混凝土结构设计：单层厂房ppt课件.ppt
单层厂房,本章内容1、单层厂房的结构型式、结构组成和结构布置2、排架计算3、单层厂房柱4、柱下独立基础5、吊车梁,12.1 单厂的结构形式、结构组成和结构布置,12.1.1 结构形式按材料分：混合结构、砼结构、钢结构。按受力分：排架结构,（结构体系）,刚架结构,12.1 单厂的结构形式、结构组成和结构布置,刚架结构,12.1.2 单厂排架的结构组成与传力路线,排架结构,组成,大型屋面板、屋架（屋面梁）、屋盖支撑等,小型屋面板、檩条、屋架,排架,12.1 单厂的结构形式、结构组成和结构布置,2 横向排架上的荷载及传力路线,竖向荷载,水平荷载,12.1 单厂的结构形式、结构组成和结构布置,12.1.3 单厂的结构布置,支撑：,12.1 单厂的结构形式、结构组成和结构布置,柱网,变形缝：伸缩缝、沉降缝和防震缝。,抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁,柱间支撑(上柱柱间支撑、下柱柱间支撑),天窗架支撑,屋盖支撑(上弦、下弦支撑、水平系杆、垂直支撑),1、柱网布置,柱网：柱的纵向定位轴线与横向定位轴线在平面上所形成的网格。横轴之间的距离为柱距；纵轴之间的距离为跨度。柱网布置不仅是确定柱的位置，同时也确定屋面板、屋架吊车梁等的跨度，并涉及到厂房其他结构构件的布置。柱网布置的一般原则：符合生产工艺和正常使用的要求；建筑和结构经济合理；施工方法具有先进性；符合厂房建筑统一化的原则；适应生产发展和技术革新的要求。,柱网布置示意图,在厂房端部横向定位轴线与山墙边缘重合，将山墙内侧第一排柱中心内移600mm；变形缝两侧柱分别向两侧移600mm。,2、变形缝（1）伸缩缝结构体系很长时，温度应力过大。通过设置伸缩缝来解决。最大伸缩缝间距：处于室内或土中 100M 处于露天时 70M（2）沉降缝 解决不均匀沉降问题，必须从基础断开。（3）防震缝 当建筑物平面、立面复杂，结构高度或刚度相差很大时设置。变形缝设置原则：尽量不设和少设，当必须设置时尽量做到三缝合一。,3、支撑：,柱间支撑(上柱柱间支撑、下柱柱间支撑),屋盖支撑(垂直支撑、水平系杆、上弦、下弦横向水平支撑、下弦平面的纵向水平支撑),1）屋盖支撑屋盖支撑包括屋架上、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和纵向水平系杆、天窗架支撑。,第七章 单层厂房结构,2）柱间支撑柱间支撑的主要作用是增强厂房的纵向刚度和稳定性，并将纵向水平荷载传至基础。以下情况设置：（1）厂房内设置重级工作制吊车，或中、轻级工作制吊车起重量在10吨以上；（2）厂房跨度在18米及18米以上，或柱高在8米以上；（3）纵向柱的总数每排在7根以下；（4）设有3吨及3吨以上悬挂式吊车；（5）露天吊车的柱列。,4、抗风柱,抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦铰接。抗风柱一般应满足两个要求：一、是在水平方向上必须与屋架有可靠的连接以保证有效传递风荷载；二、是保证在竖向应允许两者之间有一定相对位移的可能性。5、圈梁、连系梁、过梁和基础梁圈梁的作用是将墙体与排架柱、抗风柱等连接在一起，以增加厂房的整体刚度；连系梁的作用是联系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度并传递风荷载到纵向排架。过梁的作用是承受门窗洞口上的墙体重量。基础梁的作用承受围护墙体的重量。