm4，上柱高H1=3.30m，全柱高H2=
21、10.80m，排架上作用有吊车最大横向水平荷载Tmax=8.9kN，作用点距柱顶高度y=2.4m，求排架柱的内力，并绘制内力图。v【解】（1）计算几何参数vn=I上/I下=0.362v=H1/H2=0.306v（2）求柱顶剪力v 求支座反力vTmax作用点至柱顶高度vy=2.4m，y/H1=0.728，v即y=0.728H1，计算简图如图所示。v查附表(y=0.7H1)得C5=0.66。v查附表(y=0.8H1)得C5=0.615。v用插入法得，当y=0.728H1时：vC5=0.647vRa=TmaxC5-5.76kN()vRb=0vRa+Rb=5.76kN()v 将（Ra+Rb)反向作用于
22、柱顶并进行分配v确定剪力分配系数：vA=B=0.5vA(Ra+Rb)=2.88kN()v 求柱顶剪力v将图(b)、（c)图中各柱顶所产生的剪力叠加得：vVa=5.76-2.88=2.88kN()vVb=-2.88kN()v(3)画内力图图 吊车横向荷载作用计算简图及柱顶剪力计算 v【例11.4】一等高排架如图，已知W=5.66kN，q1=1.68kN/m,q=1.05kN/m，A柱与C柱相同，I上A=I上C=2.13105cm4,I下A=I下C=9.23105cm4,I上B=4.17 105cm4,I下B=9.23105cm4。求柱的内力并绘制弯矩图。v【解】(1)计算剪力分配系数v=H1/H
23、2=0.254vA、C柱vn=I上/I下=0.231vB柱vn=I1/I2=0.452 v查附表得：vA、C柱vC0=2.85vA=C=6941/EcmvB柱vC0=2.94vB=6721/Ecmv剪力分配系数：vA=C=0.33vB=0.34v(2)计算各柱顶剪力v由q1的作用求A柱铰支座反力RA。查附表1得C11=0.361。vRA=q1H2C11=7.41kN()v在q2的作用下得：vRC=q2H2C11=4.63kNvR=RA+RC=12.04kN()v拆除不动铰支座，将W+R=5.66+12.04=17.7kN反向作用于柱顶并分配，如图(b)、(c)所示。vVA=A(W+R)-RA=
24、-1.57kN()vVB=B(W+R)=6kN()vVC=C(W+R)-RC=1.2kN()v（3）绘制弯矩图（如图所示）。图 风荷载作用下计算简图及柱顶剪力计算 图风荷载作用下的弯矩图 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析总结总结 3 3等高排架内力分析等高排架内力分析 （1）柱柱顶顶水平集中力作用下等高排架内力分析水平集中力作用下等高排架内力分析：在在柱柱顶顶水水平平集集中中力力作作用用下下，等等高高排排架架各各柱柱顶顶侧侧移移相相等等，沿沿横横梁梁与与柱柱的的连连接接处处将将各各柱柱的的柱柱顶顶切切开开，在在各各柱柱顶顶的的切切口口上上作作用
25、用一一对对相相应应的剪力的剪力 。柱柱顶顶水平集中力作用下等高排架的水平集中力作用下等高排架的变变形和内力形和内力第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析式中式中 第第 i 根排架柱的抗侧移刚度（或抗剪刚度），即悬臂根排架柱的抗侧移刚度（或抗剪刚度），即悬臂 第第 i 根排架柱的剪力分配系数，按下式计算：根排架柱的剪力分配系数，按下式计算：求求得得柱柱顶顶剪剪力力Vi 后后，用用平平衡衡条条件件可可得得排排架架柱柱各各截截面面的的弯弯矩矩和剪力。和剪力。当当排排架架结结构构柱柱顶顶作作用用水水平平集集中中力力F时时，各各柱柱的的剪剪力力按按其其抗抗剪剪
