PAGEPAGE17頁第六節(jié)梁板結構與單層廠房一、《考試大綱》的規(guī)定梁板結構:塑性內力重分布、單向板肋梁樓蓋、雙向板脅梁樓蓋、無梁樓蓋單層廠房:組成與布置、排架計算、柱、牛腿、吊車梁、屋架、基礎二、重點內容1.塑性內力重分布(1)塑性鉸的特點:①只能承受彎矩;②是單向鉸,只能沿彎矩作用方向旋轉;③它的轉動有限度,從鋼筋屈服到混凝土壓壞。塑性鉸與普通鉸相比,有以下區(qū)別:第一,普通鉸截面可以任意轉動,不傳遞或承受彎矩,且能沿任意方向轉動;塑性鉸截面在承受相當于截面塑性承載力的彎矩Mu后,可以轉動,但不再承受新增加的彎矩;轉動方向只能沿彎矩作用方向。第二,普通鉸截面的轉動幅度不受限制,塑性鉸截面的轉動幅度不能過大,否則會引起結構過大的變形和撓度,影響正常使用。塑性鉸的轉動能力,其主要取決于鋼筋種類、配筋率、混凝土的極限壓縮變形。當低或中等配筋率(或5值較低)時,其內力重分布,主要取決于鋼筋的流幅;當較高配筋率(或5值較大)時,內力重分布取決于混凝土的極限壓縮變形。(2)塑性內力重分布計算方法的適用范圍對于下列結構在受彎承載力計算時,不應考慮塑性內力重分布,應按彈性理論方法計算其內力:①直接承受動力荷載的構件;②要求不出現(xiàn)裂縫或處于侵蝕環(huán)境等情況下的結構。此外,按考慮塑性內力重分布分析方法設計的結構和構件,尚應滿足正常使用極限狀態(tài)的要求,或采取有效的構造措施。(3)連續(xù)梁塑性內力重分布計算方法目前,關于連續(xù)板、梁考慮塑性內力重分布的計算方法較多采用彎矩調幅法。彎矩調幅法是調整(一般降低)結構按彈性理論計算得到的某些截面的最大彎矩值。彎矩調幅法的基本原則如下:①控制彎矩調幅值,一般情況下不宜超過按彈性理論計算所得彎矩值的20%。②必須保證在調幅截面形成的塑性鉸具有足夠的轉動能力,故鋼筋宜選用HRB335、HRB400級熱軋鋼筋,混凝土強度等級宜在C20~C45,截面相對受壓區(qū)高度ξ≤0.35。③調整后每個跨度兩端支座彎矩的絕對值的平均值與調整后跨中彎矩之和,不應小于按簡支梁計算的跨中彎矩設計值;并且在均布荷載梁中,調整后的支座彎矩的絕對值,或跨中彎矩值均不應小于M。④各控制截面的剪力設計值按荷載最不利布置和調整后的支座彎矩由靜力平衡條件計算確定。2.單向板肋梁樓蓋《規(guī)范》規(guī)定,對四邊均有支承的板,通常當l2/ll≥3時按單向板設計。當2<l2/ll<3時,宜按雙向板計算。(1)計算簡圖對于板、次梁的支座均視為鉸支座。對于主梁,當兩邊支座為磚墻,中間支座為鋼筋混凝土柱,如果與主梁整澆的鋼筋混凝土柱的線剛度與主梁的線剛度之比小于1/5時,則可將主梁視作餃支于鋼筋混凝土柱上的連續(xù)梁進行內力分析,否則應按框架計算梁的內力。對于各跨荷載相同,且跨數超過5跨的等跨等截面連續(xù)板、梁,可按5跨來計算其內力。板、梁的計算跨度La值應按支座處板、梁的實際可能的轉動情況確定。單跨梁:單跨板:(兩端擱置在墻上)(一端擱置在墻上,一端與梁整澆)(兩端與梁整澆)支承梁的內力可按彈性理論式考慮內力塑性重分布的調幅法計算。4.無梁樓蓋無梁樓蓋的計算方法可按彈性理論、塑性理論計算。其中,按彈性理論計算方法中有經驗系數法(或稱直接設計法)、等效框架法等。經驗系數法計算時,不考慮可變荷載的不利布置,按全部均布荷載作用,求得每個區(qū)格板在兩個方向的總彎矩值,然后將該彎矩值乘以一個系數再分配給柱上板帶和跨中板帶的支座和跨中截面,再進行配筋。當按塑性理論計算時,考慮可變荷載的不利布置,板的破壞情況有:一類是內跨在帶形可變荷載作用下,出現(xiàn)平行于帶形荷載方向的跨中塑性鉸線和支座塑性鉸線;另一類是在連續(xù)滿布可變荷載作用下,每個區(qū)格內的跨中板帶出現(xiàn)正彎矩的塑性鉸線,柱頂及柱上板帶出現(xiàn)負彎矩的塑性鉸線。