《單層排架》PPT課件.ppt

1、1,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計 張耀庭 華中科技大學土木工程與力學學院 結(jié)構(gòu)教研室 2009.1-2013.3,2,第12章 單層廠房排架結(jié)構(gòu),12.1 單層廠房的結(jié)構(gòu)型式、組成與布置,12.2 排架結(jié)構(gòu)分析,12.3 排架柱設(shè)計,12.4 柱下獨立基礎(chǔ)設(shè)計,12.5 屋面構(gòu)件,12.6 吊車梁設(shè)計要點,3,12.1.1 單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)種類,按結(jié)構(gòu)材料,砌體混合結(jié)構(gòu)（,鋼結(jié)構(gòu),鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),）,）,（,12.1 單層廠房的結(jié)構(gòu)型式、組成與布置,鋼混凝土混合結(jié)構(gòu),4,單層廠房應用范圍：在工業(yè)廠房中有單層、多層等不同結(jié)構(gòu)型式，對于中型工業(yè)廠房：如冶金、機械、金屬加工、飛機制作等，其生產(chǎn)過程和范圍都較為龐

2、大，大型設(shè)備均需直接安裝在地面上使用，因此，一般采用單層結(jié)構(gòu)型式。 單廠結(jié)構(gòu)的主要特點：橫向跨度大；一般有大型天車（吊車）運行，局部動荷載影響大；層高較大；因生產(chǎn)工藝要求，室內(nèi)較空曠。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型式：裝配式排架結(jié)構(gòu)是當前應用最廣的一種結(jié)構(gòu)型式，一般由屋面梁或屋架、柱及基礎(chǔ)等構(gòu)件組成；裝配式門式結(jié)構(gòu)，通常梁柱連為一體，柱與基礎(chǔ)采用鉸結(jié)或剛結(jié)，亦可做成三鉸門架型式。,5,單廠設(shè)計,12.1 組成與布置,12.1 .1結(jié)構(gòu)種類,等高排架,不等高排架,鋸齒型排架,6,a.三鉸剛架；b.兩鉸剛架；c.弧形剛架； d.弧形或工字型空腹剛架,7,8,9,柱網(wǎng)的布置應符合廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準GBJ6-6

3、8 跨度在18M和18M以下時，采用30M的模數(shù)； 跨度在18M以上時，采用60M的模數(shù)；,10,11,12.1.2 單層排架結(jié)構(gòu)組成,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,12,單層廠房排架結(jié)構(gòu)通常由下列結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成并相互連接成整體： 1.屋蓋結(jié)構(gòu)：由屋面板（包括天溝板）、屋架或屋面梁（包括屋蓋支撐）組成，有時還有天窗架和托架等?？煞譃闊o檁和有檁兩種屋蓋體系，將大型屋面板直接支承在屋架或屋面梁上的，稱為無檁屋蓋體系；將小

4、型屋面板或瓦材支承在檁條上，再將檁條支承在屋架或屋面梁上的，稱為有檁屋蓋體系。屋面板起維護作用并承受作用在板上的荷載，再將這些荷載傳至屋架或屋面梁；屋架或屋面梁是屋面承重構(gòu)件，承受屋蓋自重、屋面板傳來的活荷載，并將這些荷載傳至排架柱。天窗架支承在屋架或屋面梁上，也是一種屋面承重構(gòu)件。,13,2.橫向平面排架：由橫梁（屋架或屋面梁）、橫向柱列和基礎(chǔ)組成，是廠房的基本承重結(jié)構(gòu)。廠房上承受的豎向、橫向荷載，均由橫向平面排架傳至基礎(chǔ)。 3.縱向平面排架：由縱向柱列、聯(lián)系梁、柱間支撐、基礎(chǔ)組成，其作用是保證廠房的縱向穩(wěn)定性和剛性，并承受作用在山墻、天窗端壁、屋蓋結(jié)構(gòu)傳來的縱向風荷載、吊車縱向水平荷載等，

5、再將其傳遞至地基。另外，它還承受縱向水平地震作用、溫度應力等。 4.吊車梁：一般為裝配式，簡支在柱的牛腿上，主要承受吊車豎向荷載、橫向或縱向水平荷載，并將其傳遞至橫向或縱向平面排架。吊車梁是直接承受吊車動力荷載的構(gòu)件。,14,5.支撐：包括屋蓋支撐、柱間支撐。支撐的作用是加強廠房結(jié)構(gòu)的空間剛度，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件在安裝和使用階段的穩(wěn)定和安全，同時起著將風荷載、吊車水平荷載或水平地震作用等傳遞到相應承重構(gòu)件的作用。 6.基礎(chǔ)：承受柱和基礎(chǔ)梁傳來的荷載并將它們傳至地基。 7.圍護結(jié)構(gòu)：包括縱墻、橫墻（山墻）及由聯(lián)系梁、抗風柱（有時還有抗風梁或抗風行架）和基礎(chǔ)梁等組成的墻架。這些構(gòu)件所承受的荷載，主要是墻

6、體和構(gòu)件的自重以及作用在墻面上的風荷載等。,15,一、柱網(wǎng)布置,柱網(wǎng)的布置應符合廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準GBJ6-68 柱網(wǎng)是豎向承重構(gòu)件縱橫向定位軸線所形成的網(wǎng)格。,柱距應采用6米或6米的倍數(shù)，常用6m、12m；,跨度在18米以下采用3米的倍數(shù)（擴大模數(shù)30M數(shù)列）；在18米以上采用6米的倍數(shù),工藝布置有明顯優(yōu)越性時也可用3米倍數(shù)。常用的有：12、15、18、21、27、30、33、36米。,12.1.3 單層排架結(jié)構(gòu)布置,單廠設(shè)計,12.1 組成與布置,12.1 .1結(jié)構(gòu)種類,12.1 .2結(jié)構(gòu)組成,12.1 .3結(jié)構(gòu)布置,16,二、定位軸線,墻、邊柱與縱向定位軸線的關(guān)系：,柱距6米、無吊車或

7、,邊柱外緣和墻內(nèi)緣與縱向定位軸線重合，稱封閉結(jié)合。,單廠設(shè)計,12.1 組成與布置,12.1 .1結(jié)構(gòu)種類,12.1 .2結(jié)構(gòu)組成,12.1 .3結(jié)構(gòu)布置,17,中柱與縱向定位軸線的關(guān)系：,等高跨,上柱中心線與縱向軸線重合,18,墻、柱與橫向定位軸線的關(guān)系：,柱,伸縮縫和端部處,一般部位處柱中心線與軸線重合,500,500,500,墻,非承重墻：墻內(nèi)緣與軸線重合,承重墻：,墻內(nèi)緣與軸線的距離為半磚或半磚的倍數(shù)。,19,在廠房端部橫向定位軸線與山墻邊緣重合，將山墻內(nèi)側(cè)第一排柱中心內(nèi)移500mm；伸縮縫兩邊的中心線向兩邊移動500mm.,20,三、變形縫設(shè)置,伸縮縫,橫向伸縮縫一般采用雙柱；縱向伸

