金属装配车间双跨等高厂房结构设计 34页

'金属装配车间双跨等高厂房结构设计一．设计资料（一）设计题目：某金属装配车间双跨等高厂房（二）设计内容：1．计算排架所受的各项荷载。2．计算各种荷载作用下的排架内力（对于吊车荷载不考虑厂房的空间作用）3．柱及牛腿设计，柱下单独基础设计。4．绘施工图：柱模板图和配筋图，基础模板和配筋图。（三）设计资料：1．金属结构车间为两跨厂房，跨度均为21m，厂房总长54m，柱距6m。厂房剖面如例图-1。2．厂房每跨内设两台吊车，A4级工作制，吊车的有关参数见例表-1。吊车的有关参数参数表例表-1吊车位置起重量（KN）桥跨LK（m）小车重g（KN）最大轮压Pmax,k(KN)大车轮距K（m）大车宽B（m）车高H（m）吊车总重（KN）左跨（AB）吊车　200/50　19.570.1　187　　4.4　5.6　2.184　264右跨（BC）吊车　200/50　19.5　70.1　187　4.4　5.6　2.814　2643．建设地点为东北某城市（基本雪压0.35KN/m2,基本风压0.55KN/m2，冻结深度1.8m。4．厂区自然地坪下0.8m为回填土，回填土的下层8m为均匀粘性土，地基承载力特征值fa=220，土的天然重度为17.5KN/m2，土质分布均匀。下层为粗砂土，地基承载力特征值fa=350，地下水位-5.5m。5．厂房标准构件选用及荷载标准值（1）屋架采用21m预应力折线型屋架，自重标准值95屋架。（2）吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁，梁高900mm，自重标准值39KN/根，轨道及零件自重0.8KN/m，轨道及垫层构造高度200mm。（3）天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架每侧传给屋架的竖向荷载为34KN（包括自重，侧板，窗扇支撑等自重）（4）天沟板自重标准为2.02KN/m（5）维护墙采用240mm厚面粉刷墙，自重5.24KN/m2。钢窗：自重0.45KN/m2，窗宽4.0m，窗高见剖面图（例图-1），维护墙直接支撑与基础梁上，基础梁截面240*450mm。基础梁自重2.7KN/m6．材料：混凝土强度等级为C25，柱的纵向钢筋采用HRB335级，其余钢筋采用I级。7．屋面卷材防水做法及荷载标准值如下：34 三毡四油防水层上铺小石子：0.4KN/m225厚水泥沙浆找平层：0.5KN/m2100厚珍珠岩制品保温层：0.4KN/m2一毡二油隔气层：0.05KNKN/m2二、结构计算简图本装配车间工艺无特殊要求，荷载分布均匀。故选具有代表性的排架进行结构设计。排架的负荷范围如例图-2（a）所示。结构计算简图如例图-（2）所示。下面来确定结构计算简图中的几何尺寸。(a)(b)（一）排架柱的高度1.基础的埋置深度及基础高度：考虑冻结深度及回填土层，选取基础至室外地面为1.8m。初步估计基础的高度为1.0m，则基础顶面标高为-0.95m。2.牛腿顶面标高确定：由附表可得牛腿顶标高为7.6m，吊车梁高0.9m，轨道及垫层高度为0.2m。因此，轨顶标高为：7.6+0.9+0.2=8.7m3.上柱标高的确定：如例图-1所示，上柱顶距轨顶2.4m，则上柱顶的标高为：8.7+2.4=11.1m4.计算简图中上柱和下柱的高度尺寸确定：上柱高：HU=11.1-7.6=3.5m下柱高：HL=7.6+0.95=8.55m柱的总高度：.H=12.05m5.柱截面确定：上柱选矩形截面，下柱选工字形截面。由表-13-8确定柱的截面尺寸，并考虑构造要求。对于下柱截面高度h：由于下柱34 ，吊车梁及轨道构造高度为1.1m，因此，基础顶至吊车梁顶的高度Hk=8.55+1.1=9.65m<11m下柱截面高度h≥HK/9=9.65/11=1.072m下柱截面高度B≥HL/20=8.55/20=0.4275m。并且B≥400m对于上柱截面主要考虑构造要求，一般截面尺寸不小于400*400mm。对于本设计边柱，即A，C轴柱（例图-3（a）所示）：上柱取500*500mm下柱取500*1300*100mm对于本设计中柱，即B轴柱（例图-3（b）所示）：上柱取500*700mm下柱取500*1500*100mm（a）（b）例图-3柱的截面详图1.截面几何特征和柱的自重计算截面几何特征包括：截面面积A，排架方向惯性矩IX和回转半径RX，垂直于排架方向惯性矩IY和回转半径RY。单位长度柱的自重用G表示。