混凝土設(shè)計原理 13.3 排架計算

第三節(jié)排架上的荷載及內(nèi)力計算2.求出柱子傳給基礎(chǔ)的最不利內(nèi)力，作為設(shè)計基礎(chǔ)的依據(jù)。排架計算的主要內(nèi)容：確定排架計算簡圖荷載計算內(nèi)力分析內(nèi)力組合排架計算主要解決：1.求出排架柱在各種荷載作用下起控制作用截面的最不利內(nèi)力，并作為排架柱截面設(shè)計和配筋計算的依據(jù)；一、排架計算簡圖上柱高Hu

=柱頂標高－（軌頂標高＋軌道構(gòu)造高度＋吊車梁在支撐處梁高）

計算單元和計算簡圖柱總高H=柱頂標高＋基礎(chǔ)底標高絕對值-初估的基礎(chǔ)高度計算單元即一個排架的負荷范圍；計算簡圖中柱的計算軸線應(yīng)取上、下柱截面的形心線。1.橫梁（屋架或屋面梁）鉸接在柱上－－不傳遞彎矩。

柱下端固接于基礎(chǔ)頂面－－不考慮外載作用下基礎(chǔ)變形。2.橫梁為沒有軸向變形的剛桿→即（剛度無窮大）計算簡圖作了幾點假定：二、排架荷載計算作用于排架上的荷載分為：吊車梁和軌道自重；恒載活載屋面活載均布荷載雪載、積灰荷載吊車荷載風(fēng)荷載屋蓋體系全部自重：屋面板、構(gòu)造屋、屋架（屋面梁）天窗架、屋蓋支撐等上柱自重，下柱自重；有時還有支撐在柱和牛腿上的懸墻及連梁自重。4.懸墻及連梁自重

F5

F5沿連系梁中心線作用于側(cè)牛腿頂面。（一）恒載1.屋蓋恒載

F1

F1作用于上柱柱頂，偏心距為

e1，縱向軸線內(nèi)側(cè)150

。2.柱自重（上柱F2下柱F3

）

F2

作用于上柱形心，與下柱偏心距為e0；（e0為上下下柱形心的距離）

F3作用于下柱形心。3.吊車梁、軌道等自重

F4

F4

沿吊車梁中心線作用于牛腿頂面。

；作用于柱頂?shù)牧兀蛔饔迷谙虏恐斄亍Ｅ偶茉谳S心壓力作用下不需進行排架內(nèi)力分析。排架在軸心力矩的作用則應(yīng)進行排架內(nèi)力分析。F1

對整個排架柱子的作用歸納為：為利于圖表計算，可將作用于柱頂?shù)钠膲毫1

，換算成軸心壓力

（對上柱）和（對下柱），以及產(chǎn)生的力矩,其它豎向偏心力也可同理換算?？梢娕偶苡袃煞N形式荷載：豎向荷載F1等---使柱產(chǎn)生軸壓力，但不引起M、V力矩M1

等前者引起的柱內(nèi)力不必通過排架計算，需按排架計算的內(nèi)力僅有后者。（二）可變荷載（活載）屋面均布活載雪載積灰荷載風(fēng)載、吊車荷載不同時考慮，取大值（1）屋面均布活載按照《荷載規(guī)范》（GB50009)規(guī)定，按上人屋面和不上人屋面兩種情況：不上人的屋面上人的屋面（以水平投影面積計而非）1.屋面活載(2)雪載--基本雪壓（N/mm2)，是以空曠平坦地面上統(tǒng)計得到的30年一遇最大積雪重量為標準來確定的。由《荷載規(guī)范》中全國基本雪壓分布圖查得。--屋面積雪分布系數(shù)查《荷載規(guī)范》（GB50009)

α≤25°30°35°40°45°50°1.00.80.60.40.20(3)屋面積灰荷載

見《荷載規(guī)范》規(guī)定上述(1)、（2）、（3）項活載組合為（1）＼（2）／取大者+（3）即：

取大者+積灰荷載屋活＼雪載／2.吊車荷載豎向荷載水平荷載橫向水平荷載縱向水平荷載（1）吊車豎向荷載Dmax、DminG1k、G2k

–

分別為大車、小車自重標準值，G3k

–

吊車的額定起重量。Dmaxk、Dmink

即作用在排架上的吊車豎向荷載標準值，兩者同時發(fā)生。吊車最大輪壓Pmas,k和最小輪壓Pmin,k

Pmas,k

可根據(jù)吊車型號、規(guī)格等查閱產(chǎn)品目錄或有關(guān)手冊。Pmin,k則按下式--多臺吊車的荷載折減系數(shù)；見表(P126表12-1)∑Yi—各大車輪下反力影響線縱座標值的總和（見下圖）求出Dmax、Dmin，即可得吊車豎向荷載計算簡圖。（Dmax可發(fā)生在左柱，也可發(fā)生在右柱，故應(yīng)考慮（a），（b）兩種情況。）e4—吊車梁支座鋼板的中心線至下柱軸線的距離（2）吊車水平荷載橫向水平荷載G3k—吊車單位起重量（質(zhì)量）

