一排架的计算简图Word文档下载推荐.docx

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（1）屋盖恒载

（a）屋盖荷载与上、下柱的关系　（b）计算简图

　　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。

（2）柱、吊车梁和轨道联结重力荷载

（a）就位后的柱和吊车梁

　　（I―固定柱用的钢楔）　

（b）柱重力荷载用下

的计算简图

（c）吊车梁和轨道联结

　作用下的计算简图

　　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，如上图（b）所示。

　　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，如上图（c）所示。

　　（3）墙体荷载

（a）墙体作用示意图　

（b）墙体作用下计算简图

　　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上图（b）所示。

　　2．吊车荷载

吊车荷载作用示意图

　　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（如上图所示），第（3）种作用在厂房纵向排架上。

（1）吊车竖向荷载

　　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（见上图）。

　　②多台吊车的荷载折减系数ζ

　　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ζ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。

多台吊车的荷载折减系数ζ表

参与组合的吊车台数

吊车工作制

轻、中级

重、超重级

2

0.9

0.95

4

0.8

0.85

　　③吊车对排架柱产生的最大竖向荷载Dmax和最小竖向荷载Dmin

　　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（见上图）：

　　Dmax=ΣPimaxyi

　　Dmin=ΣPiminyi

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。

　　桥式吊车基本参数Pmax、Pmin、桥宽B、轮距K等，可按所采用的桥式吊车规格，从产品说明书或有关专业标准中查得。

在上图中，B1、K1为吊车1的桥宽和轮距；

B2、K2为吊车2的桥宽和轮距；

C为两台吊车最大轮压P1max和P2max作用点的间距（见上图），其值为

　　C=（B1-K1）/2+（B2-K2）/2

　　④吊车竖向荷载对排架下柱产生的力矩Mmax、Mmin

　　最大（最小）竖向荷载Dmax（Dmin）对下柱几何中心线产生的力矩为

　　Mmax=Dmaxe4

　　Mmin=Dmine4

式中e4为吊车梁中心线和下柱中心线间的距离。

求出Dmax、Dmin、Mmax、Mmin后即可得到排架在吊车竖向荷载作用下的计算简图，如上图所示。

值得注意的是，Dmax、Mmax也可能施加在B柱上，与此相应的是Dmin、Mmin作用在A柱上。

（2）吊车横向水平荷载

　　①吊车横向水平荷载T

　　桥式吊车的横向水平荷载是由吊车上的小车在启动或制动时引起的惯性力而产生的。

《荷载规范》建议吊车的横向水平荷载在两边轨道上平均分配，分别由车轮传至轨顶，并经轨道和埋设在吊车梁顶面的连接件传给上柱。

因此，吊车横向水平荷载施加于排架的作用点，就在吊车梁顶面标高处，且有向左或向右两种可能性，如上图所示。

考虑多台吊车水平荷载时，由于同时制动的机遇很小，《荷载规范》规定：

对单跨或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不应多于2台。

计算排架承受的水平荷载标准值时，也应乘以荷载折减系数ζ。

因此，对一般4轮桥式吊车，每个轮子上产生的横向水平荷载标准值T，可按下式计算：

　　T=α（Q+Q1）g/4　　　　（kN）

式中Q——吊车的额定起重量（t）；

　　Q1——横行小车重量（t）；

　　g——重力加速度（9.81，可近似取10）；

　　α——横向水平荷载系数（或称小车制动力系数）。

　　对于软钩吊车：

当Q≤10t时，α=12％；

当Q=15～50t时，α=10％；

当Q≥75t时，α=8％；

　　对于硬钩吊车α=20％。

　　②吊车横向最大水平荷载Tmax作用下的计算简图

　　吊车横向水平荷载也是移动荷载，也要用影响线才能求出吊车对排架柱产生的最大水平荷载Tmax。

吊车的位置与计算吊车竖向荷载Dmax时相同，所用公式类似，即：

　　Tmax=ΣTiyi

　　吊车横向水平荷载作用下的计算简图如上图所示。

　　（3）吊车纵向水平荷载

　　桥式吊车的纵向水平荷载是吊车的大车在启动或制动时引起的惯性力产生的，通过大车制动轮与钢轨间的摩擦传给厂房纵向结构。

因此，吊车纵向水平荷载的作用点位于刹车轮与轨道的接触点，其方向与轨道方向一致。

作用在一边轨道上的吊车纵向水平荷载标准值Te可按下式计算（取吊车的大车制动力系数为0.1）：

　　Te=0.1nPmax

式中n——吊车每侧制动轮数（一台四轮桥式吊车，n=1）；

　　Pmax——刹车轮的最大轮压。

　　计算吊车纵向水平荷载引起的厂房纵向结构的内力时，对单跨或多跨厂房的每个纵向排架，参与组合的吊车台数均不应多于2台。

吊车纵向水平荷载将由同一伸缩缝区段内各柱共同承受，按各柱沿厂房纵向的抗侧刚度大小比例分配。

当有柱间支撑时，全部纵向水平荷载可考虑由柱间支撑承受。

　　[例11—1]　　

