混凝土结构中册 ppt课件 第12章单层厂房.ppt

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1、第12-1章 单层厂房 The Single-story Factory Building,第一节 概述排架结构：由梁（或桁架）和柱铰接、柱与屋架铰接，与基础刚接而构成的单层框架；刚架结构：柱与横梁刚接，与基础铰接。,Frame structures,第二节 结构组成与结构布置一、结构组成 1、屋盖结构（有檩体系、无檩体系）屋面板、屋架(或屋面梁)、屋盖支撑、(天窗架、托架)功能：承受屋面荷载；围护(抗风、雨、隔热),2、横向平面排架 屋架(或屋面梁)、横向柱列、基础 基本承重结构 功能：承受厂房的竖向荷载、横向水平荷载及横向水平地震作用。3、纵向平面排架 纵向柱列、吊车梁、连系梁、基础、柱间

2、支撑 功能：承受纵向水平荷载（山墙风荷载、吊车纵向水平荷载）以及 温度变化引起的内力；保证厂房结构的纵向稳定性和刚度。4、围护结构 纵墙、山墙、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁、基础梁,吊车竖向荷载屋面荷载(雪/检修/灰)墙体自重 吊车横向水平荷载吊车纵向水平荷载纵墙风荷载山墙风荷载,水平荷载,排 架 柱,竖向荷载,二、荷载传递路线,横向平面排架主要荷载示意图,1、山墙与横向定位轴线的联系由于山墙内侧抗风柱上柱需与屋架上弦连接的构造需要，端部柱截面中心线应自横向定位轴线向内移600mm。,补充知识:,单层工业建筑设计,一、定位轴线,2、横向伸缩缝与横向定位轴线的联系,采用双柱处理，应设两条横向定位轴

3、线，两侧柱中心自定位轴线向两侧内移600mm。两条定位轴线间的距离称做插入距，等于变形缝宽。,3、外纵墙、边柱与纵向定位轴线的联系,（1）封闭式结合 即边柱外缘与纵向定位线相重合。此时吊车端部外缘至上柱内缘的安全净空尺寸满足要求。屋面板全部采用标准板，不需设补充构件，具有构造简单、施工方便等优点。,（2）非封闭式结合 边柱外缘与纵向定位轴线间有一定的距离。屋面板只能铺至定位轴线处，与外墙内缘出现了非封闭的构造间隙，需要非标准的补充构件板，构造复杂，施工较为麻烦。,二、柱顶标高H的确定,对于有吊车工业建筑：计算公式：H=H1+h6+h7,H 柱项标高（m），必须符合3M的模数,H1 吊车轨顶标高

4、，为牛腿顶面标高（3M 或6M模数）与吊车 梁高、车轨高及垫层厚之和，一般由工艺设计人员提出。,h6 吊车轨顶至小车顶面的高度（m），根据吊车资料查出。,h7 小车顶面到屋架下弦底面之间的安全净空尺寸（mm）。按国家标准及根据吊车起重量可取300、400、500mm。,三、结构布置 平面设计：柱网布置，吊车梁，维护墙布置，屋面梁，天沟板 布置，基础与基础梁布置等。剖面设计：柱顶标高、轨顶、地坪标高；过梁、圈梁、门窗洞 口位置等。（立面设计）,1、柱网布置（确定跨度和柱距）一般情况：端部横向定位轴线与山墙内缘重合,山墙内侧第一排柱中心内移600mm；变形缝两边的横向定位轴线向两边移动600mm.

5、横向排架中柱的纵向定位轴线于柱中心；边柱纵向定位轴线与纵墙内缘、柱外缘重合（封闭式）。,柱网布置应符合厂房建筑模数协调标准GBJ6-68 跨度在18M和18M以下时，采用30M的模数；跨度在18M以上时，采用60M的模数。,2、变形缝 变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。1）伸缩缝-结构体系很长，温度应力过大时,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。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。3、支撑布置 支撑的作用：保证结构稳定性、增强厂房的空间刚度、传递水平 荷载(风荷载、吊车荷载)、施工

6、、安装的稳定。,4、抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁(1)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：A、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；B、保证在竖向应允许两者之间有一定相对位移的可能性。（2）圈梁、连系梁、过梁和基础梁 圈梁-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-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（分承重和非承重）。过梁-作用是承受门窗洞口上的墙体重量。基础梁-作用是承受围护墙体的重量。,四、单层厂房结构构件选型(自学),说明：1、天沟板和嵌板的选用，可以屋架模板图或屋

