建筑結(jié)構(gòu)模塊9課件--鋼筋砼單層廠房計算能力訓練

1、課題課題1 1 單層廠房的計算簡圖與荷載計算課題課題2 2 單層廠房的排架內(nèi)力計算課題課題3 3 牛腿柱及基礎(chǔ)設(shè)計模塊小結(jié)模塊小結(jié)習習 題題能力訓練項目能力訓練項目模塊模塊8 8 鋼筋砼單層廠房計算鋼筋砼單層廠房計算能力訓練能力訓練【教學目標】【教學目標】 能力目標：能力目標：能夠熟練的畫出結(jié)構(gòu)的計算簡圖并能夠進行荷載的計算；能夠進行等高排架的內(nèi)力計算；了解柱截面形式及選擇；掌握牛腿及基礎(chǔ)的設(shè)計。知識目標：知識目標：了解排架結(jié)構(gòu)的組成，掌握結(jié)構(gòu)的計算簡圖和荷載計算；熟悉等高排架的內(nèi)力計算；了解柱截面形式及選擇、牛腿及基礎(chǔ)的設(shè)計 。態(tài)度養(yǎng)成目標：態(tài)度養(yǎng)成目標：培養(yǎng)學生嚴密的邏輯思維能力和嚴謹?shù)墓?/p>

2、作作風 。課題課題1 1 單層廠房的計算簡圖與荷載計算課題課題2 2 單層廠房的排架內(nèi)力計算課題課題3 3 牛腿柱及基礎(chǔ)設(shè)計模塊小結(jié)模塊小結(jié)習習 題題能力訓練項目能力訓練項目模塊模塊9 9 鋼筋砼單層廠房計算鋼筋砼單層廠房計算能力訓練能力訓練【教學要求】【教學要求】課題課題1 1 單層廠房的計算簡圖與荷載計算單層廠房的計算簡圖與荷載計算一、單層廠房的結(jié)構(gòu)組成一、單層廠房的結(jié)構(gòu)組成 單廠按主要承重構(gòu)件類型分單廠按主要承重構(gòu)件類型分排架結(jié)構(gòu)排架結(jié)構(gòu)和和剛架結(jié)構(gòu)，剛架結(jié)構(gòu)，常用常用排架結(jié)構(gòu)。排架結(jié)構(gòu)。定義：主要承重構(gòu)件由定義：主要承重構(gòu)件由屋架（或屋面梁）、屋架（或屋面梁）、 柱和基礎(chǔ)柱和基礎(chǔ)組成。

3、且組成。且 屋架與柱頂為鉸接的結(jié)構(gòu)叫屋架與柱頂為鉸接的結(jié)構(gòu)叫排架結(jié)構(gòu)排架結(jié)構(gòu)。常見類型：常見類型：1）屋面板2）天溝板3）天窗架4）屋架5）托架6）吊車梁7）排架柱8）抗風柱9）基礎(chǔ)10）連系梁11）基礎(chǔ)梁12）天窗架垂直支撐13）屋架下弦橫向支撐14）屋架垂直支撐15）柱間支撐一、單層廠房的結(jié)構(gòu)組成一、單層廠房的結(jié)構(gòu)組成單層鋼筋混凝土廠房的組成單層鋼筋混凝土廠房的組成 屋蓋結(jié)構(gòu)分為有檁體系和無檁體系兩種。 有檁屋蓋由小型屋面板或槽板（瓦）、檁條或屋架或屋面梁、屋蓋支撐系統(tǒng)組成。其整體剛度較差，只適用于一般中、小型的廠房。 無檁屋蓋由大型屋面板、屋架和屋蓋支撐系統(tǒng)組成，其整體剛度較大，適用于各

