单层工业厂房课程设计计算书

1、下载可编辑单层工业厂房结构课程设计计算书学号 :学院：水利与建筑专业：土木工程.专业 .整理 .下载可编辑班级：1103姓名：一 设计资料1. 某金工车间 ，单跨无天窗厂房 ，厂房跨度 L=24m ，柱距为 6m ，车间总长度为 120m ，中间设一道温度缝 ，厂房剖面图如图所示 ：.专业 .整理 .下载可编辑2. 车间内设有两台双钩桥式起重机 ，吊车起重量为 200/50kN 。3. 吊车轨顶标高为 9.6m 。4. 建筑地点 ：哈尔滨。5. 地基：地基持力层为亚粘性层，地基承载力特征值为 fak =180kN/m 2。 最高地下水位在地表 15m 。6. 材料：混凝土强度等级为 C30，纵

2、向钢筋采用 HRB400 级，(360N/mm 2)箍筋采用 HPB235 级。 (300N/mm 2 )二 . 选用结构形式1. 钢屋盖 ，采用 24米钢桁架 ，桁架端部高度为1.2m, 中央高度为2.4m ，屋面坡度为12 ，屋面板采用彩色钢板 ，厚 4mm 。2. 预制钢筋混凝土吊车梁和轨道链接采用标准图 G325，中间跨 DL-9Z ，边跨 DL-9B，梁高 hb1.2m 。轨道连接采用标准图集G325.专业 .整理 .下载可编辑3. 预制钢筋混凝土取轨道顶面至吊车梁顶面的距离 ha 0.2m ， 故牛腿顶面标高 = 轨顶标高 - ha - hb =9.6-1.2-0.2=8.2查附录

3、 12 得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为 2.7m, 考虑屋架下弦至吊车顶部所需空间高度为 220mm, 故柱顶标高 =9.6+2.7+0.22=13.52m ，三 柱的各部分尺寸及几何参数上柱bh=400mm 400mm(g 1=4.0kN/m)Ai=b h=1.6 10 5m 2I1=bh 3/12=2.13 10 9mm 4图 1 厂房计算简图及柱截面尺寸下 柱bf hb f=400mm800mmh100mm 100mm.专业 .整理 .下载可编辑（ g2 =3.69kN/m ）A2 =100 400 2+ （ 800-2 100 ） 100+2 25 150=1.475 105 mm 2

4、I2=500 3 100/12+2 (400 100 3/12+400 100 300 2)+4 （25 3150/36+343.75 21/2 100 25 ）=8.78 10 10mm 4n=I 1/I 2=2.13 109 /(8.78 10 9)=0.248H1=3.6m ；H2 =3.6+8.6=12.2m 。=H 1 /H 2=3.6/12.2=0.295四荷载计算1. 恒荷载（ 1）屋盖自重SBS防水层1.20.1=0.12kN/m 220mm 厚水泥砂浆找平层1.20.02 20=0.48kN/m 2大型预应力屋面板 （包括灌缝重 ）1.21.4=1.68kN/m 2总 1g

5、1=3.3kN/m 2屋架1.260.5=72.6kN则作用屋架一段作用于柱顶的自重为：G1=6 93.3+0.5 72.6=214.5kN（2）柱自重上柱：G2 =1.2 3.64.0=17.28kN.专业 .整理 .下载可编辑下柱：G3 =1.2 8.63.69=38.08kN（3）吊车梁及轨道自重 ：G4=1.2 （30.4+0.8 6）=42.2kN2.屋面活荷载由荷载规范 查得屋面活荷载标准值为0.5kN/m 2 ，因屋面活荷载大于雪荷载0.4kN （50 年一遇），故不考虑雪荷载 。Q1 =1.4 0.5612=50.4kN3.风荷载由荷载规范 查得齐齐哈尔地区基本风压为0 =0.

