大学课件_单层厂房结构设计培训讲义第4.1版1.pdf

1、3.1 单层厂房结构种类与布置单层厂房结构种类与布置3.2 厂房主体结构分析厂房主体结构分析3.3 厂房主构件设计厂房主构件设计3.4 柱间支撑设计柱间支撑设计3.5 柱下独立基础设计柱下独立基础设计3.6 屋盖设计屋盖设计第三章第三章第三章第三章 单层厂房结构单层厂房结构单层厂房结构单层厂房结构3.1.1 单层厂房结构种类3.1.1 单层厂房结构种类3.1 单层厂房结构种类与布置3.1 单层厂房结构种类与布置砌体混合结构砌体混合结构按结构材料按结构材料钢结构钢结构钢筋混凝土结构（）钢筋混凝土结构（）m15,t 5lQ）（）（m36,t25lQ(竖向构件用砌体，水平构件用砼、木或轻钢)(竖向构

2、件用混凝土，水平构件用钢)钢钢混凝土混合结构混凝土混合结构 按结构形式按结构形式排架结构（等高、不等高、锯齿形）排架结构（等高、不等高、锯齿形）刚架结构（两铰门架、三铰门架）刚架结构（两铰门架、三铰门架）(c)锯齿形排架(b)不等高排架(a)等高排架细石砼 按结构形式按结构形式排架结构（等高、不等高、锯齿形）排架结构（等高、不等高、锯齿形）刚架结构（两铰刚架、三铰刚架）刚架结构（两铰刚架、三铰刚架）(b)实腹梁式钢厂房刚架结构类型钢厂房刚架结构类型(a)屋架式沥青麻丝(a)三铰刚架(b)两铰刚架混凝土厂房刚架结构类型混凝土厂房刚架结构类型拼接节点钢管钢销子 刚架特点：刚架立柱和横梁的截面高度都

3、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。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。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。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。3.1.2 混凝土排架结构组成及布置一、结构组成 围护结构系统围护结构系统?包括：屋面板、天沟板、纵横墙、基础梁、连系梁和抗风柱。包括：屋面板、天沟板、纵横墙、基础梁、连系梁和抗风柱。?作用：构成房屋空间；承担直接作用其表面的荷载，并传递给承重结构

4、系统。作用：构成房屋空间；承担直接作用其表面的荷载，并传递给承重结构系统。屋面板天沟板抗风柱基础梁连系梁窗过梁纵墙?屋面结构类型：无檩屋盖体系和有檩屋盖体系。屋面结构类型：无檩屋盖体系和有檩屋盖体系。承重结构系统承重结构系统吊车梁屋架独立基础排架柱?包括：屋架（屋面梁）、吊车梁、排架柱和基础；构成厂房的基本承重骨架；由纵、横向的平面排架构成。包括：屋架（屋面梁）、吊车梁、排架柱和基础；构成厂房的基本承重骨架；由纵、横向的平面排架构成。?作用：所有荷载均由承重结构系统最终传到地基。作用：所有荷载均由承重结构系统最终传到地基。?横向平面排架由屋架（屋面梁）、横向排架柱和基础组成；承受所有的竖向荷载

5、和横向水平荷载；横向平面排架由屋架（屋面梁）、横向排架柱和基础组成；承受所有的竖向荷载和横向水平荷载；?纵向平面排架由纵向列柱、吊车梁、连系梁和柱间支撑组成；承受纵向水平荷载。纵向平面排架由纵向列柱、吊车梁、连系梁和柱间支撑组成；承受纵向水平荷载。柱间支撑吊车梁连系梁排架柱纵向排架柱间支撑柱间支撑纵向水平系杆纵向水平系杆垂直支撑垂直支撑下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑 支撑系统支撑系统?包括柱间支撑和屋盖支撑两大部分；包括柱间支撑和屋盖支撑两大部分；?柱间支撑作用：保证厂房结构的纵向刚度和稳定，并承担纵向水平荷载；柱间支撑作用：保证厂房结构的纵向刚度和稳定，并承担纵向水平荷载；?屋盖支撑包括：