G2k

—小車子重

α

—

橫向制動力系數(shù)軟鉤吊車Q≤100KNα=0.12Q=150~500KNα=0.10

Q

≥750KNα=0.08硬鉤吊車α=0.2軟鉤吊車:采用鋼索，通過滑輪組帶動吊鉤起吊重物.硬鉤吊車:吊車用剛臂起吊重物或進行操作.吊鉤種類標準值：Tmax作用下單跨，兩跨排架的荷載情況。（作用在吊車梁頂面標高處）吊車縱向水平荷載----系由大車剎車引起，作用于縱向排架。一般不作計算，需要時按下式確定：n：吊車兩側(cè)剎車輪總數(shù)，一般每側(cè)為總輪數(shù)的一半。計算T0時，無論單跨、多跨，每側(cè)最多考慮兩臺吊車同時剎車。3.風(fēng)荷載風(fēng)載垂直作用于廠房外表，其標準值為：風(fēng)壓隨高度的變化規(guī)律與地面粗糙度有關(guān)。地面粗糙分為A、B、C、D四類：W0--

基本風(fēng)壓值（KN/m2)--風(fēng)振系數(shù)，對單廠（H≤30m)取=1--建筑物風(fēng)壓體型系數(shù)，查《荷載規(guī)范》，共列有40種基本體型

--風(fēng)壓高度變化系數(shù)。

A:近海、海島、湖岸、沙漠地區(qū)B:鄉(xiāng)村、叢林、房屋較少的中小城鎮(zhèn)、大城市郊區(qū)C:有密集建筑群的市區(qū)D:有密集建筑群且房屋較高的市區(qū)室外地面30m20m15m10m5m

高度ABCD5m1.171.000.740.6210m1.381.000.740.6215m1.521.140.740.6220m1.631.250.840.6230m1.801.421.000.62Z

見《荷載規(guī)范》取值如下：排架計算中視風(fēng)荷載為——沿廠房高度不變的均布荷載q1、q2

為計算單元內(nèi)風(fēng)荷載的設(shè)計值背風(fēng)面

B–

計算單元寬度柱頂集中力Fw為屋面風(fēng)載合力的水平分力和屋架高度范圍墻體迎風(fēng)面和背風(fēng)面風(fēng)力的總和。

其值為：--分別為第i部分風(fēng)壓體型系數(shù)和高度變化系數(shù)有（+）、（-）。hi--屋蓋i部分垂直高度左風(fēng)和右風(fēng)兩種情況不可能同時發(fā)生，但分別要考慮兩種情況下的內(nèi)力。迎風(fēng)面三、排架內(nèi)力計算基本方法：等高排架—用剪力分配法不等高排架—力法等高排架特點—

柱頂變位相等不等高排架特點—

高低跨柱頂位移不等。第一種，柱頂標高相同。第二種，柱頂標高不等，但柱頂水平位移相等。（一）、用剪力分配法計算等高排架內(nèi)力排架柱柱頂反力與位移系數(shù)，查附表30（P.363）1.求單根柱頂位移Δu

–

變階柱在頂點單位力作用下的頂點位移。2.柱的抗剪剛度反映柱頂單位位移所需的力，即為抗剪剛度(抗側(cè)移剛度)。單位力作用下位移Δu，單位位移所需的力（材料相同時，柱截面越大，使柱頂產(chǎn)生單位水平位移所施加的柱頂剪力越大）3.柱頂作用水平力F

的剪力分配設(shè)有n根柱，任一柱

i的抗剪剛度為，其分擔的柱頂剪力Vi取決于該柱的抗剪剛度。

平衡條件變形協(xié)調(diào)方程：令i為剪力分配系數(shù)由此可見：柱頂集中力F是按每根柱的抗剪剛度的大小成比例分配給各柱的。4.等高排架在任意荷載作用下內(nèi)力計算為利用剪力分配系數(shù)，對任意荷載必須把計算過程分為兩個步驟：①首先在直接受荷柱頂端附加一橫向不動鉸支座，以阻止其水平側(cè)移，求出支座反力R；將上述兩個步驟中的內(nèi)力迭加，即為排架的實際內(nèi)力。②然后撤消附加不動鉸支座，即將R反向作用于排架柱頂，以恢復(fù)實際情況。5.求單根柱在任意荷載下的R等高鉸接排架內(nèi)力計算步驟（3）求柱頂剪力Vi（1）計算λ、n、β0~β

i、δi、ηi等參數(shù)。（2）求不動鉸支座反力R（4）繪制柱彎矩圖，并計算柱底剪力

計算中應(yīng)特別注意柱頂或柱底剪力與荷載的關(guān)系及其方向，柱的彎矩圖應(yīng)畫在受拉一側(cè)。見P131例題12-3、12-4（二）、排架內(nèi)力組合1.控制截面