　　3．风荷载

　　作用于单层厂房表面上的风荷载与受风表面的形状、所处的地理位置、周围环境、离地面高度有关。

《荷载规范》规定，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值Wk（kN/m2），按下式计算：

　　Wk=βZμSμZWO

式中βZ——Z高度处的风振系数，仅在高度大于30m且高宽比大干1.5的房屋结构，以及基本自振周期T1大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构中才予考虑，单层厂房结构一般不在此列，故单厂结构中βZ=1；

　　μS——风荷载体型系数，是指风作用在建筑物表面所引起的实际压力（或吸力）与理论风压的比值。

主要与建筑物的体型和尺度有关。

《荷载规范》中列出多种基本体型的风荷载体型系数，供设计时采用；

　　μZ——风压高度变化系数，根据离地面高度及地面粗糙度类别，查表确定；

　　WO——基本风压（kN/m2），是以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的、30年一遇10分钟平均最大风速VO（m/s）为标准，按WO=VO2/1600确定的风压值。

《荷载规范》给出了全国基本风压分布图。

　　作用于单层厂房排架结构上的风荷载可分为两部分：

（1）柱顶以下的风荷载，可近似地按竖向均布荷载q计，风压高度系数偏安全地按柱顶标高计算。

（2）柱顶（屋架下弦）以上的风荷载，通过屋架以集中力FW的形式作用于排架柱顶。

这时的风压高度变化系数均可按天窗檐口处标高计算，也可按各部分平均高出室外地面的高度计算。

　　风荷载作用下的计算简图如上图所示。

　　4.雪荷载、屋面积灰荷载和屋面均布活荷载

　　这三种荷载都是作用在屋面上的可变荷载，都以相同的途径传至柱顶，其计算简图同屋盖恒载。

　　在进行单层厂房结构设计时，考虑到屋面均布活荷载与雪荷载相遇的可能性很小，《荷载规范》规定，屋面均布活荷载，不应与雪荷载同时考虑，而应取两者中的较大值。

当有屋面积灰荷载时，它应与屋面均布活荷载或屋面雪荷载中之较大值同时取用。

（1）雪荷载

　　作用于屋面水平投影面上的雪荷载标准值Sk（kN/m2），按下式计算：

　　　　Sk=μrSO

式中μr——屋面积雪分布系数,与屋面形式、朝向及风力等有关。

《荷载规范》规定了多种典型屋面的屋面积雪分布系数，供设计时采用；

　　SO——基本雪压（kN/m2）是以当地一般空旷平坦地面上统计所得30年一遇最大积雪的自重确定的，《荷载规范》中给出了全国基本雪压分布图。

（2）屋面积灰荷载

　　当设计生产中有大量排灰的厂房（如冶金、铸造、水泥等行业的建筑）及其邻近建筑时，需考虑厂房屋面积灰荷载，其取值应按《荷载规定》确定。

　　（3）屋面均布活荷载

　　不上人屋面的均布活荷载指施工阶段及使用阶段进行屋面维修时的荷载。

对钢筋混凝土屋面（包括挑檐、雨篷）上的屋面均布活荷载，按0.7kN/m2计算。

其他屋面构造的屋面均布活荷载取值，详见《荷载规范》。

　　（三）排架的内力分析

　　1．等高排架的内力计算

（1）对称荷载、对称排架

　　排架顶端无侧移，排架可简化为上端为不动铰、下端为固定端的单独竖向柱进行计算，如上图所示，屋盖恒载通常属于此种情况。

　　顶端为不动铰、下端为固定端的变截面单独竖向柱在任意荷载下的内力计算，可用结构力学中的力法进行求解，也可直接查用有关计算图表。

（2）非对称荷载、对称排架或对称荷载、非对称排架

　　这类排架的顶端有侧移，计算可分两步进行：

　　第一步先在排架的直接受荷柱顶附加一个不动铰支座以阻止水平侧移，求得该不动铰支座的反力Ri。

此时排架中所有横梁及其它各柱均不受力，可设想将它们从整个排架结构中拿掉。