8、縮縫一般采用單柱。,沉降縫,一般不設(shè)。下列情況之一設(shè)：,相鄰部位高差很大； 相鄰跨吊車起重量懸殊； 下臥土層有很大變化； 各部分施工時間相差很長。,抗震縫,當廠房平、立面布置復雜或結(jié)構(gòu)高度、剛度相差很大時設(shè)置。,21,22,四、廠房的剖面布置,高度,自室內(nèi)地面至柱頂?shù)母叨葢獮?00的倍數(shù)；,自室內(nèi)地面至牛腿的高度應為300的倍數(shù)；,自室內(nèi)地面至吊車軌道的標志高度應為600的倍數(shù)。,凈空,23,五、支撐布置,柱間支撐,作用：保證廠房縱向排架的剛度和穩(wěn)定；將水平荷載傳至基礎(chǔ)。,位置：伸縮縫區(qū)段中央或臨近中央。 當有下列條件之一時需設(shè)置柱間支撐：廠房內(nèi)設(shè)有懸掛吊車或3t及以上懸掛吊車；有重級工作制吊

9、車，或有10t以上的中級、輕級工作制吊車；跨度18m以上或柱高8m以上；縱向柱列總數(shù)7根以下；露天吊車棧橋的柱列。,24,位置：伸縮縫區(qū)段兩端。,屋架下弦橫向水平支撐,作用：將屋架下弦受到的水平力傳至柱頂。,六、抗風柱、圈梁、連系梁、過梁和基礎(chǔ)梁布置,25,26,27,抗風柱： 單廠山墻受風面積大，設(shè)置抗風柱可將山墻分成區(qū)格，使墻面受到的風荷載，在近縱向柱列區(qū)格直接傳至縱向柱列，另一部分傳遞給抗風柱，再由抗風柱下端直接傳至基礎(chǔ)，而上端則通過屋蓋系統(tǒng)傳至縱向柱列。 抗風柱上柱宜采用矩形截面，截面尺寸不宜小于350300mm，下柱宜采用矩形或工字形截面，當柱較高時也采用雙肢柱。 用砌體作為廠房的維

10、護結(jié)構(gòu)時，一般要設(shè)置圈梁、聯(lián)系梁、過梁及基礎(chǔ)梁。 圈梁： 將墻體與廠房柱箍在一起，其作用可增加房屋的整體剛度，防止由于地基不均勻沉降或較大振動荷載對廠房的不利影響。 布置原則：對無吊車廠房，當墻厚小于等于240mm、檐口標高為58m時，應在檐口附近布置一道，當檐口標高大于8m時，宜增設(shè)一道；對有吊車或較大振動設(shè)備的廠房，除在檐口或窗頂布置圈梁外，尚宜在吊車梁標高處或其它適當位置增設(shè)一道，當外墻高度大于15m時還應適當增設(shè)。圈梁截面寬度宜與墻厚相同，當墻厚大于240mm時，其寬度不宜小于120mm，圈梁的縱向鋼筋不宜小于 ，鋼筋的搭接長度為1.2 ,箍筋間距不大于250mm。,28,聯(lián)系梁：聯(lián)系

11、縱向柱列，增強廠房縱向剛度并將風荷載傳遞到縱向柱列，并承受其上部墻體重力。聯(lián)系梁一般預制，兩端擱置在柱牛腿上，其連接可采用螺栓或焊接。 過梁：作用是承托門窗洞口上墻體重力。 基礎(chǔ)梁：基礎(chǔ)梁一般直接擱置在柱基礎(chǔ)杯口上，當基礎(chǔ)埋置深度較深時，放置在基礎(chǔ)上面的混凝土墊塊上，基礎(chǔ)梁底部離地基土表面應預留100mm的孔隙。 聯(lián)系梁、過梁、基礎(chǔ)梁、屋架、屋面梁、吊車梁、支撐、天窗架等，一般均有全國通用圖集或定型圖集，設(shè)計時可直接查用。,29,思考題 1.單層廠房的結(jié)構(gòu)型式主要有幾種？ 2.單層廠房排架結(jié)構(gòu)主要由哪些結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成？ 3.單層廠房排架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)布置、關(guān)鍵剖面標高尺寸的確定 4.單廠變形縫種類及

12、設(shè)置 5.單層廠房支撐的分類、作用及布置方法 6.裝配式單層廠房排架結(jié)構(gòu)的抗風柱、圈梁、聯(lián)系梁、過梁基礎(chǔ)梁的布置 裝配式排架結(jié)構(gòu)分析計算，包括以下主要內(nèi)容： 確定排架計算簡圖；荷載計算；內(nèi)力分析及內(nèi)力組合；驗算排架水平位移等。,30,思考題 1.裝配式鋼筋混凝土單層廠房排架結(jié)構(gòu)的計算單元、計算簡圖如何確定？ 2.作用在單層排架上的荷載，在不考慮抗震的情況下，主要荷載有哪些？其值如何確定？ 1）各種荷載的大小、方向、作用點如何確定？ 2）風荷載如何計算？ 3）吊車荷載如何確定？,31,單層工業(yè)廠房是由縱橫向排架組成的空間結(jié)構(gòu)，為方便設(shè)計，一般將其簡化為縱、橫向平面排架分別進行分析；但除進行抗震和

13、溫度應力分析外，縱向平面排架一般不需要進行計算。,12.2 排架結(jié)構(gòu)分析,32,幾點說明： 1.裝配式單層鋼筋混凝土廠房結(jié)構(gòu)實際上是空間結(jié)構(gòu)，由于各橫向平面排架及各縱向平面排架之間相互影響較小，所以，近似認為它們各自相互獨立工作，簡化為平面結(jié)構(gòu)進行計算。 2.縱向平面排架由柱列、基礎(chǔ)、聯(lián)系梁、吊車梁和柱間支撐等組成，由于縱向柱較多，抗側(cè)移剛度大，因此，一般不需要計算。 3.裝配式排架結(jié)構(gòu)，預制柱插入杯口基礎(chǔ)一定深度，并用細石混凝土將柱與基礎(chǔ)澆搗成一體，且地基變形是有限制的，基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)動很小，因此，將柱下端簡化為固結(jié)是符合實際的；但在地基土質(zhì)較差、變形較大或有大面積堆料等比較大的地面荷載時，應考慮

14、基礎(chǔ)位移和轉(zhuǎn)動對排架內(nèi)力和變形的影響。,33,4.屋面梁或屋架兩端沒有軸向位移，對屋面梁、下弦剛度較大的屋架是適用的，對于組合式屋架或兩鉸、三鉸拱屋架，則應考慮其軸向變形對排架內(nèi)力和變形的影響，這種情況稱為“跨變”，所以，假定（2）沒有考慮跨變的情況。 5.計算簡圖中，柱的計算軸線取上部和下部柱的截面重心的連線，屋面梁或屋架用一根沒有軸向變形的剛桿表示。 6.柱總高柱頂標高基礎(chǔ)底面標高絕對值基礎(chǔ)高度 上柱高柱頂標高軌頂標高軌道高吊 車梁高 7.排架的跨度以廠房的跨度為準。,34,35,三、荷載計算,恒載,屋蓋自重,上柱自重,下柱自重,吊車梁及軌道自重,活載,屋面活載,吊車荷載,形式、大小、作用

