排架结构内力计算

1、1233.2.1 3.2.1 分析模型分析模型一、计算单元一、计算单元 从整体结构中选取有代从整体结构中选取有代表性的一部分作为计算的对表性的一部分作为计算的对象，该部分称为计算单元。象，该部分称为计算单元。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。分析，纵向排架一般不计算。3 3 排架结构分析排架结构分析uEIABlEIuEIlEIuHHAB计算单元计算单元123454 5排架结构的计算简图排架

2、结构的计算简图(a)排架结构(b)变截面排架柱的实际轴线(c)排架结构计算简图 二、结构简图二、结构简图柱子下端固接于基础顶面，横梁与柱铰接；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。横梁为没有轴向变形的刚杆。67三三、排架上的荷载排架上的荷载 1 1恒载恒载(1)(1)屋盖恒载屋盖恒载 (a)屋盖荷载与上、下柱的关系(b)计算简图 8 包括屋面构造层、屋面板、天窗架、屋架、屋盖支撑以及与屋架连接的各种管道的重力荷载。它们都以集中力Gl的形式施加于柱顶，作用点位于屋架上下弦几何中心线汇交处(对标准屋架通常在纵向定位轴线内侧l50mm处)。Gl对上柱截面中心往往有偏心距el

3、，对下柱截面中心又增加另一偏心距e2(e2为上下柱中心线间距)，所以Gl对柱顶截面中心有一个外力矩Glel，对变截面处下柱截面中心有一个附加力矩Gle2，如上图(b)所示。 9(2)(2)柱、吊车梁和轨道联结重力荷载柱、吊车梁和轨道联结重力荷载a)就位后的柱和吊车梁(I固定柱用的钢楔)(b)柱重力荷载用下的计算简图(c)吊车梁和轨道结作用下的计算简图10 柱的重力荷载G2、G3分别按上、下柱(下柱包括牛腿)的实际体积计算。上柱自重G2作用于上柱重心，它的作用线与上柱中心线相重合，对下柱截面中心线有偏心距e2，对牛腿顶面处下柱截面中心有一个外力矩G2e2；下柱自重G3作用于下柱的重心，它的作用线

4、与下柱中心线相重合，如上图(b)所示。 11 吊车梁和轨道联结的重力荷载G4可从相应的标准图集中查得，轨道联结也可按12kN/m沿吊车梁长度方向的均布荷载计算。G4的作用线与吊车梁轨道中心线相重合，距柱纵向定位轴线一般为750mm，并作用在柱牛腿顶面。G4对下柱截面中心的偏心距离为e4，故G4对下柱截面中心有一外力矩G4e4，如上图(c)所示。12(3)(3)墙体荷载墙体荷载13 当外墙墙体或大型墙板搁置在连系梁(墙梁)上，连系梁又支承在柱的牛腿上时，排架柱将受到墙体、墙体上的窗重以及连系梁自重产生的偏心荷载G5，e5为墙体中心线到排架柱中心线的距离，墙体荷载作用下的计算简图如上图(b)所示

5、142 2吊车荷载吊车荷载15工作制工作制重重 级级A6A7中中 级级A4A5轻轻 级级A1A3经常起重量经常起重量/额定起重额定起重量（量（%）5010050每小时平均操作次数每小时平均操作次数24012060接电持续率接电持续率JC（%）402515平均平均50年使用次数年使用次数600万次万次300万次万次运行速度（运行速度（m/min）8015060906016 吊车荷载是移动荷载，作用在厂房排架上的桥式吊车荷载一般有三种形式：(1)吊车竖向荷载Dmax、Dmin；(2)吊车横向水平荷载Tmax；(3)吊车纵向水平荷载。第(1)、(2)种作用在厂房横向排架上(如上图所示)，第(3)种作