（1）A，C轴柱截面几何特征：上柱：A=500*500=250*103mm2G=25*0.25=6.25KN/mIX=IY=（1/12）*500*5003=5208*106mm4RX=RY=（IX/A）1/2=141.82mm下柱：IX=(1/12)*100*13003+4[(1/12)*200*1003+200*100*6002]+4[(1/36)*25*(550-(25/3))2]=50109.38*106mm4IY=2*（1/12）*100*5003+（1/12）*（1300-200）*1003+4[（1/36）*25*2003+（1/2）*200*25*（50+（200/3）2）=2333.33*106mm434 RX=（IX/A）1/2=477.25mmRY=（IY/A）1/2=102.99mm（2）中柱B轴柱截面几何特征：上柱：A=500*700=350*103mm2G=25*0.35=8.75KN/mIX=（1/12）*500*7003=14291.67*106mm4IY=（1/12）*700*5003=7291.672*106mm4RX=（IX/A）1/2=202.07mmRY=（IY/A）1/2=144.34mm下柱：A=2*500*700+100*1300+4*1/2*25*200=240*103mmG=25*0.24=6.00KN/mIX=(1/12)*100*15003+4[(1/12)*200*1003+200*100*7002]+4[(1/36)*200*25+1/2*200*25(650-(25/3))2]=71509.38*106mm4IY=2*（1/12）*100*5003+（1/12）*（1500-200）*1003+4[（1/36）*25*2003+（1/2）*200*25*（50+（200/3）2）=2350*106mm4RX=（IX/A）1/2=545.85mmRY=（IY/A）1/2=98.95mm为便于后面使用，各柱的截面几何特征列于例表-2。例表-2各柱的截面几何特征柱号A（*103）IX（*106mm4）IY（*106mm4）RX（mm）RY（mm）G（KN/m）A，C上柱25052085208144.3149.36.25A，C下柱22050109.382333.33471.25102.995.5B上柱35014291.677291.67202.07144.348.75B下柱24071509.382350545.8598.956二、荷载计算与计算简图的确定把各荷载算至排架的相应位置。（一）屋盖结构自重标准值（G1K）：屋面均布荷载汇集：三毡四油防水层上铺小石子：0.4KN/m225mm厚水泥沙浆找平层：0.5KN/m2100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4KN/m2一毡二油隔气层：0.05KN/m225厚水泥沙浆找平层：0.5KN/m26m预应力大型屋面板：1.4KN/m2合计：3.25KN/m2屋盖结构自重由屋架传给排架柱的柱顶G1K按负荷范围计算：其值为：屋面结构传来：3.25*6*21*0.5=204.75KN天窗架传来：34KN34 天沟板传来：2.02*6=12.12KN屋架自重标准值：95/2=47.5KN合计：G1K=298.37KN对于A，C轴柱：G1AK=G1CK=298.37KN。对柱顶的偏心距e1A=e1C=250-150=100mm。如例图-4（a）所示。对于中柱：GBK=G"BK=2*298.37=596.74KN。对柱顶的偏心距e1B=0。如例图-4（b）所示。例图-4各柱G1BK作用位置G1BKG1BK2．上柱自重G2K（见例-5）对于边柱：G2A，K=G2C，K=6.25*3.5=21.875KN。其偏心距e2A=e2C=650-250=400mm对于中柱：G2B，K=8.75*3.5=30.625KN。其偏心距e2B=03．吊车梁、轨道与零件的自重G3K（见例-5）边柱牛腿处：G3A，K=G3C，K=38+0.8*6=43.8KN。其偏心距e3A=e3C=750-650=100mm对于中柱牛腿处：G3B，K左=G3B，K左=43.8KN。其偏心距：e3B，K左=e3B，K=750mm。4．下柱自重G4K（见例-5）对于边柱：G4A，K=G4C，K=8.55*5.5*1.1=51.78KN。其偏心距e4A=e4C=0对于中柱：G4B，K=6.00*8.55*1.1=56.43KN。其偏心距e4B=05．基础连系梁与上部墙体自重（G5K，G6K），（见例-5）由于只在基础顶设置一道连系梁，因此，基础连系梁与上部墙体自重直接传给基础，故G5K=0。34 为了确定墙体的荷载，需要计算墙体的净高：基础顶标高为-0.950m。轨顶标高+8.7m。根据单层厂房剖面图（见例图-1）：檐口标高为：8.7+2.4+1.4=12.5m。基础梁高：0.45m，因此，墙体净高为：12.5+0.95-0.45=13.0m。窗宽4m，窗高4.8+1.8=6.6m。基础连系梁与上部墙体自重：5.24*（13.0*6-4*6.6）+0.45*4*6.6=182.264KN。基础连系梁自重：2.7*6=16.2KN基础连系梁与上部墙体自总重：G6A，K=G6C，K=282.264+16.2=298.464KN。这项荷载直接作用在基础顶面。对下柱中心线的偏心距为：e6A=e6C=120+650=770mm。中柱列没有维护墙，G6B，K=0各永久荷载的大小和作用位置如例图-5所示。恒荷载（永久荷载）计算简图的确定：根据永久荷载点的作用位置，可以把永久荷载换算成对于截面形心位置的轴向力距例图-5各永久荷载、活荷载的打大小（KN）和作用位置34 在轴向力作用下对排架结构只产生轴力，不需要对排架进行内力分析（只把轴力叠加即可），而在力矩作用下需要对排架进行内力分析。