第二章--单层厂房2

第2章 单层厂房结构
(1) 柱顶水平集中力作用下的剪力分配：由于横梁为刚度无限大，所以 各柱顶点的位移相等。
水平力 —— 位移
1 1/ δ u/ δ
Vi 1
—— —— ——
u
δ 1 u
n 1 1 F V1 V2 Vi Vn Vi u u i 1 i 1 i i 1 i F u n 1 i 1 i
第2章 单层厂房结构
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
5.排架内力组合
排架内力组合的目的：求出控制截面的最不利内力，作为柱和基础 设计的依据。
1. 控制截面
控制截面：对柱配筋和基础设计起控制作用的截面。 上柱底面I-I，牛腿顶面II-II，下柱底面III-III。
2. 排架结构的基本假定是什么? 答：屋架与柱顶假定为铰接；柱与基础按固定端考虑；排架横梁(屋架或屋面 梁)刚度很大，受力后的轴向变形可忽略不计；排架柱高由固定端算至柱顶铰 结点处。
3. 当有多台吊车时，对于吊车的竖向荷载，《荷载规范》是如何规定参与组合 的吊车的台数的? 答：对一层吊车单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于两台， 对一层吊车多跨厂房的每个排架，不宜多于四台；对多层吊车的单跨或多跨 厂房，应按实际使用情况考虑。
根部、变截面、弯矩大
2. 荷载组合与内力组合
组合包含两个方面：“荷载组合” 、“内力组合”。
组合原则：“可能与不利”。 荷载同时出现的可能性、哪组内力最不利
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构

荷载组合：对一般排架、框架结构采用简化规则
w 1.4
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
课堂练习
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
4.等高排架计算

求等高排架内力：柱顶水平位移相等，按剪力分配法计算； 即求柱顶剪力→柱弯矩图。
K
图 2-36
1

2.5 横向排架结构内力分析
当厂房纵向有柱间支撑时，由柱间支撑承受； 当无柱间支撑时，由同一伸缩缝区段内的全部柱承受。
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
④ 多台吊车组合

多台吊车竖向荷载时： 参与组合的吊车台数对单跨不宜多于二台；对多跨不宜多于四台；

多台吊车水平荷载时： 参与组合的吊车台数对单跨和多跨厂房只考虑两台吊车同时刹车。
③ 屋面积灰荷载：查现行荷载规范。
排架计算时，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，仅取两者中的 较大值。
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
2) 吊车荷载 ：

吊车荷载与吊车工作频繁程度有关： 轻级(A1~A3)、中级(A4~A5)、重级(A6~A7Fra Baidu bibliotek 和特重级 (A8)
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
(2) 可变荷载
可变荷载可分为屋面活荷载、吊车荷载和风荷载三部分。 1) 屋面活荷载Q1 以竖向集中荷载的方式作用于柱顶，作用点同屋盖自重。 ① 屋面均布活荷载 ：查现行荷载规范。
② 屋面雪荷载：屋面水平投影面上的雪荷载标准值Sk (kN/m2)
sk r s0
式中：S0为基本雪压 (kN/m2)；μr为屋面积雪分布系数。
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
3) 风荷载 ：
垂直于厂房各部分表面的风荷载标准值（kN/m2）：
wk z s z w0
w0 — 基本风压( kN/m2 )，不小于0.25kN/m2
z — z 高度处的风振系数，对于单层厂房: z =1 s — 风荷载体型系数，按《荷载规范》取值； z — 风压高度变化系数，教材表2-9；
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构

柱顶以下计算单元宽度B范围内风荷载的设计值q为：
qk wk B

q wqk
柱顶以上水平集中风荷载设计值Fw为：
Fwk F1wk F2wk F1wk wk h1B F2 wk (wk右 - wk左）h2 B
Fw w Fwk
第2章 单层厂房结构
① 吊车竖向荷载设计值Dmax和Dmin
对某一个柱子而言，当吊车行驶到某一位置时，柱上受到的竖向荷载最 大，这一位置就是大车的最不利位置。
Pmax,k可以根据吊车型号、规格等条件查阅有关资料，对于四轮吊车： G1,k G2,k G3,k Pmax,k Pmin,k 2 式中：G1,k，G2,k——分别为大车和小车的自重（标准值），以“KN”计， G=mg；
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2.5 横向排架结构内力分析
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2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
2.5 横向排架结构内力分析
多台吊车的荷载折减系数β
吊车台数 2 3 4
吊车工作制 轻级和中级 0.9 0.85 0.8 重级和特重级 0.95 0.9 0.85
Dmax ( Pmax y1 Pmax y2 Pmax y3 Pmax y4 ) Pmax yi D min ( Pmin y1 Pmin y2 Pmin y3 Pmin y4 ) Pmin yi Pmin Dmax Pmax
第2章 单层厂房结构
第四节 排架内力分析与计算
单层厂房结构方案确定之后，接着就是结构内力分析。
单层厂房结构实际上是一个复杂的空间结构体系，目前除对 纵向抗震计算采用空间结构计算模型外，一般将其简化为纵、 横向平面排架分别计算。
本节的排架计算主要指横向平面排架而言。
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
图2-26 屋盖自重作用点
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
将G1换算成轴向力 G1 +力矩 M1 G1e1 ，如图2-27所示。 同理，把 G1 对下柱的作用力换算成轴向力G1 +力矩 M '1 G1 e2
图 2-27
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构 2) 上柱自重G2 上柱自重G2对下柱的偏心距为e2，则 G2对下柱的偏心弯矩为：


