混凝土剛結(jié)排架設(shè)計計算書

基本設(shè)計資料本設(shè)計是設(shè)計設(shè)有雙層重級工作制吊車的單跨廠房。其內(nèi)容包括剛結(jié)排架、柱、屋架、托架、吊車梁、制動桁架、輔助桁架、抗風(fēng)柱、抗風(fēng)桁架、柱間支撐以及節(jié)點連接等計算。并附有柱、吊車梁及屋蓋平面布置圖以及柱子安裝節(jié)點圖、吊車梁施工圖和屋架圖。廠房的設(shè)計參數(shù)如下：廠房跨度3柱子間距排架柱的間距為12m（每6m設(shè)有墻架柱），山墻抗風(fēng)柱間距為6m屋架間距6m（設(shè)有跨度為12m的托架）屋面結(jié)構(gòu)采用1.5m×6m上層吊車設(shè)有兩臺Q＝200t/30t重級工作制吊車上層吊車軌高27.54下層吊車設(shè)有兩臺50t/20t輕級工作制吊車下層吊車軌高1基本風(fēng)壓30kg/基本雪壓50kg/㎡使用鋼材除吊車梁采用Q345鋼(16Mn)外,其它構(gòu)件均為Q235墻面材料采用1.2m×6m×0.16m厚的鋼筋混凝土空心墻板剛結(jié)排架計算1.1排架的結(jié)構(gòu)形式及豎向布置排架的結(jié)構(gòu)形式及豎向布置,如圖1-1所示圖1－11.2柱截面選擇查表“柱截面尺寸選擇參考表”，選取柱截面的高度及寬度上段柱：＝8.7m-1.100m=＝＝/8＝0.95m，采用1000mm==0.5×1000=500mm,采用500mm中段柱：＝＋750＝1750mm＝＝800mm下段柱：＝，＝33080＋1800＝34880mm＝1/12×34880＝29070mm，采用2900mm＝0.28×2900＝0.812mm，采用800mm1.3柱截面幾何特性計算柱子的截面形式如圖1－2所示圖1-2上柱：=2×500×30+940×14=4.316×=2×500×30×+1/12×14×=8.03×中柱：=2×500×30+700×30+1661×14+740×18=7.22×==(2×500×30+740×18)×+2×1/12×30×＋700×30×＋280×14（＋）＋2×1/12×14×=47.89×下柱：屋蓋肢：＝740×36+2×90.66＝44772吊車肢：＝2×600×30+20×740＝50800==(50800×+2×1/12×30×＋740×36×＋2×9066×＋2×38382)×0.9=175.22×(式中的系數(shù)0.9系考慮下段柱為格構(gòu)式柱的剛度折減系數(shù))。1.4柱的形常數(shù)計算＝8.03×，＝47.89×，＝175.22×===0.046，===0.242===0.273，===0.481=－=1/0.046－1/0.273=18.08=－1=2.66=（1++）=（1+2.66×+18.08×）=0.517=（1++）=（1+2.66×+18.08×）=1.337=1++=1+2.66×0.481+18.08×0.242=6.655=－=0.517×6.655－=1.653===0.313===0.809===4.0261.4.1當(dāng)＝1時，圖1－3所示：ABHMBABHMBBRBA＝0,＝－＝（－）＝0.313＝（－）＝-0.809＝（－）＝-0.496傳遞系數(shù)＝＝0.515/0.336＝1.585（按彎矩分配法的符號規(guī)定為正號，故也應(yīng)為正號）1.4.2當(dāng)＝1時，圖1－4所示：＝－,＝0，＝（－）＝-0.809ABHMBBABHMBBRBA＝（－）＝4.026＝（-+）＝3.2171.4.3橫梁與柱的彎矩分配系數(shù)（1）屋架慣性矩（圖1－5）＝2×5464+2×3744＝18416=屋架坡度為1：10，查表得＝0.7，那么＝（+）＝49.76×（2）判別橫梁是否為有限剛度（排架計算跨度去上段柱軸線間距離=33m）當(dāng)節(jié)點發(fā)生單位轉(zhuǎn)角＝1時，圖1－6所示，橫梁與柱的彎矩。