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1、 12.2 12.2 单层厂房排架结构计算单层厂房排架结构计算单层厂房排架结构计算单层厂房排架结构计算u单层厂房实际是单层厂房实际是空间结构空间结构，为了方便可简化为，为了方便可简化为平面结构平面结构进行计算。进行计算。u在横向，按在横向，按横向平面排架横向平面排架计算；计算；在纵向，按在纵向，按纵向平面排架纵向平面排架计算。计算。且近似认为，且近似认为，各个排架之间互不影响，各自独立工作各个排架之间互不影响，各自独立工作。u由于由于纵向平面排架柱较多，一般不计算纵向平面排架柱较多，一般不计算。仅研究横向平面排架计算。仅研究横向平面排架计算。u横向平面排架计算内容：横向平面排架计算内容：确定计
2、算简图确定计算简图，荷载计算荷载计算，控制截面内力计算和内控制截面内力计算和内力组合力组合，必要时应，必要时应验算排架水平位移验算排架水平位移。12.2 12.2 单层厂房排架结构计算单层厂房排架结构计算单层厂房排架结构计算单层厂房排架结构计算第1页/共119页计算步骤确定计算简图荷载计算内力计算内力组合柱、牛腿、基础设计如何由实际结构简化为计算简图？需要哪些假定？单层厂房可能有哪些荷载？各个具体荷载如何计算？荷载作用点在哪里？在每种荷载作用下，排架结构的内力如何计算？可变荷载较多时，是否所有可变荷载都同时考虑？显然不合理？如何组合？得到组合后的内力后，如何进行柱、牛腿和基础设计？第2页/共1
3、19页一、计算简图一、计算简图除边跨排架外外，各横向排架受力基本相同取典型一榀排架，由该排架相邻柱距的中心线截出一个典型区段，为该排架的计算单元第3页/共119页计算假定：计算假定：柱下端柱下端固结固结于基础顶面，上端与屋面梁或屋架于基础顶面，上端与屋面梁或屋架铰接铰接屋架或屋面梁屋架或屋面梁没有轴向变形没有轴向变形第4页/共119页2、计算尺寸：、计算尺寸：确定计算简图1、约束条件：、约束条件：柱底与基础固接，柱底与基础固接，顶与屋架（屋面梁铰接）顶与屋架（屋面梁铰接）水平方向水平方向 取跨度取跨度竖直方向竖直方向 上柱柱高？下柱柱高？上柱柱高？下柱柱高？柱总高柱总高柱总高柱总高=柱顶标高柱
4、顶标高柱顶标高柱顶标高+基础顶面标高的绝对值基础顶面标高的绝对值基础顶面标高的绝对值基础顶面标高的绝对值室外地坪上柱高度上柱高度上柱高度上柱高度=柱顶标高柱顶标高柱顶标高柱顶标高-牛腿顶面标高牛腿顶面标高牛腿顶面标高牛腿顶面标高3、几何参数：、几何参数：截面弯曲刚度截面弯曲刚度：ECIu、ECIl第5页/共119页二、荷载计算恒荷载活荷载屋架恒荷载屋架恒荷载F1上上 柱柱 自自 重重 F2下下 柱柱 自自 重重 F3吊车梁和轨道零件重吊车梁和轨道零件重F4维护结构重维护结构重F5屋面活荷载屋面活荷载F6吊车竖向荷载吊车竖向荷载吊车横向荷载吊车横向荷载吊车纵向荷载吊车纵向荷载风风 荷荷 载载第6
5、页/共119页包括：包括：屋面构造层重屋面构造层重、屋面板（天沟板）及灌封重屋面板（天沟板）及灌封重、天窗架重天窗架重、屋架重屋架重、屋盖屋盖支撑重支撑重等，具体数值可查等，具体数值可查荷载规范荷载规范。通过屋架传至排架柱顶面，其作用点位于通过屋架传至排架柱顶面，其作用点位于屋架端部杆件中心线交点处屋架端部杆件中心线交点处。一般为。一般为偏偏心压力心压力。作用点：作用点：取纵向定位轴线内侧取纵向定位轴线内侧150mm处处屋架恒荷载屋架恒荷载F1F1 F屋架恒载屋架恒载F1作用点作用点屋架恒载屋架恒载F1作用下的计算简图作用下的计算简图0恒荷载第7页/共119页屋架恒荷载屋架恒荷载F1力的平力的
6、平力的平力的平移原理移原理移原理移原理轴心压轴心压轴心压轴心压力作用力作用力作用力作用下仅产下仅产下仅产下仅产生轴力生轴力生轴力生轴力F1=F1=F1M1=F1e1M1=F1e0F1、F1分别为作用于上柱和下柱的轴心压力F1M1F1M1F1M1注：对其他竖向荷载可同样换算。注：对其他竖向荷载可同样换算。恒荷载第8页/共119页上上 柱柱 自自 重重 F2下下 柱柱 自自 重重 F3F2F2M2M2=F2e0F3F3作用于基础顶面，下柱截面形心处吊车梁和轨道零件重吊车梁和轨道零件重F4可由相应标准图集查得通过吊车梁，作用于牛腿顶面吊车梁中心线处M4=F4e4维护结构重维护结构重F5F2作用于牛腿
7、顶面上柱截面中心处墙体F5墙体F5M5M5=F5e5恒荷载F44F4M4第9页/共119页屋架恒荷载屋架恒荷载F1上上 柱柱 自自 重重 F2下下 柱柱 自自 重重 F3吊车梁和轨道吊车梁和轨道零件重零件重F4维护结构重维护结构重F5F1F2F3F4F5作用于上柱柱顶、沿上柱轴线的作用于上柱柱顶、沿上柱轴线的F1及及M1，和作用于牛腿顶面、沿下柱，和作用于牛腿顶面、沿下柱轴线的轴线的F1及及M1。作用于牛腿顶面，沿下柱轴线的作用于牛腿顶面，沿下柱轴线的F2及及M2。作用于基础顶面。作用于基础顶面。作用于牛腿顶面，沿下柱轴线的作用于牛腿顶面，沿下柱轴线的F4及及M4。作用于牛腿顶面，沿下柱轴线的
