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东南大学建筑结构设计课件-单层排架精品文档_图文


第2章 单层排架结构

2.1 单层厂房的结构组成与布置

2.2 排架结构分析

2.3 排架柱设计

2.4 柱下独立基础设计 2.5 屋面构件

2.6 吊车梁设计要点

dd

1

2.1 单层工业厂房结构组成与布置

2.1.1 单层工业厂房的结构种类

?按结构材料

砌体混合结构(Q?5t, l?15m)

钢结构

(Q?25t,0l?3m 6)

钢筋混凝土结构

钢——混凝土混合结构

?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)

2

单厂设计

2.1 组成与布置

2.1 .1结构种类

等高排架

不等高排架

锯齿型排架
3

单厂设计

2.1 组成与布置

2.1 .1结构种类 2.1 .2结构组成

2.1.2 单层排架结构组成 3)天窗架

1)屋面板

4)屋架 14)屋架垂直支撑

12)天窗架垂直支撑 2)天沟板

13)屋架下弦横向支撑

5)托架

15)柱间支撑

8)抗风柱
11)基础梁 9)基础

10)连系梁 6)吊车梁

7)排架柱

4

单厂设计

2.1 组成与布置

2.1 .1结构种类 2.1 .2结构组成 2.1 .3结构布置

2.1.3 单层排架结构布置
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。
5

单厂设计

2.1 组成与布置

2.1 .1结构种类 2.1 .2结构组成 2.1 .3结构布置

二、定位轴线 ?墙、边柱与纵向定位轴线的关系:

?柱距6米、无吊车或 Q?20t
边柱外缘和墙内缘与轴线重合, 称封闭结合。

?柱距6米、32?Q?50t 边柱外缘和墙内缘与轴线之间加 联系尺寸D=125,称非封闭结合。
?柱距12米、或Q?50t 联系尺寸D=250、500。

D 6

单厂设计

2.1 组成与布置

2.1 .1结构种类 2.1 .2结构组成 2.1 .3结构布置

?中柱与纵向定位轴线的关系:

等高跨 上柱中心线与纵向轴线重合

单柱 高低跨
双柱

高跨 Q?20t
高跨 Q?32t A=D 高跨 Q?20t A=B+C

高跨 Q?32t A=B+C+D

h/2

h/2

CB D

C

B

A=D

A=B+C+D A=B+C

7

单厂设计

2.1 组成与布置

2.1 .1结构种类 2.1 .2结构组成 2.1 .3结构布置

?墙、柱与横向定位轴线的关系: 伸缩缝和端部处
柱 一般部位处柱中心线与轴线重合

非承重墙:墙内缘与轴线重合 墙
承重墙:墙内缘与

轴线的距

离为半砖

或半砖的 倍数。

600 600

600
8

单厂设计

2.1 组成与布置

2.1 .1结构种类 2.1 .2结构组成 2.1 .3结构布置

三、变形缝设置
?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 一般不设。下列情况之一设: ?相邻部位高差很大; ? 相邻跨吊车起重量悬殊; ?下卧土层有很大变化; ?各部分施工时间相差很长。
?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。
9

单厂设计

2.1 组成与布置

2.1 .1结构种类 2.1 .2结构组成 2.1 .3结构布置

四、厂房的剖面布置

?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标志高度应为600的倍数。

?净空要求 屋架下弦与吊车架外轮廓线的距离HC ?22m 0 m; 吊车架外缘与内缘的间距 B 2 ? 8 m 0 ( Q ? m 5 t) 、 1 0m 0 ( Q ? 0 m 7 t)5

?轨道中心线与纵向轴线的距离 ??75m 0 m

10 净空

单厂设计

2.1 组成与布置

2.1 .1结构种类 2.1 .2结构组成 2.1 .3结构布置

五、支撑布置 ?柱间支撑
作用:保证厂房纵向排架的 刚度和稳定;将水平荷载传 至基础。
位置:伸缩缝区段中央或 临近中央。

?屋架垂直支撑及水平系杆 图 作用:增加屋架的侧向稳定,防止上下弦杆的侧向颤动。 位置:伸缩缝区段两端。
11

单厂设计

2.1 组成与布置

2.1 .1结构种类 2.1 .2结构组成 2.1 .3结构布置

图 ?屋架下弦横向水平支撑 作用:将屋架下弦受到的水平力传至柱顶。 位置:伸缩缝区段两端。
图 ?屋架上弦横向水平支撑
作用:增强屋盖整体刚度和上弦的侧向稳定,将抗风柱传来 的风荷载传给排架柱。

