1、第12章 单层厂房12.2 排架计算12.2 12.2 排架计算排架计算 单厂实为空间结构，为方便，简化为平面结构。近似认为互不单厂实为空间结构，为方便，简化为平面结构。近似认为互不影响，独立工作。影响，独立工作。横向平面排架横向平面排架跨度方向。由柱、屋架和基础组成。跨度方向。由柱、屋架和基础组成。主要计算主要计算。纵向平面排架纵向平面排架柱距方向。由柱列、基础、连系梁、吊车梁和柱距方向。由柱列、基础、连系梁、吊车梁和柱间支撑组成。因柱多，抗侧刚度大，每柱承受的水平力不大，柱间支撑组成。因柱多，抗侧刚度大，每柱承受的水平力不大，常不计算常不计算,按经验和构造按经验和构造。纵向柱列较少时算。纵
2、向柱列较少时算。12.2.1、计算简图、计算简图 1 计算单元计算单元相邻柱距的中心线截出的一个典型区段。相邻柱距的中心线截出的一个典型区段。(下页下页）2 简化假定及简图简化假定及简图 柱下端固接于基础顶面，上端与屋面梁或屋架铰接。柱下端固接于基础顶面，上端与屋面梁或屋架铰接。屋面梁或屋架没有轴向变形。（无跨变）屋面梁或屋架没有轴向变形。（无跨变）排架的跨度以厂房的轴线为准排架的跨度以厂房的轴线为准。第12章 单层厂房12.2 排架计算第12章 单层厂房12.1排架计算H计算单元计算单元12345AB排架的计算单元和计算简图排架的计算单元和计算简图 柱的计算轴线取柱的几何中心线，当柱为变截面
3、时，排架柱的轴线柱的计算轴线取柱的几何中心线，当柱为变截面时，排架柱的轴线为一折线。为一折线。柱总高柱总高H=柱顶标高柱顶标高+基础底面标高的绝对值基础底面标高的绝对值-初步拟定的基础高度；初步拟定的基础高度；上部柱高上部柱高Hu=柱顶标高柱顶标高-轨顶标高轨顶标高+轨道构造高度轨道构造高度+吊车梁支承处吊车梁支承处 的吊车梁高的吊车梁高上、下部柱的截面弯曲刚度上、下部柱的截面弯曲刚度 EcIu，EcIl，由砼强度等级及预先假定，由砼强度等级及预先假定的截面形状和尺寸确定。的截面形状和尺寸确定。EcIuEcIlEcIuHuABEcIl第12章 单层厂房12.2 排架计算12.2.2、荷载计算、
4、荷载计算 作用在排架上的荷载分永久荷载和可变荷载两类：作用在排架上的荷载分永久荷载和可变荷载两类：永久荷载永久荷载：屋盖自重：屋盖自重F1；上柱自重；上柱自重F2；下柱自重；下柱自重F3；吊车梁和；吊车梁和轨道零件自重轨道零件自重F4；有时有支承在牛腿上的围护结构的重力；有时有支承在牛腿上的围护结构的重力F5等、。等、。可变荷载可变荷载：屋面活载：屋面活载F6；吊车荷载；吊车荷载;均布风载均布风载Dmax、Dmin、Tmax；均布风载；均布风载q1、q2、用作用在屋盖支承处的集中风荷载、用作用在屋盖支承处的集中风荷载W等。等。集中荷载的作用点集中荷载的作用点由实际情况定：用屋架时，屋架荷载通过
5、端由实际情况定：用屋架时，屋架荷载通过端节点处上弦与下弦中心线的交点作用在柱顶；用屋面梁时，集节点处上弦与下弦中心线的交点作用在柱顶；用屋面梁时，集中力通过梁端支承支承垫板的中心线作用在柱顶。中力通过梁端支承支承垫板的中心线作用在柱顶。第12章 单层厂房12.2 排架计算F1F2F5F3DmaxTmaxF1F2F5F3q1q2DminF4TmaxAB排架荷载示意图排架荷载示意图F4W第12章 单层厂房12.2 排架计算 柱顶作用偏心压力柱顶作用偏心压力F1，对上柱计算轴线的偏心距，对上柱计算轴线的偏心距e1，换算成轴心压力换算成轴心压力 和力矩和力矩M1=F1e1，F1对上柱是轴心压力，对下对
6、上柱是轴心压力，对下柱却是偏心压力。同样，把它换算成对下柱的轴心压力柱却是偏心压力。同样，把它换算成对下柱的轴心压力 和力矩和力矩M1=F1e0，轴心压力对排架柱除产生轴向变形外，不产生其它内，轴心压力对排架柱除产生轴向变形外，不产生其它内力，因此，不需要作排架分析；对力矩力，因此，不需要作排架分析；对力矩M1、M1则要作排架内力分则要作排架内力分析。图中的换算是为了方便查表。析。图中的换算是为了方便查表。M1=F1e1M1=F1e0M1M1竖向偏心力的换算竖向偏心力的换算F1-F1-F1-e0F1-F1-F1e1F1-F1-第12章 单层厂房12.1排架计算恒载恒载 按材料重力密度和结构的有
