1、第十二章 思考题及习题 1 和 5 答案 12.1 单层厂房排架结构中，哪些构件是主要承重构件 ?单层厂房中的支撑分几类 ?支撑的主要作用是什么 ? 答：主要承重构件有：屋盖结构、吊车梁、排架柱、抗风柱、基础梁、基础 单层厂房中的支撑：屋架间垂直支撑、横向、纵向水平支撑以及天窗架支撑和柱间支撑 支撑的主要作用是：增强空间刚度及稳定性，传递风荷载和水平吊车荷载。 2.2 排架内力分析的目的是什么 ?排架内力分析的步骤是怎样的 ? 排架内力分析的目的是： 为了获得排架柱在各种荷载作用下，控制截面的最不利内力，作为设计柱的依据；同时，柱 底截面的最不利内力，也是设计基础的依据 ，并绘制出排架柱的弯矩
2、图、轴力图及剪力图（ M 图、 N 图及 V 图）。 排架内力分析的步骤是： 等高排架在水平荷载作用下的内力分析方法采用剪力分配法 ， 步骤如下： （ 1）在柱顶水平集中力 F 作用下 等高排架在柱顶作用一水平集中力 F，在 F 作用下，柱顶产生水平位移 。沿柱顶将横梁与柱切开，在切口处代之一对剪力 ，如图 2-4-16(b)所示。 取横梁为脱离体，由平衡条件 有： 又知，在单位水平力 F=1 作用下，柱顶水平侧移为 。反之要使柱顶产生单位水平位移即 u =1，则需在柱顶施加 的水平集中力。如图 2-4-17 所示。对于相同材料的柱，柱越粗，所需的 越大 ,即所需施加的水平力越大。反映了柱子抵
3、抗侧移的能力 ,故称 为柱子的抗侧刚度。 切开后的排架拄顶作用有水平力 ，在 作用下产生柱顶位移为 ，根据上面分析可得 等高排架，当各跨横梁 EA 时，有： 将 (2)、 (3)式代入 (1)式，得： 由此可得： 将 (5)式代回 (2)式得： 式中 称为第 i 根柱的剪力分配系数，它等于 i 柱的抗侧刚度与整个排架柱总的杭侧刚度的比值 ,且 。 值可按 附图 计算，由 可求出分配系数 ，从而求出各柱顶剪力 ，最后按静定悬臂柱求出在已知 作用下的柱截面内力。 附图 由此可见，剪力分配法就是将作用在顶部的水 平集中力 F 按抗侧刚度分配给各柱 ,再按静定悬臂柱求解柱子内力的方法。 （ 2）在任意
4、荷载作用下 均布风荷载作用下，如图 2-4-18(a)所示。 对于上述结构，不能直接应用剪力分配法求解其内力，但可通过间接的方法利用其原理解决问题，其分析步骤如下： 将原结构如图 2-4-18（ a）分解为 (b)和 (c)两个部分，在 (b)排架柱顶附加一个不动铰支座，以阻止排架侧移。在风荷载的作用下，在附加支座内将产生支反力 R。为保证组合结构与原结构 (a)受力相同，故在结构（ c）中柱顶施加一个反方向力 R。 求解 (b)排架的柱顶剪力 由于横梁刚度 EA ，故 (b)中各柱顶位移 ，从而可以将 (b)排架结构转化为如图中 (d)所示的两个一次超静定柱，其反力分别为 和 。应用力法 或
5、查 附图 8 即可求出在均布水平荷载作用下各柱顶的反力 ，其 也就是该柱顶的剪力 。 附图 8 求出总支反力 R 求解（ c）排架的柱顶剪力 图中 (c)排架为一柱顶作用水平集中力的等高排架，可应用剪力分配法求解其内力，即按各柱的抗侧刚度将 R 分配到各柱，得到各柱顶剪力 。 迭加图中 (b)与 (c)各柱顶的剪力，得柱顶总剪力 根据柱顶剪力 及柱上所受均布荷载计算各柱的弯矩。 12 3 Dmax、 Dmin 和 Tmax是怎样求得的 ? 答： Dmax= ikQkQ yPD m a x ,m a x , Dmin=kkikQkQ PPDyPDm a x ,m in ,m a xm in ,m
