单层工业厂房课程设计汇本计算书Word文件下载.docx
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,故
牛腿顶面标高=轨顶标高-
-
=9.6-1.2-0.2=8.2
查附录12得,吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.7m,考虑屋架下弦至吊车顶部所需空间高度为220mm,故
柱顶标高=9.6+2.7+0.22=13.52m,
三.柱的各部分尺寸及几何参数
上柱b×
h=400mm×
400mm(g1=4.0kN/m)
Ai=b×
h=1.6×
105m2
I1=bh3/12=2.13×
109mm4
图1厂房计算简图及柱截面尺寸
下柱bf×
h×
b×
hf=400mm×
800mm×
100mm×
100mm(g2=3.69kN/m)
A2=100×
400×
2+(800-2×
100)×
100+2×
25×
150=1.475×
105mm2
I2=5003×
100/12+2×
(400×
1003/12+400×
100×
3002)+4×
(253×
150/36+343.752×
1/2×
25)=8.78×
1010mm4
n=I1/I2=2.13×
109/(8.78×
109)=0.248
H1=3.6m;
H2=3.6+8.6=12.2m。
λ=H1/H2=3.6/12.2=0.295
四.荷载计算
1.恒荷载
(1)屋盖自重
SBS防水层1.2×
0.1=0.12kN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层1.2×
0.02×
20=0.48kN/m2
大型预应力屋面板(包括灌缝重)1.2×
1.4=1.68kN/m2
总1g1=3.3kN/m2
屋架1.2×
60.5=72.6kN
则作用屋架一段作用于柱顶的自重为:
G1=6×
9×
3.3+0.5×
72.6=214.5kN
(2)柱自重
上柱:
G2=1.2×
3.6×
4.0=17.28kN
下柱:
G3=1.2×
8.6×
3.69=38.08kN
(3)吊车梁及轨道自重:
G4=1.2×
(30.4+0.8×
6)=42.2kN
2.屋面活荷载
由《荷载规》查得屋面活荷载标准值为0.5kN/m2,因屋面活荷载大于雪荷载0.4kN(50年一遇),故不考虑雪荷载。
Q1=1.4×
0.5×
6×
12=50.4kN
3.风荷载
由《荷载规》查得地区基本风压为ω0=0.45kN
风压高度变化系数(按B类地面粗糙度取)为
柱顶:
(按H2=11.5m)μz=1.04
檐口处:
(按H2=13.8m)μz=1.11
屋顶:
(按H2=15.4m)μz=1.15
风荷载标准值:
ω1k=βzμs1μzω0=1.0×
0.8×
1.04×
0.45=0.37kN/m2
ω2k=βzμs2μzω0=1.0×
0.45=0.23kN/m2
则作用于排架上的风荷载设计值为:
q1=1.4×
0.37×
6=3.15kN/m
q2=1.4×
0.23×
6=1.97kN/m
Fw=γQ[(μs1+μs2)μzω0h1+(μs3+μs4)μzω0h2]×
B
=1.4×
[(0.8+0.5)×
1.11×
0.45×
2.3+(-0.6+0.5)×
1.15×
1.6]×
6=11.85kN(屋面坡度为1/8)
风荷载作用下的计算简图如下图:
图2风荷载作用下计算简图
4.吊车荷载
由附表16-2查得Pk,max=180kN;
Pk,min=1/2(G+g+Q)-Pk,max=1/2(228+200)-180=46.5kN
B=5600mm,K=4400mm
则根据支座反力影响线求出作用于柱上的吊车竖向荷载为:
Dmax=φc*γQ*Pk,max*Σyi=0.9×
1.4×
180×
(1+0.267+0.8+0.067)
=483.99kN
Dmin=φc*γQ*Pk,min*Σyi=0.9×
46.5×
=125.03kN
作用于每一轮子上的吊车横向水平刹车力
Fh1=γQ*ɑ/4(Q+g)=1.4×
0.1/4×
(200+77.2)=9.702kN
则两台吊车作用于排架柱顶上的吊车横向水平荷载为
Fh=φc*Fh1*Σyi=0.9×
9.702×
=18.63kN
五.力计算
1.恒荷载
(1)屋盖自重作用
因为屋盖自重是对称荷载,排架无侧移,故按柱顶为不动铰支座计算。
由厂房计算简图及柱截面尺寸图取用计算截面图
图3取用计算截面
e1=0.05m,e0=0.15m,G1=214.5kN,根据n=0.248,λ=0.295查表得C1=1.760,C3=1.268,则可得
R=-G1/H2(e1*C1+e0*C3)=-214.5/12.2×
(0.05×
1.760+0.15×
1.268)=-4.97kN(→)
计算时对弯矩和剪力的符号规定为:
弯矩图绘在受拉一边;
剪力对杆端而言,顺时针方向为正(
),剪力图可绘在杆件的任意一侧,但必须注明正负号,亦即取结构力学的符号。
这样,由屋盖自重对柱产生的力如下图:
