第二章单层工业厂房.ppt

建筑结构设计,第二章单层厂房结构设计,结构类型和结构体系,按结构材料,混合结构,钢结构,钢筋混凝土结构,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）,等高排架,不等高排架,锯齿型排架,结构类型和结构体系,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,屋盖结构,横向平面排架：横梁(屋架或屋面梁)、横向柱列（包括基础）,纵向平面排架：连系梁、吊车梁、纵向柱列（包括基础）、柱间支撑,围护结构：纵墙、山墙、墙梁、抗风柱、基础梁,单层排架结构组成,有檩体系：,无檩体系：,大型屋面板、屋架（屋面梁）、屋盖支撑,小型屋面板、檩条、屋架、屋盖支撑,排架荷载图,横向平面排架荷载图,横向排架主要承重结构。把竖向、横向水平荷载传给地基。,排架荷载图,纵向平面排架荷载图,纵向排架保证结构的纵向稳定和刚度，承受纵向水平荷载，并将其传给地基.,荷载传递,荷载分类,竖向荷载,横向水平荷载,纵向水平荷载,纵向排架,横向排架,竖向荷载传递路线,荷载传递,屋架,柱,基础,纵墙,天窗架,吊车横向水平荷载,横向风荷载,横向地震作用,屋面板,吊车梁,横向水平荷载传递路线,通过横,向排架,荷载传递,屋盖及屋盖支撑,柱,基础,抗风柱,天窗架,吊车纵向水平荷载,纵向风荷载,纵向地震作用,天窗端壁,吊车梁,纵向水平荷载传递路线,通过纵,向排架,山墙,单层厂房结构布置,平面布置,柱网是承重柱的纵向和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。,1.柱网布置,抗风柱柱距：宜采用1.5米的倍数,2.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。露天：70m室内或土中：100m,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。,单层厂房结构布置,平面布置,支撑布置,支撑的作用,（1）使厂房形成整体骨架，保证厂房的空间骨架；（2）传递水平荷载；（3）保证各构件的稳定性；（4）保证施工、安装的稳定和安全。,支撑的分类,上弦横向水平支撑,支撑布置,屋盖支撑,下弦横向水平支撑,下弦纵向水平支撑,垂直支撑,纵向水平系杆,天窗架支撑,天窗架水平支撑,天窗架垂直支撑,柱间支撑,上柱柱间支撑,下柱柱间支撑,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柱。,屋盖支撑,上弦横向水平支撑,位置：在厂房端部及温度区段两端的第一或第二柱间。,下弦横向水平支撑,位置：温度区段两端。,纵向水平支撑（下弦）,作用：增强排架间的协同工作能力。,位置：伸缩缝区段两端。,作用：将下弦受到的纵向水平力传至纵向柱顶。,纵向水平支撑尽可能与横向水平支撑连接成封闭水平支撑系统,位置：伸缩缝区段两端。,屋架垂直支撑,屋盖支撑,作用：保证屋架的平面外稳定和安装时的结构安全；将上弦平面内的水平荷载传递到下弦平面内。因此，垂直支撑宜与横向水平支撑布置在同一柱间内。,水平系杆,上弦水平系杆：保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的纵向稳定下弦水平系杆：防止屋架下弦的侧向颤动,柔性系杆：只能承受拉力的系杆刚性系杆：既能承受拉力也能承受压力的系杆（屋架端部柱顶处和屋架上弦屋脊节点处）,作用：屋架上下弦的侧向支承点。一般通长设置,天窗架支撑,位置：天窗架两端，一般与屋架上弦横向水平支撑在同一柱间作用：保证天窗架上弦的侧向稳定，把天窗端壁上的水平风荷载传递给屋架。,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：横向水平支撑设置的柱间，伸缩缝区段中央或临近中央。