第5章-粮仓建筑与结构

第五章钢筋混凝土立筒仓结构设计荷载分类按随时间的变异，结构上的荷载可分为以下三类：1.永久荷载永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。结构自重等，包括仓底版上的填料，仓内爬梯等全部重量。§5.1荷载分类及荷载代表值5.1、荷载分类与荷载效应组合2.可变荷载可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载。粮食荷载、屋面活荷载、雪荷载、风荷载、移动设备荷载、管道压力及堆料荷载等3.偶然荷载在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载。地震作用5.1、荷载分类与荷载效应组合4地震作用筒承式：考虑到储料的种类繁多，只能近似地选取一个系数，经参考国内外有关资料，将此影响系数取为0．9。同时考虑到在地震时储料未必满仓的因素，又取折减系数0．9。其他型式取1.0。5.1、荷载分类与荷载效应组合荷载代表值1.荷载代表值定义：结构设计时，对于不同的荷载和不同的设计情况，应赋予荷载不同的量值，该量值即荷载代表值。2.荷载标准值定义：荷载标准值就是结构在设计基准期内具有一定概率的最大荷载值,它是荷载的基本代表值。设计基准期——为确定可变荷载代表值而选定的时间参数，一般取为50年。5.1、荷载分类与荷载效应组合（1）永久荷载标准值永久荷载主要是结构自重及粉刷、装修，固定设备的重量。一般可按结构构件的设计尺寸和材料或结构构件单位体积（或面积）的自重标准值确定。对于自重变异性较大的材料，在设计中应根据其对结构有利或不利的情况，分别取其自重的下限值或上限值。[例]取钢筋混凝土单位体积自重标准值为25kN/m3，则截面尺寸为200×500mm的钢筋混凝土矩形截面梁的均部自重标准值为0.2×0.5×25=2.5kN/m。5.1、荷载分类与荷载效应组合（2）可变荷载标准值民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频偶值和准永久值系数。1）可变荷载准永久值定义：在设计基准期内经常达到或超过的那部份荷载值（总的持续时间不低于25年），称为可变荷载准永久值。可变荷载准永久值可表示为ψqＱk，其中Ｑk为可变荷载标准值，ψq为可变荷载准永久值系数。5.1、荷载分类与荷载效应组合2）可变荷载组合值定义：两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时，由于各种可变荷载同时达到其标准值的可能性极小，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值，此即可变荷载组合值。可变荷载组合值可表示为ψcＱk。其中ψc为可变荷载组合值系数，其值按附录一查取。5.1、荷载分类与荷载效应组合3）可变荷载频遇值对可变荷载，在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期的一小部分或超越频率为规定频率的荷载值被称为可变荷载频遇值。其值可表示为ψfＱk，ψf为可变荷载频遇值系数，其值按附录一查用。5.1、荷载分类与荷载效应组合建筑结构极限状态设计法2.2.1极限状态1.结构的功能要求（1）结构的安全等级建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。根据破坏后果的严重程度，建筑结构划分为三个安全等级。5.1、荷载分类与荷载效应组合建筑结构的安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋二级严重一般的房屋三级不严重次要的房屋5.1、荷载分类与荷载效应组合（2）结构的设计使用年限定义：房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的持久年限。结构的设计使用年限应按下表采用。类别设计使用年限（年）示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构5.1、荷载分类与荷载效应组合（3）结构的功能要求1）结构的功能要求功能要求适用性耐久性安全性5.1、荷载分类与荷载效应组合安全性——结构在正常施工和正常使用的条件下，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件（如强烈地震、爆炸、车辆撞击等）发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。适用性——结构在正常使用时具有良好的工作性能。例如，不会出现影响正常使用的过大变形或振动；不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。5.1、荷载分类与荷载效应组合耐久性——结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。2）结构的可靠性和可靠度的概念结构可靠性——结构的安全性、适用性和耐久性的总称。结构可靠度——结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。规定时间指设计使用年限；规定条件指正常设计、正常施工、正常使用和正常维护，不包括错误设计、错误施工和违反原来规定的使用情况。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。注意1：结构可靠度与结构使用年限长短有关。《统一标准》以结构的设计使用年限为计算结构可靠度时间基准。注意2：结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系，但不等同。当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。2.结构功能的极限状态（1）定义整个结构或结构的一部份，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，该特定状态称为该功能的极限状态。极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态（2）分类1）承载能力极限状态——这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。