钢结构设计格构式柱的等效惯性矩

第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1） 厂房柱设计
柱的形式和构造
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1.厂房柱形式
实腹式柱：构造简单，
适用于柱高度≤10m,吊 车额定起重量≤20t；
阶形柱：根据吊车层
数分为单阶柱和双阶柱， 吊车梁支承在截面改变 处，偏心小，构造合理， 应用广泛； (a)等截面柱；(b)实腹单阶柱；(c)格构单阶柱；
Hale Waihona Puke Baidu
I0
M maxh 2f
式中：Mmax—简支屋架跨中的最大弯矩； h—屋架跨中上下弦杆轴线间的距离； f—钢材的强度设计值。
第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
3内力组合
内力分析方法：力法、位移法、弯矩分配法， 静力计算手册或图表
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内力组合：考虑承载力极限状态和正常使用极限状态， 求出各控制截面上可能的最不利内力
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掌握作用在横向框架上的荷载计算方法
了解横向框架模型简化方法
掌握框架和屋架最不利内力组合
第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
厂房柱设计 1 柱的截面形式和构造 2 柱的截面验算 3 阶形柱变截面处的构造 4 柱脚构造和计算
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（2）屋架最不利内力组合
施工时先安装屋面，再将屋架与柱固定
•在屋盖自重作用下简支 桁架的内力分析，
屋架与柱 临时固定
M1 M1
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•其它荷载作用下按屋架
和框架柱刚接分析内力
M1
M1
屋架与 柱固定
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第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
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积灰和吊车荷载、地震荷载
作用在横向框架上的吊车荷载： 最大竖向压力： Dmax P max 最小竖向压力： Dmin P min 横向水平力： T T 1
y
y
y
第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
式中，Pmax，Pmin—吊车每个车轮的最大及最小轮压； T1—吊车每个车轮所传来的水平横向制动力 ∑y—最不利车轮位置，各个车轮处的影响线纵坐标之和。
(d)分离式柱；(e)双阶边柱；(f )双阶中柱
第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
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第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
框架柱截面由所承受荷载大 小确定： 实腹柱：等截面柱 （h≤1m)、阶形柱上柱、 截面高度较小的下柱、分 离式柱的屋盖肢和吊车肢。
第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
柱的截面形式和构造
1.厂房柱形式 分离式柱：
屋盖肢:和横梁形成框架 吊车肢:承受吊车竖向荷载 两肢分别单独承担荷载,减 小吊车肢在框架平面内的计 算长度,
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构造、制作及安装简单方便， 但刚度较差，用钢量大，通 常在扩建厂房中采用。
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y y y
1
2
y3 y4
对单跨厂房，当框架柱两侧的吊车梁同时有2台吊车时，一榀横 向框架将同时承受4台吊车的荷载的作用，但这是小概率事件，因 此通常设定在一榀横向框架中参与组合的吊车台数不多于两台； 对多跨厂房，在同一柱距内同时出现2台以上吊车的机会增加。 但考虑隔跨吊车对结构的影响减弱和计算方便，容许在计算吊车竖 向荷载时，最多考虑4台吊车； 而在计算吊车横向水平荷载时，由于多台吊车同时制动的机会很 少，最多只考虑2台吊车。
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第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
课程主要内容：
1、荷载 2、内力分析 3、内力组合
第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
厂房横向框架的计算 1荷载
恒载：结构自重、屋盖及墙面等重量 活载：屋面活荷载、风、雪、
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①使屋架下弦产生最大压力，如图 3-22(a)所示； ②使屋架上弦产生最大压力，如图 3-22(b)所示； ③使腹杆产生最大拉力，如图3-22(c)所示； ④使腹杆产生最大压力，如图3-22(d)所示；
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第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
厂房横向框架的计算--小结
（1）框架柱最不利内力组合 控制截面：柱顶、上段柱下端、下段柱上端及柱脚 还应组合柱脚锚栓的计算内力。 ① +Mmax及相应的N、V； ② -Mmax及相应的N、V； ③ Nmax及相应的M、V； ④ Nmin及相应的M、V；
1 2 3 1 2 3
4
4
第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
（2）屋架最不利内力组合
施工时先将屋架与柱固定，再安装屋面在所有荷载作
用下均按屋架和框架柱刚接计算。
屋架端弯矩对屋架杆件的不利作用： • 原有内力（拉杆和或压杆）增大； • 使原来受拉杆件变成受压。
第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
屋架端弯矩对屋架杆件的最不利作用组合：
第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
屋架的等效惯性矩：
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I0 ( A y A y )
2 1 1 2 2 2
式中，A1、A2-屋架跨中上弦杆和下弦杆的截面积； y1、y2-屋架跨中上弦杆和下弦杆的截面形 心至屋架中和轴的距离
-考虑屋架高度变化和腹杆变形的修正系数，
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2内力分析
空间整体分析：复杂，软件（STS,3D3S,MST) 平面框架：简单，方便,手算。
横向框架
合理模型
计算模型
计算跨度取上段柱轴线间距离， 计算高度取柱脚底面至屋架下弦轴线间的距离，（屋架为上升式） 柱脚底面至屋架端部高度形心处的距离。（屋架为下降式）。
屋架上弦坡度 1/8 0.65 1/10 0.7 1/12 0.75 1/15 0.8 0 0.9

国家级精品课程 —钢结构设计 第 25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
格构式柱的等效惯性矩：
2 I0 0.9( A1x12 A2 x2 )
式中，A1、A2—分肢1和分肢2的截面面积； x1、x2—分肢1的重心线和分肢2的重心线至中和轴的距离， 初选截面时屋架的惯性矩I0可先近似地按简支屋架计算:
用于边列柱 用于中列柱
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格构柱：
阶形柱的下柱（h＞1m) 柱的截面宽度不宜小于 0.4m。
第25讲 重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房 柱设计（1）
2.柱身构造
• • • • 横向加劲肋 腹板采用纵向加劲肋， 腹板的高厚比≥80时， 其间距约为（2.5~3）hw 当有水平力作用时，应设置横向加劲肋。 纵向加劲肋 由于制造很费工，只用于截面高度很大 的柱中。 横隔 横隔的间距约为4~6m， 横隔的形式如图， 在受有较大水平力处和柱运输单元的端 部也应设置横隔。