7、关尺寸由计算得到。按材料重力密度和结构的有关尺寸由计算得到。标准构件可从标准图上直接查到。荷载分项系数标准构件可从标准图上直接查到。荷载分项系数取取G=1.2注意注意：考虑到构件的安装顺序，吊车梁和柱是在考虑到构件的安装顺序，吊车梁和柱是在屋架没吊装就位之前就位的，这时排架还没形成，屋架没吊装就位之前就位的，这时排架还没形成，故对吊车梁和柱自重产生的内力不应按排架计算，故对吊车梁和柱自重产生的内力不应按排架计算，应按悬臂柱分析（因内力值不大，有时也按排架应按悬臂柱分析（因内力值不大，有时也按排架计算）计算）。n屋面活载屋面活载n 包括屋面均布活载、雪载、屋面积灰荷载三种，包括屋面均布活载、雪载
8、、屋面积灰荷载三种，均按屋面投影面积计算。均按屋面投影面积计算。n 屋面均布活载屋面均布活载查荷载规范表查荷载规范表4.3.1,对不上对不上人屋面，当施工荷载较大时，按实际情况采用。人屋面，当施工荷载较大时，按实际情况采用。n 雪载雪载标准值标准值 sk=rs0；r-屋面积雪分屋面积雪分布系数，布系数，s0-基本雪压基本雪压n山区基本雪压应按实际采用，无确实资料时，山区基本雪压应按实际采用，无确实资料时，按邻近空旷平坦地面基本雪压值乘以按邻近空旷平坦地面基本雪压值乘以 1.2系数后系数后采用。它是以一般空旷平坦地面上统计所得采用。它是以一般空旷平坦地面上统计所得50年一遇最大积雪自重确定的。年
9、一遇最大积雪自重确定的。第12章 单层厂房12.2 排架计算屋面积灰荷载屋面积灰荷载 设计时有大量排灰的厂房及其邻近建筑物应考虑积灰荷载，设计时有大量排灰的厂房及其邻近建筑物应考虑积灰荷载，查规范，对屋面上易形成灰堆处，在设计屋面板、檩条时，查规范，对屋面上易形成灰堆处，在设计屋面板、檩条时，积灰荷载标准值要乘以下列增大系数：在高低跨处两倍于屋积灰荷载标准值要乘以下列增大系数：在高低跨处两倍于屋面高差但不大于面高差但不大于6m的分布宽度内取的分布宽度内取2.0，在天沟处不大于，在天沟处不大于3m的分布宽度内取的分布宽度内取3.0。注注意意:屋面均布活载不与雪载同时考虑，仅取两者中的较大屋面均布
10、活载不与雪载同时考虑，仅取两者中的较大值；屋面积灰荷载与雪载和屋面均布活载两者中的较大值同值；屋面积灰荷载与雪载和屋面均布活载两者中的较大值同时考虑。时考虑。屋面均布活载、雪载、屋面积灰荷载的荷载分项系数取屋面均布活载、雪载、屋面积灰荷载的荷载分项系数取Q=1.4第12章 单层厂房12.2 排架计算吊车荷载吊车荷载 吊车有悬挂吊车、手动吊车、电动葫芦、桥式吊车。仅桥式吊车有悬挂吊车、手动吊车、电动葫芦、桥式吊车。仅桥式吊车的水平荷载需列入排架计算，这里专门考虑桥式吊车。吊车的水平荷载需列入排架计算，这里专门考虑桥式吊车。吊车工作制：吊车工作制：按达到其额定值的频繁程度按达到其额定值的频繁程度分
11、轻、中、重、特重分轻、中、重、特重四级。四级。轻级轻级满载机会少、运行速度低，不需紧张而繁重工作的场所。满载机会少、运行速度低，不需紧张而繁重工作的场所。如水电站、机械检修站等。如水电站、机械检修站等。中级中级机械加工车间、装配车间等。机械加工车间、装配车间等。重级、特重级重级、特重级冶炼车间、参加连续生产的吊车等。冶炼车间、参加连续生产的吊车等。荷载规范荷载规范GB50009按按吊车在使用期内要求的总工作循环次数分吊车在使用期内要求的总工作循环次数分成成8个工作级别个工作级别，对应关系如下：，对应关系如下：吊车的工作制与工作级别的对应关系吊车的工作制与工作级别的对应关系工作制工作制轻级轻级中
12、级中级重级重级特重级特重级工作级别工作级别A1A3A4，A5A6，A7A8第12章 单层厂房12.2 排架计算第12章 单层厂房12.2 排架计算桥式吊车对排架的作用有竖向荷载和水平荷载两种：桥式吊车对排架的作用有竖向荷载和水平荷载两种：吊车竖向荷载设计值吊车竖向荷载设计值Dmax、Dmin 桥吊组成桥吊组成；大车（桥架）大车（桥架）-在吊车梁轨道上沿厂房纵向行驶在吊车梁轨道上沿厂房纵向行驶 小车小车-在大车桥架的轨道上沿横向行驶，吊钩安装在小车在大车桥架的轨道上沿横向行驶，吊钩安装在小车上。上。当小车吊着额定起重量开到大车某一极限位置时，该侧每当小车吊着额定起重量开到大车某一极限位置时，该侧
13、每个大车的轮压称吊车的最大轮压标准值个大车的轮压称吊车的最大轮压标准值Pmax,k，另一侧的轮压，另一侧的轮压称最小轮压标准值称最小轮压标准值Pmin,k，Pmax,k与与Pmin,k同时发生。同时发生。Pmax,k 通常根据吊车型号、规格查到，通常根据吊车型号、规格查到，Pmin,k则要计算出，则要计算出，对于四轮吊车：对于四轮吊车：kkkkkPGGGPmax,3,2,1min,2第12章 单层厂房12.2 排架计算Pmax,kPmax,kPmax,kPmax,kBBKKlly2y1y3y4 吊车是移动的，故在吊车梁支座产生的最大反力标准值吊车是移动的，故在吊车梁支座产生的最大反力标准值Dm
