单层厂房结构设计教材.pptx

建筑结构设计建筑结构设计第二章单层厂房结构设计第二章单层厂房结构设计主讲：马远荣主讲：马远荣1结构类型和结构体系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）2等高排架不等高排架锯齿型排架结构类型和结构体系结构类型和结构体系3单层排架结构组成单层排架结构组成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4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5排架荷载图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。6排架荷载图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.7荷载传递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屋面板屋面荷载屋面荷载屋架柱基础基础梁连系梁吊车梁天窗架吊车竖向荷载吊车竖向荷载纵墙纵墙竖向荷载传递路线8荷载传递荷载传递屋架柱基础纵墙天窗架吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载横向风荷载横向风荷载横向地震作用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9荷载传递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吊车纵向水平荷载纵向风荷载纵向风荷载纵向地震作用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10单层厂房结构布置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112.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。单层厂房结构布置单层厂房结构布置平面布置12支撑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。13支撑的分类上弦横向水平支撑支撑布置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14 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。屋盖支撑屋盖支撑上弦横向水平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。下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑位置：温度区段两端。纵向水平支撑（下弦）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15位置：伸缩缝区段两端。屋架垂直支撑屋架垂直支撑屋盖支撑屋盖支撑作用：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。1617柱间支撑柱间支撑作用：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 18围护结构布置围护结构布置抗风柱抗风柱 v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。v材料：砖壁柱、钢筋混凝土柱v连接：与基础刚接，与下弦铰接或同时与上、下弦铰接。v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1920围护结构布置围护结构布置圈梁圈梁 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。过梁过梁 作用：承受门窗洞口上的墙体重量。基础梁基础梁 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。21构件选型与截面尺寸确定构件选型与截面尺寸确定屋盖结构构件屋盖结构构件 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。v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v檩条：支承小型屋面板并将屋面荷载传给屋架v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v天窗架：形成天窗以便采光和通风，同时承受风载v托架：支承中间屋架2223构件选型与截面尺寸确定构件选型与截面尺寸确定吊车梁吊车梁 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24构件选型与截面尺寸确定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25构件选型与截面尺寸确定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26排架结构内力分析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。27排架结构计算单元排架结构计算单元计算单元的选取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。28计算假定计算假定排架结构的计算简图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29排架结构上的荷载排架结构上的荷载150750恒载下计算简图恒载恒载30屋面活荷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31排架结构上的荷载排架结构上的荷载风荷载风荷载 （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 32排架结构上的荷载排架结构上的荷载吊车荷载吊车荷载竖向荷载横向水平荷载纵向水平荷载v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。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。33v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：v吊车竖向荷载标准值排架结构上的荷载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；。34排架结构上的荷载排架结构上的荷载v吊车横向水平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。3536v吊车纵向水平荷载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。37活载下计算简图排架结构上的荷载排架结构上的荷载38v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。v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）排架结构内力分析排架结构内力分析39v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40v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41v任意荷载作用等高排架内力分析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。42排架结构考虑整体空间作用的计算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43排架结构考虑整体空间作用的计算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44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45排架柱的内力组合排架柱的内力组合v柱的控制截面IIIIIIIIIIIIv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）46排架柱的内力组合排架柱的内力组合v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大偏压：大偏压：M M相同，相同，N N越小配筋越多；越小配筋越多；小偏压：小偏压：M M相同，相同，N N越大配筋越多；越大配筋越多；N N相同，相同，M M越大配筋越多越大配筋越多N N相同，相同，M M越大配筋越多越大配筋越多钢筋砼钢筋砼NMNM曲线曲线*47排架柱的内力组合排架柱的内力组合v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48柱的设计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49牛腿的设计牛腿的设计长牛腿短牛腿v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。50v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；v破坏形态剪切破坏斜压破坏弯压破坏牛腿的设计牛腿的设计斜压破坏51截面尺寸v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。为防止局部受压破坏，加载板尺寸应满足：52牛腿的设计牛腿的设计截面配筋计算简图：三角形桁架53牛腿的设计牛腿的设计构造水平箍筋：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，54排架柱的吊装验算排架柱的吊装验算v吊装验算吊装验算验算内容：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。如果不满足，增加吊点或调整配筋。吊装验算平吊 b h及配筋不同，要验算翻身吊 受力状态与使用阶级相同，一般能满足。砼强度等级：按实际取值，需大于70的设计强度计算简图控制截面55