15、位置、方向。,風荷載,36,37,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,可靠度的基本概念,結(jié)構(gòu)的功能要求 承載能力要求:結(jié)構(gòu)能承受在正常施工和正常使用 過程中出現(xiàn)的各種作用而不出現(xiàn)承載力不足的狀況. 正常使用要求:結(jié)構(gòu)在承受正常使用過程中出現(xiàn)的 各種作用時能良好工作而不出現(xiàn)影響正常使用或適 用性不充分的狀況。 整體性要求:結(jié)構(gòu)在偶然事件（火災、爆炸、撞擊 等）發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性 而不發(fā)生連續(xù)倒塌。,(2)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù) 設(shè) 表影響結(jié)構(gòu)某一功能的基本變量。則與此功能對應的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)可表為 考慮結(jié)構(gòu)功能僅與荷載效應 （荷載引起的結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，位移等）和結(jié)構(gòu)抗力 （結(jié)構(gòu)承受荷載效應的能力，如承載能力

16、、剛度、抗裂度等）兩個基本變量有關(guān)的最簡單情況。此時，結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)可表為,(3)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) （GB50068-2001) 結(jié)構(gòu)的期望狀態(tài)：結(jié)構(gòu)處于 滿足其功能要求的狀態(tài).其功能 函數(shù) 結(jié)構(gòu)的不期望狀態(tài)：結(jié)構(gòu)處 于未能滿足其功能要求的狀態(tài). 其功能函數(shù) 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)整體或部分超越某一狀態(tài) 結(jié)構(gòu)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能的要求，此狀 態(tài)即稱為結(jié)構(gòu)該功能的極限狀態(tài)。其功能函數(shù)滿足:,(4)極限狀態(tài)的分類 由結(jié)構(gòu)的功能要求分類： 1.承載能力極限狀態(tài)(GB50068-2001) 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載能力或達到不適于 繼續(xù)承載的變形.其主要表現(xiàn)有 整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去

17、平衡 （如傾覆等）； 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強度被超過而破壞（包 括疲勞破壞）,或因過度變形而不適于繼續(xù)承載； 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系（機構(gòu)）； 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）； 地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）。,整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡 如：傾覆、滑移 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強度被超過而破壞,或因過度變形而不適于繼續(xù)承載 如：鋼筋混凝土構(gòu)件：混凝土的抗拉抗壓強度、鋼筋的屈服強度；大體積混凝土結(jié)構(gòu)，還需要混凝土的多軸強度；鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的抗剪強度；砌體結(jié)構(gòu)，需要使用砌體的抗壓強度、軸心抗拉強度、彎曲抗拉強度和抗剪強度；鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計中，要控制構(gòu)件截面的變形不能太大； 結(jié)

18、構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系（機構(gòu)） 如：門式鋼架形成塑性鉸 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定 如：歐拉屈曲；壓彎構(gòu)件失穩(wěn)；薄壁鋼構(gòu)件受壓翼緣和腹板失穩(wěn)；圓柱殼失穩(wěn)；球面扁殼失穩(wěn)等； 地基喪失承載能力而破壞 整體剪切、局部剪切、沖切破壞等 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞破壞 如結(jié)構(gòu)大震作用下的破壞，是低周疲勞破壞；鐵路橋梁、廠房吊車梁、海洋平臺等，是高周疲勞破壞；,2正常使用極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項 規(guī)定限值.其主要表現(xiàn)有 影響正常使用或外觀的變形； 影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂 縫）； 影響正常使用的振動； 影響正常使用的其他特定狀態(tài)。 3整體性極限狀態(tài)（抗連續(xù)破壞極限狀態(tài)） 結(jié)構(gòu)由于火災

19、、爆炸、撞擊等事故產(chǎn)生的損壞達 到與初始起因不相稱的程度限值。即結(jié)構(gòu)由于局部 損壞而達到其余部分將發(fā)生連續(xù)破壞（或連續(xù)倒 塌）狀態(tài)限值。(研究中，尚未進入工程實踐）,影響正常使用或外觀的變形 框架梁變形過大；起重機梁的變形過大，卡軌 影響正常使用或耐久性能的局部損壞 裂縫：荷載引起結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫，如：溫度、干縮、鋼筋銹脹裂縫等 影響正常使用的振動 樓板、橋梁振動過大，約0.5%g的加速度的振動是一般人不能接受的。我國規(guī)范尚沒有關(guān)于振動方面的規(guī)定，國外如加拿大、英國都相關(guān)的驗算規(guī)定。 影響正常使用的其他特定狀態(tài) 取決于結(jié)構(gòu)使用功能與用戶要求。,根據(jù)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)被超越后的結(jié)構(gòu)狀況分類： 1

20、、不可逆極限狀態(tài) 當引起超越極限狀態(tài)的作用被移掉后，仍將永久地保持超越效應的極限狀態(tài)。即因超越極限狀態(tài)而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的損壞或功能失常將一直保持，除非結(jié)構(gòu)被重新修復。 承載力極限狀態(tài)一般是不可逆的，正常使用極限狀態(tài)有時可逆有時不可逆。 2、可逆極限狀態(tài) 產(chǎn)生超越極限狀態(tài)的作用被移掉后，將不再保持超越效應的極限狀態(tài)。即因超越結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)損壞或功能失常僅在超越的原因存在時保持。 總之，極限狀態(tài)的分類沒有固定的規(guī)則，主要以設(shè)計需要為依據(jù)。如日本，地震經(jīng)常發(fā)生，所以其建筑及公共設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)給出了可恢復極限狀態(tài)；對于鋼橋，車輛反復作用引起的疲勞破壞嚴重，所以，美國的荷載與抗力系數(shù)橋梁設(shè)計規(guī)范

21、單獨列出了疲勞極限狀態(tài)，在大地震、洪水、車輛、冰流撞擊等條件下，該規(guī)范還列出了極端事件極限狀態(tài)。,(5)結(jié)構(gòu)的可靠度 結(jié)構(gòu)失效:結(jié)構(gòu)不能滿足對其的功能要求,如結(jié)構(gòu) 或構(gòu)件中承載力不足或適用性不充分等 結(jié)構(gòu)的可靠性:結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的 條件下，完成預定功能的能力. 結(jié)構(gòu)的可靠度:結(jié)構(gòu)在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定條件 下，完成預定功能的概率. 結(jié)構(gòu)可靠度可表為 結(jié)構(gòu)失效概率可表為 與 間存在互補關(guān)系：,(6)結(jié)構(gòu)的可靠指標 假定結(jié)構(gòu)功能函數(shù)僅由荷載效應 與構(gòu)件抗力 組成的簡單情況。若 ,則有 。結(jié)構(gòu)失效概率可表為 增大， 也增大，故 反映了結(jié)構(gòu)的可靠程度, 稱 之為結(jié)構(gòu)可靠指標, 常用來描述結(jié)構(gòu)

