《单层工业厂房混凝土排架课程设计》1、1 柱截面尺寸确定由图2可知柱顶标高为12、4 m,牛腿顶面标高为8、6m ,设室内地面至基础顶H、上柱高度Hu分面的距离为0、5m ,则计算简图中柱的总高度H、下柱高度l别为:H=12、4m+0、5m=12、9m ,H=8、6m+0、5m=9、1mlHu=12、9m－9、1m=3、8m根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件,可由表2、4、2并参考表2、4、4确定柱截面尺寸,见表1。

1、2 荷载计算1、2、1 恒载(1)、屋盖恒载:两毡三油防水层0、35KN/m220mm 厚水泥砂浆找平层 20×0、02=0、4 KN/m 2 100mm 厚水泥膨胀珍珠岩保温层 4×0、1=0、4 KN/m 2 一毡二油隔气层 0、05 KN/m 2 15mm 厚水泥砂浆找平层; 20×0、015=0、3 KN/m 2 预应力混凝土屋面板(包括灌缝) 1、4 KN/m 22、900 KN/m 2天窗架重力荷载为2×36 KN /榀,天沟板2、02 KN/m,天沟防水层、找平层、找坡层1、5 KN/m,屋架重力荷载为106 KN /榀,则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为:G 1=1、2×(2、90 KN/m 2×6m ×24m/2＋2×36 KN /2＋2、02 KN/m ×6m＋1、5 KN/m ×6m ＋106 KN /2) =382、70 KN(2) 吊车梁及轨道重力荷载设计值:G 3=1、2×(44、2kN ＋1、0KN/m ×6m)=50、20 KN (3)柱自重重力荷载设计值:上柱 G 4A = G 4B =1、2×4kN/m ×3、8m =18、24 KN下柱 G 5A = G 5B =1、2×4、69kN/m ×9、1m =51、21KN各项恒载作用位置如图2所示。

1、2、2 屋面活荷载屋面活荷载标准值为0、5 KN/m 2,雪荷载标准值为0、35 KN/m 2,后者小于前者,故仅按前者计算。

作用于柱顶的屋面活荷载设计值为:Q 1=1、4×0、5 KN/m 2×6m ×24m/2=50、40KN Q 1 的作用位置与G 1 作用位置相同,如图2所示。

1、2、3 风荷载风荷载标准值按式(2、5、2)计算,其中0ω=0、35 KN/m 2 ,z β=1、0,z u 根据厂房各部分标高及B 类地面粗糙度由附表5、1确定如下:柱顶(标高12、40m) z u =1、067 檐口(标高14、30m) z u =1、120 天窗架壁底(标高16、99m) z u =1、184 天窗架壁顶(标高19、86m) z u =1、247 屋顶(标高20、31m) z u =1、256s u 如图3a 所示,由式(2、5、2)可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为:k 1ω=z β1s u z u 0ω=1、0×0、8×1、067×0、35 KN/m 2 =0、299 KN/m 2k 2ω=z β2s u z u 0ω=1、0×0、8×1、067×0、35 KN/m 2 =0、299 KN/m 2则作用于排架计算简图(图3、b )上的风荷载设计值为:q 1=1、4×0、299 KN/m 2×6、0m =2、51KN/mq 2=1、4×0、187 KN/m 2×6、0m =1、57KN/m Fw=Q γ[(1s u +2s u )z u h 1+(3s u +4s u )z u h 2+(5s u +6s u )z u h 3]z β0ωB= 1、4×[(0、8＋0、5)×1、120×1、9m ＋(-0、2＋0、6)×1、184×2、69＋(0、6＋0、6)×1、247×2、87] ×1、0×0、35 KN/m 2×6、0m =24、51 KN1、2、4 吊车荷载由表2、5、1可得200/50KN 吊车的参数为:B=5、55m,K=4、40m,g=75KN,Q=200KN,F max ,p =215KN,F min ,p =45KN 。

根据B 及K,可算得吊车梁支座反力影响线中歌轮压对应点的竖向坐标值,如图4所示。

(1)吊车竖向荷载由式(2、5、4)与式(2、5、5)可得吊车竖向荷载设计值为: D max =Q γ F max ,p ∑y i =1、4×215 KN ×(1＋0、080＋0、267＋0、075)=647、15 KND min =Q γ F min ,p ∑y i =1、4×45 KN ×2、15=135、45 KN(2)吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力按式(2、5、6)计算,即T=41α(Q+g)=41×0、1×(200KN＋75KN)=6、875 KN作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按式(2、5、7)计算,即Tm ax=QγT∑y i=1、4×6、875 KN×2、15=20、69 KN1、3 排架内力分析该厂房为单跨等高排架,可用剪力分配法进行排架内力分析。