在豎向荷載作用下,有柱帽的無梁樓板內跨由于存在著穹頂作用,故按塑性理論計算結果應予考慮折減。除邊跨及邊支座外,其余部分截面的彎矩設計值可乘0.8的折減系數。無梁樓蓋的配筋。板的配筋分成柱上板帶、跨中板帶,當跨中或支座的同一區(qū)域兩個方向具有同號彎矩時,應將較大彎矩方向的受力鋼筋置于外層。柱帽的配筋應按柱帽邊緣處平板的抗沖切承載力計算箍筋量。無梁樓蓋的周邊應設置邊梁,其截面高度不小于板厚的2.5倍,且邊梁需配抗扭的構造鋼筋。5.單層廠房的組成和布置單層廠房的結構組成包括屋蓋結構、柱子、吊車梁、支撐、基礎,以及圍護結構。屋蓋結構分無檁和有檁兩種體系。無檁體系由大型屋面板、屋面梁或屋架(包括屋蓋支撐)所組成;有檁體系由小型屋面板、檁條、屋架(包括屋蓋支撐).所組成。屋蓋結構有時還設有天窗架、托架,屋蓋結構起圍護和承重雙重作用。支撐包括屋架支撐、天窗架支撐和柱間支撐等,其作用是:保證廠房結構的縱向及橫向水平剛度,并將平面結構聯(lián)結成整體空間結構,加強廠房的穩(wěn)定性和空間剛度;傳遞某些局部水平荷截(如縱向風荷載、吊車縱向制動力等)到主要承重結構構件;在施工和使用階段,保證結構構件的穩(wěn)定性。屋蓋支撐可分為上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、垂直支撐及系桿等。(1)橫向水平支撐上弦橫向水平支撐的作用是:構成剛性框,增強屋蓋的整體剛度,保證屋架上弦或屋面梁上翼緣的側向穩(wěn)定,同時將山墻抗風柱傳來的風力傳遞到(縱向)排架柱。下弦橫向水平支撐的作用是:當屋架下弦設有懸掛吊車或其它設備產生水平力時,或當抗風柱與屋架下弦連接,抗風柱風力傳至下弦時,能保證水平力或風力傳至排架柱。上弦、下弦橫向水平支撐的布置要求見第十五章鋼結構鋼屋蓋部分。當天窗能過伸縮縫時,則應在伸縮縫處天窗缺口下設置上弦橫向水平撐。(2)屋面梁(屋架)間的垂直支撐及水平系桿垂直支撐和下弦水平系桿作用是保證屋架的整體穩(wěn)定以及防止在吊車工作時(或有其他振動時)屋架下弦的側向顫動。上弦水平系桿則用以保證屋架上弦或屋面梁受壓翼緣的側向穩(wěn)定。垂直支撐及水平系桿的布置要求見第十五章鋼結構鋼屋蓋部分。(3)屋面架(屋架)間的縱向水平支撐下弦縱向水平支撐的作用是:保證橫向水平力的縱向分布,增強排架的空間工作,提高廠房剛度。設計時應根據廠房跨度、跨數和高度,屋蓋承重結構方案,吊車起重量及工作制等因素考慮在下弦平面靠近支座端部節(jié)間中設置。如廠房設有橫向水平支撐時,則縱向水平支撐應盡可能同橫向水平支撐形成封閉的支撐體系。當廠房設有托架時必須設置縱向水平支撐。如果只在部分柱間設有托架,則必須在設有托架的柱間和兩端相鄰的一個柱間設置縱向水平支撐,以承受屋架傳來的橫向風力。(4)天窗架間的支撐天窗架間支撐包括天窗橫向水平支撐和天窗端垂直支撐,它們的作用是將天窗端壁的風力(或縱向地震力)傳遞給屋蓋系統(tǒng)和增加天窗系統(tǒng)的空間剛度。當屋蓋為有檁體系或無檁體系中大型屋面板與屋架連接不符合要求時,應設置天窗架上弦橫和水平支撐,此外,在天窗架端跨的兩側均應設置垂直支撐。天窗架的支撐與屋架上弦支撐應盡可能布置在同一個柱間。柱間支撐,它的作用是提高廠房的縱向剛度和穩(wěn)定性;把吊車縱向制動力和山墻抗風柱經屋蓋系統(tǒng)傳來的風力(或縱向地震力)再經柱間支撐傳給基礎。對于有吊車的廠房,柱間支撐分上部和下部兩種,前者位于吊車梁上部,用以承受作用在山墻上的風力并保證廠房上部的縱向剛度;后者位于吊車梁下部,承受上部支撐傳來的力和吊車梁傳來的吊車縱向制動力,并把它們傳至基礎。6.