图 ?屋架纵向水平支撑(下弦) 位置:伸缩缝区段两端。 作用:增强排架间的协同工作能力。

六、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁布置

12

2.2 排架结构分析

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。

H uH

2.2.1 分析模型 一、计算单元

1 2 3EI u 4 5

EI u

B

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。

计算单元

EI l

EI l

A

AB

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。

13

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型

三、荷载计算

恒载 活载

屋盖自重 F1

上柱自重 F2

下柱自重 F3

F1

吊车梁及轨道自重F 4

屋面活载 F5

吊车荷载

风荷载 q1、q2、W

形式、大小、作用位置、方向。 14

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型

?恒载 F1

150 e1

F2

750

F4

e0 e4

F1

F1 ? F2

F3

F1?F2?F4

M1

M1

M2

M2

M1 ?F1?e1

M 2? (F 1? F 2 )?e 0? F 4?e 4

恒载下计算简图
F1
F1 ? F2 F1?F2?F4

F1?F2?F4?F3 恒载下轴力图 F1?F2?F4 15?F3

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型

?风载

风向

W kh Wk S
? ? s1

?0.5

L

Wk ?S?B?wk

Wkh?S?B?wk ?sin?

h2
h1

?S?B?wk

?h2 S

?wk

?B?h2

16

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型

?吊车荷载

桥式吊车按照使用的频繁程

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。

竖向荷载 Dmax、Dmin

K

横向水平荷载 Tmax 纵向水平荷载 T 0

?最大轮压与最小轮压

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;与最大轮压相对应的另一侧轮压称最小轮压。
17

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型

?最大轮压与最小轮压

最大轮压Pmax可从产品目录 中查得;最小轮压 Pmin 可 由下式确定:

P1max

B1

B2

K1 x

K2

P1max

P2max

Pmin?12(G?g?Q)?Pmax

?吊车竖向荷载标准值 Dmaxk、 , Dmink, y2

y1=1 y3

?? ?? D mka? x, P imy aixD mkin ?, P imy iin

如果两台吊车相同,则

? ? D mk a? x, P maxyi

Dmink,

?Dmaxk,

Pmin Pmax

P2max y4
18

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型

?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

每个轮子上的横向水平制动力:Ti ??(Q?g)/4

?? 0 . 12

Q ? 10 t

Tmax

? ——横向制动系数。软钩 ???0.10 16 ? Q ? 50 t

?

??? 0 . 08

Q ? 75 t

同样,利用影响线可以确定柱子受到的水平力

?? Tma kx ?,

Tiyi 如果吊车相同,Tmaxk,

?Dmaxk,

T Pmax

19

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型

W q1

M5

M5

Tmax

Tmax

M max

M min

q2

M5 ?F5?e1
M ma? xDma?x e4 Mmin ?Dmi?ne4

活载下计算简图
20

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型

?吊车纵向水平荷载标准值 (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

按一侧所有制动轮最大轮压之和的10%确定:T0 ?0.1Pmax
?多台吊车的组合系数 ?

轻、中级 ? ?0.9 2台 重、特重级? ?0.95
轻、中级 ? ?0.85 3台 重、特重级 ? ?0.9
轻、中级 ? ?0.8
4台
重、特重级? ?0.85

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。
21

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型 2.2 .2内力计算

2.2.2 等高排架的内力计算

一、柱的抗侧刚度

1

?u

设柱顶作用一单位力发生的位移为 ?u ,

H u EI u

1/ ?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。 H

H3 ?u ?
C0 EIl

C0

?

3
1? ?3(1

?1)

与 n ? I u 、? ? H u 有关。

Il

H

n

D?1/?u?CH 0E3lI

H l EI l
22

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型 2.2 .2内力计算

二、剪力分配法

?柱顶作用集中荷载

由平衡条件: F

?

n
?Vi

i ?1

F
V1

u1 Vi

ui Vn

un

由物理条件:Vi ?Di ?ui

由几何条件:u1?? ?ui ?? un

可求得:Vi ??i ?F

?i

?

Di
n

?

1/?ui
n

j??1Dj

? 1/
j?1

?uj

称为柱i的剪力分配系数。
23

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型 2.2 .2内力计算

?任意荷载作用

W

M5

M5

Tmax M max

M min

W

M5

M5

R

Tmax M max

M min

q1

q2 q1

q2

?在柱顶加上不动铰支座,利用图表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。

24

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型 2.2 .2内力计算 2.2 .3位移计算

2.2.3 水平位移计算

为了保证吊车的正常运行,需要控制厂房的水平位移。 正常使用极限状态,考虑一台最大吊车的横向水平荷载作用,

吊车梁顶处的水平位移 u K 应满足:

uK ?10mm



uK

?

HK 1800

(轻、中级工作制)Tmax

uK

?