6、横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑及水平系杆；屋盖支撑包括：横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑及水平系杆；?屋盖支撑作用：联系各种主要结构构件、加强屋盖整体性和平面外稳定、减小平面外弦杆的计算长度、传递水平荷载等作用。屋盖支撑作用：联系各种主要结构构件、加强屋盖整体性和平面外稳定、减小平面外弦杆的计算长度、传递水平荷载等作用。1.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。网格的间距称为柱网尺寸。其中沿纵向的间距称为柱距；沿横向的间距称为跨度。柱网是竖向承重构件纵横向定位轴线所形成的网格。网格的间距称为柱网尺寸。其中沿纵向的间距称为柱距；沿横向的间距称为跨度。?柱距应采用6米或

7、6米的倍数。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。(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。(1M100mm)二、结构布置(A)(B)(C)Q=20/5tQ=10tQ=20/5t柱距柱距跨度跨度变形缝越跨布置设备2.定位轴线柱网尺寸和定位轴线的一般原则柱网尺寸和定位轴线的一般原则?符合生产和使用要求符合生产和使用要求符合生产和使用要求符合生产和使用要求?建筑平面和结构方案经济合理建筑平面和结构方案经济合理建筑平面和结构方案经济合理建筑平面和结构方案经济合理?遵循国家有关厂房遵循国家有

8、关厂房遵循国家有关厂房遵循国家有关厂房建筑模数建筑模数建筑模数建筑模数有关标准的规定有关标准的规定有关标准的规定有关标准的规定?再厂房结构形式和施工方法上具有先进性和合理性再厂房结构形式和施工方法上具有先进性和合理性再厂房结构形式和施工方法上具有先进性和合理性再厂房结构形式和施工方法上具有先进性和合理性 边柱与纵向定位轴线的关系边柱与纵向定位轴线的关系为了使吊车的型号规格化，吊车跨度与屋架跨度之间存在固定关系：为了使吊车的型号规格化，吊车跨度与屋架跨度之间存在固定关系：Lk=L-2，L为厂房跨度；为厂房跨度；Lk为吊车跨度，即两边轮子之间的距离；为吊车跨度，即两边轮子之间的距离；为纵向定位轴线

9、至轨道中心线的距离，一般为为纵向定位轴线至轨道中心线的距离，一般为750mm，当吊车额定起重量大于，当吊车额定起重量大于50t时采用时采用1000mm。为了保证吊车沿厂房纵向行驶过程中与柱不发生碰撞，上柱内缘与吊车架外缘之间的空隙。为了保证吊车沿厂房纵向行驶过程中与柱不发生碰撞，上柱内缘与吊车架外缘之间的空隙B2（B2=-B1-B3）应大于等于）应大于等于80mm（当（当Q50t）或）或100mm（当（当Q75t）B3B1B2LkLD?柱距6米、无吊车或Q20t，边柱外缘与纵向定位轴线重合，称柱距6米、无吊车或Q20t，边柱外缘与纵向定位轴线重合，称封闭结合封闭结合。D?柱距6米、32tQ50

10、t，由于吊车外轮廓尺寸和柱子截面尺寸均有所增大，为了满足空隙柱距6米、32tQ50t，由于吊车外轮廓尺寸和柱子截面尺寸均有所增大，为了满足空隙B2的要求，需要将边柱外移一定距离的要求，需要将边柱外移一定距离D（称为联系尺寸），称（称为联系尺寸），称非非封闭结合封闭结合。中柱与纵向定位轴线的关系中柱与纵向定位轴线的关系等高跨等高跨上柱中心线与纵向定位轴线重合上柱中心线与纵向定位轴线重合单柱高低跨单柱高低跨双柱双柱tQ20高跨高跨tQ32高跨A=D高跨A=DtQ20高跨A=B+C高跨A=B+CtQ32高跨A=B+C+D高跨A=B+C+DA插入距；插入距；B墙厚；墙厚；C伸缩缝宽；伸缩缝宽；D联系尺

11、寸联系尺寸 柱与横向定位轴线的关系柱与横向定位轴线的关系变形缝两边柱的中心线与定位轴线的距离为变形缝两边柱的中心线与定位轴线的距离为600mm 600600ae600端部柱的中心线自横向定位轴线向内移端部柱的中心线自横向定位轴线向内移600mm 其它位置柱的中心线与横向定位轴线重合其它位置柱的中心线与横向定位轴线重合3.变形缝设置?当房屋长度或宽度超过附表当房屋长度或宽度超过附表A.1规定的限值时，一般应设置伸缩缝；横向伸缩缝一般采用双柱，纵向伸缩缝一般采用单柱，在低跨屋架与支承屋架的牛腿之间设滚动支座，使其能自由伸缩。规定的限值时，一般应设置伸缩缝；横向伸缩缝一般采用双柱，纵向伸缩缝一般采用