需要特别注意：柱顶的偏心压力除了对柱顶存在偏心力矩外，由于边柱上下截面形心不重和，因此，对于下柱顶也存在偏心力矩。现把例图-5所示的排架结构在永久荷载作用下的计算简图介绍如下：对于其他的竖向荷载也采用相同的分析方法。AC柱（边柱）各截面弯矩计算：柱顶：M1AK=MICK=298.37*0.1=29.84KNM牛腿顶面：M2AK=M2CK=（298.37+21.88）*0.4-43.8*0.1=123.72KNM对于中柱，由于结构对称荷载对称，因此，中柱不存在弯矩作用。排架结构在永久荷载作用下的计算简图见例图-6所示。例图-6永久荷载作用下双跨排架的计算简图（一）屋面活荷载标准值计算简图的确定按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001，屋面活荷载标准值：0.5KN/m2屋面雪荷载：0.35KN/m2，不考虑积灰荷载，故仅按屋面活荷载计算。由屋架传给排架柱的屋面活荷载标准值，近似按例图-2所示的负荷范围计算：====0.5*6*21*0.5=31.5KN各的作用位置与相应柱顶各恒荷载的位置相同。如例图-5所示。34 屋面活荷载作用下排架结构上柱计算简图的确定（见例图-6所示）：对于双跨单层厂房，应考虑各跨分别有屋面活荷载对结构所产生的影响。各柱顶的弯矩计算方法与永久荷载相同。AB跨有活荷载：柱顶：=31.5*0.1=3.15KN；=31.5*0.15=4.725KNM牛腿顶面：=31.5*0.4=12.6KNM；=0同理BC跨有活荷载时：柱顶：=31.5*0.1=3.15KN；=31.5*0.15=4.725KNM牛腿顶面：=31.5*0.4=12.6KNM；=0（b）BC跨有活荷载作用（a）AB跨有活荷载作用例图-7活荷载作用下双跨排架的计算简图（一）吊车荷载标准值计算与计算简图的确定AB、BC跨吊车为两台200/50，A4级工作制（中级工作制）。最小轮压计算：AB跨：=-=-187=45KN1.吊车竖向荷载、的计算：吊车竖向荷载、34 的计算，按每跨两台吊车同时工作且达到最大起重量考虑。按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定，吊车荷载的折减系数为=0.9。吊车荷载的计算利用吊车支座反力影响线求得。AB跨吊车竖向荷载DMAX，K、DMIN，K的计算（见图-8）：DMAX，K=PMAX=0.9*187（1+1.6/6+4.8/6+0.4/6）=359.04DMIN，K=DMAX=359.04*45.0/187=86.4KN吊车竖向荷载DMAX，K、DMIN，K的作用位置与G3作用位置相同。2.吊车水平荷载TMAX，K的计算吊车水平荷载TMAX，K的计算，按每跨2台吊车同时工作且达到最大起重量考虑。按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定，吊车荷载的折减系数为=0.9，吊车水平系数=1.0。吊车水平荷载的计算也可利用吊车竖向荷载计算时吊车粮支座反力影响线求的。AB跨吊车水平荷载TMAX，K（见图）每各车轮传递的水平力的标准值：TK=1/4（G2，K+G3，K）=1/4*0.1*（70.1+200）=6.76KN则AB跨的吊车传给排架的水平荷载标准值：TMAX，K=TK*DMAX，K/PMAX，K=6.76*359.04/187=12.97KN各跨吊车水平荷载TMAX，K作用在吊车梁顶面，即作用在距吊车梁顶0.9m处。3.吊车荷载作用下排架结构计算简图的确定吊车的竖向荷载DMAX，K、DMIN，K作用在吊车梁支座垫板中心出（同G3作用的位置），对下部柱都是偏心压力。其内力分析的方法同永久荷载作用，既把吊车的竖向荷载等效成对下柱的轴心压力的对下柱顶的力矩。结构分析按2台吊车单独作用在不同的跨内，考虑到DMAX，K即可以发生在左柱又可以发生在右柱，因此，在吊车竖向荷载作用下对于双跨厂房，当两跨均有吊车时，应考虑四种情况（见例图-10）。在吊车水平荷载作用下，按2台吊车单独作用不同的跨内，考虑到TMAX，K即可以向左又可以向右，在吊车水平荷载作用下双跨排架的计算简图应考虑四种情况（见例图-11）。吊车水平荷载作用在吊车梁的顶面，即牛腿上0.9m处的位置。AB跨吊车荷载对排架柱产生的偏心压力计算如下：A柱：B柱：34 图-8AB、BC跨吊车竖向荷载、的计算（a）AB跨有吊车时的情况图-9、作用下双跨排的四种荷载情况34 （a）AB跨有吊车时的情况（b）BC跨有吊车时的情图—11各跨Tmax,k作用下双跨排架计算的四两种荷载情况（四）风荷载标准值计算计算简图的确定1．本地区基本风压Wo=0.55KN/M2。2．风荷载体型系数如例图—12所示。在左风情况下，天窗处的μs的确定：a=18m,h=2.8m,因此a>4h,所以μs=+0.6。风压高度变化系数μz的确定风压高度变化系数μz按B类地貌由表13—4（或按〈〈建筑结构荷载规范〉〉GB50009—2001的规定）确定：作用在柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，其风压高度变化系数可按注顶标高取值。