6、45kN风压高度变化系数（按 B 类地面粗糙度取 ）为柱顶：（按 H2 =11.5m ）z=1.04檐口处： （按 H2 =13.8m ）z=1.11屋顶：（按 H2 =15.4m ）z=1.15风荷载标准值 ：1k= zs1z0=1.0 0.81.04 0.45=0.37kN/m 22k= zs2z0=1.0 0.51.04 0.45=0.23kN/m 2则作用于排架上的风荷载设计值为： q1 =1.4 0.37 6=3.15kN/mq2 =1.4 0.23 6=1.97kN/mFw= Q (s1+ s2) z0h 1+( s3+ s4) z0h 2B=1.4 （ 0.8+0.5 ） 1.1

7、1 0.45 2.3+ （ -0.6+0.5 ）1.15 0.45 1.6 6=11.85kN（屋面坡度为 1/8 ）风荷载作用下的计算简图如下图：.专业 .整理 .下载可编辑图 2 风荷载作用下计算简图4.吊车荷载由附表 16-2 查得Pk，max =180kN ；Pk，min =1/2(G+g+Q)-Pk，max=1/2(228+200)-180=46.5kNB=5600mm ，K=4400mm则根据支座反力影响线求出作用于柱上的吊车竖向荷载为：Dmax = c* Q * P k，max *yi=0.9 1.4180（1+0.267+0.8+0.067）=483.99kNDmin = c*

8、 Q * P k，min * yi =0.9 1.446.5（1+0.267+0.8+0.067）=125.03kN作用于每一轮子上的吊车横向水平刹车力Fh1= Q */4(Q+g)=1.4 0.1/4 （200+77.2 ）=9.702kN则两台吊车作用于排架柱顶上的吊车横向水平荷载为Fh= c* Fh1* yi=0.9 9.702 （1+0.267+0.8+0.067）.专业 .整理 .下载可编辑=18.63kN五内力计算1恒荷载（ 1）屋盖自重作用因为屋盖自重是对称荷载，排架无侧移 ，故按柱顶为不动铰支座计算。由厂房计算简图及柱截面尺寸图取用计算截面图图 3 取用计算截面e1=0.05m

9、,e 0 =0.15m,G 1=214.5kN,根 据n=0.248 ， =0.295查 表 得C1 =1.760 ，C3=1.268 ，则可得R=-G 1/H 2(e1*C1 +e 0 *C3 )=-214.5/12.2 (0.05 1.760+0.151.268)=-4.97kN( )计算时对弯矩和剪力的符号规定为：弯矩图绘在受拉一边；剪力对杆端而言，顺时针方向为正 （V），剪力图可绘在杆件的任意一侧，但必须注明正负号 ，亦即取结构力学的符号。这样，由屋盖自重对柱产生的内力.专业 .整理 .下载可编辑如下图：图 4 恒荷载内力图M =-214.5 0.05+4.97 3.6=7.17kN

10、mM =-214.5 0.15+4.97 3.6=-14.28kN mM =-214.5 0.15+4.97 12.2=28.46kN mN= N =N =214.5kN ，V=4.97kN（ 2）柱及吊车梁自重作用由于在安装柱子时尚未吊装屋架，此时柱顶之间无连系 ，没有形成排架 ，故不产生柱顶反力 ；因吊车梁自重作用点距离柱外边缘不少于750mm ，则内力如下图 4 所示：M =0 ，M =M =+42.2 0.50-17.28 0.15=18.51kN m.专业 .整理 .下载可编辑N =17.28kNN =17.28+42.2=59.48kNN =59.48+35.50=94.98kN2

11、.屋面活荷载作用因屋面活荷载与屋盖自重对柱的作用点相同，故可将屋盖自重的内力乘以下列系数 ，即得屋面活荷载内力分布图如图4 所示，其轴向压力及剪力为：Q1/G 1=50.4/214.5=0.235N= N = N =50.4kN ，V=0.235 4.97=1.168kN3.风荷载作用为计算方便 ，可将风荷载分解为对称及反对称两组荷载。在对称荷载作用下，排架无侧移 ，则可按上端为不动铰支座进行计算；在反对称荷载作用下，横梁内力等于零 ，则可按单根悬臂柱进行计算。图 5 柱作用正风压图当柱顶作用集中风荷载 Fw 时， R11 Fw111.85 5.93kN22.专业 .整理 .下载可编辑当墙面作