,上部柱间支撑：承受山墙上的风载并保证厂房上部的纵向刚度和稳定；下部柱间支撑：承受上部支撑传来的力和吊车梁传来的吊车纵向制动力，并把它们传到基础。,设置：,P104,围护结构布置,抗风柱,作用：端墙受到的风荷载：一部分(靠近纵向柱列的区格)直接传到纵向柱列；另一部分则下端经抗风柱直接传到基础，上端通过屋盖系统传到纵向柱列。材料：砖壁柱、钢筋混凝土柱连接：与基础刚接，与下弦铰接或同时与上、下弦铰接。,抗风柱与屋架相连必须满两个条件：,水平方向可靠连接,垂直方向允许有一定的相对位移,围护结构布置,圈梁,作用：将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体刚度，防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载的不利影响。,连系梁,作用：连系纵向柱列，增强纵向刚度并传递风荷载到纵向柱列；承受其上部墙体的重量。,过梁,作用：承受门窗洞口上的墙体重量。,基础梁,作用：承受围护墙体的重量，并把它传给柱下单独基础。注意构造，留100mm左右的间隙。,构件选型与截面尺寸确定,屋盖结构构件,除基础和柱需根据各自的情况设计计算外，其余选用标准图集。,屋面板,无檩体系：预应力混凝土大型屋面板（1.5mX6m),有檩体系：预应力混凝土槽瓦、波形大瓦等小型屋面板,檩条：,支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架,屋架：,主要承重构件，对保证厂房的刚度起重要作用,形式：屋面梁、两铰（或三铰）拱屋架、桁架式屋架,天窗架：,形成天窗以便采光和通风，同时承受风载,托架：,支承中间屋架,构件选型与截面尺寸确定,吊车梁,直接承受吊车起重、运行和制动时产生的各种往复移动荷载，同时还有传递厂房纵向荷载、保证厂房纵向刚度等作用,构件选型与截面尺寸确定,形式：单肢柱、双肢柱。尺寸：截面承载力、截面刚度两个条件决定,柱,构件选型与截面尺寸确定,基础,类型：,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,排架结构内力分析,纵向平面排架：,空间计算模型：,用于纵向抗震计算,用来设计柱间支撑。一般根据经验确定，不需进行纵向平面排架计算,横向平面排架：,排架柱的内力,基础的内力,柱的设计,基础的设计,内容：确定计算简图、荷载计算、内力分析和内力组合。,排架结构计算单元,计算单元的选取,范围：由相邻柱距的中线截出的一个典型区段，图2.5.1。,除吊车等移动荷载以外，计算单元就是排架的负荷范围，或称从属面积。计算单元上的荷载由该单元内的横向排架承担。,计算假定,排架结构的计算简图,1.柱下端与基础固接，固定端位于基础顶面,2.柱上端与屋架(或屋面梁)铰接，只能传递轴力和水平剪力,3.横梁为轴向刚度很大的刚性连杆,计算简图,:牛腿顶面至柱顶,:基础顶面至牛腿顶面,截面刚度取值,柱的横向定位轴线：边柱外缘和墙内缘相重合,排架结构上的荷载,恒载,屋面活荷载,屋面活载,雪荷载,积灰荷载,取较大值，按水平投影面积计算,Q1(位置同G1),排架结构上的荷载,排架结构上的荷载,风荷载,（1）柱以下墙面的水平风荷载按均布荷载计算,（2）柱顶以上风荷载可按作用于柱顶的水平集中力Fw计算。,水平集中力Fw：柱顶以上的高度内墙体迎风面、背风面的风荷载屋面风荷载的水平分力,考虑左吹风和右吹风两种情况,排架结构上的荷载,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:轻级(A1A3)、中级(A4、A5)、重级(A6、A7)和特重级(A8)四个载荷状态。,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：,吊车竖向荷载标准值,排架结构上的荷载,对下柱都是偏心压力，应换成轴心压力和力矩,计算吊车竖向荷载时，单跨厂房，参与组合的吊车台数不宜多于2台；多跨厂房，参与组合的吊车台数不宜多于4台；。