8、作用于牛腿顶面，沿下柱轴线的F5及及M5。恒荷载第10页/共119页在在F1、F2、F3、F4、F5共同作用下，排架的计算简图为：共同作用下，排架的计算简图为：F1F1M1M1FFMMF3F3F=F1+F2+F4+F5F=?M=?M=M1+M2+M4+M5F1、F、F3仅仅引起上柱和下引起上柱和下柱的轴心压力柱的轴心压力M1M1MM如何进行内力分析？恒荷载第11页/共119页活荷载屋面活荷载屋面活荷载F6包括：包括：屋面均布活荷载屋面均布活荷载、屋面积灰荷载屋面积灰荷载、雪荷载雪荷载。屋面均布活荷载屋面均布活荷载不与不与雪荷载雪荷载同时组合，同时组合，仅取两者中较大值仅取两者中较大值。荷载取值
9、查阅荷载取值查阅建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB50009-2001）。）。通过屋架传至排架柱顶面，其作用点位于通过屋架传至排架柱顶面，其作用点位于屋架端部杆件中心线交点处屋架端部杆件中心线交点处。一般为。一般为偏心压力偏心压力。F6 F6屋架恒载屋架恒载F6作用点作用点0屋架活载屋架活载F6作用下的计算简图作用下的计算简图第12页/共119页|屋面均布活荷载屋面均布活荷载|屋面积灰荷载屋面积灰荷载|雪荷载雪荷载 单层厂房屋面通常为不上人屋面，根据单层厂房屋面通常为不上人屋面，根据建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB500092001），单层厂房钢筋混凝土屋面均布活荷载取），单层厂房钢
10、筋混凝土屋面均布活荷载取0.5kN/m2。生产中大量排灰的厂房及邻近建筑物，应考虑积灰荷载。对于具有生产中大量排灰的厂房及邻近建筑物，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厂房屋面，屋面积灰荷载按一定除尘设施和保证清灰制度的厂房屋面，屋面积灰荷载按建筑结构建筑结构荷载规范荷载规范（GB500092001）表和表采用。对于屋面上易形成灰堆处，）表和表采用。对于屋面上易形成灰堆处，设计时可乘以增大系数。设计时可乘以增大系数。sk：雪荷载标准值：雪荷载标准值r：屋面积雪分布系数，详见表：屋面积雪分布系数，详见表10-3。排架计算时近似取。排架计算时近似取1。s0：基本雪压。根据年最大雪
11、压进行统计分析确定：基本雪压。根据年最大雪压进行统计分析确定活荷载第13页/共119页活荷载吊车荷载（吊车竖向荷载、吊车横向及纵向水平荷载）吊车荷载（吊车竖向荷载、吊车横向及纵向水平荷载）桥式吊车简介：p大车在吊车梁的轨道上沿厂房纵向行驶；大车在吊车梁的轨道上沿厂房纵向行驶；p小车在大车桥架的轨道上沿横向运行；小车在大车桥架的轨道上沿横向运行；p带有吊钩的起重卷扬机安装在小车上。带有吊钩的起重卷扬机安装在小车上。吊车竖向荷载吊车竖向荷载传递路线？传递路线？第14页/共119页桥式吊车简介：p大车在吊车梁的轨道上沿厂房纵向行驶；大车在吊车梁的轨道上沿厂房纵向行驶；p小车在大车桥架的轨道上沿横向运
12、行；小车在大车桥架的轨道上沿横向运行；p带有吊钩的起重卷扬机安装在小车上。带有吊钩的起重卷扬机安装在小车上。活荷载吊车竖向荷载吊车竖向荷载?第15页/共119页吊车竖向荷载吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k活荷载吊车竖向荷载吊车竖向荷载吊吊 车车 梁梁排排 架架 柱柱u吊有额定质量的小车开到大车的某一极限位置时，该侧大车对吊车梁的轮压最大，吊有额定质量的小车开到大车的某一极限位置时，该侧大车对吊车梁的轮压最大，为为Pmax,k，另一侧吊车轮压最小，为，另一侧吊车轮压最小，为Pmin,k。u Pmax,k 和和Pmin,k由吊车制造厂家提供。由吊车制造厂家提供。第16页/共119页吊车竖向荷
13、载吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k活荷载吊车竖向荷载吊车竖向荷载吊吊 车车 梁梁排排 架架 柱柱：吊车最大轮压和最小轮压：大车、小车自重标准值及额定起吊质量对应的重力标 准值第17页/共119页u当大车移动到吊车梁某位置时，由Pmax,k对排架柱（吊车梁支座）产生最大压力Dmax,k，同时，另一侧由Pmin,k产生Dmin,k。uDmax,k和Dmin,k同时发生。第18页/共119页注意计算吊车竖向荷载的两个问题：注意计算吊车竖向荷载的两个问题：1、应考虑，数台吊车的、应考虑，数台吊车的不利组合不利组合：对单跨的一榀排架，最多考虑两台吊车；对多跨的一榀排架，最多考虑四台吊对单跨的一榀排
