单层工业厂房结构课程设计

1、、设计条件1.1工程概况某厂装配车间为一双跨钢筋混凝土厂房，跨度为 24米，长度为90.48米，柱 顶标高为13.5米，轨顶标高为9.8米，厂房设有天窗，采用两台20t和一台30/5t 的A4工作制吊车。屋面防水层采用二毡三油，维护墙采用240mm厚的转砌体，钢 门窗，混凝土地面，室内外高差为 150mm，建筑剖面图详见图1.1.2结构设计资料自然条件：基本风压值为0.35KN/m2，基本雪压值为0.45KN/m2地质条件：厂区自然地坪以下为 0.8m厚填土，填土一下为3.5m厚中层中密粗砂土（地基承载力特征值为250KN/m2），再下层为粗砂土（地基承载力特征值为350KN/m2），地下水位

2、在地面下2.5米，无腐蚀性。1.3吊车使用情况车间设有两台20t和一台30/5t的A工作制吊车，轨顶标咼为9.8米，吊车的主要 参数如下表：起重吊车宽度轮距K(m)吊车总重小车重gk (KN)最大轮压最小轮压300/506.154.8365117280651.4厂房标准构件选用情况1.4.1屋面板采用1.5X6m预应力钢筋混凝土屋面板，板自重标准值为1.4kN/m2。1.4.2天沟板天沟板自重标准值为12.1KN/块，积水荷载以0.6KN/m计 天窗架门窗钢筋混凝土天窗架，每根天窗架支柱传到屋架的自重荷载标准 值为27.21.4.3屋架采用预应力钢筋混凝土折线型屋架，自重标准值为106KN/f

3、fi。1.4.4屋架支撑屋架支撑的自重标准值为0.05kN/m21.4.5吊车梁吊车梁为先张法预应力钢筋混凝土吊车梁，吊车梁的高度为 1200mm，自重标准值为44.2kN/根。轨道及零件重标准值为1kN/m， 轨道及垫层高度为200mm。1.4.6基础梁基础梁尺寸；基础梁为梯形截面，上顶面宽300mm，下底面宽200mm,高度 450.每根重 16.7KN。1.5 材料选用混凝土：采用 40 钢筋：纵向受力钢筋采用 HRB40Q箍筋采用HRB335.1.5.2基础 混凝土：采用 C40 钢筋：采用HRB335级钢。1.5.3 屋面做法20 厚 1 ： 3 水泥砂浆找平层（重力密度为 20KN

4、/m3） 冷底子油两道隔气层 0.05KN/m2 100厚泡沫混凝土隔热层（抗压强度 4MPa,重力密度5KN/m3）15厚 1:3水泥砂浆找平层（重力密度 20KN/m3）1.6 屋面或则在标准值的取值1.7 相关建筑材料的基本数据钢筋混凝土容重 25kN /m3 水泥砂浆容重 20kN / m3 石灰水泥混合砂浆容重 19kN /m3240 厚双面粉刷机制砖墙重 19kN /m3钢门窗自重0.40kN /m2防水层自重0.35KN/m2找平层自重0.40kN /m2计算参柱号截面尺寸/ mm面积/ mm2惯性矩/ mm4自重/ kN/mA上柱矩 400 5002.010541.7 1085

5、.0,C下I400 1000*100*11.980 1256.34 14.95柱500508B上柱矩 500 6003.010590 1087.5图1.1建筑剖面图二、计算简图的确定2.1计算上柱高及柱全高根据任务书的建筑剖面图:上柱咼H u =柱顶标咼-轨顶标咼+轨道构造咼度+吊车梁咼=13.5-9.8+1.2+.02=5.1m标咼=吊车梁顶标咼-吊车梁咼=13.5-0.2-1.2=12.1m 全柱高H=柱顶标高一基顶标高=13.5- (-0.5) =14.0m 下柱高 Hl =H-Hu=14.0-5.1=8.9m入=Hu/H=5.1/14=0.3642.2初步确定柱截面尺寸2.1 0根据柱