26、刚刚度与各柱抗剪度与各柱抗剪刚刚度度总总和的比例关系和的比例关系进进行分配。行分配。柱柱顶产生单位侧移所需施加的水平力柱柱顶产生单位侧移所需施加的水平力注：注：3 3 等高排架内力分析等高排架内力分析 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析剪力分配系数必剪力分配系数必满满足足 。各各柱柱的的柱柱顶顶剪剪力力Vi仅仅与与F 的的大大小小有有关关，而而与与其其作作用用在在排排架架左左侧侧或右或右侧侧柱柱顶处顶处位置无关，但位置无关，但F 的作用位置的作用位置对对横梁内力有影响。横梁内力有影响。（2）任意荷任意荷载载作用下等高排架内力分析作用下等高排架内力
27、分析：等高排架在任意荷等高排架在任意荷载载作用作用下，下，为为了利用剪力分配法求解，通常可采用以下三个步了利用剪力分配法求解，通常可采用以下三个步骤骤来来进进行行这这种情况种情况下的排架内力分析。下的排架内力分析。对对承承受受任任意意荷荷载载作作用用的的排排架架，先先在在排排架架柱柱顶顶部部附附加加一一个个不不动动铰铰支支座座以以阻阻止止其其侧侧移移，则则各各柱柱为为单单阶阶一一次次超超静静定定柱柱，应应用用柱柱顶顶反反力力系系数数可可求求得得各各柱柱反反力力Ri及及相相应应的的柱柱端端剪剪力力，柱柱顶顶假假想想的的不不动动铰铰支座支座总总反力反力为为 。3 3 等高排架内力分析等高排架内力分
28、析 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析撤撤除除假假想想的的附附加加不不动动铰铰支支座座，将将支支座座总总反反力力R反反向向作作用用于于排排架架柱柱顶顶，应应用用剪剪力力分分配配法法可可求求出出柱柱顶顶水水平平力力R作作用用下下各各柱柱顶顶剪剪力力 。将将前前面面的的计计算算结结果果相相叠叠加加，可可得得到到在在任任意意荷荷载载作作用用下下排排架架柱柱顶顶剪力剪力 ，然后可求出各柱的内力。，然后可求出各柱的内力。任意荷任意荷载载作用下等高排架内力分析作用下等高排架内力分析3 3 等高排架内力分析等高排架内力分析 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房
29、结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析4 4 不等高排架内力分析不等高排架内力分析 不不等等高高排排架架在在任任意意荷荷载载作作用用下下，由由于于高高、低低跨跨的的柱柱顶顶位位移移不不相相等等，因因此此，不不能能用用剪剪力力分分配配法法求求解解，其其内内力力通通常常用用结结构构力力学学中中的的力力法法进进行行分分析。析。式中式中 ，为为基本基本结结构的柔度系数，可由构的柔度系数，可由单单位力弯矩位力弯矩图图图图乘得乘得到；到；、为载为载常数。常数。两跨不等高排架内力分析两跨不等高排架内力分析第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析5 5 考虑厂
30、房整体空间作用的排架内力分析考虑厂房整体空间作用的排架内力分析 （1）厂房整体空厂房整体空间间作用的概念作用的概念 当当各各榀榀排排架架柱柱顶顶均均受受有有水水平平集集中中力力R，且且厂厂房房两两端端无无山山墙墙时时每每一一榀榀排排架都相当于一个独立的平面排架。架都相当于一个独立的平面排架。当当各各榀榀排排架架柱柱顶顶均均受受有有水水平平集集中中力力R，但但厂厂房房两两端端有有山山墙墙时时，山山墙墙则则通通过过屋屋盖盖等等纵纵向向联联系系构构件件对对其其它它各各榀榀排排架架有有不不同同程程度度的的约约束束作作用用，使使各榀排架柱各榀排架柱顶顶水平位移呈曲水平位移呈曲线线分布，且分布，且 。当当
