钢筋混凝土屋架的扶直与吊装验算
1.屋架扶直阶段的验算
验算前必须先确定吊点的数量和位置。
屋架扶直时绕下弦转起,下弦不离地。此时上弦在屋架平面外受力最不利,因此,扶直验算就是验算上弦在屋架平面外的强度。验算上弦时,荷载除上弦自重力外,还假定腹杆的一半重力作用于上弦,作为节点荷载。腹杆由于其自重力产生的弯矩很小,通常不需验算。
验算屋架扶直时,应根据吊索的布置情况,求出上弦杆的弯矩,然后按受弯构件进行验算。
一般情况下,吊索由一根钢丝绳通过若干滑车或通过横吊梁组成。此时,如不计摩擦力,吊点上各钢丝绳中的拉力是相等的,因而,可先求出钢丝绳上的拉力及屋架两端支点的支座反力,进而计算屋架上弦杆的弯矩。计算荷载除屋架自重力外,还应考虑动力系数,其取值同柱的吊装验算。
2.屋架吊装阶段的验算
吊装阶段吊点位置确定后,求出吊索内的拉力,然后以吊索内的拉力和屋架自重力(化为节点荷载作用于屋架下弦)作为荷载,把屋架作为平面铰接桁架,用结构力学的方法求出屋架各杆件之内力,以此进行强度和裂缝宽度的验算。由于把屋架视作平面铰接桁架,因而各杆件以轴心受力构件验算:
对于轴心受拉杆件,其强度可按下式计算:
N≤fyAs(14-44)
式中N——验算轴向力,N=1.2Nk(N);
Nk——吊装时杆件承受的轴向力(N);
fy——受拉钢筋设计强度(N/mm2)。
3.钢筋混凝土屋架扶直与吊装验算实例
验算下列18m跨度的钢筋混凝土折线形屋架在扶直与起吊时的强度和裂缝宽度。屋架为C30混凝土,扶直与起吊时混凝土强度达到设计强度的100%。屋架各杆件的断面和配筋见表14-81及图14-108。
图14-108折线形屋架的轮廓尺寸
(1)屋架扶直阶段的验算
1)强度验算
该屋架拟采用四吊点扶直,其吊点布置如图14-109所示。
图14-109四个吊点扶直屋架的吊索布置
荷载计算考虑动力系数1.50:
上弦杆自重 qs=A·γ·K动=0.0484×25×1.5=1.82kN/m
腹杆自重的1/2作为集中荷载作用于上弦杆节点上
荷载分布见图14-110。
图14-110屋架扶直时上弦杆的自重荷载图
各吊点的垂直分为R,由图14-110可知:
R=n·T·sinα
式中n——吊点上钢丝绳的根数;
T——钢丝绳的张力(N);
α——钢丝绳与水平面的夹角(°)。
本例取α1=45°,α2=63°,则
RB=RF=T·sin45°=0.707T
RC=RE=T·sin63°=0.891T
对下弦杆轴线取矩,可求得
RB=RF=8.21kN,RC=RE=10.34kN
由ΣY=0,可求得RA=RC=0.62kN
于是,可计算出上弦杆的弯矩如图14-111所示。
图14-111四个吊点扶直屋架时上弦杆的支座反力及吊装弯矩
(a)屋架扶直时吊点及支座反力;(b)屋架扶直时的吊装弯矩
最大弯矩在B截面处,取其为控制截面按下列两式进行强度验算:
式中M——弯矩设计值;
α1——系数,本例混凝土强度等级不超过C50,α1=1.0;
fc——混凝土抗压强度设计值;
b——截面宽度;
x——混凝土受压区高度;
h0——截面有效高度;
fy——普通钢筋抗拉强度设计值;
As——受拉区纵向普通钢筋的截面面积。
根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)将有关数据代入(2)式,得
以上(1)、(2)、(3)式中各符号含义及取值均与《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)公式(8.1.2-1)、(8.1.2-2)和(8.1.3-3)相同,这里从略,仅将各有关数值代入上列三式计算如下:
(2)屋架吊装阶段验算
1)强度验算
屋架吊装时拟采用两吊点起吊,假定屋架的自重力作用于下弦节点上,计算简图如图14-112所示。
图14-112屋架吊装时的计算简图
整个屋架自重力为48.00kN,动力系数取1.50。
下弦中间节点上的荷载为:
端节点上的荷载近似取:
F1=F2/2=18.00/2=9.00kN
两吊点位置如图14-112所示。吊索与水平面夹角为45°,每根吊索中的拉力为
将F1、F2、S作为节点荷载施加于屋架下弦和上弦,以此求出屋架各杆件之内力。
计算结果表明上弦最大拉力产生在S2杆内(屋架内力计算方法此处从略,可参考有关资料),其值为26.70kN。按轴心受拉构件验算
fyAs=300×10-3×452=135.6kN
>N=1.2×26.70kN(满足)
2)裂缝宽度验算
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