4、種類型的廠房。 為了保證采光的需要，屋蓋結(jié)構(gòu)中還設(shè)置天窗等及其支撐系統(tǒng)。 屋蓋結(jié)構(gòu) 2.橫向排架或橫向剛架 鋼筋混凝土單層廠房的橫向承重結(jié)構(gòu)，通常有排架和剛架兩種形式見下圖 。 排架結(jié)構(gòu)的形式 剛架結(jié)構(gòu)的形式 3.縱向排架縱向排架縱向排架由縱向柱列、連系梁、吊車梁和柱間支撐組成 ，見下圖。4.吊車梁吊車梁5.支撐系統(tǒng)支撐系統(tǒng)吊車梁簡支在牛腿上，主要承受吊車的豎向和橫向荷載或縱向水平荷載, 支撐包括屋蓋支撐和柱間支撐。 6.托架托架 7.7.連系梁及抗風柱連系梁及抗風柱 8.8.基礎(chǔ)基礎(chǔ)二、單層廠房排架計算二、單層廠房排架計算橫向排架的荷載 單層廠房排架分為：橫向排架和縱向排架 橫向排架承擔廠房

5、的主要荷載，包括：屋蓋荷載、吊車荷載、風荷載、水平和豎向地震作用，以及縱橫墻的自重等。 縱向排架主要承擔縱向的水平荷載，如由山墻傳來的縱向水平風力，吊車剎車產(chǎn)生的縱向水平力，以及縱向水平地震作用。 單層廠房的受力特點單層廠房的受力特點2.排架計算簡圖排架計算簡圖（1）計算單元的選取橫向平面排架計算單元示意圖 柱距相等時，可以從任意兩個相鄰的柱距中線截出一個典型區(qū)段，作為稱該排架的計算單元 。（2）計算基本假定柱上端與屋架(屋面梁)鉸結(jié)，下端固接于基礎(chǔ)頂面。假定屋架或屋面梁剛度無限大。單跨排架計算簡圖（3）計算簡圖uEIABlEIuEIlEIuHHAB計算單元計算單元123453、排架荷載計算

6、1）屋蓋恒荷載P1 屋蓋恒荷載，包括各構(gòu)造層重、屋面板、天溝板、屋架、天窗架及其支撐重等 。 屋蓋自重作用下的排架計算簡圖如右圖所示 。排架受荷示意圖 2）恒荷載P2、P3、P4和P5 (1) P2 上柱自重。沿上柱中心線作用。按上柱截面尺寸和柱高計算。 (2) P3 吊車梁及軌道等零件自重?？砂吹踯嚵杭败壍肋B接構(gòu)造的標準圖采用。 (3) P4 下柱自重。沿下柱中心線作用。按下柱截面尺寸和柱高計算。 (4) P5 由柱牛腿上的承墻梁傳來的圍護結(jié)構(gòu)自重。根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定的材料重度計算。 3）屋面活荷載Q1 屋面活荷載，包括屋面均布活荷載、雪荷載和積灰荷載三種，均按屋面的水

7、平投影面積計算。 排架計算時，屋面均布活載不與雪荷載同時考慮，兩者中僅取較大值；同樣積灰荷載只應(yīng)與雪荷載或者與屋面均布活載同時考慮，而選其較大者。屋面均布荷載根據(jù)不上人屋面和上人屋面分別選為0.7kNm2和1.5kNm2 工業(yè)廠房中一般采用橋式吊車，橋式吊車按照使用的頻繁程度分為輕級(A1-A3)、中級(A4、A5)、重級(A6、A7)和特重級(A8)四個載荷狀態(tài)。4）吊車荷載）吊車荷載(1)吊車垂直荷載Dmax 、Dmin 橋式吊車的受荷情況 Pmin=maxg2GQP maxk maxcmaxyiQQDDP ，mink mincminyiQQDDP ，吊車梁支座反力影響線 (2)吊車水平荷

8、載Tmax 傳力過程：小車慣性力傳力過程：小車慣性力大車大車吊車梁吊車梁排架柱排架柱 對于四輪吊車，當它滿載運行時，每個輪子產(chǎn)生的橫向水平制動力的標準值T可按下式計算 g4T （Q+ ）maxT特別提醒：特別提醒： 不論單跨和多跨廠房，在計算橫向水平荷載時，一個排架上最多只能考慮不論單跨和多跨廠房，在計算橫向水平荷載時，一個排架上最多只能考慮兩臺吊車。兩臺吊車。 當?shù)踯?大車)沿廠房縱向運行突然剎車時，吊車自重及吊重的慣性將引起吊車縱向制動力，并由吊車一側(cè)的所有制動輪傳至軌道，最后通過吊車梁傳給縱向柱列或柱間支撐。每臺吊車縱向制動力T0的設(shè)計值計算式:a)每臺吊車縱向制動力T0作用位置 b)T

