单层厂房结构设计2

2.4结构选型和截面尺寸确定单层厂房结构构件：标准构件：屋面板、天窗架、屋架、支撑、吊车梁、墙板、连系梁等。设计构件：排架柱、基础。1.屋面板无檩：大型屋面板(1.5m6.0m)，F型屋面板、单肋板、空心板。有檩：檩条、小型屋面板（槽瓦、波形大瓦等）2.檩条檩条搁置在屋架上，支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架。檩条支座形式3.屋架屋架是厂房屋盖结构的主要承重构件。屋架按其形式分为：屋面梁、两铰或三铰拱屋架、桁架式屋架。两铰或三铰拱屋架桁架式屋架由跨度、高度、排水坡度确定。形式：梯形、折线形、……。4.天窗架和托架托架天窗架吊车梁的类型2.4.2吊车梁吊车梁直接承受吊车起重、运行和制动时产生的各种往复荷载；传递厂房的纵向荷载、保证厂房的纵向刚度。吊车梁的连接构造2.4.3柱1.柱的形式矩形、工字形、双肢柱。柱的形式根据工程经验，对预制柱可按截面高度h确定截面型式：当h≤600mm时，宜采用矩形截面；当h＝(600~800)mm时，采用工字形或矩形；当h＝(900~1400)mm时，宜采用工字形；当h＞1400mm时，宜采用双肢柱。2.柱的截面尺寸设计柱子的截面尺寸时不仅考虑承载力，还需考虑厂房柱的刚度要求。防止造成厂房横向和纵向变形过大，发生吊车轮和轨道的过早磨损，影响吊车正常运行或导致墙和屋盖产生裂缝,影响厂房的正常使用。根据刚度要求，对6m柱距的厂房柱和露天栈桥柱的最小截面尺寸，可按下表确定。HHlHKHKHl6m柱距单层厂房矩形、工字型截面柱截面尺寸限值项目简图分项截面高度h截面宽度b无吊车厂房单跨≥H/18≥H/30，并≥300；管柱r≥H/105D≥300mm多跨≥H/20有吊车厂房Q≤10t≥HK/14≥Hl/20，并≥400；管柱r≥Hl/85D≥400mmQ=（15~20）tHK≤10m≥HK/1110m＜HK≤12m≥HK/12Q=30tHK≤10m≥HK/9HK＞12m≥HK/10Q=50tHK≤11m≥HK/9HK＞13m≥HK/11Q=（75~100）tHK≤12m≥HK/9HK＞14m≥HK/8露天栈桥Q≤10t≥HK/10≥Hl/20，并≥400；管柱r≥Hl/85D≥400mmQ=（15~30）tHK≤12m≥HK/9Q=50tHK≤12m≥HK/8注：1.表中的Q为吊车起重量,H为基础顶至柱顶的总高度,Hl为基础顶至吊车梁底的高度.r为管柱的单管回转半径,D为管柱的单管外径.2.当采用平腹杆双肢柱时,h应乘以1.1,采用斜腹杆双肢柱时,h应乘以1.05.3.表中有吊车厂房的柱截面高度系按重级和特重级荷载状态考虑的,如为中、轻级荷载状态，应乘以系数0.95.4.当厂房柱距为12m时,柱的截面尺寸宜乘以系数1.1.工字形柱的翼缘厚度不宜小于100mm，腹板厚度不宜小于80mm。详见表2.4.3、2.4.4构造要求：≥400（a）≥600≥300≥600≥200≥200≥200插入基础深度用于薄壁工字形柱≥400≥200≥2001000~20005050（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）工字形柱外形尺寸与构造•配筋及其它构造要求（详见课程设计指导书）•全部纵向钢筋截面面积：∑AS≥0.006Ac和∑AS≤0.05Ac；Ac为构件截面面积。一侧纵向钢筋的配筋率不小于0.002内折角不应采用内折角不应采用箍筋构造2.4.4基础1.基础的类型2.基础尺寸的初步拟定基础类型基础底面尺寸根据基底反力和地基承载力由计算确定。基础高度和外形尺寸可根据工程经验确定，并满足基础抗冲切承载力要求。基础的构造要求基础构造要求锥形基础边缘高度一般取a2≥200mm,且a2≥a1和a2≥hc/4，一般取tanα=3.0~4.0。