《排架计算》PPT课件.ppt
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1、2单层厂房排架内力计算,单层厂房结构实际上是一空间结构体系,为了计算方便,一般分别按纵、横两个方向作为平面排架来分析,即假定各个横向平面排架(或纵向平面排架)均单独工作。纵向平面排架是由柱列、基础、连系梁、吊车梁和柱间支撑等组成。由于纵向平面排架的柱较多,抗侧刚度较大,每根柱承受的水平力不大,因此往往不必进行计算,仅当抗侧刚度较差、柱较少、需要考虑水平地震作用或温度内里时才进行计算。,2.1.1 计算假定和计算简图,排架计算是为柱和基础设计提供内力数据的,主要内容为:确定计算简图、荷载计算、柱控制截面的内力分析和内力组合。计算单元:单层厂房是一个复杂的空间结构,实际计算时,可根据厂房的构造和荷
2、载特点进行简化并确定计算简图。由相邻柱距的中部截取一个典型区段,称为计算单元,如图2.1所示。图中斜线部分就是除吊车等移动的荷载以外的排架的负荷范围,或称荷载从属面积。,图2.1 排架计算单元及计算简图,为简化计算,根据构造特点,对确定排架的计算简图时,有以下计算假定:(1)屋架或屋面大梁与柱顶连接处,仅用预埋钢板焊牢,它抵抗转动的能力很小,计算中只考虑传递垂直力和水平剪力,按铰接结点考虑。(2)排架柱与基础的连接做法是:预制柱插入基础杯口一定深度,柱和基础间用高强度等级细石混凝土浇筑密实。因此排架柱与基础连接处按固定端位于基础顶面。,(3)铰接排架的横梁(屋架)的刚度很大,受力后的轴向变形可
3、忽略不计。排架受力后横梁两端两个柱子的柱顶水平位移相等。(4)排架柱的高度由固定端算至柱顶铰接处,排架柱的轴线为柱的几何中心线。当柱为变截面时,排架柱的轴线为一折线,如图2.2(a)、(b)所示。(5)排架的跨度以厂房的纵向定位轴线为准,计算简图如图2.2(c)所示。只需在变截面处增加一个力偶M,M等于上柱传下的竖向力乘以上下柱几何中心线间距离e。,图2.2 排架计算简图,柱总高H2=柱顶标高+基础底面标高的绝对值初步拟定的基础高度;上部柱高H1=柱顶标高轨顶标高+轨道构造高度+吊车梁支撑处的吊车梁高;上、下部柱的截面弯曲刚度EI1、EI2,由混凝土强度等级以及预先假定的柱截面形状和尺寸确定。
4、这里I1、I2分别为上、下部柱的截面惯性矩。,2.1.2 排架荷载计算,作用在排架上的荷载分为恒荷载和活荷载两类,如图2.3所示。恒荷载一般包括屋盖自重,上柱自重,下柱自重,吊车梁和轨道零件自重,以及有时支撑在牛腿上的维护结构等重力等。活荷载一般包括屋面活荷载,吊车荷载,均布风载,以及作用在屋盖支撑处的集中风荷载等。集中荷载的作用点要根据实际情况确定。当采用屋架时,屋盖荷载可以认为是通过屋架节点处上弦与下弦中心线的交点作用在柱上的;当采用屋面梁时,可认为是通过梁端支撑垫板的中心线作用在柱顶的。,各种恒荷载的数值可按材料重力密度和结构的有关尺寸由计算得到,标准构件可以从标准图上直接查得。在排架计
5、算中,取恒荷载的荷载分项系数G=1.2。(1)屋面恒荷载屋面恒荷载标准值用G1k表示,设计值用G1表示,它包括各种构造层屋面板、天沟板、屋架、天窗、天窗架、屋架支撑、托架等自重。一般来说,G1对上柱截面的几何中心有一个偏心距e1,G1对下柱截面的几何中心又增加了附加偏心距e2,如图2.3所示。,2.1.2.1 恒荷载,(2)上柱自重上柱自重标准值用G2k表示,设计值用G2表示,它沿上柱中心线作用。(3)吊车梁及轨道等零件自重标准值用G3k表示,设计值用G3表示,它沿吊车梁中心线作用于牛腿顶面,一般吊车梁中心线到柱外边缘(边柱)或柱中心线(中柱)的距离为750mm。(4)下柱自重下柱自重标准值用