22、的可靠程度。,（7） 的幾何意義：結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程僅由兩個基本隨機變量構(gòu)成的簡單情況，假定R、S相互獨立并分別服從正態(tài)分布,對R，S作標準化變換,顯然, 均服從 分布.,用 除上式得,由解析幾何知，在標準正態(tài)化坐標系 中，上式為極限狀態(tài)直線的標準法線式方程。 為原點 到極限狀態(tài)直線的法線距離 (見圖2-4)。 為法線對各坐標向量的方向余弦。 的幾何意義為標準正態(tài)坐標系中原點 到極限狀態(tài)直線的最短距離。對結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程為若干相互獨立、正態(tài)變量構(gòu)成非線性方程情況，同樣可證明 的合理近似取值為標準正態(tài)坐標系中原點 到極限狀態(tài)曲面的最短距離。,作用分類,作用按照隨時間的變化可分為三類（5.2.3條）

23、: 永久作用：在設(shè)計基準期內(nèi)量值不隨時間變化或其 變化與平均值之比可以忽略不計。如結(jié)構(gòu)自重、土壤 最重量形成的土壓力、預加應力等。 可變作用：在設(shè)計基準期內(nèi)量值隨時間而變且其變 化與平均值之比不能忽略。如使用或居住荷載（人 員、設(shè)備、家具等）以及風、雪等。 偶然作用：在設(shè)計基準期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出 現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時間很短。如撞擊、爆炸、某地 區(qū)罕遇的龍卷風等。 按隨空間的變異可分為固定作用和自由作用,按結(jié) 構(gòu)的反應特點可分為靜態(tài)作用和動態(tài)作用,按有無界限 值可分為有界作用和無界作用.,永久作用 自重，預應力，土壓力，固定水位的靜水壓力及浮托力，地應力、圍巖壓力等 可變作用 屋面樓面活荷

24、載，風荷載，雪荷載，積灰荷載，起重機荷載，堆荷荷載，運輸機械荷載，汽車荷載，鐵路荷載，纜車荷載，船泊荷載，波浪力，冰荷載，施工荷載，汽車沖擊力、離心力等 偶然作用 撞擊、火災、煤氣爆炸，天然氣爆炸，船只撞擊力，車輛脫軌，滑坡，泥石流等 地震作用 以前將地震作用列為偶然作用，我國工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準、歐洲規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)（EN1990：2002）中將其單獨列出。地震作用與偶然作用有相似特征，如出現(xiàn)的可能性小，一旦出現(xiàn)量值很大，且地震的發(fā)生是一種自然現(xiàn)象，可以根據(jù)多年的記錄資料進行統(tǒng)計分析等。但是，地震對結(jié)構(gòu)的作用與持久、短暫和偶然狀況不同，這三種狀況下，結(jié)構(gòu)所受外部作用均與結(jié)構(gòu)本身無關(guān)，而

25、地震作用則不同，地震使結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的作用效應的大小，除與地震本身的強度、頻譜特性和持續(xù)時間有關(guān)外，還取決于結(jié)構(gòu)本身的形式、質(zhì)量、固有周期、阻尼及結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的延性和耗能能力。 因此，我國標準工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準(4.2.1條）將設(shè)計狀況分為：持久狀況、短暫狀況、偶然狀況和地震狀況。,作用的代表值,對結(jié)構(gòu)進行極限狀態(tài)驗算時采用的荷載稱為荷載 代表值。其類型有：標準值、頻遇值、組合值與準 永久值。標準值針對永久荷載及可變荷載而言。頻 遇值、組合值及準永久值則僅針對可變荷載 標準值 荷載標準值是設(shè)計基準期內(nèi)在結(jié)構(gòu)上可能出現(xiàn)的 最大荷載值。它是進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用的荷載基本 代表值。荷載的其他代表值

26、均可以標準值為基礎(chǔ)換 算得到。對結(jié)構(gòu)進行承載能力極限狀態(tài)以及正常使 用極限狀態(tài)驗算時均要使用荷載標準值。,準永久值 準永久值是設(shè)計基準期內(nèi)在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的可變荷載值。它是對結(jié)構(gòu)進行正常使用極限狀態(tài)按準永久組合和頻遇組合設(shè)計時所采用的可變荷載代表值。 準永久值= 頻遇值 頻遇值是設(shè)計基準期內(nèi)在結(jié)構(gòu)上時而出現(xiàn)的較大 可變荷載值。它是對結(jié)構(gòu)進行正常使用極限狀態(tài)按 頻遇組合設(shè)計時所采用的可變荷載代表值。 頻遇值與標準值間存在下述關(guān)系： 頻遇值=,組合值 結(jié)構(gòu)承受兩種或兩種以上可變荷載時，對結(jié)構(gòu)進 行承載能力極限狀態(tài)按基本組合設(shè)計與正常使用極 限狀態(tài)按標準組合設(shè)計時使用的可變荷載代表值。 當結(jié)構(gòu)上作用

27、有兩種或兩種以上的可變荷載時，它 們均同時以標準值作用于結(jié)構(gòu)的概率極小。故當采 用各荷載標準值進行荷載組合時，應對某些可變荷 載的標準值進行折減。這即產(chǎn)生了可變荷載組合值 的概念?？勺兒奢d組合值與其標準值的關(guān)系 組合值= 式中-可變荷載組合值系數(shù),作用效應組合,基本概念 (1)荷載效應 荷載引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的反應如內(nèi)力、變形等謂 之荷載效應。對線彈性結(jié)構(gòu)，荷載與荷載效應間存 在下述性線關(guān)系: 式中 -荷載效應系數(shù)。 一般而言， 為隨機變量。若 變異顯著小于Q的 變異時，也可近似取 為常量。如一均布荷載q作用 下的簡支梁，其跨中彎矩為 。此處 為 。一般而 言，l應為隨機變量。但其變異較q的變異

28、小很多。 故實用上常取l為常量。,(2)作用效應組合 建筑結(jié)構(gòu)承受多種荷載作用時，其荷載效應也為 時間的函數(shù)，可用隨機過程來描述。其極限狀態(tài)方 程可表示為 式中R-結(jié)構(gòu)抗力,可取作隨機變量； -第i種荷載的荷載效應,隨機過程； -n種荷載的綜合荷載效應。 將隨機過程轉(zhuǎn)換為隨機變量 最終極限狀態(tài)方程為 作用效應組合問題實質(zhì)即為綜合作用效應最大值 概率分布的確定問題。若能確定 的概率分布， 則可容易確定結(jié)構(gòu)可靠度指標。,JCSS組合模型 (1)基本假定 荷載 是等時段的平穩(wěn)隨機過程。 荷載 與荷載效應 間滿足式3-17所示線性關(guān) 系。 設(shè)計基準期為50年。 不考慮互斥隨機荷載的組合。僅考慮在 內(nèi)可

