钢筋混凝土单层厂房结构设计书

- 1 - 钢筋混凝土单层厂房结构设计书 一、 题目： 钢筋混凝土单层厂房结构设计 二、 目的与要求 ：了解单层厂房结构设计的全过程，培养单层厂房结构设计的工作能力。要求：（ 1）、掌握单层厂房结构布置和结构选型的一般原则和方法；（ 2）、综合运用以往所学的力学及钢筋混凝土结构的知识，掌握排架内力分析方法以及构件截面设计方法；（ 3）、掌握单层厂房结构施工图的表达方法。 三、 设计内容： 1、完成计算书一份，内容包括：（ 1）设计资料；（ 2）结构布置与选型；（ 3）排架内力分析及柱、基础的配筋计算。 2、绘制施工图：（ 1）柱子模板图及配筋图；（ 2）基础平 面布置图及配筋图。 四、 设计资料： 1、 厂房跨度 24 米，总长 102 米，中间设伸缩缝一道，柱距 6 米。 2、 车间内设有两台软钩 200 50级工作制吊车，轨顶设计标高 3、 建筑场地地质情况：地面下 范围内为杂填土，杂填土下面 内为均匀粉土，其承载力标准值 200下水位为地面下 ，无腐蚀性。 4、 基本风压 基本雪压 5、 屋面是不上人的钢筋混凝土屋面，屋面均布可变荷载标准值为 0.7/ 6、 建议采用材料： （ 1）、柱：混凝土 向受力钢筋 ，箍筋 I 级。 （ 2）、基础：混凝土 钢筋。 7、 选用的标准图集： （ 1）、屋面板： ）标准图集，预应力混凝土大型屋面板，板重标准值（包括灌缝在内） （ 2）、天沟板： ）标准图集， 沟板，板重标准值 m。 （ 3）、屋架： ）标准图集中预应力混凝土折线形屋架，屋架自重标准值 106 - 2 - （ 4）、吊车梁： 标准图集 高 1200 毫米，翼缘宽 600 毫米，腹板宽 300 毫米，梁自重标准值 ，轨道及零件重 1，轨道及垫板高度 200 毫米。 8、 建议采用的柱截面尺寸：上柱为矩形 00柱为 I 形 00h=800b=10050170 9、 屋面做法： 防 水 层 （ 0 . 4 K N / 平 米 ）2 0 厚 水 泥 砂 浆 找 平 层 （ 0 . 4 K N / 平 米 ）屋面板 - 3 - 6 4 011平面布置图2 4 0 0 02 5 2 8 06 4 010338060004406000600060006000440600060006000600060006000600060005006000600060006000 - 4 - 0 . 0 0 5 - 结构计算书 一、 结构的计算 1、计算简图的确定 （ 1）计 算上柱高及柱全高 根据图 上柱高 顶标高 吊车梁高 +轨道构造高 =柱高 H=柱顶标高 =下柱高 柱与全柱高的比值 （ 2）初步确定柱截面尺寸 根据表 A）的参考数据，上柱采用矩形截面， b h=400400柱选 用 b h 00800150余尺寸见图 根据表 于 下柱截面宽度和高度的限值，验算初步确定的截面尺寸，对于下柱截面宽度 对于下柱截面高度，有吊车 无吊车时 （ 3）上、下柱截面惯性与其比值 排架平面内： 可以）(400364259 1 0025 l )(8 0 07 5 8129 1 0 012 可以l )( 可以 - 6 - 上柱 下柱 比值 排架平面外： 上柱 下柱 排架计算简图（几何尺寸及截面惯性矩）如图 图 2 . 1 0 8 形截面尺寸493 u 41033 280040012 1 l 1 01 0 9 9101 33.2 u 4933 107 2 0 312 4 0 82 l - 7 - 图 2 . 1 0 9 排 架 计 算 简 图2、荷载计算 （ 1）恒荷载 （）房屋结构自重 预应力混凝土大型屋面板 20一毡二油隔气层 10020 天沟板 天窗端壁 屋架自重 天窗架 40=48作用于横向水平面排架一端柱顶的屋盖结构自重 272.3 01 0 - 8 - (b)柱自重 上柱 下柱 （ c） 吊车梁与轨道自重 （ 2）屋面活荷载 由荷载规范可知 ,屋面均匀活荷载标准值为 N/于该厂房所在地区的基本雪压 N/,故屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为 ， 12=0 3）吊车荷载 由电动双钩桥式吊车数据查得 K=200 0 B=5000 k=4000 5据 及反力影响线，可算得与各轮对 应的反力影响线竖标（图 于是可求的作用与上柱的吊车垂直荷载 0024 0028 00222 u 50150240015021 ( 03145( 88)m a xm a x 4758820050m a xm a xm i nm i n l 350280075027504 - 9 - 图 2 . 1 1 0 计算简图作用于每个轮子上的吊车水平制动设计值 则作用于排架上的吊车水平荷载，按比例关系由 求得 作用点到柱顶的垂直距离 （ 4）风荷载 *地区的基本风压 对于大城市市郊，风压高度变化系数 按 度的取值，对 按柱顶标高 荷载规范得 按天窗檐口标高 荷载规范得 风荷 载体型系数 的分布图 集中风荷载 Q 5200(4 4 T a x.m a xm a x 6 8 0 z21,8.1z 26.1zz - 10 - 风向图 2 . 