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文档简介

1、单层工业厂房课程设计姓 名:班级: 学号:一 结构选型该厂房是广州市的一个高双跨(18m+18m)的机械加工车间。车间长90m,柱矩6米,在车间中部,有温度伸缩逢一道,厂房两头设有山墙。柱高大于8米,故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋架有较大的刚度,选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房的各构选型见表1.1表1.1主要构件选型由图1可知柱顶标高是10.20米,牛腿的顶面标高是6.60米 ,室内地面至基础顶面的距离0.5米,则计算简图中柱的总高度H,下柱高度Hl和上柱的高度Hu分别为:H=10.2m+0.6m=10.8m Hl=6.60m+0.6m=7

2、.2m Hu=10.8m-7.2m=3.6m根据柱的高度,吊车起重量及工作级别等条件,确定柱截面尺寸,见表1.2。见表1.2 柱截面尺寸及相应的参数计算参柱号截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/(KN/m)A,C上柱矩40040016000021300000004.0下柱I400800100150177500143870000004.43B上柱矩40040016000021300000004下柱I400800100150177500143870000004.43二 荷载计算 1恒载图1求反力: F1=116.92 F2=111.90 屋架重力荷载为59.84,则作用于柱顶的屋盖结构的

3、重力荷载设计值: GA1=1.2(116.92+59.84/2)=176.81KN GB1=1.2(111.906+59.84/2)=170.18 KN (2)吊车梁及轨道重力荷载设计值 GA3=1.2(27.5+0.86)=38.76KN GB3=1.2(27.5+0.86)=38.76KN (3)柱重力荷载的设计值 A,C柱 B柱 2屋面活荷载 屋面活荷载的标准值是0.5KN/m2,作用于柱顶的屋面活荷载设计值: Q1=1.40.5618/2=37.8 KN3,风荷载 风荷载标准值按k=zsz0计算其中0=0.5KN/m2, z=1, z根据厂房各部分 及B类地面粗糙度表2.5.1确定。

4、柱顶(标高10.20m) z=1.01 橼口(标高12.20m) z=1.06 屋顶(标高13.20m) z=1.09 s如图3所示,由式k=zsz0可得排架的风荷载的标准值: k1=zs1z0=1.00.81.010.5=0.404 KN/m2 k2=zs2z0=1.00.41.010.5=0.202 KN/m2图2 荷载作用位置图图3 风荷载体型系数和排架计算简 q1=1.40.4046=3.39KN/m q1=1.40.2026=1.70KN/m Fw=Q(s1+s2)zh1+(s3+s4)zh2 z0B =1.4(0.8+0.4)1.01(12.2-10.2)+(-0.6+0.5)1.

5、01(13.2-12.2) 10.56 =10.23KN4吊车荷载 吊车的参数:B=5.55米,轮矩K=4.4,pmax=215KN, pmin=25KN,g=38KN。根据B和K,可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值,如图所示:图吊车荷载作用下支座反力的影响线() 吊车的竖向荷载Dmax=QFpmaxyi=1.4115(1+0.075+0.808+0.267)=346.15KNDmin=QFpminyi=1.425(1+0.075+0.808+0.267)=75.25KN() 吊车的横向荷载T=1/4(Q+g)=1/40.12(100+38)=4.14KN吊车横向荷载设计值

6、:TmaxQTyi=1.44.142.15=12.46KN三 排架内力分析 恒荷载作用下排架内力分析图5恒荷载作用的计算简图G1=GA1=176.81KN; G2=G3+G4A=38.76+17.28=56.04KN; G3=G5A=38.28KN;G4=2GB1=340.361KN; G5=G3+2G4B=238.76+17.28=94.8KN;G6=G5B=38.28KN;M1= G1e1=171.810.05=8.60KN.m;M2=( G1+ G4A)e0- G3e3=(176.81+17.28) 0.2-38.280.35=25.42C1=2.03; C1=1.099;RA=C1+C

7、3=(8.602.03+25.421.099)/10.8=4.20KN()RC=-4.20KN(); RB=0KN;内力图:图6 恒荷载内力图 活荷载作用下排架内力分析(1)AB跨作用屋面活荷载 图7 AB跨作用活荷载作用简图Q=37.8KN,则在柱顶和变阶处的力矩为:M1A=37.80.05=1.89KN.m,M2A=37.80.25=7.56KN.m,M1B=37.80.15=5.67KN.mRA=C1+C3=(1.892.03+7.561.099)/10.8=1.124KN()RB=C1 =5.672.03/10.8=1.07KN()则排架柱顶不动铰支座总的反力为:R= RA+ RB=1

