【文章內(nèi)容簡介】 必須把計算過程分為兩個步驟：如圖219所示，先在排架柱頂附加不動鉸支座以阻止水平側(cè)移，求出其支座反力R(圖219b)然后撤除附加不動鉸支座且加反向作用的R于排架柱頂(圖219c)，以恢復(fù)到原受力狀態(tài)．疊加上述兩步驟中的內(nèi)力，即為排架的實際內(nèi)力。 （a）任意荷載作用下的排架；（b）在柱頂附加不動鉸支座；（c）支座反力R作用于柱頂圖219 各種荷載作用時排架計算示意圖各種荷載作用下的不動鉸支座支反力R可從附表5的附表圖52～58中查得。圖219中的即為吊車橫向水平荷載作用下的不動鉸支座反力系數(shù)。【例1】用剪力分配法計算圖220所示的排架在風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力。已知：屋面及天窗架傳來的風(fēng)荷載集中力設(shè)計值為，由墻傳來的風(fēng)荷載均布荷載設(shè)計值為=，=。柱截面參數(shù)：109mm4，109 mm4， 109mm4，109mm4；，解：(1)計算剪力分配系數(shù)：λ==， 邊柱 ，中柱 查表111，得位移系數(shù)計算式 邊柱C0=，=(mm)中柱C0=，＝(mm)剪力分配系數(shù)為：ηA＝ηC＝/(2+)=ηB=/ (2+)=(2) 計算各柱頂剪力，把荷載分為W、W1和W2三種情況，分別求出各柱頂所產(chǎn)生的剪力，然后疊加。在W1的作用下，查表111，得反力系數(shù)計算式，柱頂不動鉸支座反力：=() 圖220 例題20圖在W2的作用下，Rc==(kN) (←)故各柱總的柱頂剪力為VA=ηA(W+RA+RC) RA=(3+11+7)11= (kN)(←)VB=ηB(W+RA+RC)=21=(→)VC=ηC(W+RA+RC) RC=217=(kN) (←) (3)繪制彎矩圖。由上述柱頂剪力值，即可根據(jù)柱本身所受荷載情況，繪制出各柱的彎矩圖，如圖220所示。 通過排架的內(nèi)力分析，可分別求出排架柱在恒荷載及各種活荷載作用下所產(chǎn)生的內(nèi)力(M、N、V)，但柱及柱基礎(chǔ)在恒荷載及哪幾種活荷載(不一定是全部的活荷載)的作用下才產(chǎn)生最危險的內(nèi)力，然后根據(jù)它來進(jìn)行柱截面的配筋計算及柱基礎(chǔ)設(shè)計，此乃排架內(nèi)力組合所需解決的問題。 1．控制截面 為便于施工，階形柱的各段均采用相同的截面配筋，并根據(jù)各段柱產(chǎn)生最危險內(nèi)力的截面(稱為“控制截面”)進(jìn)行計算。 上柱：最大彎矩及軸力通常產(chǎn)生于上柱的底截面II(圖221)，此即上柱的控制截面。下柱：在吊車豎向荷載作用下，牛腿頂面處ⅡⅡ截面的彎矩最大；在風(fēng)荷載 圖221 排架柱的控制截面或吊車橫向水平力作用下，柱底截面ⅢⅢ的彎矩最大，故常取此兩截面為下柱的控制截面。對于一般中、小型廠房，吊車荷載不大，故往往是柱底截面ⅢⅢ控制下柱的配筋；對吊車噸位大的重型廠房，則有可能是ⅡⅡ截面．下柱底截面ⅢⅢ的內(nèi)力值也是設(shè)計柱基的依據(jù)，故必須對其進(jìn)行內(nèi)力組合。 2．荷載組合 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中規(guī)定：對于一般排架、框架結(jié)構(gòu)基本組合，可采用簡化規(guī)則，并應(yīng)按下列組合值中取最不利值確定：（1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合: （211） (212)（2）由永久荷載效應(yīng)控制的組合：按下式計算 （213）式中 —永久荷載的分項系數(shù)；—第i 個可變荷載的分項系數(shù)，其中為可變荷載的分項系數(shù)；—按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算的荷載效應(yīng)值； —按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算的荷載效應(yīng)值,其中為諸可變荷載效應(yīng)中起控制作用者；—可變荷載的組合值系數(shù)； —參與組合的可變荷載數(shù)。