12、单柱，在低跨屋架与支承屋架的牛腿之间设滚动支座，使其能自由伸缩。?由于排架结构对地基不均匀沉降不敏感，单层厂房一般不设沉降缝，只有在下列情况下才考虑设置：由于排架结构对地基不均匀沉降不敏感，单层厂房一般不设沉降缝，只有在下列情况下才考虑设置：?相邻部位高差很大；相邻部位高差很大；?相邻跨吊车起重量悬殊；相邻跨吊车起重量悬殊；?下卧土层有很大变化；下卧土层有很大变化；?各部分施工时间相差很长。各部分施工时间相差很长。?抗震设防区，当厂房平、立面布置复杂，结构高度或刚度相差很大，以及在厂房侧边贴建生活间、变电所、炉子间等披屋时，应设置防震缝将相邻两部分分开。抗震设防区，当厂房平、立面布置复杂，结构

13、高度或刚度相差很大，以及在厂房侧边贴建生活间、变电所、炉子间等披屋时，应设置防震缝将相邻两部分分开。4.厂房的剖面布置HBHC基底标高0.000牛腿顶标高轨顶标志标高柱顶标高300的倍数300的倍数600的倍数HA?基础底面标高控制基础埋深，根据持力层深度和基础高度确定。基础底面标高控制基础埋深，根据持力层深度和基础高度确定。?室内地面标高一般高于室外地面室内地面标高一般高于室外地面100150mm，用，用0.000表示。表示。?牛腿顶面标高和柱顶标高由轨道顶面的标志标高控制，轨顶标志标高必须满足牛腿顶面标高和柱顶标高由轨道顶面的标志标高控制，轨顶标志标高必须满足600mm的倍数；牛腿顶面标高

14、的倍数；牛腿顶面标高=轨顶标高轨顶标高-吊车梁在支承处的高度吊车梁在支承处的高度-轨道及垫层高度，必须满足轨道及垫层高度，必须满足300mm的倍数的倍数?柱顶标高柱顶标高=轨顶实际标高轨顶实际标高HA+吊车轨顶至桥架顶面的高度吊车轨顶至桥架顶面的高度HB+桥架顶面与屋架下弦的空隙桥架顶面与屋架下弦的空隙HC，空隙，空隙HC不应小于不应小于220mm。柱间支撑柱间支撑作用：保证厂房纵向排架的刚度和稳定；将水平荷载传至基础。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：伸缩缝区段中央或临近中央。5.支撑布置 屋盖横向水平支撑屋盖横向水平支撑包括上弦横

15、向水平支撑和下弦横向水平支撑，一般布置在伸缩缝区段两端的两榀相邻屋架弦杆之间。当采用大型屋面板且连接可靠时，上弦横向水平支撑可不设。包括上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑，一般布置在伸缩缝区段两端的两榀相邻屋架弦杆之间。当采用大型屋面板且连接可靠时，上弦横向水平支撑可不设。屋盖下弦纵向水平支撑屋盖下弦纵向水平支撑一般情况下可不设，仅当厂房有较大起重量的桥式吊车、壁行吊车或锻锤等振动设备，以及高度或跨度较大，或者对空间刚度要求较大时才设置；纵向水平支撑设置在下弦的两端节间处，沿厂房全长布置。一般情况下可不设，仅当厂房有较大起重量的桥式吊车、壁行吊车或锻锤等振动设备，以及高度或跨度较大，或者对空间

16、刚度要求较大时才设置；纵向水平支撑设置在下弦的两端节间处，沿厂房全长布置。屋盖垂直支撑屋盖垂直支撑垂直支撑布置在设有横向水平支撑的同一开间，另外当厂房单元大于垂直支撑布置在设有横向水平支撑的同一开间，另外当厂房单元大于66m时，在设柱间支撑的开间增设一道。时，在设柱间支撑的开间增设一道。当屋架端部高度大于当屋架端部高度大于1.2m时，在屋架两端各布置一道；当厂房跨度在时，在屋架两端各布置一道；当厂房跨度在1830m时还应在屋架中间加设一道，当跨度大于时还应在屋架中间加设一道，当跨度大于30m时，在屋架时，在屋架1/3节点处加设二道。节点处加设二道。纵向水平系杆纵向水平系杆系杆布置在未设置横向水

