单层厂房结构型式与排架计算2.pptx
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混凝土房屋结构设计
第二章 单层厂房
石家庄铁道学院土木工程分院建筑工程系
第二章 单层厂房
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§2.2 排架计算
目的：确定柱和基础的内力。 内容：确定计算简图、荷载计算、内力分析和
内力组合。
2.2.1排架的计算简图
1. 计算单元 按平面结构计算，根据结构布置和受力状
况，选取最有代表性的计算单元。
混凝土房屋结构设计
单层厂房
混凝土结构设计
第2章
单层厂房
计算单元的选取
混凝土房屋结构设计
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混凝土房屋结构设计
单层厂房
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2．排架结构的基本假定 (1)通常屋架与柱顶用预埋钢板焊接，可视为
铰接，它只能传递竖向力和水平力，不能传递弯 矩；
(2)排架柱(预制)插入基础杯口有一定深度， 柱和基础间用高等级细石混凝土浇筑密实，柱与 基础连接处可视为固定端，固定端位于基础顶面；
(3)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，简化为一刚性连杆， 即排架受力后，横梁两端的柱顶水平位移相等。
混凝土房屋结构设计
单层厂房
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3．排架结构的计算简图 (1)排架柱的高度由固定端算至柱顶铰结点处。
排架柱的轴线为柱的几何中心线。当柱为变截面柱 时，排架柱的轴线为一折线。上柱高Hu，下柱高Hl， 全柱高H，上柱截面惯性矩为Iu，下柱截面惯性矩为 Il，如上图(b)所示。
一般预制吊车梁为简支梁，利用简支梁的 反力影响线可求出吊车对排架柱产生的最大竖 向荷载Dmax(另一侧排架柱为最小竖向荷载Dmin)。 分析表明，只有当两台吊车挨紧运行，且其中 起重量大的一台的轮子行至排架柱的位置时(见 上图)，作用于计算排架柱的吊车竖向荷载才是 最大值Dmax(另一侧排架柱为最小值Dmin)。由反 力影响线得(见下图)：
混凝土房屋结构设计
单层厂房
计算简图
混凝土房屋结构设计
单层厂房
2.2.2排架结构的荷载计算
1．恒载（由材料重度计算，注意作用位置）
❖ 屋盖恒载G1 ❖悬墙自重重力荷载G2 ❖吊车梁和轨道及连接件的重力荷载G3 ❖柱自重重力荷载G4
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单层厂房
混凝土房屋结构设计
(1)屋盖恒载 包括屋面构造层、屋面板、天窗架、屋架、屋 盖支撑以及与屋架连接的各种管道的重力荷载。它 们都以集中力Gl的形式施加于柱顶，作用点位于屋 架上下弦几何中心线汇交处(对标准屋架通常在纵 向定位轴线内侧l50mm处)。Gl对上柱截面中心往往 有偏心距el，对下柱截面中心又增加另一偏心距 e2(e2为上下柱中心线间距)，所以Gl对柱顶截面中 心有一个外力矩Glel，对变截面处下柱截面中心有 一个附加力矩Gle2，如上图(b)所示。
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Dmax=PimaxΣyi Dmin=PiminΣyi 式中Pimax、Pimin—分别为第i台吊车最大、最小轮压； yi—为各轮压对应的反力影响线的竖值。
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(3)墙体荷载 当外墙墙体或大型墙板搁置在连系梁(墙梁)上，
连系梁又支承在柱的牛腿上时，排架柱将受到墙体、 墙体上的窗重以及连系梁自重产生的偏心荷载G5，e5 为墙体中心线到排架柱中心线的距离，墙体荷载作 用下的计算简图如下图所示 。
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单层厂房
②吊车梁和轨道联结的重力荷载G4可从相应的 标准图集中查得，轨道联结也可按1～2kN/m沿吊车 梁长度方向的均布荷载计算。G4的作用线与吊车梁 轨道中心线相重合，距柱纵向定位轴线一般为750mm， 并作用在柱牛腿顶面。G4对下柱截面中心的偏心距 离为e4，故G4对下柱截面中心有一外力矩G4e4。
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单层ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ房
混凝土房屋结构设计
②多台吊车的荷载折减系数β
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当有多台吊车时，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2台；对一层吊车多跨厂房 的每个排架，不宜多于4台。对于多层吊车的单跨或多跨 厂房，应按实际使用情况考虑。当按两台或两台以上吊车 计算排架时，多台吊车的竖向荷载标准值应乘以下表所示 的折减系数β后采用，这是考虑到多台吊车同时满载，且 小车位置也同时处于最不利位置的概率是很小的。
