排架結構分析【高教知識】

1、2.3 排架結構的計算,1,全面分析,復習,力法超靜定剛架和排架,2,全面分析,排架 單層工業(yè)廠房,1）排架結構與計算簡圖,計算簡圖,基礎,柱子,桁架,EA,3,全面分析,2）計算假定,計算橫向排架（受側向力作用的排架），就是對柱子進行內力分析。通常作如下假設,認為聯(lián)系兩個柱頂的屋架（或屋面大梁）兩端之間的距離不變，而將它看作是一根軸向剛度為無限大（即EA=）的鏈桿,EA,4,全面分析,3）計算方法及步驟,將橫梁作為多余約束，并將其切斷，代之以多余 反力，得到基本結構,解力法方程，求出多余未知力,按靜定問題求作最后內力圖,利用切口處相對位移為零的條件，建立力法方程,5,全面分析,4）舉例,計算

2、圖示兩跨排架，作出彎矩圖。 EC，I25I，h13m，h210m，ME=20KNm， MH60KNm，CD桿、HG桿的EA,6,全面分析,解：（1）此排架為二次超靜定，選取基本結構如圖,2）建立力法方程,3）作 、 、 圖， 求系數及自由項,7,全面分析,60,8,全面分析,由圖乘法，得,9,全面分析,10,全面分析,11,全面分析,4）解力法方程，求多余未知力,解得,5）由迭加法繪制彎矩圖,12,全面分析,2.3.1計算簡圖,13,全面分析,一、結構體系的簡化,二、計算單元,三、結構簡圖,14,全面分析,一、結構體系的簡化,一般結構實際上都是空間結構，各部相連成為一空間整體，以承受各方向可能

3、出現的荷載。在多數情況下，常忽略一些次要的空間約束，而將實際結構分解為平面結構,15,全面分析,單層工業(yè)廠房是由縱橫向排架組成的空間結構。為方便，可簡化為縱、橫向平面排架分別進行分析。除進行抗震和溫度應力分析，縱向排架一般不計算,16,全面分析,橫向平面排架：由屋架（屋面梁）和橫向柱列、基礎組成的承受豎向荷載和橫向水平荷載的基本承重體系,縱向平面排架：由屋蓋體系、吊車梁、橫向支撐、基礎組成的承受縱向水平荷載的受力體系；僅當縱向柱較少或考慮縱向地震作用或溫度作用或設計柱間支撐時才進行分析。計算,橫向排架計算單元，在相鄰柱距中線截一段區(qū)段作為計算單元；在抽柱的特殊情況需要考慮兩個柱距,17,全面分

4、析,橫向荷載下,水平荷載下,18,全面分析,19,全面分析,二、計算單元,從整體結構中選取有代表性的一部分作為計算的對象，該部分稱為計算單元,20,全面分析,單層工業(yè)廠房,取一榀計算，并化為平面體系,21,全面分析,22,全面分析,23,全面分析,三、結構簡圖,柱子下端固接于基礎頂面，上端鉸接于屋面梁（屋架,基本假定,24,全面分析,1）柱總高H=柱頂標高+基底標高的絕對值-基礎高度； （2）上柱高度 Hu =柱頂標高-軌頂標高+軌道高度+吊車梁高度； （3）其余幾何參數,排架幾何尺寸,25,全面分析,2.3.2荷載的計算,26,全面分析,永久荷載：構件和墻體自重 可變荷載：雪荷載風荷載吊車荷

5、載積灰荷載施工荷載 偶然荷載,27,全面分析,形式、大小、作用位置、方向,28,全面分析,橫向平面排架主要荷載示意圖,29,全面分析,屋蓋自重F1,上柱自重F2,下柱自重F3,吊車梁及軌道自重F4,屋面活載F5,吊車荷載,風荷載W、q1、q2,30,全面分析,1）屋蓋結構自重傳來的荷載F1，其大小可根據標準圖集或生產廠家的說明書查得，其作用位置見圖； （2）上柱自重F2，其大小可根據截面尺寸、鋼筋混凝土容重及上柱高度計算，其作用位置見圖,恒載（主要為結構構件自重,31,全面分析,3）下柱自重F3 ，其大小可根據截面尺寸、鋼筋混凝土容重及下柱高度（含牛腿，近似）計算，其作用位置見圖； （4）吊車