柱顶至屋脊间屋盖部分的风荷载，仍取为均布的，其对排架的作用则按作用在柱顶的水平集中风荷载标准值Fw考虑。这时的风压高度变化系数可按天窗檐口取值；柱顶至室外地面的高度为（见例图—1）：Z=7.6+0.15+2.4=10.35m天窗檐口至室外地面的高度为（见例图—1）：Z=7.6+0.15+2.4+1.3+2.6=15.65m.由表13-4按线性内插法确定μz:柱顶:天窗檐口处:左风情况下风荷载的标准值(见例图-13(a)):q1k=μs1μzWoB=0.8*1.01*0.55*6=2.667KN/Mq2k=μs2μzWoB=0.4*1.01*0.55*6=1.333KN/M柱顶以上的风荷载可转化为一个水平集中力计算,其风压高度变化系数统一按天窗檐口处μz=1.1582取值.其标准值为:Fwk=ΣμsμzWohB=[(0.8+0.4)*1.1582*0.55*6*1.4]+[(0.4-0.2+0.5-0.5)*1.1582*0.55*6*1.3]+[(0.6+0.6+0.6+0.5)*1.1582*0.55*6*2.6]+[(0.7-0.7+0.6+0.6)*1.1582*0.55*6*0.3]=30.27KN右风和左风情况对称,方向相反(见例图-13(b))。34 (a)左风（b）右风例图—13风荷载作用下双跨排架的计算简图四．排架结构内力分析本单层厂房是两胯的对称结构，C主和A柱受力完全一样，因此只要计算AB就可以了。本厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架结构的内力计算。在各种荷载作用柱顶按可动铰支座计算，不考虑厂房的空间工作。这里规定柱顶不动铰支座反力R，柱顶剪力V和水平荷载自左向右为正，截面弯矩以柱左侧受拉为正，柱的轴力以受压为正。（一）各柱剪力分配系数的确定各柱的几何特征见例表-2单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：Δu=H3/(C0ECIL)C0=3/[1+λ3(1-n)/n]计算有关参数：AC柱：λ=Hu/H=3.5/12.05=0.290；n=Iu/IL=5208*106/(51942.92*106)=0.104C0=3/[1+λ3(1-n)/n]=3/[1+0.2903(1-0.104)/0.104]=2.479B柱：λ=Hu/H=3.5/12.05=0.290；n=Iu/IL=14291.67.5*106/（74060.88*106）=0.1998C0=3/[1+λ3(1-n)/n]=3/[1+0.0.2903(1-0.1998)/0.0.1998]=2.733单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：A，C柱：ΔuA=ΔuC=H3/(C0ECIL)=120503/（2.479*EC*50109.375*106）=14.085/ECB，B柱：ΔuB=H3/(C0ECIL)=120503/（2.733*EC*71509.375*106）=18.953/EC令Ki=1/ΔuiK=Ka+kb+kc=1/ΔuA+1ΔuB/+1/Δuc=0.2537EC所以，三根柱的剪力分配系数为：ηA=KA/K=0.2798;ηB=KB/K=0.440;ηc=Kc/K=0.2798验算：ηA+ηB+ηc≈1.0当柱顶有水平荷载F时，求出剪力分配系数后，即可求出柱顶剪力：VA=ηAF；VB=ηBF；Vc=ηcF34 求出柱顶剪力后，即可按悬臂柱绘出结构的内力图。下面进行各种荷载走作用下排架的内力。（一）在永久荷载（标准值）作用下排架的内力分析如图所示：例图—14永久荷载作用下双跨排架的计算简图只对M作用进行排架分析，对例图-14中的竖向荷载所产生的轴力直接累加。各柱顶不动铰支座的支座反力：A柱：λ=0.290；n=0.104C1=1.5*[1-λ2(n-1)/n]/[1-λ3(1-n)/n]=1.5*[1-0.2902(0.104-1)/0.104]/[1+0.2903(1-0.104)/0.104=2.1376C3=1.5*(1-λ2)/[1-λ3(1-n)/n]=1.5*(1-0.2902)/[1+0.2903(1-0.104)/0.104]=1.1353R1=MC1/H=29.837*2.1376/12.05=5.2929KN()R2=MC3/H=125.908*1.1353/12.05=11.8625KN()所以RA=R1+R2=17.1154KN（）B柱：RB=0C柱：RC=-RA=-17.1154KN（）所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=0所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA=17.1154KN（）VB=RB=0VC=-17.1154KN（）各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。现把各柱的轴力计算过程叙述如下，弯矩和剪力的计算从略。排架的弯矩图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-15所示。