单层厂房讲稿.docx
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单层厂房讲稿
第2章单层工业厂房设计
2.1Introduction
2.2.1Thepropertyofthefactorybuilding
(单层厂房的特点)
1.Longspan,greatheight,greatloads;
2.Dynamicloading;
3.Clearstructurewithlittlepartingsandwalls;
4.Thefoundationsensuregreatloads
2.1.2Classifications
Dividedbymaterials
1.Hybridstructures;
2.Reinforcedconcretestructure;
3.Steelstructure.
Dividedbystructuralforms:
1.Rowframe:
consistofroof,columns,andfoundations,thecolumnisconnectedtoroofwithhingesandtothefoundationwithfixedends;
2.Rigidframe:
consistofbeams,columns,andfoundations,thecolumnisconnectedtoroofwithfixedendsandtothefoundationwithhinges.
Framestructures
2.2Theconstitutesandplacements
2.2.1Theconstituteofthestructures
2.2.1.1Roofstructure
2.2.1.2Lateralplaneframe
2.2.1.3Longitudinalplaneframe
2.2.2Theplacementsofthestructure
2.2.2.1Theplaneandsectionplacements
1.Thelocationaxis
2.Theplacementofcolumns
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500mm;伸缩缝两边的中心线向两边移动500mm.
柱网的布置应符合《厂房建筑模数协调标准》GBJ6-68
跨度在18M和18M以下时,采用3M的模数;
跨度在18M以上时,采用6M的模数;
3Theplaneplacementofthestructure
单层厂房的平面布置包括柱网布置,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。
4Thedeformationgaps
变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。
1)伸缩缝(temperaturegap)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(settlementgap):
解决不均匀沉降问题。
3)防震缝(Seismicgap):
当建筑物平面、立面复杂,结构高度或刚度相差很大时。
2.2.2.2Theplacementofbrace
单层厂房的支撑体系分为屋盖支撑体系和柱间支撑体系两部分。
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。
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。
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吨以上吊车;
(5)露天吊车的柱列。
(1)抗风柱
抗风柱一般与基础刚接,与屋架上弦交接。
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。
(2)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。
2.3单层厂房结构主要构件选型(自学)
2.4排架内力分析
2.4.1计算简图
(一)、计算单元
(二)、计算假定与计算简图
(1)柱上端与屋架(或屋面梁)铰接;
(2)柱下端与基础固接;
(3)排架横梁为无轴向变形的刚杆,横梁的两端处的水平位移相等;
(4)排架柱的高度有固定段支柱顶铰接点处;
(5)排架的跨度以厂房的轴线为准。
2.4.2荷载的计算
2.4.2.1永久荷载
(1)屋架自重:
柱顶以上所有永久荷载的综合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
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
2.4.2.2可变荷载
厂房的可变荷载包括:
屋面活荷载、吊车荷载和风荷载三部分。
(1)屋面活荷载:
包括屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载三部分。
包括屋面均布活荷载:
查规范。
雪荷载:
式中,Sk为雪荷载标准值;
为屋面积灰分布系数;
S0为基本雪压(KN/m2):
它是以一般空旷平坦地面上统计所得30年一遇最大积雪自重确定的。
积灰荷载:
查阅荷载规范。
2.4.2.3吊车荷载
吊车荷载与吊车工作频繁程度有关:
吊车工作制
频繁程度
轻级
运行时间占全部生产时间不足15%
中级
运行时间占全部生产时间在15-45%之间
重级
运行时间占全部生产时间超过45%
最大轮压Pmax,k:
当小车在额定最大起重量并开到大车的极限状态位置时,在大车的每一个车轮产生的轮压。
(1)吊车竖向荷载Dmax(或Dmin)
在另一侧的轮压称为最小轮压Pmin,k。
Pmax,k可以根据吊车型号、规格等条件查阅有关资料。
最大轮压设计值Pmax和最小设计值Pmin取值如下:
柱最大竖向吊车荷载Dmax,Dmin
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。
(2)吊车横向水平荷载Tmax
⏹吊车的横向刹车力平均传给两侧的结构。
⏹小车吊起起重量以后,在启动和刹车时产生的惯性力,即为横向水平荷载。
⏹在计算吊车横向水平荷载作用下的排架结构内力时,无论是单跨还是多跨最多开率两台吊车同时刹车。
对于Q不超过50T的吊车,每一个大车轮传递的水平荷载为:
(3)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.
2.4.2.4风荷载
垂直于厂房各部分表面的风荷载标准值(kN/m2):
柱顶以上水平集中风荷载设计值为:
2.4.3排架内力分析
2.4.3.1登高排架内力计算
计算的总的原则是按刚度分配的方法.