HK 2200

(重、特重级工作制)

u K Tmax

当uK ?5mm时可不验算相对位移。 A

B
25

HK

2.1 组成与布置

2.2 .1分析模型

单厂设计

2.2 结构分析

2.2 .2内力计算

2.2 .3位移计算

2.2 .4模型讨论
2.2.4 排架计算模型的讨论

一、排架的整体空间作用 ?基本概念

F F F F FF F F F F

F

ua
结构均匀、荷载均匀

ub
结构不均匀、荷载均匀

uc
结构均匀、荷载不均26 匀

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型 2.2 .2内力计算 2.2 .3位移计算 2.2 .4模型讨论

在b、c两种情况下,其最大侧向位移量u b 、u c < u a 即在b、c两种情况的侧移小于按平面排架计算的侧移。

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 m k

27

Fk

uk

Fk

u

' k

平面排架

uk' ? uk

空间排架

Fk

F x Fk ? Fx

u

' k

Fk ? Fx Fk

? mk

称为空间作

用分配系数

平面排架

平面排架

mk

?

u

' k

uk

当某榀排架柱顶作用水平力 Fk 时,如果考虑排架整体空间作 用,该排架仅承担 mk Fk ,其余部分由其它排架承担。 28

2.1 组成与布置

2.2 .1分析模型

单厂设计

2.2 结构分析

2.2 .2内力计算

2.2 .3位移计算

2.2 .4模型讨论
?吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法

R?2C5Tmax

Tmax

Tmax

R' ?mk2C5Tmax

考虑空间作用后,上柱弯矩增大;下柱弯矩减小。

(1?mk)C5Tmax(1?mk)C5TmaxC5Tmax

C5Tmax

mkC5Tmax mkC5Tmax

Tmax

Tmax

29

2.1 组成与布置

2.2 .1分析模型

单厂设计

2.2 结构分析

2.2 .2内力计算 2.2 .3位移计算

2.2 .4模型讨论

二、屋架、地基变形对内力的影响

?横梁变形

F

uA

uB EA

VA

X VB

DA

DB

平衡条件: VA?VB?F 物理条件: VA?DA?uA VB?DB?uB 几何条件:uB?ux ?uA

AB L

ux

?

L?

x EA

X ?VB

ux uB

uB

uA

30

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

F

EA

2.2 .1分析模型 2.2 .2内力计算 2.2 .3位移计算 2.2 .4模型讨论

EA F

D

D

AB L

D

D

AB L

左右两种情况A柱的剪力是否相同?

31

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型 2.2 .2内力计算 2.2 .3位移计算 2.2 .4模型讨论

?地基不均匀沉降

F

地基不均匀沉降对排架内力有无影响?

?地基转动

F

Dmin

Dmax

A B

AB
32

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型 2.2 .2内力计算 2.2 .3位移计算 2.2 .4模型讨论

三、柱长不同的等高排架计算

u

u

u

EI

EI

EI

A

B

C

A

B

C

33

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型 2.2 .2内力计算 2.2 .3位移计算 2.2 .4模型讨论

四、抽柱后的计算模型

计算单元

2 EI u A 3

2

2 EI lA

1

A

B

C

A

?将计算单元内的排架合并。

EI uB EI lB
B

2EIuC 2EIlC C
34

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析

2.2 .1分析模型 2.2 .2内力计算 2.2 .3位移计算 2.2 .4模型讨论

?恒载和风荷载的计算方法用一般排架。吊车荷载不同,B轴柱 按加长吊车梁的影响线确定;A和C轴柱应考虑作用在①、③、 柱子上相应值的一半,即

Dma? x D2ma?x D1? 2D3计算单元

3 P1max P1max

P2 max P2 max

2

D1

D2 max

D3

1

?求得内力后, A和C轴柱的弯矩、剪力除2得到原结构单根 柱的内力,轴力根A 据实际受B荷情况确定。C
35

2.3 排架柱设计

2.3.1 荷载组合

?可变荷载效应控制 (对于单层排架结构,可以采用简化组合)

?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)

II

?永久荷载效应控制

II

II

?1.35×恒荷载标准值+ 1.4×所有活荷载的组合值

2.3.2 内力组合

一、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。

III

36 III

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计

2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合

二、组合内容

?最大弯矩及相应的轴力和剪力;

?最大轴力相应的弯矩和剪力;

?最小轴力及相应的弯矩和剪力。

三、注意事项

Nu

?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;
?组合最大轴力和最小轴力时,轴力为零的 项应考虑进去。

*
*
Mu
钢筋砼N~M曲37 线

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计

2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计

2.3.3 混凝土柱截面设计

一、截面形式

h?60m 0 m宜用矩形柱;
h?60~080m0工m字形
或矩形柱;

平腹杆

斜腹杆

h?90~0 14m 00m 宜用工字形柱; h?140m0m宜用双肢柱。

从刚度要求出发,需满足表2- 3 的要求。

38

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计

2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计

二、截面配筋

取最不利内力组合,按偏压构件设计。

偏压构件的承载力计算需用到计算长度。

对两端为不动铰支座的构件,其临界荷载为:N l

?

? 2 EI

H

2 0

对于其它支承的构件,将其换算为具有与两端铰支座相同临界

荷载的受压构件,即

Nl

?