7、架与屋面板连接位置图根据；2、在吊车轨道连接图集中，选用轨道连接应与吊车梁配套，还应选车挡；另外，还应查取连接件自重、轨顶至吊车梁距离；3、支撑和系杆的布置应参照折线形屋架图集。,第三节 排架计算a、计算若干榀代表性的横向平面排架；b、一般可不计算纵向排架，但抽柱、纵柱根数7、抗震时考虑空间整体 作用的计算，进行修正。一、计算简图 1、计算单元：相邻柱距的中心线截出的一个典型区段，称为排 架的计算单元。受荷范围：宽度（开间、柱距）；跨度（进深）；高度,2、计算假定(1)屋架(或屋面梁)与柱为铰接，只传递N、V，M0(2)柱底嵌固于基础；(3)忽略屋架(或屋面梁)的轴向变形；(4)屋架(或屋面梁

8、)简化为直线，柱按上下截面形心线简化为直线或折线。计算简图的要素：计算模型（体系、支座、几何尺寸）计算荷载（大小、方向、位置）,二、荷载分析,1、永久荷载(1)屋架自重:柱顶以上所有永久荷载的总和G1通过屋架的 支点作用于柱顶。作用点位于厂房定位轴线 内侧150mm处。,(2)上柱自重G2：上柱自重G2对下柱的偏心距为e2，则G2 对下柱的偏心距为（3）下柱自重G3：作用于下柱，与下柱中心线重合；（4）吊车梁及轨道等自重G4，M4=G4e4,2、可变荷载,（1）屋面活荷载：A、屋面均布活荷载：查规范。B、雪荷载：式中，Sk为雪荷载标准值；为屋面积雪分布系数，近似取1；S0为基本雪压(kN/m2

9、)：它是以一般空 旷平坦地面上统计所得50年一遇最大 积雪自重确定的。注：活荷载与雪荷载取大值参与荷载组合。C、积灰荷载：查阅荷载规范。,（2）吊车荷载,吊车工作级别按利用等级、载荷状态分为8级：A1A8。,A、作用于排架柱的吊车竖向荷载Dmax(或Dmin)最大轮压Pmax,k：小车在额定起重量并开到大车的极限位置时，在大车该侧的车轮产生的轮压。最小轮压Pmin,k：此时另一侧的轮压。,Pmax,k可以根据吊车型号、规格等条件查阅有关资料。,式中，,和,分别为大车和小车的自重（标准值），均以吨计；,为吊车的额定起重量；,最大轮压设计值Pmax和最小轮压设计值Pmin如下：,柱最大竖向吊车荷载

10、Dmax，Dmin根据简支吊车梁反力影响线计算。,Dmax,kP1max,k(y1y2)P2max,k(y3y4)，式中：P1max,k、P2max,k2台吊车的最大竖向轮压标准值(P1max,k P2max,k),多台吊车的荷载折减系数（与吊车工作制、参与组合的吊车台数 有关）;,Dmax和Dmin对下柱都是偏心压力，转换成作用在下柱顶面的轴向压力和弯矩。,e4吊车梁支座钢垫板 的中心线至下柱轴 线的距离。,注：表示不相容,B、作用于排架柱的吊车横向水平荷载Tmax,Tmax即小车吊起额定Q、在启动和刹车时产生的惯性力。吊车的横向刹车力平均传给两侧的结构。对于Q不超过50T的吊车，每一个大车

11、轮传递的水平荷载为：,吊车横向水平荷载系数 0.080.20，与吊车吨位、软硬钩有关；,在计算Tmax作用下的排架结构内力时，无论是单跨还是多跨 最多考虑两台吊车同时刹车。,C、吊车纵向水平荷载T0,吊车纵向水平荷载是桥式吊车在厂房纵向启动和刹车时产生的惯性力。对于单跨和多跨厂房只考虑两台吊车同时刹车。,n为吊车每侧的制动轮数，对于一般四轮吊车n=1.,（3）风荷载,A、风荷载标准值：w0基本风压值（kN/m2），由在空旷平坦地面10m处 50年一遇的10分钟平均最大风速得出，苏州w00.4kN/m2。z高度z处的风振系数，单层厂房z1.0。s风荷载体型系数，即风作用在建筑物表面所引起的实 际