阶形基础分阶：三阶：h1000mm二阶：h=500~1000mm一阶：h500mm每阶高度一般取：300~500mm矩形和工字形截面柱hc500hc=500~800hc=800~1000hc1000(1.0~1.2)hchc0.9hc且≥8000.8hc且≥1000柱的插入深度h1基础的杯底厚度a1和杯壁厚度t可按表选用。基础的杯底厚度和杯壁厚度柱截面长边尺寸h（mm）杯底厚度a1（mm）杯壁厚度t（mm）H＜500≥150150~200500≤h＜800≥200≥200800≤h＜1000≥200≥3001000≤h＜1500≥250≥3501500≤h＜2000≥300≥400注：1．双肢柱的杯底厚度值，可适当增大。2．当有基础梁时，基础梁下的杯壁厚度，应满足其支承宽度要求。3．柱子插入杯口部分的表面应凿毛，柱子与杯口之间的空隙，应用比基础混凝土强度等级高一级的细石混凝土充填密实，当达到材料强度设计值的70%以上时，方能进行上部结构的吊装。单层厂房的排架结构设计内容及步骤•1.结构选型与结构布置（布局）•2.确定结构计算简图(建模)•3.结构荷载计算（加载）•4.结构内力分析（计算，单项）•5.排架柱控制截面内力组合（多项，概率）•6.柱的配筋计算，包括施工吊装验算（截面）•7.柱下基础的设计（外部限制）•8.绘制结构施工图（表达）。2.5排架结构内力分析目的：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。2.5.1排架计算简图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。计算单元12345BA室外地坪BHuH基础顶牛腿顶室内地坪柱顶EcIuEcIlABA计算单元的选取2.基本假定和计算简图（3）柱与基础刚接。（1）屋架水平刚度无穷大；（2）屋架与柱上端铰接；计算简图基本假定（为什么？）:室外地坪BHuH基础顶牛腿顶室内地坪柱顶EcIuEcIlABAEA=∞基础顶室外地坪B室内地坪AQ1G1Q1G1G2G2G3G3DmaxTmaxDmaxTmaxG4G4G5G5G6G6q1q2实际结构荷载分布图HuHBAq1q2G1Q1Q1G1G3DmaxTmaxG3DmaxTmaxG2G2G5G5G4G6G4G6荷载在排架计算简图中的位置2.5.2排架上的荷载1.恒载（1）屋面恒荷载G1屋面恒荷载包括各构造层、屋架、天窗架及其支撑等自重。当屋面坡度较陡时，其负荷范围应按倾斜面面积计算。屋面恒荷载的作用点：屋架通过支座处杆件轴线交点作用于柱顶。屋面梁时G1通过梁端支承垫板的中心线作用于柱顶。（2）上柱自重G2对于边柱：作用在上柱底中心线处。上柱自重G2对下柱中心线的偏心距：e2=（hl-hu）/2。对于中柱一般可取e2=0hu/2hu/2G3e2G2e3hl/2hl/2G2、G３作用位置•（3）吊车梁及轨道等自重G3•吊车梁及轨道等自重G3可按吊车梁及轨道连接构造的标准图采用。G3沿吊车梁中心线作用于牛腿顶面标高处。hu/2hu/2G3e2G2e3hl/2hl/2G2、G３作用位置•一般情况下、吊车梁中心线到柱外边缘（边柱）或柱中心线（中柱）的距离为750mm，故G3对下柱中心线的偏心距：边柱：e3=750-hl/2；中柱：e3=750。（4）下柱自重G4下柱自重按下柱截面尺寸和下柱高计算，对于工字形截面柱，考虑到沿截面柱高方向部分为矩形截面（如柱的下端及牛腿部分），可乘以1.2的增大系数。基础顶室外地坪B室内地坪AQ1G1Q1G1G2G2G3G3DmaxTmaxDmaxTmaxG4G4G5G5G6G6q1q2实际结构荷载分布图G4沿下柱中心线作用于基础顶面标高处。（5）连系梁（基础连系梁）及其上墙体自重G5、G6实际结构荷载分布图永久荷载作用下结构计算简图同时，在G2、G3、G4等荷载作用下按悬臂柱分析。