1 1 1 风荷载体型系数排架受荷总图如图 图 2 . 1 1 2 作 用 于 排 架 上 的 荷 载3、内力计算 （ 1）恒荷载作用下 0321 ) - 11 - 如前所述，根据恒荷载的对称性和考虑施工过程中的实际受力情况，可将图 的作用简化为图 b、 （ a） 在 已知 n= =附图 图 恒 荷 载 作 用 下 的 内 力（ ） 的作用；（ ） 的作用；（ ） 的作用；（ ） 图（ ）（ ） 图（ ）故在 由附图 故在 、)(2 9 12 - 因此，在 12共同作用下（即在 用下）不动铰支承的柱顶反力 相应的弯矩图如图 (b)在 相应的弯矩图如图 (c)在 相应的 弯矩图如图 图 b、 在 ,相应的轴力 示。 （ 2）屋面活荷载作用下 对于单跨排架， Q 与 G 一样为对称荷载，且作用位置相同，仅数值大小不同。故由 G 的内力图按比例可求得 ：柱顶不动铰支承反力 相应的 图 2 . 1 1 4 屋 面 活 荷 载 作 用 下 的 内 力 图（ ） 的作用；（ ） 图（ ）（ 3）吊车荷载（考虑厂房整体空间工作） 厂房总长 102m，中间设一道伸缩缝，跨度为 24m，吊车起重量为 20t，由表 檩屋盖的单跨厂房空间作用分配系数 = 2 13 - （ a）吊车垂直荷载作用下 柱的情况 图 按如图 此， A、 B 柱顶剪力按图 22m i nm a xm a x =杆端反时针转） 22m i nm a xm a x = =绕杆端顺时针转为正 )相应的弯矩如图 图 2 . 1 1 5 吊 车 垂 直 荷 载 作 用 下 的 内 力 图 由于结构对称，故只需将 柱的内力对换，并注意内力变号即可。 （ b）吊车水平荷载作用下 左向右作用在 A、 内力，可按如图 - 14 - m ( 由式中5附图 当 y=附图 y=附图 当 y=内插法求得 相应的弯矩图如图 G m a - 15 - 图 2 . 1 1 6 吊 车 水 平 荷 载 作 用 下 的 弯 矩 图， 在这种情况下，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反（图 （ 4）风荷载 （ a） 风从左向右吹（图 先求柱顶反力系数 风荷载沿柱高均匀分布时，由附 图 对于单跨排架， A， 1211 1211 （ b）风从右向左吹（ 在这种情况下，荷载方向相反，弯矩图的方向与风从左向右吹的方向相反（图 4、最不利内力组合 - 16 - 由于结构对称，只需对 A（或 B）柱进行最不利内力组合，其步骤如下： 确定需要单独考虑的荷载项目。本设计为不考虑地震作用的单跨排架，共有八种需单独考虑的荷载项目，由于小轮无论向右或 向左运行中刹车时， A， 内力大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。因此，单独考虑的荷载项目共七项。 将各种荷载作用下设计控制截面（ 123内力 M， N（ 3）填入组合表（表 填表时要注意有关内力符号的规定。 根据最不利又最可能的原则，确定每一内力组的组合项目，并算出相应的组合值。计算中，当风荷载与活荷载（包括吊车荷载）同时考虑时，除恒荷载外，其余荷载作用下的内力均乘以 图 2 . 1 1 7 风 荷 载 作 用 下 的 内 力 简 图排架柱全部内力组合计算结果列入表 - 17 - 表 1。 排架柱内力组合表 柱号 截面 荷载项目 内力 恒荷载 屋面活荷载 吊车荷载 风荷载 内力组合 2 4 柱 柱 风 右风 ,V ,V ,V 项目 组合 值 项目 组合 值 项目 组合 值 m) 48 + +） +） ( 0 0 0 0 58 8 + 100 + +） 0. 6 588 147 0 0 0 1139 2 70 + + 433 1+） 0. 6 588 147 0 0 0 153 V 31 、排架柱设计 （ 1）柱截面配筋计算 （ a）最不利内力组合的选用 由于截面 3弯矩和轴向力设计值均比截面 2大，故下柱配筋由截面 3最 不利内力组合确定，而上柱配筋由截面 1最不利内力组合确定。经比较，用于上，下柱截面配筋计算的最不利内力组合列入表 (b)确定柱在排架方向的初始偏心距算厂0 （表 - 18 - 表 柱在排架方向l、 表中 ：0e=M/N ai 0； 0h/30的较大值； 1101 时，取he i； 时，虑吊车荷载0l=柱）， 0l=柱），不考虑吊车荷载0l= 4001 （ C）柱在排架平面内的配筋计算（表 表 柱在排架平面内的截面配筋计算 截 面 内力组 e (x ( 偏心 情况 s () 计算值 实配值 1（ M） 3 21 91 65=201 大偏心 N( 18 73 79 201 大偏心 63 （ 318） N 433 756 411 104 大偏 1885 1964 截面 内力组 0e (0h(ie(1 0l(h (2( 1 (m) 3 365 83 600 400 ( 98 365 218 1 7600 400 433 730 765 756 1 19350 800 04 765 530 1 9100 800 1153 - 19 - 3 65=421 