12、用均布风荷载时，查表得 C11=0.355 ，则得R3= C 11 H21/2(q 1-q 2)=0.355 12.21/2 (3.15-1.97)=2.56kN当正风压力作用在A 柱时横梁内反力R：R=R1+R3=8.49kNA 柱内力图如图 6 所示，其内力为M=(F w -R)x+1/2q 1x2M =M =(11.85-8.49) 3.6+1/2 3.15 3.62=36.07kN mM =(11.85-8.49) 12.2+1/2 3.15 12.22=275.42kN mN=N =N =0V=(Fw-R)+q 1x=(11.85-8.49)+3.15 12.2=42.14kN图柱作

13、用正风压图柱作用负风压当负风压力作用在 柱时（如图所示），其内力为.专业 .整理 .下载可编辑M=-Rx 1/2q x2M =M =-8.49 3.61/2 1.973.62=-43.33kN mM =-8.49 12.2 1/2 1.9712.22 =-250.19kN mN=N =N =0V=-R-q 2x=-8.49-3.15 12.2=-32.52kN4吊车荷载(1) 当 Dmax 值作用于 A 柱 （如图 8-a 所示）根据 n=0.248 ，=0.295 查表得 C3=1.268 。吊车轮压与下柱中心线距离按构造要求取 e4=0.35m ，则得排架柱上端为不动铰支座时的反力值为：R

14、1=-D max e4 C3 /H 2=-483.99 0.351.268/12.2=-25.15kN()R2=-D min e4 C3/H 2=-125.03 0.351.268/12.2=6.50kN( )故 R=R1+R 2=-25.15+6.50=-18.65kN()再将 R 值反向作用于排架柱顶，按剪力分配进行计算。由于结构对称，故各柱剪力分配系数相等，即 A= B=0.5 。（ 如图 8-b 所示）各柱的分配剪力为 ：V=- V = R=0.5 18.65=9.33kN( )ABA最后各柱顶总剪力为 ：VA= V A-R1=9.33-25.15=-15.82kN()VB = V B

15、-R2=9.33+6.50=-15.83kN().专业 .整理 .下载可编辑图 8 吊车竖向荷载作用时柱顶剪力(a)上端为不动铰支座时(b)柱顶作用R 时则 A 柱的内力为 ：（如图 9-a 所示）M =-V Ax=-15.82 3.6=-56.95kN mM =-V Ax+D max e4 =-56.95+483.99 0.35=185.05kN mM =-15.82 12.2+483.99 0.5=48.99kN mN =0kNN =N =483.99kNV=V A=-15.82kN( ).专业 .整理 .下载可编辑图 9 吊车竖向荷载对A 柱内力图(a)当 Dmax 作用于 A 柱时(b

16、)当 D min 作用于 A 柱时(2) 当 Dmin 值作用于 A 柱时（如图 9-b 所示）M =-V Ax=-15.82 3.6=-56.95kN mM =-V Ax+D min e4=-56.95+125.03 0.35=5.57kN mM =-15.82 12.2+125.03 0.35=-130.49kN mN =0kNN =N =125.03kNV=V A=-15.82kN( )(3) 当 Fh 值自左向右作用时 ()由于 Fh 值同向作用在 A、 B 柱上，因此排架的横梁内力为零，则得 A 柱的内力：（如图 10 所示）.专业 .整理 .下载可编辑图 10 吊车横向水平作用（

17、a）吊车横向水平作用于排架（b）横向水平作用时M =M =Fh x=18.63 1.0=18.63kNM =18.63 (9+0.6)=178.8kN mN=N =N =0V=F h=18.63kN( )(4) 当 Fh 值自右向左作用时 ()其内力值与当 Fh 值自左向右作用时相同 ，但方向相反 。六内力组合单跨排架的 A 柱与 B 柱承受荷载的情况相同 ，故仅对 A 柱在各种荷载作用下的内力进行组合 。表 1 为 A 柱在各种荷载作用下内力汇总表 ，表 2 为 A 柱承载力极限状态荷载效应的基本组合 ，表 3 为 A 柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合及准永久组合 。表 1 为 A 柱在