14、ax,k必须用吊车梁的竖向反力影响线来确定；同时，在另一侧排架必须用吊车梁的竖向反力影响线来确定；同时，在另一侧排架柱上则由柱上则由Pmin,k产生产生Dmin,k。利用吊车梁支座反力影响线，。利用吊车梁支座反力影响线，Dmax,k和和Dmin,k按下式计算：按下式计算：简支吊车梁的支座反力影响线简支吊车梁的支座反力影响线ikkyPDmax,max,kkkikkPPDyPDmax,min,max,min,min,yi 各大轮子下影响线各大轮子下影响线 纵标值的总和纵标值的总和 多台吊车的荷载折减多台吊车的荷载折减系数，见荷载规范表系数，见荷载规范表5.2.2第12章 单层厂房12.2 排架计算
15、多台吊车的荷载折减系数多台吊车的荷载折减系数参与组合的吊参与组合的吊车台数车台数吊车工作级别吊车工作级别A1A5A6A820.90.9530.850.9040.80.85吊车最大轮压的设计值吊车最大轮压的设计值Pmax=QPmax,k,最小轮压的设计值最小轮压的设计值Pmin=Q Pmin,k，由此得由此得Dmax=QDmax,k；Dmin=Q Dmin,k，Q=1.4。第12章 单层厂房12.2 排架计算由于由于Dmax可以发生在左柱，也可能发生在右柱，因此在可以发生在左柱，也可能发生在右柱，因此在Dmax，Dmin 作用下单跨排架的计算应考虑下图（作用下单跨排架的计算应考虑下图（a）（）（
16、b）两种荷载）两种荷载情况。情况。MmaxDminDmaxMminMminDmaxDminMmax（a）（b）Dmax、Dmin作用对下作用对下部柱都是偏心压力，部柱都是偏心压力，应把它们换算成作应把它们换算成作用在下部柱顶面的用在下部柱顶面的轴心压力和力矩，轴心压力和力矩，其中力矩等于：其中力矩等于：Mmax=Dmax.e4Mmin=Dmin.e4e4吊车梁支座钢垫吊车梁支座钢垫板的中心线至下部板的中心线至下部柱轴线的距离。柱轴线的距离。第12章 单层厂房12.2 排架计算吊车水平荷载设计值吊车水平荷载设计值Tmax 吊车的水平荷载有纵向水平荷载和横向水平荷载。吊车的水平荷载有纵向水平荷载和
17、横向水平荷载。吊车纵向水平荷载是大车刹车时引起的纵向水平惯性力，吊车纵向水平荷载是大车刹车时引起的纵向水平惯性力，按作用按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用；采用；作用点位于刹车轮与轨道的接触点，其方向与轨道方向一致。作用点位于刹车轮与轨道的接触点，其方向与轨道方向一致。吊车梁与柱连接吊车梁与柱连接 吊车横向水平荷载是当小车吊有重物吊车横向水平荷载是当小车吊有重物时刹车所引起的横向水平惯性力（卡轨），时刹车所引起的横向水平惯性力（卡轨），它通过小车刹车轮与桥架之间的摩擦力传它通过小车刹车轮与桥架之间的摩擦力传给大车，再通过大车轮在吊车轨顶
18、传给吊给大车，再通过大车轮在吊车轨顶传给吊车梁，以后再由吊车梁与柱的连接钢板传车梁，以后再由吊车梁与柱的连接钢板传给排架柱，故对排架来说，吊车横向水平给排架柱，故对排架来说，吊车横向水平荷载作用在吊车梁顶面的水平处。荷载作用在吊车梁顶面的水平处。第12章 单层厂房12.2 排架计算 吊车横向水平荷载标准值，应按小车重力标准值与额定起重力吊车横向水平荷载标准值，应按小车重力标准值与额定起重力标准值之和乘以横向水平荷载系数标准值之和乘以横向水平荷载系数，总的吊车横向水平荷载标，总的吊车横向水平荷载标准值为：准值为：T i,k=（G2,k+G3,k）吊车横向水平荷载系数；查荷载规范吊车横向水平荷载系
19、数；查荷载规范GB50009第第5.1.2款得：款得：对于软钩吊车：对于软钩吊车：当额定起吊质量当额定起吊质量 Q 310t时，时，=0.12；当额定起吊质量当额定起吊质量 15tQ 3 50t时，时，=0.10；当额定起吊质量当额定起吊质量 Q 3 75t时，时，=0.08；对于硬钩吊车：对于硬钩吊车：=0.2；（刚性悬臂产生的水平惯性力较大）。；（刚性悬臂产生的水平惯性力较大）。吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载等分于等分于桥架的两端，分别由轨道上的车轮传至桥架的两端，分别由轨道上的车轮传至轨道，其方向与轨道垂直，轨道，其方向与轨道垂直，并考虑正反两个方向的刹车情况并考虑正反两个方向的刹车情