横向平面排架计算
作用：为柱和基础设计提供内力数据 主要内容： 确定计算简图 荷载计算
1. 2.
3.
柱控制截面的内力分析和内力组合
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
1.计算单元：可在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的区段， 作为排架的计算单元。（P104，图2-23）
计算单元和计算模型
图 2-38 任意荷载作用下的剪力分配 2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
符号规定：
R、V：柱顶：自左向右为正，自右向左为负； 柱底：自右向左为正，自左向右为负。 M：左侧受拉为正，右侧受拉为负。 N：受压为正，受拉为负。
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
2.5 横向排架结构内力分析
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
课堂练习
【例1】已知：有一单跨厂房，跨度18m，柱距6m，设计时考虑两台10t中级 工作制桥式软钩吊车，吊车桥架跨度lk=16.5m 。 查表得，桥架宽度 B=5.55m ，轮距 K=4.40m ，大车质量 m1=18t ，小车质量 m2=3.8t，吊车最大轮压标准值Pmax，k=115kN。
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
2.基本假定和计算简图 ：
为了简化计算，对于钢筋混凝土排架结构通常作如下假定： 1. 2. 3. 4. 柱下端与基础顶面为刚接，固定端的位置在基础顶面； 柱顶与排架横梁（屋架或屋面梁）为铰接； 横梁（即屋架或屋面梁）为轴向刚度很大的刚性连杆。 排架柱高由固定端算至柱顶铰结点处。
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
③ 吊车纵向水平荷载
吊车纵向水平荷载是桥式吊车在厂房纵向启动和刹车时产生的惯性力。 标准值T0，k：
T0,k
n Pmax,k 10
0.1nP max, k
式中：n为吊车每侧的制动轮数，对于一般的四轮吊车，n=1。
设计值：
T0 0.1Pmax
G3,k——为吊车的额定起重量，以“KN”计； 最大轮压设计值Pmax和最小设计值 Pmin取值如下：
Pmax 1.4 Pmax,k Pmin 1.4 Pmin,k
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
此时在Pmax作用的一侧，产生Dmax。由于Pmax 与Pmin同时出现，所以， 另一侧柱则相应地由Pmin产生Dmin 。
计算简图
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
3.荷载计算
作用在横向排架结构上的荷载有永久荷载和可变荷载。

永久荷载：

可变荷载：


屋盖自重G1
上柱自重G2 下柱自重G3 吊车梁、轨道及 连接件自重G4 牛腿上围护结构 自重G5


屋面活荷载Q1
吊车竖向荷载 Dmax及Dmin 吊车横向水平荷载Tmax 均布风荷载q1及q2 屋盖支撑处的集中 风荷载Fw
M 2 ' G2e2
3) 下柱自重G3 下柱自重G3（包括牛腿自重）作用于
下柱底，与下部柱中心线相重合。
4) 吊车梁及轨道等自重G4 吊车梁及轨道等自重上柱自重G4对 下柱的偏心距为e4，则G4对下柱的偏心 弯矩为：
图 2 -28
M 3 ' G4e 4
图2-29 2.5 横向排架结构内力分析
小车刹车 或启动 轮子与轨道 产生摩擦力 大车 梁 排架柱
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
为了计算方便，可将横向水平制动力在两边轨道上平均分配，对于 一般四轮桥式吊车，每一轮子作用在轨道上的横向水平制动力为：
一个吊车：Tk
1 1 T i,k 4 (G2,k G3,k ) 4
求：Dmax、Dmax和Tmax。
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
课堂练习
1. 在进行单层厂房结构设计时，若屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载同时存在， 则（ B ）同时考虑。 A．屋面活荷载与雪荷载，积灰荷载 B．积灰荷载与屋面活荷载或雪荷载中较大值 C．屋面活荷载与积灰荷载或雪荷载中较大值
i
n
n
1 Vi
i

i 1
n
1
i
F i F
式中： i — 称为柱 i 的剪力分配系数。
u1 u2 ui un
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
(2) 任意荷载的作用
任意荷载作用下，等高排架的内力计算步骤如下： （1）在排架柱顶附加不动铰支座，求出支座反力R ； （2）撤消不动铰支座，在此排架柱上反向作用支座反力R，以恢复到原 来的实际情况； （3）叠加上述两种情况的内力。


2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
(1) 永久荷载
1) 屋盖自重G1

荷载形式： 集中力的形式传至柱顶。
作用位置： 屋架：屋架端部腹杆与下弦杆中心线的交 点垂线即为作用位置。 屋面梁：通过梁端垫板中心线作用于柱顶。

根据设计要求，无论屋架与柱的形式如何，
作用点均位于厂房定位轴线内侧150mm处。
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
Dmax和Dmin的作用点：
对下柱都是偏心压力，转换成作用在下柱顶面的轴向压力和弯矩。
M max Dmaxe3
M min Dmine3
式中：e3——吊车梁支座钢垫板的中心线至下柱轴线的距离。
2.5 横向排架结构内力分析
第2章 单层厂房结构
② 吊车横向水平荷载Tmax
多个吊车：
Tmax,k Tk yi 1 (G2,k G3,k ) yi 4 1 Q (G2,k G3,k ) yi 4
Tmax 设计值：
式中：G3，k为吊车的额定起重量的重力荷载，G2，k为小车的重力荷载。 式中横向水平制动力系数α按下列规定取值。 软钩吊车：当Q≤10t时，应取0.12； 当16t≤Q≤50t时，应取0.10； 当Q≥75t时，应取0.08。 硬钩吊车：取0.2。