第12章单层厂房

第12章单层厂房12.1单层厂房的结构形式、结构组成和结构布置12.1.1单层厂房的结构形式——排架结构、刚架结构•排架结构：由屋架、柱和基础组成。柱与屋架铰结，与基础刚接。•排架可做成等高、不等高、锯齿形等多种形式•装配式结构(构件预制)•跨度可超过30m，高度可达(20～30)m或更高。•吊车吨位可达150t甚至更大。•刚架结构：装配式钢筋混凝土刚架、钢结构门式刚架。•柱和横梁刚接成一个构件，柱与基础通常为铰接。•刚架顶点做成铰接：三铰刚架（静定结构）•做成刚接：两铰刚架（超静定结构）。•刚架立柱和横梁常采用变截面形式。•12.1.2单层厂房的结构组成与传力路线•1.结构组成•(1)屋盖结构：屋面板、屋架（屋面梁）•包括屋盖支撑、[天窗架、托架]•屋盖结构包括：无檩屋盖体系、有檩屋盖体系•无檩屋盖体系：大型屋面板直接支撑在屋架(屋面梁)上。•整体性强•有檩屋盖体系:小型屋面板或瓦材直接支撑在檩条上，檩条再•支撑在屋架(屋面梁)上。整体性较弱•(2)横向平面排架:横梁（屋架或屋面梁）、横向柱列、基础•——基本承重结构•(3)纵向平面排架:纵向柱列、连系梁、吊车梁、柱间支撑、基础•——保证厂房的纵向稳定性和刚性•纵向平面排架承受：纵向风载、吊车纵向水平荷载、•纵向水平地震作用、温度应力•(4)吊车梁:简支在柱牛腿上。承受吊车竖向荷载、吊车横向或纵向•水平荷载•(5)支撑：屋盖支撑、柱间支撑•加强厂房结构的空间刚度、保证结构的稳定和安全，•将风荷载、吊车水平荷载或水平地震作用可靠地传递•到相应的结构构件上。•(6)基础：承受柱和基础梁传来的荷载，将其传至地基。•(7)围护结构：墙、连系梁、抗风柱、基础梁•承受构件自重及墙面上风载•2.传力路线•按排架结构传力•12.1.3单层厂房的结构布置•1.柱网与定位轴线•(1)柱网•跨度：承重柱或承重墙的纵向定位轴线的距离•柱距：承重柱或承重墙的横向定位轴线的距离•柱网：纵向定位轴线与横向定位轴线在平面上构成柱网。•柱网布置应满足生产和使用要求，并应满足模数要求。p87•(2)纵向定位轴线•跨度L与吊车轨距Lk之间的关系为：•详见p87eLLk2321BBBe•(3)横向定位轴线•中柱通过柱截面中心•端柱中心线离山墙内边缘600，横向定位轴线位于山墙内边缘•图12-9•2.变形缝•伸缩缝、沉降缝、防震缝•沉降缝：将结构从基础至上部结构全部分开•伸缩缝、防震缝：仅上部结构分开，基础连成整体•伸缩缝、沉降缝均应满足防震缝缝宽的要求。•3.单层厂房的支撑•屋盖支撑、柱间支撑•(1)屋盖支撑：•上、下弦水平支撑、垂直支撑、纵向水平系杆•上、下弦水平支撑：布置在屋架（屋面梁）上、下弦平面内及天窗•架上弦平面内。节间应与屋架节间相适应。••垂直支撑：布置在屋架（屋面梁）间或天窗架间••系杆：刚性系杆（压杆）、柔性系杆（拉杆）•设置在屋架（屋面梁）上、下弦及天窗上弦平面内•柱间支撑：上部柱间支撑、中部柱间支撑、下部柱间支撑•作用：保证厂房结构的纵向刚度和稳定，将作用于厂房纵向的水•平荷载（包括风荷载、吊车纵向水平制动力等）可靠地传•到基础。•柱间支撑应设置在厂房中央，上部柱间支撑在厂房两端第一个柱距内•应同时设置——有利于温度变化或混凝土收缩。•同时柱顶应设置通长刚性连系杆以传递荷载，当屋架端部设有下弦连系杆时，也可不设柱顶连系杆。屋盖支撑屋盖上弦水平支撑屋盖下弦屋盖垂直支撑屋盖上弦系杆屋盖下弦系杆屋盖下弦水平支撑水平支撑•图柱间支撑抗风柱•4.抗风柱、圈梁、连系梁、过梁、基础梁•(1)抗风柱：抵抗山墙的风荷载，主要承受风荷载•下部与基础连接：采用插入基础杯口的固接方式•简化支座：固定端•上部与屋架连接：水平方向能可靠传递水平风荷载•竖向允许产生相对位移，以防厂房与抗风柱•沉降不均匀而产生不利影响。•连接方式：弹簧板连接、有竖向长孔的螺栓连接P92•简化支座：简支•抗风柱上柱采用矩形，=350mmx350mm•下柱一般采用工字形或矩形•抗风柱计算简图：•(2)圈梁、连系梁、过梁、基础梁圈梁：置于墙体内，宽度为墙厚，高度=120mm，现浇（或预制）构件。