第二章 单层工业厂房排架计算2

（2） 雪荷载 雪荷载是积雪重量，为积雪深度和 平均积雪密度的乘积。屋面雪荷载标准 值Sk计算式为： Sk=μrS0
Sk—雪荷载标准值 μr—屋面积雪分布系数, μr=1 S0—基本雪压（KN/m2) 基本雪压一般是根据年最大雪压进行统计 分析确定的。在我国，基本雪压是以一般空旷 平坦地面上统计50年一遇重现期的最大积雪自 重给出的。



（2） 吊车横向水平荷载T 吊车横向水平荷载是指载有重物的 小车在左右行驶中突然刹车时，由于吊 车Qbk和小车Qlk的惯性力而在厂房排架柱 上所产生的横向水平制动力。 横向制动力应等分作用在排架的两 侧柱子上，它的方向有左右两种可能性， 如图2 .7(b)所示。 吊车横向水平制动力本应按两侧柱 子的刚度大小分配，但为简化计算， 《荷载规范》允许近似地平均分配给两 侧排架柱，如图2 .8所示。
图2 .3 排架上的荷载
图2 .4 排架在屋面恒荷载作用下的计算简图和柱的内力图
2 .1.2.2 屋面活荷载



屋面活荷载标准值用Q1k表示，设计 值用Q1表示，作用点和计算简图与屋盖 恒荷载相同。 屋面活荷载包括屋面均布活荷载、 雪荷载和积灰荷载三种。均按屋面的水 平投影面积计算。 （1） 屋面均布活荷载 屋面均布活荷载按《荷载规范》采 用。对不上人屋面，其屋面均布活荷载 标准值为0.5KN/m2。


（5） 支承在柱牛腿上的围护结构等自重 支承在柱牛腿上的围护结构等自重标 准值用G5k表示，设计值用G5表示，它沿 承重梁中心线作用在柱牛腿顶面。 （6） 墙体荷载 当墙直接砌筑在基础梁上或大型墙板 直接搁置在基础上时，它们对排架柱无竖 向作用力，它们对排架的作用是传递墙面 上的水平风荷载给排架柱。


（2） 确定吊车的最不利位置及柱支座 反力影响线，如图2 .8所示。 （3） 计算Dmax,k、Dmin,k、Tmax,k
y
i=1
4
i
2.13

查表得折减系数β =0.9。 Dmax,k=β∑yiPmax,k =387.23kN Dmin,k=Dmax,kPmin,k/Pmax,k=75.02kN
M min,k =D min,k e4

e4_— 吊车梁支座刚垫板的中心线至下部 柱轴线的距离。


吊车最大轮压的设计值Pmax=γQPmax,k，吊车最 小轮压的设计值Pmin=γQPmin,k ，故作用在排架 上的吊车竖向荷载设计值Dmax=γQDmax,k， Dmin=γQDmin,k，这里的γQ是吊车荷载的荷载分 项系数，γQ=1.4。 由于Dmax可以发生在左柱，也可以发生在右 柱，因此在Dmax和Dmin作用下单跨排架的计算 应考虑左右两种荷载情况。
2 .1.2 排架荷载计算


作用在排架上的荷载分为恒荷载和活荷载两类， 如图2 .3所示。 恒荷载一般包括屋盖自重，上柱自重，下柱自重， 吊车梁和轨道零件自重，以及有时支撑在牛腿上 的维护结构等重力等。活荷载一般包括屋面活荷 载，吊车荷载，均布风载，以及作用在屋盖支撑 处的集中风荷载等。 集中荷载的作用点要根据实际情况确定。当采用 屋架时，屋盖荷载可以认为是通过屋架节点处上 弦与下弦中心线的交点作用在柱上的；当采用屋 面梁时，可认为是通过梁端支撑垫板的中心线作 用在柱顶的。



（3） 铰接排架的横梁（屋架）的刚度很 大，受力后的轴向变形可忽略不计。排架受力 后横梁两端两个柱子的柱顶水平位移相等。 （4） 排架柱的高度由固定端算至柱顶铰 接处，排架柱的轴线为柱的几何中心线。当柱 为变截面时，排架柱的轴线为一折线，如图 2 .2(a)、(b)所示。 （5） 排架的跨度以厂房的纵向定位轴线 为准，计算简图如图2 .2(c)所示。只需在变截 面处增加一个力偶M,M等于上柱传下的竖向力 乘以上下柱几何中心线间距离e。