14、架，最多考虑两台吊车；对多跨的一榀排架，最多考虑四台吊车。车。2、吊车荷载是移动荷载，各吊车沿纵向运行位置不同，对排架柱产生的竖向荷、吊车荷载是移动荷载，各吊车沿纵向运行位置不同，对排架柱产生的竖向荷载会发生变化，通过影响线原理求出最不利荷载情况（即可求出吊车梁最大载会发生变化，通过影响线原理求出最不利荷载情况（即可求出吊车梁最大支座反力）支座反力）吊车梁支座反力影响线吊车梁支座反力影响线吊车竖向荷载吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k第19页/共119页吊车竖向荷载吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k在竖向单位移动荷载下，结构某截面内力、反力或变形的量值随竖向荷载位置移动而变化的规律图像
15、称为影响线。4llllDmax,k4llllDmax,k活荷载第20页/共119页吊车竖向荷载吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,kllDmax,kllDmax,ky1y2y1y2y3y4为多台吊车的荷载折减系数活荷载第21页/共119页吊车竖向荷载吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k吊车竖向荷载吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k作用下的计算简图作用下的计算简图Dmax,k作用在左柱作用在左柱Dmax,k作用在右柱作用在右柱活荷载第22页/共119页吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载Tmax,k活荷载u吊有重量的小车在大车上启动和制动时将引起横向水平惯性力，由此产生吊车横向吊有重量的小车在
16、大车上启动和制动时将引起横向水平惯性力，由此产生吊车横向水平荷载。水平荷载。刹车横向水刹车横向水平惯性力平惯性力大大 车车吊车梁吊车梁排架柱排架柱u吊车横向水平荷载作用在吊车横向水平荷载作用在吊车梁顶面水平处吊车梁顶面水平处。u吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载由大车四个车轮平均分配由大车四个车轮平均分配，每个车轮分得，每个车轮分得1/4。第23页/共119页吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载Tmax,k吊车横向水平荷载标准值=（G2,k+G3,k）：横向水平荷载系数：横向水平荷载系数1个大车轮子传递的横向水平荷载标准值Tk=（G2,k+G3,k）通过影响线可求得作用于排架柱的最大吊车通过影响线可
17、求得作用于排架柱的最大吊车横向水平荷载标准值横向水平荷载标准值Tmax,k，此时吊车位置与，此时吊车位置与产生产生Dmax,k时相同。时相同。即：即：大车小车吊车梁排架柱Tk活荷载第24页/共119页吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载Tmax,k作用下的计算简图作用下的计算简图吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载Tmax,kTmax,k向左作用向左作用Tmax,k向右作用向右作用吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载T0u吊车纵向水平荷载由大车启动或制动时引起的吊车纵向水平荷载由大车启动或制动时引起的纵向水平惯性力纵向水平惯性力引起。引起。u吊车纵向水平荷载标准值按刹车轮最大轮压吊车纵向水平荷载标准值按刹
18、车轮最大轮压Pmax,k乘以乘以刹车轮与钢轨之间的刹车轮与钢轨之间的滑动摩擦滑动摩擦系数系数求得。求得。u吊车吊车作用于刹车轮与轨道的接触点作用于刹车轮与轨道的接触点，方向与轨道一致，方向与轨道一致，由纵向平面排架承受由纵向平面排架承受。活荷载第25页/共119页活荷载风风 荷荷 载载 作用在建筑物表面上的作用在建筑物表面上的迎风面上的风压力、背风面上的吸力迎风面上的风压力、背风面上的吸力、两侧的横向干扰力两侧的横向干扰力及及其合力构成了建筑物的其合力构成了建筑物的风荷载风荷载。一般工程设计，风荷载可近似按一般工程设计，风荷载可近似按静力风荷载静力风荷载并用并用动力放大系数动力放大系数考虑其动
