排架计算：活载与雪荷载取较大值，工作制级别与规范对应关系

2023-08-28 理论教育版权反馈

【摘要】：排架计算时，屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，仅取两者中的较大值。表2.17-1 过去吊车的工作制等级与现行规范吊车工作级别的对应关系③风荷载，见第1.5节。

1.排架计算的主要内容

排架计算的主要内容为：

（1）确定计算简图，此时应确定柱子的各段高度，假定柱截面尺寸，算出各部分柱子截面惯性矩。

（2）各项荷载计算。

（3）在各项荷载作用下进行排架内力分析；求出各控制截面的内力值。

（4）内力组合，求出各控制截面的最不利内力。

2.计算假定

对排架计算作以下基本假定：

（1）柱下端固接于基础顶面，横梁铰接在柱上。但当地基土质较差、变形较大或有比较大的地面荷载（如大量堆料）等，则应考虑基础位移和转动对排架内力的影响。

（2）横梁在排架平面内的轴压刚度为无限大，受力后不产生轴向变形。但对于下弦杆用圆钢或角钢的组合式屋架、二铰、三铰拱屋架，则应考虑其轴向变形对排架内力的影响。

3.排架荷载计算

作用在排架上的荷载分永久（恒）荷载和可变（活）荷载两类。永久荷载包括屋盖自重G₁；上柱自重G₂；下柱自重G₃；吊车梁和轨道等零件重G₄以及有时支承在柱牛腿上的围护结构等重量G₅。可变荷载一般包括屋面活载Q₁；吊车荷载T_max、D_max、D_min；均布风载q₁、q₂以及作用在屋盖支承处的集中风载F_w等。

（1）永久（恒）荷载在G₁、G₂、G₃、G₄同时作用下（图2.17-1，图2.17-2），进行排架内力分析的计算简图如图2.17-3所示，图中M₂=M′₁+M′₂=G′₁e₀+G₂e₀-G₄e₂，G′₁=G″₁=G₁。

图2.17-1 排架受力示意图

图2.17-2 上柱受力图

图2.17-3 排架受力示意图

（2）可变（活）荷载

1）屋面活荷载：屋面活荷载包括屋面均布活载、雪载和积灰荷载三种，均按屋面的水平投影面积计算。屋面活荷载通过屋架传给上柱，故它们对排架的作用位置与屋盖自重相同。

①屋面均布活载即指施工荷载，一般不上人的屋面可取0.7kN/m²，当施工荷载较大时按实际情况采用。

②雪荷载：屋面水平投影面上的雪荷载标准值S_k（kN/m²）应按下式计算

S_k=μ_rS₀ （2.17-1）

式中 S₀——基本雪压（kN/m²）；

μ_r——屋面积雪分布系数。

排架计算时，屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，仅取两者中的较大值。

③积灰荷载：积灰荷载应与雪荷载或屋面活荷载两者中的较大值同时考虑。

2）吊车荷载：

①吊车竖向荷载D_max、D_min。吊车竖向荷载的设计值D_max和D_min可按下式计算

D_max=P_1max（y₁+y₂）+P_2max（y₃+y₄）

D_min=P_1min（y₁+y₂）+P_2min（y₃+y₄）（2.17-2）

式中 P_1max、P_2max——两台起重量不同的吊车最大轮压的标准值，且P_1max＞P_2max；

P_1min、P_2min——两台起重量不同的吊车最小轮压的标准值，且P_1min＞P_2min；

y₁、y₂、y₃、y₄——与吊车轮子相对应的支座反力影响线上竖标，可按图2.17-4所示的几何关系求得。

图2.17-4 吊车梁支座反力影响线

当厂房内有多台吊车时，按第1章或《建筑结构荷载规范》规定：多台吊车的竖向荷载，对一层吊车的单跨厂房的一个排架，一般按不多于两台考虑，对一层吊车的多跨厂房的一个排架，一般按不多于四台考虑。