6、 in , Tmax=kkkkk P GGDP TDm ax ,3,2m axm ax ,m ax)(41 Dmax指吊车在满载运行时， ,吊车梁作用在厂房横向排架柱上的最大压力。 Dmin： 与 相对应的排架另一侧柱上的压力。 Tmax： 指载有额定最大起重量的小车在行驶中突然刹车在排架柱上 产生的水平制动力。 kPmax, 、 kPmin, 可根据吊车型号、规格查产品目录得到。 12.4 排架柱“抗剪刚度”或“侧向刚度”的物理意义是什么 ?任意荷载作用下，等高铰接排架的剪力分配法是怎样的 ? 答： 排架柱“抗剪刚度”或“侧向刚度”的物理意义是： 要使柱顶产生单位水平位移，在柱顶施加 u 1
7、 的水平力，材料相同时，柱越粗壮，需在柱顶施加水平力越大，反映柱抵抗侧移的能力指标称为 柱“抗剪刚度”或“侧向刚度” 。 任意荷载作用下，等高铰接排架的剪力分配法是： i） 解决思路 由已求出在顶点水平力作用时排架柱顶剪力计算，设法将任意荷载化成顶点水平力，由位移法启发，在柱顶加水平链杆，使各柱为一次超静定结构，然后求出超静定结构柱子的内力和附加水平链杆反力R。因为链杆是假设的，故应在排架上加一大小相等、方向相反水平力 R 来抵消，最后内力由两种情况叠加得到。 ii） 解题步骤 附加水平链杆，并求各柱内力和柱顶反力 R； 将 R 反向作用，但剪力分配法求各柱顶弯力； 由 +得最后内力。 12.
8、5什么是不同种类 内力的组合 ?什么是同一种内力的组合 ?内力组合时应注意哪些事项 ?对内力组合值是怎样评判的 ? 答： 不同种类内力的组合是： 同一个控制截面的三种内力（轴向压力 N、弯矩 M、水平剪力 V）使其截面的承载力是最不利的有效组合，一般有以下四种， （ 1） 及相应的 N、 V （ 2） 及相应的 N、 V （ 3） 及相应的 M、 V （ 4） 及相应的 M、 V 同一种内力的组合是： 对某个控制截面的同一种内力的各种荷载效应进行组合能得到最不利值的内力组合，有以下两类， （ 1）由可变荷载效应控制的组合 恒载 +任一活载； 恒载 +0.85（任两个或以上活载之和） （ 2）由
9、永久荷载效应控制的组合 内力 组合时应注意的事项： （ 1）每次组合，只能以一种内力 、 、 或 为目标 ,决定活荷载的取舍，并按这些荷载求得相应的其余两种内力。 （ 2）恒载产生的内力在任一种组合中，都必须考虑。 （ 3）风荷载有左风与右风两种情况，但对一种组合只能取二者之一。 （ 4）吊车竖向荷载有 和 ，组合时也只能取二者之一。 （ 5）吊车水平荷载 有左右两个方向，组合时取二者之一。 （ 6）在同一跨内， 和 与 不一定同时发生，故在组合中有 或时，不一定要有 。但 在组合中有 时，则必有 或 ，因为吊车水平荷载不可能脱离其竖向荷载而单独存在。 （ 7）在每一种组合中， M、 N、 V
10、 都是相对应的，即是在相同荷载作用下产生的。此外，在组合 或 时，对于 N = 0 的内力，虽然将其组合并不改变 N 值，但只要增大了M，也是截面的不利组合。 （ 8）对于有多台吊车的厂房 ,荷载规范规定：吊车竖向荷载，对单 跨厂房，最多只考虑2 台吊车；多跨厂房最多考虑 4 台。吊车水平荷载，无论单跨或多跨厂房，最多只考虑 2 台。同时又规定：多台吊车引起的内力参与组合时，对其内力要按表 2-4-2 的规定进行折减。 吊车数（台） 工作制（级） 折减系数 2 中、轻 0.9 重 0.95 4 中、轻 0.8 重 0.85 对内力组合值是的评判： 1)、 N 相差不多时， M 大的不利； 2）