柱轴力标准值计算：34 AC柱：柱顶：N=298.37KN上柱底：N=298.37+21.875=320.245KN下柱顶：N=320.245+43.8=364.045KN下柱底：N=364.045+51.78=415.825KNB柱：柱顶：N=596.74KN上柱底：N=596.74+30.625=627.365KN下柱顶：N=627.365+43.8*2=714.965KN下柱底：N=714.965+56.43=771.395KN（a）永久荷载作用下的弯矩（KNM）图和柱底剪力（KN）（B）永久荷载作用下的轴力（KN）例图—15永久荷载作用下排架的内力图（一）屋面活荷载（标准值）作用下排架内力分析A柱：λ=Hu/H=0.290；n=Iu/IL=0.104；C1=2.1376；C3=1.1353R1=M1AKC1/H=3.15*2.1376/12.05=0.559KN（）R2=M2AKC3/H=12.6*1.1353/12.05=1.187KN（）所以RA=R1+R2=1.746KN（）B柱：λ=Hu/H=0.290；n=Iu/IL=0.199C1=1.5*[1-λ2(n-1)/n]/[1-λ3(1-n)/n]=1.5*[1-0.2902(0.1998-1)/0.197]/[1+0.2903(1-0.1998)/0.1998]=1.827RB=R1=M1bkC1/H=4.725*1.827/12.05=0.716KN()C柱：Rc=0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=2.462KN（）34 所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-ηAR=1.057KN（）VB=RB-ηBR=-0.367KN（）VC=Rc-ηcR=-0.689KN（）ΣVi≈0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。排架的弯矩图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如图所-9.1474V=-0.689-3.0135V=-0.367V=1.057-8.30245-6.00950.5495-4.74-12.3-2.4115图AB跨有屋面活荷载时排架的内力图34 2.AB跨有吊车荷载，Dmax,k作用在A柱，Dmin,k作用在A柱时排架内力分析，其计算简图如例图-21所示。A柱：λ==00290；n==0.104；C3=1.1353RA=R2=C3=-3.3827（）B柱：λ==0.290；n==0.1998；例图-21Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在A柱时排架计算简图..C3=1.5*（1-λ2）/[1+λ3（-1）]=1.5*（1-0.2902）/[1+0.2903（-1）]=1.25175RB=R2=C3=64.8*1.25175/12.05=6.7314KN(）C柱：RC=0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=+3.3487（）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-ηAR=--3.3827-0.2798*3.3487=-4.3197（）VB=RB-ηBR=6.7314-0.440*3.3487=5.2580（）VC=RC-ηCR=-0.2798*3.3487=-0.93697（）0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-22所示。(a)Dmax,k在B柱时的轴力(KN)(b)Dmax,k作用在B柱时的弯距和柱底剪力例图-22AB跨有吊车Dmax,k作用在B柱时排架内力图2.AB跨有吊车荷载，Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在A柱时排架内力分析，其计算简图如例图-21所示。34 A柱：λ==0.290；n==0.104；C3=1.1353RA=R2=C3=（）B柱：λ==0.290；n==0.1998；C3=1.25175例图-21Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在A柱时排架计算简图..RB=R2=C3=269.28*1.25175/12.05=27.9727KN(）C柱：RC=0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=27.1587（）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-ηAR=-0.8140-0.2798*27.1587=-9.3886（）VB=RB-ηBR=22.44-0.440*27.1587=16.0229（）VC=RC-ηCR=-0.2798*27.1587=-7.5990（）0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-22所示。