17、平支撑的开间，对应垂直支撑位置的上、下弦节点。系杆布置在未设置横向水平支撑的开间，对应垂直支撑位置的上、下弦节点。大型屋面板或刚性檩条可替代上弦系杆。大型屋面板或刚性檩条可替代上弦系杆。6.围护结构布置 抗风柱抗风柱抗风柱间距根据承受的风荷载大小确定，一般采用抗风柱间距根据承受的风荷载大小确定，一般采用6m和和4.5m；600屋架上弦抗风柱弹簧板30600柱顶与屋架的连接必须满足两个要求：柱顶与屋架的连接必须满足两个要求：一是在水平方向能有效地传递风荷载；一是在水平方向能有效地传递风荷载；二是在竖向允许有一定的相对位移，以防厂房与抗风柱沉降不均匀时产生不利影响；二是在竖向允许有一定的相对位移，

18、以防厂房与抗风柱沉降不均匀时产生不利影响；圈梁圈梁圈梁置于墙体内；因圈梁不承受墙体重量，故排架柱上不需要设置支承圈梁的牛腿，仅需设拉结筋与圈梁连接。过梁设置在门窗洞口上方，承受墙体重量。圈梁置于墙体内；因圈梁不承受墙体重量，故排架柱上不需要设置支承圈梁的牛腿，仅需设拉结筋与圈梁连接。过梁设置在门窗洞口上方，承受墙体重量。过梁过梁墙体基础梁直接搁置在柱基础杯口上，与柱一般不连接；与柱的相对位置有两种情况：一种突出于柱外；另一种是两柱之间。墙体基础梁直接搁置在柱基础杯口上，与柱一般不连接；与柱的相对位置有两种情况：一种突出于柱外；另一种是两柱之间。基础梁基础梁连系梁上部无墙体荷载时，与柱的连接可采

19、用预埋件。连系梁上部无墙体荷载时，与柱的连接可采用预埋件。连系梁连系梁当用砌体作为厂房的围护墙时，一般要设置圈梁、过梁及基础梁。当用砌体作为厂房的围护墙时，一般要设置圈梁、过梁及基础梁。(a)矩形柱(b)工字形柱(c)平腹杆双肢柱(d)斜腹杆双肢柱?矩形柱的外形简单，施工方便，但混凝土用量较多；矩形柱的外形简单，施工方便，但混凝土用量较多；?截面高度截面高度h超过超过800mm，宜采用工字形截面；，宜采用工字形截面；?截面高度截面高度h超过超过1400mm时使用双肢柱更为经济；时使用双肢柱更为经济；?斜腹杆双肢柱承受剪力的能力优于平腹杆，但构造相对复杂些。斜腹杆双肢柱承受剪力的能力优于平腹杆，

20、但构造相对复杂些。三、排架柱选型与截面尺寸估算3.1.3 轻型门式刚架结构组成及布置一、结构组成 围护结构系统围护结构系统?包括：屋面板、檩条、墙面板、墙架梁、抗风柱（墙架柱）。包括：屋面板、檩条、墙面板、墙架梁、抗风柱（墙架柱）。檩条屋面板(压型钢板)抗 风 柱(墙架柱)墙架梁墙面板(压型钢板)?实腹式檩条形式有槽钢、角钢和实腹式檩条形式有槽钢、角钢和Z型、型、C型冷弯薄壁型钢。型冷弯薄壁型钢。?屋面板一般采用压型钢板。屋面板一般采用压型钢板。柱间支撑刚性系杆吊车梁刚架梁刚架柱 承重结构系统承重结构系统?包括：横梁、立柱、吊车梁和基础包括：横梁、立柱、吊车梁和基础?横梁、立柱和基础构成横向横