6、梁和軌道零件自重F4 ，其大小可根據標準圖集或生產廠家的說明書查得，其作用位置見圖,32,全面分析,5）支承在柱外牛腿上的維護墻自重F5 ，其大小可根據墻體截面 尺寸、容重及高度計算，其作用位置見圖,33,全面分析,恒載,34,全面分析,屋面活荷載包括屋面均布活荷載、雪荷載和積灰荷載，其大?。娣植迹┛芍苯硬楹奢d規(guī)范，然后按屋面水平投影面積計算合力；規(guī)范中均為標準值，荷載分項系數均取1.4；Q的作用點同F1,屋面活荷載Q,35,全面分析,1）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； （2）雪荷載Q2 （3）屋面積灰荷載Q3 按廠房類型查荷載規(guī)范； （4）屋面活荷載組合原則,

7、36,全面分析,以左風（即風自左向右吹）為例加以說明。將風的作用分成三部分， 即上柱頂以上部分：以集中荷載表示（只考慮水平分力） 上柱頂以下迎風面部分：以集中荷載表示 上柱頂以下背風面部分：以集中荷載表示,風載,37,全面分析,38,全面分析,風載,S屋面斜長 B計算單元寬度 wk 風荷載標準值kN/m2,39,全面分析,將上柱以上合力求得后，認為其通過上柱頂傳給排架，如圖所示，具體計算見書上說明,風壓高度變化系數由柱頂標高確定,40,全面分析,吊車荷載(主要考慮四輪吊車,吊車分級： A.輕級（工作制），使用較少， (A1A3) ； B.中級（工作制），使用較多， (A4、A5) ； C.重級

8、或特重級（工作制），使用時滿載 且十分頻繁， (A6、A7)； D.特重級(A8,41,全面分析,吊車荷載,42,全面分析,吊車荷載,43,全面分析,吊車荷載,n吊車每側的輪子數,44,全面分析,最大輪壓與最小輪壓,當小車吊有額定起重量開到橋架某一極限位置時，在這一側產生的輪壓；與最大輪壓相對應的另一側輪壓稱最小輪壓,吊車輪壓 和 是作用在吊車梁上的,45,全面分析,最大輪壓與最小輪壓,最大輪壓 可從產品目錄中查得；最小輪壓 可由下式確定,P2max,46,全面分析,吊車豎向荷載是作用在廠房橫向排架柱上的吊車梁最大支座反力 和 。 和 分別由 所產生，與廠房內的吊車臺數和吊車作用位置有關。廠房

9、中同一跨內可能有多臺吊車，根據廠房縱向柱距大小和橫向跨數以及各吊車同時聚集在同一柱距范圍內的可能性,1）作用在排架（柱）上的吊車豎向荷載設計值,47,全面分析,48,全面分析,小車開到極限位置時輪子受到的壓力（輪壓），由根據平衡條件得,作用在排架（柱）上的吊車豎向荷載標準值,49,全面分析,荷載規(guī)范規(guī)定：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,50,全面分析,由于吊車荷載是移動荷載，因此需要用須用影響線原理求吊車梁的最大支座反力Dmax或Dmin 。最大反力為當兩臺吊車緊挨并行，其中一臺的最大輪壓P1max（ P1max P2max ）正好運行至計算排架軸線處時的

10、反力。反力可由結構力學影響線方法標準值按下式計算,51,全面分析,考慮多臺吊車同時作用的情況較少，引入折減系數后，得,Dmax和Dmin分別作用在同一跨兩側排架柱的牛腿頂面，作用點位置與吊車梁和軌道自重相同,52,全面分析,53,全面分析,如果兩臺吊車相同，則,相應的設計值為,54,全面分析,2）作用在排架（柱）上的吊車水平荷載設計值,縱向水平剎車力：大車剎車時產生，由縱向排架承擔； 橫向水平剎車力：小車剎車時產生，由橫向排架承擔，是討論重點,55,全面分析,橫向水平剎車力作用點：通過吊車梁頂面?zhèn)鹘o柱 每個輪子受到的剎車力： 根據試驗計算； 根據影響線原理求得公式,56,全面分析,吊車橫向水平

