3.9单层厂房排架结构设计实例A Design of Example for Mill Bents of One-story Industrial Workshops3.9.1 设计资料及要求1工程概况某机修车间为单跨厂房，跨度为24m，柱距均为6m，车间总长度为66m。每跨设有起重量为20/5t吊车各2台，吊车工作级别为A5级，轨顶标高不小于9.60m。厂房无天窗，采用卷材防水屋面，围护墙为240mm厚双面清水砖墙，采用钢门窗，钢窗宽度为3. 6m，室内外高差为l50mm，素混凝土地面。建筑平面及剖面分别如图3-76和图3-77所示。图3-76图3-772结构设计原始资料厂房所在地点的基本风压为，地面粗糙度为B类；基本雪压为。风荷载的组合值系数为0.6，其余可变荷载的组合值系数均为0 7。土壤冻结深度为0.3m，建筑场地为I级非自重湿陷性黄土，地基承载力特征值为l65kN/m：，地下水位于地面以下7m，不考虑抗震设防。3材料 基础混凝土强度等级为C20;柱混凝土强度等级为C30。纵向受力钢筋采用HRB335级、HRB400级；箍筋和分布钢筋采用HPB235级。4 设计要求 分析厂房排架内力，并进行排架柱和基础的设计；3.9.2 构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在l5-36m之间，且柱顶标高大于8m，故采用钢筋混凝土排架结构。为了保证屋盖的整体性和刚度，屋盖采用无檩体系。由于厂房屋面采用卷材防水做法，故选用屋面坡度较小而经济指标较好的预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。普通钢筋混凝土吊车粱制作方便，当吊车起重量不大时，有较好的经济指标，故选用普通钢筋混凝土吊车粱。厂房各主要构件造型见表3-16。 由设计资料可知，吊车轨顶标高为9. 80m。对起重量为20/5t、工作级别为A5的吊车，当厂房跨度为24m时，可求得吊车的跨度=24-0. 752=22. 5m，由附表4可查得吊车轨顶以上高度为2.3m;选定吊车梁的高度=1.20m，暂取轨道顶面至吊车梁顶面的距离=0.2m，则牛腿顶面标高可按下式计算： 牛腿顶面标高=轨顶标高-=9.60-1.20-0.20=8.20m由建筑模数的要求，故牛腿顶面标高取为8. 40m。实际轨顶标高=8. 40+1. 20+0.20=9. 80m9. 60m。考虑吊车行驶所需空隙尺寸=220mm，柱顶标高可按下式计算：柱顶标高=牛腿顶面标高+吊车高度+， =8. 40+1. 20+0. 20+2. 30+0. 22=12.32m故柱顶（或屋架下弦底面）标高取为12. 30m。 取室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度、下柱高度和上柱高度分别为 =12.3+0. 5=12. 8m =8.4+0. 5=8.9m =12.88.9=3.9m 根据柱的高度吊车起重量及工作级别等条件，可由表3-5并参考表3-7确定柱截面尺寸为A、B轴 上柱 口下柱 3.9.3 定位轴线 横向定位轴线除端柱外，均通过柱截面几何中心。对起重量为20/5t、工作级别为的吊车，由附表4可查得轨道中心至吊车端部距离;吊车桥架外边缘至上柱内边缘的净空宽度，一般取。 对边柱，取封闭式定位轴线，即纵向定位轴线与纵墙内皮重合，则，故 亦符合要求。3.9.4 计算简图确定 由于该机修车间厂房，工艺无特殊要求，且结构布置及荷载分布（除吊车荷载外）均匀，故可取一榀横向排架作为基本的计算单元，单元的宽度为两相邻柱间中心线之间的距离，即，如图3-78(b)所示；计算简图如图3-78(a)所示。 （a）（b）图3-783.9.5 荷载计算1. 永久荷载（l）屋盖恒载为了简化计算，天沟板及相应构造层的恒载，取与一般屋面恒载相同。两毡三油防水层 20mm厚水泥砂浆找平层 100mm厚水泥蛭石保温层 一毡两油隔气层 20mm厚水泥砂浆找平层 预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 屋盖钢支撑 图3-79 A、B柱永久荷载作用位置相同屋架自重重力荷载为l06kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构自重标准值为 (2)吊车梁及轨道自重标准值 (3)柱自重标准值A、B轴 上柱 下柱各项永久荷载作用位置如图3-79所示。 2屋面可变荷载由荷载规范查得，屋面活荷载标准值为0.5kN/,屋面雪荷载标准值为0.25kN/，由于后者小于前者，故仅按屋面均布活荷载计算。作用于柱顶的屋面活荷载标准值为 的作用位置与作用位置相同，如图3-79所示。3吊车荷载对起重量为20/5t的吊车，查附表4并将吊车的起重量、最大轮压和最小轮压进行单位换算，可得： 根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线各轮压对应点的竖向坐标值，如图3-80所示，据此可求得吊车作用于柱上的吊车荷载。