单层工业厂房.ppt

,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,2.1.1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,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,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,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,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,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,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。,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。,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,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,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,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,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,恒载,风载,吊车荷载,竖向荷载,横向水平荷载,纵向水平荷载,K,桥式吊车按照使用的频繁程度分为轻级(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,活载下计算简图,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。,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,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：,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。,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。,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,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。,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。,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。,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,左右两种情况A柱的剪力是否相同？,地基不均匀沉降,地基不均匀沉降对排架内力有无影响？,三、柱长不同的等高排架计算,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。,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,2.3排架柱设计,2.3.1荷载组合,1.2恒荷载标准值+1.41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+1.40.90(2项或2项以上活荷载标准值）,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。,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。,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,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，,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：,，,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。,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,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2040%，出现垂直裂缝；,在极限荷载的4060%，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,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a0取a=0。,为防止局部受压破坏，加载板尺寸应满足：,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,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,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,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,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,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：,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：,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,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）,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,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,二、屋架形式与杆件尺寸要求,高跨比1/101/6，外形应接近简支梁的弯矩图。,一、种类,二、形状与尺寸,三、屋架内力分析,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。,一、种类,二、形状与尺寸,三、内力分析,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,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,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,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,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,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70100，腹杆100120）,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,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,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,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,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,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,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,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=1020mm，对上弦杆取d=3050mm，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,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,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,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2025mm，底板上的锚栓孔直径一般为锚栓直径的22.5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,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,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,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,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,二、构造要点,截面尺寸,梁高取跨度的1/41/12，一般有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2025%；,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,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,腹板局部