②吊车横向水平荷载T_max。按第1章或《建筑结构荷载规范》规定，吊车的横向水平荷载，可按横行小车重量g与额定最大起重量Q总和的百分数采用，并平均分配于各轮子，则每个轮子所传递的横向水平荷载标准值为

式中 α——系数，对软钩吊车（当Q≤10t时，α=0.12；当Q=16～50t时，α=0.10；当Q≥75t时，α=0.08；对硬钩吊车，α=0.20）；

n——每台吊车的总轮数，一般为4。

软钩吊车通常是采用钢丝绳通过滑轮组带动吊钩起吊重物的；硬钩吊车是用刚臂起吊重物的特殊吊车。吊车每个轮子的T值确定后，即可用计算吊车竖向荷载D_max（D_min）的同样方法，计算作用于排架柱上的吊车最大横向水平荷载设计值T_max

T_max=T₁（y₁+y₂）+T₂（y₃+y₄）（2.17-4）

必须注意，小车是沿横向左右运行的，因此T_max可以向左作用，也可以向右作用。对于多跨厂房的吊车水平荷载，第1章或《建筑结构荷载规范》规定，最多考虑两台吊车。

在排架内力组合时，对于多台吊车的竖向荷载和水平荷载，应根据参与组合的吊车台数及吊车的工作制级别，乘以折减系数后采用，折减系数见表1.3-1。

桥式吊车按其工作繁重程度分级时，区分了吊车的利用次数和荷载大小两种情况。按吊车在使用期内要求的总工作循环次数分成10个利用等级，又按吊车荷载达到其额定值的频繁程度分成4个荷载状态（轻、中、重、特重）。根据要求的利用等级和荷载状态，确定吊车的工作制，共分8个级别作为吊车设计依据。表2.17-1表示过去吊车的工作制等级与现行规范吊车工作级别的对应关系。

表2.17-1 过去吊车的工作制等级与现行规范吊车工作级别的对应关系

③风荷载，见第1.5节。作用在排架上的风荷载，是由计算单元上的屋盖和墙面传来的。作用在柱顶以下的风荷载按均布考虑，其风压高度变化系数可按柱顶离地面高度取值；作用在柱顶以上的风荷载仍为均布的，其风压高度变化系数通常取屋盖部分平均高度取值，只考虑风荷载的水平分力，将其合力以集中水平力形式作用在排架柱顶处。

风荷载是可以变向的，因此计算排架时应考虑左风和右风两种情况。

4.排架内力分析

单层厂房排架为超静定结构，它的超静定次数等于它的跨数。由结构力学知道，等高排架不论跨数多少，由于等高排架柱顶水平位移全部相等的特点，可用比位移法更为简捷的“剪力分配法”来计算。对于不等高排架则用力法计算要比位移法简便得多。

5.排架内力组合

内力组合是将排架内力分析中各单项荷载内力计算的结果，经过综合，求出起控制作用的截面的最不利内力，以此作为柱及基础配筋计算的依据。

（1）控制截面控制截面是指对全柱配筋起控制作用的截面，在一般变截面单阶柱中（见图2.17-5），整个上柱截面的配筋相同，而上柱底部截面Ⅰ—Ⅰ的内力比上柱其他截面大，因此Ⅰ—Ⅰ截面作为上柱控制截面；对下柱来说，整个下柱配筋亦相同，一般牛腿顶面Ⅱ—Ⅱ截面和柱底Ⅲ—Ⅲ截面的内力较大，因此作为下柱的控制截面，而且柱底截面的内力又是设计柱下基础的依据。

因此，内力组合时的控制截面应为Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ、Ⅲ—Ⅲ三个截面。

（2）荷载基本组合，见第1.1.2节。

（3）内力组合由于吊车荷载、风荷载在同一截面上所产生的内力值不止一个，因此还须对同一种荷载组合中的内力进行选择，由于矩形、工字形截面柱为偏心受压构件，一般应考虑以下四种不利的内力组合：

1）+M_max及相应的N、V；

2）-M_max及相应的N、V；

3）N_max及相应的M、V；

4）-N_min及相应的M、V。