图4恒荷载力图
MⅠ=-214.5×
0.05+4.97×
3.6=7.17kN·
m
MⅡ=-214.5×
0.15+4.97×
3.6=-14.28kN·
MⅢ=-214.5×
12.2=28.46kN·
NⅠ=NⅡ=NⅢ=214.5kN,VⅢ=4.97kN
(2)柱及吊车梁自重作用
由于在安装柱子时尚未吊装屋架,此时柱顶之间无连系,没有形成排架,故不产生柱顶反力;
因吊车梁自重作用点距离柱外边缘不少于750mm,则力如下图4所示:
MⅠ=0,MⅡ=MⅢ=+42.2×
0.50-17.28×
0.15=18.51kN·
NⅠ=17.28kN
NⅡ=17.28+42.2=59.48kN
NⅢ=59.48+35.50=94.98kN
2.屋面活荷载作用
因屋面活荷载与屋盖自重对柱的作用点相同,故可将屋盖自重的力乘以下列系数,即得屋面活荷载力分布图如图4所示,其轴向压力及剪力为:
Q1/G1=50.4/214.5=0.235
NⅠ=NⅡ=NⅡ=50.4kN,VⅡ=0.235×
4.97=1.168kN
3.风荷载作用
为计算方便,可将风荷载分解为对称及反对称两组荷载。
在对称荷载作用下,排架无侧移,则可按上端为不动铰支座进行计算;
在反对称荷载作用下,横梁力等于零,则可按单根悬臂柱进行计算。
图5柱作用正风压图
当柱顶作用集中风荷载Fw时,
当墙面作用均布风荷载时,查表得C11=0.355,则得
R3=C11·
H2·
1/2(q1-q2)=0.355×
12.2×
(3.15-1.97)=2.56kN
当正风压力作用在A柱时横梁反力R:
R=R1+R3=8.49kN
A柱力图如图6所示,其力为
M=(Fw-R)x+1/2q1x2
MⅠ=MⅡ=(11.85-8.49)×
3.6+1/2×
3.15×
3.62=36.07kN·
MⅢ=(11.85-8.49)×
12.2+1/2×
12.22=275.42kN·
NⅠ=NⅡ=NⅢ=0
VⅢ=(Fw-R)+q1x=(11.85-8.49)+3.15×
12.2=42.14kN
图6 A柱作用正风压 图7 A柱作用负风压
当负风压力作用在A柱时(如图7所示),其力为
M=-Rx-1/2q2x2
MⅠ=MⅡ=-8.49×
3.6-1/2×
1.97×
3.62=-43.33kN·
MⅢ=-8.49×
12.2-1/2×
12.22=-250.19kN·
VⅢ=-R-q2x=-8.49-3.15×
12.2=-32.52kN
4.吊车荷载
(1)当Dmax值作用于A柱(如图8-a所示)
根据n=0.248,λ=0.295查表得C3=1.268。
吊车轮压与下柱中心线距离按构造要求取e4=0.35m,则得排架柱上端为不动铰支座时的反力值为:
R1=-Dmax·
e4·
C3/H2=-483.99×
0.35×
1.268/12.2=-25.15kN(←)
R2=-Dmin·
C3/H2=-125.03×
1.268/12.2=6.50kN(→)
故R=R1+R2=-25.15+6.50=-18.65kN(←)
再将R值反向作用于排架柱顶,按剪力分配进行计算。
由于结构对称,故各柱剪力分配系数相等,即μA=μB=0.5。
(如图8-b所示)各柱的分配剪力为:
V‘A=-V‘B=μAR=0.5×
18.65=9.33kN(→)
最后各柱顶总剪力为:
VA=V‘A-R1=9.33-25.15=-15.82kN(←)
VB=V‘B-R2=9.33+6.50=-15.83kN(→)
图8吊车竖向荷载作用时柱顶剪力(a)上端为不动铰支座时(b)柱顶作用R时
则A柱的力为:
(如图9-a所示)
MⅠ=-VA·
x=-15.82×
3.6=-56.95kN·
MⅡ=-VA·
x+Dmax·
e4=-56.95+483.99×
0.35=185.05kN·
MⅢ=-15.82×
12.2+483.99×
0.5=48.99kN·
NⅠ=0kN
NⅡ=NⅢ=483.99kN
VⅢ=VA=-15.82kN(←)
图9吊车竖向荷载对A柱力图(a)当Dmax作用于A柱时(b)当Dmin作用于A柱时
(2)当Dmin值作用于A柱时(如图9-b所示)
x+Dmin·
e4=-56.95+125.03×
0.35=5.57kN·
12.2+125.03×
0.35=-130.49kN·
NⅡ=NⅢ=125.03kN
(3)当Fh值自左向右作用时(→)
由于Fh值同向作用在A、B柱上,因此排架的横梁力为零,则得A柱的力:
(如图10所示)
图10吊车横向水平作用(a)吊车横向水平作用于排架(b)横向水平作用时
MⅠ=MⅡ=Fhx=18.63×
1.0=18.63kN
MⅢ=18.63×
(9+0.6)=178.8kN·
VⅢ=Fh=18.63kN(←)
(4)当Fh值自右向左作用时(←)
其力值与当Fh值自左向右作用时相同,但方向相反。
六.力组合
单跨排架的A柱与B柱承受荷载的情况相同,故仅对A柱在各种荷载作
用下的力进行组合。
表1为A柱在各种荷载作用下
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