21、梁、立柱和基础构成横向平面刚架平面刚架；?立柱、吊车梁、连系梁和柱间支撑组成纵向立柱、吊车梁、连系梁和柱间支撑组成纵向平面排架平面排架。支撑系统支撑系统?当厂房设有当厂房设有5t的桥式吊车时，柱间支撑采用型钢；否则可采用带张紧装置的十字交叉圆钢。的桥式吊车时，柱间支撑采用型钢；否则可采用带张紧装置的十字交叉圆钢。?横向水平支撑中圆钢横向水平支撑中圆钢(受拉受拉)和檩条和檩条(受压受压)构成沿厂房跨度方向的柔性水平桁架构成沿厂房跨度方向的柔性水平桁架?拉条为檩条提供侧向支撑点拉条为檩条提供侧向支撑点?在两端由刚性撑杆、斜拉条和檐檩组成稳定的檩条支撑体系在两端由刚性撑杆、斜拉条和檐檩组成稳定的檩条

22、支撑体系柱 间支撑横向水平支撑直拉条斜拉条撑杆檩条檩托横梁角隅撑 支撑系统支撑系统檩条和横梁之间的角隅撑为横梁下翼缘提供侧向支撑点，起到类似屋架下弦横向水平支撑和下弦系杆的作用。檩条和横梁之间的角隅撑为横梁下翼缘提供侧向支撑点，起到类似屋架下弦横向水平支撑和下弦系杆的作用。二、结构布置三、刚架梁柱截面选型与尺寸估算3.2 厂房主体结构分析3.2 厂房主体结构分析?单层排架结构厂房是由纵、横向排架组成的空间结构。单层排架结构厂房是由纵、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。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

23、进行抗震和温度应力分析，纵向排架一般不计算。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。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。3.2.1 排架结构一、分析模型1.计算单元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计算单元。2.结构简图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。柱子下端固接于基础顶面，横梁与

24、柱铰接；横梁为没有轴向变形的刚杆。uEIABlEIuEIlEIuHHAB计算单元计算单元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3.荷载计算荷载计算排架柱柱间支撑吊车竖载屋面载屋面板屋架墙体重力竖向荷载吊车横向水平载纵墙风载吊车梁牛腿牛腿吊车梁连接钢板连接钢板吊车纵向水平载吊车梁山墙风载横向水平荷载纵向水平荷载基础抗风柱屋盖弹簧板弹簧板基础梁地基单层排架厂房的荷载传递路线横向排架承担的荷载横向排架承担的荷载?荷

25、载传递路线荷载传递路线形式、大小、作用位置、方向。形式、大小、作用位置、方向。恒载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Dmax,k、Tmax,k1F2F3F4FWqq、215F风荷载风荷载?荷载种类荷载种类(A)F1F1Dmax,kDmin,kF2F2F3F3F4F4F5F5Wkq1kq2kTmax,k(B)?永久荷载?F1包括屋架自重、屋盖支撑自重、屋面板以及屋面建筑层自重；以集中荷载的形式作用在柱顶屋架竖杆中心线与下弦杆中心线的交点处，包括屋架自重、屋盖支撑自重、屋面板以及屋面建筑层自重；以集中荷载的形

26、式作用在柱顶屋架竖杆中心线与下弦杆中心线的交点处，距离纵向定位轴线距离纵向定位轴线150mm。?F2和和F3为沿柱高的分布荷载；作用在各自的截面形心轴。为沿柱高的分布荷载；作用在各自的截面形心轴。?F4以集中荷载的形式作用在柱牛腿 上，以集中荷载的形式作用在柱牛腿 上，距 离 纵 向 定 位 轴 线距 离 纵 向 定 位 轴 线750mm(或或1000mm)(a)荷载作用位置F2F3F1150e1e0F4750e4F1F1+F2F1+F2+F4F1+F2+F3+F4F1+F2+F3+F4F1F1+F2F1+F2+F4(c)轴力图M1=F1e1M2=(F1+F2)e0-F4e4M1M1M2M2(