31、仅仅其其中中一一榀榀排排架架柱柱顶顶作作用用水水平平集集中中力力R，且且厂厂房房两两端端无无山山墙墙时时，则则直直接接受受荷荷排排架架通通过过屋屋盖盖等等纵纵向向联联系系构构件件，受受到到非非直直接接受受荷荷排排架架的的约约束束，使其柱使其柱顶顶的水平位移减小，即的水平位移减小，即 。当当仅仅其其中中一一榀榀排排架架柱柱顶顶作作用用水水平平集集中中力力R，但但厂厂房房两两端端有有山山墙墙时时，则则直直接接受受荷荷载载排排架架受受到到非非受受荷荷排排架架和和山山墙墙两两种种约约束束，故故各各榀榀排排架架的的柱柱顶顶水平位移将更小，即水平位移将更小，即 。第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构
32、横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析 厂房空间作用分析厂房空间作用分析 当当结结构构布布置置或或荷荷载载分分布布不不均均匀匀时时，由由于于屋屋盖盖等等纵纵向向联联系系构构件件将将各各榀榀排排架架或或山山墙墙联联系系在在一一起起，故故各各榀榀排排架架或或山山墙墙的的受受力力及及变变形形都都不不是是单单独独的的，而而是是相相互互制制约约。这这种种排排架架与与排排架架，排排架架与与山山墙墙之之间间的的相相互互制制约约作作用用，称称为为厂厂房的整体空房的整体空间间作用作用。单单层层厂厂房房整整体体空空间间作作用用的的程程度度主主要要取取决决于于屋屋盖盖的的水水平平刚刚度度、荷荷载载类类型型、山山墙
33、刚墙刚度和度和间间距距等因素。等因素。5 5 考虑厂房整体空间作用的排架内力分析考虑厂房整体空间作用的排架内力分析 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析 （2）吊吊车车荷荷载载作用下考作用下考虑虑厂房整体空厂房整体空间间作用的排架内力分析作用的排架内力分析 根根据据试试验验资资料料及及理理论论分分析析，给给出出了了吊吊车车荷荷载载作作用用下下单单层层单单跨跨的的空空间间工工作分配系数。作分配系数。厂房空间工作示意图厂房空间工作示意图5 5 考虑厂房整体空间作用的排架内力分析考虑厂房整体空间作用的排架内力分析 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构
34、 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析厂厂 房房 情情 况况吊车起吊车起重量重量（t）厂房长度（厂房长度（m）6060有檩有檩屋盖屋盖两端无山墙或一端两端无山墙或一端有山墙有山墙300.900.85两端有山墙两端有山墙300.85无檩无檩屋盖屋盖两端无山墙或一端两端无山墙或一端有山墙有山墙75 厂房跨度（厂房跨度（m）1227271227270.900.850.850.80两端有山墙两端有山墙750.80单跨厂房空间作用分配系数单跨厂房空间作用分配系数5 5 考虑厂房整体空间作用的排架内力分析考虑厂房整体空间作用的排架内力分析 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析
35、横向排架结构内力分析6 6 内力组合内力组合 所所谓谓内内力力组组合合，就就是是将将排排架架柱柱在在各各单单项项荷荷载载作作用用下下的的内内力力，按按照照它它们们在在使使用用过过程程中中同同时时出出现现的的可可能能性性，求求出出在在某某些些荷荷载载共共同同作作用用下下，柱柱控控制截面可能制截面可能产产生的最不利内力，作生的最不利内力，作为为柱和基柱和基础础配筋配筋计计算的依据。算的依据。（1）柱的控制截面柱的控制截面 控制截面控制截面是指是指对对截面配筋起控制作用的截面。截面配筋起控制作用的截面。当当柱高度柱高度较较大大时时，下柱中下柱中间间某截面某截面也可能也可能为为控制截面。控制截面。当当