圖1－5BMBAEFBMBAEF===那么：/＝5379000/1524000＝3.53<4，橫梁應(yīng)按有限剛度計算。（3）屋架與柱的彎矩分配系數(shù)=/(+)=5379000/(5379000+1524000)=0.779=1-=0.2211.5排架在各種單位力作用下的內(nèi)力計算1.5.1單位水平力(p=1kN)作用于柱頂時的排架內(nèi)力采用彎矩分配法與位移法聯(lián)合求解：（1）先在節(jié)點B和F分別加上轉(zhuǎn)動約束和鏈桿,以阻止節(jié)點轉(zhuǎn)動和側(cè)移。（2）令排架的橫梁發(fā)生單位線位移（Z＝1），由圖1－4可知，當(dāng)Z＝1時各柱的柱端彎矩為：＝＝-0.809＝＝-3.217（按彎矩分配法的符號規(guī)定及均為負(fù)號）（3）放松B，F(xiàn)的轉(zhuǎn)動約束，進(jìn)行彎矩分配，如圖1－7所示。圖1－7（4）將圖1－7a的分配結(jié)果繪制彎矩圖，如圖1－7b所示，并從中可求得排架的抗剪剛度＝2×（0.679+3.011）/35.98·＝0.2051（5）根據(jù)Z＝P即可求出實際的線位移值Z＝P/＝1/＝4.876將圖1－7中各桿端彎矩乘以系數(shù)Z（4.876）即得到圖1－8所示的各桿端彎矩。即：圖1－8＝＝－4.876×0.679＝3.302＝＝4.876×3.011=13.708＝=-=(3.311+14.682)/35.98=0.5＝=0.5×8.70-3.311=1.039＝=0.5×17.32-3.311=5.3491.5.2單位彎矩（M＝1）作用于節(jié)點時（圖1－10）的排架內(nèi)力（1）先在節(jié)點F處加一水平鏈桿，一阻止排架發(fā)生側(cè)移，并將作用于節(jié)點B處的單位彎矩進(jìn)行彎矩分配（圖1－9）可得各桿端彎矩。圖1-9（單位：）(2)將圖1-9的分配結(jié)果,繪制彎矩圖,如圖1-10所示,并利用圖中各柱端彎即可求出各柱中的剪力,彎矩及其附加鏈桿的反力。＝－＝（0.261+0.414）/35.98＝0.018＝－＝－（0.1+0.1585）/35.98＝－0.0072＝0.018×8.7－0.261＝－0.097＝0.018×17.32－0.261＝0.065＝0.1－0.0072×8.7＝0.0374＝0.1－0.0072×17.32＝－0.0247＝+＝0.0188－0.0072＝0.0116（）（3）將圖1－10b中的（＝0.012）反向作用于排架橫梁上，利用圖1－8的內(nèi)力乘以－0.012，即可得到如圖1－10c所示的彎矩及剪力。（4）迭加圖1－10b和圖1－10c的內(nèi)力。即為單位彎矩（＝1）作用于點時的排架最后彎矩及剪力，如圖1－10d所示。圖1-101.5.3單位水平力（＝1kN）作用于上層吊車軌頂時（圖1－11a）的排架內(nèi)力按附錄附表的有關(guān)公式計算圖1－11所示排架的彎矩及剪力：=6.64/35.98=0.185===0.242,===0.481<=18.08,=2.66=0.313,=0.809,=4.026==0.2930===0.4780＝（－）＝0.809×0.478-4.026×0.2930=-0.793=1-0.793=0.207＝（－）＝(0.809×0.2930-0.313×0.478)×35.98=3.145=3.145-0.793×8.7+1×2.06=-1.4336=3.145-0.793×17.32+1×10.68=0.090=3.145-0.793×35.98+1×29.34=3.953排架彎矩及剪力計算的全過程如圖1－11a～e所示。