19、力效应。考虑其动力效应。垂直于建筑物表面上的风荷载标准值垂直于建筑物表面上的风荷载标准值k（kN/m2）：基本风压（kN/m2），详见建筑结构荷载规范附录D。风压高度变化系数，描述风压随高度变化情况，与地面粗糙度有关。风荷载体型系数，描述建筑物表面在稳定风压下的静压分布规律。风振系数，考虑风对结构产生动力效应的放大系数。第26页/共119页风风 荷荷 载载作用在单层厂房上风荷载的计算：作用在单层厂房上风荷载的计算：风向作用在排架柱顶下的风荷载按作用在排架柱顶下的风荷载按均布均布荷载荷载考虑考虑风压高度变化系数按风压高度变化系数按柱顶标高柱顶标高取值取值作用在排架柱顶至屋脊范围的风荷作用在排架柱
20、顶至屋脊范围的风荷载仍按载仍按均布荷载均布荷载考虑考虑风压高度变化系数按风压高度变化系数按檐口标高檐口标高取值取值其对排架柱的作用按其对排架柱的作用按作用在排架柱作用在排架柱顶的水平集中力顶的水平集中力考虑考虑柱顶标高柱顶标高檐口标高檐口标高0.8-0.5-0.6-0.510q1kq2k第27页/共119页风风 荷荷 载载作用在单层厂房上风荷载的计算：作用在单层厂房上风荷载的计算：-0.6-0.5檐口标高檐口标高h1h20.8-0.5F2F1s注：以上s1和s2均已考虑力的方向，为取其绝对值。风荷载作用下风荷载作用下的排架计算简的排架计算简图为：图为：左风左风右风右风风向第28页/共119页第
21、29页/共119页风向FWq1q2+0.8-0.5112121-0.6-0.5h2h1例题：外形尺寸如上，w w0 0=0.35KN/m=0.35KN/m2 2，柱顶标高+10.5m+10.5m，室外天然地坪高为-0.30m-0.30m，h h1 1=2.1m=2.1m，h h2 2=1.2m=1.2m，地面粗糙度类别B B，排架计算宽度B=6mB=6m，求作用在排架上的风荷载。第30页/共119页例题：解：1 1、求q q1,k1,k，q q2,k2,k风压高度变化系数按柱顶至室外地坪高度所以：10.5+0.3=10.8来取值第31页/共119页2、求按檐口至室外地坪高度：10.8+2.1=
22、12.910.8+2.1=12.9来取值，所以第32页/共119页荷载传力路线竖 向 荷 载水平荷载屋架荷载屋架荷载柱自重柱自重维护结构重维护结构重吊车横向吊车横向荷载荷载风荷载风荷载吊车竖向荷载吊车竖向荷载排排 架架 柱柱基基 础础地地 基基吊车梁吊车梁吊车梁吊车梁屋屋 架架吊车梁吊车梁第33页/共119页M1M1MM排架在荷载作用下的计算简图排架在荷载作用下的计算简图恒荷载作用M6M6M6M6屋面活荷载作用第34页/共119页排架在荷载作用下的计算简图排架在荷载作用下的计算简图吊车竖向荷载作用MmaxMminDmax作用在左柱作用在左柱MminMmaxDmax作用在右柱作用在右柱第35页/
23、共119页排架在荷载作用下的计算简图排架在荷载作用下的计算简图吊车横向水平荷载作用Tmax向左作用向左作用Tmax向右作用向右作用TmaxTmaxTmaxTmax第36页/共119页排架在荷载作用下的计算简图排架在荷载作用下的计算简图风荷载作用左风作用左风作用右风作用右风作用q1q2q1以上计算简图如何进行内力分析和计算？q2第37页/共119页三、内力计算三、内力计算用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架等高排架等高排架在荷载作用下，各排架柱柱顶水平位移相等的排架。不等高排架不等高排架在荷载作用下，各排架柱柱顶水平位移不相等的排架。等高排架等高排架不等高排架不等高排架第38页/共1
24、19页用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架11、单阶悬臂柱的抗侧移刚度、单阶悬臂柱的抗侧移刚度1？1？要使柱顶产生单位水平位移，需在柱顶施加1/u的水平力。反映了柱抵抗侧移的能力，称为抗侧移刚度，记作D0。第39页/共119页用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架aaD0FF1、单阶悬臂柱的抗侧移刚度、单阶悬臂柱的抗侧移刚度 某单阶悬臂柱，抗侧移某单阶悬臂柱，抗侧移刚度为刚度为D0，欲使柱顶产生大小，欲使柱顶产生大小为为a的水平侧移，需施加水平的水平侧移，需施加水平力的大小力的大小F=。某单层厂房排架，柱抗某单层厂房排架，柱抗侧移刚度为侧移刚度为D01和和D02，欲使排，