注: 。，輪次以各可變荷載效應(yīng)為，選其中最不利的荷載效應(yīng)組合。，參與組合的可變荷載僅限于豎向荷載。常用的幾種荷載效應(yīng)組合分為：(1)恒載+(屋面活載十吊車荷載十風(fēng)載)；(2)恒載+(吊車荷載十風(fēng)載)；(3)恒載+(屋面活載十風(fēng)載)；(4)＋(5)＋(6)＋(7)＋（＋＋）(8)＋（＋）(9)＋(）(10)＋(＋）(11)＋(＋）(12)＋（＋）3．內(nèi)力組合單層排架柱是偏心受壓構(gòu)件，其截面內(nèi)力有177。，, 因有異號彎矩，且為便于施工，柱截面常用對稱配筋,即。對稱配筋構(gòu)件，當(dāng)一定時，無論大、小偏壓，越大，則鋼筋用量也越大。當(dāng)一定時，對小偏壓構(gòu)件，越大，則鋼筋用量也越大；對大偏壓構(gòu)件，越大，則鋼筋用量反而減小。因此，在未能確定柱截面是大偏壓還是小偏壓之前，一般應(yīng)進(jìn)行下列四種內(nèi)力組合：(1)與相應(yīng)的；(2) 與相應(yīng)的；(3) 與相應(yīng)的(取絕對值較大者)；(4)與相應(yīng)的(取絕對值較大者)； (5) 及相應(yīng)的和；組合時以某一種內(nèi)力為目標(biāo)進(jìn)行組合,例如組合最大正彎矩時,其目的是為了求出某截面可能產(chǎn)生的最大彎矩值，所以，凡使該截面產(chǎn)生正彎矩的活荷載項，只要實際上是可能發(fā)生的，都要參與組合，然后將所選項的值分別相加。內(nèi)力組合時，需要注意的事項有：(1)永久荷載是始終存在的，故無論何種組合均應(yīng)參加；(2)在吊車豎向荷載中，對單跨廠房應(yīng)在與中取一個，對多跨廠房，因一般按不多于四臺吊車考慮，故只能在不同跨各取一項； (3)吊車的最大橫向水平荷載同時作用于其左、右兩邊的柱上。其方向可左，可右，不論單跨還是多跨廠房，因為只考慮兩臺吊車，故組合時只能選擇向左或向右；(4)同一跨內(nèi)的與不一定同時發(fā)生，但組合時不能僅選用，而不選或，因為不能脫離吊車豎向荷載而獨(dú)立存在；(5)左、右向風(fēng)不可能同時發(fā)生；(6)在組合或時，應(yīng)使相應(yīng)的也盡可能大些，這樣更為不利。故凡使，但的荷載項，只要有可能，應(yīng)參與組合；(7)在組合與時應(yīng)注意，有時177。M雖不為最大，但其相應(yīng)的卻比時的大得多(小偏壓時)或小得多(大偏壓時)，則有可能更為不利．故在上述四種組合中，不一定包括了所有可能的最不利組合。如圖222所示，若廠房某一排架柱頂受一水平集中力P的作用，當(dāng)按平面排架計算時，力P完全由這一榀排架單獨(dú)承擔(dān)，將產(chǎn)生柱頂平面位移Δ(圖222a)。但實際上，廠房是由若干榀排架組成的整體空間結(jié)構(gòu)，排架與排架間由縱向構(gòu)件連接，故力P是由全部廠房排架及兩端山墻所共同承擔(dān)，在這榀排架上僅承擔(dān)，故其柱頂空間位移僅為(圖222b)。令空間位移與平面位移的比值為： μ= (214)稱為廠房的“空間作用分配系數(shù)”，顯然廠房的空間作用愈好，值就愈小。據(jù)實測，某無檁屋蓋的單跨廠房。 （a）按平面排架計算 （b）考慮空間作用時的排架計算圖222 廠房排架的空間作用根據(jù)實測及理論分析，值的大小主要與下列因素有關(guān)：(1)屋蓋剛度。屋蓋剛度大時，沿縱向分布的荷載能力強(qiáng)，空間作用好，值小。