,内容包括：（1）选取计算单元，确定计算简图（2）荷载计算（3）单种荷载下的内力计算（4）内力组合（5）柱、牛腿设计（6）基础设计,12.2 排架计算,12.2.1 计算简图,计算简图的确定,基本假定：柱与屋架或屋面梁铰接；,(1)计算单元的选取,柱与基础固接,缝隙灌细石混凝土,屋面梁或屋架没有轴向变形。,简图中，柱的计算轴线取上下柱截面重心的连线；柱总高H指基础顶面至柱顶的高度；上柱高Hu指从牛腿顶面至柱顶的高度。,H,12.2.1 计算简图,12.2.2 荷载计算,荷载分类及符号恒载：,支承在外牛腿上的外围护结构重F5,屋盖自重F1,上柱自重F2,(3)下柱自重F3,吊车梁及轨道零件自重F4,活载：屋面活荷载F6,风荷载q1、q2及,吊车荷载 竖向荷载Dmax、和Dmin,12.2.2 荷载计算,水平荷载Tmax,各种集中荷载的作用点应据实际情况确定,（1）屋盖自重F1 作用于柱顶。通过屋架端节点处上、下弦中心线的交点（或通过屋面梁两端垫板的中心线。）,12.2.2 荷载计算,设F1对上柱有偏心为e1，而上下柱计算轴线间的距离设为e0。则：F1下排架的计算简图应为,（2）上柱自重F2 通过上柱中心，对下柱有偏心e0，由于柱施工时，屋架还未安装，所以其计算简图为：,12.2.2 荷载计算,（3）下柱自重F3 仅使柱产生轴力,（4）吊车梁及轨道零件自重F4 作用在牛腿顶面，通过吊车梁中心线。e4吊车梁中心线对下柱的偏心距。吊车梁安装时，屋架还未安装，所以其计算简图为：,如F6下：,F5、F6、Dmax 和Dmin可同理换算，并画出相应的计算简图：,Dmax 和Dmin下：,12.2.2 荷载计算,各种荷载的计算恒载按材料的重力密度和结构的尺寸算得。,12.2.2 荷载计算,屋面活荷载都按屋面的水平投影面积计算,屋面均布活荷载，查荷载规范雪荷载：标准值sk(kN/m2),注：屋面活荷载的组合 积灰荷载屋面均布活荷载和雪荷载的较大者。,屋面积灰荷载:按厂房类型查荷载规范。,吊车荷载（讲桥式吊车）概念,竖向横向,吊车的工作级别：据吊车利用等级和 载荷状态分：A1A8八级。,12.2.2 荷载计算,最大轮压标准值Pmax,k与最小轮压标准值Pmin,k,最大、最小轮压标准值Pmax,k、Pmin,k数值：Pmax,k由产品规格或手册得到。Pmin,k可由下式计算得到：,最大、最小吊车竖向荷载Dmax、Dmin 的计算 用吊车梁支座竖向反力影响线来求。,12.2.2 荷载计算,吊车荷载计算,=Q重力加速度,如Pmax,k 下的Dmax，k 的计算,多台吊车的 荷载折减系数若两台吊车：轻（A1A3）、中级（A4A5）0.9；重（A6A7）、特重级（A8）0.95。,12.2.2 荷载计算,关于多台吊车的荷载折减系数,的意义：考虑多台吊车Dmax、Dmin和Tmax同时出现的概率很小，故排架计算时，当考虑多台吊车同时作用时，将Dmax、Dmin和Tmax值给予折减，即乘以折减系数。取值见下表。多台吊车的组合：计算Dmax、Dmin时，当考虑多台吊车时，一层吊车单跨厂房，不多于两台；一层吊车多跨厂房，不多于四台。计算Tmax 时，单跨、多跨均不多于两台。,12.2.2 荷载计算,Dmax、Dmin下单跨排架的计算简图：,e4吊车梁中心线至下柱中心线的距离,12.2.2 荷载计算,吊车横向水平荷载设计值Tmax计算Tmax的产生：,12.2.2 荷载计算,Tmax的作用点：柱侧吊车梁顶面位置。,吊车横向水平荷载标准值Tk计算：,设吊车每个轮子传递的横向水平荷载为Ti,k,则总的吊车横向水平荷载标准值Ti,k为：,Ti,k通过桥架所有轮子传递。