? 2 EI (?H )2

,相应的计算长度H 0 为?H 。

39

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计

2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计

?无吊车荷载

Nl

Nl

H H

柱的计算长度l0

根据杆系柱 稳定的理类论别:

l0
垂直排架方向

对于等高等截面单跨排架,排H架0方?向1.4有 3H柱间支撑 无柱间支撑

对于无吊 双车跨厂排房架柱,两H跨 单0及?跨 多1跨.18H11.2.55HH

1.0H 1.0H

1.2H 1.2H

偏于有吊 安车全厂,房规柱范分上 下别柱 柱 取1.5H21和..00HH1ul.25H。10..285HHlu

露天吊车柱和栈桥柱

2.0Hl

1.0Hl

1.5Hu 1.0Hl ——

40

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计

2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计

Hu

H

?有吊车荷载 考虑房屋的空间作用,即不仅考虑同一排架内

Nl

各柱参加工作;而且还考虑相邻排架的协同工

作变。截因面此柱上,段的可:类将别l上0 ?端(0近.7似柱H Hu排 的简?架计化0方.算7为)向长H不u度动有l0柱铰间支垂l0支座直撑排。架无方E柱向I 间 u 支撑

变截面下段:
无吊车厂房柱

l0单?跨?Hl
两跨及多跨

1.5H 1.25H

1.0H 1.0H

EI 1l .2H
1.2H

有吊露车天厂吊房车柱柱和当????栈??H 上 下桥????l3柱/柱 柱?H?u(???3?,212It...0l00aH/HHnIull??u )?0,.1?1201.?.2时.8053HHH,lIIluul

????
l0

3

Hl Hu

????

1.5Hu 1.0Hl

——

? Hl 。

Hl

规范分别取 l0 ?2.0Hu 和 l0 ?1.0Hl 。

41

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计

三、吊装验算

2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计

?验算内容:承载 力和裂缝宽度;
?荷载:自重,考虑动 力系数1.5;

?安全等级:降一级,乘系数0.9。 如果不满足,增加吊点或调整配筋。

四、构造 42

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计

2.3.4 牛腿设计
a ? h0 长牛腿 a ? h0 短牛腿
一、试验研究

2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计 2.3 .4牛腿设计
F
h0 h a

?应力分布 ?牛腿上部主拉应力迹线基本上与牛腿边缘平行; ?牛腿下部主压应力迹线大致与ab连线平行; ?牛腿中、下部主拉应力迹线是倾斜的。

主拉应力迹线 主压应力迹线
43

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计

?裂缝开展

2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计 2.3 .4牛腿设计

?当达到极限值的20~40%,出现垂直裂缝①;

?在极限荷载的40~60%,出现第一条斜裂缝②;

?约极限荷载的80%,突然出现第二条斜裂缝③。

F
①② ③

?破坏形态

?剪切破坏

?斜压破坏

?弯压破坏

?局部承压破坏
F

a/h0 ?0.1 a/h0?0.1~0.75a/h0 ?0.75

44

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计

2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计 2.3 .4牛腿设计

二、截面设计(截面尺寸、截面配筋、构造)

?截面尺寸
截面高度根据斜截面抗裂, 按下式确定:

Fvk?β????1?0.5FFhvkk????0.f5tk?bh0a h0

Fvk ——作用在牛腿顶部的竖向力标准组合值;

Fhk ——作用在牛腿顶部的水平力标准组合值;

? ——裂缝控制系数,需作疲劳验算的牛腿取0.65,其余0.8;

b ——牛腿宽度,同柱宽;

a ——考虑安装偏差20mm,当a<0取a=0。

为防止局部受压破坏,加载板尺寸应满足: Fvs?0.75fcA45

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计

2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计 2.3 .4牛腿设计

?截面配筋

抵抗竖向力产生的弯矩所需钢筋 A s1

As1

?

Fv
?h0

? ?

a fy

近似取 ? ?0.85

Fv Fh
?h0 h0
a

抵抗水平力所需钢筋 A s 2

? ? F h? (a s?h 0)?A s2fyh 0

As2?(as??h?0hf0y)Fh

?1.2Fh fy

As

? Fva 0.85fyh0

?1.2Fh f 46 y

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计

2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计 2.3 .4牛腿设计

?构造 水平箍筋:

〉 ahla

上柱

2h0 / 3 范围内箍筋总面积 不少于 As1 / 2
s? 1~ 0 10 , 5 d? 0 ?6~ ?12

弯起钢筋:
a/h0 ?0.3 应设弯起筋, 不能用纵向钢筋兼作弯起钢筋 面积不少于 As1/2、 0.15%bh0 下 柱 不少于2根, d?12

弯起钢筋 47

as

2.4 柱下独立基础设计

2.4.1 概述
a)
独立基础形式:

?平板式基础(杯形基础) (a)、(b)、(c)

?板肋式基础(杯口、肋

板预制)(d)

d)

?壳体基础(e)

?倒圆台板式基础(f)