排架計算排架計算內容包括:確定計算簡圖,此時應確定柱子各段高度、截面尺寸,求得柱截面慣性矩;確定各項荷載;排架內力分析,并求出各控制截面的內力值;內力組合,求出各控制截面的最不利組合;必要時應驗算排架的水平位移值。(1)計算假定柱下端固接于基礎頂面,柱上端與橫梁、屋面梁或屋架鉸接。但當地基土質較差、變形較大,或有較大的地面荷載等,則應考慮基礎位移、轉動對排架內力的影響。橫梁(屋面梁或屋架)在排架平面內的軸壓剛度為無限大,不計軸向變形。但對于下弦桿采用圓鋼(或角鋼)的組合式屋架,二鉸、三鉸拱屋架,則應考慮其軸向變形對排架內力的影響。(2)排架荷載計算作用在排架上的荷載分為永久荷載和可變荷載兩類。其中,永久荷載包括屋蓋自重G1;上柱自重G2;下柱自重G3;吊車梁和軌道等自重G4;支承在柱牛腿上的圍護結構等重量G5?？勺兒奢d包括屋面活荷載Ql;吊車荷載T、D;均布風載q1、q2及作用在屋蓋處的集中風載Fw等。對于永久荷載,當有偏心矩時,豎向偏心壓力換算成軸心壓力和力矩。屋面活荷載包括屋面均布活載、雪載和積灰荷載,計算均按屋面的水平投影面積進行,其作用通過屋架傳給上柱。需注意的是,屋面均布活載不應與雪載同時組合。積灰荷載應與屋面活荷載或雪荷載進行組合,取組合值較大者進行內力計算。吊車荷載包括吊車豎向荷載和水平荷載。多臺吊車的荷載折減系數表5.2.2參與組合的吊車車臺數吊車工作級別Al~A5A6~A82340.90.850.80.950.90.85注:對于多層吊車的單跨或多跨廠房,計算排架時,參與組合的吊車臺數及荷載的折減系數,應按實際情況考慮。(3)排架內力分析與內力組合單層廠房排架為超靜定結構,其超靜定次數等于其跨數。對于等高排架一般采用剪力分配法進行計算。不等高排架則用力法計算。內力組合包括四種情況:①+Mmax及相應的N、V;②-Mmax及相應的N、V;③Nmax及相應的士M(取絕對值較大者)、V;④Nmin及相應的士M(取絕對值較大者)、V。內力組合應注意:①永久荷載在任何情況下都應參加組合；②在吊車豎向荷載中，對單跨廠房應在Dmax和Dmin中兩者取一，對一層吊車的多跨廠房，因一般按不多于4臺吊車考慮，因此，對D最多只能在不同跨各取一項；③同一跨內的Dmax和Dmin（水平荷載設計值）不一定同時產生，組合時不能僅組合Tmax'即Tmax不能脫離吊車豎向荷載而單獨存在;=4\*GB3④Tmax、風荷載可左、可右,兩者取一;=5\*GB3⑤組合Nmax或Nmin時,應使相應的|±M|盡可能大些,特別是當N=0,M≠0的情況,只要對截面不利,也應參加組合。7.單層廠房柱的設計柱截面尺寸應滿足剛度要求,柱計算長度la的確定應按《規(guī)范》確定。7.3.11軸心受壓和偏心受壓柱的計算長度la可按下列規(guī)定確定:1剛性屋蓋單層房屋排架柱、露天吊車柱和戰(zhàn)橋柱,其計算長度1a可按表7.3.11-1取用。剛性屋蓋單層房屋排架柱、露天吊車柱和枝橋柱的計算長度表7.3.11-1柱的類別l0排架方向垂直排架方向有柱間支撐無柱間支撐無吊車房屋柱單跨1.5H1.0H1.2H兩跨及多跨1.25H1.0H 1.2H有吊車房屋柱上柱2.0Hu1.25Huu1.5Hu下柱1.0Hl0.8Hl1.0Hll露天吊車柱和棧棧橋柱2.0Hl1.0Hl——注:1表中H為從基礎頂面算起的柱子全高;Hl為從基礎頂面至裝配式吊車梁底面或現(xiàn)澆式吊車梁頂面的柱子下部高度;Hu為從裝配式吊車梁底面或從現(xiàn)澆式吊車梁頂面算起的柱子上部高度;2表中有吊車房屋排架柱的計算長度,當計算中不考慮吊車荷載時,可按無吊車房屋柱的計算長度采用,但上柱的計算長度仍可按有吊車房屋采用;3表中有吊車房屋排架柱的上柱在排架方向的計算長度,僅適用于Hu/Hl≥0.3的情況;當Hu/Hl<0.3時,計算長度宜采用2.5Hu。