27、b)偏心力矩?屋面可变荷载?包括屋面均布可变荷载、雪荷载和屋面积灰荷载三项，其中屋面均布可变荷载与雪荷载不同时考虑，取其中的大值；包括屋面均布可变荷载、雪荷载和屋面积灰荷载三项，其中屋面均布可变荷载与雪荷载不同时考虑，取其中的大值；?屋面可变分布荷载的计算方法见屋面可变分布荷载的计算方法见1.2.3节，将其乘以屋面的水平投影面积（计算单元宽度节，将其乘以屋面的水平投影面积（计算单元宽度B厂房跨度的一半）即可得到通过屋架作用在柱顶的集中荷载厂房跨度的一半）即可得到通过屋架作用在柱顶的集中荷载F5?其作用位置同屋盖自重其作用位置同屋盖自重F1，需要将其等效成柱截面形心的轴心荷载和偏心力矩。，需要将

28、其等效成柱截面形心的轴心荷载和偏心力矩。风向1s5.01h2hSLkWkhW?风荷载?将面分布风荷载标准值将面分布风荷载标准值wk乘以计算单元宽度乘以计算单元宽度B即得到柱顶以下的线分布风荷载标准值；因迎风面和背风面墙的即得到柱顶以下的线分布风荷载标准值；因迎风面和背风面墙的S不同，两侧排架柱上的线分布荷载标准值不同，分别用不同，两侧排架柱上的线分布荷载标准值不同，分别用q1k、q2k表示；表示；?屋盖部分受到的风荷载通过屋架传递到柱顶；屋盖部分受到的风荷载通过屋架传递到柱顶；分成两部分：柱顶到檐口部分和檐口到屋脊部分；分成两部分：柱顶到檐口部分和檐口到屋脊部分；?计算单元范围内，某个屋面斜坡

29、的风荷载为计算单元范围内，某个屋面斜坡的风荷载为Wi,k=Bsiwi,k，其水平方向的分力为：，其水平方向的分力为：Wih,k=Bsiwi,ksini=Bsiwi,kh2i/si=B h2iwi,k柱顶集中风荷载标准值柱顶集中风荷载标准值：+=kiikkwhBwBhW,21?吊车荷载（桥式吊车）竖向荷载竖向荷载minmaxDD、横向水平荷载横向水平荷载maxT纵向水平荷载纵向水平荷载0TK吊车竖向荷载吊车竖向荷载kkDDmin,max,、如果两台吊车相同，则如果两台吊车相同，则kkkikkikkPPDyPDyPDmax,min,max,min,min,max,max,=41min,min,41

30、max,max,iikjkiikjkyPDyPD?y yi i影响线坐标值，i=1、2、3、4；影响线坐标值，i=1、2、3、4；?多台吊车的荷载折减系数，按表3-1取用。多台吊车的荷载折减系数，按表3-1取用。P1max,kK1K2P1max,kP2max,kP2max,kB1B2lly1y2y3y4DDmax可以发生在左柱，也可以发生在右柱，在可以发生在左柱，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作用下，单跨排架的计算考虑上图(a)、(b)两种荷载情况。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：对下柱

31、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=Dmine4吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载传力过程：小车惯性力传力过程：小车惯性力大车大车吊车梁吊车梁排架柱排架柱作用位置：吊车梁顶面作用位置：吊车梁顶面作用方向：垂直轨道侧（正、反向）作用方向：垂直轨道侧（正、反向）4/)(,3,2kkGGTk+=每个轮子上的横向水平制动力：每个轮子上的横向水平制动力：+=ikkkyGGT)(41,3,2max,如果吊车相同，如果吊车相同，kkPTDTmax,maxmax=同样，利用影响线可以确定柱受到的水平力同样，利用影响线可以确定柱受到的水平力连接钢板小车

32、沿横向左右运行，对小车沿横向左右运行，对Tmax要考虑它向左和向右两种作用。要考虑它向左和向右两种作用。排架可变荷载计算简图排架可变荷载计算简图5M5MmaxMminMmaxTmaxTW1q2q155eFM=4maxmaxeDM=4minmineDM=F5屋面活载；屋面活载；e1对上柱偏心距；对上柱偏心距；e4吊车梁支座对下柱偏心距吊车梁支座对下柱偏心距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9.0=95.0=85.0=85.0=8.0=9.0=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

33、。二、等高排架的内力计算1.柱的抗侧刚度1.柱的抗侧刚度设柱顶作用一单位力发生的位移为，设柱顶作用一单位力发生的位移为，u代表柱顶发生单位侧向位移时柱内的剪力，定义为柱的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抗侧刚度，用，用D D表示。表示。u/11u/1lEICHu03=)11(1330+=nCluIIn=HHu=与、有关。与、有关。30/1HEICuDl=等高排架等高排架是指是指柱顶水平位移值相等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。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。1uHu