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(1)吊车竖向荷载
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①最大轮压Pmax和最小轮压Pmin
吊车竖向荷载是吊车满载运行时通过轮压传给 排架柱的竖向移动荷载。桥式吊车竖向荷载标准值 应采用吊车的最大轮压Pmax和吊车的最小轮压Pmin。 当吊车满载且卷扬机小车行驶到吊车桥架一侧的极 限位置时，小车所在一侧轮压将出现最大轮压Pmax； 同时，另一侧吊车轮压出现最小轮压Pmin(见下图)。
(2)排架的跨度以厂房的轴线为准。横梁用一条 线来代表(EA=∞)，计算简图如上图(c)。由上图(b) 改用上图(c)，需在柱的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的间 距e 。
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(a)排架结构 (b)变截面排架柱的实际轴线 (c)排架结构计算简图
2. 吊车荷载
Fp,max
Fp,max
Fp,min
Fp,min
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单层厂房
吊车荷载示意图
混凝土房屋结构设计
吊车荷载是移动荷载，作用在厂房排架上的桥式吊 车荷载一般有三种形式：(1)吊车竖向荷载Dmax、Dmin； (2)吊车横向水平荷载Tmax；(3)吊车纵向水平荷载。 第(1)、(2)种作用在厂房横向排架上(如下图所示)， 第(3)种作用在厂房纵向排架上。
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(a)屋盖荷载与 上、下柱的关系
(b) 计算简图
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(2)柱、吊车梁和轨道联结重力荷载
①柱的重力荷载G2、G3分别按上、下柱(下柱包 括牛腿)的实际体积计算。上柱自重G2作用于上柱重 心，它的作用线与上柱中心线相重合，对下柱截面 中心线有偏心距e2，对牛腿顶面处下柱截面中心有 一个外力矩G2e2；下柱自重G3作用于下柱的重心，它 的作用线与下柱中心线相重合。
参与组合的吊车 台数
吊车载荷状态等级 轻级和中级 中级和特重级
2
0.90
0.95
3
0.85
0.90
4
0.80
0.85
注：对于多层吊车的单跨或多跨厂房，计算排架时，参与组合的吊车
台数及荷载的折减系数，应按实际情况考虑。
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③吊车对排架柱产生的最大竖向荷载Dmax和最小竖向荷返回 载Dmin
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§2.2 排架计算
目的：确定柱和基础的内力。 内容：确定计算简图、荷载计算、内力分析和
内力组合。
2.2.1排架的计算简图
1. 计算单元 按平面结构计算，根据结构布置和受力状
况，选取最有代表性的计算单元。
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计算单元的选取
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2．排架结构的基本假定 (1)通常屋架与柱顶用预埋钢板焊接，可视为
铰接，它只能传递竖向力和水平力，不能传递弯 矩；
(2)排架柱(预制)插入基础杯口有一定深度， 柱和基础间用高等级细石混凝土浇筑密实，柱与 基础连接处可视为固定端，固定端位于基础顶面；
(3)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，简化为一刚性连杆， 即排架受力后，横梁两端的柱顶水平位移相等。
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3．排架结构的计算简图 (1)排架柱的高度由固定端算至柱顶铰结点处。
排架柱的轴线为柱的几何中心线。当柱为变截面柱 时，排架柱的轴线为一折线。上柱高Hu，下柱高Hl， 全柱高H，上柱截面惯性矩为Iu，下柱截面惯性矩为 Il，如上图(b)所示。
一般预制吊车梁为简支梁，利用简支梁的 反力影响线可求出吊车对排架柱产生的最大竖 向荷载Dmax(另一侧排架柱为最小竖向荷载Dmin)。 分析表明，只有当两台吊车挨紧运行，且其中 起重量大的一台的轮子行至排架柱的位置时(见 上图)，作用于计算排架柱的吊车竖向荷载才是 最大值Dmax(另一侧排架柱为最小值Dmin)。由反 力影响线得(见下图)：
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2.2.2排架结构的荷载计算
1．恒载（由材料重度计算，注意作用位置）
❖ 屋盖恒载G1 ❖悬墙自重重力荷载G2 ❖吊车梁和轨道及连接件的重力荷载G3 ❖柱自重重力荷载G4