20、况。通。通常常Q 50t的桥吊，其大车总轮数为的桥吊，其大车总轮数为4，即每一侧轮数为，即每一侧轮数为2，因此通，因此通过一个大车轮子传递的吊车横向水平荷载标准值过一个大车轮子传递的吊车横向水平荷载标准值T k按下式计算：按下式计算：)(4141,3,2,kkkikGGTT第12章 单层厂房12.2 排架计算 因吊车是移动的，吊车对排架产生的最大横向水平荷载应据因吊车是移动的，吊车对排架产生的最大横向水平荷载应据影响线定。显然，吊车对排架产生的最大横向水平荷载标准值影响线定。显然，吊车对排架产生的最大横向水平荷载标准值T max,k时的吊车位置与产生时的吊车位置与产生D max,k和和D mi
21、n,k时相同，因此，当考虑时相同，因此，当考虑多台吊车的荷载折减系数多台吊车的荷载折减系数后，应有：后，应有：T max,k=Tk yi=1/4（G2,k+G3,k）yi 如果两台吊车作用下的如果两台吊车作用下的D max和已求得，则两台吊车作用下的和已求得，则两台吊车作用下的T max可直接由可直接由D max求得。求得。考虑正反两个方向的刹车情况。考虑正反两个方向的刹车情况。对对T max可既要考虑它向左作用可既要考虑它向左作用又要考虑它向右作用，这样，对单跨排架就有两种荷载情况，又要考虑它向右作用，这样，对单跨排架就有两种荷载情况，对双跨排架就有四种荷载情况（下页图示）对双跨排架就有四种
22、荷载情况（下页图示）kkPTDTmax,maxmax第12章 单层厂房12.2 排架计算TmaxTmax吊车梁顶面吊车梁顶面吊车梁顶面吊车梁顶面TmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmax第12章 单层厂房12.2 排架计算多台吊车组合多台吊车组合 排架计算中考虑多台吊车竖向荷载时，对一层吊车的排架计算中考虑多台吊车竖向荷载时，对一层吊车的单跨厂房单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于两台不宜多于两台；对一层吊车；对一层吊车的的多跨厂房多跨厂房的每个排架，的每个排架，不宜多于四台不宜多于四台；一层吊车一层吊车指同一跨内只
23、有指同一跨内只有一个吊车轨顶标高一个吊车轨顶标高的吊车，同一跨的吊车，同一跨内两种不同轨顶标高，称内两种不同轨顶标高，称双层吊车双层吊车。吊车纵向水平荷载是大车刹车时引起的纵向水平惯性力，按吊车纵向水平荷载是大车刹车时引起的纵向水平惯性力，按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用；作采用；作用点位于刹车轮与轨道的接触点，其方向与轨道方向一致。用点位于刹车轮与轨道的接触点，其方向与轨道方向一致。多台吊车同时出现多台吊车同时出现D max 和和D min 的概率，及同时出现的概率，及同时出现T max的的概率都很小，因此，多台吊车的竖向和横向
24、荷载标准值都应乘概率都很小，因此，多台吊车的竖向和横向荷载标准值都应乘以多台吊车的荷载折减系数以多台吊车的荷载折减系数，见荷载规范表见荷载规范表5.2.2第12章 单层厂房12.2 排架计算风荷载风荷载 作用在建筑物或构筑物表面上计算用的风压，称风荷载。作用在建筑物或构筑物表面上计算用的风压，称风荷载。垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算：垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算：wk=zszw0 wk风载标准值（风载标准值（kN/m2)，z 高度高度z处的风振系数；对单层厂房，处的风振系数；对单层厂房，z=1；s风载体型系数风载体型系数；风在建筑物表面引起的实际压力与基本风；风在
25、建筑物表面引起的实际压力与基本风压的比值。表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分压的比值。表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律。主要与建筑物的形状和尺寸有关。布规律。主要与建筑物的形状和尺寸有关。z风压风压高度变化系数高度变化系数,由地面由地面粗糙度粗糙度和计算高度确定。和计算高度确定。w0基本风压（基本风压（kN/m2);空旷平坦地面上空旷平坦地面上10m 高度处高度处50年一遇年一遇10分钟平均最大风速。分钟平均最大风速。w0=0.5v02 (空气重力密度）空气重力密度）w0 可查表，但不小于可查表，但不小于0.3kN/m2。第12章 单层厂房12.2 排架计算地面粗糙度地