圈梁应与柱拉接•作用：增强房屋整体刚度，防止基础不均匀沉降或较大振动荷•载对厂房的不利影响•连系梁：两端搁置在柱牛腿上，连接采用螺栓连接或焊接，预制构件•作用:(1)连系纵向柱列，增强厂房纵向刚度，把风荷载传•递到纵向柱列。•(2)支撑上部墙体•••过梁：支撑门窗洞口上部墙体，预制构件•基础梁：支撑围护墙体，预制构件•基础梁直接搁置在柱基础杯口上，施工时在支座处应坐浆。•12.2排架计算•单层厂房结构实际上是空间结构，可简化为平面结构进行计算。在横向按横向平面排架计算，在纵向按纵向平面排架计算。并且近似地认为各自独立工作。•纵向排架柱较多，抗侧刚度较大，每根柱内力不大，一般不必计算，柱纵向按构造配筋。•仅计算横向排架。•排架计算的目的是为柱和基础设计提供内力数据•主要内容为：•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。•有时还应计算排架结构水平位移。•12.2.1计算简图•计算单元：相邻柱距中心线截出的典型区段•斜线部分也为排架负荷面积（荷载从属面积）•假定：•(1)柱下端固接于基础顶面；•(2)柱上端与屋面梁或屋架铰接；•(3)屋面梁或屋架没有轴向变形。•柱计算轴线取上部和下部柱截面重心的连线，屋面梁或屋架用一根没有轴向变形的刚杆表示。•图计算单元l122l2l1l2•抽柱计算单元•计算简图：柱总高H=柱顶标高＋基础底面标高的绝对值－初步拟定的基础高度上柱高度Hu＝柱顶标高－轨顶标高＋轨道构造高度＋吊车梁支撑处的吊车梁高上、下部柱的截面弯曲刚度根据预先假定的柱的截面形状和尺寸确定。（先确定柱截面）12.2.2荷载计算•作用在柱上的荷载分恒载、活载两类。•恒载：屋盖自重F1，上柱自重F2，下柱自重F3，吊车梁和轨道零件•自重F4，以及有时支承在牛腿上的围护结构自重等重力F5等•活载：屋面活载F6，吊车荷载Tmax、Dmax和Dmin，均布风载q1、•q2，以及作用在屋盖支承处的集中风荷载W等。•力对上柱计算轴线偏心距为，则力对上柱可换算为一•个轴压力，一个力矩，若上、下柱计算轴线间距为，则上柱轴压力对下柱产生一个轴压力，一个力矩。•与仅对柱产生轴压力，不产生其它力••与对结构产生弯矩、剪力、轴力，具体应进行排架内力分析•注：屋盖上下弦中心线交点一般至柱外边的距离为1501F1e1F11FF111eFM0e1F012eFM12FF1F2F1M2M•屋面荷载简化：（上柱简化到上柱中心线，下柱简化到下柱中心线）112FFF•1.恒荷载•各类恒荷载的数值可按材料的重力密度和结构的有关尺寸由计算得到，标准构件可由标准图上直接得到。•对于柱和吊车梁，可考虑结构安装顺序计算其自重产生的内力•2.屋面活荷载•包括：屋面均布活荷载、雪荷载、屋面积灰荷载三种。•三者均按屋面水平投影面积计算•排架计算时，屋面均布活荷载、雪荷载不同时考虑•仅取其中的较大值。•雪荷载：见p96•屋面积灰荷载按荷载规范取用，对于屋面上易形成灰堆处，在设计时，积灰荷载标准值可乘以放大系数。见p97•屋面积灰荷载应与屋面均布活荷载、雪荷载两者较大值组合•3.吊车荷载（桥式吊车）•悬挂吊车(支撑系统承受)、手动吊车、电动葫芦（不考虑水平荷载）•桥式吊车•在设计时，根据吊车工作级别，分８个工作级别：A1－A8级。•工作级别按利用等级和荷载状态划分•(1)吊车竖向荷载设计值Dmax、Dmin•吊车有大车和小车组成•大车沿纵向行驶，小车在大车桥架上横向行驶。•最大轮压标准值Pmax,k：当小车吊有额定起吊质量开到大车•某一极限位置时，在这一侧的每一•个大车的轮压。•最小轮压标准值Pmin,k：此时另一侧的轮压••Pmax,k和Pmin,k同时发生••Pmax,k通常可根据吊车型号、规格等查到。