11、荷載標準值,57,全面分析,大車行駛中剎車引起的慣性力,吊車橫向水平荷載標準值,傳力過程,58,全面分析,建筑結構荷載規(guī)范5.1.2.2：橋式吊車的卷揚機小車起吊重物后在啟動或制動時將產生慣性力，即橫向水平制動力，其值為,59,全面分析,考慮吊車輪以很大的豎向壓力壓在軌頂上，它們的摩擦力足以傳遞小車制動的制動力，故吊車橫向水平制動力應按兩側柱的側移剛度大小分配。為計算方便，可將水平制動力在兩邊軌道上平均分配，即,作用位置：軌道頂面,作用方向：沿軌道方向,吊車橫向水平荷載標準值,60,全面分析,對于一般四輪橋式吊車每個輪子上的橫向水平制動力,橫向制動系數,61,全面分析,鋼結構設計規(guī)范3.2.0

12、考慮吊車擺動引起的橫向水平力，取輪壓的0.1,取、 大值考慮,吊車橫向水平荷載標準值,62,全面分析,與Dmax和Dmin類似， Tmax和Tmin的大小也與吊車臺數和吊車作用位置有關。產生Tmax的橫向水平制動力作用位置與吊車的豎向輪壓相同,吊車橫向水平荷載標準值,63,全面分析,如果吊車相同,同樣，利用影響線可以確定柱子受到的水平力,但荷載規(guī)范規(guī)定：對單跨或多跨廠房的每個排架，參與組合的吊車臺數不應多于2臺，綜上所述，作用在排架柱上的吊車橫向水平荷載是由不多于2臺且處于不利位置的吊車橫向水平制動力通過吊車梁傳遞給柱的最大橫向反力，其標準值按下式計算,64,全面分析,吊車橫向水平荷載標準值,

13、65,全面分析,吊車縱向水平荷載設計值Tmax,吊車縱向水平荷載是橋式吊車在沿廠房縱向啟動或制動時，由吊車自重和吊重的慣性力在縱向排架上所產生的水平制動力。它通過吊車兩端的制動輪與吊車軌道的摩擦力，由吊車梁傳給縱向柱列或柱間支撐,66,全面分析,n施加在邊軌道上所有剎車輪數之和,吊車縱向水平荷載設計值Tmax,每列縱向排架承受的最大縱向水平力按作用在一邊軌道上所有剎車輪的最大輪壓之和的10%確定,67,全面分析,當廠房縱向有柱間支撐時，全部吊車縱向荷載由柱間支撐承受；當廠房縱向無柱間支撐時，全部吊車縱向水平荷載由同一伸縮縫區(qū)段內的全部柱承受。在計算吊車縱向水平荷載引起的廠房縱向結構的內力時，無

14、論單跨或多跨廠房，參與組合的吊車數不應多于2臺,吊車縱向水平荷載設計值Tmax,68,全面分析,吊車荷載作用下的計算簡圖,69,全面分析,討論1,A. Dmax作用于左柱時， Dmin一定同時作用于右柱； Dmax作用于右柱時， Dmin一定同時作用于左柱； 上述兩種情況應在求內力時分別考慮； B. Dmax和 Dmin不可能同時作用于同一側柱,70,全面分析,A. Tmax 有分別向左剎車和向右剎車兩種情況； B.不可能出現同時向左和向右剎車的情況； C.在荷載組合時，有Dmax或Dmin時，可能有或沒有 Tmax ； 沒有Dmax或Dmin 時，一定沒有Tmax,討論2,71,全面分析,活