6、的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表 表2.1柱截面尺寸及相应的计算参数排架计算单元和计算简图如下图所示。下柱I500 1200*100*1502.500 103 * 5496.511086.25图2.1计算单元和计算简图三、荷载计算3.1恒载3.1.1屋盖结构自重二毡三油防水层0.35KN/m2100厚泡沫混凝土隔热层0.5KN/m2 20m厚1 : 3水泥砂浆找平层0.4kN / m2 冷底子油两道隔气层0.05KN/m2 预应力混凝土屋面板（包括灌缝）1.4kN /m215厚1:3水泥砂浆找平层0.3KN/m2屋盖支撑0.05kN / m20075(1*011!(

7、J00飞3.1荷载作用位置图（单位:kN）3.2屋面活荷载标准值屋面活荷载标准值为0.5KN/m2,雪荷载标准值为0.45KN/m2,后者小于前者，故仅 按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为Q1 =1.4*0.5*6*24/2=50.40KNQi的作用位置与G作用位置相同，如图3.1所示。3.3风荷载某地区的基本风压Wo=0.35kN/m2，对q1, q2按柱顶标高13.5m考虑，查规范得z 1.098，对Fw按天窗檐口标高14.8m考虑，查规范得z 1.134。屋顶标高15.80m考虑，查规范得z 1.158。天窗标高20.12m考虑，查规范得z 1.252。风载体型系数s的分布如图下

8、:n-J,_ = =-/r.图3.2风荷载体型系数及排架计算简图则作用于排架计算简图（图3.2）上的风荷载设计值为：3.4吊车荷载根据B与K及支座反力影响线，可求得图3.3吊车荷载作用下支座反力影响线 3.4.1吊车竖向荷载由公式求得吊车竖向荷载设计值为：=1.4X 280 X（ 1+0.267+0.8+0.067 =836.5KN3.4.2吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为： 作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为： 其作用点到柱顶的距离y=Hu he 5.1 1.23.9m, y/Hu 3.9/5.10.765四、内力计算4.1恒载作用下排架内力分析该厂房为两跨等高

9、排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。其中柱的剪力分配系数i计算，见表4.1 0表4.1柱剪力分配系数柱别A、C柱B柱对A、C柱，已知n0.109,0.295由规范公式:在G1 乍用下:2 1 2 112(1-)310. 3642( 1 厂乔)30. 1092 321 12 113(-1)10. 36431)n0.109因此，在M2共同作用（即在G1作用下）柱顶不动铰支承的反力:J ir 1 11 T f 1-1 111I M 1IIH.IllJl1-l+1I+ !4.1恒载作用下排架内力图4.2在屋面活荷载作用下排架内力分析4.2.1AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图2.1 a所示，其中Q

10、=40.32KN,它在柱顶及变阶处引引起的力矩为:对 A 柱，0=2.321, C3 =0.934对 B 柱，G =1.721则排架柱顶不动铰支座总反力为:co将R反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可 得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即Ch.-0.5?i Fib丄?-1=1 二2口 *9 29圧图4.2AB跨作用屋面活荷载时排架内力图 4.2.2BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨与AB跨作用的荷载相同，故只需将图 方向调整一下即可，如图4.3所示。4.2中个内力图的位置及1=i111_C?/i111mO 9公J-厂山*T-1 H :*2 52il

11、l?GJ1VW上丿2/图4.3BC跨作用屋面活荷载时排架内力图4.3吊车荷载作用下排架内力分析4.3.1Dmax作用在 A柱A柱：Mmax,kDmax,ke3603.5 0.3 181.05kN mB柱: Mmin,k Dmink179.3 0.75134.48kN m对A柱 C3 1.132 RA181.05KN.m 1.13215.89KN对 B柱 C3RbMacVC31 2 1.28513(1 1)n134.45KN.m 1.28513.40KN12.9mMbcVC312.9m()R RaRb15.89KN13.40KN2.49 KN排架各柱顶剪力分别为:VaRaaR15.89KN0.2

