排架结构内力计算

1排架结构内力计算横向排架与纵向排架排架计算：为柱、基础设计提供内力数据主要内容：确定计算简图；荷载计算；柱控制截面的内力分析和内力组合；排架的水平位移。233.2.1分析模型一、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。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。3排架结构分析uEIABlEIuEIlEIuHHAB计算单元123454计算假定与计算简图假定：柱下端固接于基础顶面；屋架、屋面梁铰接在柱上；屋面梁或屋架没有轴向变形；假定与实际工程的差异5排架结构的计算简图(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。6假定：跨度；柱高。柱总高H＝柱顶标高＋基础地面标高的绝对值－初拟基础高度；上柱柱高Hu＝柱顶标高－轨顶标高＋轨道构造高度＋吊车梁支承处的吊车梁高上柱和下柱的截面抗弯刚度：EIU和EIL7三、排架上的荷载•1．恒载(1)屋盖恒载(a)屋盖荷载与上、下柱的关系(b)计算简图8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。9(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)吊车梁和轨道结作用下的计算简图10•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。11•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。12(3)墙体荷载13•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142．吊车荷载15吊车荷载：吊车竖向荷载、吊车水平荷载。吊车种类（悬挂吊车、手动吊车、电动葫芦及桥式吊车）；吊车工作制（轻、中、重和超重级A8）工作制重级A6~A7中级A4~A5轻级A1~A3经常起重量/额定起重量（%）50~10050——每小时平均操作次数24012060接电持续率JC（%）402515平均50年使用次数600万次300万次——运行速度（m/min）80~15060~906016•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。17(1)吊车竖向荷载①最大轮压Pmax和最小轮压Pmin18•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)。19②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。20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20.90.9540.80.8521③作用在排架上的吊车竖向荷载Dmax和DminQcQ2Q1g2QQQPPk,ck,2k,1kmax,kmin,PmaxPminPminPmaxDminDmax22③作用在排架上的吊车竖向荷载Dmax和Dmin23③作用在排架上的吊车竖向荷载Dmax和Dmin24••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=ΣPimaxyiDmin=ΣPiminyi25•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)/226④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=Dmaxe4Mmin=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。27吊车竖向荷载作用的两种情况DmaxDminDmaxDminMmaxMminMmaxMmin28(2)吊车横向水平荷载①吊车横向水平荷载T29QcQ2Q1（2）作用在排架上的吊车横向荷载TmaxTTmaxkc,k,kTQQg21430TTTTTmaxmaxT31•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：32•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％。33②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图所示。34¢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35(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。36（3）吊车纵向水平荷载T010nPTkmax,k,0n——吊车每侧的制动轮数。Pmax——刹车轮的最大轮压。作用位置：轨道顶面作用方向：沿轨道方向37¢多台吊车的组合系数2台轻、中级重、特重级4台轻、中级重、特重级3台轻、中级重、特重级9.095.085.085.08.09.0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。38多台吊车组合吊车竖向荷载：单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于两台；多跨厂房的每个排架，不宜多于四台，吊车水平荷载：单跨或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于两台。393、风荷载风荷载标准值：迎风面上的均布风荷载：背风面上的均布风荷载：柱顶至屋脊的屋盖部分的风荷载：0ZSZkwwBwq0Z1S1Bwq0Z2S2wkwwFF403、风荷载风荷载标准值：迎风面上的均布风荷载：背风面上的均布风荷载：柱顶至屋脊的屋盖部分的风荷载：0ZSZkww110wSZqwB220wSZqwBwkwwFF414.雪荷载、屋面积灰荷载和屋面均布活荷载•(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)•(2)屋面积灰荷载应按《荷载规定》确定。•(3)屋面均布活荷载不上人屋面均布活荷载，按0.7kN/m2计算。详见《荷载规范》。42屋面活荷载：屋面均布活荷载、雪荷载和屋面积灰荷载。作用位置同屋面自重。考虑三者组合：屋面均布活荷载+屋面积灰荷载雪荷载+屋面积灰荷载两者取较大值Q143单跨排架需要单独考虑的八种荷载情况两跨排架则需单独考虑十二种荷载情况44荷载包括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1F1F形式、大小、作用位置、方向。2F3F4FWqq、、215F单厂设计3.1组成与布置3.2结构分析3.2.1分析模型风荷载451507501F4F1e2F0e4e3F1M1M2M2M恒载下计算简图111eFM440212)(eFeFFM恒载下轴力图1F21FF421FFF3421FFFF1F21FF421FFF3421FFFF单厂设计3.1组成与布置3.2结构分析3.2.1分析模型•恒载465M5MmaxMminM活载下计算简图155eFM4maxmaxeDMmaxTmaxTW1q2q4minmineDM单厂设计3.1组成与布置3.2结构分析3.2.1分析模型473.2.2等高排架内力分析ABC△△△柱顶水平位移相等的排架——等高排架。48ABC3.2.2等高排架内力分析柱顶水平位移相等的排架——等高排架。49柱顶水平位移相等的排架——等高排架。ABC△△△3.2.2等高排架内力分析503.2.2等高排架的内力计算一、柱的抗侧刚度设柱顶作用一单位力发生的位移为u，代表柱顶发生单位侧向位移时柱内的剪力，定义为柱的抗侧（推）刚度，用D表示。u/1lEICHu031uHuEIlEIuHlH)11(1330nCluIIn