圖1－11柱子的剛度計算在實際設(shè)計中，對于沒有重級工作制吊車的單跨或雙跨廠房以及設(shè)有中級工作制吊車的單跨或雙跨的高大廠房，通常在假定柱截面后，應(yīng)驗算柱的剛度，以避免在排架分析后，不致因在驗算柱截面時雖強度和穩(wěn)定性能滿足要求，而柱的剛度不夠，位移超過容許值而引起排架分析的返工。按照鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的規(guī)定，驗算該設(shè)計柱的剛度時，應(yīng)取上層一臺最大吊車（Q＝200t/30t）的橫向水平荷載（不考慮動力系數(shù)）來計算，其荷載布置如圖1－12所示。圖1－12內(nèi)力計算：Q＝200t/30t＝34.5m=46t=47t小車重g=81t=4×46+4×47=372t=(200+81)/20=14.05t=14.05×46/372=1.74t=14.05×47/372=1.78t一臺吊車作用時的最大反力=(4×1.74×7.06＋4×1.78×10.24)/12=10.17t由引起排架的彎矩及剪力,可以用圖1-11e的內(nèi)力乘以99.446得到,如圖1-13所示。在上段柱吊車梁頂面處的水平位移計算已知：＝8.03×，＝47.89×，＝175.22×將圖1－13（a）的數(shù)值代入前所述公式可求得牌假柱在上層吊車梁上翼緣頂面處的水平位移值。=1.175cm圖1－13經(jīng)過驗算/H=1/2497<1/2000(可)1.5.4．單位水平力（＝1）作用于下層吊車軌頂時候（圖1－14a）的排架內(nèi)力按附表的有關(guān)公式計算圖1－14b所示排架的彎矩及剪力：=（8.7+8.62-1.68）/35.98=0.435==0.242==0.481>=18.08,=2.66=0.313,=0.809,=4.026==0.131===0.162＝（－）＝0.809×0.135-4.026×0.131=-0.396=0.396-1=-0.604＝（－）＝(0.809×0.131-0.313×0.162)×35.98=1.99=1.99-0.313×8.7=-1.455=1.99-0.313×17.32+1×1.68=-3.189=1.99-0.313×35.98+1×20.34=8.082排架彎矩及剪力計算的全部過程如圖1－14a～e所示。圖1－141.5.5單位彎矩（＝1）作用于上階處（上段柱與中段柱交換處）時（圖1－15a）的排架內(nèi)力按附錄中的有關(guān)公式計算圖1－15所示排架的彎矩及剪力：===0.242,===0.481<=18.08,=2.66=0.313,=0.809,=4.026=====＝（－）＝0.809×-4.026×=－0.047t=－=0.047t＝（－）＝(0.809×-0.313×)H=0.1308=0.1308-0.047×8.7=-0.2781=1－0.2781＝0.7219=0.1308-0.047×17.32+1=0.3168=0.1308-0.047×35.98+1=-0.5603排架彎矩及剪力計算的全部過程如圖1－15a圖1-151.5.6單位彎矩（＝1）作用于下階處（中段柱與下段柱交換處）時（圖1－16a）的排架內(nèi)力按附錄中的有關(guān)公式計算圖1－16所示排架的彎矩及剪力：=====＝（－）＝0.809×-4.026×=－0.0313t=－=0.0313t＝（－）＝(0.809×-0.313×)H=0.1482=0.1482-0.0313×8.7=－0.1241=0.1482-0.0313×17.32=-0.3939=1－0.3939＝0.6061=0.1482-0.0313×35.98+1=-0.022排架彎矩及剪力計算的全部過程如圖1－16圖1－161.5.7柱在單位均布荷載（＝1t/m）作用下（圖1－17a）的排架內(nèi)力按附錄中的有關(guān)公式計算圖1－17b所示排架的彎矩及剪力：＝＝（）＝5.417=＝（）＝9.308＝（－）＝0.809×9.308-4.026×5.417=－14.279t=－（1×35.98－14.279）=－21.701t＝（－）＝(0.809×5.417-0.313×9.308)H=52.853=52.853-14.279×8.7+1/2×1×=－33.529=52.853-14.279×17.32+1/2×1×=-44.468=52.853-14.279×35.98+1/2×1×=186.375排架彎矩及剪力計算的全部過程如圖1－17a～e所示。