6、G4k表示,设计值用G4表示,它沿下柱中心线作用。,(5)支承在柱牛腿上的围护结构等自重 支承在柱牛腿上的围护结构等自重标准值用G5k表示,设计值用G5表示,它沿承重梁中心线作用在柱牛腿顶面。(6)墙体荷载当墙直接砌筑在基础梁上或大型墙板直接搁置在基础上时,它们对排架柱无竖向作用力,它们对排架的作用是传递墙面上的水平风荷载给排架柱。,图2.3 排架上的荷载,图2.4 排架在屋面恒荷载作用下的计算简图和柱的内力图,屋面活荷载标准值用Q1k表示,设计值用Q1表示,作用点和计算简图与屋盖恒荷载相同。屋面活荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载三种。均按屋面的水平投影面积计算。(1)屋面均布活荷载屋
7、面均布活荷载按荷载规范采用。对不上人屋面,其屋面均布活荷载标准值为0.5KN/m2。,2.1.2.2 屋面活荷载,(2)雪荷载雪荷载是积雪重量,为积雪深度和平均积雪密度的乘积。屋面雪荷载标准值Sk计算式为:Sk=rS0Sk雪荷载标准值r屋面积雪分布系数,r=1S0基本雪压(KN/m2)基本雪压一般是根据年最大雪压进行统计分析确定的。在我国,基本雪压是以一般空旷平坦地面上统计50年一遇重现期的最大积雪自重给出的。,(3)积灰荷载对生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑物应考虑积灰荷载,可由荷载规范查得。排架计算时,屋面均布活荷载不与雪荷载同时组合,仅取两者中的较大值。屋面灰积荷载应与雪荷载和屋面均布
8、活荷载两者中的大值同时组合。屋面均布活荷载、雪荷载、屋面积灰荷载都属于可变荷载,都按屋面水平投影面积计,其荷载分项系数都取Q=1.4。,吊车按生产工艺要求和吊车本身构造特点有多种不同的型号和规格。桥式吊车为厂房中常用的一种吊车形式,桥式吊车由大车(桥架)和小车组成,大车在吊车梁的轨道上沿厂房纵向行驶,小车在大车桥架的轨道上沿横向运行;带有吊钩的起重卷扬机安装在小车上,如图2.5所示。,2.1.2.3 吊车荷载,吊车对排架的作用有竖向荷载、横向水平荷载和纵向水平荷载,现分别叙述如下:(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载是一种通过轮压传给排架柱的移动荷载,由吊车额定起重量、大车自重、小车自重三部分组成。
9、如图2.5所示。当小车吊有额定起重质量开到大车某一极限位置时,如图2.5所示。在这一侧的每个大车的轮压称为吊车的最大轮压标准值Pmax,k,在另一侧的轮压称为最小轮压标准值Pmin,k,Pmax,k与Pmin,k同时发生。,图2.5桥式吊车荷载,对于四轮吊车的最小轮压标准值Pmin,k可按下式计算:Pmin,k=1/2(Qbk+Qlk+Qck)-Pmax,kQbk、Qlk分别为大车、小车的自重标准值,以“KN”计,等于各自的质量m1、m2(以“t”计)与重力加速度g 的乘积,Qbk=m1 g,Qlk=m2 g;Qck与吊车额定起重质量Q相对应的重力标准值,以“KN”计,等于以“t”计的额定起吊
10、质量Q与重力加速度g 的乘积,Qck=Q g,每榀排架上作用的吊车竖向荷载指的是几台吊车组合后通过吊车梁传给柱的可能的最大反力。由于吊车荷载是移动荷载,每榀排架上作用的吊车竖向荷载组合值需用影响线原理求出。作用在排架上的吊车竖向荷载的组合值与吊车的台数及吊车沿厂房纵向运行所处位置有关。当两台吊车挨紧并行,且其中一台起重量较大的吊车轮子正好运行至计算排架上,而两台吊车的其余轮子分布在相邻两柱距之间时,吊车竖向荷载组合值可达最大,如图2.6所示。,图2.6 简支吊车梁的支座反力影响线,由于多台吊车共同作用时,各台吊车荷载不能同时达到最大值,因此应将各吊车荷载的最大值进行折减。当两台吊车完全相同时,