9、0計算簡圖作用于縱向排架的吊車水平荷載max0nPmm10QQTT5.風荷載 排架上風荷載作用圖排架上風荷載作用圖 排架計算時，作用于柱頂以下墻面的風荷載按均布荷載考慮，迎風面為q1，背風面為q2，其風壓高度變化系數(shù)可按柱頂標高取值； 柱頂以上的風荷載仍取為均布荷載考慮，但對排架的作用可簡化為作用在柱頂?shù)募泻奢dW，其風壓高度變化系數(shù)為：有矩形天窗時，按天窗檐口取值；無矩形天窗時，按廠房檐口標高取值或柱頂標高取值。風荷載是可以變向的，故應(yīng)考慮左、右兩向受風情況。課題課題2 2 單層廠房的排架內(nèi)力計算單層廠房的排架內(nèi)力計算一、用剪力分配法計算等高排架一、用剪力分配法計算等高排架柱頂水平位移相等的

10、排架稱為等高排架。 等高排架有柱頂標高相同和柱頂標高不相同而柱頂由傾斜橫梁貫通相連兩種情形 等高排架a）柱頂、柱底標高都相同 b）柱頂標高都相同但柱底標高不相同c）柱頂標高不同、柱底標高相同(1)等高排架在柱頂集中力作用下的內(nèi)力分析等高排架在柱頂集中力作用下的內(nèi)力分析1VF1uiunuiVnVniiVF1由平衡條件：由平衡條件：iiiuDV由物理條件：由物理條件：由幾何條件：由幾何條件：niuuu1可求得：可求得：FViinjjinjjiiuuDD11/1/1稱為柱稱為柱i i的剪力分配系數(shù)。的剪力分配系數(shù)。5M5MmaxMminMmaxTW1q2q5M5MmaxMminMmaxTW1q2qR

11、在柱頂加上不動鉸支座，利用圖表求出內(nèi)力和支座反力；在柱頂加上不動鉸支座，利用圖表求出內(nèi)力和支座反力；將支座反力反向作用于柱頂，求出內(nèi)力；將支座反力反向作用于柱頂，求出內(nèi)力；將上述兩種情況的內(nèi)力疊加。將上述兩種情況的內(nèi)力疊加。(2)等高排架任意荷載作用下的內(nèi)力分析等高排架任意荷載作用下的內(nèi)力分析二、排架的荷載組合和內(nèi)力組合二、排架的荷載組合和內(nèi)力組合 (1)控制截面 IIIIIIIIIIII 構(gòu)件設(shè)計時一般選取若干個可靠度較低因而對整個構(gòu)件起控制作用的截面進行設(shè)計，這些截面稱為控制截面。上柱：上柱：上柱底截面M、N一般比上柱其他截面 大，如圖I-I截面。下柱：下柱：在吊車豎向荷載作用下，牛腿面處

12、-截面M最大，在風荷載或吊車橫向水平力作用下，柱底截面-的M最大，同時-截面內(nèi)力M、V、N也是設(shè)計基礎(chǔ)的依據(jù)。故下柱常取-、-作為控制截面。柱的控制截面 （2）荷載組合 在恒載、屋面活載、吊車荷載和風荷載作用下的排架結(jié)構(gòu)，對于每一個控制截面上的不利內(nèi)力，可能出現(xiàn)以下八種荷載組合情況： 恒載+0.85(屋面活載+風荷載+吊車荷載)。 恒載+0.85(風荷載+吊車荷載)。 恒載+0.85(屋面活載+風荷載)。 恒載+1.0(屋面活載+吊車荷載)。 恒載+吊車荷載。 恒載+風荷載。 恒載+屋面活載。 恒載。 以上8種荷載組合中，內(nèi)力不利組合由情況(4)、(5)、(6)控制較少，由 (1)、(2)、(