36、柱柱上上作作用用有有较较大大的的集集中中荷荷载载（如如悬悬墙墙重重量量等等）时时，可可根根据据其内力大小其内力大小还还需需将集中荷将集中荷载载作用作用处处的截面作的截面作为为控制截面。控制截面。图11.42 柱的控制截面 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析 （2）荷荷载载效效应组应组合合 对对于于一一般般排排架架结结构构，荷荷载载效效应应组组合合的的设设计计值值S应应从从下下列列组组合合值值中中取取最不利最不利值值确定：确定：由可由可变变荷荷载载效效应应控制的控制的组组合合 由永久荷由永久荷载载效效应应控制的控制的组组合合6 6 内力组合内力组合
37、第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析 （3）不利内力不利内力组组合合 通常通常选择选择以下四种内力以下四种内力组组合作合作为为截面最不利内力截面最不利内力组组合：合：+Mmax及相及相应应的的N，V；Mmax及相及相应应的的N，V；Nmax及相及相应应的的M，V；Nmin及相及相应应的的M，V。6 6 内力组合内力组合第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 横向排架结构内力分析横向排架结构内力分析 （4）内力内力组组合注意事合注意事项项 每次内力每次内力组组合合时时，都必，都必须须考考虑虑恒荷恒荷载产载产生的内力。生的内力。每每次次内内力力组组合
38、合时时，只只能能以以一一种种内内力力为为目目标标来来决决定定可可变变荷荷载载的的取取舍舍，并求得与其相并求得与其相应应的其余两种内力。的其余两种内力。在在吊吊车车竖竖向向荷荷载载中中，同同一一柱柱的的同同一一侧侧牛牛腿腿上上有有Dmax或或Dmin作作用用，两两者者只能只能选择选择一种参加一种参加组组合。合。吊吊车车横横向向水水平平荷荷载载Tmax同同时时作作用用在在同同一一跨跨内内的的两两个个柱柱子子上上，向向左左或或向右，向右，组组合合时时只能只能选选取其中一个方向。取其中一个方向。6 6 内力组合内力组合2.5 单层厂房柱的设计单层厂房柱的设计v（1）选择柱型；v（2）确定柱的外形尺寸；
39、v（3）柱的截面设计；v（4）牛腿设计；v（5）柱子在施工吊装时的强度和裂缝宽度验算；v（6）预埋件及其它连接构造的设计；v（7）绘制施工图。1、柱的计算内容柱的计算内容v柱在吊装时的混凝土强度一般应达到设计强度的70%。吊装方式有翻身吊和平吊两种情况，如图(a)、(b)所示。v第二个问题是计算ss时Ms应用自重标准值乘以动力系数计算。运输吊装阶段的最大裂缝宽度允许值wmax可取为0.2mm。v当验算不满足要求时，应优先采用调整或增设吊点以减少弯矩，或在吊装时采用临时加固措施来解决。2.6.1 运输及吊装验算运输及吊装验算图 v牛腿设计内容主要有确定牛腿的截面尺寸、进行配筋计算和构造设计。v牛
40、腿按其所受竖向荷载作用点到牛腿下部与柱边缘交接点的水平距离a的大小，可把牛腿分为两大类。v当ah0时为短牛腿，如图；当ah0时为长牛腿，如图所示。其中h0为牛腿根部垂直截面的有效高度。v当为长牛腿时，与悬臂梁相似，按悬臂梁进行计算。2.6.2 牛腿设计牛腿设计图牛腿荷载作用位置 v从环氧树脂牛腿模型光弹性试验得到牛腿的主应力迹线，如图所示。v当外荷载Fv为极限荷载的20%40%时，在牛腿主拉应力迹线的密集区首先出现垂直裂缝，如图11所示。v当Fv继续增加到极限荷载的40%60%时，在加载板内侧附近出现第一条斜裂缝，如继续加载则裂缝不断发展；v当加载至极限荷载的80%左右时，突然在加载板外侧出现