其中柱的剪力分配系数iη按式(2、5、16)计算,结果见表2 。

恒载作用下排架的计算简图如图5所示。

图中的重力荷载G及力矩M就是根据图2确定,即G1= G1=382、70KN;G2=G3+G4A =50、20KN+18、24KN=68、44KNG3= G5A =51、21KN;M1= G1e1=382、70K N×0、05m=19、14 KN m⋅M2=( G1+ G4A) e－G3e3=(382、70 KN+18、24 KN)×0、25m－50、20 KN×0、3m=85、18 KN m⋅由于图5a所示排架为对称结构且作用对称荷载,排架结构无侧移,故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。

柱顶不动铰支座反力Ri可根据表2、5、2所列的相应公式计算,则C1=23)11(1)11(132-+--⨯nnλλ=2、122 , C3=)11(112332-+-⨯nλλ=1、132RA =3211CHMCHM+=mmKNmKN9.12132.118.85122.214.19⨯⋅+⨯⋅=10、62 KNRB=-10、62 KN求得Ri后,可用平衡条件求出柱各截面的弯矩与剪力。

柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之与,恒载作用下排架结构的弯矩图与轴力图分别见图5、b,c。

图5、d为排架柱的弯矩、剪力与轴力的正负号规定。

1、3、2屋面活荷载作用下排架内力分析排架计算简图如图6a所示。

其中Q1=50、4 KN,它在柱顶及变阶处引起的力矩为MA1=50、4KN×0、05m=2、52mKN⋅ ;MA2=50、4KN×0、25m=12、60mKN⋅。

对于A柱,C1=2、122,C3=1、132,则R A =3211C H M C H M A A +=m m KN m KN 9.12132.16.12122.252.2⨯⋅+⨯⋅=1、53 KN(→) R B=-1、53 KN(←)排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图6b 、c 所示。

1、3、3 风荷载作用下排架内力分析 (1)左吹风时计算简图如图7a 所示。

对于A,B 柱,n=0、109,λ=0、295,则C 11=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+)11(18)11(1334n n λλ =0、329 R A =- q 1H C 11=-2、51KN/m ×12、9m ×0、329=-10、65KN(←) R B =- q 2H C 11=-1、57KN/m ×12、9m ×0、329=-6、66 KN(←) R= R A + R B + Fw=-10、65K N －6、66KN －24、51KN=-41、82 KN(←) 各柱顶剪力分别为:V A = R A -A η R=-10、65KN+0、5×41、82KN=10、26 KN(→) V B = R B -B η R=-6、66KN+0、5×41、82KN=14、25 KN(→) 排架内力图如图7b 所示。

(2)右吹风时计算简图如图8a所示。

将图7b所示A,B柱内力图对换且改变内力符号后可得,如图8b所示。

1、3、4吊车荷载作用下排架内力分析(1)D max作用于A柱计算简图如图9a所示。

其中吊车竖向荷载D max,D min在牛腿顶面处引起的力矩为:MA = D max e3=647、15K N×0、3m=194、15 KN m⋅MB = Dm ine3=135、45K N×0、3m=40、64 KN m⋅对于A柱,C3=1、132,则RA =3CHMA-=mmKN9.12132.115.194⨯⋅-=-17、04 KN(←)RB =3CHMB=mmKN9.12132.164.40⨯⋅=3、57 KN(→)R=RA +RB=-17、04KN+3、57KN=-13、47KN(←)排架各柱顶剪力分别为:VA = RA-Aη R=-17、04KN+0、5×13、47KN=-10、31 KN(←)VB = RB-Bη R=3、57KN+0、5×13、47KN=10、31KN(→)排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图9b,c所示。

(2)D max作用于B柱同理,将“D max作用于A柱”的情况的A,B柱对换,并注意改变符号,可求得各柱的内力,如图10所示。

作用下(3)Tm ax排架计算简图如图11a所示。

对于A,B柱,n=0、109, =0、295,由表2、5、3得a=(3、8m-1、4m)/3、8m=0、632,则5C =⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡---++-)11(12)32()1)(2(32323n a n a a a λλλ=0、629 R A =- T m ax 5C =-20、69KN ×0、629=-13、01 KN(←)R B =- T m ax 5C =-13、01 KN(←),R=R A +R B =-13、01KN ×2=-26、02KN(←) 各柱顶剪力为:V A = R A -μA η R=-13、01KN+0、85×0、5×26、02KN=-1、95 KN(←)V B = R B -μB η R=-13、01KN+0、85×0、5×26、02KN=-1、95 KN(←)排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图11b 所示。