每榀排架上作用的吊车竖向荷载指的是 几台吊车组合后通过吊车梁传给柱的可能 的最大反力。 由于吊车荷载是移动荷载，每榀排架 上作用的吊车竖向荷载组合值需用影响线 原理求源自文库。作用在排架上的吊车竖向荷载 的组合值与吊车的台数及吊车沿厂房纵向 运行所处位置有关。 当两台吊车挨紧并行，且其中一台起 重量较大的吊车轮子正好运行至计算排架 上，而两台吊车的其余轮子分布在相邻两 柱距之间时，吊车竖向荷载组合值可达最 大，如图2.6所示。


图2.5 桥式吊车荷载


对于四轮吊车的最小轮压标准值 Pmin,k可按下式计算： Pmin,k=1/2 (Qbk+Qlk+Qck)-Pmax,k
Qbk、Qlk—分别为大车、小车的自重标准值，以 “KN”计，等于各自的质量m1、m2（以“t”计） 与重力加速度g 的乘积， Qbk = m1 g ，Qlk = m2 g； Qck—与吊车额定起重质量Q相对应的重力标准值， 以“KN”计，等于以“t”计的额定起吊质量Q与 重力加速度g 的乘积， Qck = Q g
2.1.2.1 恒荷载


各种恒荷载的数值可按材料重力密度和结 构的有关尺寸由计算得到，标准构件可以 从标准图上直接查得。在排架计算中，取 恒荷载的荷载分项系数γG=1.2。 （1） 屋面恒荷载
屋面恒荷载标准值用G1k表示，设计值用G1 表示，它包括各种构造层屋面板、天沟板、 屋 架、天窗、天窗架、屋架支撑、托架等自重。 一般来说，G1对上柱截面的几何中心有一个偏 心距e1，G1对下柱截面的几何中心又增加了附 加偏心距e2，如图2.3所示。





（2） 上柱自重 上柱自重标准值用G2k表示，设计值 用G2表示，它沿上柱中心线作用。 （3） 吊车梁及轨道等零件自重标准值用 G3k表示，设计值用G3表示，它沿吊车梁 中心线作用于牛腿顶面，一般吊车梁中心 线到柱外边缘（边柱）或柱中心线（中柱） 的距离为750mm。 （4） 下柱自重 下柱自重标准值用G4k表示，设计值 用G4表示，它沿下柱中心线作用。

∑yi—各大轮子下影响线纵标值的总和； β —多台吊车的荷载折减系数，按《建筑结构荷 载规范》选取。

吊车竖向荷载Dmax,k和Dmin,k沿吊车梁 的中心线作用在牛腿顶面。它们是相对 于下柱截面具有偏心距e4的偏心压力。 Dmax,k和Dmin,k应换算成作用于下柱顶面的 轴力和力矩，如图2 .7(a)所示。 M max,k =D max,k e4
2 .1.2.3 吊车荷载

吊车按生产工艺要求和吊车本身构造特点 有多种不同的型号和规格。 桥式吊车为厂房中常用的一种吊车形式， 桥式吊车由大车（桥架）和小车组成，大车在 吊车梁的轨道上沿厂房纵向行驶，小车在大车 桥架的轨道上沿横向运行；带有吊钩的起重卷 扬机安装在小车上，如图2 .5所示。





（3） 积灰荷载 对生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑物 应考虑积灰荷载，可由《荷载规范》查得。 排架计算时，屋面均布活荷载不与雪荷载同时组 合，仅取两者中的较大值。屋面灰积荷载应与雪 荷载和屋面均布活荷载两者中的大值同时组合。 屋面均布活荷载、雪荷载、屋面积灰荷载都属于 可变荷载，都按屋面水平投影面积计，其荷载分 项系数都取γQ=1.4。


排架计算是为柱和基础设计提供内力数据的，主 要内容为：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。 计算单元： 单层厂房是一个复杂的空间结构，实际计算 时，可根据厂房的构造和荷载特点进行简化并确 定计算简图。由相邻柱距的中部截取一个典型区 段，称为计算单元，如图2 .1所示。图中斜线部分 就是除吊车等移动的荷载以外的排架的负荷范围， 或称荷载从属面积。
柱总高H2=柱顶标高+基础底面标高的绝对值－初步拟定的基础高度； 上部柱高H1=柱顶标高－轨顶标高+轨道构造高度+吊车梁支撑处的吊车 梁高； 上、下部柱的截面弯曲刚度EI1、 EI2，由混凝土强度等级以及预先假定 的柱截面形状和尺寸确定。这里I1、I2分别为上、下部柱的截面惯性矩。
图2 .2 排架计算简图