26、面粗糙度-A、B、C、D四类四类A类：近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠等类：近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠等B类：田野、乡村、丛林、丘陵、房屋比较稀疏的乡镇和类：田野、乡村、丛林、丘陵、房屋比较稀疏的乡镇和城市地区城市地区C类：有密集建筑群的城市市区类：有密集建筑群的城市市区D类：有密集建筑群且房屋较高的城市市区类：有密集建筑群且房屋较高的城市市区第12章 单层厂房12.2 排架计算风压高度变化系数风压高度变化系数z 离地面或海面高度离地面或海面高度 （m）地面粗糙度类别地面粗糙度类别ABCD51.171.000.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740
27、.62201.631.250.840.62301.801.421.000.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84602.121.771.350.93第12章 单层厂房12.2 排架计算s15-0.630 0 60+0.8风向风向风向风向平面图平面图+0.8-0.5s-0.5-0.5-0.5s-0.4+0.8-0.4-0.7-0.7+0.8-0.5中间值按插值计算中间值按插值计算第12章 单层厂房12.2 排架计算 应注意屋面坡面上风荷载本身是垂直于该坡面的，因此对于应注意屋面坡面上风荷载本身是垂直于该坡面的，因此对于双坡屋面：双坡屋面：排架计算时，作用在柱
28、顶以下的墙面上的风荷载按均布考虑，排架计算时，作用在柱顶以下的墙面上的风荷载按均布考虑，其风压高度变化系数可按其风压高度变化系数可按柱顶标高柱顶标高取值，偏于安全；取值，偏于安全；当基顶离当基顶离室外地平的距离不大时，可简化计算，风载可按全柱高计算。室外地平的距离不大时，可简化计算，风载可按全柱高计算。不再减去基顶至室外地平那一小段多算的风荷载，若基础埋置不再减去基顶至室外地平那一小段多算的风荷载，若基础埋置较深，则按实际情况算，免误差太大。较深，则按实际情况算，免误差太大。柱顶至屋脊间的风载，柱顶至屋脊间的风载，仍取为均布，其对排架的作用按作用在柱顶的水平集中力标准仍取为均布，其对排架的作用
29、按作用在柱顶的水平集中力标准值值Wk考虑，这时风压高度变化系数按下式确定：考虑，这时风压高度变化系数按下式确定：有矩形天窗时，有矩形天窗时，按天窗檐口取值；无矩形天窗时，按厂房檐口标高取值。按天窗檐口取值；无矩形天窗时，按厂房檐口标高取值。Wk 应分成两部分计算应分成两部分计算 Wk=W1k+W2k W2k=Fs2-Fs1=（s2-s1）zw0h2B 风荷载的设计值风荷载的设计值W、q1、q2等于其标准值乘以风荷载分项系数等于其标准值乘以风荷载分项系数 Q，Q=1.4。排架计算时，应考虑左风和右风两种情况。排架计算时，应考虑左风和右风两种情况。第12章 单层厂房12.2 排架计算檐口檐口Wq2
30、+0.8风向风向=1121h1-0.5h2-0.5s=-0.6q1h2h1-0.6-0.5F1F2s=h2/sin s15-0.630 0 60+0.8中间值按插值计算中间值按插值计算W2k=Fs2-Fs1=（s2-s1）zw0h2B第12章 单层厂房12.2 排架计算12.2.3 等高排架内力分析等高排架内力分析1 单阶柱在任意荷载作用下的柱顶反力（见书）单阶柱在任意荷载作用下的柱顶反力（见书）用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架等高排架等高排架柱顶水平位移相等柱顶水平位移相等的排架的排架 柱顶标高相等；柱顶标高相等；柱顶标高虽不等，但有倾斜横梁贯通柱顶标高虽不等，但有倾斜横梁贯
31、通 单层厂房排架结构是一个超静定结构，单层厂房排架结构是一个超静定结构，可以用力法来计算内力，但是对于各柱柱可以用力法来计算内力，但是对于各柱柱顶水平位移相等的等高排架，则可以用更顶水平位移相等的等高排架，则可以用更为简单的为简单的剪力分配法剪力分配法来计算。来计算。第12章 单层厂房12.2 排架计算剪力分配法剪力分配法由结构力学可知，当单位水平力作用于单阶悬臂柱柱顶时，柱顶由结构力学可知，当单位水平力作用于单阶悬臂柱柱顶时，柱顶水平位移为水平位移为 式中：式中：lclcIECHnIEH0323)11(13HHuluIIn 111330nC系数系数C0可查手册。可查手册。u 越大，说明越大，