?桩基

b)
e)
肋 底板

c)
杯口 预制柱
杯底
f)
48

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计

2.4 .1概述 2.4 .2平板式基础

2.4.2 平板式独立基础设计

一、地基基础破坏类型

地基破坏

冲切破坏

二、设计内容:
?地基计算(确定底板尺寸) ?抗冲切承载力计算(确定基础高度) ?受弯承载力计算(确定底板配筋) ?构造(根据工程经验)

受弯破坏
49

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计

2.4 .1概述 2.4 .2平板式基础

三、地基计算 ?假定
?基础是绝对刚性的; ?基底某点反力与该点的地基沉降成正比。

?轴心受压基础

Fk

pk

?Fk

?Gk A

?fa

取 Gk ??m?Ad

p

Gk

A? Fk
fa ??md

对于甲级、乙级和部分丙级建筑,还需进行变形验算。

d
50

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计

2.4 .1概述 2.4 .2平板式基础

?偏心受压基础

???ppkkm m

ax?Fk ?Gk in l?b

?Mk W

令 e?M k/(Fk?G k)

Fk
M k0

Vk

Gk

Mk ?Mk0?Vkh

V

Fk
k

?Gk

当地???e基pp?kk承m m b/ia载6nx?时力F,k应l??p满bG km足ka(1:x?????2p6(bkeF?)k3l?paG k mka)x 2?

pk max pk min ?

fa

b

h
p k min

??pk max ?1.2fa

51

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计

2.4 .1概述 2.4 .2平板式基础

四、抗冲切承载力计算

Ft ?0.7ftbmh0

Ft ? psA

bm

?

bt

? bb 2

pn h

0

N M
沿 柱450 450 边 冲 切 A B
C

F

D
E h0

h0

基础高度尚应满足抗剪承载力:V?0.7ft A

h0 bb h0 bt

pn h0

N M

沿



阶 450 450 处



AB



C

F

D
E h0

h0

52

h0 bt h0 bb

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计

2.4 .1概述 2.4 .2平板式基础

五、受弯承载力计算

长边方向:

M l ?214 pn(b?hc)2(2l?bc)

Asl

?

Ml 0.9 f yh0I

短边方向:

M Ⅱ?214 pn(l?bc)2(2b?bc) AsⅡ?0.9fy(Mh0tII ?d)

e2

pn h0I

N

As

As

1

2

e1 I
A

II * B

C
*

D

I hC

b

bC l

II 53

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计

2.4 .1概述 2.4 .2平板式基础

六、构造要求

75 t

?材料

混凝土:C20; 钢筋: d?8, s?20 、 ?0 100

50a 1

?保护层厚度

50

h2 h1 a2 ? a1 200

有100厚素混凝土垫层时,为35;没有垫层时为70。

?插入深度 h1 应满足

表2-5的要求(与柱截面形式和截面尺寸有关) 纵筋锚固要求 吊装时的稳定要求(5%柱长)
54

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计

六、构造要求

2.4 .1概述 2.4 .2平板式基础

?杯底厚度a 1 、杯壁厚度 t
见表2-6。
50a 1
?杯壁配筋

75 t h2
50

h1 a2 ? a1
200

柱轴心或小偏心受压且t/h2 ?0.65,大偏心受压且 t/h2 ?0.75
时可不配筋;
柱轴心或小偏心受压且 0.5?t/h2?0.65时可按构造配筋;
其它情况按计算配筋。
55

2.5 屋面构件

2.5.1 概述

屋架(屋面梁) 无檩体系 屋面板

有檩体系

屋架(屋面梁) 檩条 瓦(瓦楞铁皮、石棉瓦、波形钢板、钢丝网水泥板)

2.5.2 屋架设计

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类

一、屋架种类

钢筋混凝土三角形屋架 钢筋混凝土折线形屋架

混凝土屋架

预应力混凝土折线形屋架 预应力混凝土梯形屋架 预应力混凝土直腹杆屋架

三角形钢屋架

钢屋架

梯形钢屋架 矩形钢屋架

组合屋架

曲拱钢屋架

57

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

二、屋架形式与杆件尺寸要求

一、种类 二、形状与尺寸

?高跨比1/10~1/6,外形应接近简支梁的弯矩图。

混凝土屋架

?节间长度:上弦3米、4.5米、6米;下弦4.5米、6米;

?杆件尺寸:上弦不小于200×180;下弦不小于200 ×140;腹

杆不小于100 ×100;长细比不大于40(拉)、35

钢屋架

(压)

?节间长度:上弦1.5米或3米,有檩体系0.8~3m;下弦3米;

?长细比:受压150;受拉350(250)

58

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

三、屋架内力分析

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析

1.计算模型 按多跨折线连续梁计算上 弦弯矩(主弯矩);
按铰接桁架计算杆件轴力。

R1 R2 R3

R2 R1

2.荷载

自重(建筑层、屋面板、 屋架、支撑) P1 ? R1
活载(屋面活载、雪载、

P2 ?R2 P3 ? R3 P2 ?R2

P1 ? R1

积灰载)