（3） 吊车纵向水平荷载T0 吊车纵向水平荷载T0是指吊车沿厂房纵向 运行中突然刹车时，由吊车自重和吊重物的惯 性力在厂房纵向排架柱上所产生的水平制动力， 它是通过每侧的制动轮传至两侧吊车轨道，然 后再由吊车梁传给纵向柱列或柱间支撑，如图 2 .8所示。 每台吊车纵向水平制动力的标准值为：
图2.7 吊车荷载
图2 .8 吊车横向水平制动力


对于各类四轮桥式吊车，当其小车 满载运行中突然刹车时，在大车每一轮 子上所产生的横向水平制动力的标准值 为： Tk=1/4α(Qck+Qlk)
α—吊车横向水平荷载系数，现行《建筑结构荷载规范》 规定： 对于软钩吊车： 当额定起重量Q ≤10t时， α =0.12； 当额定起重量15t＜ Q ＜50t时， α =0.10；

T0,k=n/10Pmax
n—吊车一边轨道上的刹车轮数
图2 .9 吊车纵向水平荷载





【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As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。 【解】（1） 查《ZQ1—62》得： 吊车桥距lK=22.5m时， 吊车最大宽度B=5600mm； 大车轮距K=4400mm； 小车重Qlk=77.2kN; 吊车最大轮压Pmax,k=202kN； 吊车最小轮压Pmin,k=60kN。
当额定起重量Q ≥75t时， α =0.08；
对于硬钩吊车取α =0.20 。

每个大车轮传给吊车轨道的横向水平制动 力T确定后，即可按计算吊车竖向荷载 Dmax,k和Dmin,k的方法计算Tmax,k： Tmax,k= β Tk ∑yi= 1/4αβ(Qck+Qlk) ∑yi 如果两台吊车作用下的Dmax,k以求得， 则两台吊车作用下的Tmax可直接由Dmax 求得 Tmax=Dmax● Tk /Pmax,k
2单层厂房排架内力计算
2.1.1 计算假定和计算简图

单层厂房结构实际上是一空间结构体系，为了 计算方便，一般分别按纵、横两个方向作为平面排 架来分析，即假定各个横向平面排架（或纵向平面 排架）均单独工作。 纵向平面排架是由柱列、基础、连系梁、吊车梁和 柱间支撑等组成。由于纵向平面排架的柱较多，抗 侧刚度较大，每根柱承受的水平力不大，因此往往 不必进行计算，仅当抗侧刚度较差、柱较少、需要 考虑水平地震作用或温度内里时才进行计算。
图2 .6 简支吊车梁的支座反力影响线


由于多台吊车共同作用时，各台吊 车荷载不能同时达到最大值，因此应将 各吊车荷载的最大值进行折减。 当两台吊车完全相同时，其标准值
Dmax,k、Dmin,k按下列公式计算： Dmax,k=β∑yiPmax,k Dmin,k=β∑yiPmin,k=Dmax,kPmin,k/Pmax,k
吊车对排架的作用有竖向荷载、横向水平荷载和 纵向水平荷载，现分别叙述如下：
（1） 吊车竖向荷载 吊车竖向荷载是一种通过轮压传给排架柱的 移动荷载，由吊车额定起重量、大车自重、小车 自重三部分组成。如图2 .5所示。 当小车吊有额定起重质量开到大车某一极限位置 时，如图2 .5所示。在这一侧的每个大车的轮压称 为吊车的最大轮压标准值Pmax,k，在另一侧的轮压 称为最小轮压标准值Pmin,k， Pmax,k与Pmin,k同时发生。
Tk=1/4α(Qck+Qlk) =6.93kN Tmax,k= β Tk ∑yi = 13.28kN

图2 .1 排架计算单元及计算简图



为简化计算，根据构造特点，对确定 排架的计算简图时，有以下计算假定: （1） 屋架或屋面大梁与柱顶连接处， 仅用预埋钢板焊牢，它抵抗转动的能力很 小，计算中只考虑传递垂直力和水平剪力， 按铰接结点考虑。 （2） 排架柱与基础的连接做法是： 预制柱插入基础杯口一定深度，柱和基础 间用高强度等级细石混凝土浇筑密实。因 此排架柱与基础连接处按固定端位于基础 顶面。