25、欲使排架产生大小为架产生大小为a的水平侧移，的水平侧移，需施加水平力的大小需施加水平力的大小F=。D01D02aaF?第40页/共119页2、柱顶作用水平集中力时的剪力分配、柱顶作用水平集中力时的剪力分配用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架D01D02D03uuuF无轴向变形无轴向变形无轴向变形无轴向变形F第41页/共119页用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架2、柱顶作用水平集中力时的剪力分配、柱顶作用水平集中力时的剪力分配D0nD0iD01剪力分配系数剪力分配系数剪力分配系数剪力分配系数 自身的抗剪刚度与所有柱（包括其本身）自身的抗剪刚度与所有柱（包括其本身）自身的
26、抗剪刚度与所有柱（包括其本身）自身的抗剪刚度与所有柱（包括其本身）总的抗剪刚度的比值。总的抗剪刚度的比值。总的抗剪刚度的比值。总的抗剪刚度的比值。剪力分配法剪力分配法剪力分配法剪力分配法第42页/共119页3、任意荷载作用时的剪力分配、任意荷载作用时的剪力分配用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架TmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmax=+TmaxTmaxTmaxTmaxRA、RB可由附图查出第43页/共119页3、任意荷载作用时的剪力分配、任意荷载作用时的剪力分配TmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmax=+用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架 在排架柱顶
27、附在排架柱顶附加不动铰支座以加不动铰支座以阻止水平位移，阻止水平位移，求出水平反力求出水平反力R。得到。得到VA1、VB1 撤销附加的不撤销附加的不动铰支座，取动铰支座，取消荷载，将反消荷载，将反力力R反向反向施加于施加于排架柱顶。得排架柱顶。得到到VA2、VB2 叠加上述两种叠加上述两种状态下的柱顶剪状态下的柱顶剪力，得实际柱顶力，得实际柱顶剪力。按悬臂柱剪力。按悬臂柱分析得排架柱实分析得排架柱实际内力际内力1 12 23 3第44页/共119页3、任意荷载作用时的剪力分配、任意荷载作用时的剪力分配TmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmax=+TmaxTmax1 12 2剪力分配法剪力
28、分配法剪力分配法剪力分配法Tmax3 3Tmax第45页/共119页例题：剪力分配法计算排架内力第46页/共119页解：1、计算参数和 故第47页/共119页2、附加铰支座，求不动铰支座反力 查附图10-3C3=1.3支座：A支座：第48页/共119页3、撤销附加铰支座，为恢复实际情况，反向加各柱剪力分配系数：第49页/共119页5、求内力 4、总的柱顶剪力第50页/共119页 某金工车间的横剖面外形尺寸及风荷载体形系数如图所示，基本风压值0=0.45kN/m2，地面粗糙度类别为B，上柱高3.6m，柱距6m，A柱与B柱相同，上、下柱截面尺寸分别为400mm400mm和400mm600mm，用剪
29、力分配法计算风荷载设计值及排架内力设计值。解：解：一、风荷载设计值一、风荷载设计值1、作计算简图、作计算简图2、求均布风荷载设计值、求均布风荷载设计值q1、q23、求柱顶集中风荷载设计值、求柱顶集中风荷载设计值W二、风荷载作用下内力计算二、风荷载作用下内力计算1、加不动铰支座，求其反力、加不动铰支座，求其反力2、撤销不动铰支座，在排架柱顶施加反向反力、撤销不动铰支座，在排架柱顶施加反向反力3、叠加、叠加1、2得真实柱顶剪力得真实柱顶剪力4、根据求得的柱顶剪力作弯矩图和剪力图、根据求得的柱顶剪力作弯矩图和剪力图1.0第51页/共119页TmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmax=+排架同时
30、受到多种荷载作用，对任一种荷载作用下排架结构的内力均可通过排架同时受到多种荷载作用，对任一种荷载作用下排架结构的内力均可通过剪力分配法剪力分配法算得，后可通过算得，后可通过叠加叠加得多种荷载作用下排架内力。得多种荷载作用下排架内力。用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架第52页/共119页四、内力组合四、内力组合 在排架所受的多种荷载中，除结构自重为恒载外，其余均为活载。多种活在排架所受的多种荷载中，除结构自重为恒载外，其余均为活载。多种活载同时作用在结构上，又同时使其内力达到最大值的概率极小，因此对活荷载载同时作用在结构上，又同时使其内力达到最大值的概率极小，因此对活荷载来说，应引