因此，第一步计算就如同上端为不动铰、下端为固定端的单独竖向柱的计算，如上图（b）所示；

　　第二步撤除附加不动铰支座，并将Ri以反方向作用于排架柱顶，以恢复到原来结构体系情况，如上图（c）所示。

因此，第二步计算是在排架柱顶作用有水平集中力的内力计算，可用结构力学中的剪力分配法进行求解，即各柱的柱顶剪力按其抗剪刚度与各柱抗剪刚度总和的比例关系进行分配；

　　叠加上述两步中求得的内力值，便可得到实际排架结构的内力。

吊车荷载、风荷载通常属于此类情况。

　　2．排架的内力组合

　　内力组合的目的，是把作用在排架上的各单项荷载产生的内力经过综合，求出控制截面的最不利内力，作为柱及基础配筋计算的依据。

（1）控制截面

　　①上柱的底部截面Ⅰ—Ⅰ的弯矩和轴力比上柱其它截面要大，故上柱的Ⅰ—Ⅰ截面是控制截面；

　　②下柱的上部截面Ⅱ—Ⅱ在吊车竖向荷载作用下弯矩值最大，故下柱的Ⅱ—Ⅱ截面为控制截面；

　　③下柱的底部截面（位于基础顶面）Ⅲ—Ⅲ通常在吊车横向水平制动力和风荷载作用下弯矩值最大，而且设计基础时也需要Ⅲ—Ⅲ截面的内力,故下柱的Ⅲ—Ⅲ截面为控制截面。

（2）内力组合的原则

　　对于一般排架结构，其承载能力极限状态的荷载效应S（内力）基本组合，可采用下列简化组合式：

　　S=γGCGGk+ψΣγQiCQiQik　　　　（Σ式中i=1，2，3，…n）

式中γG——永久荷载（恒载）的分项系数，取1.2；

　　γQi——第i个可变荷载的分项系数，一般取1.4；

　　Gk、Qik——分别为永久荷载和第i个可变荷载的标准值；

　　CG、CQi——分别为永久荷载和第i个可变荷载的荷载效应系数；

　　ψ——可变荷载的组合系数，当有两个或两个以上可变荷载参与组合且其中包括风荷载时，ψ=0.85；

在其它情况下，ψ=1.0。

　　（3）内力组合的特点

　　①永久荷载（恒载）在任何一种内力组合中都存在；

　　②吊车竖向荷载有Dmax分别作用在一跨厂房两个柱子上的情况，每次只能选择其中一种情况参加内力组合；

　　③只有在有吊车竖向荷载的前提下，才能选择相应的吊车横向水平荷载；

但是有吊车竖向荷载作用，不一定有该吊车的横向水平荷载；

　　④吊车横向水平荷载有正、反两个方向作用的情况，只能选择其中一种参加内力组合；

　　⑤风荷载有向左、向右吹两种情况，只能选择其中一种参加组合。

　　（4）内力组合的项目

　　单厂结构柱为偏心受压构件，多采用矩形、工形截面的对称配筋单肢柱。

对柱的截面配筋起控制作用的是弯矩M、轴力N的数值，一般剪力V不起控制作用，因此，为了满足工程设计的要求，一般情况下，可按以下四个项目进行不利内力组合：

　　①+Mmax及相应的N、V；

　　②-Mmax及相应的N、V；

　　③Nmax及相应的可能最大±

M；

　　④Nmin及相应的可能最大±

M。

　　①、②、④是从构件可能形成大偏心受压破坏进行组合的；

③是从构件可能形成小偏心受压破坏进行组合的。

　　在进行柱Ⅲ—Ⅲ截面内力组合时，必须在求弯矩、轴力的同时求出相应的剪力（柱底剪力对基础底面还会产生力矩，必须予以计入）。

（一）裂缝出现以后梁的应变分布特征

　　钢筋混凝土受弯构件在正常使用期限内，通常处于带裂缝工作状态。

因此，为了研究受弯构件的刚度计算问题，需要了解裂缝出现后构件的应变分布特征。

试验表明，纯弯段开裂以前受拉钢筋应变εs和受压区边缘混凝土应变εc沿梁长均匀分布。

到达开裂弯矩后，受拉区裂缝陆续出现，裂缝近乎等间距分布（上图b），裂缝稳定后，混凝土及钢筋的应变分布具有以下特征：

　　1．钢筋应变εs沿梁长不再是均匀分布，裂缝截面处最大，裂缝中间处最小，呈波浪形变化（上图c）。

　　这是因为开裂截面的受拉区混凝土退出工作，绝大部分拉力由钢筋负担，使钢筋应变增大。