34、EIlEIuHlH2.剪力分配法2.剪力分配法 柱顶作用集中荷载柱顶作用集中荷载=niiVF1由平衡条件：由平衡条件：iiiiiuuuDV=1由物理条件：由几何条件：由物理条件：由几何条件：niuuuLL=1可求得：可求得：FuuVnini=111求出各柱顶剪力后，各柱可按独立悬臂柱计算内力。求出各柱顶剪力后，各柱可按独立悬臂柱计算内力。i称为柱i的称为柱i的剪力分配系数剪力分配系数。FFuuViniii=111柱自身抗侧刚度与所有柱总抗侧刚度的比值。柱自身抗侧刚度与所有柱总抗侧刚度的比值。F1uiunu1ViVnVD1DiDn 任意荷载作用任意荷载作用5M5MmaxMminMmaxTW1q2

35、q5M5MmaxMminMmaxTW1q2q?在柱顶加不动铰支座，阻止水平位移，利用图表求出各柱的内力和支座反力在柱顶加不动铰支座，阻止水平位移，利用图表求出各柱的内力和支座反力R；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；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。将上述两种情况的内力叠加，得到排架柱实际内力。三、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

36、吊车的横向水平荷载作用，吊车梁顶处的水平位移应满足：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：Kumm10Ku且且1800KKHu2200KKHu（轻、中级工作制）（重、特重级工作制）（轻、中级工作制）（重、特重级工作制）ABHKmaxTmaxTKu当当mm5Ku时可不验算相对位移。时可不验算相对位移。Hk-基础顶面至吊车梁顶面的距离-基础顶面至吊车梁顶面的距离四、排架计算模型的讨论1.排架的整体空间作用1.排架的整体空间作用 基本概念基本概念结构均匀、荷载均匀结构均匀、荷载均匀FFFFFau结构均匀、荷载

37、不均匀结构均匀、荷载不均匀Fcu结构不均匀、荷载均匀结构不均匀、荷载均匀FFFFFbu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。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。aubucu、空间工作的条件：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（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。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

38、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km可见，在后两种情况中，计算单元可见，在后两种情况中，计算单元(局部局部)内的水平荷载传递不再局限于该单元梁、柱组成的平面结构，厂房沿纵向内的水平荷载传递不再局限于该单元梁、柱组成的平面结构，厂房沿纵向(整体整体)存在明显的协同工作性能，这种协同工作性能称为存在明显的协同工作性能，这种协同工作性能称为整体空间作用整体空间

39、作用。kFku平面排架平面排架kF平面排架平面排架kkuu xFxkFF 平面排架平面排架kukukF空间排架空间排架kkxkmFFF=称为空间作用分配系数称为空间作用分配系数kkkuum=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。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。kFkkFm吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法maxTmaxTmax52TCR=max52TCmRk=maxTmax5TCmax5TCmaxTmax5)1(TCmkmax5)1(TCm

40、kmax5TCmkmax5TCmk考虑空间作用后，上柱弯矩增大；下柱弯矩减小。考虑空间作用后，上柱弯矩增大；下柱弯矩减小。2.屋架、地基变形对内力的影响2.屋架、地基变形对内力的影响 横梁变形横梁变形平衡条件：平衡条件：FVVBA=+物理条件：物理条件：AAAuDV=BBBuDV=BuAuxuBu几何条件：几何条件：AxBuuu=+EAxLux=BVX=EAABABADBDFL LAuBuBVXAV 地基不均匀沉降地基不均匀沉降ABFmaxDminD地基不均匀沉降对排架内力有无影响？地基转动地基转动ABFABF3.柱长不同的等高排架计算3.柱长不同的等高排架计算ABCuuuEIEIEIABC计

41、算单元计算单元4.抽柱后的计算模型4.抽柱后的计算模型ABC123uAEI2ABClAEI2uCEI2lCEI2uBEIlBEI将计算单元内的排架合并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。），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。永久荷载、风荷载的计算方法同一般排架。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、柱子上相应值的一半，即永久荷载、风荷载的计算方法