承载能力极限状态主要考虑关于结构安全性的功能。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：●整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；●结构构件或连接因材料强度不够而破坏；●结构转变为机动体系；●结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）。5.1、荷载分类与荷载效应组合2）正常使用极限状态——正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。这一状态对应于适用性或耐久性的功能。5.1、荷载分类与荷载效应组合当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：●影响正常使用或外观的变形；●影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；●影响正常使用的振动；●影响正常使用的其他特定状态等。5.1、荷载分类与荷载效应组合3.结构的功能函数（1）作用效应和结构抗力的概念作用效应——结构上的各种作用，在结构内产生的内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和变形（如挠度、转角、裂缝等）的总称，用S表示。由直接作用产生的效应，通常称为荷载效应。（2）结构的功能函数SRRSgZ),(结构抗力——结构或构件承受作用效应的能力，如构件的承载力、刚度、抗裂度等，用R表示。结构抗力是结构内部固有的，其大小主要取决于材料性能、构件几何参数及计算模式的精确性等。材料强度标准值分项系数实际工程中，可能出现以下三种情况5.1、荷载分类与荷载效应组合26一、荷载筒仓的结构设计，应考虑下列荷载：（一）永久荷载（恒载）结构自重等，包括仓底版上的填料，仓内爬梯等全部重量。（二）可变荷载（三）地震作用考虑到储料的种类繁多，只能近似地选取一个系数，经参考国内外有关资料，将此影响系数取为0.9。同时考虑到在地震时储料未必满仓的因素，又取折减系数0.9。5.1、荷载分类与荷载效应组合27二、荷载组合《钢筋混凝土筒仓设计规范》中明确规定：应根据使用过程中可能同时作用的荷载进行组合，并应取其最不利者进行设计。各种荷载的取值应符合下列规定：(一)恒载与活荷载取全部。·(二)当地震荷载与下列荷载组合时：恒载，取全部；储粮荷载，取储粮总重的90％；雪荷载，取50％；风荷载，不考虑；楼面活荷载，如按等效均布荷载考虑时，取50-70％；如按实际情况考虑时，取全部。5.1、荷载分类与荷载效应组合28《建筑结构荷载规范规定》：建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，并取各自的最不利组合进行设计。对于承载能力极限状态，应采用荷载效应的基本组合和偶然组合进行设计，并采用(4-1-2)式表达：三、荷载效应组合RS0（4-1-2）5.1、荷载分类与荷载效应组合29一、深仓仓壁内力计算(一)圆形深仓1．仓壁的环向拉力计算2/.nhkdPN5.2、内力计算hnhAPddPd2nhnhkdPddPNcos222/2/302．仓壁竖向压力计算(二)矩形深仓在仓壁内力计算中忽略仓顶板、仓底板的约束影响，把筒仓视为无限深仓是一种简便可行的方法。筒仓仓壁上作用的竖向荷载主要有：仓上建筑传给单仓仓壁的永久与可变荷载；仓顶板上可变荷载、自重及上部设备重；计算截面以上仓壁的自重；计算截面以上粮食传给仓壁的摩擦力。筒仓仓壁上的竖向压力是上述荷载之组合。5.2、内力计算31bnPhCDABanPhABMaMbMCMDMbMa假设将仓壁横向切成彼此互不相联的若干个1.0m高的隔离体，矩形仓壁就形成了长、短边均各粮食侧压力Ph作用的平面闭合框架。仓壁受到的拉力是两侧仓壁上的粮食侧压力形成的。长边AB、CD及短边AC、BD上的仓壁水平拉力标准值分别为：1．单个矩形深仓仓壁水平向内力的计算5.2、内力计算321．单个矩形深仓仓壁水平向内力的计算22nhbknhakaPNbPN当为单个正方形筒仓时，an=bn,Ia=Ib115.2、内力计算33221D11112hnAKBKCKKPaMMMM2221118112hnhnaKPaPaM仓壁的角点弯矩标准值：跨中弯矩标准值：2221118112hnhnbKPbPaMnbnaaIbI1，nnba5.2、内力计算34仓壁的角点弯矩标准值：242nhKaPM中122nhKaPM支跨中弯矩标准值：2.单个矩形深仓仓壁内垂直压力的计算123fk2()kkvkkGGNGPab5.2、内力计算353.矩形群仓仓壁的内力计算AB边的拉应力为：hbn.2akPbNAC边的拉应力为：han.2bkPaN5.2、内力计算36）仓壁短边中点弯矩：）仓壁长边中点弯矩：则若）1122211222112211221(12811(12811)1(.12,1(12nhbnhanhbbknhbnhanhaaknhAKhhbhanhbnhaAKbPaPbPMbPaPaPMaPMPPPbPaPM角点A的弯矩：5.2、内力计算37二、深仓仓底的内力计算深仓仓底常用的形式有：平板或梁板填坡；环板部分填坡挂漏斗和锥形漏斗。漏斗可以是钢筋砼或钢漏斗。1．矩形深仓的仓底平板，可布置成单向或双向的平板或梁式板，按梁板结构进行计算。2．圆形群仓的仓底平板、梁板和环板，按单个圆形板或环形板计算。5.2、内力计算38二、深仓仓底的内力计算(一)圆板上无孔洞或开较小的孔洞时，按圆板计算。1．当圆板周边有6根或6根以上的支柱时，周边可按简支考虑。2．当圆板周边与仓壁、筒壁固接时，周边可按弹性固定或固定考虑。3．作用于平板上的荷载包括粮食的垂直压力“填坡物料重及板自重。4．圆板内的弯矩可按《建筑结构静力计算手册》中圆形板的内容查表计算。5．圆板的挠度：一般无须计算，当须计算时可按《建筑结构静力计算手册》中圆形板的内容查表计算。5.2、内力计算39(二)钢筋混凝土环板挂半钢斗时按环形板计算。1.当环板外周边用6根或6根以上的柱支承时，周边可按简支考虑。2.当环板外周边与仓壁、筒壁固接时，周边可按弹性固定或固定考虑。5.2、内力计算403．作用于环板上的荷载有均布荷载P和沿环板内周边均匀分布的线荷载q0,均布荷载P包括粮食的垂直压力Pv、环板自重及填坡物料的重量(化成均布荷载)。线荷载q包括圆