32、说明柱变形能力越大，柱变形能力越大，u称为柱的称为柱的柔柔度系数度系数。反之，若要使柱顶产生。反之，若要使柱顶产生单位侧移，则需加水平力单位侧移，则需加水平力1/u，1/u越大，说明柱抵抗侧移的能越大，说明柱抵抗侧移的能力越大，力越大，1/u称为柱的称为柱的侧移刚度侧移刚度或或抗剪刚度抗剪刚度。uHHuHHuu11EcIuEcIuEcIlEcIl第12章 单层厂房12.2 排架计算2 当柱顶作用水平力时的剪力分配当柱顶作用水平力时的剪力分配当柱顶作用水平集中力当柱顶作用水平集中力F时，设有时，设有n 根柱，任一柱根柱，任一柱i的抗剪刚度的抗剪刚度1/ui，则其分担的柱顶剪力，则其分担的柱顶剪力
33、Vi，可由力的平衡条件和变形条，可由力的平衡条件和变形条件求得。按抗剪刚度定义，有件求得。按抗剪刚度定义，有Fu1=uv1v1ui=uvivivnvnun=uniniuuV111uuVii1各柱顶剪力之和为各柱顶剪力之和为因各柱顶水平位移相等得因各柱顶水平位移相等得niniuuV111FVni1由由得得Fuuni111各柱顶剪力为各柱顶剪力为niiiuu111FFuuViniii111各柱顶剪力分配系数各柱顶剪力分配系数第12章 单层厂房12.2 排架计算注意注意：柱顶集中力作用在左侧和右侧，不影响柱顶：柱顶集中力作用在左侧和右侧，不影响柱顶剪力。剪力。各柱顶剪力求出后，可按悬臂柱求柱中内力。
34、各柱顶剪力求出后，可按悬臂柱求柱中内力。第12章 单层厂房12.2 排架计算3 任意荷载作用时的剪力分配任意荷载作用时的剪力分配 当排架上有任意荷载作用时，为了利用剪力分配系数进行当排架上有任意荷载作用时，为了利用剪力分配系数进行计算，可把计算过程分成三步：计算，可把计算过程分成三步：1)先在柱顶加一水平不动先在柱顶加一水平不动铰支座阻止水平位移，求出水平支反力铰支座阻止水平位移，求出水平支反力R；2)撤消附加的不撤消附加的不动铰支座，在此排架柱顶加上反向作用的动铰支座，在此排架柱顶加上反向作用的R；这相当于把不；这相当于把不动铰支座去掉，使排架恢复到原实际情况。可以利用剪力动铰支座去掉，使排
35、架恢复到原实际情况。可以利用剪力分配法计算；分配法计算；3)将上面两步的计算结果叠加，即可求出排将上面两步的计算结果叠加，即可求出排架的实际内力。（下页图）架的实际内力。（下页图）符号规定：柱顶剪力、柱顶水平集中力、柱顶不动铰支座符号规定：柱顶剪力、柱顶水平集中力、柱顶不动铰支座反力，凡是自左向右作用的取为正号，反之取为负号。反力，凡是自左向右作用的取为正号，反之取为负号。2.5.4 不等高排架内力分析不等高排架内力分析用力法分析（见下页和书用力法分析（见下页和书P128）第12章 单层厂房12.2 排架计算TmaxTmaxTmaxBABAATmaxTmaxTmaxRARBRA+RBRA+RB
36、BBA第12章 单层厂房12.2 排架计算12.2.5、单厂考虑空间作用、单厂考虑空间作用1 单厂排架考虑整体工作的概念单厂排架考虑整体工作的概念 第12章 单层厂房12.2 排架计算 F F F F F F F纵向联系构件纵向联系构件ua(a)F纵向联系构件纵向联系构件uc(c)Fud纵向联系构件纵向联系构件(d)图示为单厂在柱顶水平图示为单厂在柱顶水平荷载作用下，因结构或荷载作用下，因结构或荷载情况不同产生的四荷载情况不同产生的四种柱顶水平位移示意图。种柱顶水平位移示意图。(a)各排架水平位移相各排架水平位移相同，互不牵制，属平面同，互不牵制，属平面排架；排架；(b)有山墙，约束其它有山墙
37、，约束其它排架，排架，ub ua；(c)未直接受力排架帮助未直接受力排架帮助受力，且也产生侧移；受力，且也产生侧移；(d)有山墙，约束其它有山墙，约束其它排架，排架，ud uc；F F F F F F Fub纵向联系构件纵向联系构件(b)山墙山墙第12章 单层厂房12.2 排架计算厂房整体空间作用：排架与排架、排架与山墙之间的相互厂房整体空间作用：排架与排架、排架与山墙之间的相互关联的整体作用。关联的整体作用。产生厂房整体空间作用条件：产生厂房整体空间作用条件：各横向排架间必须有纵向构件将其联系各横向排架间必须有纵向构件将其联系(山墙是刚度极大山墙是刚度极大的排架）；的排架）；各横向排架彼此情