13、3)控制較多，上柱有時由情況(3)控制。當風荷載較小，吊車噸位較大時，可能由(4)、(5)控制；當風荷載較大，吊車噸位較小，以及有高天窗時，可能由情況(6)控制。 （3）內(nèi)力組合 通常選擇以下幾種組合： 1)+Mmax及相應(yīng)N、V。 2)-Mmax及相應(yīng)N、V。 3) Nmax及相應(yīng)M、V。 4) Nmin及相應(yīng)M、V。內(nèi)力組合有如下特點：內(nèi)力組合有如下特點： 1)組合中的第一個內(nèi)力為主要內(nèi)力，應(yīng)使其絕對值為最大。 2)任一組合中都必須包括由恒荷載引起的內(nèi)力。 3)Dmax；作用在A柱與Dmax作用在B柱兩種情況不能同時出現(xiàn)，只能選擇其中一種情況參加組合。 4)Tmax。的作用必須與Dmax。

14、的作用同時考慮，因為有Tmax；必有Dmax，Tmax。向左或向右視需要擇一參加組合。 5)風荷載可能從左方向或右方向作用于廠房。 6)屋面活荷載按最不利原則考慮。 7)組合Nmin。時，對于N=0的風荷載也應(yīng)考慮組合。課題課題3 3 牛腿柱及基礎(chǔ)設(shè)計牛腿柱及基礎(chǔ)設(shè)計一、單層廠房柱設(shè)計一、單層廠房柱設(shè)計 1、柱截面配筋計算 1)使用階段計算要點 內(nèi)力組合的選用 截面尺寸 材料混凝土強度等級為C20、C30和C40，對于柱以采用較高強度等級的混凝土為宜。2)施工階段驗算要點2.牛腿設(shè)計牛腿的類型當C1h，短牛腿；當C1 h，長牛腿 （1)牛腿截面尺寸的確定 牛腿的破壞類型有剪切破壞、斜壓破壞和彎

15、壓破壞和局部承壓破壞 剪切破壞剪切破壞1 . 0/0ha斜壓破壞斜壓破壞75. 01 . 0/0ha彎壓破壞彎壓破壞75. 0/0haF局部承壓破壞局部承壓破壞 為了防止上述各種破壞，牛腿應(yīng)有足夠大小的截面和配置足夠的鋼筋，并滿足構(gòu)造要求。 先確定牛腿的截面尺寸，通常牛腿與柱同寬，其高度由牛腿斜截面的裂縫控制要求決定。 為使牛腿在正常使用階段不開裂，設(shè)計時可根據(jù)經(jīng)驗預(yù)先假定牛腿高度，然后根據(jù)下式驗算。tk0hkvk1vk0f bhFFcF0.5+h （1-0.5）（2)牛腿的配筋計算與構(gòu)造 牛腿計算簡圖101.20.85vhsyyFcFAf hf計算公式計算公式牛腿縱向受力鋼筋的總面積除按上式

16、計算配筋外，尚應(yīng)滿足下列構(gòu)造要求：牛腿縱向受力鋼筋的總面積除按上式計算配筋外，尚應(yīng)滿足下列構(gòu)造要求： 縱向受力鋼筋宜采用熱軋帶肋鋼筋，并有足夠的鋼筋抗拉強度充分利用時的錨固長度。 其配筋率不應(yīng)小于0.2，也不宜大于0.6，且根數(shù)不應(yīng)少于四根，直徑不應(yīng)小于12mm(見下圖)，縱向受力鋼筋不得下彎兼作彎起鋼筋用。 當牛腿的剪跨比10h00.3時，應(yīng)設(shè)置彎起鋼筋。彎起鋼筋也宜采用熱軋帶肋鋼筋，并應(yīng)配置在牛腿上部z6至z2之間的范圍內(nèi)(見下圖)，其截面面積不應(yīng)小于縱向受拉鋼筋A(yù)0的23，且不應(yīng)小于0.015bh0，其根數(shù)不應(yīng)少于3根，直徑不應(yīng)小于12mm。 （3)局部承壓驗算 牛腿的受壓面在豎向力值F