18、各种荷载作用下内力汇总表.专业 .整理 .荷载种类荷载编号MN -M kN kMN- M kN kMNV- M kN kVk下载可编辑屋面风荷载吊车荷载恒荷活荷Fh ( )Fh ( )载左风右风D maxDmin载123456787.171.6836.07-43.33-56.95-56.9518.63-18.63231.7850.45.981.425.76-30.95-40.68-40.6813.31-13.31193.1536.04.23-3.54185.055.5736.07-43.3318.63-18.63274.950.4483.99125.033.53-2.53132.183.992

19、5.76-30.9513.31-13.31229.0836.0345.7189.31-250.1-130.4-178.846.976.69275.4248.99178.85995273.9850.4483.99125.034.971.16842.14-32.52-15.82-15.8218.63-18.63-175.9-127.739.144.78194.1934.99-93.21127.7565228.3236 0345.7189.314.140.8329.66-23.06-11.3-11.313.31-13.31.专业 .整理 .下载可编辑注：（ 1）内力的单位是 kN m ，轴力的单位是

20、 kN ，剪力的单位是kN ；（2）表中弯矩和剪力符号对杆端以顺时针为正，轴向力以压为正 ；（3）表中第 1 项恒荷载包括屋盖自重 、柱自重、吊车梁及轨道自重 ；（4）组合时第 3 项与第 4 项、第 5 项与第 6 项、第 7 项与第八项二者不能同时组合 ；（5）有 Fh 作用时候必须有Dmax 或 Dmin 同时作用 。表 2 为 A 柱承载力极限状态荷载效应的基本组合组合组合内- - 荷载力名称MNMNMNV1+0.9(2+3)1+0.9(3+5+7)1+0.9(2+3+5+7)M max277.1220.0710.4754.932.62505.9346.4840931+0.9(2+4+

21、6由可变荷载效应控1+0.9(4+6+8)1+0.9(4+6+8)+8)制的组合M max-99.8231.7-49.7432.7-456.6386.5-55.3（简化规则 ）G SGK 0.95819110n1+0.9(2+4+61+0.9(2+3+5Qi SQiK1+0.9(2+3+5+7)i 1+8)+7)N max-98.3277.1216.8755.8754.9505.9346.4844253Nmin1+0.9(4+6+8)1+0.9(4+6+8)1+0.9(4+6+8).专业 .整理 .下载可编辑-99.8231.7-46.5387.4-456.6386.5-55.35823110

22、注：由永久荷载效应控制的组合：其组合值不是最不利 ，计算从略 。表 3 A 柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合组合组合内荷载力名称M max, k由可变荷载效应控制的组合（简化规则 ）M max, kSGKSQ 1Knci SQiKcii2值：活： 0.7；N max,k风： 0.6；吊车：0.7N min, k- -M kN kM kN kM kN kVk1+5+0.6 3+0.71+3+0.7 21+3+0.7(2+5+7)7218.3495.532.725160.48574.79350.59235.791+4+0.7(2+6+81+4+0.7(6+8)1+4+0.7(6+8)-76.8

23、193.1-291.4290.8-36.195-35.72316.809451+5+0.63+0.71+3+0.7 21+5+0.63+0.7(2+7)（ 2+7 ）218.3599.232.725158.71599.99283.42320.351+4+0.7(6+8)1+4+0.7(6+8)1+4+0.7(6+8)-76.8193.1-291.4290.8-36.195-33.94291.60945.专业 .整理 .下载可编辑注：对准永久组合计算，其值要小于标准组合时的相应对应计算值，故在表中从略 。七柱子设计1.上柱配筋计算从表 2 中选取两组最不利的内力M 1=-99.85kN m ；N