图3-80 (1)吊车竖向荷裁 吊车竖向荷载标准值为 (2)吊车横向水下荷藏 作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为 同时作用于吊车两端每排架柱上的吊车横向水平荷载标准值为 4风荷载 风荷载标准值按式（312）计算，其中基本风压按B类地面粗糙度，根据厂房各部分标高（图377），由附表3-1可查得风压高度变化系数为 柱顶（标高12.30m） 檐口（标高14.60m） 屋顶(标高16.00） 风荷载体型系数如图3-81(a)所示，则由式(3-12)可求得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为则作用于排架计算简图(图3-81b)上的风荷载标准值为 图3-813.9.6 排架内力分析有关系数厂房为等高排架可用剪力分配法进行排架内力分析。由于该厂房的A柱和B柱的柱高、截面尺寸等均相同，故这两柱的有关参数相同。1柱顶剪力分配系数柱顶位移系数 和柱的剪力分配系数 分别计算，结果见下表柱号A、B柱由上表可知，。2.单阶变截面柱柱顶反力系数由表3-9中给出的公式可分别计算不同荷载作用下单阶变截面柱的柱顶反力系数，计算结果见表3-19。表 3-19 简图柱顶反力系数A柱和B柱2.1431.1040.5590.3263 内力正负号规定本例题中，排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定如图3-82所示，后面的各弯矩图和柱底剪力均未标出正负号，弯矩图画在受拉一侧，柱底剪力按实际方向标出。图 3-823.9.7 排架内力分析1 永久荷载作用下排架内力分析永久荷载作用下排架的计算简图如图3-83（a）所示。图中的重力荷载 及力矩 根据图3-79确定，即由于图3-83(a)所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按顶为不动铰支座计算内力。按照表3-19计算的柱顶反力系数，柱顶不动铰支座反力可根据表3-9所列的相应公式计算求得，即求得柱顶反力后，可根据平衡条件求得柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和。恒载作用下排架结构的弯矩图、轴力图和柱底剪力分别见图3-83(b)、(c)。图3-832 屋面可变荷载作用下排架内力分析排架计算简图如图3-84(a)所示。屋架传至柱顶的集中荷载,它在柱顶及变阶处引起的力矩分别为按照表3-19计算的柱顶反力系数和表3-9所列的相应公式可求得柱顶不动铰支座反力即则排架柱顶不动铰支座总反力为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图3-84（b)、（c)所示。图 3-843 屋面可变荷载作用下排架内力分析（1）作用于A柱计算简图如图3-86(a)所示。其中吊车竖向荷载、在牛腿顶面处引起的力矩分别为：按照表3-19计算的柱顶反力系数和表3-9所列的相应公式可求得柱顶不动铰支座反力分别为排架各柱顶剪力分别为排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图3-86（b)、（c)所示。图 3-86（2） 作用于B柱同理，将 作用于A柱情况的A、B柱内力对换，并改变内力符号可求得各柱的内力。（3） 作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图3-90(a)所示。由表3-9得 , 则柱顶不动铰支座反力分别为排架柱顶总反力R为各柱顶剪力分别为排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图3-90（b)所示。当方向相反时，弯矩图和剪力图只改变符号，数值不变。图 3-904 风荷载作用下排架内力分析（1） 左吹风时计算简图如图3-92（a)所示。柱顶不动铰支座反力及总反力分别为 各柱顶剪力分别为排架内力图如图3-92（b)所示。（2） 右吹风时将图3-92(b)所示A、B柱内力图对换，并改变内力符号后即可。图 3-923.9.8 内力组合以A柱内力组合为例。控制截面分别取上柱底部截面I-I、牛腿顶截面和下柱底截面-，如图3-53所示。表3-20为各种荷戴作用下A柱各控制截面的内力标准值汇总表。表中控制截面及正号内力方向如表3-20中的例图所示。荷载效应的奉基本组合设计值按式(3-24)进行计算。在每种荷载效应组合中，对矩形和I形截面柱均应考虑以下四种组合，即(1)及相应的(2)及相应的;(3)及相应的；(4)及相应的。表 3-20控制截面及正向内力荷载类别永久荷载效应SGK屋面可变荷载效应SGK吊车竖向荷载效应SGK吊车水平荷载效应SQK风荷载效应SQK作用在A柱作用在B柱作用在AB跨左风右风弯矩图及柱底截面剪力序号I-IMK15.532.41-27.22-27.77019.46-27.28NK295.4