对4轮吊车，其中每个轮子传递值Ti,k为：,吊车横向水平荷载系数,12.2.2 荷载计算,吊车对排架产生的最大横向水平荷载标准值Tmax,k可由吊车梁支座水平反力影响线求得（计算同Dmax，k）。,Tmax也可由Dmax求得：,则当考虑多台吊车折减系数：,12.2.2 荷载计算,则Tmax下单跨排架的计算简图,吊车左行时刹车,吊车右行时刹车,12.2.2 荷载计算,风荷载基本风压W0(kN/mm2)荷载规范风荷载标准值Wk(kN/mm2),12.2.2 荷载计算,排架上风荷载的简化：,柱顶以下：简化为均布荷 载 q1、q2 z按柱顶标高取值；柱高度近似取柱全高。,12.2.2 荷载计算,屋盖部分：简化为作用在 柱顶的水平集 中荷载,z取值：无天窗时，按檐口标高取；有天窗时，按天窗檐口标高取。,12.2.2 荷载计算,的计算,则，风荷载下排架计算简图为：,12.2.2 荷载计算,(1)恒载下,(2)屋面活荷载下,(4)吊车水平荷载下,(3)吊车竖向荷载下,(5)风荷载下,12.2.3 用剪力分配法计算等高排架,等高排架：柱顶水平位移相等的排架,1.柱顶作用水平集中力时的剪力分配,剪力分配：即一个柱顶作用水平集中力F的等高排架，每个柱承担的剪力Vi与其本身的抗剪刚度 成正比,水平集中力F可按柱的抗剪刚度比例分配给每个柱,从而求得每个柱的剪力。,对单阶悬臂柱，当单位力1作用于柱顶时，柱顶产生水平位移,推导如下：由结构力学知：,其中,为柱的“抗剪刚度”,13.2.3 用剪力分配法计算等高排架,柱顶作用集中力F时的各柱剪力计算,取横梁为隔离体，可得,1,2,3,则,任意荷载作用时的剪力分配步骤：(1)在排架柱顶附加一不动铰支座，求出不动铰支座的水平反力R和排架柱内力；,(2)撤销附加的不动铰支座，将其反力R反向作用与柱顶，用剪力分配法求出排架柱的内力；,(3)叠加排架柱的内力，画出内力图。,各种荷载下不动铰支座反力R可由 表2.5.2求得,如：,叠加(1)、(2)内力即得。,12.2.4 排架结构考虑整体空间作用的计算,厂房整体空间作用：由于纵向构件的联系，厂房横向排架之间、排架与山墙之间彼此牵制、协同工作，这种相互联系的整体作用，称为厂房的空间作用。,ub,空间作用的规律 有山墙 无山墙局部荷载 均布荷载无檩屋盖 有檩屋盖,规范规定：计算排架内力时，仅对吊车荷载考虑厂房的空间作用。,为衡量空间作用的大小的分配系数，称为空间作用分配系数。厂房的空间作用越大，越小。,考虑厂房空间作用的内力计算步骤：(1)在排架柱顶附加一不动铰支座，求出不动铰支座的水平反力R和排架柱内力；(2)撤销附加的不动铰支座，将其反力R乘以反向作用与柱顶，用剪力分配法求出排架柱的内力；(3)叠加排架柱的内力，画出内力图。,如：,A,叠加(1)、(2)内力即得。,12.2.5 内力组合,目的：找出危险截面上的最不利内 力（或内力组合）。,排架柱的控制截面控制截面：对构件配筋起控制作用截面。,-:上柱下截面-:下柱上截面（牛腿顶截面）-:下柱下截面,2 控制内力对偏心柱，一般最不利内力出现在以下四种情况下。,对大偏压柱,还应考M较Mmax略小,但它所对应的N却减小很多的情况。,如何找到控制截面的最不利内力呢？,荷载组合,活荷载同时出现，使内力达到最不利的可能性,几种活荷载同时作用又同时达到最大值的可能性不大引入活荷载组合系数,注：当恒荷载效应对结构有利时，恒荷载分项系数取1.0。