因此，無檁屋蓋的值小于有檁屋蓋。 （a）兩端有山墻作用 （b）兩端無山墻作用圖223 均布荷載作用下的廠房空間作用(2)廠房兩端有無山墻。山墻的橫向剛度很大，能分擔(dān)大部分的水平荷載。故兩端有山墻的廠房的μ值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無山墻的值。(3)廠房長度。廠房的長度大，水平荷載可由較多的橫向排架分擔(dān)，則值小，空間作用大。 (4)荷載形式。局部荷載作用下，廠房的空間作用好；當(dāng)廠房承擔(dān)均勻分布的荷載時，如風(fēng)荷載，因各排架直接承受的荷載基本相同，僅靠兩端的山墻分擔(dān)荷載，如圖223a 所示，其空間作用??；若兩端無山墻，在均布荷載作用下，如圖223b所示，近于平面排架受力，無空間作用。目前在單層廠房計算中，僅在分析吊車荷載內(nèi)力時，才考慮廠房的空間作用。單層廠房空間作用分配系數(shù)可從表26中直接查得，但應(yīng)注意，該表下部注中強(qiáng)調(diào)了四種情況下不考慮空間作用。 表26 單跨廠房空間作用分配系數(shù)平面排架考慮廠房的空間作用的計算方法，與排架內(nèi)力計算中的任意荷載作用時相類似，僅在其排架頂部加一彈性支承即可。如圖224所示，其內(nèi)力計算可按下列步驟進(jìn)行：(1)先假設(shè)排架無側(cè)移，求出吊車荷載作用下的柱頂反力R及柱頂剪力；(2)將柱頂反力R乘以空間分配系數(shù)，并將其沿反方向加于可側(cè)移的排架上，求出各柱頂剪力； (3)將上述兩項的柱頂剪力疊加，即為考慮空間作用的柱頂剪力。平面排架考慮廠房的空間作用后，其所負(fù)擔(dān)的荷載及側(cè)移值均減少，故排架柱的主筋可節(jié)約5～20％左右；但直接承受荷載的上柱，其彎矩值則有所增大，需增加配筋。（a）加有彈性支承的排架結(jié)構(gòu)； （b）吊車荷載下求內(nèi)力； （c）作用下求內(nèi)力圖224 廠房排架考慮空間作用的計算單層廠房柱的形式很多，常用的見圖225，分為下列幾種：矩形截面柱：如圖225a所示，其外形簡單，施工方便，但自重大，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差，主要用于截面高度的偏壓柱。 (a)矩形截面柱；（b）I形柱；（c）平腹桿雙肢柱；(d)斜腹桿雙肢柱；（e）管柱圖225 柱的形式I形柱：如圖225b所示，能較合理地利用材料，在單層廠房中應(yīng)用較多，已有全國通用圖集可供設(shè)計者選用。但當(dāng)截面高度后，自重較大，吊裝較困難，故使用范圍受到一定限制。雙肢柱：如圖225c、d所示，可分為平腹桿與斜腹桿兩種。前者構(gòu)造簡單，制造方便，在一般情況下受力合理，且腹部整齊的矩形孔洞便于布置工藝管道，故應(yīng)用較廣泛。當(dāng)承受較大水平荷載時，宜采用具有桁架受力特點(diǎn)的斜腹桿雙肢柱。雙肢柱與I形柱相比，自重較輕，但整體剛度較差，構(gòu)造復(fù)雜，用鋼量稍多。管柱：如圖225e所示，可分為圓管和方管(外方內(nèi)圓)混凝土柱，以及鋼管混凝土柱三種。前兩種采用離心法生產(chǎn)，質(zhì)量好，自重輕，但受高速離心制管機(jī)的限制，且節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較復(fù)雜；后一種利用方鋼管或圓鋼管內(nèi)澆膨脹混凝土后，可形成自應(yīng)力(預(yù)應(yīng)力)鋼管混凝土柱，可承受較大荷載作用。單層廠房柱的形式雖然很多、但在同一工程中，柱型及規(guī)格宜統(tǒng)一，以便為施工創(chuàng)造有利條件。通常應(yīng)根據(jù)有無吊車、吊車規(guī)格、柱高和柱距等因素，做到受力合理、模板簡單、節(jié)約材料、維護(hù)簡便，同時要因地制宜，考慮制作、運(yùn)輸、吊裝及材料供應(yīng)等具體情況。