施工荷载 0.5kN/m2 59

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析

3.荷载组合 ?恒载+全跨[屋面活载(雪载)+积灰载];

?恒载+半跨雪载或灰载;

?屋架与支撑自重+半跨[屋面板自重+施工荷载]。

4.内力 上弦:弯矩和轴向压力; 腹杆和下弦:轴力。
60

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

5. 计算模型的误差及措施

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析

?铰接(对腹杆的影响不大) ?上弦节点为不动铰支座
实际上,由于腹杆的变形,使上弦节点产生位移,从而使在 上弦杆中引起附加弯矩,称为次弯矩。
?措施:将上弦杆和端部斜杆的截面(钢结构)或配筋量(混 凝土结构)适当增加。
61

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

四、钢屋架构件设计

1.杆件的计算长度

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

平面内

弦杆、支座斜杆、支座竖杆 l0x ? l 其他腹杆l0x ?0.8l

平面外

弦杆 l0y ? l`1(侧向支承点间距) 支座斜杆、支座竖杆和其他腹杆 l0y ? l

斜平面 支座斜杆、支座竖杆 l0 ? l

其他腹杆 l0 ?0.9l

62

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

当弦杆侧向支承点间的距离为两倍节 支撑 间长度,且两个节间杆件的内力不等

l1

时,平面外计算长度按下式取:

l0 ?l( 1 0.75?0.25N N12) ,l0 ?0.5l1 N 1 —较大的压力,取正号; N 2 —较小的压力或拉力,拉力取负号。

N1

N2

N2 N 1 l1

63

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

2.截面选型

?屋架上弦:平面外计算长度一般为平面内计算长度的两倍, 如无局部弯矩,故宜采用短肢相拼的T形截面,iy/ix ?2.6~2.9

如有较大的局部弯矩,可采用长肢相拼的T形截面,以提高平 面内的抗弯能力,此时 iy/ix?0.75 ~1.0
?支座斜杆:因平面内和平面外计算长度相等,采用长肢相拼的 T形截面比较合理;
64

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

?其他腹杆:因 l0y ?1.25l0x,宜采用等肢角钢组成的

T形截面,iy/ix ?1.3~1.5

与竖向支撑相连的竖腹杆宜采用等肢角钢组成的 十字形截面,使节点连接不偏心;轴力特别小的 腹杆也可采用单角钢。

?屋架下弦:平面外计算长度一般很大,故宜 采用短肢相拼的T形截面。

15~20 50~80

I

40i(80i)

I

I—I

计算长度范围内的垫板数不应少于2块。

65

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

3.截面计算

N 轴心拉杆:A n ? f

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

轴心压杆:A n

?

N f

(强度要求,当截面无削弱时可不计算)

A ? N (稳定要求) ?f
假定长细比(弦杆70~100,腹杆100~120)

查得 ? 值

计算A,同时算出 ix?l0x/?, iy?l0y/?, 根据 A、ix、iy
选择角钢,用实际的 A、ix、iy进行稳定验算,如不满足重新选 择,直至满足。
66

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

偏心受拉:N ? Mx ? f
偏心受压:An ? xWnx
强度要求:N ? Mx ? f
An ? xWnx

? x —截面塑性发展系数,动力荷载取1;
W nx—受拉最大纤维的净截面抵抗矩。
W nx—受压最大纤维的净截面抵抗矩。

平面内稳定:

? x —平面内轴压构件稳定系数;

N?

?mxMx

W 1x —平面内受压纤维毛截面抵抗矩 ?f

平?面xA外稳?x定W1:x(1?0.8NNEx)

N Ex —欧拉临界力;
? mx —等效弯矩系数。

N ? ?txMx ? f ?y A ?bW1x

? b —受弯构件的整体稳定系数;

? tx —等效弯矩系数。

67

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

4.节点设计
?一般要求
?各杆件的形心线应尽量与屋架几何轴线重合,并汇交于节点中心, 考虑到施工方便,肢背到轴线的距离可取5mm的倍数;

?对变截面弦杆,宜采用肢背平齐的连接方式,变截面的两部分形 心线的中线应与屋架几何轴线重合;
杆件形心线

杆件形心线

屋架轴线
68

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

?节点板上各杆件之间的净距不宜小于20mm;

?杆件端部宜采用直切,即切割面与轴线垂直,为了减小节点板 也可采用斜切。

允许的斜切形式

不允许的斜切形式69

2.1 组成与布置

单厂设计

2.2 结构分析 2.3 排架柱设计

2.4 基础设计

2.5 屋面构件

?计算与构造

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

选定节点板厚度

计算焊缝长度

确定节点板大小

节点板厚度:根据角最钢大拼内接力形选式用,见表内2-力10分。配系数

等边角钢N 3

N4

K 1

N5

K 2

0.7

0.3

焊缝计算:

不等边角钢N短1 肢相拼 0.75

0N.225

?一般节点

不等边角钢长肢相拼 0.65

0.35

计算腹杆与节点板连接焊缝时,杆件的内力按照杆件的最大内力

取值,而计算弦杆与节点板连接焊缝时,杆件的内力按照二节间

之间的最大内力差取值:

肢背:

lw'

?