,根据荷载规范，对排架结构按下列荷载组合确定最不利内力：,注意几点:(1)内力组合不是荷载相加，而是相应内力叠加；,(2)恒载必参加组合；,(3)每次组合以一种内力为组合目标决定荷载项的取舍；,(4)当取Nmax、Nmin为组合目标时，应使相应的M尽可能的大；,(5)风荷载有左风、右风两种，每次组合只取一种；,(6)对吊车荷载：有T必有D，有D未必有T；Dmax、Dmin同时存在。,1.2*1+1.4*3+1.4*(0.7*5+0.6*6),318.7,1341.2,1.2*1+1.4*6,119.5,581.0,1.35*1+1.4*0.7*(3+5+6),270.4,1.2*1+1.4*3+1.4*(0.7*2+0.7*5+0.6*6),308.6,1410.7,1.35*1+1.4*0.6*6,653.7,99.2,1.35*1+1.4*(0.7*2+0.7*3+0.7*5+0.6*6),1255.0,1.2*1+1.4*2+1.4*(0.7*3+0.7*5+0.6*7),607.5,1.35*1+1.4*(0.7*2+0.7*3+0.7*5+0.6*7),641.4,-79.2,1.0*1+1.4*4+1.4*(0.7*2+0.7*5+0.6*7),-276.0,832.1,注意：由永久荷载效应控制的组合：恒荷载的分项系数为1.35，活荷载的分项系数为1.4，但全部活荷载均乘以组合系数当荷载对结构有利时（多为恒载），其荷载的分项系数取1.0,12.2.6 排架计算中的两个问题,纵向柱距不等的排架内力计算计算单元及计算简图,当屋面刚度较大或设有可靠的下弦纵向水平支撑时。,内力计算恒载、风荷载等作用下同一般排架但对 合并柱应还原：即将计算结果除2；柱不变,吊车荷载下吊车位置使中间排架产生Dmax,Dmin 和 Tmax,注:合并排架在吊车荷载下的轴向力应根据实际算。如 N2=D2max,B,合并排架的吊车竖向及水平荷载为:,排架的水平位移计算验算目的吊车运行要求 当柱满足表2.4.2尺寸要求时，可不验算。验算位置 Tmax作用点K处k按结力方法计算，考虑一台最大吊车的作用 其中柱截面抗弯刚度,中、轻级（A1A5）,重、特重级（A6A8）,露天栈桥柱,满足的条件,12.6 单层厂房柱,12.6.1 柱的形式,12.3.1 柱的形式,12.6.2 矩形柱的设计,设计内容:一、使用阶段二、施工阶段,1、截面尺寸和外形构造尺寸保证柱的承载力和刚度（见表2.4.2）,2、截面设计根据最不利内力按偏压构件计算。,2、截面设计 需注意的是，对于排架柱，考虑二阶效应的弯矩设计值按下式计算（与上册偏压构件不同）：,一阶弹性分析柱端弯矩设计值,排架柱计算长度，见教材附表,截面曲率修正系数,初始偏心距,轴向压力对截面重心的偏心距,附加偏心距,3 构造要求：砼等级；纵筋及构造纵筋；箍筋构造模板图,12.3.2 排架柱的设计,（书 p）图见下页,4、施工阶段计算注意事项：安全等级：较使用阶段降一级；荷载：自重动力系数；砼等级：按与各施工阶段相应的实际强度；计算简图：按吊装、运输等阶段实际受力情况简化；控制截面：找跨内最大弯矩、支座最大弯矩和剪力 截面。,12.6.3 牛腿设计,分类短牛腿：长牛腿:h0牛腿与下柱交接处的竖直截面的有效高度；a竖向力Fv作用点至下柱边缘的距离。,深梁悬臂梁,短牛腿的试验研究及破坏形态弹性阶段主拉、主压应力迹线：,(2)裂缝出现及开展,弯曲破坏（弯压破坏）斜压破坏、斜拉破坏纯剪破坏（剪切破坏）局部受压破坏,(3)破坏形态,斜拉破坏,牛腿设计内容：确定牛腿截面尺寸（b与柱同宽，h？）