12、风压(压力或吸力)与基本风压的比值。压力：“”；吸力：“”。z风压高度变化系数，不同高度对风速的影响取值，与 地面粗糙程度（A、B、C、D四类）有关。A 为平坦空旷地区。,B、风荷载计算：（）作用在柱顶以下的风荷载按均布荷 载q1、q2计算。z按柱顶标高取值；（）作用在柱顶以上的风载简化为作用在柱顶的水平 集中力FW。无天窗时，z按厂房檐口标高取值；有天窗时，z按天窗檐口标高取值。,FW,（）风荷载计算简图,三、等高排架内力分析 等高排架：柱顶水平位移相等的排架。,称为水平柔度，即单位水平力作用下，柱顶产生的水平位移。其值可查表得到。称为抗剪刚度或抗侧移刚度，即柱顶产生单位水平位移所需施加的力

13、。,1、柱顶作用水平集中力时（剪力分配法）各柱柔度ui由力法计算或查表得 各柱顶剪力：各柱顶剪力之和：由此得到：,P,柱列总抗剪刚度柱顶水平剪力是按其抗侧移刚度分配,可按独立悬臂柱计算其内力和位移。,（1）在柱顶附加不动铰支座，利用图表求出内力和支座反力R；,（2）撤除不动铰支座，将支座反力R反向作用于柱顶，求排架内力；,（3）将上述两种情况的内力叠加。,2、任意荷载作用时的剪力分配,以两跨吊车横向水平荷载为例：A B柱上有吊车横向水平荷载Tmax，求柱内力。,+,作业 已知：风荷载作用下排架的计算简图。相关参数：Hu/H 0.295，nIu/Il0.148，A0.3，B0.4，C0.3 求：

14、风荷载作用下排架的内力。要求：程序完整，步骤无缺(包括简图、公式、数据、结果及结论)。计算精度：kN、kNm：0.1、0.01、mm、mm2：1.0、0.1 参数：0.001,解：1、设附加支杆，求Ri、R 查教材附录，得：RAq1HC113.2312.90.34114.2kN（）RB0 RCq2HC111.6212.90.3417.1kN（）RFWRARBRC11.314.27.132.6kN（）2、撤附加支杆，R反向作用于柱顶，求Vi R R32.6kN（）VA14.20.3 32.64.38kN（）VB0.4 32.612.9kN（）VC7.10.3 32.62.7kN（）,3、求各柱的

15、内力A柱：M10.53.23 3.824.38 3.86.68kNm M3=0.5 3.23 12.924.38 12.9212.3kNm V33.23 12.94.3837.2kN（）B柱：M112.9 3.849kNm M312.9 12.9166.4kNm V312.9kN（）C柱：M12.7 3.80.5 1.62 3.8222kNm M32.7 12.90.5 1.62 12.92169.6kNm V32.71.62 12.923.6kN（）4、排架内力图（各柱柱底剪力标注于其上）5、由结构对称性，可求右风荷载作用下排架的内力。,四、不等高排架的内力分析（自学）采用力法:用未知力Xi

16、 代替排架的多余连系的作用,根据变形协调的条件,建立力法方程,求解Xi,由力平衡条件求排架的内力。X111+X212+Xi1i+Xn1n+1p=0X221+X222+Xi2i+Xn2n+2p=0.Xnn1+X2n2+Xini+Xnnn+np=0,式中的 可由公式直接求得：ii=H3/EIiCoij、ip 可用结构力学方法求出：对于单层厂房 的变阶柱，、ip可查表格得出；,ii,ij,解:将原结构的多余连系两横梁截断,代以X1 X2.列典型力法方程为:X111+X212+1p=0 X221+X222+2p=0求出系数,n,C0求系数ij,ip,3.解方程，求X1 X2 4.画排架内力图。,两跨不