29、 能相遇的各種可變荷載的組合并結(jié)合經(jīng)驗判斷以確 定相遇的荷載種類。 當一種荷載取設(shè)計基準期最大荷載或時段最大 荷載時，其他參與組合的荷載僅在該最大荷載的持 續(xù)時段內(nèi)取相對最大荷載，或取任意時點荷載。,(2)組合形式 設(shè)n種荷載參與組合。第i種荷載在設(shè)計基準期 內(nèi)的總時段數(shù)為 。將各種荷載的總時段 數(shù)從小到大排列，即 。取任一種荷載 在 設(shè)計基準期內(nèi)的最大荷載效應 與其他種荷載效 應進行組合。根據(jù)假定可得種荷載效應組合值 。即 (3-20) 式中 -第i種荷載效應 的任意時點隨機變量； -第i種荷載效 應的持續(xù)時段長度,即 。,(2)綜合荷載效應 的分布函數(shù) 根據(jù)式（3-20）， 為n項隨機變量

30、之和。對式 （3-20）中的隨機變量 及 ，采用式 3-3可求得其分布函數(shù)分別為 及。若假 定構(gòu)成的n個隨機變量相互獨立，則可得 的分 布函數(shù) 為 (3-21) 式中*-卷積運算。 由式（3-21）可確定 。根據(jù)式（3-19），可求得 結(jié)構(gòu)在作用下的可靠指標。其中最小者即 為結(jié)構(gòu)的控制可靠指標。,J.C.Turkstra組合模型 根據(jù)Turkstra模型，荷載效應組合原則為：若某 一種荷載取設(shè)計基準期最大值時，其余種荷載取相 應任意點值。設(shè)結(jié)構(gòu)上作用有n種荷載，其荷載為 ,則組合形式為 (3-22) 若將荷載模型化為平穩(wěn)二項隨機過程，利用式（3-21），可得 的概率分布函數(shù)為 (3-23),結(jié)

31、構(gòu)設(shè)計目標,極限狀態(tài)設(shè)計原則 (1)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作壽命(結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限) 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進行大修即可按其預定目標使 用的時期為結(jié)構(gòu)設(shè)計工作壽命。即結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計， 正常施工，正常使用和正常維護下所應達到的正常工 作年限。結(jié)構(gòu)設(shè)計工作壽命分類見表5-1：,(2)設(shè)計基準期 確定可變作用及與時間有關(guān)的材料性能取值而選用的時間參數(shù)稱為設(shè)計基準期。 為便于結(jié)構(gòu)可靠度分析與比較，應統(tǒng)一可變作用 與材料性能的取值時域,這即產(chǎn)生設(shè)計基準期概念。 設(shè)計基準期的取值與設(shè)計工作壽命有關(guān)。我國建 筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準規(guī)定結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期 取值為安全等級為二級的建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作壽 命。安全等級為二級的建筑為一

32、般普通房屋與構(gòu)筑 物。由表5-1知其工作壽命為50年。故我國的結(jié)構(gòu)設(shè) 計基準期取值為50年。,(3)設(shè)計狀況(4.2.1條) 設(shè)計應做到結(jié)構(gòu)在一定時段內(nèi)不超越有關(guān)的極限 狀態(tài)。結(jié)構(gòu)在施工及使用過程中，其性能及環(huán)境條件 隨時間而變,這即產(chǎn)生結(jié)構(gòu)設(shè)計狀況概念。根據(jù)其出 現(xiàn)概率及持續(xù)期長短,設(shè)計狀況可分以下四種： 持久設(shè)計狀況：在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)且其持 續(xù)期很長的狀況。持續(xù)期一般與設(shè)計工作壽命為同一數(shù)量級； 短暫設(shè)計狀況：在結(jié)構(gòu)施工與使用過程中出概率較 大，與設(shè)計工作壽命相比，持續(xù)期很短的狀況，如施工和維修等。 偶然設(shè)計狀況：在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小， 且持續(xù)期很小，且持續(xù)期很短的狀況，如

33、火災、爆炸、撞擊等。 地震設(shè)計狀況：新規(guī)范GB50153-2008中，已將地震設(shè)計狀況列為一種單獨的設(shè)計狀況。 地震作用的特點是：既與地震本身有關(guān)也與結(jié)構(gòu)本身有關(guān)。,(4)基本設(shè)計原則 結(jié)構(gòu)設(shè)計時,一般僅進行結(jié)構(gòu)承載能力極限狀況 設(shè)計與結(jié)構(gòu)正常使用極限狀況設(shè)計,而整體性極限狀 態(tài)設(shè)計尚處于研究中. 考慮到結(jié)構(gòu)存在四種設(shè)計狀況，此四種設(shè)計狀況 出現(xiàn)概率不同、持續(xù)期不同，對結(jié)構(gòu)功能影響也不 同?；诖宋覈こ探Y(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準 規(guī)定（4.2.2、4.3.1）： 針對不同設(shè)計狀況，可采用相應的結(jié)構(gòu)體系、 基本變量及可靠度水準等進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。,對持久設(shè)計狀況，應進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計與正常使用極

34、限狀態(tài)設(shè)計；對短暫及地震設(shè)計狀況，應進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計并視需要確定是否進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計；對偶然設(shè)計狀況，可僅進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計。 對偶然狀況，可按下列原則之一進行承載能力 極限狀態(tài)設(shè)計： a.按作用效應的偶然組合進行設(shè)計或采取防護措 施，使主要承重結(jié)構(gòu)不致因出現(xiàn)設(shè)計規(guī)定的偶然事 件而喪失承載能力。 b.允許主要承重結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)設(shè)計規(guī)定的偶然事件 而局部破壞，但其剩余部分仍具有在一段時間內(nèi)不 發(fā)生連續(xù)倒塌的適當?shù)目煽慷取?對持久狀況及短暫狀況，應分別對兩類極限狀 態(tài)采用最不利作用效應組合進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。(4.3.3) 對承載能力極限狀態(tài)，應考慮作用效應的基本組合 （永久作用與可變

35、作用的組合）。必要時應考慮作用 效應的偶然組合（永久作用、可變作用和一個偶然作 用的組合）。 對正常使用極限狀態(tài)，應根據(jù)不同的設(shè)計目的分別 選用作用效應組合. 標準組合（采用標準值及組合值為 荷載代表值的組合）,用于極限狀態(tài)被超越時將產(chǎn)生嚴重 永久性損害的場合，不可逆 ;頻遇組合（對可變荷載采 用頻遇值及準永久值為荷載代表值的組合）,用于極限狀 態(tài)被超越時將產(chǎn)生局部損害的場合，宜用于可逆正常使用 極限狀態(tài)設(shè)計;準永久組合（對可變荷載采用準永久值為 荷載代表值的組合）,用于當長期效應是決定性因素的場合。,(4)設(shè)計要求(4.3.6) 設(shè)結(jié)構(gòu)功能函數(shù)為 ，則按極限狀態(tài)設(shè)計 時，結(jié)構(gòu)應滿足： （5-