11、、 M 相差不多时，凡 M/N0.3 0h 的， N 小的不利； M/N 0.3 0h 的， N 大的不利。 12.6 什么是厂房的整体空间作用 ? 答： 厂房的各个排架与排架或排架与山墙之间不能单独变化，而是互相制约的成一整体的作用。 12.7 设计矩形截面单层厂房柱时，应着重考虑哪些问题 ? 答： 12.8 柱下扩展基础的设计步骤和要点是什么 ? 答： 确定基础底面尺寸；基础高度确定；基础底板配筋； 构造要求 ： （ i） 底面形状：轴压为正方形，偏压为矩形， a/b 3 （ ii） 材料 砼 C15，钢筋 I 级或级， d 8mm, 200 （ iii） 垫层 C10，厚 100mm，两
12、边挑 出 100mm （ iv）杯口形式和柱的插入长度 ,见课本 P162 表 12-5 12.9 吊车梁的受力特点是什么 ? 答：吊车荷载具有移动性 、 吊车荷载具有重复性 、 吊车荷载具有动力性、吊车荷载是偏心荷载 1) 第十二章习题 1 解：根据已知查课本附录 12 得 kNP k 25min, ,表 12-1 得 9.0 ； 4.1Q ， 12.0 吊车最不利轮压位置及吊车梁反力影响线如下图所示， 根据比例关系，可得 : 6/)55.56(,6/)15.16(,6/)4.46(,1 4321 yyyy 6/)55.56(6/)15.16(6/)4.46(1 iy =2.15 竖向荷载
13、Dmax= ikQkQ yPD m a x ,m a x , =1.4 0.9 115 2.15=311.535kN Dmin= ikQkQ yPD m in ,m in , =1.4 0.9 25 2.15=67.725kN Tmax=kkkPGGDm a x ,3,2m a x)(41 1151010)( 3 . 9 40 . 90 . 1 241535.311 =10.2kN 2) 第十二章习题 5 解： 1）初步确定基础高度和杯口尺寸 由课本表 12-5，柱的插入深度 1h 600mm，所以杯口深度为 600+50=650mm。 杯口顶部尺寸，宽为 400+2 75=550mm，长为
14、600+2 75=750mm；杯口底部尺寸，宽为400+2 50=500mm，长为 600+2 50=700mm。 由课本表 12-5，取杯壁厚度 t 200mm，杯 底厚度 1 200mm，杯壁高度 2h 300mm，2 200mm。 根据以上尺寸，初步确定基础总高度为 600+50+200=850mm。 2）确定基础底面尺寸 先按轴心受压估算，设基础埋置深度 d 1.3m，可得 A df d ma 3.120200 9205.29m2 将其增大 20%40%，补 步选用底面尺寸为： mlmb 4.2,0.3 。 6/2lbW =2.4 32/6=3.6m3 bldG mk 20 3 2.4
15、 1.3=187.2kN W hVMbl GNp kkkkk m ax, 6.3 85.0252764.23 2.187920 236.3 2/mkN 1.2 af =240 2/mkN W hVMbl GNp kkkkk m i n, 6.3 85.0252 7 64.23 2.1 8 79 2 0 71.2 2/mkN ( max,kp + 2/)2.713.236(2/)m in, kp =153.8 2/mkN af =200 2/mkN 故该基础底面尺寸满足要求。 3）验算基础高度 W VhMblNp s m ax, = 6.3 85.0181 9 74.23 2 3 0 =90.9 2/mkN W VhMblNp s m in, = 6.3 85.0181 9 74.23 2 3 0 =-27.0 2/mkN 按比例可求得相应柱边缘、变阶处及冲切破坏锥体外边缘的地基净反力设计值。