17、等高排架的内力分析,五、内力组合 目的-求出控制截面的最不利内力,作为柱和基础设计的依据.1、控制截面-对柱配筋和基础设计起控制作用的截面 上柱底面1-1 牛腿顶面2-2 下柱底面3-3 设计柱下基础的依据,2、荷载效应组合 为了求出控制截面的最不利内力,就必须按这些荷载同时出现的可能性进合理组合（考虑可变荷载的组合值系数）。,对于一般的排架、框架结构，基本组合可采用简化公式：,1）由可变荷载效应控制的组合：,2）由永久荷载效应控制的组合：,3、内力组合（1）一般考虑的四种组合,每次组合以一个目标项来确定选用项+Mmax及相应的 N、V；-Mmax及相应的 N、V；（对称配筋时 和合并为一种）

18、Nmax及相应的 M、V；Nmin及相应的 M、V；内力组合时应注意:（1）永久荷载在任何组合时都应存在:（2）吊车荷载Dmax应当分别作用在左柱和右柱；（3）有Tmax必有Dmax;而有Dmax可无 Tmax,；但是用Dmax时要 考虑Tmax的两向性;（4）风荷载作用考虑左右两种方向的情况；（5）求 Nmax 或 Nmin 时,应选取 M 较大者,有M而无N 者亦应选为组合项;（6）柱底剪力对基底弯矩有较大影响,不可忽略。,（2）受压构件NM相关性曲线,偏心受压柱不利内力组合规律：1）M愈大愈不利；N相近，取|M|较大者；2）对于大偏压，M不变，N愈小愈不利；M相近，取N较小者；3）对于小

19、偏压，M不变，N愈大愈不利；M相近，取N较大者。例题1 已知两组内力，经判断均为小偏压，计算长度l0相同，其它条件相同。问：哪组内力控制AsAs？N1200kN，M150kNm N800kN，M160kNm,大偏压,例题2 已知A柱内力汇总表（表中内力均为设计值）(按荷载设计值计算，取G1.2，Q1.4)对3-3截面进行内力组合。,3-3截面内力组合表,注：分项系数调整：1.35/1.21.13 3-3截面内力组合有3412组，每柱有31236组，其中上柱有12组，下柱有24组。,注：分项系数调整：1.35/1.21.13 3-3截面内力组合有3412组，每柱有31236组，其中上柱有12组，

20、下柱有24组。,3-3截面内力组合表,六、单厂排架考虑整体空间作用,Fk=mk Fk,mk：为单个荷载作用下的厂 房整体空间作用系数，约为0.800.95。,1、单个荷载作用下的厂房整体空间作用,2、吊车荷载作用下的厂房整体空间作用,第四节 单层厂房柱一、截面尺寸估算与外形构造 二、截面设计 1、确定柱的计算长度；2、工程设计采用对称配筋。（水平作用的对称性；预制柱的吊装；施工中不易产生差错。）,三、吊装计算,3、对称配筋柱大小偏心受压的判别方法：NNb1fcbbh0 NNb为大偏压；NNb为小偏压。,1、在吊装时柱身自重的动力 系数采用1.5；2、吊装时混凝土的强度采用 设计强度的70%；3

21、、计算简图如右图；4、安全等级降低一级；5、如不满足，增加吊点或调整配筋。,四、构造要求（自学）五、牛腿（一）牛腿的作用：支承屋架(屋面梁)、托梁和吊车梁等构件。（二）牛腿的分类：ah0，长牛腿(悬臂梁)；ah0，短牛腿(变截面深梁)。,a牛腿竖向力Fv的作用点至下柱 边缘的水平距离；h0牛腿与下柱交接处的牛腿竖直 截面的有效高度。,（三）牛腿的试验研究,控制裂缝是确定牛腿截面尺寸的主要依据，不允许出现斜裂缝均是指裂缝而言。,（四）牛腿的破坏形态,（五）牛腿的设计确定牛腿的截面尺寸、配筋和构造。1、牛腿截面尺寸的确定（1）牛腿宽度 b柱宽（2）顶面长度 l 及 c l750hubc/2d hu

22、上柱的截面高度 bc吊车梁宽度 d吊车梁边缘至牛腿边缘的距离,Fvk、Fhk作用于牛腿顶面按荷载标准组合计算的竖向力和水平力；（FvkDmax,k+F3,k，FhkTmax,k）F3,k吊车梁、轨道自重标准值；裂缝控制系数，牛腿支承吊车梁时取0.65，其余取0.80；aa0时，取a20mm；a0时，取a0；,（3）牛腿高度h及h1,b牛腿宽度，取柱的截面宽度；h0由上式解方程确定，hh0ash040（按50模数调整）h1:按构造h1h/3且200mm，45。,（4）加载板尺寸满足局部受压承载力的要求，即：Fvk/A0.75fc 式中：A加载板的面积 2、承载力计算与配筋构造 纵向钢筋为拉杆 混