38、况不同（结构不同或荷载不同）。各横向排架彼此情况不同（结构不同或荷载不同）。第12章 单层厂房12.2 排架计算把空间排架中直接承载的排架与平面排架比较：把空间排架中直接承载的排架与平面排架比较：uk uk 平面排架要提供全部柱顶反力来平衡外荷载平面排架要提供全部柱顶反力来平衡外荷载Fk，空间排架由所空间排架由所有排架和山墙一起承受外荷载有排架和山墙一起承受外荷载Fk，直接承载的排架只提供其中直接承载的排架只提供其中的一部分反力的一部分反力Fk，其余部分（其余部分（Fk Fk）通过连系构件的传递）通过连系构件的传递作用由其它排架和山墙承受。作用由其它排架和山墙承受。因相同情况下，局部荷载下的整
39、体空间作用比均布荷载下的因相同情况下，局部荷载下的整体空间作用比均布荷载下的大，故只对吊车荷载才考虑厂房的整体空间作用。大，故只对吊车荷载才考虑厂房的整体空间作用。ukFkFk平面排架平面排架ukFkFk考虑空间作考虑空间作用的排架用的排架Fk=FkFkuk第12章 单层厂房2.5 排架计算2 吊车荷载下整体空间作用的计算吊车荷载下整体空间作用的计算单个荷载作用下厂房整体空间作用分配系数单个荷载作用下厂房整体空间作用分配系数mk 单个力单个力F k作用时作用时 由于假设结构为弹性，力与柱顶水平位移成正比，所以由于假设结构为弹性，力与柱顶水平位移成正比，所以 mk称为单个荷载作用下的厂房整体称为
40、单个荷载作用下的厂房整体空间作用分配系数，空间作用分配系数，mk60有檩有檩屋盖屋盖两端无山墙及两端无山墙及一端有山墙一端有山墙300.950.85两端有山墙两端有山墙300.85无檩无檩屋盖屋盖两端无山墙及两端无山墙及一端有山墙一端有山墙75跨度跨度(m)1227271227270.900.850.850.80两端有山墙两端有山墙750.80第12章 单层厂房12.2 排架计算12.2.6 内力组合内力组合控制截面控制截面构件某一区段中承载力相对最低的截面构件某一区段中承载力相对最低的截面，对该区段的配筋设计有控制作用。排架计算只需要计对该区段的配筋设计有控制作用。排架计算只需要计算控制截面
41、的内力。算控制截面的内力。I-I截面：牛腿顶，上柱底，因上柱截面配筋相同，截面：牛腿顶，上柱底，因上柱截面配筋相同，I-I截面内力最大。截面内力最大。-截面：牛腿顶，下柱顶，弯矩最大。截面尺寸截面：牛腿顶，下柱顶，弯矩最大。截面尺寸按下柱，不计牛腿尺寸影响。按下柱，不计牛腿尺寸影响。-截面：下柱底，基础顶，轴力最大。截面：下柱底，基础顶，轴力最大。如果下柱高度太大，如果下柱高度太大，或或-截面算出配筋不多，截面算出配筋不多，可在下柱中部再取一个截面可在下柱中部再取一个截面。II第12章 单层厂房12.2 排架计算荷载组合荷载组合 前面求出了各种荷载单独作用下控制截面上的内前面求出了各种荷载单独
42、作用下控制截面上的内力，力，这些内力常不是单独作用在结构上的。这些内力常不是单独作用在结构上的。荷载组合时考虑：荷载组合时考虑：A、哪几种荷载同时作用是最不利的？哪几种荷载同时作用是最不利的？B、几种活荷载同时作用又同时达到其设计值的概几种活荷载同时作用又同时达到其设计值的概率不大，所以要用活荷载组合系数率不大，所以要用活荷载组合系数。荷载规范规定一般框、排架结构，可用下列简化规荷载规范规定一般框、排架结构，可用下列简化规则取不利组合：则取不利组合：恒载恒载+任一活荷载任一活荷载 恒载恒载+0.9(任一两个或两个以上活荷载之和）任一两个或两个以上活荷载之和）第12章 单层厂房12.2 排架计算
43、内力组合内力组合考虑同一控制截面，考虑同一控制截面，N、M和水平剪力和水平剪力V三种内力三种内力的搭配问题。的搭配问题。排架是偏心受压构件，纵筋计算主要取决于轴向排架是偏心受压构件，纵筋计算主要取决于轴向力力N和弯矩和弯矩M，通常有四种内力组合控制：，通常有四种内力组合控制：+Mmax及相应及相应N和和V；-Mmax及相应及相应N和和V；Nmax及相应及相应M和和V；Nmin及相应及相应M和和V当柱和基础采用对称配筋时，第当柱和基础采用对称配筋时，第、两种内力合两种内力合并为一，即并为一，即|M|max及相应的及相应的N和和V。通常，这四种内力组合已能满足要求，但也有特殊通常，这四种内力组合已
44、能满足要求，但也有特殊情况：如大偏压时，情况：如大偏压时，M稍小，但稍小，但N减少很多，会使减少很多，会使配筋量增多。配筋量增多。n组合时注意：组合时注意：n恒载必须有；恒载必须有；突出内力目标项；突出内力目标项；n突出轴力时稍带突出突出轴力时稍带突出M；左、右风只择一；左、右风只择一；n 有有T 必有必有D；有；有D也要也要T；吊车多台要折减；吊车多台要折减；n柱底截面要算剪力。柱底截面要算剪力。第12章 单层厂房123A计算单元计算单元BC2EcIuA2EcIlAEcIuBEcIlB2EcIuC2EcIlCABC六、排架计算中的几个问题六、排架计算中的几个问题12.2 排架计算纵向柱距不等