6、用在厂房纵向排架上。 17(1)(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载 最大轮压最大轮压P Pmaxmax和最小轮压和最小轮压P Pminmin 18 吊车竖向荷载是吊车满载运行时通过轮压传给排架柱的竖向移动荷载。桥式吊车竖向荷载标准值应采用吊车的最大轮压Pmax和吊车的最小轮压Pmin。当吊车满载且卷扬机小车行驶到吊车桥架一侧的极限位置时，小车所在一侧轮压将出现最大轮压Pmax；同时，另一侧吊车轮压出现最小轮压Pmin(见上图)。19多台吊车的荷载折减系数多台吊车的荷载折减系数 当有多台吊车时，对一层吊车单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于2台；对一层吊车多跨厂房的每个排架，不宜多于4台。

7、对于多层吊车的单跨或多跨厂房，应按实际使用情况考虑。当按两台或两台以上吊车计算排架时，多台吊车的竖向荷载标准值应乘以下表所示的折减系数后采用，这是考虑到多台吊车同时满载，且小车位置也同时处于最不利位置的概率是很小的。 20多台吊车的荷载折减系数多台吊车的荷载折减系数 表表 参与组合的吊车台数 吊车工作制 轻、中级 重、超重级 2 0.9 0.95 40.8 0.85 21QcQ2Q1g2QQQPPk ,ck ,2k ,1kmax,kmin, 222324 一般预制吊车梁为简支梁，利用简支梁的反力影响线可求出吊车对排架柱产生的最大竖向荷载Dmax(另一侧排架柱为最小竖向荷载Dmin)。分析表明，

8、只有当两台吊车挨紧运行，且其中起重量大的一台的轮子行至排架柱的位置时(见上图)，作用于计算排架柱的吊车竖向荷载才是最大值Dmax(另一侧排架柱为最小值Dmin)。由反力影响线得(见上图)： Dmax=Pimaxyi Dmin=Piminyi 25 式中Pimax、Pimin分别为第i台吊车最大、最小轮压，yi为各轮压对应的反力影响线的竖值。 桥式吊车基本参数Pmax、Pmin、桥宽B、轮距K等，可按所采用的桥式吊车规格，从产品说明书或有关专业标准中查得。在上图中，B1、K1为吊车1的桥宽和轮距；B2、K2为吊车2的桥宽和轮距；C为两台吊车最大轮压P1max和P2 m a x作用点的间距(见上图

9、)，其值为 C=(B1-K1)/2+(B2-K2)/226吊车竖向荷载对排架下柱产生的力吊车竖向荷载对排架下柱产生的力矩矩M Mmaxmax、M Mminmin 最大(最小)竖向荷载Dmax(Dmin)对下柱几何中心线产生的力矩为 Mmax=Dmaxe4 Mmin=Dmine4 式中e4为吊车梁中心线和下柱中心线间的距离。求出Dmax、Dmin、Mmax、Mmin后即可得到排架在吊车竖向荷载作用下的计算简图，如图所示。值得注意的是，Dmax、Mmax也可能施加在B柱上，与此相应的是Dmin、Mmin作用在A柱上。2728(2)(2)吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载 吊车横向水平荷载吊车横向水平

10、荷载T T29QcQ2Q1 kc,k,kTQQg 21430maxT31 桥式吊车的横向水平荷载是由吊车上的小车在启动或制动时引起的惯性力而产生的。荷载规范建议吊车的横向水平荷载在两边轨道上平均分配，分别由车轮传至轨顶，并经轨道和埋设在吊车梁顶面的连接件传给上柱。因此，吊车横向水平荷载施加于排架的作用点，就在吊车梁顶面标高处，且有向左或向右两种可能性，如上图所示。考虑多台吊车水平荷载时，由于同时制动的机遇很小，荷载规范规定：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2台。计算排架承受的水平荷载标准值时，也应乘以荷载折减系数。因此，对一般4轮桥式吊车，每个轮子上产生的横向水平荷载标准