12、862.49KN1548KN ()VbRbbR13.40KN0.4292.49KN14：47KN ()VCCR 0.2862.49KN0.74KN ()排架各柱的弯矩图，轴力图和柱底剪力值如图4.4所示。4.4 Dmax作用A柱时排架内力图4.3.2 Dmax作用在B柱左柱顶不动铰支座反力RA , RB及总反力R分别为:RAMC3A H 3MbcTC3Rb53.78KN .m 一1.13212.9m452.63KN.m 从/、1.285 45.09KN ()4.72KN ()12.9mR Ra Rb4.72 KN 45.09KN40.37KN ()各柱顶剪力分别为:VaRaar 4.72 KN

13、0.286 40.37KN16.27KN ()VbRbbR 45.09 KN0.429 40.37 KN 27.77KN ()VcCR 0.28640.37 KN 11.55KN ()排架各柱的弯矩图,轴力图及柱底剪力值如图4.5所示Il I J:* 11 .111 1-1 11111 _111|11*11r:-H 7 -1A-4.5 Dmax作用B柱左时排架内力图4.3.3Dmax作用在B柱右根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与Dmax作用于B柱左的情况相同,只需将A, C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图4.6所示。I- II11/ 11, * 1111 r 1- w -i

14、亠5,故应考虑偏心距增大系数2699600N0 = 0.514.3N/mm 400mm 600mm =2.4531.0取 1=1.0.=1.186e 1.412=1.15=10.01 上=1.15 h11400色h0lch0.01=11仙7600mm600mm=110232 1.0，取1（760001400些（而）5601.0 1.06996001.0 14.3 400 5600.218354.7mm500.13mm0.3h0168mm , Nb N627.89KN取x=2as进行计算选 320As=942mm2金 400 600 0.39% O.2%，满足要求垂直于排架方向柱的计算长度l0=

15、1.25X3.8m=4.75m,则 l0/b 4750/6007.916 81.003500.8kN N max 724.8kN满足弯矩作用平面外的承载力要求。622下柱的配筋计算取ho 1000 40 960mm，与上柱分析方法类似，选择下列两组不利内力:M=667.73kN*mM=554.37kN*m 旷N=1437.61kNN=828.66kN(1) 按 M=667.73kN*m N=1437.6kN计算下柱计算长度 I o=1.0Hc=9.1m,附加偏心距 ea=1000/30=33mm(20mm) B=100mm,b=400mm,h=150mm巳=皿爪=故应考虑偏心距增大系数，取E

16、2=1.0=1(叫21400 hho1 140019100 2(100)2 1.0 0.945 1.1084971000960故为大偏心受压。N x= 一1437600 1.0 14.3 (400 100) 1501.0 14.3 1001000as 550.7 102555.3mm1010.7mmNeAsAs 1 1fc(bf b)hf(ho -hf)x1 fcbx(ho -)f y ( ho as 7 1.0 14.3 (400 100) 150 (960 型)1.0 14.3 1000 555.3 (960 55)七、腿设计7.1A柱牛腿设计根据吊车梁支承位置、

17、 所示。其中牛腿截面宽度截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图7.1b=400mm 牛腿截面高度 h=600mmh0=565mm图7.1牛腿尺寸简图7.1.1牛腿截面高度验算2=0.65, ftk 2.01N/mm ， Fhk a 150mm 20mm 130mm贝U:故牛腿截面高度满足要求。7.1.2牛腿配筋计算由于 a 150mm 20mm 据构造要求，As minbh 0.00224 16(As 804mm )由于a/h00.3，则可以不设置弯起钢筋，箍筋按构造配置，牛腿上部2h0/3范围内水平箍筋的总截面面积不应小于承受Fv的受拉纵筋总面积的1/2。箍筋为8100。7.1.3牛腿局

