2.2排架结构分析

12.3排架结构的计算2复习力法——超静定刚架和排架3排架——单层工业厂房（1）排架结构与计算简图计算简图基础柱子桁架EA=∞4（2）计算假定计算横向排架（受侧向力作用的排架），就是对柱子进行内力分析。通常作如下假设：认为联系两个柱顶的屋架（或屋面大梁）两端之间的距离不变，而将它看作是一根轴向刚度为无限大（即EA=∞）的链杆。EA=∞5（3）计算方法及步骤●将横梁作为多余约束，并将其切断，代之以多余反力，得到基本结构；●作Mp、图，求系数及自由项；M●解力法方程，求出多余未知力；●按静定问题求作最后内力图。●利用切口处相对位移为零的条件，建立力法方程；6（4）举例计算图示两跨排架，作出弯矩图。E＝C，I2＝5I，h1＝3m，h2＝10m，ME=20KN·m，MH＝60KN·m，CD杆、HG杆的EA=∞。71111221211222200ppXXXX解：（1）此排架为二次超静定，选取基本结构如图。（2）建立力法方程。（3）作、、图，求系数及自由项。1M2MpM8Mp图2060DCABEHFG20609由图乘法，得：22211212112121121010333322323237387EIEI.EI10222212112112686777772323EIEIEI2122122112187.877323EIEIX2=1DCABEHFG77M2图1112217736402073607322pEIEI22221114707602pEIEIMp图2060DCABEHFG206012（4）解力法方程，求多余未知力解得：1212738.7187.836400187.868614700XXXX124.637kN0.866kNXX1212pMMXMXM（5）由迭加法绘制弯矩图132.3.1计算简图14一、结构体系的简化二、计算单元三、结构简图15一、结构体系的简化一般结构实际上都是空间结构，各部相连成为一空间整体，以承受各方向可能出现的荷载。在多数情况下，常忽略一些次要的空间约束，而将实际结构分解为平面结构。16单层工业厂房是由纵横向排架组成的空间结构。为方便，可简化为纵、横向平面排架分别进行分析。除进行抗震和温度应力分析，纵向排架一般不计算。17横向平面排架：由屋架（屋面梁）和横向柱列、基础组成的承受竖向荷载和横向水平荷载的基本承重体系；纵向平面排架：由屋盖体系、吊车梁、横向支撑、基础组成的承受纵向水平荷载的受力体系；仅当纵向柱较少或考虑纵向地震作用或温度作用或设计柱间支撑时才进行分析。计算。横向排架计算单元，在相邻柱距中线截一段区段作为计算单元；在抽柱的特殊情况需要考虑两个柱距。18QPPQ横向荷载下水平荷载下1920二、计算单元从整体结构中选取有代表性的一部分作为计算的对象，该部分称为计算单元。AB计算单元1234521单层工业厂房取一榀计算，并化为平面体系。22↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓23AAAABB12345计算单元HuH横向排架纵向排架牛腿顶部基础高度HuH00.ucIEucIElcIElcIE上柱顶标高基顶基底标高轨顶标高吊车梁高度轨道高度24三、结构简图柱子下端固接于基础顶面，上端铰接于屋面梁（屋架）；uEIABlEIuEIlEIuHH屋面梁（屋架）为没有轴向变形的刚杆。EA基本假定25（1）柱总高H=柱顶标高+基底标高的绝对值-基础高度；（2）上柱高度Hu=柱顶标高-轨顶标高+轨道高度+吊车梁高度；（3）其余几何参数排架几何尺寸262.3.2荷载的计算271.永久荷载：构件和墙体自重2.可变荷载：雪荷载风荷载吊车荷载积灰荷载施工荷载3.偶然荷载28形式、大小、作用位置、方向。