31、入来说，应引入荷载组合系数荷载组合系数c，考虑，考虑荷载组合荷载组合的问题。的问题。通过以上方法可求得排架任意截面的内力，截面设计时取用通过以上方法可求得排架任意截面的内力，截面设计时取用何截面何截面内力？内力？控制截面控制截面的概念。的概念。在每种可能的荷载组合下，通过剪力分配法，都可得出一组内力在每种可能的荷载组合下，通过剪力分配法，都可得出一组内力（M，V，N），），称为称为内力组合内力组合，哪一组内力组合，哪一组内力组合最不利最不利呢？呢？第53页/共119页1、控制截面、控制截面控制截面：构件某一区段内对截面配筋起控制作用的截面上上 柱柱下下 柱柱 一般上柱底面I-I截面（牛腿顶面）
32、内力最大，故一般I-I截面为上柱的控制截面 一般下柱顶面-截面（牛腿顶面以下截面）和-截面（基础顶面以上截面）内力较大，为下柱的控制截面，同时-截面为基础设计的依据第54页/共119页2、荷载组合、荷载组合恒载恒载屋面活载屋面活载吊车活载吊车活载风载风载以上荷载可能出现的荷载组合有8种，分别是：恒载恒载恒载恒载恒载恒载恒载恒载+屋面活载屋面活载屋面活载屋面活载恒载恒载恒载恒载+吊车活载吊车活载吊车活载吊车活载恒载恒载恒载恒载+风载风载风载风载恒载恒载恒载恒载+屋面活载屋面活载屋面活载屋面活载+吊车活载吊车活载吊车活载吊车活载恒载恒载恒载恒载+屋面活载屋面活载屋面活载屋面活载+风载风载风载风载恒
33、载恒载恒载恒载+吊车活载吊车活载吊车活载吊车活载+风载风载风载风载恒载恒载恒载恒载+屋面活载屋面活载屋面活载屋面活载+吊车活载吊车活载吊车活载吊车活载+风载风载风载风载 1、荷载组合时，可变荷载组、荷载组合时，可变荷载组合系数如何取值？合系数如何取值？2、哪个荷载组合得出的内力、哪个荷载组合得出的内力组合（组合（M、N、V）最不利？）最不利？第55页/共119页 1、荷载组合时，可变荷载组合系数如何取值？、荷载组合时，可变荷载组合系数如何取值？建筑结构荷载规范规定，对于一般排架、框架结构，可采用简化规则，在下列荷载效应组合中取不利值确定：（1）由可变荷载效应控制的组合）由可变荷载效应控制的组合
34、“恒荷载恒荷载”+任一种任一种“活荷载活荷载”“恒荷载恒荷载”+0.9（任意两种或两种以上（任意两种或两种以上“活荷载活荷载”）（2）由永久荷载效应控制的组合）由永久荷载效应控制的组合“恒荷载恒荷载”+0.9（任意两种或两种以上（任意两种或两种以上“活荷载活荷载”）第56页/共119页 2、哪个荷载组合得出的内力组合（、哪个荷载组合得出的内力组合（M、N、V）最不利？）最不利？排架柱是排架柱是偏心受压构件偏心受压构件大偏心受压构件大偏心受压构件小偏心受压构件小偏心受压构件M越大，N越小越危险M越大，N越大越危险界限破坏界限破坏界限破坏界限破坏N Nu uMMu u0 0轴压轴压纯弯纯弯小偏心受
35、压小偏心受压小偏心受压小偏心受压大偏心受压大偏心受压大偏心受压大偏心受压故一般考虑以下四种内力组合：（1）+Mmax及相应的N和V（2）-Mmax及相应的N和V（3）Nmax及相应的M和V（4）Nmin及相应的M和V由于柱一般为对称配筋，故（1）（2）可合并为：第57页/共119页内力组合内力组合：根据各种荷载可能同时出现的情况，求出在：根据各种荷载可能同时出现的情况，求出在某些荷某些荷载作用下载作用下柱控制截面柱控制截面可能产生的最不利内力可能产生的最不利内力，作为柱和基础配，作为柱和基础配筋计算的依据。筋计算的依据。内力组合必须以以上内力组合必须以以上四种组合四种组合为目标，结果源自各种为
36、目标，结果源自各种荷载组合荷载组合下计算得的内力。下计算得的内力。3、内力组合、内力组合第58页/共119页-控制截面内力组合荷载组合+Mmax及相应的N和V-Mmin及相应的N和VNmax及相应的M和VNmin及相应的M和V+Mmax及相应的N和V-Mmin及相应的N和VNmax及相应的M和VNmin及相应的M和V+Mmax及相应的N和V-Mmin及相应的N和VNmax及相应的M和VNmin及相应的M和V荷载类型荷载编号恒荷载活荷载M、V、N图M、V、N图M、V、N图M、V、N图M、V、N图荷载+0.9（任意两种或两种以上活载）荷载+任一种活载内力设计值组合项目组合项目MNVMNV内力组合表
37、内力组合表第59页/共119页内力组合注意事项内力组合注意事项每次组合每次组合以一种内力为目标以一种内力为目标来决定荷载项的取舍。来决定荷载项的取舍。每次组合都必须包括每次组合都必须包括恒荷载恒荷载项。项。当取当取Nmax或或Nmin为组合目标时，应使为组合目标时，应使相应的相应的M绝对值尽可能大绝对值尽可能大。风荷载中有左风和右风两种，每次组合风荷载中有左风和右风两种，每次组合只能取其中一种只能取其中一种。吊车竖向荷载吊车竖向荷载Dmax和和Dmin可能作用在同一跨厂房的左柱上，也可能作用在右柱上，可能作用在同一跨厂房的左柱上，也可能作用在右柱上，两者只能两者只能选择一种参加组合选择一种参加
