单层厂房空间分析
姓名：高婵学号：222010322220060 年级：2010级专业：土木工程班级：02班【摘要】研究单层厂房的空间作用，分析其受力状况，使厂房能够最大面积的成为使用部分，对于节省材料，降低成本有很多益处。
【关键字】空间作用单层厂房单跨
正文：单层厂房是指工业厂房中，层数为一层的厂房。
使用于大型机器设备或有重型起重运输设备的工厂。
（1）从建筑上讲，要求构成较大的空间。
单层厂房是冶金、机械等车间的主要型式之一。
为了满足在车间中放置尺寸大、较重型的设备生产重型产品，要求单层厂房适应不同类型生产的需要，构成较大的空间。
（2）从结构上讲，要求单层厂房的结构构件要有足够的承载能力。
由于产品较重且外形尺寸较大。
因此作用在单层厂房结构上的荷载、厂房的跨度和高度都往往比较大，并且常受到来自吊车、动力机械设备的荷载的作用，要求单层厂房的结构构件要有足够的承载能力。
(3）为了便于定型设计，单层厂房常采用构配件标准化、系列化、通用化、生产工厂化和便于机械化施工的建造方式。
单层厂房的结构型式主要有排架结构和刚架结构两种。
厂房建成以后是由排架、屋盖系统、山墙等组成一个空间结构。
过去在设计中按平面排架进行内力分析与实际是不符合的。
排架在吊车水平荷载和偏心轮压力作用下是和整体厂房共同起作用的,排架将荷载分别传至基础与屋盖,而尽盖又将荷载沿纵向传给其它排架和山墙,这就形成了整体空间作用。
在考虑空间作用的内力分析时可分解为两步,然后叠加。
当柱上作用有力p时,首先在柱顶加上一支杆,使排架顶部为不动铰支座,支座反力为βp,不动铰支座使排架只产生局部变形,不产生整体变形,βp只与柱有关,与屋盖体系无关;其次使排架产生整体变形,即将反力βp反作用于屋盖体系上,由于屋盖的作用使pP沿纵向传至各排架和山墙。
因此计算排架只承受mk·βp。
mk是小于1系数,称为空间作用分配系数。
将以上二步分别求出的内力进行叠加,即可求得考虑空间作用的排架内力。
研究工作在于分析排架受力后厂房整体空间作用的性质(包括:力向纵向传布的范围和变化规律、决定空间作用的主要影响因素等);以及正确地确定空间作用分配系数m值。
在考虑厂房的空间作用进行内力分析时, 可分解为两步, 然后将两步结果叠加。
第一步是在柱顶
加上一个支杆, 成为排架顶部的链杆支座, 当柱上有荷载尸作用时, 支座反力为P
链杆支座使排架只产生柱子内部的局部变形, 柱顶无位移,轴向力N 的关系尚与腹杆数量有关, 但当腹杆数量为偶数时(见图) 两肢最大弯矩受腹杆数量的影响较小。
因此, 在实用上可按平腹杆双肤柱计算原则, 以拉肢开裂与否, 分别使用两组实用计算公式, 其误差与精确法比较, 一般不超过10 %.
