混凝土单层工业厂房.

混凝土结构设计及优化第12章单层厂房第12章单层厂房12.1单层厂房的结构组成与布置12.2排架计算12.3排架柱设计12.4柱下独立基础设计12.5吊车梁12.1单层工业厂房结构组成与布置•按结构形式排架结构（等高、不等高、锯齿形）刚架结构（两铰门架、三铰门架）等高排架不等高排架锯齿型排架一、柱网布置柱网是竖向承重构件纵横向定位轴线所形成的网格。柱距应采用6米或6米的倍数；跨度在18米以下采用3米的倍数，在18米以上采用6米的倍数。边柱外边缘、纵墙內缘、纵向定位轴线三者重合。跨度L：L=Lk+2e,e=B1+B2+B3Lk:吊车跨度e:吊车轨道中心线至纵向定位轴线，一般取750mm。B1:吊车轨道中心线至吊车桥架外边缘的距离。B2:吊车桥架外边缘至上柱内边缘的净空宽度的距离。吊车重量≤50t，B2≥80mm；吊车重量50t，B2≥100mm；B3:边柱的上柱截面高度或中柱边缘至纵向定位轴线的距离。二、纵向定位轴线横向定位轴线一般通过柱截面的几何中心边跨处，横向定位轴线位于山墙内边缘端柱中心线：内移600mm三、横向定位轴线•高度自室内地面至柱顶的高度应为300的倍数；自室内地面至牛腿的高度应为300的倍数；自室内地面至吊车轨道的高度应为600的倍数。•净空要求屋架下弦与吊车架外轮廓线的距离；吊车架外缘与柱内缘的间距mmHC220)75(100)50(802tQmmtQmmB、•轨道中心线与纵向轴线的距离mm750伸缩缝横向伸缩缝一般采用双柱；纵向伸缩缝一般采用单柱。沉降缝避免沉降不均引起的开裂抗震缝当厂房平、立面布置复杂或结构高度、刚度相差很大时设置。四、变形缝五、支撑布置柱间支撑位置：伸缩缝区段中央或临近中央。位置：伸缩缝区段两端。屋架垂直支撑及水平系杆支撑的作用：保证结构构件的稳定与正常工作增强厂房的整体稳定性和空间刚度把纵向风荷载、吊车纵向水平荷载以及水平地震作用等传递到主要承重构件保证施工安装阶段结构构件的稳定柱间支撑分为：I.上部柱间支撑II.中部柱间支撑III.下部柱间支撑注意：中部、下部柱间支撑视需求不一定设置。上部柱间支撑，下部柱间支撑屋盖支撑包括：I.上弦水平支撑II.下弦水平支撑III.垂直支撑IV.纵向水平系杆下弦水平支撑上弦水平支撑屋盖垂直支撑纵向水平系杆屋面支撑作用：在每个温度区段内，由上下弦水平支撑分别在温度区段的两端构成横向的上下水平刚性框，再用垂直支撑和水平系杆把两端的水平刚性框连接起来。12.2排架计算单层工业厂房是由纵横向排架组成的空间结构。为方便，可简化为纵、横向平面排架分别进行分析。除进行抗震和温度应力分析，纵向排架一般不计算。AB计算单元12345一、计算单元从整体结构中选取有代表性的一部分作为计算的对象，该部分称为计算单元。二、结构简图柱子下端固接于基础顶面，横梁与柱铰接；横梁为没有轴向变形的刚杆。uEIABlEIuEIlEIHuH恒载屋盖自重上柱自重下柱自重吊车梁及轨道自重活载屋面活载吊车荷载1F形式、大小、作用位置、方向。2F3F4FWqq、、215F风荷载1507501F4F1e2F0e4e3F1M1M2M2M恒载下计算简图111eFM440212)(eFeFFM恒载下轴力图1F21FF421FFF3421FFFF1F21FF421FFF3421FFFF•恒载吊车分类：悬挂吊车、手动吊车、电动葫芦、桥式吊车本节只考虑桥式吊车按工作强度分为：按照使用的频繁程度分为轻级(A1~A3)、中级(A4、A5)、重级(A6、A7)和特重级(A8)四个载荷状态。