24、 1 =231.78kN 。M 2=-98.34kN m ；N 2 =277.14kN 。(1) 先按 M 1，N1 计算l0 /h=2 3600/400=185, 故需要考虑纵向弯曲影响 ，其截面按对称配筋计算，偏心距为 ：e0=M 1/N 1=99.85/231.78=0.431mea=h/30=400/30=13.33mm20mm ，取 20mmei=e 0+e a=431+20=451mm1=0.5f cA/N=0.5 14.31.6105/(231.78 103)=4.91.0取1=1.0又 l0 /h=1815 ，故取 2=1.15-0.01 l0/h=1.15-0.01 18=0

25、.97=1+1 .专业 .整理 .下载可编辑2=1+1.00.97=1.199ei=1.199 451=532.75mm0.3h0=109.5mm故按大偏心受压计算则 e= ei +h/2-a s=532.75+400/2-35=697.75mmb=0.482N 1f cbh 0 =N/( 1 fcbh 0 )=231.78 103/(1.0 14.3 400365)=0.111 bh0 =0.111 365=40.5mm2a s =70mm不满足，则取 x=2a s =70mm=2a s /h 0=70/365=0.1922(1-0.5 )/f y(h0 -a s)As=A s =Ne- 1

26、 fcbh 0e= ei+h/2-a s=532.75+400/2-35=697.75mmAs=231.78 10 3 697.75-1.0 14.3 400 365 2 0.192 (1-0.5 0.192)/360 (365-35)=247.96mm2因 As=247.96mm 2 1.0取1=1.0又 l0 /h=1815 ，故取 2=1.15-0.01 l0/h=1.15-0.01 18=0.97=1+1 2=1+1.00.97=1.233ei=1.233 378=466.07mm0.3h0=109.5mm故按大偏心受压计算则 e= ei +h/2-a s=466.07+400/2-3

27、5=631.07mmb=0.482N 1f cbh 0 =N/( 1 fcbh 0 )=277.14 103/(1.0 14.3 400365)=0.133 bh0 =0.133 365=48.5mm min bh=0.002 400 400=320mm 2 取 As=358.82mm 2配置 220 （As=628mm 2 ）综 合 两 组 计 算 结 果 ， 最 后 上 柱 钢 筋 截 面 面 积 每 侧 选 用 (2 20（ As=628mm 2）)2.下柱配筋计算从表 2 中选取两组最不利的内力M 1=-456.61kN m ；N 1=386.51kN 。M 2=505.93kN m

28、； N2 =754.93kN 。(1) 先按 M 1，N1 计算l0 /h=8600/800=10.755, 故需要考虑纵向弯曲影响 ，其截面按对称配筋计算，其偏心距为 ：e0=M 1/N 1=456.61/386.51=1.181mea=h/30=800/30=26.67mm20mmei= e 0 +e a=1181+26.67=1207.67mm1=0.5f cA/N=0.5 14.31.475 105 /(386.51 103)=2.731.0取1=1.0又 l0/h=10.7515 ，故取 2=1.0.专业 .整理 .下载可编辑=1+12=1+1.01.0=1.059则 e= ei +

29、h/2-a s=1278.92+800/2-35=1643.92mm先按大偏心受压计算相对受压区高度x，并假定中和轴通过翼缘，则有， xh 3f =112.5mm,b=0.550,x=N/(1 fcbf )=386.5110 /(1.014.3400)=67.57mmmin A=0.002 1.475105mm 2=295mm2(2) 再按 M 2， N2 计算（M 2 =505.93kN m ；N 2=754.93kN ） e0=M 2/N 2=505.93/754.93=0.670mea=h/30=800/30=26.67mm20mm ei= e 0 +e a=670+26.67=696.