11、其标准值Dmax,k、Dmin,k按下列公式计算:Dmax,k=yiPmax,kDmin,k=yiPmin,k=Dmax,kPmin,k/Pmax,kyi各大轮子下影响线纵标值的总和;多台吊车的荷载折减系数,按建筑结构荷载规范选取。,吊车竖向荷载Dmax,k和Dmin,k沿吊车梁的中心线作用在牛腿顶面。它们是相对于下柱截面具有偏心距e4的偏心压力。Dmax,k和Dmin,k应换算成作用于下柱顶面的轴力和力矩,如图2.7(a)所示。e4_ 吊车梁支座刚垫板的中心线至下部柱轴线的距离。,吊车最大轮压的设计值Pmax=QPmax,k,吊车最小轮压的设计值Pmin=QPmin,k,故作用在排架上的吊车
12、竖向荷载设计值Dmax=QDmax,k,Dmin=QDmin,k,这里的Q是吊车荷载的荷载分项系数,Q=1.4。由于Dmax可以发生在左柱,也可以发生在右柱,因此在Dmax和Dmin作用下单跨排架的计算应考虑左右两种荷载情况。,(2)吊车横向水平荷载T吊车横向水平荷载是指载有重物的小车在左右行驶中突然刹车时,由于重物Qck和小车Qlk的惯性力而在厂房排架柱上所产生的横向水平制动力。横向制动力应等分作用在排架的两侧柱子上,它的方向有左右两种可能性,如图2.7(b)所示。吊车横向水平制动力本应按两侧柱子的刚度大小分配,但为简化计算,荷载规范允许近似地平均分配给两侧排架柱,如图2.8所示。,图2.7
13、 吊车荷载,图2.8 吊车横向水平制动力,对于各类四轮桥式吊车,当其小车满载运行中突然刹车时,在大车每一轮子上所产生的横向水平制动力的标准值为:Tk=1/4(Qck+Qlk)吊车横向水平荷载系数,现行建筑结构荷载规范规定:对于软钩吊车:当额定起重量Q 10t时,=0.12;当额定起重量15t Q 50t时,=0.10;当额定起重量Q 75t时,=0.08;对于硬钩吊车取=0.20。,每个大车轮传给吊车轨道的横向水平制动力T确定后,即可按计算吊车竖向荷载Dmax,k和Dmin,k的方法计算Tmax,k:Tmax,k=Tk yi=1/4(Qck+Qlk)yi,如果两台吊车作用下的Dmax,k以求得
14、,则两台吊车作用下的Tmax可直接由Dmax求得 Tmax=Dmax Tk/Pmax,k,(3)吊车纵向水平荷载T0吊车纵向水平荷载T0是指吊车沿厂房纵向运行中突然刹车时,由吊车自重和吊重物的惯性力在厂房纵向排架柱上所产生的水平制动力,它是通过每侧的制动轮传至两侧吊车轨道,然后再由吊车梁传给纵向柱列或柱间支撑,如图2.8所示。每台吊车纵向水平制动力的标准值为:T0,k=n/10Pmax n吊车一边轨道上的刹车轮数,图2.9 吊车纵向水平荷载,【例2.1】有单跨单层厂房,跨度为24m,柱距为6m,设计时考虑两台As级工作制20/5t桥式软钩吊车,求作用于排架柱上的Dmax,k、Dmin,k、Tm
15、ax,k。【解】(1)查ZQ162得:吊车桥距lK=22.5m时,吊车最大宽度B=5600mm;大车轮距K=4400mm;小车重Qlk=77.2kN;吊车最大轮压Pmax,k=202kN;吊车最小轮压Pmin,k=60kN。,(2)确定吊车的最不利位置及柱支座反力影响线,如图2.8所示。(3)计算Dmax,k、Dmin,k、Tmax,k查表得折减系数=0.9。Dmax,k=yiPmax,k=387.23kNDmin,k=Dmax,kPmin,k/Pmax,k=75.02kN Tk=1/4(Qck+Qlk)=6.93kN Tmax,k=Tk yi=13.28kN,图2.10 吊车梁反力影响线,垂
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