圖1－171.6排架在實際荷載作用下的內(nèi)力計算1.6.1由柱、吊車梁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)自重作用下的排架內(nèi)力柱自重（按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范給定公式計算）上段柱=4.316××8.7×7.85×1.1=3.24t中段柱=7.22××8.62×7.85×1.1=6.45t下段柱=9.5572××18.66×7.85×1.1=22.18t吊車自重（按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范相關(guān)公式計算）上層吊車梁：梁自重＝8×＝741.3kg/m軌道自重＝118.10kg/m（QU－120）＝（+）=(741.3+118.10)×12×1.2=12.4t下層吊車梁：梁自重＝8×＝370.63kg/m軌道自重＝88.96kg/m（QU－100）＝（+）=(370.63+88.96)×12×1.2=6.62t柱及吊車梁的自重作用位置如圖1－18所示。作用于上階處的偏心彎矩＝12.4×0.598－3.24×0.652＝5.303（）圖1－18作用于下階處的偏心彎矩＝6.62×1.333－（3.24+6.45+12.4）×0.415＝-0.343（）計算在上述偏心彎矩作用下（圖1－19a）排架的彎矩及剪力先將圖1－15e的A柱與E柱及圖1－16e的A柱與E柱的內(nèi)力分別進(jìn)行迭加，然后再分別乘以偏心彎矩＝51.72KN.m及＝25.44KN.m即可得到圖1－19b及圖1－19c，再將圖1－19b與1－19c迭加，即可得到排架最后彎矩及剪力，如圖1－19d所示。圖1-191.6.2屋面恒載作用下的排架內(nèi)力（1）橫梁的固端彎矩屋面荷載：大型屋面板155kg/㎡防水層35kg/㎡找平層40kg/㎡保溫層（0.06×600）36kgKN/㎡鋼屋架及支撐46kg/㎡＝312kg/㎡＝312×6＝1.87t/m橫梁載上柱內(nèi)側(cè)處的支座反力＝1/2＝1.87/2×36＝33.7t橫梁在上柱軸心線交點處的固端彎矩＝1/12×0.8+＝178.85t.m（式中的系數(shù)0.8系根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范考慮屋面板及橫梁與柱子的施工安裝連接程序，橫梁的彎矩折減系數(shù)，但在計算橫梁支座反力對柱子產(chǎn)生的偏心彎矩時，則其荷載不應(yīng)折減）。圖1－20（2）作用于柱的偏心彎矩托架自重13t/㎡，得＝13×12×37/2＝2.89t（按屋面投影面積計算的屋蓋構(gòu)件自重）由屋架傳來得屋面荷載＝1.87×37/2＝34.6t（按屋面投影面積計算的屋蓋構(gòu)件自重）作用于上階處的偏心彎矩：＝（++）＝46.36作用于下階處的偏心彎矩：＝（++）＝29.54（3）排架的內(nèi)力計算利用結(jié)構(gòu)的對稱性，取其半邊結(jié)構(gòu)進(jìn)行彎矩分配（圖1－21a）求分配系數(shù)：橫梁＝＝40.76×/17000＝2689柱=分配系數(shù)=/(+)=2689/(2689+1641)=0.621＝1－＝0.379圖1－21彎矩分配后的彎矩圖如圖1－21b所示。