23、凝土斜撑为压杆,三角形桁架,式中：Fv、Fh作用于牛腿顶面的竖向力和水平拉力的设计值；（FvDmax+F3，FhTmax）F3吊车梁、轨道自重设计值；Av承受竖向力所需的水平纵向受拉钢筋 Ah承受水平拉力所需的锚筋 a0.3h0时，取a0.3h0；a0时，按构造配筋。,（1）纵向受拉钢筋（满足正、斜截面抗弯承载力）对下支承点C取力矩，并近似取z0.85h0，as/(0.85h0)0.2；,Av的构造要求：不得兼做弯起钢筋；4 12；0.20.6；要求可靠锚固。Ah的构造要求：2 12，焊在预埋件上。（2）水平箍筋（满足斜截面抗剪承载力）（3）弯起钢筋（限制斜裂缝开展）,按构造确定,第五节 柱下

24、独立基础,1、独立基础形式：,平板式基础(a)、(b)、(c),板肋式基础(d),壳体基础(e),倒圆台板式基础(f),桩基,一、概述,2、作用于基础的力 A、基础顶面的力（上部结构传来）Mck、Nck、Vck柱3-3截面传来的按荷载效应 标准组合计算的弯矩、轴力 和剪力(图示为正方向)；Nwk基础梁传来的墙体荷载标准值,B、基础底面的力（底面几何中心处）Fk基础顶面传来的竖向力，FkNckNwk Gk基础自重和基础上的土重，GkdA G基础及其上土重的平均重力 密度，G20kN/m3 d计算自重时的基础埋深(图示)A基础底面面积 MkMkMckVckHNwkew C、地基反力Pkmax、Pk

25、min,二、确定基础底面积1、轴心受压柱下基础:设d为基础埋置深度，基础和土的平均重度为,室外地坪,0.000,0.000,边柱,中柱,d1,d2,d2,d2,d(d1d2)/2,dd2,3、基础设计的内容,A、地基计算（确定底板尺寸）B、抗冲切承载力计算（确定基础高度）C、受弯承载力计算（确定底板配筋）D、构造（根据工程经验）,2、偏心受压柱下基础假定基础底面的压力按线性分布，基础边缘的最大和最小应力：,M-作用于基础底面的弯矩设计值；W-基础底面面积的抵抗矩，,则当e0,地基反力分布图为梯形；当e=l/6时，pmin=0,地基反力分布图为三角形；当el/6时，pmin0,地基一部分为拉应力

26、,则基础底面的实 际压力分布为3ab,根据平衡关系：,确定偏心受压柱下基础底面尺寸时，应符合下列条件：,a是pmax至(F+G)的距离,确定偏心受压基础底面积的步骤：,（1）按轴心受压基础公式计算，计算基础底面积A1（2）考虑偏心影响，A=（1.11.4）A1（3）确定最大和最小基底压力（4）验算是否满足要求,修改b、L直到符合条件为止。,三、确定基础高度,1、先按构造要求确定2、再验算抗冲切承载力 Fl0.7hpftbmho,Fl-基础底面的冲切力;bm-冲切破坏锥体的中部宽度;,hp-受冲切承载力截面高度影响系数；h=800mm时取1.0，h2000mm时取0.9，中间线性插入。h0-冲切

27、破坏锥体的有效高度；pj-基础边沿处地基最大净反力。,注：当基础底面落在45线内时，可不验算抗冲切。,四、基础底板配筋（满足抗弯承载力和构造要求）在底板两个方向都要配置受力钢筋 1、控制截面：取在柱与基础交接处和基础变处。双阶，4个；锥型基础，2个 2、承载力公式：（取h00.5x0.9h0）,长边：短边：式中：M1沿长边b方向的截面1-1处的弯矩 M2沿短边l方向的截面2-2处的弯矩 h01has，h02h0110mm as：有垫层取45mm，无垫层取75mm 注意：长向筋在下，短向筋在上（M1M2）3、最小配筋率：基础底板受拉钢筋的min0.15 4、局部受压承载力,五、构造要求,杯底厚度、杯壁厚度,杯壁配筋,