38、组合。第60页/共119页内力组合注意事项内力组合注意事项多台吊车荷载参与组合时，应考虑多台吊车荷载参与组合时，应考虑吊车荷载折减系数吊车荷载折减系数。由于柱底水平剪力对基础底面产生弯矩，故对于由于柱底水平剪力对基础底面产生弯矩，故对于-截面，必须组合截面，必须组合剪力剪力V。T与与D的关系：的关系：有有T必有必有D（实际情况）；有（实际情况）；有D也要有也要有T（求最不利内力所需）（求最不利内力所需）吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载Tmax作用在同一跨内的两个柱子上，向左或向右，只能选取作用在同一跨内的两个柱子上，向左或向右，只能选取其中其中一种参加组合一种参加组合。第61页/共119页1
39、1、概念、概念 排架与排架，排架与山墙之间相互关联的整体作用。各个排架（与山墙）的变形不是独立的，而是互相牵制，互相制约的，是整体工作。单个排架承担的荷载按平面排架计算值单个排架水平位移值按平面排架计算值五、考虑厂房整体空间工作的排架计算第62页/共119页2 2、单个荷载作用下厂房的空间作用分配系数、单个荷载作用下厂房的空间作用分配系数 m mk k 若不考虑空间作用，柱顶荷载Fk由本排架柱承受。考虑空间作用时，本排架柱承受一部分荷载Fk/，相邻其它排架受到牵制，承担一部分荷载Fk-Fk/越小，空间作用越大。考虑空间作用平面排架第63页/共119页3、吊车荷载作用下，单跨厂房空间作用分配系数
40、mk mk值查表13-7（第二版）局部荷载比均布荷载作用下，整体空间作用显著。只对吊车荷载才考虑厂房的整体空间作用。第64页/共119页4、考虑空间作用的计算方法（对吊车荷载）用剪力分配法（考虑mk）步骤：1、各排架在柱顶加 不动铰，求支座反力R2、撤除不动铰,将反力乘以mk反向加于各排架 柱顶，剪力分配法求各柱柱顶剪力3、叠加以上柱顶剪力，求得柱顶总剪力，按悬臂柱 求各柱内力（M、N、V图）第65页/共119页 当柱的尺寸满足表12-2要求时，认为排架横向刚度得到保证，不必验算。吊车吨位较大时：六、排架横向水平位移验算第66页/共119页设计内容：1、柱的选型和截面尺寸确定2、柱的配筋、吊装
41、验算、裂缝验算3、牛腿设计4、连接件的设计5、绘施工图 12.3 12.3 单层厂房柱单层厂房柱单层厂房柱单层厂房柱第67页/共119页 12.3 12.3 单层厂房柱单层厂房柱单层厂房柱单层厂房柱一、柱的形式一、柱的形式矩形矩形工字形工字形双肢柱双肢柱通常根据柱截面高度h选取截面形式。h600mm宜采用矩形截面柱宜采用矩形截面柱600h800采用工字形或矩形截面柱采用工字形或矩形截面柱900h1400宜采用工字形截面柱宜采用工字形截面柱h1400宜采用双肢柱宜采用双肢柱第68页/共119页二、矩形和工字形截面柱的设计二、矩形和工字形截面柱的设计1、截面尺寸、截面尺寸 柱截面尺寸除应保证承载力
42、要求外，还应保证排架柱具有足够的刚度，以防止厂房横向和纵向变形过大，影响厂房的正常使用。根据刚度要求，6m柱距厂房柱和露天栈桥柱的最小截面尺寸可参考表12-2。根据荷载组合求得的内力组合（M、V、N），按钢筋混凝土偏心受压构件进行截面设计计算，一般为对称配筋。其中计算长度l0按表12-3取用。2、截面设计、截面设计偏心距增大系数偏心距增大系数、大小偏心的判别、大偏心时、大小偏心的判别、大偏心时As=As=?小偏心时小偏心时As=As=?（上册第5章）第69页/共119页3、吊装验算、吊装验算排架柱平卧预制排架柱翻身起吊排架柱平卧起吊平吊和翻身吊验算时有何异同？（施工方便、满足承载力和裂缝限值要
43、求等角度）平吊和翻身吊验算时有何异同？（施工方便、满足承载力和裂缝限值要求等角度）AsAsAsAs第70页/共119页单点起吊多点起吊 单点起吊吊装验算时，最不利受力阶段为吊单点起吊吊装验算时，最不利受力阶段为吊点刚离开地面时，此时柱底端搁置在地面上，柱点刚离开地面时，此时柱底端搁置在地面上，柱为在其自重下的为在其自重下的受弯构件受弯构件。由此时的计算简图可知，一般可取由此时的计算简图可知，一般可取上柱柱底上柱柱底、牛腿根部牛腿根部和和下柱跨中下柱跨中三个控制截面。三个控制截面。根据排架柱的长度，可采取单点起吊和多点起吊方案。第71页/共119页吊装验算时，应注意：吊装验算时，应注意：1、考虑