一般可按柱截面高度參考以下原則選用： 當(dāng)≤500mm時，采用矩形；當(dāng)600≤≤800mm時，采用矩形或I形；當(dāng)900≤≤1200mm時，采用I形；當(dāng)1300≤≤1500mm時，采用工形或雙肢柱；當(dāng)≥1600mm時，采用雙肢柱。柱高可按表21確定，柱的常用截面尺寸，邊柱查表22，中柱查表23。對于管柱或其它柱型可根據(jù)經(jīng)驗和工程具體條件選用。 柱的設(shè)計一般包括確定柱截面尺寸、截面配筋設(shè)計、構(gòu)造、繪制施工圖等。當(dāng)有吊車時還需要進(jìn)行牛腿設(shè)計。1．截面尺寸使用階段柱截面尺寸除應(yīng)保證具有足夠的承載力外，還應(yīng)有一定的剛度以免造成廠房橫向和縱向變形過大，發(fā)生吊車輪和軌道的過早磨損，影響吊車正常運(yùn)行或?qū)е聣臀萆w產(chǎn)生裂縫，影響廠房的使用。柱的截面尺寸可按表21～23確定。I形柱的翼緣高度不宜小于120mm，腹板厚度不應(yīng)小于100mm，當(dāng)處于高溫或侵蝕性環(huán)境中，翼緣和腹板的尺寸均應(yīng)適當(dāng)增大。I形柱的腹板可以開孔洞，當(dāng)孔洞的橫向尺寸小于柱截面高度的一半，豎向尺寸小于相鄰兩孔洞中距的一半時，柱的剛度可按實腹工形柱計算，承載力計算時應(yīng)扣除孔洞的削弱部分。當(dāng)開孔尺寸超過上述范圍時，則應(yīng)按雙肢柱計算。 2．截面配筋設(shè)計根據(jù)排架計算求得的控制截面的最不利內(nèi)力組合、和，按偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行截面配筋計算(詳見第五章)。由于柱截面在排架方向有正反方向相近的彎矩，并避免施工中主筋易放錯，一般采用對稱配筋。具有剛性屋蓋的單層廠房柱和露天棧橋柱的計算長度可按表27取用； 表27 采用剛性屋蓋的單層工業(yè)廠房和露天吊車棧橋柱的計算長度注：①——從基礎(chǔ)頂面算起的柱全高； ——從基礎(chǔ)頂面至裝配式吊車梁底面或現(xiàn)澆式吊車梁頂面的柱下部高度； ——從裝配式吊車梁底面或從現(xiàn)澆式吊車梁頂面算起的柱上部高度。 ②表中有吊車廠房排架柱的計算長度，當(dāng)計算中不考慮吊車荷載時，可按無吊車廠房的計算長度采用；但上柱的計算長度仍按有吊車廠房采用。3．吊裝運(yùn)輸階段的驗算單層廠房施工時，往往采用預(yù)制柱，現(xiàn)場吊裝裝配，故柱經(jīng)歷運(yùn)輸、吊裝工作階段。柱在吊裝運(yùn)輸時的受力狀態(tài)與其使用階段不同，故應(yīng)進(jìn)行施工階段的承載力及裂縫寬度驗算。吊裝時柱的混凝土強(qiáng)度一般按設(shè)計強(qiáng)度的70%考慮，當(dāng)?shù)跹b驗算要求高于設(shè)計強(qiáng)度的70％方可吊裝時，應(yīng)在設(shè)計圖上予以說明。如圖226所示，吊點(diǎn)一般設(shè)在變階處，故應(yīng)按圖中的11,22,33三個截面進(jìn)行吊裝時的承載力和裂縫寬度的驗算。驗算時，柱自重采用設(shè)計值。 圖226 柱的吊裝驗算承載力驗算時，考慮到施工荷載下的受力狀態(tài)為臨時性質(zhì)，安全等級可降一級使用。裂縫寬度驗算時，可采用受拉鋼筋應(yīng)力為： (215) 求出后，可按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理確定裂縫寬度是否滿足要求。當(dāng)變階處柱截面驗算鋼筋不滿足要求時，可在該局部區(qū)段附加配筋。運(yùn)輸階段的驗算，可根據(jù)支點(diǎn)位置，按上述方法進(jìn)行。1