心 (425) M 30 65 33 421 大偏心 1240 N 1153 表中 ： 、 2； x,上柱 ,c 下柱 当 时，57201 ； 当 时， ； ,A、上柱 0hx b, 9 9 0 0 025 7 2 02 000 ; 下柱 当 2fs 时 （ 取 35 , 2 1 9 0 0 0 257202 0010 当 0 fb 时 2190002765143031050000220100 ； 上柱或下柱 当 2时， 35300 00 ， 2 si （ d）柱在排架平面外承载力计算 上柱 不考虑吊车荷载时，按表 12900=154800mm,l0/b=15480/400=查混凝土规范知 =s=763 - 20 - 可以）( 7 4 3 0)(m a x 下柱 059m a x ， 当 考 虑 吊 车 荷 载 时 ， 查 表 ，00450(2800400,凝土规范表 ， ,1 9 6 4,5 8 故 可以）(115 3225 8)196 43002177 50015(588.0 m a N u （ 2）裂缝宽度验算 截面，当 ， 应的 ,5980 应作裂缝宽度验算。 1 由内力组合表可知，验算裂缝宽度的荷载标准组合值 M k m k 00400(m 5 0 01104 0 0 01102200 80015480 - 21 - 则纵向受拉钢筋 ( 5 97 6 5202纵向受拉钢筋 1676371942 6371059494300 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数 最大裂缝开展宽度为 满足要求）(m a (3) 柱牛腿设计 （ a）牛腿几何尺寸的确定 牛腿截面宽度与柱宽相等，为 400取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离 01 吊车梁端部为 340车梁轴线到柱外侧的距离为 750牛腿顶面的长度为 75001 相应牛腿水平截面高为 600+400=1000腿外边缘高度 001 ，倾角 =450 ，于是牛腿的几何尺寸如图 (b)牛腿配筋 由于吊车垂直荷载于下柱截面内，即 a=750 800= 50 0，故该牛腿可按构造要求来配筋纵向钢筋取 164 ， 箍筋取 1008 (图 - 22 - 图 2 . 1 1 8 牛 腿 的 几 何 尺 寸 及 配 筋 示 意 图 8(c)牛腿局部挤压验算 设垫板的长和宽为 400400部压力标准组合植 5884m a x , 故局部压应力为 04 0 04 7 1 0 0f （ 4）柱的吊装演算 (a)吊装方案：一点翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处（图 (b)荷载计算 上柱自重 牛 腿自重 下柱自重 7 计算简图如图 (c)内力计算 ) 1 7(22 - 23 - 弯矩图如 (d)截面承载力计算 截面 120 300,763,365,400400 故截面承载力 )(5365(300763)( 0可以 截面 2 220 300,1964,765,800400 故截面承载力 )(5765(3001964)( 0可以 (e)裂缝宽度演算 故承载力计算可知，裂缝宽 度演算截面 1筋应力如下： 3 - 24 - 图 2 . 1 1 9 柱 吊 装 演 算 简 0 0 0 0 0 087.0 按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率 取故)(a 实际上吊装阶段荷载为短期作用，最大裂缝宽度应为 足要求，对柱若采用平卧起吊，承载力和裂缝宽度将均不满足要求。 6、基础设计 （ 1）荷载计算 (a)由柱传至基顶的荷载 由表 设计植如下： - 25 - 第一组 1 5 3,a x 第二组 33m a x 第三组 2, 5 1m a x (b)由基础梁传至基顶的荷载 墙重（含两面刷灰） 窗重（钢框玻璃窗） 基础梁 45 由基础梁传至基础顶面荷载设计值为： 5G 对基础地面中心的偏心距 (C)作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值分别为 假定基础高度为 800+50+250=1100作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值： 第 一组 第二组 第三组 基础的受力情况如图 示。 - 26 - 图 2 . 1 2 0 基 础 底 面 尺 寸 的 确 定 基底尺寸的确定 由第二组荷载确定 l 和 b .1 ,取取解得由取 演算60 的条件 5 - 27 - 验算其他两组荷载设计值作用下的基底应力 第一组 （可以） 第三组 i a 5 64可以可以）因为该车间属于可不作地基变形计算的二级建筑物，所以最后确定基底尺寸为 （ 2）确定基底的高度 前面已初步确定基础的高度为 采用锥形杯口基础，根据构造要求，初步确定的基础剖面尺寸如图 于上阶底面落在柱 边破坏锥面之内，故 该基础只须进行变阶处的抗冲击切力验算。 （ a） 在个组荷载设计值