18、部承压验算设垫板尺寸为400X 400mm,局部压力标准值：0(牛腿顶面无水平荷载),0，取a0 , Fvk按下式确定:130mm400mm0,因而该牛腿可按构造要求配筋。根2600mm480mm，实际纵向钢筋取故局部压应力Fvksk6537004.09N / mm2 0.75 fc 10.73N /mm2400 400满足要求。7.2B柱牛腿设计对于B柱牛腿根据吊车梁支承位置，截面尺寸及构造要求，初步拟 定牛腿尺寸，如图7.2所示。其中牛腿截面宽度b=400mm，牛腿截面高度 h=1050mm， ho 1015mm图7.2牛腿尺寸简图7.2.1牛腿截面高度验算其中0.65, ftk 2.01

19、N /mm2,Fhk 0, a=250mm+20mm=270, Ftk按下式确定:故牛腿截面高度满足要求7.2.2牛腿配筋计算As=p minbh=0.002 400X 1050=840mm 2按840mm 2配筋，选用41$ (As=1017mm 2)，水平箍筋选用8100.八、柱的吊装验算8.1A柱的吊装验算8.1.1柱的吊装参数采用翻身起吊。吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。柱插入杯口深度为h1 o.9 900mm 810術，取h1 850俪，则柱吊装时总长度 为5.1+8.9+0.85=14.85m,计算简图如图8.1所示。q3q21，VV 1uun .1* l 3=9750

20、4,6001 3800 1(3610 ,1 1t)M|m0M3图8.1柱吊装计算简图03122 225 丄22 18.1.2内力计算柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即 在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为：2 10.6m）2 才M28.1kN/m (3.8m(20.25kN/m 8.1kN/m) 0.62m273.63kN mRAl31如尹3M2l39.50kN / m9.75m38.76kN9.75mM3=Rx-l q3x22令dM 3dxRaq3x0 得 x RA/q338.76kN /9.5kN / m 4.08m 则下柱段最大弯矩M3为:柱截面受弯承载力及裂缝宽度

21、验算过程见表8.1表8.1柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱52.49( 39.25)73.63( 54.54)133.0448.890.26-0.48V02 取0.20.16v0.2（满足要 求）0.030.9X346.70.9X88.1=79.29153.5=138.2142.3108.4-0.0480.2,取0.20.1730.2取 0.20.07V0.2满足要求）0.0370.2 （满足要 求）8.2柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表 表8.2柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表九、基础设计GB500072002建筑地基基础设计规范规定，对于 6m柱距的单层多跨厂房，其地基

22、承载力特征值100kN/m2 fak 130kN/m2，吊车起重量150200KN，厂房跨度I 24m，设计等级为丙级时，可不做地基变形验算。 本设计满则上述要求，故不需做地基变形计算。基础混凝土强度等级采用C40。9.1A柱基础设计9.1.1作用与基础顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（ , N，V，以及外墙自重重力荷载。前者可由表5.2中的III III截面选取，见表9.1，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲 切承载力验算和底板配筋计算，内力的正号规定见图9.1。表9.1基础设计的不利内力组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合1第一组474.21877.65

23、58.95314.81679.643.09第二组-537.1617.56-53.39-380.36493.87-36.12第三组13.19986.28-5.3912.51757.24-2.87240 . 900400Nv3600-1.6506000hI+0.000图9.1基础荷载示意图由图9.1可见，每个基础承受的外墙总宽度为 6.0m，总高度为15.00m，墙体为240mm实心砖墙(5.3KN /m3)，钢门窗(0.4KN /m2)，基础梁重量为(300mm+200mm)X500mm/2=18.75KN/根。每个基础承受的由墙体传来的重力 荷载为：240mm厚砖墙钢门窗 0.4KN /m2

24、(5.1m 1.8m) 3.8m9.94KN基础梁18.75KNNwk距基础形心的偏心距 氐为:按构造要求拟定高度h柱的插入深度 h-i 0.9hc 0.9 900mm 810mm 800mm ,取h-, 850mm ,由杯底厚度a1应大于200mm，取a-250mm，则h=850mm+250mm+50mm=1150mm。2基础顶面标高为-0.500m,故基础埋置深度d为:d=h+0.5m=1.15m+0.7m=1.850m杯壁厚度t 300mm ,取325mm,基础边缘高度a?取350mm,台阶高度取400mm。拟定基础底面尺寸取 A bl 4m 3.6m14.4m2计算基底压力及验算地基承