•吊车悬挂吊车电动葫芦手动吊车桥式吊车吊车类型桥式吊车组成：大车：即桥架，沿吊车梁上的轨道运行小车：在大车桥架的轨道上运行吊车的移动分为两部分：横向：小车的移动与刹车纵向：大车的移动与刹车（一）因小车移动而变化的荷载：最大轮压最小轮压横向水平制动力maxPminPmaxT最大轮压与最小轮压最大轮压：当小车吊有额定起重量开到桥架某一极限位置时，在这一侧产生的轮压；最小轮压：与最大轮压相对应的另一侧轮压称最小轮压。最大轮压与最小轮压的取值最大轮压可从产品目录中查得；最小轮压可由下式确定：maxPminPmaxmin)(21PQgGPG：大车自重g：小车自重Q：吊车额定起重量（二）因大车移动发生的荷载纵向水平制动力对柱子、吊车梁需考虑最不利位置问题，即需按影响线计算不利吊车位置0T影响线：单位移动荷载作用下，结构上某一量值Z的变化规律的图形称为该量值Z的影响线。吊车竖向荷载标准值kkDDmin,max,、iikyPDmaxmax,iikyPDminmin,如果两台吊车相同，则ikyPDmaxmax,maxminmax,min,PPDDkkxP2maxP1maxP1maxP2maxK1K2y2y3y4y1=1B1B2：大轮子影响线纵标值的总和iy：多台吊车的荷载折减系数吊车横向水平荷载标准值（小车吊有重物刹车时引起的惯性力）传力过程：小车惯性力大车吊车梁排架柱作用位置：吊车梁顶面作用方向：垂直轨道maxT——横向制动系数。tQtQtQ7508.0501610.01012.0软钩4/)(gQTi每个轮子上的横向水平制动力：iikyTTmax,如果吊车相同，maxmax,max,PTDTkk同样，利用影响线可以确定柱子受到的水平力•吊车荷载横向刹车力因小车沿横向左右运行，有正反两个方向的刹车情况对Tmax需考虑向左作用，又需考虑向右作用单跨：考虑两种荷载组合双跨：考虑四种荷载组合吊车纵向水平荷载标准值max01.0PT按一侧所有制动轮最大轮压之和的10%确定：（大车行驶中刹车引起的惯性力）作用位置：轨道顶面作用方向：沿轨道方向对于一层吊车厂房：水平荷载最多考虑2台；多跨时，竖向荷载最多考虑4台。•吊车荷载单跨厂房，跨度24米，柱距7米，按2台15t中级吊车计算，吊车桥架跨度22.5米。求Dmax，Dmin和Tmax算例柱顶以下墙面部分柱顶以上屋盖部分：风向1s5.01h2hSLkWkhWkkwBSW22sinhBwShwBSwBSWkkkkhkkkkW•风荷载基本风压0.55kN/m2，柱顶标高15米，室外地坪标高-0.6米，h1=2米,h2=1.5米，屋顶坡度12度，地面粗糙度C类，排架计算宽度6米。算例风压计算：风荷载标准值（kN/m2）基本风压（kN/m2）风振系数体型系数高度变化系数0zszkzszk0风压高度变化系数封闭式双坡屋面风压体形变化系数5M5MmaxMminM活载下计算简图155eFM4maxmaxeDMmaxTmaxTW1q2q4minmineDM等高排架：柱顶水平位移相同的排架。计算假定：１、横梁长度不变，无轴向变形。２、柱顶铰接一、柱的侧向刚度设柱顶作用一单位力发生的位移为则要使柱顶产生单位位移，则需在柱顶施加的水平力为u代表柱抵抗侧移的能力，称为“侧向刚度”或“抗剪刚度”或“抗侧刚度”，用D0表示。u11uHuEIlEIuHlHu1lEICH03)11(1330nCluIInHHu30/1HEICuDl111333nIEHulc式中：侧向刚度1uHuEIlEIuHlH，，二、剪力分配法柱顶作用集中荷载1VF1uiunuiVnVniiVF1由平衡条件：iiiuDV由物理条件：由几何条件：niuuu1可求得：FViinjjinjjiiuuDD11/1/1ηi称为柱i的剪力分配系数。