36、1） 當僅有作用效應S與結(jié)構(gòu)抗力R的兩個基本變量 時，式（5-1)又可表為 （5-2） 在式（5-1）、式（5-2）中 ， 均為 隨機變量,故式（5-1）、式（5-2）僅能在一定概率 意義下被滿足。根據(jù)結(jié)構(gòu)概率可靠度極限狀態(tài)設(shè)計 ，式（5-1）可轉(zhuǎn)換為 或 而 (5-3) 式中 為設(shè)計基準期內(nèi)針對結(jié)構(gòu)某一功能要求的結(jié)構(gòu)失效概率的 限值; 為設(shè)計基準期內(nèi)針對結(jié)構(gòu)某一功能要求的結(jié)構(gòu)可靠指標限 值,稱作目標可靠指標.,目標可靠度的確定 (1)確定原則 目標可靠度應針對設(shè)計基準期來定義。 應考慮結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)類別以及結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)準 則，不考慮各種過失誤差的事實。 應綜合考慮結(jié)構(gòu)失效后果（以所引起的生命危

37、 險、經(jīng)濟損失及社會不便來衡量）、失效方式（有 無預兆）以及為降低失效概率所需花費的工作量與 費用等因素。 應考慮進行結(jié)構(gòu)可靠性分析時所采用的概率模型與分析方法。,下表所列為人類在一此日常生活中的年死亡概率 據(jù)統(tǒng)計，當前綜合的個人致命事故率為10-4/年?？紤]到人類生活與工作絕大部分時間均在房屋內(nèi)進行，故房屋失效導致的個人致命事故率應更小才合理。據(jù)此，國際標準ISO2394：1998結(jié)構(gòu)可靠度性總原則建議取結(jié)構(gòu)失效導致的個人致命事故率10-6/年。,目標可靠指標是結(jié)構(gòu)設(shè)計時的最低可靠指標，反應著一個國家或地區(qū)某種或某類結(jié)構(gòu)安全度的水平。 從宏觀上講，結(jié)構(gòu)的目標可靠指標涉及到兩個方面的問題：資源

38、的合理分配及結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌事故的概率。對于任何國家，資源都是有限的，即由于工程的投資是有限的，因此，不能任意提高可靠指標；結(jié)構(gòu)倒塌直接威脅到生命安全，造成巨大的經(jīng)濟損失。所以，確定結(jié)構(gòu)目標可靠指標是建造費用、維護費用與結(jié)構(gòu)倒塌損失的平衡問題。,3)經(jīng)驗校準法 經(jīng)驗校準法系指采用可靠度分析方法對原結(jié)構(gòu)設(shè) 計規(guī)范進行反演分析，以確定原結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范隱含的可靠度水準。我國、美國、加拿大及歐洲一些國家的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的目標可靠度水準均是利用經(jīng)驗校準法確定的。,(3)目標可靠指標 我國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的見表5-4，表5-5。 現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的目標可靠指標的確定主 要基于下述考慮： 我國七四結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的值；

39、建筑破壞后果；對同一 安全等級的建筑，若其結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞無預兆（脆性破壞）則安全 等級提高一級；不同結(jié)構(gòu)功能的失效后果不同。,對于建筑結(jié)構(gòu)的安全等級，在同一結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件應按上表取與結(jié)構(gòu)相同的安全等級，但是允許對部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)其重要程度及綜合經(jīng)濟效果進行適當?shù)恼{(diào)整。對不影響整個結(jié)構(gòu)安全性的次要構(gòu)件可將其安全等級降低一級，但不得低于三級。對能使整個結(jié)構(gòu)在破壞時大大減少傷亡和經(jīng)濟損失的構(gòu)件，可將其安全等級提高一級。 延性破壞是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在破壞前有明顯的變形或其它征兆，脆性破壞是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在破壞前無明顯的變形或其它征兆。劃分這兩種破壞類型是出于對安全性的考慮，往往根據(jù)經(jīng)驗來定。,對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極

40、限狀態(tài)的可靠指標，需根據(jù)其可逆程度取01.5。,對于正常使用極限狀態(tài)，其可靠指標一般應根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用效應的可逆程度選取：可逆程度較高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件取較低值，可逆程度較低的結(jié)構(gòu)構(gòu)件取較高值。,不可逆極限狀態(tài)指產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移掉后，仍將永久保持超越狀態(tài)的一種極限狀態(tài)?？赡鏄O限狀態(tài)指產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移掉后，將不再保持超越狀態(tài)的一種極限狀態(tài)。,這種方法實質(zhì)上充分考慮了工程建設(shè)常年積累的實踐經(jīng)驗，繼承了現(xiàn)行規(guī)范中暗含的結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度水準，所以從總體上來講它是合理的，并且也是為絕大部分人所接受的，是一種切實可行的確定設(shè)計可靠指標的方法。,我國現(xiàn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范設(shè)計表達式 (1)具體設(shè)計表達式 1

41、)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式 若荷載與荷載效應間存在線性關(guān)系，則承載能力 極限狀態(tài)荷載效應基本組合設(shè)計表達式可表為 (5-17) (5-18) 式（5-18）主要用于永久荷載為主的結(jié)構(gòu)。具體 設(shè)計時應取式（5-17）與式（5-18）中最不利者。 對于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，式（5-17）可簡化為 (取消),)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式 根據(jù)“工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準”，正常使用極限狀態(tài)應分別采用荷載的標準組合、頻遇組合、準永久組合進行設(shè)計。對荷載與荷載效應間存在線性關(guān)系情況，各荷載組合設(shè)計表達式如下述。 標準組合設(shè)計表達式： （5-20） 頻遇組合設(shè)計表達式： （5-21） 準永久組合設(shè)計表達式

42、： (5-22),5)結(jié)構(gòu)重要性 系數(shù)的確定 從經(jīng)濟及失效后果考慮，重要建筑、一般建筑、 次要建筑的可靠度水準應有所區(qū)分。 “建筑結(jié)構(gòu)可 靠設(shè)計統(tǒng)一標準”在設(shè)計表達式中引入了結(jié)構(gòu)重要重性系數(shù) 0 。其取值規(guī)定為： 對安全等級為一級或設(shè)計工作壽命為100年及以 上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應小于1.1； 對安全等級為二級或設(shè)計工作壽命為50年的結(jié) 構(gòu)構(gòu)件，不應小于1.0； 對安全等級為三級或設(shè)計工作壽命為50年以下 的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應小于0.9。 采用概率可靠度設(shè)計方法分析表明， 其取值差0.1，大體相當于可靠指標相差0.5。,82,思考題 1.可靠性、可靠度；可靠指標、目標可靠指標； 結(jié)構(gòu)的功能要求；極限狀

43、態(tài)及分類； 2.荷載、荷載效應；作用、作用效應；作用效應的組合規(guī)則；荷載的代表值及分類 3.我國現(xiàn)規(guī)范各種極限狀態(tài)下的適用設(shè)計表達式,83,恒載,85,說明： 1.恒載一般包括：屋蓋自重、上柱自重、下柱自重、吊車梁和軌道零件自重，有時，有支承在外牛腿上的圍護結(jié)構(gòu)，尚需考慮其自重。其值可按材料重力密度和結(jié)構(gòu)的有關(guān)尺寸由計算得到，對標準構(gòu)件，可以從標準圖集上直接查出。 2.屋蓋自重 F1 ：其作用點要根據(jù)實際情況確定，當采用屋架時，可以認為是通過屋架端節(jié)點處上弦與下弦中心線的交點作用在柱上；當采用屋面梁時，可以認為通過梁端支承墊板的中心線作用在柱頂。工程上，其作用點一般位于廠房縱向定位軸線內(nèi)側(cè)15