K1N(?N)

2?0.7?hf

f

w f

肢尖:

l‘w'

?

K2N(?N) 2?0.7?hf f7fw0

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

?有集中荷载的节点
有集中荷载时,弦杆与节点 板的连接焊缝需考虑弦杆内 N 1 力与集中荷载 P 的共同作用。

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

P

N B 2

上弦为了搁置屋面板,常将节点板缩进肢背而采用塞焊。塞焊可
作为两条 hf ?t / 2 的角焊缝计算,因焊缝质量不易保证,焊缝强 度设计值乘以0.8的折减系数。

肢背:(K1?N) 2 ?(P/2)2
2?0.7?h'f lw'

?0.8f

w f

肢尖:(K22??N0.) 72??( h‘ 'fPlw'’ / 2)2

?

f

w f

71

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

有集中荷载时,上弦节点亦可按下述方法计算。

假定集中荷载由肢背塞焊缝承担;上弦相邻节间内力差 ?N

由肢尖焊缝承担。

肢背塞焊缝

P 2?0.7?h'f

lw'

?0.8f

w f

肢尖角焊缝

(?N f )2?(?M f /?)2 ?ffw

其中

?

N f

?

?N

2?0.7h'f'

l

'' f

?M f

? ?Ne 2?0.7h'f' l'f'

2

/6

e ——为肢尖焊缝至杆件形心的距离。 72

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

?弦杆的拼接节点

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

拼接角钢采用与弦杆相同的截面。拼接角钢的长度应按拼接角

钢与弦杆的连接焊缝长度确定,l?2(lw?1)0?d



对下弦杆取d=10~20mm,对上弦杆取d=30~50mm,l不宜小于

600mm。

73

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋面构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

其中连接焊缝长度

下弦按下弦截面面积等强度确定:

上弦按弦杆最大内力确定:

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

Af

lw

?

4?0.7hf

f

w f

lw

?

N

4?0.7hf

f

w f

弦杆与节点板的焊缝长度
对于下弦按两侧下弦较大内力的15%和两侧下弦的内力差两者 中的大值计算; 对于上弦假定集中荷载由肢背的塞焊缝承担,肢尖焊缝承担上 弦内力的15%,并考虑此力产生的偏心弯矩。
74

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋架构件

2.5 .1概述 2.5 .2屋架设计

一、种类 二、形状与尺寸 三、内力分析 四、构件设计

?支座节点 支座节点包括节点板、加劲肋、底板和锚栓等。

当采用混凝土排架柱时,底板的尺寸根据混 凝土局部受压承载力确定,厚度一般取20mm;

节点板的大小由杆件与节点板的连接焊缝长度确定,下弦水平肢 的底面与支座底板之间的净距不应小于水平肢的宽度和130mm;
加劲肋与节点板的垂直焊缝可假定其承担支座反力25%计算,并 考虑焊缝为偏心受力;
75

单厂设计

2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋架构件

2.5 .1概述
2.5 .2屋架设计 2.5 .3 屋面其它构件

支座节点板、加劲板与支座底板的水平连接焊缝按下式计算:

? R

?

f

w f

0.7hf lw

锚栓预埋于支撑构件的混凝土中,直径一般取20~25mm,底板 上的锚栓孔直径一般为锚栓直径的2~2.5倍。
2.5.3 屋面其他构件 一、屋面板 二、檩条

三、托架

四、天窗架

76

2.6 吊车梁设计要点

2.6.1 概述
?吊车梁直接承受吊车荷载,并构成纵向排架,加强厂房纵向 刚度,传递纵向荷载。是单层工业厂房的重要构件。

?吊车梁按材料可分为: 变截面吊车梁
混凝土吊车梁 等截面吊车梁

鱼腹式 折线式

实腹式

钢吊车梁

下撑式

桁架式

组合吊车梁

77

(a)

(b)

实腹式吊车梁

下撑式吊车梁

桁架式吊车梁

( c )

钢 材

钢 材 ( d )

单厂设计

2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋架构件 2.6 吊车梁

2.6.1概述 2.6.2受力特点

2.6.2 吊车梁受力特点

?承受两组移动的集中荷载(Pmax 和 Tmax );
为了承担横向水平力,对于钢吊车梁一般需设置制动梁或制动桁架

?吊车荷载是重复荷载,需进行疲劳验算;
?吊车荷载具有动力特性; 对吊车竖向荷载应乘以动力系数μ,轻、中级软钩1.05,重级 1.1,硬钩1.3。 ?吊车荷载是偏心荷载,将对吊车梁(无制动梁时)产生扭矩。
79