25、载力承载力，其中1.2fa=12X180kN/m=216kN/m,验算结果见表9.2。可见，基础底面 尺寸满足要求。表9.2基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第一组第二组第三组341.81-380.5612.51679.6493.87757.2443.09-36.12-2.891538.221352.491615.86205.64-607.80-176.53128.24157.23130.6085.3930.6193.82106.893.7180112.2180180128.2216157.2216130.62169.1.3基础高度验算这时应采用基底净反力设计值Pj, Pj,max和Pj,

26、min可按式（2.7.3）计算，结果见表9.3。对于第二组内力，按式（2.7.3）计算时，Pj,min0，故对该组内力应按式（2.7.7）计算基底净反力，即：表9.3基础底面净反力设计值计算表类别第一组第二组第三组474.21-537.113.19877.65617.56986.2858.95-53.39-5.391268.631008.541377.26319.14-821.36-215.87121.3454.8157.48118.136073.15821.36 CC一 e= 0.814m1008.54b a=-4e 0.8141.186m2由式（2.7.7）得:因台阶高度与台阶宽度相等（均

27、为 400mm） ，所以只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力计算简图如图 9.2所示，变阶处截面有效高度h0 750mm （40mm 5mm） 705mm 。因为 at 2 h0 1200mm2 705mm 2610mm l 3600mm ，故 A 按下式计算，即:由式（）得:a1 1.2m ，因为 a1 2h02610mm l 3600mm ，故取 ab l 2.61m ，由式（）得：h=750mmv800mm,取 bp1.0； ft 1.1N/mm2，贝U由式（2.7.9）得:0.7 hp ft amh00.7 1.01.1 1900 705 1031.415103N 1031

28、.415kN Fl 210.37kN故基础高度满足要求。9. 1 .4基础底板配筋计算 基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如图 设计值在柱边及变阶处的地基净反力计算见表其中第 力示意图见图 9.2，第 2组内力产生的基底反力示意图见图；9 . 2所示。三组不利内力 1， 3 组内力产生的基底反 用表列公式计算第 22.602/3.752 代替，且 pj,max0。组内力产生的pj和pj,川时，相应的2.45/4和2.85/4分别用2.202/3.752和图9.2变阶处的冲切破坏截面及基础底板配筋计算截面 柱边及变阶处弯矩计算表9.4柱边及变阶处基底净反力计算公式第一组第二组第三组95.

29、5891.32100.70102.23107.91105.20108.46123.46109.42111.79131.76111.6788.177.895.64配筋计算基础底面受力钢筋采用HP B235级(fy 210N/mm2)。长边方向钢筋面积为:NV-tcI二 USE7TL“； 儿 Ml；斗 E77二COMMR%百叫.一 Hl产rem显Asi = M/0.9h ofy=381.8O X 106/0.9 X (1150-45) X 210=1828mmAsm =Mt/0.9h 0fy=443.17 X 106/0.9 X (750-45) X 210=3326mm 选用* 2090( As

30、=3770mn)基础底板短边方向钢筋面积为：A” =M/0.9(h 0-d)f y=363.18 X 106/0.9 X (1150-45-10) X 210=1755mmAw=M/0.9(h 0-d)f y=222.65 X 106/0.9 X (750-45-10) X 210=1695mm选用* 1490( As=1847mn)基础底板配筋图见图9.3，由于t/h2325mm/400mm0.810.75，所以杯壁不需要配筋。2I 111门丨川.一A图9.3基础底板配筋图9.2.1作用与基础顶面上的荷载计算9.2B柱基础设计组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第一组667.731437.6136.6476.951125.5126.14第二组-667.731437.61-36.6-476.951125.5-26.14第三组01794.26001380.260传给基础的M , N,V,可由表5.4 9.5。其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算， 表9.5基础设计的不利内力1000 4000工扇J*5h11 1151ew+0.000b亠-