,排架结构上的荷载,吊车横向水平荷载,（由小车吊有重物刹车时引起的惯性力产生）,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：横向,横向制动系数,每个轮子上的横向水平制动力（四轮桥式吊车）：,同样，利用影响线可以确定柱子受到的水平力,计算吊车横向水平荷载时，不论是单跨还是多跨，参与组合的吊车台数不宜多于2台。,吊车纵向水平荷载,按一侧所有制动轮最大轮压之和的10%确定：,（由大车行驶中刹车引起的惯性力产生）,作用位置：轨道顶面,作用方向：纵向,无柱间支撑：由伸缩缝区段内所有柱共同承担，按各柱纵向的抗侧刚度分配。有柱间支撑：由柱间支撑承担,排架结构上的荷载,计算吊车纵向水平荷载时，不论是单跨还是多跨，参与组合的吊车台数不宜多于2台。,活载下计算简图,排架结构上的荷载,排架内力分析的目的：求排架结构在各种荷载作用下柱各截面的弯矩和剪力，而只要求得排架柱顶剪力，问题就变为静定悬臂柱的内力计算。柱顶剪力的基本方法：力法:先求横梁内力，再求柱顶剪力剪力分配法：直接求柱顶剪力（只适合等高排架）,排架结构内力分析,单阶一次超静定柱在任意荷载作用下的柱顶反力,等高排架内力分析,载常数,形常数,单阶变截面柱的柱顶位移系数,单阶变截面柱的柱顶反力系数,剪力分配法,柱顶作用集中荷载F,由平衡条件：,由物理条件：,由几何条件：,可求得：,称为柱i的剪力分配系数。,等高排架内力分析,当排架结构柱顶作用水平集中力时，各柱的剪力按抗剪刚度与抗剪刚度之和的比例关系进行分配,任意荷载作用,等高排架内力分析,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，按抗剪刚度分配，求出内力；,将上述两种情况的内力叠加。,排架结构考虑整体空间作用的计算,排架与排架、排架与山墙之间的相互制约作用，称为厂房的整体空间作用。,影响因素：屋盖刚度、山墙刚度、山墙间距、荷载类型,排架结构考虑整体空间作用的计算,空间作用分配系数,考虑空间作用时，直接受荷排架的柱顶位移,按平面排架计算时的柱顶位移,在柱顶加上不动铰支座，利用图表求出内力和支座反力；,将支座反力乘上空间分配系数u，反向作用于柱顶，按抗剪刚度分配，求出内力；,将上述两种情况的内力叠加。,排架结构考虑整体空间作用的计算,考虑厂房的整体空间作用时，上柱内力将增大，下柱内力将减小,排架柱的内力组合,柱的控制截面,荷载组合,恒载活载,上柱：上柱底面（II截面）,下柱：牛腿面（IIII截面）柱底面（IIIIII截面）,排架柱的内力组合,内力组合项目,对控制载面考虑四种最不利内力组合：,+Mmax及相应的N、V,_Mmax及相应的N、V,Nmax及相应的+Mmax或_Mmax，V,Nmin及相应的+Mmax或_Mmax，V,排架柱的内力组合,注意事项,每一项组合必须包括恒荷载产生的内力；,从荷载产生的角度来看“有T必有D，有D不一定有T”从荷载组合角度“有Tmax必有Dmax（或Dmin），有Dmax（或Dmin）也要有Tmax”,D，T，风载都有左、右之分，组合时选取一种,多台吊车参与组合时，其内力乘以荷载折减系数,柱的设计,配筋计算,对称配筋的偏心受压构件计算（弯矩平面内）轴心受压构件验算（弯矩平面外）,纵向受力钢筋：,箍筋：构造配置,构造要求,牛腿的设计,长牛腿,短牛腿,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。,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；,破坏形态,剪切破坏,斜压破坏,弯压破坏,牛腿的设计,斜压破坏,截面尺寸,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：,牛腿的设计,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a0取a=0。,为防止局部受