例图-22AB跨有吊车Dmax,k作用在B柱时排架内力图34 （四）吊车水平荷载（标准值）作用下排架内力分析1．AB跨有吊车荷载Tmax,k向左作用在AB柱，其计算简图如例图-27所示。(a)AB跨有吊车Tmax,k向左（b）AB跨有吊车Tmax,k向右图-27AB跨有吊车，在Tmax,k作用下排架计算简图吊车水平荷载Tmax,k的作用点距柱顶的距离y=3.5-0.9=2.6m；y/Hu=0.743。因此排架柱顶不动铰支座的支座反力系数C4需用线形内插法确定。A、C柱：λ=0290；n=0.104；当y=0.7Hu时：C4=[2-2.1λ+λ3（0.243/n+0.1）]/{2[1+λ3（1/n-1）]}=0.698当y=0.8Hu时：C4=[2-2.4λ+λ3（0.112/n+0.1）]/{2[1+λ3（1/n-1）]}=0.654所以当y=0.743Hu时：C4=0.582+（0.743-0.7）（0.532-0.582）（0.8-0.7）=0.607B柱：λ=0.290；n=0.1998C4=[2-2.1λ+λ3（0.234/n+0.1）]/{2[1+λ3（1/n-1）]}=0.679当y=0.8Hu时：C4=[2-2.4λ+λ3（0.112/n+0.1）]/{2[1+λ3（1/n-1）]}=0.689所以当y=0.743Hu时：C4=0.689+（0.743-0.7）（0.646-0.689）（0.8-0.7）=0.670柱顶不动铰支座反力的计算：A柱：RA=R2=C4Tmax,k=0.679*12.97=8.81KN（）B柱：RB=R2=C4Tmax,k=0.670*12.97=8.69KN（）C柱：RC=0所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和：R=RA+RB+RC=17.5KN（）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-ηAR=8.86-0.2798*17.5=3.194KN（）VB=RB-ηBR=8.69-0.440*17.5=0.99KN（）VC=RC-ηCR=-0.440*17.5=-4.897KN（）034 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。排架的弯矩图，柱底剪力和轴如图所示，柱的轴力为零（五）风荷载（标准值）作用下排架结构内力分析1．左风情况：其计算简图如例图-33（a）所示在均布风荷载作用下，各柱顶不动铰支座反力的计算：A柱：λ=0.290；n=0.104；C5=3[1+λ4（1/n-1）]/{8[1+λ3（1/n-1）]}=0.3745RA=-C5qH=--0.3745*2.667*12.05=-12.0369（）C柱：λ=Hu/H=0.290；n=Iu/Il=0.104；C5=0.3745RC=-C5qH=-0.3745*1.333*12.05=-6.0155KN（）所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和：R=RA+RB+RC=-18.0254KN（）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-ηAR+ηAFw=1.4837KN（）VB=RB-ηBR+ηBFw=-21.26KN（）VC=RC-ηCR+ηCFw=7.5051KN（）Fw各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。排架的弯矩图，柱底剪力和轴力图如例图-34所示，柱的轴力为零。图左右风情况排架的弯矩图2．右风情况：其计算简图如图-所示。由于对称性，右风作用时的内力图如图所示。四、内力组合在采用标准组合的时候，也可以参照承载力极限状态的基本组合，采用讲话规则，但各项系数为一。关于荷载组和系数，风荷载：0.6，其他0.7。准永久值系数风0，屋面活荷载：不上人0，上人：0.4，吊车：0.6。四台吊车的转换系数为0.8/0.9。说明：控制截面34 （四）吊车竖向荷载（标准值）作用下排架内力分析1．AB跨有吊车荷载，Dmax,k作用在A柱，Dmin,k作用在B柱时排架内力分析，其计算简图如例图-19所示。A柱：λ==0.290；n==0.104；C3=1.1353RA=R2=C3=35.904*1.1353/12.05=-3.3827（）B柱：λ==0.290；n==0.1998；例图-19Dmax,k作用在A柱，Dmin,k作用在B柱时排架计算简图..C3=1.5*（1-λ2）/[1+λ3（-1）]=1.5*（1-0.2902）/[1+0.2903（-1）]=1.25175所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=3.3487（）所以：各柱顶的实际剪力为：0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-20所示。