44、0mm之處。,86,3.恒載的內(nèi)力計算方法有兩種：按懸臂柱計算(認為排架未形成）；按排架結(jié)構(gòu)計算。兩種方法計算的結(jié)果相差不大。 4.吊車梁自重F4：吊車梁自重除吊車梁外還含有軌道及連接件的重量，作用點距柱定位軸線距離不小于750mm,這個距離主要用來保證吊車正常運行的最小距離，兩端相加為1500mm，有時為滿足該最小距離，柱的定位軸線需向外移動，形成非封閉的廠房，即不滿足大型屋面板的模數(shù)要求，則在天溝處需另加屋面板進行處理。 5.懸墻自重F5：圍護墻較高時須分段施工，上段墻體擱置在柱小牛腿上。,87,廠房的可變荷載包括:屋面活荷載、吊車荷載和風荷載三部分。 （1）屋面活荷載：包括屋面均布活荷載

45、、雪荷載和積灰荷載三部分。 屋面均布活荷載(Q1)：按屋面是否上人及相應施工荷載查荷載規(guī)范。 雪荷載(Q2)： 式中，Sk為雪荷載標準值(kN/m2)； 為屋面積雪分布系數(shù)； S0為基本雪壓(kN/m2):它是以一般空曠平坦地面上統(tǒng)計所得50年一遇最大積雪自重確定的。 積灰荷載(Q3)：查閱荷載規(guī)范。 屋面活荷載組合原則：Q=max(Q1+Q2)+Q3,88,風荷載對單層廠房結(jié)構(gòu)的作用可分成兩個部分，一部分作用在圍護墻上，一部分作用在屋面上。由于排架計算模型已將屋架等屋面結(jié)構(gòu)簡化成剛性桿，因此，作用在屋面的風荷載，應簡化成一集中荷載；圍護墻承擔的風荷載則簡化成均布荷載計算。風荷載為面荷載，在計

46、算橫向排架結(jié)構(gòu)時，應按排架受荷面積計算，形成線荷載，寬度對于縱向的等跨排架，取跨度即可。 排架計算時，作用在柱頂以下墻面上的風荷載按均布考慮，其風壓高度變化系數(shù)按柱頂標高取值，這是偏于安全的。當基礎(chǔ)頂面至室外地坪的距離不大時，為簡化計算，風荷載可按柱全高計算，不再減去基礎(chǔ)頂面至室外地坪那一小段多算的風荷載；若基礎(chǔ)埋置較深時，按實際情況計算，否則誤差較大。 柱頂至屋脊間屋蓋部分的風荷載，仍取為均布的，其對排架的作用則按作用在柱頂?shù)乃郊酗L荷載標準值 考慮。這時的風壓高度變化系數(shù)可按下述情況確定：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。,89,基本風壓(kN/m2),不小

47、于0.30kN/m2 基本風壓：以當?shù)乇容^空曠平坦地面上離地10米高度處，由統(tǒng)計所得的50年一遇10分鐘內(nèi)平均最大風速 為標準，按公式： z高度處的風振系數(shù)，對于單層廠房 風荷載體型系數(shù)； 風荷載高度變化系數(shù)；風荷載高度變化系數(shù)，根據(jù)地面粗糙程度查表選取。具體數(shù)值見荷載規(guī)范。 A類：近海、海面、海島、海岸及沙漠地區(qū)； B類：田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的中小城鎮(zhèn)和大城市郊區(qū)； C類：有密集建筑群的大城市郊區(qū)。 D類：有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。,90,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,風荷載,91,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,92,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,93,排架計算時，作用在柱頂以下墻面上的風荷載按均布考慮，其

48、風壓高度變化系數(shù)按柱頂標高取值，這是偏于安全的。當基礎(chǔ)頂面至室外地坪的距離不大時，為簡化計算，風荷載可按柱全高計算，不再減去基礎(chǔ)頂面至室外地坪那一小段多算的風荷載；若基礎(chǔ)埋置較深時，按實際情況計算，否則誤差較大。 柱頂至屋脊間屋蓋部分的風荷載，仍取為均布的，其對排架的作用則按作用在柱頂?shù)乃郊酗L荷載標準值 考慮。這時的風壓高度變化系數(shù)可按下述情況確定：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。 的值應分成兩部分計算： 式中， 為作用在豎直面上的風荷載標準值，按柱頂至檐口頂部的距離h1計算； 為作用在坡屋面上風荷載水平分力標準值的合力，按檐口頂部至屋脊的距離h2計算。 應

49、該注意屋面坡面上風荷載本身是垂直于該坡面的，因此，對雙坡屋面： 風荷載有左風和右風之分。,94,風載 如圖為坡屋面水平風荷載的計算：,95,圍護構(gòu)件及其連接件的承載力時，對正壓區(qū)按照荷載規(guī)范規(guī)定采用，對負壓區(qū)可采用下列局部風壓體型系數(shù)： 1）外表面 對墻面，取-1.0； 對墻角邊取-1.8；屋面周邊和屋面坡度大于10的屋脊部位，取-2.2；對檐口、雨篷、遮陽板、陽臺，取-2.0。 對墻角邊和屋面局部部位的作用寬度取房屋寬度的0.1倍和房屋平均高度的0.4倍兩者的小值，但不小于1.5m。 2）內(nèi)表面 對封閉式建筑物，按外表面風壓的正負情況取-0.2或0.2.,96,吊車荷載,豎向荷載,橫向水平荷

50、載,縱向水平荷載,K,橋式吊車按照使用的頻繁程度分為輕級(A1A3)、中級(A4、A5)、重級(A6、A7)和特重級(A8)四個載荷狀態(tài)。,97,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,吊車荷載,98,最大輪壓與最小輪壓,最大輪壓 可從產(chǎn)品目錄中查得；最小輪壓 可由下式確定：,99,吊車橫向水平荷載標準值,（小車吊有重物剎車時引起的慣性力）,傳力過程：小車慣性力,大車,吊車梁,排架柱,作用位置：吊車梁頂面,作用方向：垂直軌道,100,活載下計算簡圖,101,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,102,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,103,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,104,吊車縱向水平荷載標準值,按一側(cè)所有制動輪最大輪壓之和的10%確定：,（大車行駛中剎車引起的

51、慣性力）,作用位置：軌道頂面,作用方向：沿軌道方向，由縱向排架承受,對于一層吊車廠房：水平荷載最多考慮2臺；多跨時，豎向荷載最多考慮4臺。,105,吊車荷載 1）吊車豎向荷載作用：按吊車輪壓計算，一般橋式吊車為四輪吊車。若吊車一邊為最大輪壓，另一邊自然為最小輪壓；輪壓在下柱頂端所產(chǎn)生的豎向荷載 Dmax、Dmin 根據(jù)影響線即可求出。對一層吊車、單跨廠房的每個排架，參與組合的吊車臺數(shù)不宜多于2臺；對于一層吊車、多跨廠房的每個排架，不宜多于4臺。實際上，對邊跨的柱最多只能有2臺吊車，因吊車梁簡支放置，第3臺吊車輪距已經(jīng)超過被計算的兩跨（縱向），則在第3跨（縱向）無法影響到被計算的兩跨，而對于多跨