11、值T，可按下式计算： 32 T=(Q+Q1)g/4 (kN)式中 Q 吊车的额定起重量(t)； Q1横行小车重量(t)； g 重力加速度(9.81，可近似取10)； 横向水平荷载系数(或称小车制动力系数)。 对于软钩吊车： 当Q10t时，=12；当Q=1550t时，=10； 当Q75t时，=8； 对于硬钩吊车 =20。33吊车横向最大水平荷载吊车横向最大水平荷载T Tmaxmax作用下的计作用下的计算简图算简图 吊车横向水平荷载也是移动荷载，也要用影响线才能求出吊车对排架柱产生的最大水平荷载Tmax。吊车的位置与计算吊车竖向荷载Dmax时相同，所用公式类似，即： Tm a x= Ti yi 吊

12、车横向水平荷载作用下的计算简图如图所示。34吊车横向水平荷载标准值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）（小车吊有重物刹车时引起的惯性力）传力过程：小车惯性力传力过程：小车惯性力大车大车吊车梁吊车梁排架柱排架柱作用位置：吊车梁顶面作用位置：吊车梁顶面作用方向：垂直轨道作用方向：垂直轨道maxT横向制动系数。横向制动系数。tQtQtQ7508. 0501610. 01012. 0软钩4/ )(gQTi每个轮子上的横向水平制动力：每个轮子上的横向水平制动力：iikyTTmax,如果吊车相同，如果吊车相同，maxmax,max,PTDTkk同样，利用影响线可以确定柱子受到的水平力

13、同样，利用影响线可以确定柱子受到的水平力35(3)(3)吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载 桥式吊车的纵向水平荷载是吊车的大车在启动或制动时引起的惯性力产生的，通过大车制动轮与钢轨间的摩擦传给厂房纵向结构。因此，吊车纵向水平荷载的作用点位于刹车轮与轨道的接触点，其方向与轨道方向一致。3610nPTkmax,k ,0 nPmaxPmax刹车轮的最大轮压。刹车轮的最大轮压。 作用位置：轨道顶面作用位置：轨道顶面作用方向：沿轨道方向作用方向：沿轨道方向37多台吊车的组合系数多台吊车的组合系数2 2台台轻、中级轻、中级重、特重级重、特重级4 4台台轻、中级轻、中级重、特重级重、特重级3 3台台轻、中级轻

14、、中级重、特重级重、特重级9 . 095. 085. 085. 08 . 09 . 0对于一层吊车厂房：水平对于一层吊车厂房：水平荷载最多考虑荷载最多考虑2 2台；多跨时，台；多跨时，竖向荷载最多考虑竖向荷载最多考虑4 4台。台。38390ZSZkww Bwq0Z1S1 Bwq0Z2S2 wkwwFF 400ZSZkww 110wSZqw B 220wSZqw B wkwwFF 414. 4. 雪荷载、屋面积灰荷载和屋面均布活雪荷载、屋面积灰荷载和屋面均布活荷载荷载 (1)(1)雪荷载雪荷载作用于屋面水平投影面上的雪荷载标准值Sk(kN/m2) (2)(2)屋面积灰荷载屋面积灰荷载应按荷载规定

15、确定。 (3)(3)屋面均布活荷载屋面均布活荷载不上人屋面均布活荷载，按0.7 kN/m2计算。详见荷载规范。42 Q14344荷载包括荷载包括恒载恒载屋盖自重屋盖自重上柱自重上柱自重下柱自重下柱自重吊车梁及轨道自重吊车梁及轨道自重活载活载屋面活载屋面活载吊车荷载吊车荷载1F1F形式、大小、作用位置、方向。形式、大小、作用位置、方向。2F3F4FWqq、215F单厂设计3.1 组成与布置3.2 结构分析结构分析3.2 .1分析模型分析模型风荷载风荷载451507501F4F1e2F0e4e3F1M1M2M2M恒载下计算简图恒载下计算简图111eFM440212)(eFeFFM恒载下轴力图恒载下

16、轴力图1F21FF 421FFF3421FFFF1F21FF 421FFF3421FFFF单厂设计3.1 组成与布置3.2 结构分析结构分析3.2 .1分析模型分析模型恒载恒载465M5MmaxMminM活载下计算简图活载下计算简图155eFM4maxmaxeDMmaxTmaxTW1q2q4minmineDM单厂设计3.1 组成与布置3.2 结构分析结构分析3.2 .1分析模型分析模型47柱顶水平位移相等的排架柱顶水平位移相等的排架等高排架。等高排架。48柱顶水平位移相等的排架柱顶水平位移相等的排架等高排架。等高排架。49柱顶水平位移相等的排架柱顶水平位移相等的排架等高排架。等高排架。503.