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(1)屋盖恒载 包括屋面构造层、屋面板、天窗架、屋架、屋 盖支撑以及与屋架连接的各种管道的重力荷载。它 们都以集中力Gl的形式施加于柱顶，作用点位于屋 架上下弦几何中心线汇交处(对标准屋架通常在纵 向定位轴线内侧l50mm处)。Gl对上柱截面中心往往 有偏心距el，对下柱截面中心又增加另一偏心距 e2(e2为上下柱中心线间距)，所以Gl对柱顶截面中 心有一个外力矩Glel，对变截面处下柱截面中心有 一个附加力矩Gle2，如上图(b)所示。
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Dmax=PimaxΣyi Dmin=PiminΣyi 式中Pimax、Pimin—分别为第i台吊车最大、最小轮压； yi—为各轮压对应的反力影响线的竖值。
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(3)墙体荷载 当外墙墙体或大型墙板搁置在连系梁(墙梁)上，
连系梁又支承在柱的牛腿上时，排架柱将受到墙体、 墙体上的窗重以及连系梁自重产生的偏心荷载G5，e5 为墙体中心线到排架柱中心线的距离，墙体荷载作 用下的计算简图如下图所示 。
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②吊车梁和轨道联结的重力荷载G4可从相应的 标准图集中查得，轨道联结也可按1～2kN/m沿吊车 梁长度方向的均布荷载计算。G4的作用线与吊车梁 轨道中心线相重合，距柱纵向定位轴线一般为750mm， 并作用在柱牛腿顶面。G4对下柱截面中心的偏心距 离为e4，故G4对下柱截面中心有一外力矩G4e4。
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②多台吊车的荷载折减系数β
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当有多台吊车时，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2台；对一层吊车多跨厂房 的每个排架，不宜多于4台。对于多层吊车的单跨或多跨 厂房，应按实际使用情况考虑。当按两台或两台以上吊车 计算排架时，多台吊车的竖向荷载标准值应乘以下表所示 的折减系数β后采用，这是考虑到多台吊车同时满载，且 小车位置也同时处于最不利位置的概率是很小的。
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(1)吊车竖向荷载
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①最大轮压Pmax和最小轮压Pmin
吊车竖向荷载是吊车满载运行时通过轮压传给 排架柱的竖向移动荷载。桥式吊车竖向荷载标准值 应采用吊车的最大轮压Pmax和吊车的最小轮压Pmin。 当吊车满载且卷扬机小车行驶到吊车桥架一侧的极 限位置时，小车所在一侧轮压将出现最大轮压Pmax； 同时，另一侧吊车轮压出现最小轮压Pmin(见下图)。
(2)排架的跨度以厂房的轴线为准。横梁用一条 线来代表(EA=∞)，计算简图如上图(c)。由上图(b) 改用上图(c)，需在柱的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的间 距e 。
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(a)排架结构 (b)变截面排架柱的实际轴线 (c)排架结构计算简图
2. 吊车荷载
Fp,max
Fp,max
Fp,min
Fp,min
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吊车荷载示意图
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吊车荷载是移动荷载，作用在厂房排架上的桥式吊 车荷载一般有三种形式：(1)吊车竖向荷载Dmax、Dmin； (2)吊车横向水平荷载Tmax；(3)吊车纵向水平荷载。 第(1)、(2)种作用在厂房横向排架上(如下图所示)， 第(3)种作用在厂房纵向排架上。
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(a)屋盖荷载与 上、下柱的关系
(b) 计算简图
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(2)柱、吊车梁和轨道联结重力荷载
①柱的重力荷载G2、G3分别按上、下柱(下柱包 括牛腿)的实际体积计算。上柱自重G2作用于上柱重 心，它的作用线与上柱中心线相重合，对下柱截面 中心线有偏心距e2，对牛腿顶面处下柱截面中心有 一个外力矩G2e2；下柱自重G3作用于下柱的重心，它 的作用线与下柱中心线相重合。
参与组合的吊车 台数
吊车载荷状态等级 轻级和中级 中级和特重级
2
0.90
0.95
3
0.85
0.90
4
0.80
0.85
注：对于多层吊车的单跨或多跨厂房，计算排架时，参与组合的吊车
台数及荷载的折减系数，应按实际情况考虑。
混凝土房屋结构设计
单层厂房
③吊车对排架柱产生的最大竖向荷载Dmax和最小竖向荷返回 载Dmin