•对于四轮吊车，每一边有两个轮子，则•2Pmin,k+2Pmax,k＝Gk＋gk＋Qk•Pmin,k＝（Gk＋gk＋Qk）/2－Pmax,k•吊车是移动的，因而Pmax,k在吊车梁支座产生的最大反力标准值Dmax,k，必须用吊车梁支座竖向反力影响线来确定。•同时，在另一侧排架柱上则由Pmin,k产生Dmin,k。•Dmax,k与Dmin,k同时发生•图•因此kkkikkikkPPDyPDyPDmax,min,max,min,min,max,max,•式中为多台吊车荷载折减系数，表12-1••同时出现，可分别作用于左右两柱牛腿上kQDDmax,maxkQDDmin,minminmaxDD、•(2)吊车横向水平荷载设计值Tmax•吊车的水平荷载：吊车纵向水平荷载、吊车横向水平荷载两种•吊车纵向水平荷载是由大车的运行机构在刹车时引起的纵向水平惯性力。•吊车纵向水平荷载标准值应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压Pmax,k之和乘以刹车轮与钢轨间的滑动摩擦系数。•一般四轮吊车在一边轨道上只有一个刹车轮，因此•其作用方向与轨道方向一致kPTmax,01.0•吊车横向水平荷载是当小车吊有重物时刹车所引起的横向水平惯性力，它通过小车刹车轮与轨道之间的摩擦力传给大车，再通过大车轮在吊车轨顶传给吊车梁，而后由吊车梁与柱的连接钢板传给排架柱。•作用方向：吊车梁顶面的水平处（吊车梁与柱连接详图P147）•总吊车横向水平荷载标准值：•（小车刹车引起）0.2075tQ0.0850tQ15t0.1010tQ12.0)(33k,＝—对硬钩吊车对软钩吊车吊车横向水平荷载系数kkkiQgT•等分于桥架的两端，分别由轨道上的车轮平均传至轨道，其方向与轨道垂直。•通常为四轮吊车，因此通过一个大车轮子传递的吊车横向水平荷载标准值Tk，按下式计算：)(4141,kkkikQgTT•由于吊车是移动的，吊车对排架产生的最大横向水平荷载应根据影响线确定。•代换得：ikkikkyQgyTT)(41max,kkkkPTDTmax,max,max,•吊车横向水平荷载：吊车梁顶面•小车可左右行驶，因此对单跨厂房刹车有两种情况，对两跨厂房刹车有四种情况•(3)多台吊车的组合•排架计算中考虑多台吊车的竖向荷载：•对一层吊车的单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于两台；•对一层吊车的多跨厂房的每个排架，不宜多于四台。•（每跨不多于两台）•排架计算中考虑多台吊车的水平荷载：•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两台。•对于多台吊车问题，都应乘以多台吊车荷载折减系数•4.风荷载•作用在建筑物或构筑物表面上计算用的风压，称为风荷载。•——风荷载标准值•——高度z处的风振系数••——风载体型系数•——高度z处的风压高度变化系数•——基本风压值定义见p102z0wwzszkkw1zs2mkNz0w2mkN•(1)排架计算时，作用在柱顶以下的风荷载按均布考虑，风压高度•变化系数按柱顶取值。•(2)柱顶至屋脊间屋盖部分的风荷载，取为均布，其对排架作用按•作用在柱顶的水平集中风荷载标准值考虑，风压高度变化系数•按下列情况采用：••有矩形天窗时，按天窗檐口取值•无矩形天窗时，按厂房檐口取值•——作用在竖直面上的风载标准值，按柱顶到檐口顶部距离•计算•——作用在坡屋面上的风载水平分力标准值的合力，按檐口•顶部到屋脊的距离计算。见p105图12-27•——排架计算单元的宽度kkkkW11h2hkW2BhwFFWzssk2012122)(B•12.2.3用剪力分配法计算等高排架•柱顶水平位移相等的排架，称为等高排架。（广义）•等高排架：柱顶标高相同的、柱顶标高不相同但柱顶由倾斜横梁贯•通相连的••柱抗侧刚度柱顶位移•0D111333nIEHulculcIECHu03HHuluIIn)11(1330nC•柱抗侧刚度