任意荷载作用5M5MmaxMminMmaxTW1q2q5M5MmaxMminMmaxTW1q2qBARR在柱顶加上不动铰支座，利用图表附录9求出内力和支座反力；将支座反力反向作用于柱顶，求出内力；将上述两种情况的内力叠加。ARBR例12-3求内力1、求惯性矩I、系数n和λ上部柱惯性矩Iu=2.13×109mm4下部柱惯性矩Il=5.85×109mm436.01085.51013.299luIIn3.0110003300HHu2、在柱顶附加不动铰支座（1）根据附录9中的图9-3根据n、λ，获得C3（2）求得支座反力（3）因此，A柱和B柱的柱顶剪力为：kNCHMRkNCHMRBA24.43.1119.3517.123.1111033min3maxkNRVkNRVBBAA24.415.121,1,（4）绘弯矩图，以A柱为例3、撤销不动铰支座，将支座反力反向添加到柱顶（1）求柱顶剪力因两柱相同，所以剪力分配系数因此，各柱分配的柱顶剪力为（2）绘弯矩图21BAkNRRVVBABA97.324.417.1221212,2,4、叠加两柱状态（1）剪力叠加kNVVVkNVVVBBBAAA21.897.324.420.897.317.122,1,2,1,（2）弯矩叠加（以A柱为例）+=已知：A柱和C柱：上柱400X400，下柱400X600B柱：上柱400X500，下柱400X700求柱顶剪力，绘制弯矩图算例1、控制截面构件设计时一般选取若干个可靠度较低因而对整个构件起控制作用的截面进行设计，这些截面称为控制截面。上柱：I-I下柱：II-II、III-IIIIIIIIIIIIIII2、荷载组合1.2×恒荷载标准值+1.4×1项活荷载标准值1.2×恒荷载标准值+1.4×0.90×(2项或2项以上活荷载标准值）（对于单层排架结构，可以采用简化组合）•可变荷载效应控制•永久荷载效应控制1.35×恒荷载标准值+1.4×所有活荷载标准值×组合值系数ψci组合值系数ψci：风荷载为0.6，雪荷载、吊车荷载和其他可变荷载为0.73、组合内容Mmax最大弯矩及相应的轴力和剪力；Nmax最大轴力及相应的弯矩和剪力；Nmin最小轴力及相应的弯矩和剪力。4、注意事项每一项组合必须包括恒荷载产生的内力；有T必有D，有D可以没有T（实际情况）；但计算组合时一般D和T要同时存在，因T有双向；组合最大轴力和最小轴力时，轴力为零的项应考虑进去。uNuM钢筋砼N~M曲线**P-△二阶效应：轴向压力对轴向受压构件侧移产生附加弯矩和附加曲率的二阶荷载效应。总弯矩令弯矩增大系数则PMM001MPsaicccisseeeNAfhlheMM020005.0/150011ξc:截面曲率增大系数ei：初始偏心距e0：轴向压力偏心距；e0=M0/Nea：附加偏心距l0：排架柱的计算高度，按表12-3h，h0：柱截面高度和有效高度ea附加偏心距：取20mm和偏心方向截面最大尺寸的1/30两者中的较大值。一、排架的整体空间作用•基本概念结构均匀、荷载均匀FFFFFau结构不均匀、荷载均匀FFFFFbu结构均匀、荷载不均匀Fcu在b、c两种情况下，其最大侧向位移量即在b、c两种情况的侧移小于按平面排架计算的侧移。aubucu、这种排架与排架、排架与山墙之间相互关联的作用称为整体空间作用。空间工作的条件：或者结构不均匀、或者荷载不均匀；各排架之间有联系（即屋盖有一定的整体刚度）。•吊车荷载考虑整体空间作用的计算方法柱顶在单个荷载作用下的空间作用分配系数kmkFku平面排架kF平面排架kkuu'xFxkFF平面排架'ku'kukF空间排架kkxkmFFF称为空间作用分配系数kkkuum'当某榀排架柱顶作用水平力时，如果考虑排架整体空间作用，该排架仅承担，其