15、載下計算簡圖,72,全面分析,內力計算例題,某金工車間為單層單跨鋼筋混凝土排架結構房屋，跨度為18m，柱距6m，車間總長60m，吊車梁為裝配式鋼筋混凝土構件，其跨度與柱距相同，車間內安裝有兩臺起重量為5t的A5級電動吊鉤吊車，吊車跨度lk=16.5m,73,全面分析,吊車為主要技術參數,74,全面分析,1、求柱A牛腿處由兩臺吊車最大輪壓產生的最大垂直力Dmax的標準值,解,考慮兩臺吊車參與組合，吊車為 A5級,建筑結構荷載規(guī)范表5.2.2規(guī)定，吊車豎向荷載應乘以折減系數0.9。吊車最大輪壓產生的柱A牛腿處最大垂直力時吊車位置及吊車梁支承反力影響線為下圖,75,全面分析,吊車最大輪壓產生的柱A牛

16、腿處最大垂直力Dmax的標準值,76,全面分析,2、求柱B牛腿處由兩臺吊車最小輪壓產生的最小垂直力Dmin的標準值,77,全面分析,3、求最大吊車水平荷載標準值Tmax,小車重1.856t，吊車起重量5t,此橫向水平荷載等于每臺吊車橋架的兩端，分別由軌道上的車輪平均承受，橋架兩端各有兩個車輪，每一車輪上的橫向水平荷載標準值,78,全面分析,2.3.3用剪力分配法計算等高排架,79,全面分析,單層廠房排架結構為空間結構，可視為橫向平面排架與縱向平面排架的組合。 由于縱向排架柱較多、抗側剛度較大、每根柱子受力不大，所以一般情況下不須計算，僅在考慮抗震和溫度應力時加以驗算。 主要荷載由橫向排架承擔，

17、所以重點討論其計算方法,80,全面分析,橫向排架的計算內容為： 確定計算簡圖、荷載計算、控制截面內力計算和組合，配筋根據偏心受力構件計算,排架內力一般采用剪力分配法計算，現根據該法的原理介紹單層單跨排架的查表計算方法,81,全面分析,一、柱的抗側剛度,二、剪力分配法,三、水平位移計算,82,全面分析,一、柱的抗側剛度,83,全面分析,二、剪力分配法（只適用于等高排架,柱頂作用集中荷載,由平衡條件,由物理條件,由幾何條件,84,全面分析,剪力分配法,1）當排架結構柱頂作用水平集中力F時，各柱的剪力按其抗剪剛度與各柱抗剪剛度總和的比例關系進行分配，故稱剪力分配法,3）各柱的柱頂剪力Vi僅與F的大小

18、有關，而與其作用位置無關，但F的作用位置對橫梁內力有影響,2）剪力分配系數必須滿足,85,全面分析,任意荷載作用,在柱頂加上不動鉸支座，利用圖表求出內力和支座反力,將支座反力反向作用于柱頂，求出內力,將上述兩種情況的內力疊加,86,全面分析,剪力分配法例題,如圖，吊車豎向荷載Dmax=743.05kN和Dmin=171.15kN依次分別作用在A、B柱上，且各自在A、B柱上產生的偏心分別為 M4A297.22kN.m， M4B68.48kN.m ，在上述荷載作用下，當單柱作為一次超靜定變截面梁計算時，A、B柱上端支座反力分別為,87,全面分析,試指出在該荷載作用下排架中A柱頂部截面的彎矩值M4,

19、88,全面分析,解,89,全面分析,90,全面分析,由于A、B柱剛度相同，所以剪力分配系數為1/2,91,全面分析,三、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,92,全面分析,93,全面分析,2.3.5排架結構的整體空間作用,94,全面分析,一、基本概念,二、吊車荷載下廠房空間作用的計算方法,三、排架計算中的幾個問題,四、不等高排架內力分析,95,全面分析,一、基本概念,96,全面分析,四種位移示意圖,各排架柱頂均受均布集中力R，廠房兩端無山墻,各排架柱頂均受均布集中力R，廠房兩端有山墻,

