东南大学建筑结构设计-单层排架PPT课件.ppt

可编辑 1 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 2 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 钢结构 钢筋混凝土结构 2 1单层工业厂房结构组成与布置 钢 混凝土混合结构 3 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 4 2 1 2单层排架结构组成 1 屋面板 2 天沟板 3 天窗架 4 屋架 5 托架 6 吊车梁 7 排架柱 8 抗风柱 9 基础 10 连系梁 11 基础梁 12 天窗架垂直支撑 13 屋架下弦横向支撑 14 屋架垂直支撑 15 柱间支撑 5 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 2 1 3单层排架结构布置 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 6 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 边柱外缘和墙内缘与轴线重合 称封闭结合 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 7 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 8 墙 柱与横向定位轴线的关系 柱 伸缩缝和端部处 一般部位处柱中心线与轴线重合 600 600 600 墙 非承重墙 墙内缘与轴线重合 承重墙 墙内缘与轴线的距离为半砖或半砖的倍数 9 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 10 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 11 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 图 12 位置 伸缩缝区段两端 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 六 抗风柱 圈梁 连系梁 过梁和基础梁布置 图 图 图 13 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 2 2排架结构分析 14 三 荷载计算 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 形式 大小 作用位置 方向 风荷载 15 恒载 16 风载 17 吊车荷载 竖向荷载 横向水平荷载 纵向水平荷载 K 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 18 最大轮压与最小轮压 最大轮压可从产品目录中查得 最小轮压可由下式确定 19 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 20 活载下计算简图 21 吊车纵向水平荷载标准值 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 22 2 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 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 与 有关 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 23 二 剪力分配法 柱顶作用集中荷载 由平衡条件 由物理条件 由几何条件 24 任意荷载作用 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 25 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应满足 且 轻 中级工作制 重 特重级工作制 2 2 3位移计算 当 时可不验算相对位移 26 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 结构均匀 荷载均匀 结构不均匀 荷载均匀 结构均匀 荷载不均匀 27 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 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 28 称为空间作用分配系数 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 其余部分由其它排架承担 29 吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法 考虑空间作用后 上柱弯矩增大 下柱弯矩减小 30 二 屋架 地基变形对内力的影响 平衡条件 物理条件 几何条件 横梁变形 31 左右两种情况A柱的剪力是否相同 32 地基不均匀沉降 地基不均匀沉降对排架内力有无影响 33 三 柱长不同的等高排架计算 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 四 抽柱后的计算模型 将计算单元内的排架合并 35 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 柱子上相应值的一半 即 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 轴力根据实际受荷情况确定 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 36 2 3排架柱设计 2 3 1荷载组合 1 2 恒荷载标准值 1 4 1项活荷载标准值 对于单层排架结构 可以采用简化组合 可变荷载效应控制 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 37 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 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 2 3 3混凝土柱截面设计 宜用矩形柱 工字形 宜用双肢柱 一 截面形式 宜用工字形柱 或矩形柱 从刚度要求出发 需满足表2 3的要求 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 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 相应的计算长度为 对两端为不动铰支座的构件 其临界荷载为 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 40 根据杆系稳定理论 对于双跨排架 偏于安全 规范分别取和 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 对于等高等截面单跨排架 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 2 3 1荷载组合 2 3 2内力组合 2 3 3截面设计 有吊车荷载 考虑房屋的空间作用 即不仅考虑同一排架内各柱参加工作 而且还考虑相邻排架的协同工作 因此 可将上端近似简化为不动铰支座 当 时 规范分别取和 变截面上段 变截面下段 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 1荷载组合 2 3 2内力组合 2 3 3截面设计 三 吊装验算 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 四 构造 如果不满足 增加吊点或调整配筋 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 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 长牛腿 短牛腿 一 试验研究 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 2 3 4牛腿设计 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 裂缝开展 当达到极限值的20 40 出现垂直裂缝 在极限荷载的40 60 出现第一条斜裂缝 约极限荷载的80 突然出现第二条斜裂缝 破坏形态 45 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 截面尺寸 二 截面设计 截面尺寸 截面配筋 构造 截面高度根据斜截面抗裂 按下式确定 作用在牛腿顶部的竖向力标准组合值 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 46 截面配筋 抵抗竖向力产生的弯矩所需钢筋 近似取 抵抗水平力所需钢筋 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 47 构造 水平箍筋 弯起钢筋 范围内箍筋总面积不少于 应设弯起筋 不能用纵向钢筋兼作弯起钢筋 面积不少于 不少于2根 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 48 2 4柱下独立基础设计 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 壳体基础 e 倒圆台板式基础 f 桩基 2 4 1概述 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 1概述 2 4基础设计 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 50 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 三 地基计算 假定 