恒载活载屋盖自重1F上柱自重2F下柱自重3F吊车梁及轨道自重4F吊车荷载屋面活载Wqq、、21风荷载柱外牛腿上的维护墙自重F529横向平面排架主要荷载示意图30屋盖自重F1上柱自重F2下柱自重F3吊车梁及轨道自重F4屋面活载F5吊车荷载风荷载W、q1、q231（1）屋盖结构自重传来的荷载F1，其大小可根据标准图集或生产厂家的说明书查得，其作用位置见图；（2）上柱自重F2，其大小可根据截面尺寸、钢筋混凝土容重及上柱高度计算，其作用位置见图；•恒载（主要为结构构件自重）4F1507501F1e2F0e4e3F32（3）下柱自重F3，其大小可根据截面尺寸、钢筋混凝土容重及下柱高度（含牛腿，近似）计算，其作用位置见图；（4）吊车梁和轨道零件自重F4，其大小可根据标准图集或生产厂家的说明书查得，其作用位置见图；4F1507501F1e2F0e4e3F33（5）支承在柱外牛腿上的维护墙自重F5，其大小可根据墙体截面尺寸、容重及高度计算，其作用位置见图；341M1M2M2M恒载下计算简图111eFM440212)(eFeFFM恒载下轴力图1F21FF421FFF3421FFFF1F21FF421FFF3421FFFF•恒载4F1507501F1e2F0e4e3F35屋面活荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载，其大小（面分布）可直接查荷载规范，然后按屋面水平投影面积计算合力；规范中均为标准值，荷载分项系数均取1.4；Q的作用点同F1。屋面活荷载Q36（1）屋面均布活荷载Q1按屋面是否上人及相应施工荷载查荷载规范；（2）雪荷载Q2（3）屋面积灰荷载Q3按厂房类型查荷载规范；（4）屋面活荷载组合原则：321QQQQ),max(37以左风（即风自左向右吹）为例加以说明。将风的作用分成三部分，即上柱顶以上部分：以集中荷载表示（只考虑水平分力）上柱顶以下迎风面部分：以集中荷载表示上柱顶以下背风面部分：以集中荷载表示。•风载3839风向1s5.01h2hSLkWkhWkkwBSW22sinhBwShwBSwBSWkkkkh•风载S——屋面斜长B——计算单元宽度wk——风荷载标准值kN/m240风向上柱顶W1q2q•将上柱以上合力求得后，认为其通过上柱顶传给排架，如图所示，具体计算见书上说明。1122kkqBwqBw风压高度变化系数由柱顶标高确定41•吊车荷载(主要考虑四轮吊车)吊车分级：A.轻级（工作制），使用较少，(A1~A3)；B.中级（工作制），使用较多，(A4、A5)；C.重级或特重级（工作制），使用时满载且十分频繁，(A6、A7)；D.特重级(A8)42竖向荷载（自重+起吊重量）横向水平荷载纵向水平荷载minmaxDD、maxT0T吊车荷载：43•吊车荷载KmaxTminDQgGminP小车行驶方向44厂房纵向厂房横向Qk1G,gkpmax,kpmax,kpmin,大车小车吊车梁重物•吊车荷载max,min,kknPPGQgn－吊车每侧的轮子数45¢最大轮压与最小轮压当小车吊有额定起重量开到桥架某一极限位置时，在这一侧产生的轮压；与最大轮压相对应的另一侧轮压称最小轮压。吊车轮压和是作用在吊车梁上的，maxPminP46¢最大轮压与最小轮压最大轮压可从产品目录中查得；最小轮压可由下式确定：maxPminPmaxmin)(21PQgGPP2maxxP2maxP1maxK1K2y2y3y4y1=1B1B2P1max47吊车竖向荷载是作用在厂房横向排架柱上的吊车梁最大支座反力和。和分别由所产生，与厂房内的吊车台数和吊车作用位置有关。厂房中同一跨内可能有多台吊车，根据厂房纵向柱距大小和横向跨数以及各吊车同时聚集在同一柱距范围内的可能性。