44、施工振动，柱、考虑施工振动，柱自重应乘以动力系数自重应乘以动力系数1.5。2、吊装验算为临时性验算，构件、吊装验算为临时性验算，构件安全等级可安全等级可较其使用阶段的安全等级较其使用阶段的安全等级降低一级降低一级。3、吊装时，、吊装时，混凝土强度混凝土强度一般一般按设计强度的按设计强度的70%考虑考虑。即：吊装时，混凝土强度不得低。即：吊装时，混凝土强度不得低于设计强度的于设计强度的70%。6、多点起吊时多点起吊时，吊装方法应，吊装方法应与施工单位共同商定并进行相应的验算与施工单位共同商定并进行相应的验算。4、吊装验算包括、吊装验算包括承载力承载力和和裂缝控制裂缝控制验算。（上册第验算。（上册
45、第3和第和第8章）章）5、吊装验算配筋不足时，、吊装验算配筋不足时，可在局部区段加配短钢筋可在局部区段加配短钢筋。第72页/共119页牛腿高度：牛腿高度：h牛腿根部有效高度：牛腿根部有效高度：h0（h0=h-as）牛腿端部高度：牛腿端部高度：h1竖向力竖向力FV作用点至下柱边缘距离：作用点至下柱边缘距离：a短牛腿短牛腿长牛腿长牛腿ah0ah0三、牛腿设计三、牛腿设计按悬臂梁设计按变截面深梁设计第73页/共119页1、牛腿试验研究结果、牛腿试验研究结果牛腿上部，主拉应力迹线基本与牛腿上边缘平行，且沿长度方向比较均匀。（1）弹性阶段）弹性阶段牛腿斜边，主压应力迹线大致与加载点b到牛腿下部与柱的交点
46、a的连线ab平行。牛腿与上柱交界处有应力集中现象。第74页/共119页（2）裂缝的出现与展开）裂缝的出现与展开F达到破坏荷载的20%40%时，在牛腿顶面与上柱交接处出现竖向裂缝，开展很小，影响不大。FF达到破坏荷载的40%60%时，在加载板内侧附近出现第一条斜裂缝。FFF达到破坏荷载的80%左右时，加载板外侧突然出现第二条斜裂缝，预示牛腿即将破坏。所谓不允许出现斜裂缝是指加载板内侧的斜裂缝而言，它是确定牛腿截面尺寸的主要依据。第75页/共119页（3）牛腿的破坏形态）牛腿的破坏形态牛腿的破坏形态主要取决于牛腿的破坏形态主要取决于a/h0值，主要有三种破坏形态：值，主要有三种破坏形态：当a/h0
47、0.75和纵向受力钢筋配筋率较低时。第一条斜裂缝出现后，随荷载增加，不断向受压区延第一条斜裂缝出现后，随荷载增加，不断向受压区延伸，水平纵向受力钢筋应力随之增大并逐渐达到屈服，裂伸，水平纵向受力钢筋应力随之增大并逐渐达到屈服，裂缝外侧混凝土绕牛腿与柱交点转动，混凝土压碎而破坏。缝外侧混凝土绕牛腿与柱交点转动，混凝土压碎而破坏。弯弯弯弯曲曲曲曲破破破破坏坏坏坏第76页/共119页剪剪剪剪切切切切破破破破坏坏坏坏当a/h00.1或边缘高度h1较小时，发生纯剪破坏。沿加载板内侧接近竖直截面的纯剪破坏。沿加载板内侧接近竖直截面的纯剪破坏。牛腿与下柱交界面上出现一系列短斜裂缝，最牛腿与下柱交界面上出现一
48、系列短斜裂缝，最后牛腿沿此斜裂缝从柱上切下而遭破坏。后牛腿沿此斜裂缝从柱上切下而遭破坏。当a/h0=0.10.75时，发生斜压或斜拉破坏。沿斜裂缝外侧出现一批短而细斜裂缝，最终斜裂沿斜裂缝外侧出现一批短而细斜裂缝，最终斜裂缝贯通，混凝土压碎，导致牛腿破坏。缝贯通，混凝土压碎，导致牛腿破坏。不出现短斜裂缝，由于主拉应力较大，而在加载不出现短斜裂缝，由于主拉应力较大，而在加载板内侧出现一条通长斜裂缝，牛腿沿此裂缝破坏。板内侧出现一条通长斜裂缝，牛腿沿此裂缝破坏。斜压破坏斜压破坏斜拉破坏斜拉破坏第77页/共119页局局局局部部部部受受受受压压压压破破破破坏坏坏坏当加载板过小或混凝土强度过低时，由于局
49、部压应力很大，导致加载板下的混凝土局部压碎破坏。（4）牛腿在竖向力和水平拉力共同作用下的受力情况）牛腿在竖向力和水平拉力共同作用下的受力情况由于水平拉力的作用，裂缝将提前出现。由于水平拉力的作用，裂缝将提前出现。由于水平拉力的作用，牛腿承载力有所降低。由于水平拉力的作用，牛腿承载力有所降低。有水平拉力作用的牛腿与没有水平拉力的牛腿的破坏规有水平拉力作用的牛腿与没有水平拉力的牛腿的破坏规律相似。律相似。第78页/共119页2、牛腿设计、牛腿设计确定截面尺寸确定截面尺寸承载力计算承载力计算配筋构造配筋构造确定截面尺寸确定截面尺寸牛腿的截面尺寸应根据牛腿的截面尺寸应根据斜裂缝控制条件斜裂缝控制条件和
50、和构造要求构造要求确定。确定。牛腿截面宽度牛腿截面宽度b牛腿截面宽度牛腿截面宽度b：与排架柱宽度相同：与排架柱宽度相同牛腿截面高度牛腿截面高度h：？。：？。牛腿顶面长牛腿顶面长：e+B+C1（C1100mm）eBC1牛腿外边缘高度牛腿外边缘高度h1：不应太小，否则将发生：不应太小，否则将发生剪切破坏，剪切破坏，h不应小于不应小于h/3，且不应小于，且不应小于200mm。倾角倾角：不应太大，不应大于：不应太大，不应大于45（一般取（一般取45）h1第79页/共119页h1eBC1确定截面尺寸确定截面尺寸牛腿截面高度牛腿截面高度h由斜裂缝控制要求决定。由斜裂缝控制要求决定。裂缝控制系数裂缝控制系数