(1)阶梯形柱位移的计算
主要的目的是求柱子的剪切刚度
3.4.3.2柱顶水平集中力作用下(剪力分配法)
由于横梁为刚度无限大,所以各柱顶点的位移相等。
2.4.3.3任意荷载作用下
任意荷载作用下,等高排架的内力计算步骤如下:
(1)在排架柱顶附加不动铰支座,求出支反力;
(2)车处不动铰支座,在此排架柱上反向作用支座反力R,已恢复到原来的实际情况;
(3)叠加上述两种情况的内力。
2.4.4不等高排架内力计算(自学)
2.4.5排架内力组合
排架内力组合的目的是求出控制界面的最不利内力,作为柱和基础设计的依据.
2.4.5.1控制截面
控制截面是指对柱配筋和基础设计起控制作用的截面.
上柱底面I-I,牛腿顶面II-II,下柱底面III-III.
2.4.5.2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行组合.
常见的荷载组合:
(1)永久荷载+0.85(风荷载+吊车荷载+屋面活荷载)
(2)永久荷载+0.85(风荷载+屋面活荷载)
(3)永久荷载+吊车荷载+屋面活荷载
(4)永久荷载+0.85(风荷载+吊车荷载)
(5)永久荷载+吊车荷载
(6)永久荷载+风荷载
2.4.5.3内力组合
一般考虑以下四种内力组合:
(1)+Mmax及相应的N、V;
(2)-Mmax及相应的N、V;
(3)Nmax及相应的M、V;
(4)Nmin及相应的M、V;
进行内力组合时应当注意以下主要问题:
(1)永久荷载在任何一种内力组合时都应存在:
(2)吊车荷载Dmax应当分别作用在左柱和右柱;
(3)在考虑吊车横向水平荷载时,必须考虑竖向水平吊车荷载;
(4)应当考虑左右两个方向的横向水平作用;
(5)风荷载的作用方向考虑左右两种情况;
2.5单层厂房结构主要构件设计
2.5.1钢筋混凝土屋架设计要点(自学)
2.5.2钢筋混凝土柱设计
2.5.2.1矩形和I字形截面柱设计
(1)柱的计算长度
见表2.22(P137)
(2)吊装、运输阶段的承载力
和裂缝宽度验算
结构构件在吊装时的动力系数
采用1.5,吊装时混凝土的强度
采用设计强度的70%,计算简图
如下:
2.5.2.2牛腿设计
按照集中力作用线至柱下边缘的距离a,分为两种:
a>h0,长牛腿
a<=h0,短牛腿
(1)牛腿的受力特点和破坏形态
弹性阶段、裂缝出现与开展阶段、破坏阶段。
裂缝的出现与开展:
20%-40%极限荷载,出现裂缝1;40%-60%极限荷载,出现裂缝2;80%极限荷载,出现裂缝3;
破坏形态:
压弯破坏:
见图(a)
斜压破坏:
见图(b,c)
剪切破坏:
见图(d)
(3)牛腿的承载能力计算
(2)牛腿截面尺寸的确定
一般以斜截面的抗裂度为控制条件,即以控制其在使用阶段不出现或仅出现细微斜裂缝为准。
(a)纵向受拉钢筋的确定
(b)水平箍筋和弯起钢筋的构造要求
《规范》规定:
水平钢筋的直径6-12mm,间距100-150mm,且在上部2/3h,总面积不少于受拉钢筋总面积的1/3;
当a/h0>=0.3时,应设置弯起钢筋,范围在l/6-l/2之间,截面面积不少于受拉钢筋截面面积的2/3,且不应少于0.0015bh,不少于3根,直径不应小于12mm.
2.5.3钢筋混凝土柱下独立基础
2.5.3.1概述
种类:
独立基础;条形基础;十字交叉基础;筏板基础;桩基础等.
2.5.3.2柱下扩展基础的设计
(1)独立基础底面尺寸的确定
A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
B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e
当e=l/6时,pmin=0,地基反力分布图为三角形;
当e>l/6时,pmin<0,地基一部分为拉应力,则基础底面的实际压力分布为3al,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:
确定偏心受压基础底面积时,采用以下方法(试算法):
(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=(1.1-1.4)A1
(3)确定最大和最下基底压力
(4)验算是否满足2.76和2.77的要求,修改b,l指导符合条件为止。
(2)柱下独立基础高度的确定
根据抗冲切条件确定基础
的高度:
bt-为冲切破坏最不利一侧斜截面的上边长;
bb-为冲切破坏最不利一侧斜截面的下边长;
h0-基础冲切破坏锥体的有效高度;
-截面高度影响系数,h<=800mm,取1.0,h>=1200mm时,取0.9,期间按线性内插.
A-考虑冲切荷载时的多边形面积;
-在荷载设计值作用下基础底面单位面积上的土反力(扣除基础自重及上土的自重);
(3)底板受力钢筋的计算
v
对于矩形基础,当台阶的宽高比小于或等于2.5时和偏心距小于或等于1/6基础边长时,轴心受压:
A、I-I截面的计算:
B、II-II截面的计算:
C、对于偏心受压基础:
(4)构造要求(自学)
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