52、的中柱兩邊可均有吊車運行，所以應考慮224臺吊車。 2）吊車水平荷載作用：吊車水平荷載作用主要指吊車水平剎車時，對柱牛腿頂面所產(chǎn)生的水平力。根據(jù)大車、小車剎車的情況，大車剎車力作用方向沿廠房縱向，小車剎車力作用方向沿廠房橫向，其中，橫向水平剎車力應是計算的重點。吊車的橫向水平剎車力T可理解為四個輪子各自承擔的力，水平剎車力在計算時，應按兩側(cè)柱的抗側(cè)剛度大小進行分配，為簡化計算，通常按平均值分配給兩側(cè)的排架柱。吊車橫向水平荷載最大值仍按影響線進行計算，當有多臺吊車參與組合時，應進行折減。,3)吊車工作制：吊車的生產(chǎn)、訂貨和吊車荷載計算都是按吊車的工作級別為依據(jù)的。吊車的工作是按其利用等級和載荷狀

53、態(tài)來劃分的，共分為八個級別：A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8。吊車的利用等級是指吊車在使用期內(nèi)要求的總工作循環(huán)次數(shù)，分成10個等級；載荷狀態(tài)是指吊車荷載達到其額定值得頻繁程度。 A1-A3：一般滿載機會少、運行速度低以及不需要緊張而繁重工作的場所，如水電站、機械檢修站等。 A4、A5：機械加工車間、裝配車間； A6、A7、A8：冶煉車間直接參加連續(xù)生產(chǎn)的吊車等； 4）單層廠房中常用的吊車：懸掛吊車、手動吊車、電動葫蘆及橋式吊車等。其中：懸掛吊車的水平荷載可不列入排架計算，而由有關(guān)支撐系統(tǒng)承受；手動吊車和電動葫蘆可不考慮水平荷載。,107,12.2.2 等高排架的內(nèi)力計算,一、柱的

54、抗側(cè)剛度,設(shè)柱頂作用一單位力發(fā)生的位移為,，,代表柱頂發(fā)生單位側(cè)向位移時柱內(nèi)的剪力，定義為柱的抗側(cè)（推或剪）剛度，用D表示。,與,、,有關(guān)。,單廠設(shè)計,12.1 組成與布置,12.2 結(jié)構(gòu)分析,12.2 .1分析模型,12.2 .2內(nèi)力計算,排架內(nèi)力計算,單層工業(yè)廠房的橫向排架，從計算的觀點來看可分為兩種類型：等高排架和不等高排架。 如果排架各柱頂標高相同，或者柱頂標高不同，但由傾斜橫梁貫通聯(lián)結(jié)，當排架發(fā)生水平位移時，其柱頂?shù)奈灰葡嗤?，在排架計算中，這類排架稱為等高排架；若柱頂位移不相等，則稱為不等高排架。 對于等高排架，可采用下面介紹的簡便方法剪力分配法進行內(nèi)力計算；對于不等高排架，可參閱有

55、關(guān)資料按力法進行計算。,109,二、剪力分配法,柱頂作用集中荷載,由平衡條件：,由物理條件：,由幾何條件：,110,任意荷載作用,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；,將上述兩種情況的內(nèi)力疊加。,111,1.等高排架的內(nèi)力分析計算 1）剪力分配法：當柱頂存在水平力，由于橫梁為剛性桿，則各柱的柱頂位移相等，每一根柱的柱頂剪力由其抗側(cè)移剛度分配，當柱頂剪力求出后，柱的其它內(nèi)力很容易求得。 2）任意荷載作用時，加虛擬鉸的解法在于可以利用剪力分配法，同時由于限制了柱頂水平位移，可將排架結(jié)構(gòu)分成多個頂端不能產(chǎn)生水平移動的立柱，立柱在各種情況下的內(nèi)力可查

56、表求出。 2.不等高排架的內(nèi)力分析計算 可采用力法或位移法計算。,對稱荷載下的對稱結(jié)構(gòu)-柱頂無側(cè)移,不對稱荷載下的對稱結(jié)構(gòu)或?qū)ΨQ荷載下的不對稱結(jié)構(gòu),+,=,+,=,設(shè)Hu=H，Hl=（1-）H，Ju=nJl，則有,實際上是二階懸臂柱的柔度系數(shù),頂部鉸接底部固接變截面桿,頂部鉸接底部固接變截面桿,求得Ra后,同理可求出各種荷載作用下單階柱的系數(shù)C1C12，制成表格以備查用，見教材附錄,頂部鉸接底部固接變截面桿,柱頂有水平集中荷載作用時的內(nèi)力分析,根據(jù)導得的柔度系數(shù),柱頂有水平集中荷載作用時的內(nèi)力分析,剪力分配系數(shù),柱的抗側(cè)剛度,半鉸結(jié)點,不等高排架的計算簡圖,不等高排架的內(nèi)力分析,柱頂有水平集中

57、荷載作用時的內(nèi)力分析,采用力法,物理意義見上圖，可查閱相關(guān)書籍資料,不等高排架的內(nèi)力分析,柱上作用其他荷載時的內(nèi)力分析,122,單廠設(shè)計,12.1 組成與布置,12.2 結(jié)構(gòu)分析,12.2 .1分析模型,12.2 .2內(nèi)力計算,12.2.3 水平位移計算,為了保證吊車的正常運行，需要控制廠房的水平位移。,正常使用極限狀態(tài)，考慮一臺最大吊車的橫向水平荷載作用，吊車梁頂處的水平位移 應滿足：,且,（輕、中級工作制）,（重、特重級工作制）,12.2 .3位移計算,當,時可不驗算相對位移。,123,思考題 1.什么是柱的抗側(cè)移(剪、推）剛度？ 2.在排架計算時，如何定義等高排架？ 3.進行等高排架內(nèi)力

58、分析時，對于柱頂作用集中荷載、排架上作用任意荷載這兩種情況，均可利用剪力分配法進行計算，試說明： 1）剪力分配法的基本計算思路 2）排架上作用任意荷載時的計算方法 4.什么是單層廠房的整體空間作用？考慮空間作用時，排架柱截面上的內(nèi)力會發(fā)生變化嗎？我國現(xiàn)規(guī)范針對作用在排架上的各種荷載，如何考慮排架的空間作用？ 5.單層廠房在以下幾種特殊情況下的內(nèi)力計算應該如何考慮： 1）屋架（或屋面梁）有軸向變形 2）地基有沉降或基礎(chǔ)有轉(zhuǎn)動 3）排架縱向柱列上有拔柱 4）不等高排架,124,12.2.4 排架計算模型的討論,一、排架的整體空間作用,基本概念,結(jié)構(gòu)均勻、荷載均勻,結(jié)構(gòu)不均勻、荷載均勻,結(jié)構(gòu)均勻、荷載不均勻,125,在b、c兩種情況下，其最大側(cè)