(a)Dmax,k在A柱时的轴力(KN)(b)Dmax,k作用在A柱时的弯距和柱底剪力34 图-20AB跨有吊车Dmax,k作用在A柱时排架内力图3.BC跨有吊车荷载，Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在C柱时排架内力分析，其计算简图如例图-23所示。B柱：λ==0.300；n==0.200；C3=1.31RB=R2=C3=353.87*1.31/13.45=-34.47）C柱：λ==0.260；n==0.104；例图-23Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在C柱时排架计算简图..RC=R2=C3=11.66*1.215/13.45=1.05KN（）A柱：RA=0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-33.42（）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-ηAR=0.282*33.42=9.42KN（）VB=RB-ηBR=-34.47+0.434*33.42=-19.97KN（）VC=RC-ηCR=1.01+0.282*33.42=10.47KN）0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-24所示。(a)Dmax,k在B柱时的轴力(KN)(b)Dmax,k作用在B柱时的弯距和柱底剪力例图-24BC跨有吊车Dmax,k作用在B柱时排架内力图4.BC跨有吊车荷载，Dmax,k作用在C柱，Dmin,k作用在BB柱：λ==0.260；n==0.200；C3=1.3134 RA=R2=C3=-87.47*1.31/13.45=-8.52（）C柱：λ==0.260；n==0.104；C3=1.215RC=R2=C3=47.18*1.215/13.45=4.26KN（）A柱：RA=0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-4.26（）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-ηAR=0.282*4.26=1.20KN（）例图-25Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在C柱时排架计算简图..VB=RB-ηBR=-8.52+0.434*4.26=-6.67KN（）VC=RC-ηCR=4.26+0.282*4.26=6.11KN（）0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-26所示。(a)Dmax,k在B柱时的轴力(KN)(b)Dmax,k作用在B柱时的弯距和柱底剪力例图-26BC跨有吊车Dmax,k作用在C柱时排架内力图34 3.BC跨有吊车荷载，Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在C柱时排架内力分析，其计算简图如例图-23所示。B柱：λ==0.300；n==0.200；C3=1.31RB=R2=C3=353.87*1.31/13.45=-34.47）C柱：λ==0.260；n==0.104；例图-23Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在C柱时排架计算简图..RC=R2=C3=11.66*1.215/13.45=1.05KN（）A柱：RA=0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-33.42（）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-ηAR=0.282*33.42=9.42KN（）VB=RB-ηBR=-34.47+0.434*33.42=-19.97KN（）VC=RC-ηCR=1.01+0.282*33.42=10.47KN）0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-24所示。(a)Dmax,k在B柱时的轴力(KN)(b)Dmax,k作用在B柱时的弯距和柱底剪力例图-24BC跨有吊车Dmax,k作用在B柱时排架内力图4.BC跨有吊车荷载，Dmax,k作用在C柱，Dmin,k作用在BB柱：λ==0.260；n==0.200；C3=1.31RA=R2=C3=-87.47*1.31/13.45=-8.52（）34 C柱：λ==0.260；n==0.104；C3=1.215RC=R2=C3=47.18*1.215/13.45=4.26KN（）A柱：RA=0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-4.26（）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-ηAR=0.282*4.26=1.20KN（）例图-25Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在C柱时排架计算简图..VB=RB-ηBR=-8.52+0.434*4.26=-6.67KN（）VC=RC-ηCR=4.26+0.282*4.26=6.11KN（）0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-26所示。