17、2.2 3.2.2 等高排架的内力计算等高排架的内力计算一、柱的抗侧刚度一、柱的抗侧刚度设柱顶作用一单位力发生的位移为设柱顶作用一单位力发生的位移为u， 代表柱顶发生单位侧向位移时柱内的剪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，用力，定义为柱的抗侧（推）刚度，用D D表示。表示。u/1lEICHu031uHuEIlEIuHlH) 11(1330nCluIIn HHu与与、有关。有关。单厂设计3.1 组成与布置3.2 结构分析结构分析3.2 .1分析模型3.2 .2内力计算内力计算30/1HEICuDl51 )1n1(1IE3H3lc3 1/521、剪力分配法、剪力分配法

18、柱顶作用集中荷载柱顶作用集中荷载535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182838485 86nniinn 121111111187iiiiiii 11111111111iiihH 21888990 AABRR BABRR 91单厂设计3.1 组成与布置3.2 结构分析结构分析3.2 .1分析模型3.2 .2内力计算3.2 .3位移计算3.2 .4模型讨论模型讨论吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算方法maxTmaxTmax52TCR max52TCmRkmaxTmax5TCmax5

19、TCmaxTmax5)1 (TCmkmax5)1 (TCmkmax5TCmkmax5TCmk考虑空间作用后，上柱弯矩增大；下柱弯矩减小。考虑空间作用后，上柱弯矩增大；下柱弯矩减小。总用钢量有所降低（约总用钢量有所降低（约520） 92二、屋架、地基变形对内力的影响二、屋架、地基变形对内力的影响平衡条件：平衡条件：FVVBA物理条件：物理条件：AAAuDVBBBuDVBuAuxuBu几何条件：几何条件：AxBuuuEAxLuxBVX 横梁变形横梁变形单厂设计3.1 组成与布置3.2 结构分析结构分析3.2 .1分析模型3.2 .2内力计算3.2 .3位移计算3.2 .4模型讨论模型讨论AuBuE

20、AA AB BADBDFL LBVXAV93单厂设计3.1 组成与布置3.2 结构分析结构分析3.2 .1分析模型3.2 .2内力计算3.2 .3位移计算3.2 .4模型讨论模型讨论EAABDDFLEAABDDFL左右两种情况A柱的剪力是否相同？94单厂设计3.1 组成与布置3.2 结构分析结构分析3.2 .1分析模型3.2 .2内力计算3.2 .3位移计算3.2 .4模型讨论模型讨论地基不均匀沉降地基不均匀沉降ABFmaxDminD地基不均匀沉降对排架内力有无影响？地基不均匀沉降对排架内力有无影响？ABF地基转动地基转动95单厂设计3.1 组成与布置3.2 结构分析结构分析3.2 .1分析模型3.2 .2内力计算3.2 .3位移计算3.2 .4模型讨论模型讨论六、六、抽柱后的计算模型抽柱后的计算模型ABC123计算单元计算单元uAEI2ABClAEI2uCEI2lCEI2uBEIlBEI将计算单元内的排架合并。将计算单元内的排架合并。96恒载和风荷载的计算方法用一般排架。吊车荷载不同，恒载和风荷载的计算方法用一般排架。吊车荷载不同，B B轴柱轴柱按加长吊车梁的影响线确定；按加长吊车梁的影响线确定；A A和和C C轴柱应考虑作用在轴柱应考虑作用在、柱子上相应值的一