承载力计算(As)配筋构造(纵筋、箍筋、弯筋),Fvs,Fhs,h 确定以斜截面抗裂度为控制条件 满足构造要求,牛腿尺寸及钢筋配置,h应满足的构造要求：h1应;45o垫板尺寸应满足：,若不满足：加大垫板尺寸 提高砼强度 设置钢筋网片等,As计算计算简图三角桁架。,由 得：,若近似取Z0.85h0，则得：,(1)纵筋：,根数4根，且不能下弯兼作弯起钢筋，宜用：HRB400或HRB500，布置如下图。,当 a 0.3h0，取 a=0.3h0。,则得：,(3)构造要求：,水平箍筋：直径：d=612mm;间距：100150mm布置要求：上部2/3范围的水平箍筋总截面面积1/2As(竖),弯起筋：,时设弯筋；,宜用：HRB400或HRB500；直径：12mm；布置范围：l/6 l/2；数量：Asb1/2As(竖)，且2根。,作业：,12.7 柱下独立基础,12.7.1 柱下独立基础的形式扩展基础：阶梯形、锥形带短柱扩展基础,12.7.2 柱下独立基础的设计,设计内容：底面尺寸按地基承载力和变形条件确定基础高度按抗冲切承载力确定底板配筋按受弯承载力计算满足构造要求绘施工图,按地基承载力和变形条件确定假定：基础为刚性 基底压应力线性分布荷载：柱根截面的 弯矩、轴力、剪力；基础梁传来的偏心竖向力；基础与回填土自重G。,汇总成作用于基础底面的弯矩、轴力和剪力,底面尺寸确定,(1)轴心受压柱下基础,m基础及基础上方土的 重力密度；d-基础的埋深,偏心受压基础,确定步骤：计算A轴A偏=(1.21.4)A轴初步确定 底面边长 求基底压 力pkmax,pkmin 验算基底 压力若不满足，调整底面边长。,可见：当e 0，地基反力为梯形分布，(a)图；当e=b/6，pkmin=0，地基反力为三角形分布，(b)图；当e b/6，pkmin 0，不可能。说明地基与基础已脱离，地基反力为三角形分布，(c)图。,对(c)图，根据力的平衡和作用点位置，可推得pk,max和a,应满足条件：,基础高度h确定,h 应满足,冲切破坏及引起原因,抗冲切验算验算截面：柱根及变阶处,at、ab冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上、下边长，ab=at+2h0,Pj荷载设计值下基底单位面积上的土反力，可扣除基础自重和其上土的自重，偏压取大值,应满足：,截面高度影响系数,基础底板配筋计算,计算简图：倒置悬臂梁荷载：地基净反力控制截面：柱根(-)、(-)；变阶(-)、(-)。,设沿长边b方向，对-截面的弯矩为M；沿短边l方向，对-截面弯矩为M，,以轴压基础柱根截面为例，,则，沿长边b方向的钢筋截面面积近似计算为：,h01-截面的有效高度，h01=h-as1,-截面：,同理-截面：,对偏压基础：,沿弯矩方向任意截面I-I处，及垂直于弯矩方向任意截面II-II处的弯矩为：,构造要求,基础底面形状及尺寸混凝土强度等级底板钢筋预制基础杯口形式及柱的插入深度,看书,基本要求：掌握单层厂房结构的组成及布置，掌握支撑的作用，熟悉布置原则;掌握排架结构的计算（1）各种荷载作用下的计算简图；（2）吊车荷载Dmax、Dmin、Tmax的计算（影响线）（3）风荷载的计算（4）顶点水平集中力时的剪力分配法（5）任意荷载下排架的内力计算；（6）排架柱的控制截面、最不利内力，内力组合的方法。熟悉厂房的空间作用；,基本要求：掌握钢筋砼排架柱的设计方法，熟悉配筋构造；掌握牛腿的受力特点、破坏形式及设计要点；掌握柱下单独基础的计算：计算内容及步骤，计算方法。了解其他构件（屋面板、檩条、天窗架、托架、吊车梁、基础梁等）的形式、特点和适用性；,