maxDminDmaxPminPmaxDminDminmax,DD（1）作用在排架（柱）上的吊车竖向荷载设计值48kpmax,kpmax,kpmax,kpmax,)(min,kp)(min,kp)(min,kp)(min,kpkDmax,)(min,kD1y4y3y2y2y1y3y4ykTmax,kTkTkTkT49小车开到极限位置时轮子受到的压力（轮压），由根据平衡条件得：max,min,kknPPGQgmax,min,2kkPPGQg¢作用在排架（柱）上的吊车竖向荷载标准值kkDDmin,max,、50《荷载规范》规定：对于一层吊车厂房：水平荷载最多考虑2台；多跨时，竖向荷载最多考虑4台。51max,max,kikiDpymin,min,kikiDpy由于吊车荷载是移动荷载，，因此需要用须用影响线原理求吊车梁的最大支座反力Dmax或Dmin。最大反力为当两台吊车紧挨并行，其中一台的最大轮压P1max（P1maxP2max）正好运行至计算排架轴线处时的反力。反力可由结构力学影响线方法标准值按下式计算：52考虑多台吊车同时作用的情况较少，引入折减系数后，得：min,min,kikiDpymax,max,kikiDpyDmax和Dmin分别作用在同一跨两侧排架柱的牛腿顶面，作用点位置与吊车梁和轨道自重相同。53¢多台吊车的组合系数2台轻、中级重、特重级4台轻、中级重、特重级3台轻、中级重、特重级9.095.085.085.08.09.054如果两台吊车相同，则ikyPDmaxmax,maxminmax,min,PPDDkk相应的设计值为：kQDDmin,minkQDDmax,max55•（2）作用在排架（柱）上的吊车水平荷载设计值maxT纵向水平刹车力：大车刹车时产生，由纵向排架承担；横向水平刹车力：小车刹车时产生，由横向排架承担，是讨论重点。56横向水平刹车力作用点：通过吊车梁顶面传给柱每个轮子受到的刹车力：根据试验计算；根据影响线原理求得公式57吊车横向水平荷载标准值58（大车行驶中刹车引起的惯性力）¢吊车横向水平荷载标准值max,kT传力过程：大车吊车梁排架柱小车惯性力59横向水平制动系数Q吊车的额定起重量的重力荷载g小车的重力荷载()QgⅠ.《建筑结构荷载规范》5.1.2.2：桥式吊车的卷扬机小车起吊重物后在启动或制动时将产生惯性力，即横向水平制动力，其值为60考虑吊车轮以很大的竖向压力压在轨顶上，它们的摩擦力足以传递小车制动的制动力，故吊车横向水平制动力应按两侧柱的侧移刚度大小分配。为计算方便，可将水平制动力在两边轨道上平均分配，即1()2Qg作用位置：轨道顶面作用方向：沿轨道方向¢吊车横向水平荷载标准值max,kT614/)(gQTi对于一般四轮桥式吊车每个轮子上的横向水平制动力：——横向制动系数。tQtQtQ7508.0501610.01012.0软钩()/2iTQgn62Ⅱ.《钢结构设计规范》3.2.0考虑吊车摆动引起的横向水平力，取轮压的0.1取Ⅰ、Ⅱ大值考虑。maxmax,0.1kTP¢吊车横向水平荷载标准值max,kT63maxT与Dmax和Dmin类似，Tmax和Tmin的大小也与吊车台数和吊车作用位置有关。产生Tmax的横向水平制动力作用位置与吊车的竖向轮压相同。¢吊车横向水平荷载标准值max,kT64iikyTTmax,如果吊车相同，maxmax,max,PTDTkk同样，利用影响线可以确定柱子受到的水平力但《荷载规范》规定：对单跨或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不应多于2台，综上所述，作用在排架柱上的吊车横向水平荷载是由不多于2台且处于不利位置的吊车横向水平制动力通过吊车梁传递给柱的最大横向反力，其标准值按下式计算：65kpmax,kpmax,kpmax,kpmax,)(min,kp)(min,kp)(min,kp)(min,kpkDmax,)(min,kD1y4y3y