41、斜裂缝，这预示牛腿即将破坏。.1 牛腿的应力状态和破坏过程牛腿的应力状态和破坏过程图 牛腿内弹性阶段主应力迹线 v（1）剪切破坏v当a/h00.1时，发生剪切破坏，其特征是牛腿与下柱的交接面处出现一系列的短斜裂缝，最终沿此裂缝把牛腿从柱上切下而破坏。如图11.67(a)所示。v（2）斜压破坏v当a/h0=0.10.75时，发生斜压破坏。其特征是在加载板内侧出现斜裂缝后，继续加载至极限荷载的80%左右，在加载板内外侧之间，在斜向范围内出现大量短小斜裂缝，最后在加载板外侧突然出现斜裂缝，而后牛腿沿此斜压杆或斜裂缝而破坏。如图11.67(b)所示。v（3）弯压破坏v当a/h00.75时，发生弯压破坏
42、。其特征是当出现斜裂缝后，随荷载的增加，斜裂缝不断向受压区延伸，同时牛腿中纵向受拉钢筋的应力也不断增加并逐渐达到其屈服强度，最后斜裂缝以外的部分绕牛腿下部与柱的交接点转动，从而导致该处混凝土压碎而破坏。如图11.67(c)所示。图11.66 牛腿的裂缝 图11.67 牛腿的破坏形式 v1.截面尺寸的确定（图11.68）v牛腿的截面宽度通常与柱相同，而截面高度一般按使用阶段不出现斜裂缝或仅出现微细裂缝作为控制条件。v斜裂缝出现时的荷载Fv与a/h0的关系可列经验公式表示：11.6.3.2 牛腿设计牛腿设计v2.承载力计算 v（1）计算简图。v牛腿在即将破坏时的计算简图可视为一个三角桁架，如图11
43、.69所示。v（2）正截面承载力计算。如图11.69所示。v对A点取力矩平衡方程MA=0可得：v（3）斜截面承载力。v牛腿斜截面承载力主要取决于混凝土强度等级，同时水平箍筋和弯起钢筋对牛腿斜裂缝开展的抑制作用可间接地提高牛腿斜截面的承载力。v（4）局部受压验算。v为防止牛腿顶面加载板下混凝土局部受压破坏，其局部受压应力不得超过0.75fc，即：vc=Fvs/A0.75fc 图11.68 牛腿受力图 图11.69 牛腿的计算简图 v牛腿内纵向受拉钢筋宜采用变形钢筋，牛腿几何尺寸及配筋应满足图11.70所示的要求，其中a1为牛腿外边缘至吊车梁外边缘之间的距离，a170mm。v当牛腿的剪跨比a/h0
44、0.3时，应设置弯起钢筋，弯起钢筋宜采用变形钢筋，并宜设置在牛腿上部l/6至l/2之间的范围内，其截面面积不应少于承受竖向力的受拉钢筋面积的二分之一，且不应小于0.0015bh0，其根数不应少于2根，直径不应小于12mm。11.6.3.3 牛腿的构造要求牛腿的构造要求v【例11.6】试设计例11.5中排架A柱。v【解】柱的设计包括截面设计、牛腿设计和吊装验算等。v(1)A柱截面设计 v(2)A柱吊装验算v起吊时，混凝土达到强度设计值100%。计算简图如图11.71所示。v荷载计算v截面验算 v裂缝宽度验算 v(3)牛腿设计v设牛腿高度h=700mm，根据吊车梁支承位置截面尺寸及构造要求，初步拟
45、定如图11.72所示。v牛腿高度验算 v牛腿有效高度 v(4)施工图vA柱的施工图如图11.73所示。图11.70 牛腿的尺寸及配筋构造 图11.71 A柱吊装图图11.72 A柱牛腿尺寸图 图11.73 A柱施工图 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 柱柱 的的 设设 计计 1 1 截面设计截面设计（1）截面配筋计算截面配筋计算 在对柱进行受压承载力计算或验算时，柱的偏心距增大系数在对柱进行受压承载力计算或验算时，柱的偏心距增大系数 或稳或稳定系数定系数 与柱的计算长度有与柱的计算长度有 关。关。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范根据单层厂根据单层厂房的实际支承及受力特点，结合工程经