而在裂缝中间，由于粘结应力将钢筋的拉力逐渐向混凝土传递，使混凝土参与受拉，钢筋应力（应变）减小。

距开裂截面越远，粘结应力的积累越多，混凝土参与受拉的程度越大（εs就越小），因而使εs在裂缝间距之间形成曲线分布。

　　为了反映裂缝间混凝土参与受拉的程度，引入钢筋应变不均匀系数ψ，ψ为受拉钢筋平均应变与裂缝截面处应变的比值。

混凝土参与受拉的程度越大，ψ值越小。

随弯矩增大，裂缝截面钢筋应力σs及应变εs增大，钢筋与混凝土接触面上的粘结逐渐破坏，使混凝土参与受拉程度减小，ψ值增大。

弯矩越大，ψ越接近于1。

当钢筋到达屈服时，裂缝间受拉区混凝土基本退出工作，ψ≈1。

　　2．受压区边缘的混凝土应变εc沿梁长也是非均匀分布的（上图a），裂缝截面处εc比裂缝中间εc略大，但其波动幅度很小，峰值应变与平均应变差别不大，可取平均应变等于εc。

　　3．由于裂缝的影响，中和轴高度沿梁长也是波浪形变化（上图b），实测平均应变沿截面高度的分布为直线关系，即平均应变与平均中和轴高度的关系符合平截面假定。

（二）受弯构件短期刚度计算公式的建立

　　1.建立刚度计算公式的三个关系

建立刚度计算公式的三个关系（图示）

（1）几何关系

　　根据裂缝出现以后梁的应变分布特征可知，平均应变及平均中和轴高度在纯弯段内符合平截面假定，同时引用钢筋应变不均匀系数ψ，可得曲率φ与应变的关系为：

　　　　　　　　φ=（εc+ψεs）/h0

（2）物理关系

　　考虑混凝土的塑性变形，引用变形模量Ec'

=νEc，则裂缝截面受压边缘混凝土应变为：

　　　　　　　　εc=σc/νEc

　　钢筋在屈服以前服从胡克定律，裂缝截面钢筋应变为：

　　　　　　　　εs=σs/Es

　　（3）平衡关系

　　将裂缝截面的混凝土压应力图形用等效矩形应力图来代替，其平均应力为ωσc，受压区高度为ξh0，内力臂为ηh0，对受拉钢筋合力中心取矩可得裂缝截面受压边缘混凝土应力为：

　　　　　　　　σc=M/ξωηbh02

　　对混凝土压力合力C作用点取矩可得裂缝截面受拉钢筋应力为：

　　　　　　　　σs=M/Asηh0

　　2.短期荷载作用下受弯构件抗弯刚度BS的导出

　　将应力σc及σs的表达式代入物理关系式可得应变εc及εs的表达式,再代入几何关系式，即可写出短期荷载作用下钢筋混凝土受弯构件抗弯刚度BS的表达式为：

　　　　　　　BS=M/φ=EsAsh02/（ψ/η+αEρ/ζ）

式中αE=Es/Ec

　　ρ=As/bh0

　　ζ=νξωη

　　3.参数η、ζ和ψ的确定

（1）裂缝截面内力臂系数η

　　试验及理论分析表明，在使用荷载下梁处于第Ⅱ阶段工作，截面受压区高度变化很小，故内力臂的增长也不大。

在常用的混凝土强度及配筋率情况下,η值约在0.83～0.93之间波动。

为了简化计算，《规范》取η=0.87或1/η=1.15。

（2）受压边缘混凝土平均应变综合系数ζ

　　ζ反映了四个参数ν、ξ、ω、η对混凝土平均应变的综合影响。

随着M的增大，弹性系数ν及相对受压区高度ξ减小，而内力臂系数η及应力图形系数ω增大，故M的变化对ζ的影响较小，可近似认为ζ与M无关，仅取决于混凝土强度、配筋率及受压区截面形状。

　　《规范》根据试验资料的分析给出：

　　　　　　　　αEρ/ζ=0.2+6αEρ/（1+3.5γf'

）

式中γf'

为T形截面受压区翼缘增强系数，γf'

=（bf'

-b）hf'

/bh0；

（矩形截面γf'

=0）

　　当hf'

>

0.2h0时，取hf'

=0.2h0，计算γf'

。

　　（3）受拉钢筋应变不均匀系数ψ

　　ψ与混凝土抗拉强度标准值ftk、有效受拉区混凝土面积Ate、截面有效高度h0及受拉钢筋应力有关，《规范》根据试验资料的分析给出：