預制柱一般在混凝土強度達到70%以上時,即可進行吊裝就位。吊裝驗算時的計算簡圖應根據吊裝方法而確定。需注意的是,吊裝驗算時應考慮動力作用,即將柱自重乘以2牛腿的外邊緣高度h1不應小于h/3,且不應小于200mm。3在牛腿頂面的受壓面上,由豎向力Fvk所引起的局部壓應力不應超過0.75元。(2)承載力計算常見的牛腿破壞為斜壓破壞,故將其計算模型視為以縱筋為水平拉桿,以混凝土壓力帶為斜壓桿的三角形析了架。10.8.2在牛腿中,由承受豎向力所需的受拉鋼筋截面面積和承受水平拉力所需的錨筋截面面積所組成的縱向受力鋼筋的總截面面積,應符合下列規(guī)定:(10.8.2)此處,當α<0.3h0時,取α=0.3h0。式中Fv一一作用在牛腿頂部的豎向力設計值;Fh——作用在牛腿頂部的水平拉力設計值。(3)配筋的構造要求10.8.3沿牛腿頂部配置的縱向受力鋼筋,宜采用HRB335級或HRB400級鋼筋。承受豎向力所需的縱向受力鋼筋的配筋率,按牛腿有效截面計算不應小于0.2%及0.45ft/fy,也不宜大于0.6%,鋼筋數量不宜少于4根,直徑不宜小于12mm。10.8.4牛腿應設置水平箍筋,水平箍筋的直徑宜為6～12mm,間距宜為100～150mm,且在上部2h0/3范圍內的水平箍筋總截面面積不宜小于承受豎向力的受拉鋼筋截面面積的二分之一。當牛腿的剪跨比α/h0≥0.3時,宜設置彎起鋼筋。彎起鋼筋宜采用HRB335級或HRB400級鋼筋,并宜使其與集中荷載作用點到牛腿斜邊下端點聯(lián)機的交點位于牛腿上部l/6至1/2之間的范圍內,l為該連線的長度(圖10.8.1),其截面面積不宜小于承受豎向力的受拉鋼筋截面面積的二分之一,根數不宜少于2根,直徑不宜小于12mm。縱向受拉鋼筋不得兼作彎起鋼筋。9.柱下單獨基礎設計單獨基礎的設計內容包括:確定地基持力層:確定基礎埋置深度和基底尺寸;驗算基礎高度;計算底板鋼筋及構造處理。其中,地基持力層、基礎埋置深度和基底尺寸的內容見第十二章土力學與地基基礎中相關內容。(1)驗算基礎高度基礎高度是根據柱與基礎交接處混凝土受沖切承載力的要求確定的。8.2.7擴展基礎的計算,應符合下列要求:對矩形截面柱的矩形基礎,應驗算柱與基礎交接處以及基礎變階處的受沖切承載力;1柱的插入深度,可按表8.2.5-1選用,并應滿足第8.2.3條鋼筋錨固長度的要求及吊裝時柱的穩(wěn)定性。柱的插入深度hhl(mmm)表8.2..5-1矩形或工字形柱柱雙肢柱h<500500≤h<8800800≤h<10000h>1000h~1.2hhh0.9h且≥88000.8h且≥11000(l/3~2/33)ha(1.5~1..8)hbb注:1h為柱柱截面長邊邊尺寸;ha為雙肢柱柱全截面長長邊尺寸;;hb為雙肢柱柱全截面短短邊尺寸;;2柱軸心受壓或小小偏心受壓壓時,hhl可適當減減小,偏心距大大于2h時,hl應適當加加大。2基礎的杯底底厚度和杯杯壁厚度,,.可按按表8.22.5-22選用。基礎的杯底厚度度和杯壁厚厚度表8.2..5-2柱截面長邊尺寸寸h(mmm)杯底厚度al(mm))杯壁厚度t（mmm）h<500500≤h<8800800≤h<110001000≤h<<150001500≤h<<20000≥150≥200≥200≥250≥300150~2000≥200≥300≥350≥400注:1雙肢柱的的杯底厚度度值,可適當加加大;2當有基礎梁時,,基礎梁下下的杯壁厚厚度,應滿足其其支承寬度度的要求;;3柱子插入杯口部部分的表面面應鑿毛,,柱子與杯杯口之間的的空隙,應用比基基礎淚凝土土強度等級級高一級的的細石混凝凝土充填密密實,當達到材材料設計強強度的700%以上時時,方能進行行上部吊裝裝。3當柱為軸心心受壓或小小偏心受壓壓且t/h2≥0.655時,或大偏心心受壓且tt/h2