(a)Dmax,k在B柱时的轴力(KN)(b)Dmax,k作用在B柱时的弯距和柱底剪力例图-26BC跨有吊车Dmax,k作用在C柱时排架内力图34 四、内力组合在采用标准组合时，也可参照承载力极限状态的基本组合，采用简化规则，但各项系数为1。关于荷载的组合系数，风荷载：0.6，其它0.7。准永久值系数：风：0。屋面活荷载：不上人：0；上人：0.4；吊车：0.6。四台吊车转换系数0.8/0.9。说明：控制截面：上柱底I-I、下柱顶II-II、下柱底III-III。每一个控制截面均进行基本组合，用于柱配筋计算和基础设计；标准组合：用于柱裂缝宽度验算和地基承载力设计。由于地质条件较好，本题不进行地基变形验算，否则还应增加III-III截面的准永久组合。基本组合采用的荷载组合方式用规范给出的简化组合方式，即：（1）恒荷载+0.9（任意两个或者两个以上活荷载之和）（2）恒载+任意活载标准组合，也可采用上述的基本组合规则，但荷载的分项系数均为1.0。最不利内力：祥见例表-3。五、柱截面设计A柱截面设计砼：强度等级C25（f=11.9N/MM,f=1.27N/MM）,=0.55上柱：=1521.71KN下柱：在腹板范围内上柱高3.5m,下柱高8.55m，总高12.05m,柱截面尺寸见表，确定柱的计算长度。排架方向：当考虑吊车荷载时上柱：下柱：当不考虑吊车荷载时上柱下柱：垂直于排架方向：（按无柱间支撑）当考虑吊车荷载时34 上柱：下柱当不考虑吊车荷载时上柱：下柱下柱：该厂房工作环境属一类环境，预制构件砼保护层。按规范要求，取25mm，则=’=35mm.(二)空制截面内力本设计采用对称配筋，选取内力时，只考虑弯矩绝对值。经分析，对基本组合所选择的不利内力见表。截面MN是否为吊车荷载初步判别大小偏心I-I122.9423.99是大偏压×-615384.30是大偏压×122.39424.99是大偏压√66.49384.31否大偏压×-4.75384.31是大偏压×17.51476.44是大偏压√II-II-9.08838.97是小偏压×-217.46573.31是大偏压√-27.35878.66是大偏压×-131.57452.19是大偏压×-84.87939.57是大偏压√III-III517.66901.11否大偏压×-389.5647.54是大偏压×521.25-975.99是大偏压√527.98498.99是大偏压×25.981001.64是小偏压√取舍原则对大偏压：M相等或接近时，取N小者；N相等或接近时，取M大者；对小偏压：M相等或接近时，取N大者；N相等或接近时，取M大者；上柱配筋计算：34 假设为大偏压34 上柱截面选定分别为，按最小配筋率：另外垂直于排架方向承载力验算（按轴心受压验算），查表得，所以垂直于排架方向承载力满足要求。下柱截面的配筋计算选III-III截面：先按大偏压计算：则可按大偏压计算34 垂直于排架方向承载力，按轴心受压构件计算查表可得，下柱再计算一个小偏心受压的情况先按大偏压计算：应按大偏压计算，属于大偏心受压情况，其他各不利内力的配筋计算从略。最终确定上柱的受力钢筋为：，下柱两边的受力钢筋为。下柱截面的配筋计算选III-III截面：，N=1010.55KN，=1.0=7.85m，=1.0=7.85m34 =M/N=510.34/1010.55=0.505m取/30和20mm中的大值，故取/30=33.3mm=+=505+33.3=583.3mm考虑挠度的二阶效应对偏心矩的影响1=0.5A/N=0.5*11.9*167500/1015.55*103=0.986/h=7.85/1=7.85<15，=1=1+（/h）1=1.08先按大偏心收压计算六、柱裂缝宽度验算在柱的标注组合中，-（上柱下柱）34 需要进行跨度裂缝验算的不利内力，见表5裂缝宽度验算的不利内力表表5MN偏心距M/N1-191.74348.604263.1890.2320.25284.932-23-3384.47415.82924.6现在以的情况来验算最大裂缝宽度。构件力特征系数——最外层受拉钢筋外边缘至受拉底边的距离。七、牛腿设计34 1、几何尺寸，如图所示2、牛腿配筋计算由于，故牛腿纵向配筋按构造计算，取43、吊车梁下局部受压验算4、柱的外观尺寸插入杯口的深度，按表取，按钢筋锚固长度假定柱长故柱插入杯口的长度取满足要求。八、柱吊装的验算柱的自重：上柱：牛腿部分：34 下部工字形部分：下部矩形部分：采用吊点起吊没，绑扎点在牛腿根部，采用翻身起吊，计算见图如图所示何在计算所需乘以动力系数1.5，则下柱截面配筋为，界面高度为，所以下柱吊装验算也满足要求。裂缝宽度验算：变截面处34 其他截面验算从略（施工图略）34'