30、67mm.专业 .整理 .下载可编辑1=0.5f cA/N=0.5 14.31.475 105 /(754.93 10 3)=1.3971.0取1=1.02=1.0=1+1 2=1+1.01.0=1.102则 e= ei +h/2-a s=1.102 696.67+800/2-35=1133mm先按大偏心受压计算相对受压区高度x，并假定中和轴通过翼b=0.550,x=N/(3缘，则有，x hf =112.5mmx2a s=70mm ，按中和轴在腹板内的大偏心受压对称配筋计算 。3-1.0 14.3(400-100)x=N- 1fc(bf -b)h f /( 1 fcb) =754.93 101

31、00/(1.0 14.3100)=227.92mm-0.5x) -a s)=754.93103As=A s =Ne- 1 fcb f x(h01f c(bf -b)h f (h0- h f )/f y(h01133-1.0 14.3400 67.57 (765-0.5 67.57)- 14.3 (400-100) 100(765-100)/360 (765-35)=1093mm2.专业 .整理 .下载可编辑 min A=0.002 1.475 105mm 2=295mm 2综合两组计算结果 ，最后上柱钢筋截面面积每侧选用(422（As=1520mm 2）)3.柱裂缝宽度验算(1) 上柱从表 -

32、3 中取一组正常使用极限状态荷载效应的组合值进行裂缝宽度验算：M k= 76.89kN m ,N k= 193.15kNe0=M k/N k=0.398mte =A s/A te=A s/(0.5bh)=628/(0.5 400 400)=0.0078514 ；1=1.0 ；2=0.97s=1+1.00.97=1.157则 e= se0+h/2-a s=1.157 398+400/2-35=625mm， z=0.87-0.12(1-/e)2h 0f=0f)(h0=0.87-0.12(1-0) (365/625) 2 365=303mm按荷载标准组合计算的纵向受拉钢筋应力sk=N k(e-z)/

33、(zA s)=193.15 10 3(625-303)/(303 628)=326.8N/mm2裂缝间钢筋应变不均匀系数为:=1.1-0.65f tk /( te sk)=1.1-0.65 2.01/(0.01 326.8)=0.7max =2.1 (sk/Es)(1.9c+0.08d eq /p te).专业 .整理 .下载可编辑=2.1 0.7(326.8/200000) (1.925+0.08 20/0.001)=0.498mm0.3mm不满足要求 ，故重新配置钢筋 ：420（As=1256mm 2）则te=0.0157 ；sk=163.42N/mm2=1.1-0.65f tk/( te

34、 sk)=1.1-0.65 2.01/(0.01 163.42)=0.591故max =2.1 (sk/Es)(1.9c+0.08d eq /p te)=2.1 0.591 (163.8/200000) (1.925+0.08 20/0.001)=0.21mm0.3mm满足要求 。(2) 下柱从表 -3 中取一组正常使用极限状态荷载效应的组合值进行裂缝宽度验算：M k= 350.59kN m ,Nk= 495.52kNe0=M k/N k=0.708mte =A s/A te=A s/(0.5bh)=628/(0.5 400 400)=0.0238因为l0/h=10.7514 ；1=1.0 ；

35、s=1.0则 e= se0+h/2-a s=1.0 708+400/2-35=1073mm112.5/(100 765)=0.441f=(b f -b)h f /(bh 0)=(400-100)z=0.87-0.12(1- f)(h 0/e) 2h 0=0.87-0.12(1-0.441) (765/1073) 2 765=639.5mm按荷载标准组合计算的纵向受拉钢筋应力.专业 .整理 .下载可编辑sk=N k(e-z)/(zA s)=495520 (1073-639.5)/(639.5 1520)=354.78N/mm 2裂缝间钢筋应变不均匀系数为:=1.1-0.65f tk /( te sk)=1.1-0.65 2.01/(0.0206 354.78)=0.917max =2.1 (sk/Es)(1.9c+0.08d eq /p te)=2.1 0.917 (354.78/200000) (1.925+0.08 22/0.0206)=0.287mm0.3mm满足要求 。4.运输、吊装阶段验算(1) 荷载计算上柱矩形截面面积 0.16m 2 下柱矩形截面面积 0.32m 2下柱工字形截