单厂设计

2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋架构件 2.6 吊车梁

2.6.1概述 2.6.2受力特点

每个轮子产生的扭矩:

静力计算考虑两台吊车
m T?(?P m?a e1x ? T?e2)? 0 .7

疲劳验算考虑一台吊车,且不考虑 横向水平荷载

mTf ?0.8?Pmakx?e,1

按影响线可求出吊车梁的 M T

M

f T

e1

T

?Dmax

ha

ya e2

弯曲中心

80

单厂设计

2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋架构件 2.6 吊车梁

2.6.1概述
2.6.2受力特点 2.6.3砼吊车梁

2.6.3 混凝土吊车梁(等截面)设计要点

一、计算内容 弯、剪、扭承载力
静力计算 裂缝宽度和挠度

疲劳验算

正截面(验算正截面受压区混凝土边缘的应力 和受拉钢筋的应力)
斜截面(验算中和轴处混凝土的主拉应力及箍筋 和弯起钢筋的应力)

施工阶段验算(对预应力混凝土吊车梁而言)

81

单厂设计

2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋架构件 2.6 吊车梁

二、构造要点

2.6.1概述
2.6.2受力特点 2.6.3砼吊车梁

?截面尺寸

梁高取跨度的1/4~1/12,一般有600、900、1200、1500mm四种; 腹板一般取140、160、180mm,在梁端部逐渐加厚至200、250、 300mm,先张法预应力可用100(卧捣)和120(竖捣),后张 法预应力可用140;上翼缘宽度一般为400、500和600mm。

?连接构造 ?配筋构造
纵筋:不能有接头,不宜采用光面钢筋,肋部两侧设腰筋;

箍筋:不得采用开口箍,梁端 la ?1.5h 范围内增加20~25%;
端部:沿梁高设置焊在锚板上的竖向钢筋和水平封闭箍筋。 82

单厂设计

2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋架构件 2.6 吊车梁

2.6.1概述
2.6.2受力特点 2.6.3砼吊车梁 2.6.4钢吊车梁

2.6.4 钢吊车梁(实腹式)设计要点

一、计算内容

上翼缘

正应力 下翼缘

?强度

剪应力 腹板局部压应力

?疲劳强度

折算应力

?局部稳定(对焊接吊车梁) ?整体稳定(有制动结构时不必验算)

?刚度

?翼缘与腹板的连接
83

单厂设计

2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋架构件 2.6 吊车梁

二、构造要点

2.6.1概述
2.6.2受力特点 2.6.3砼吊车梁 2.6.4钢吊车梁

?截面尺寸

截面高度应按照允许变形( h ? 0.56fl ),并考虑建筑净空要

求和钢板规格等;

[w/ l]?106

腹板厚度应该按照支座抗剪要求和局部挤压条件确定,一般不 应小于(7+3h)mm;

翼缘厚度不应小于8mm,也不大于40 mm;翼缘宽度一般为 (1/3~1/5)h,翼缘宽度不应大于30t(Q235)或24t(Q345), 当上翼缘轨道用压板连接时,翼缘宽度应大于300mm。 84

单厂设计

2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋架构件 2.6 吊车梁

2.6.1概述
2.6.2受力特点 2.6.3砼吊车梁 2.6.4钢吊车梁

?连接构造
制动梁(或制动桁架)
轻、中级荷载状态的花纹吊钢板车梁与制动梁或柱子在工地连接时,可采 用焊接连接,应避免采用C级螺栓(连竖向接支横撑隔;) 对于重吊级车梁、超重级载荷状 态应优先采高强螺栓加劲连肋 接。

采用实腹式制动梁,吊车加劲梁肋 的下翼缘和制动梁d) 的外翼缘之间每隔

一定距离用斜撑杆联系起来或用板铰把制动梁的翼缘挂在墙架柱



角钢斜撑

制动梁

a)吊车梁斜向支撑

b)制动梁挂于墙架柱 c)制动桁架时支撑布置

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单厂设计

2.2 结构分析 2.3 排架柱设计 2.4 基础设计 2.5 屋架构件 2.6 吊车梁

2.6.1概述
2.6.2受力特点 2.6.3砼吊车梁 2.6.4钢吊车梁

?连接构造 对于设置在边柱上跨度大于18m的轻、中级载荷状态吊车梁和跨

度大于12m的重级和超重级载荷状态的吊车梁,应设置辅助桁架,

以及水平支撑系统和竖向(即横隔)支撑系统。辅助桁架设置

在制动梁的外翼缘(或弦杆)处的竖向平面内,横向高度与吊

车梁相等,其下弦杆与吊车梁下翼缘用水平支撑相连,形成空

间体系,再每隔一定距离设置竖向支撑作为横隔以增加空间抗

扭刚度,见图2-84c。对于中间柱上成对设置的等高吊车梁,可

以省去辅助桁架,只需在相邻吊车梁的下翼缘间设置水平支撑

和适当设置几道竖向支撑。

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