--排架計算主要是算出控制截面內(nèi)力。控制截面是指能對柱內(nèi)配筋起控制作用的截面。所以工程設(shè)計中都取上柱根部，下柱頂部和下柱根部這三個截面作為設(shè)計控制截面，即以這三個截面的各種最不利內(nèi)力組合來確定上、下柱的最終配筋。常以上柱柱底截面Ⅰ-Ⅰ作為上柱控制截面，?、?Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面為下柱控制截面。2.荷載組合

荷載組合要考慮兩方面：①各種荷載同時作用的可能性；

對一般框架、排架，當有兩個或兩個以上活載參與組合時，荷載組合系數(shù)=0.9荷載組合有：⑴恒+任一活荷載⑵

恒+0.9（兩個及以上活荷載)②

幾種活載同時作用又同時達到其設(shè)計值的可能性不大。恒+任一活荷載恒+屋活

①+②

①+③+⑤左恒+吊

①+③+⑤右①+④+⑤左

①+④+⑤右

①+⑨*恒+風(fēng)①+⑩⑤左代表吊車水平力向左⑨代表左風(fēng)，風(fēng)從左側(cè)吹來恒+0.9（兩個及以上活荷載)恒+0.9（屋活+風(fēng)）①+0.9（②+⑨）

①+0.9（②+⑩）

①+0.9（②

+③+⑤左）恒+0.9（屋活+吊）

①+0.9（②

+③+⑤右）①+0.9（②

+④+⑤左）

①+0.9（②

+④+⑤右）

①+0.9（⑨+③+⑤左）恒+0.9（風(fēng)+吊）

①+0.9（⑩+③+⑤右）①+0.9（⑨+④+⑤左）

①+0.9（⑩+④+⑤右）

恒+0.9（兩個及以上活荷載)①+0.9（②+

⑨+③+⑤左）*恒+0.9（屋活+吊+風(fēng)）①+0.9（②+

⑩+③+⑤右）①+0.9（②+

⑨+④+⑤右）

①

+

0.9（②+

⑩

+

④+⑥左）設(shè)計考慮以下四種內(nèi)力組合：+Mmax及相應(yīng)的N、V；-Mmin及相應(yīng)的N、V；

Nmax及相應(yīng)的M、V；

Nmin及相應(yīng)的M、V。在這四種內(nèi)力組合中，一、二、三種組合主要考慮柱可能出現(xiàn)小偏心受壓破壞的情況；一、二、四種組合考慮柱可能出現(xiàn)大偏心受壓破壞的情況；從而使柱能夠避免任何一種形式的破壞。3.內(nèi)力組合對大偏壓破壞，彎矩不變，軸力越大越安全；對小偏壓破壞，彎矩不變，軸力越大越不安全；對大偏壓和小偏壓破壞，軸力不變，彎矩越大越不安全。④風(fēng)荷載項中有左荷載和右荷載兩種，每次組合只能取其中一種；內(nèi)力組合時應(yīng)注意以下幾點：①每次組合都必須包括恒載；②每次組合以一種內(nèi)力為目標來決定活荷載項的取舍，例如當考慮第一種內(nèi)力組合時，必須以得到+Mmax為目標，然后得到與它相對應(yīng)N、V值；③當取Nmax、Nnin為組合目標時，應(yīng)使相應(yīng)的M絕對值盡可能大，因此對于不產(chǎn)生軸向力而產(chǎn)生彎矩的荷載項（風(fēng)荷載及吊車水平荷載）中的彎矩值應(yīng)組合進去；⑤對于吊車荷載項要注意兩點：1）注意Dmax（或Dmin）與Tmax間的關(guān)系，由于吊車橫向水平荷載不可能脫離其豎向荷載而獨立存在，因此當取用Tmax所產(chǎn)生的內(nèi)力時，就應(yīng)把同跨內(nèi)Dmax（或Dmin）產(chǎn)生的內(nèi)力組合進去，即“有T必有D”；2）另一方面，吊車豎向荷載可能脫離其水平荷載而獨立存在，即“有T必有D”“有D不一定有T”。不過考慮到Tmax既可左向又可右向作用的特性，故如果取用了Dmax（或Dmin）產(chǎn)生的內(nèi)力，總是要同時取用Tmax（多跨時也只取其一項）才能得到最不利內(nèi)力。因此在組合吊車不利內(nèi)力時，要遵守“有Tmax必有Dmax（或Dmin），有Dmax（或Dmin）也要有Tmax”的規(guī)則。

⑥

+Mmax

（-Mmin）及相應(yīng)的N、V：在滿足荷載組合的前提下，凡是能產(chǎn)生+Mmax

（-Mmin）的荷載項均應(yīng)參加組合，但恒+任一活荷載和恒+0.9（兩個及以上活荷載）應(yīng)分別組合，選較大值；Nmax

及相應(yīng)的M、V：凡是能產(chǎn)生Nmax