1. 钢筋混凝土双肢柱在承受排架平面外的弯矩My 时, 也应同样考虑钢筋混凝土的材料特性, 按拉肢开裂与否, 分别采用不同的弯矩分配系数。
从实用上讲, 当K N d>0.8R时(即拉肢横截面有可能出现贯通裂缝时), 不考虑拉肢的抗弯作用, 当K Nd<R , 时, 可考虑两肢一致抗弯只和柱有关, 与屋盖体系无关; 第二步是使排架柱顶产生和实际情况相同的位移, 即将反力P反方向作用于整体厂房的排架柱顶(无链杆支座), 由于屋盖的作，用p 沿纵向传至各排架及山墙, 因此计算排架只承受p力中的一部分, 用P 表示,仍是小于1 的系数, 称为空间作用分配系数。
将以上两步分别求出的内力进行叠加,即得考虑空间作用的排架内力。
由上边的讨论可知研究厂房空间作用的问题可归结为主要研究当整体厂房某排架柱顶有单位水平力作用时, 分配到该排架的实际水平力的数值为多少? 也就是确定空间作用分配系数的问题空间作用分配系数, m 可以由排架柱顶位移来求, 设△, 表示整体厂房某柱顶有水平力P 作用时的水平位移, △P 表示单片排架柱顶有水平力P 作用时的位移, 则为二者
的比值:实测中就是通过上述关系来求
2.大型屋面板屋盖体系
厂房实测对大型屋面板这类厂房实测了5 个, 其中有3 个是随施工过程分阶段实测的, 另有两个是已盖好的厂房的实测。
分段实测是为了研究各部件在整体空间工作中的作用并取得有关数据。
实测厂房的选择考虑了有无天窗、有无山墙、不同跨度及吊车吨位等情况。
实测厂房概况及实测柱顶位移(集中荷载在柱顶)。
实测结果表明大型屋面板体系有较大的刚度, 因此两端无山墙时, 一个集中荷载作用在一个排架柱顶, 这个荷载并不是只分配到附近几个排架上的(现有的理论均认为分配到左右两边共5 个排架上)。
例如厂房A在端部排架加载时, 全长16 个排架均有一定数量的位移。
厂房E 也是如此。
这表明所有排架都在厂房空间工作中起作用。
当厂房两端有山墙时, 位移分布在集中荷载附近的排架处较大, 离开加载排架, 位移衰减较快。
但这并不说明荷载只分到加载点附近几个排架上, 因为厂房加载时, 各柱顶的位移与单片排加载的位移比是很小的, 这就表明各排架分到的荷载值都很小(例如厂房C 加载排架只分到0.046P,（P 为集中荷载值)。
大部分荷载由屋面传到山墙上去了。
其原因则是由于大型屋面板的屋面体系具有较大的刚度, 而厂房两端又有刚度很大的山墙的缘故。
因此, 对于大型屋面板厂房, 山墙对空间作用有较大影响而不是没有影响( 目前一般认为无影响)当单位水平荷载作用厂房某排架柱顶时, 由于空间作用, 该排架所分到的实际荷载值称为空间作用分配系数, m 。
对5 个实测厂房, 由实测位移所确定的, m 值如下
表:
结论：单跨情形
按上述分两步计算为叠加的原理,步骤如下:
( 1 ) 按通常方法由吊车梁反力影响线求出吊车制动力(或轮压)传给计算排架的水平推力P (或垂直压力T )。
( 2 ) 设柱顶铰支求出P 力作用下柱顶反力口P (或T 力作用下柱顶反力口,T ) , 及柱顶剪力。
( 3 ) 根据厂房条件查出(表2 或表4 )相应的分配系数、, 以、乘口P (或尸T ),
然后以相反方向作用于有侧移的平面排架,求出相应的柱顶剪力。
( 4 ) 将( 2 )、( 3 ) 中求出的柱顶剪力叠加, 所得代数和即为考虑空间作用后的柱顶剪力Q。
( 5 ) 由柱顶剪力Q 及柱中所受荷载按独立柱计算柱内力。
例: 某大型屋面板屋盖厂房跨度30 米,一端有山墙, 厂房巧开间( 6 米柱距), 有一台1 0 吨吊车, 求吊车制动力下的柱内力。
由表2 查得。
= 0.60
由手册查得口p 二2.36 吨
( 2 )、( 3 ) 两步柱顶剪力及叠加结果如图
参考文献
1.单层厂房空间作用。
清华大学单层厂房研究
2.建筑科学。
1994年第一期
3.房屋建筑学。
高等教育出版社
理论分析
理论分析中分别考虑了以下几种情形:
两种形式的单层厂房
水平荷载
水平受力分析
单柱受力图单排柱受力图
单排架受力图模拟图。