轴心受压基础 取 对于甲级 乙级和部分丙级建筑 还需进行变形验算 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 1概述 2 4基础设计 2 4 2平板式基础 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 1概述 2 4基础设计 2 4 2平板式基础 偏心受压基础 令 当时 地基承载力应满足 52 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 1概述 2 4基础设计 2 4 2平板式基础 四 抗冲切承载力计算 基础高度尚应满足抗剪承载力 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 1概述 2 4基础设计 2 4 2平板式基础 五 受弯承载力计算 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 1概述 2 4基础设计 2 4 2平板式基础 六 构造要求 材料 混凝土 C20 钢筋 保护层厚度 有100厚素混凝土垫层时 为35 没有垫层时为70 插入深度 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 55 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 1概述 2 4基础设计 2 4 2平板式基础 六 构造要求 杯底厚度 杯壁厚度 见表2 6 杯壁配筋 柱轴心或小偏心受压且 时可不配筋 大偏心受压且 柱轴心或小偏心受压且 时可按构造配筋 其它情况按计算配筋 2 5 1概述 屋面板 屋架 屋面梁 无檩体系 檩条 屋架 屋面梁 有檩体系 瓦 瓦楞铁皮 石棉瓦 波形钢板 钢丝网水泥板 2 5屋面构件 2 5 2屋架设计 56 57 一 屋架种类 混凝土屋架 钢屋架 组合屋架 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 5 1概述 2 4基础设计 2 5屋面构件 2 5 2屋架设计 一 种类 58 二 屋架形式与杆件尺寸要求 高跨比1 10 1 6 外形应接近简支梁的弯矩图 一 种类 二 形状与尺寸 59 三 屋架内力分析 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 60 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 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 61 5 计算模型的误差及措施 铰接 对腹杆的影响不大 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 上弦节点为不动铰支座 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 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 62 四 钢屋架构件设计 1 杆件的计算长度 平面内 弦杆 支座斜杆 支座竖杆 其他腹杆 平面外 弦杆 支座斜杆 支座竖杆和其他腹杆 斜平面 支座斜杆 支座竖杆 其他腹杆 侧向支承点间距 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 63 当弦杆侧向支承点间的距离为两倍节间长度 且两个节间杆件的内力不等时 平面外计算长度按下式取 较大的压力 取正号 较小的压力或拉力 拉力取负号 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 64 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 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 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 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 65 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 计算长度范围内的垫板数不应少于2块 其他腹杆 因 T形截面 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 宜采用等肢角钢组成的 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 66 3 截面计算 轴心拉杆 轴心压杆 强度要求 当截面无削弱时可不计算 稳定要求 假定长细比 弦杆70 100 腹杆100 120 查得值 计算A 同时算出 根据 选择角钢 用实际的进行稳定验算 如不满足重新选择 直至满足 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 67 偏心受拉 截面塑性发展系数 动力荷载取1 受拉最大纤维的净截面抵抗矩 偏心受压 强度要求 受压最大纤维的净截面抵抗矩 平面内稳定 平面内轴压构件稳定系数 平面内受压纤维毛截面抵抗矩 欧拉临界力 等效弯矩系数 平面外稳定 受弯构件的整体稳定系数 等效弯矩系数 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 68 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 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 69 节点板上各杆件之间的净距不宜小于20mm 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 70 计算与构造 选定节点板厚度 节点板厚度 根据最大内力选用 见表2 10 计算焊缝长度 确定节点板大小 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 71 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力与集中荷载的共同作用 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 肢尖 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 72 假定集中荷载由肢背塞焊缝承担 上弦相邻节间内力差由肢尖焊缝承担 有集中荷载时 上弦节点亦可按下述方法计算 肢背塞焊缝 肢尖角焊缝 为肢尖焊缝至杆件形心的距离 其中 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 73 弦杆的拼接节点 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 对下弦杆取d 10 20mm 对上弦杆取d 30 50mm l不宜小于600mm 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 74 其中连接焊缝长度 上弦按弦杆最大内力确定 下弦按下弦截面面积等强度确定 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 75 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 一 种类 二 形状与尺寸 三 内力分析 四 构件设计 76 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 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 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 5 1概述 2 4基础设计 2 5屋架构件 2 5 2屋架设计 2 5 3屋面其它构件 77 2 6 1概述 2 6吊车梁设计要点 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 混凝土吊车梁 钢吊车梁 组合吊车梁 变截面吊车梁 等截面吊车梁 鱼腹式 折线式 实腹式 下撑式 桁架式 78 79 2 6 2吊车梁受力特点 承受两组移动的集中荷载 和 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 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 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 单厂设计 2 2结构分析 2 3排架柱设计 2 6 1概述 2 4基础设计 2 5屋架构件 2 6吊车梁 2 6 2受力特点 80 每个轮子产生的扭矩 静力计算考虑两台吊车 疲劳验算考虑一台吊车 且不考虑横向水平荷载 按影响线可求出吊车梁的 单厂设计 2 2结构分析 2 3排架柱设计 2 6 1概述 2 4基础设计 2 5屋架构件 2 6吊车梁 2 6 2受力特点 81 2 6 3混凝土吊车梁 等截面 设计要点 一 计算内容 静力计算 弯 剪 扭承载力 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 单厂设计 2 2结构分析 2 3排架柱设计 2 6 1概述 2 4基础设计 2 5屋架构件 2 6吊车梁 2 6 2受力特点 2 6 3砼吊车梁 82 二 构造要点 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 单厂设计 2 2结构分析 2 3排架柱设计 2 6 1概述 2 4基础设计 2 5屋架构件 2 6吊车梁 2 6 2受力特点 2 6 3砼吊车梁 83 2 6 4钢吊车梁 实腹式 设计要点 一 计算内容 强度 正应力 上翼缘 下翼缘 剪应力