42、同一般排架。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、柱子上相应值的一半，即max2Dmax1Pmax2Pmax1Pmax2P1D3D231max2maxDDDD+=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，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轴力根据实际受荷情况确定。.2.2 刚架结构（自学）（自学）一、计算模型?单层刚架厂房的计算单元同排架结构；单层刚架厂房的计算单元同排架结构；?图图a刚架横梁计算跨度取上段柱截面形心线之间的距离，刚架柱总高取基础顶面（柱脚底面）到屋架底面的距离；刚架横梁计算

43、跨度取上段柱截面形心线之间的距离，刚架柱总高取基础顶面（柱脚底面）到屋架底面的距离；?对于图对于图b，横梁计算跨度取立柱截面形心线之间的距离，柱高取基础顶面到横梁截面形心线的距离。，横梁计算跨度取立柱截面形心线之间的距离，柱高取基础顶面到横梁截面形心线的距离。钢屋架L0HHlHu格构柱IlIuIt0(a)f等截面实腹柱等截面实腹梁L0sHIcIb(b)?对于图对于图c，横梁轴线取从横梁顶端截面形心引出的平行于上皮的直线，立柱轴线取从柱底截面形心引出的竖直线。两轴线交点之间的距离即为横梁计算跨度，交点至柱脚底面的距离即为柱高。，横梁轴线取从横梁顶端截面形心引出的平行于上皮的直线，立柱轴线取从柱底

44、截面形心引出的竖直线。两轴线交点之间的距离即为横梁计算跨度，交点至柱脚底面的距离即为柱高。fL0HsIc0Ic1Ib1Ib0Ib2s(1-)s变截面实腹柱变截面实腹梁(c)?门式刚架结构的荷载种类与排架结构相同，但荷载作用方式有所区别。通过大型屋面板或檩条传给横梁的屋面荷载简化为均布线荷载。另外对于轻钢结构，墙面自重是通过墙架梁传给立柱的，而不象混凝土排架结构那样通过基础梁直接传给基础。门式刚架结构的荷载种类与排架结构相同，但荷载作用方式有所区别。通过大型屋面板或檩条传给横梁的屋面荷载简化为均布线荷载。另外对于轻钢结构，墙面自重是通过墙架梁传给立柱的，而不象混凝土排架结构那样通过基础梁直接传给

45、基础。二、内力计算等截面刚架的内力计算可采用结构力学方法。等截面刚架的内力计算可采用结构力学方法。ABDECABC整体结构正对称计算简图ABC反对称计算简图三、水平位移计算LEIcEIcEIb1HuH/2H/21M图bcEILHEIHu12623+=令令t为柱线刚度与梁线刚度的比值为柱线刚度与梁线刚度的比值：HILILEIHEIbcbct=/u=H3(1+t/2)/(6EIc)(3.2.17)如果横梁刚度无限大，则柱抗侧刚度系数为多少？如果横梁刚度无限大，则柱抗侧刚度系数为多少？任意水平荷载作用时，可等效为柱顶水平集中荷载。任意水平荷载作用时，可等效为柱顶水平集中荷载。对于均布风荷载，对于均布

46、风荷载，柱脚铰接：柱脚铰接：F=0.67W；柱脚刚接：；柱脚刚接：F=0.45WW为总的均布风荷载值。为总的均布风荷载值。对于吊车横向水平荷载，柱脚铰接：对于吊车横向水平荷载，柱脚铰接：F=1.15Tmax；柱脚刚接：；柱脚刚接：F=Tmax 为吊车横向水平荷载作用高度与柱高度的比值。为吊车横向水平荷载作用高度与柱高度的比值。四、刚架分析模型讨论、横梁坡角对内力的影响、横梁坡角对内力的影响lHCgABDE00.20.40.60.811.202468101214161820横梁坡角内力系数梁端弯矩跨中弯矩跨中轴力梁端轴力梁端剪力H/l=0.25、地基不均匀沉降对内力的影响、地基不均匀沉降对内力的影响18000600018000(a)中柱下沉(b)单位力作用下弯矩分布14.054.954.05去掉中柱，在横梁中柱处作用单位力去掉中柱，在横梁中柱处作用单位力f=315.9/EI当中柱沉降量为时，相当于在中柱处作用集中力当中柱沉降量为时，相当于在中柱处作用集中力EI/315.9。