17、vs作用下，其局部受壓應(yīng)力不應(yīng)超過0.75fc，否則應(yīng)采取必要措施，如加大承壓面積，提高混凝土強度等級或在牛腿中加配鋼筋網(wǎng)等。 二、柱下單獨基礎(chǔ)二、柱下單獨基礎(chǔ) 柱下單獨基礎(chǔ)按受力性能可分為軸心受壓基礎(chǔ)和偏心受壓基礎(chǔ)；按施工方法可分為預(yù)制柱下基礎(chǔ)和現(xiàn)澆柱下基礎(chǔ)。 單層廠房中最常用的柱基礎(chǔ)是預(yù)制柱下杯形基礎(chǔ)，當杯口灌縫后其受力性能和現(xiàn)澆柱下基礎(chǔ)完全一樣。 以下僅介紹基礎(chǔ)的構(gòu)造要求： 混凝土強度等級混凝土強度等級 通常采用C20。3.基底受力鋼筋基底受力鋼筋2.2.鋼筋保護層鋼筋保護層 當基礎(chǔ)設(shè)于比較干燥且土質(zhì)好的土層上時，無墊層，基礎(chǔ)鋼筋的保護層厚度不小于70mm；當基礎(chǔ)設(shè)于濕、軟土層上時，應(yīng)設(shè)

18、置厚度不小于100mm的素混凝土墊層，其混凝土強度等級常用C10，此時受力鋼筋的混凝土保護層厚度應(yīng)不小于35mm。 受力筋一般采用HPB235級或HRB335級鋼筋，其直徑不宜小于8mm，間距不宜大于200mm，但也不宜小于100mm。當基礎(chǔ)底面尺寸大于或等于3m時，為節(jié)約鋼材，受力鋼筋的長度可縮短10 4.現(xiàn)澆柱下基礎(chǔ)的插筋和箍筋現(xiàn)澆柱下基礎(chǔ)的插筋和箍筋現(xiàn)澆柱下單獨基礎(chǔ)的構(gòu)造要求 （a） 配置插筋的單獨基礎(chǔ)構(gòu)造 （b）配置與柱中四角相連插筋的單獨基礎(chǔ)構(gòu)造5預(yù)制柱下基礎(chǔ)的杯壁加強鋼筋預(yù)制柱下基礎(chǔ)的杯壁加強鋼筋 當柱為軸心受壓或小偏心受壓，且t/h10.65時或為大偏心受壓，且t/h10.75時

19、，杯壁內(nèi)一般可不設(shè)加強鋼筋； 當柱為軸心受壓或小偏心受壓，且0.5t/h10.65時，杯壁內(nèi)可按右圖和建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定設(shè)置加強鋼筋。 其他情況下應(yīng)按計算配筋。上述符號t為杯壁厚度，h1為杯壁高度如右圖。 對于雙杯口基礎(chǔ)(如伸縮縫處的基礎(chǔ))，當兩個杯口之間的寬度400mm時，該處宜按y右圖的要求配筋。杯壁內(nèi)加強鋼筋構(gòu)造要求1-焊接網(wǎng)或箍 2-焊接網(wǎng) 3-箍模塊小結(jié)模塊小結(jié) 1.1.單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)形式有兩種：單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)形式有兩種： 排架結(jié)構(gòu)和鋼架結(jié)構(gòu)。其中，排架結(jié)構(gòu)應(yīng)用比較普遍。排架結(jié)構(gòu)的特點是注定與梁鉸接，柱底與基礎(chǔ)剛接。2、單層工業(yè)廠房有單層工業(yè)廠房有屋蓋支結(jié)構(gòu)、吊車梁、柱、支撐、基礎(chǔ)及圍護結(jié)構(gòu)等構(gòu)構(gòu)成。成。3 3、單層工業(yè)廠房排架計算的步驟、單層工業(yè)廠房排架計算的步驟：（1）確定計算單元及排架的計算簡圖；（2）計算排架上各種荷載；（3）分別計算排架單獨作用下的排架內(nèi)力：（4）確定控制截面，并考慮可能同時出現(xiàn)的荷載，對每一個控制截面進行內(nèi)力組合，確定最不利內(nèi)力，作為柱及基礎(chǔ)的設(shè)計依據(jù)。4 4、單層工業(yè)廠房排架柱設(shè)計的步驟是：、單層工業(yè)廠房排架柱設(shè)計的步驟是：（1）確定柱的形式及截面尺寸；（2