45、的排架内力分析纵向柱距不等的排架内力分析 有时工艺要求，某处抽柱，或中列柱距比边列柱距大。有时工艺要求，某处抽柱，或中列柱距比边列柱距大。当屋面刚度大，或有可靠的下弦纵向水平支撑时，可选较当屋面刚度大，或有可靠的下弦纵向水平支撑时，可选较宽的计算单元。假定计算单元中同一柱列的柱顶水平位移相宽的计算单元。假定计算单元中同一柱列的柱顶水平位移相同。计算单元内的几榀排架可合并为一榀平面排架来计算其同。计算单元内的几榀排架可合并为一榀平面排架来计算其合力。合并后的平面排架的惯性矩应按合并考虑。计算时应合力。合并后的平面排架的惯性矩应按合并考虑。计算时应注意：注意：第12章 单层厂房12.2 排架计算
46、计算单元的纵向宽度不宜大于计算单元的纵向宽度不宜大于24m。（考虑刚性）（考虑刚性）合并排架的恒、风荷载计算方法与一般排架同，但吊车荷载应合并排架的恒、风荷载计算方法与一般排架同，但吊车荷载应按计算单元的中间排架按计算单元的中间排架产生的产生的D 2max、D 2min和和T 2max时的吊车位时的吊车位置计算。图示合并排架的吊车荷载为置计算。图示合并排架的吊车荷载为maxminmaxminPPDD231max2maxDDDDmaxmaxmaxPTDTPmaxPmaxPmaxPmaxD1DmaxD3按计算简图和荷载求得内力按计算简图和荷载求得内力后，必须还原，以求得柱子真后，必须还原，以求得柱
47、子真正内力，如两柱合并计算的，正内力，如两柱合并计算的，这时将其这时将其M、V除以除以2,但对轴力但对轴力N，则不能除以，则不能除以2,而按真实情况而按真实情况计算，用计算，用D2max或或D2min=D2maxPmin/Pmax第12章 单层厂房12.2 排架计算轻、中级载荷状态吊车厂房柱轻、中级载荷状态吊车厂房柱-重级、特重级载荷状态吊车厂房柱重级、特重级载荷状态吊车厂房柱-对露天栈桥，则按悬臂柱计算，另考虑对露天栈桥，则按悬臂柱计算，另考虑安装偏差安装偏差20mm产生的偏心力矩的作用。产生的偏心力矩的作用。要求要求 uk10mm及及排架的水平位移验算排架的水平位移验算 一般情况下，当矩形
48、、工字形柱截面尺寸满足要求时，应认为其一般情况下，当矩形、工字形柱截面尺寸满足要求时，应认为其侧移刚度足够，不必验算其水平位移值。但当吊车吨位很大时，要侧移刚度足够，不必验算其水平位移值。但当吊车吨位很大时，要对水平位移进行验算。对水平位移进行验算。验算点验算点：吊车梁顶与柱连接点：吊车梁顶与柱连接点K的水平位移值。的水平位移值。荷载荷载：按一台最大吊车的横向水平荷载：按一台最大吊车的横向水平荷载 限值限值：当当K点水平位移值点水平位移值uk5mm时，可不验算水平位移值；时，可不验算水平位移值；当当5mm uk h0,长牛腿 a1 h0,短牛腿12.3 单层厂房柱第12章 单层厂房（1）牛腿的
49、受力特点和破坏形态）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。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：裂缝的出现与开展：20%-40%极限荷载，出现裂缝极限荷载，出现裂缝1；40%-60%极限荷载，出现裂缝极限荷载，出现裂缝2；80%极限荷载，出极限荷载，出现裂缝现裂缝3；第12章 单层厂房12.3 单层厂房柱破坏形态破坏形态：压弯破坏：见图（压弯破坏：见图（a）斜压破坏：见图（斜压破坏：见图（b,c）剪切破坏：见图（剪切破坏：见图（d）175.001ha75.01.001ha1.001ha第12章 单层厂房12.3 单层厂房柱(2)(2)牛腿截面尺寸的
50、确定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。阶段不出现或仅出现细微斜裂缝为准。005.0)5.01(habhfFFFtkvkhkvk -作用于牛腿顶部按荷载标准值组合计算的竖向力值；作用于牛腿顶部按荷载标准值组合计算的竖向力值；-作用于牛腿顶部按荷载标准值组合计算的水平拉力值；作用于牛腿顶部按荷载标准值组合计算的水平拉力值；-裂缝控制系数。吊车梁验算牛腿裂缝控制系数。吊车梁验算牛腿 其它牛腿其它牛腿 -竖向力作用点至下柱边缘的距离；竖向力作用点至下柱边缘的距离；-牛腿宽度；牛腿宽度；-牛