其中＝－(67.78+107.43）/35.98＝－4.87t＝4.87t＝－4.87×8.7+37.78＝25.411＝－25.411＝－4.87×17.32+67.78＝－16.57＝16.57＝－＝4.870t＝－4.870t排架彎矩及剪力計算的全部過程如圖1－22a～e所示。圖1-221.6.3屋面活荷載作用下（圖1－23a）的排架內(nèi)力活荷載=50kg/㎡=50×6=300kg/m=1/2=1/2×0.3×37=5.4t=1/2=1/2×0.3×37=5.55t(由托架傳來)橫梁在上柱軸心線交點處的固端彎矩=1/12+=1/12×0.3×+5.4×0.5=35.1（）作用于中柱和下柱的偏心彎矩：上階處=（+）=（45.4+5.55）×0.652=7.14（）下階處=（+）=（45.4+5.55）×0.415=4.54（）排架彎矩及剪力計算的全部過程如圖1－23a～e所示。圖1－231.6.4風(fēng)荷載作用下（圖1－24）的排架內(nèi)力風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓=30kg/㎡=0.8×30＝24kg/㎡=1.462×30＝43.86kg/㎡=1.518×30＝45.54kg/㎡均布風(fēng)荷載近似取平均值=（24+43.86）/2＝33.93kg/㎡柱頂水平集中風(fēng)力＝2038kg=2.038t圖1－24風(fēng)壓力＝33.93×0.8×12＝325.728kg/m風(fēng)吸力＝33.93×0.5×12＝203.58kg/m當(dāng)風(fēng)從左向右吹來時，排架彎矩及剪力計算的全部過程如圖1－25a～e所示。當(dāng)風(fēng)從右向左吹來時的排架彎矩及剪力可將圖1－25e中左右柱的M圖互換反向而得，如圖1－26所示。圖1－261.6.5當(dāng)上層吊車滿載時，在吊車豎向荷載作用下的排架內(nèi)力已知：兩臺Q＝200t/30t，吊車跨度＝34.5m，吊車總重G＝309t最大輪壓＝46t，＝47t，大車重量＝228t，小車重量g＝81t作用在A柱之上階處的最大支座反力（圖1－27）為：＝＝384.4t圖1－27作用在E柱之上階處的最小支座反力為：由前所述公式計算最小輪壓，即＝（）＝46（）＝17.02t＝＝47（）＝17.39t則＝＝142.23t由上層吊車豎向荷載作用而在A柱和E柱之上階處所引起的偏心彎矩：A柱＝384.4×0.598＝229.87（）E柱＝143.23×0.598＝85.05（）由上層吊車豎向荷載作用而在A柱和E柱之下階處所引起的偏心彎矩：A柱＝384.4×0.333＝159.526（）E柱＝142.23×0.333＝59.025（）排架彎矩及剪力計算的全部過程如圖1－28a～f所示。圖1-281.6.6當(dāng)上層吊車空載時，在吊車豎向荷載作用下的排架內(nèi)力已知：大車重量＝228t，小車重量g＝81t，吊車跨度＝34.5m，吊鉤極限位置＝3.32m最大輪壓＝＝23.4t最小輪壓＝＝15.22t作用在A柱之上階處的最大支座反力（輪壓位置與圖1－27相同）為：＝＝193.44t作用在E柱之上階處的最小支座反力為：＝＝125.82t由上層吊車豎向荷載作用而在A柱和E柱之上階處所引起的偏心彎矩：A柱＝193.44×0.598＝115.68（）E柱＝125.82×0.598＝75.24（）由上層吊車豎向荷載作用而在A柱和E柱之下階處所引起的偏心彎矩：A柱＝193.44×0.415＝80.278（）E柱＝125.82×0.415＝52.215（）排架彎矩及剪力計算的全部過程如圖1－29a～f所示。圖1-291.6.7上層吊車滿載，當(dāng)?shù)踯嚈M向水平荷載作用于A柱時的內(nèi)力：按兩臺Q＝200t/30t計算（其荷載布置可利用圖1－27并將其，對應(yīng)改為，即可）。