46、验所给出的计算长度房的实际支承及受力特点，结合工程经验所给出的计算长度 。刚性屋盖单层厂房排架柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度刚性屋盖单层厂房排架柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度柱的类型柱的类型排排 架架 方方 向向垂直排架方向垂直排架方向有柱间支撑有柱间支撑无柱间撑无柱间撑无吊车无吊车厂房柱厂房柱单单 跨跨1.5H1.0H1.2H两跨及多跨两跨及多跨1.25H1.0H1.2H有吊车有吊车厂房柱厂房柱上上 柱柱2.0Hu1.25Hu1.5Hu下下 柱柱1.0Hl0.8Hl1.0Hl露天吊车柱和栈桥柱露天吊车柱和栈桥柱2.0Hl1.0Hl第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 柱柱 的的 设设
47、 计计（2）构造要求构造要求 柱的柱的混凝土强度等级混凝土强度等级不宜低于不宜低于C20C20，纵向受力钢筋直径纵向受力钢筋直径d d不宜小不宜小于于12mm12mm，全部纵向钢筋的配筋率不宜超过，全部纵向钢筋的配筋率不宜超过5%5%。柱内纵向钢筋的净距柱内纵向钢筋的净距不应小于不应小于50mm50mm；对水平浇筑的预制柱，其；对水平浇筑的预制柱，其上部纵向钢筋的最小净间距不应小于上部纵向钢筋的最小净间距不应小于30mm30mm和和1.51.5d d(为钢筋的最大直为钢筋的最大直径径)，下部纵向钢筋的最小净间距不应小于，下部纵向钢筋的最小净间距不应小于25mm25mm和和d d。偏心受压柱中垂
48、直于弯矩作用平面的纵向受力钢筋以及轴心受偏心受压柱中垂直于弯矩作用平面的纵向受力钢筋以及轴心受压柱中各边的纵向压柱中各边的纵向受力钢筋受力钢筋，其，其中距中距不宜大于不宜大于300mm300mm。1 1 截面设计截面设计第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构柱柱 的的 设设 计计2 2 牛腿设计牛腿设计 在在厂厂房房结结构构钢钢筋筋混混凝凝土土柱柱中中，常常在在其其支支承承屋屋架架、托托架架、吊吊车车梁梁和连系梁等构件的部位，设置从柱侧面伸出的短悬臂，称为和连系梁等构件的部位，设置从柱侧面伸出的短悬臂，称为牛腿牛腿。牛牛腿腿按按承承受受的的竖竖向向力力作作用用点点至至牛牛腿腿根根部部柱柱边边
49、缘缘水水平平距距离离的的不不同同分为两类分为两类：时为时为长牛腿长牛腿，按悬臂梁进行设计；，按悬臂梁进行设计；时为时为短牛腿短牛腿 ，是一个变截面短悬臂深梁。，是一个变截面短悬臂深梁。第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 柱柱 的的 设设 计计（1）牛腿的受力特点及破坏形态牛腿的受力特点及破坏形态 试试验验研研究究表表明明，从从加加载载至至破破坏坏，牛牛腿腿大大体体经经历历弹弹性性、裂裂缝缝出出现现与与开开展展和和最后破坏最后破坏三个阶段。三个阶段。弹性阶段弹性阶段：通过通过 环环氧树脂牛腿模型的氧树脂牛腿模型的光弹试验，得到了光弹试验，得到了主应力迹线。主应力迹线。牛腿的应力状态牛腿的应
50、力状态2 2 牛腿设计牛腿设计 第第2 2章章 单层厂房结构单层厂房结构 柱柱 的的 设设 计计裂缝出现与开展阶段裂缝出现与开展阶段：试验表明，当荷载达到极限荷载的试验表明，当荷载达到极限荷载的20%40%时，由于上柱根部与时，由于上柱根部与牛腿交界处的主拉牛腿交界处的主拉应力集中应力集中现象，在该处首先出现自上而下的现象，在该处首先出现自上而下的竖向裂竖向裂缝缝，裂缝细小且开展较慢，对牛腿的受力性能影响不大；，裂缝细小且开展较慢，对牛腿的受力性能影响不大；当荷载达到极限荷载的当荷载达到极限荷载的40%40%60%60%时，在加载垫板内侧附近出现一条时，在加载垫板内侧附近出现一条斜裂缝斜裂缝，