BG1G5G5G1G3G3G6G6G4G2G2M1M1M2M2(a)（b）G4AAB恒载作用位置及相应的计算简图2.屋面活荷载屋面均布活荷载不上人屋面取0.5kN/m2，上人屋面取2.0kN/m2。屋面活荷载有屋面均布活荷载、积雪荷载以及积灰荷载三种。屋面雪荷载kr0SS积灰荷载：见荷载规范规定均按屋面水平投影面积计算。屋面均布活荷载不与积雪荷载同时考虑，取两者中的较大值。积灰荷载应与屋面活荷载或雪荷载二者的较大值同时考虑。按计算单元中的负荷面积计算Q1。它们的作用位置与G1相同。屋面活荷载作用下的排架计算简图考虑屋面活荷载作用在不同跨对排架的不利影响。12345BABB3.风荷载风荷载的计算kzsz0风荷载标准值：其中:02kN/mzzk——风荷载标准值，单位为。——基本风压，单位为。r——风压高度变化系数，由教材附表5.1查得。s——风荷载体型系数，由教材附表5.3查得。——高度处的风振系数。由教材附表5.3查得。2kN/m10k1s1zqwBwB2k2s2z0qwBwB墙面上均布风荷载：wki1s1s21s3s42z0sin()()niFwBlhhwB柱顶水平集中荷载：双单跨有天窗厂房风荷载的分布情况风向柱顶FWK风荷载作用下双跨排架的的计算简图ABCq1Kq2K例题讲解4.吊车荷载吊车荷载示意图p,minFp,maxFp,minFp,maxF根据吊车要求的利用等级和荷载状态，来确定吊车的工作级别，共分为8个工作级别，以此来确定吊车荷载的计算参数。吊车的工作制等级与工作级别的对应关系工作制等级轻级中级重级超重级工作级别A1~A3A4~A5A6~A7A8•当小车吊有额定起重量开到大车某一极限位置时，在这一侧的每个大车轮压称为吊车的最大轮压标准值Fpmax，k，在另一侧的轮压称为最小轮压标准值Fpmin，k。Fpmax，k与Fpmin，k同时发生。p,minFp,maxFp,minFp,maxF（1）吊车竖向荷载Fpmax，k通常可根据吊车型号、规格的等查阅专业标准《起重机基本参数和尺寸系列（ZQ1-62~8-62）或直接参照吊车制造厂的产品规格得到。最小轮压可根据平衡关系得到。对于一般的四轮吊车：kpkpFgQGFmax,,min,,2p,minFp,maxFp,minFp,maxFG—吊车桥架（大车）重；g—小车重；Q—吊车额定起重量；吊车竖向荷载maxpmaxiiDFy，minpminiiDFy，作用在横向排架上的吊车荷载：Ky3BKy1=1y260006000B吊车梁支座反力影响线hu/2hu/2Dmax(Dmin)e2e3hl/2hl/2e3=750e3=750Dmax(Dmin)Dmax(Dmin)吊车竖向荷载作用位置（2）吊车横向水平荷载)(gQαT41软钩吊车横向制动力系α数表Q（t）≤1015~50≥75α0.120.100.08对于硬钩吊车α=0.2吊车横向水平制动力系α规定：吊车竖向荷载和横向水平荷载横向排架上受到的吊车水平荷载)(gQαT41iiyTTmaxKy3BKy1=1y260006000B吊车梁支座反力影响线横向排架上受到的吊车水平荷载计算：0p,max/10TnF（3）吊车纵向水平荷载n—吊车每侧制动轮数，对于一般的四轮吊车，n=1；Fp，max—吊车最大轮压标准值。吊车纵向水平荷载作用于刹车轮与轨道的接触点，方向与轨道一致，由纵向平面排架承受。多台吊车的竖向荷载，对于多跨厂房一个排架一般不多于4台吊车，多台吊车的水平荷载，对单跨或多跨房最多只考虑两台。多台吊车的荷载折减系数按表2.5.4采用。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折减系数应按实际情况考虑。参与组合的吊车台数吊车工作制A1~A5A6~A820.90.9530.850.840.80.85表2.5.4多台吊车的荷载折减系数吊车荷载作用下的计算简图例题讲解