20、97,全面分析,僅一榀排架柱頂均受均布集中力R，廠房兩端無山墻,僅一榀排架柱頂均受均布集中力R，廠房兩端有山墻,98,全面分析,99,全面分析,結構均勻、荷載均勻,結構不均勻、荷載均勻,結構均勻、荷載不均勻,在b、c兩種情況下，其最大側向位移量,100,全面分析,即在b、c兩種情況的側移小于按平面排架計算的側移,這種排架與排架、排架與山墻之間相互關聯(lián)的作用稱為整體空間作用,101,全面分析,二、吊車荷載下廠房空間作用的計算方法,102,全面分析,稱為空間作用分配系數,柱頂在單個荷載作用下的空間作用分配系數,103,全面分析,當某榀排架柱頂作用水平力 時，如果考慮排架整體空間作用，該排架僅承擔

21、，其余部分由其它排架承擔,104,全面分析,廠房空間工作示意圖,吊車荷載作用下考慮廠房整體空間作用的排架內力分析,單個荷載作用下的空間分配系數,彈性支座反力R0,105,全面分析,單跨廠房空間作用分配系數,106,全面分析,表示當水平荷載作用在排架柱頂時，由于廠房的空間作用，該排架所分配到的實際水平荷載按平面排架計算時的水平荷載的比值。因此如果已知，則考慮廠房空間作用時計算排架所承受荷載（ R）就可方便求出,上述只考慮廠房承受一個集中荷載的情況。在確定多個荷載作用下的時，需要考慮各榀排架之間的相互影響，下表所給的值，考慮了這個問題并留有一定的安全儲備，可供設計參考,107,全面分析,吊車荷載作

22、用下的考慮空間作用的計算方法,考慮空間作用后，上柱彎矩？下柱彎矩,考慮空間作用后，上柱彎矩增大；下柱彎矩減小,108,全面分析,任意荷載作用下等高排架內力分析,109,全面分析,考慮廠房整體空間作用時排架內力計算步驟,1）先假定排架柱頂無側移，求出在吊車水平荷載Tmax作用下的柱頂反力R（或RA、RB）以及相應的柱頂剪力,110,全面分析,111,全面分析,2）將柱頂反力R乘以空間作用分配系數，并將它反方向施加于可側移的平面排架上，求出各柱頂剪力 如圖（c,3)將上述兩項計算求得的柱頂剪力疊加，即為考慮空間作用的柱頂剪力；根據柱頂剪力及柱上實際承受的荷載，可求得各柱的內力，如圖（d,112,全

23、面分析,如圖（d）考慮廠房整體空間作用時，柱頂剪力為,而不考慮廠房整體空間作用時（ 1.0），柱頂剪力為,由于 1.0,故,因此考慮廠房整體空間作用時，上柱內力將增大；又因為 與Tmax方向相反，所以下柱內力將減小。由于下柱配筋一般較多，所以考慮空間作用后，柱的鋼筋總用量有所減小,113,全面分析,2.3.6排架計算中的幾個問題,一、屋架、地基變形對內力的影響,二、柱長不同的等高排架計算,三、抽柱后的計算模型,四、不等高排架內力分析,114,全面分析,一、屋架、地基變形對內力的影響,平衡條件,物理條件,幾何條件,橫梁變形,115,全面分析,左右兩種情況A柱的剪力是否相同,116,全面分析,地基

24、不均勻沉降,地基,117,全面分析,二、柱長不同的等高排架計算,118,全面分析,三、抽柱后的計算模型,將計算單元內的排架合并,119,全面分析,合并排架”的恒載和風荷載的計算方法用一般排架。但吊車荷載不同，B軸柱按加長吊車梁的影響線確定；A和C軸柱因是兩根合并的，故應考慮作用在、柱子上相應值的一半，即,120,全面分析,合并排架的吊車荷載計算圖,121,全面分析,求得內力后， A和C軸柱的彎矩、剪力除2得到原結構單根柱的內力，軸力根據實際受荷情況確定,122,全面分析,四、不等高排架內力分析,a）兩跨不等高排架結構,123,全面分析,b）基本結構,力法分析,124,全面分析,125,全面分析,作業(yè),126,全面分析,例題1設計條