8、.124+1.07=2.19KN()VA= RARA=1.32-0.332.19=0.40KN()VB= RBRB=1.07-0.332.19=0.35KN()VC= RC=-0.332.19=0.72KN()排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图8所示:图8 AB跨作用屋面活荷载内力图(2)BC跨作用屋面活荷载由于结构对称,且BC跨的作用荷载与AB跨的荷载相同,故只需叫图8的各内力图位置及方向调一 即可,如图10所示:图9 AB跨作用活荷载作用简图图10 BC跨作用屋面活荷载内力图 风荷载作用下排架内力分析(1) 左吹风时C=0.33RA=-q1HC11=-3.3910.80.33=-12.

9、08KN()RC=-q1HC11=-1.7010.80.33=-6.06KN()R= RA+ RC+Fw=12.08+6.06+10.23=28.37KN()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=-12.08+0.3328.37=-2.72KN()VB= RB-RB=-6.06+0.3328.37=3.30KN()VC= -RC=-0.33-28.37=9.36N()图11 左风内力图(2) 右风吹时因为结构对称,只是内力方向相反,,所以右风吹时,内力图改变一下符号就行,如图12所示;图11 左风内力图 吊车荷载作用下排架内力分析() Dmax作用于A柱计算简图如图所示,其中吊车竖向荷载Dma

10、x,Dmin在牛腿顶面引起的力矩为:MA= Dmaxe3=346.150.35=121.15KN.mMB= Dmine3=75.250.75=56.44KN.mRA=-C3=-121.151.099/10.8=-12.33KN()RB=C3=-56.441.099/10.8=5.74KN()R= RA+ RB=-12.33+5.74=-6.59N()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=-12.33+0.336.59=-10.16()VB= RB-RB=5.74+0.336.59=7.91KN()VC= -RC=0.336.59=2.17N()图Dmax作用在A柱时排架的内力() Dmax作用

11、于B柱左计算简图如图所示,其中吊车竖向荷载Dmax,Dmin在牛腿顶面引起的力矩为:MA= Dmaxe3=.0.35=.KN.mMB= Dmine3=346.150.75=.KN.mRA=C3=-.1.099/10.8=-.KN()RB=C3=.1.099/10.8=.KN()R= RA+ RB=.+.=.N()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=.0.33.=.KN()VB= RB-RB=.0.33.=.KN()VC= -RC=0.33.=.N()图Dmax作用在B柱左时排架的内力() Dmax作用于B柱左根据结构对称和吊车吨位相等的条件,内力计算与Dma作用于B柱左情况相同,只需将A,C

12、柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号:如图() Dmax作用于C柱同理,将Dmax作用于A柱的情况的A,C柱的内力对换,且注意改变符号,可求得各柱的内力,如图5() Tmax作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时,排架计算简图16-a所示。对于A柱,n=0.15,=0.33,得a=(3.6-0.9)/3.6=0.75.,Tmax=12.46KNC5=0.54RA=TmaxC5=.=6.73KN()RB=TmaxC5=.=6.73KN()图Dmax作用在B柱右时排架的内力图5Dmax作用在C柱时排架的内力排架柱顶总反力R:R= RA+ RB=.KN各柱的简力:VA= RA-RA=.0.33.

13、=.KN()VB= RB-RB=.0.33.=.KN ()VC=RC=0.3313.46=4.44N()图16Tmax作用在AB跨时排架的内力() Tmax作用于BC跨柱由于结构对称及吊车的吨位相等,故排架内力计算与“Tmax作用于AB跨柱”的情况相同,只需将A柱与C柱的对换,如图17图17Tmax作用BC跨时排架的内五柱截面设计(中柱) 混凝土强度等级C20,fc=9.6N/mm2,ftk=1.54N/mm2采用HRB335级钢筋,fy= fy 300 N/mm2,b=0.55,上下柱采用对称配筋 上柱的配筋计算由内力组合表可见,上柱截面有四组内力,取h0mm,附加弯矩ea=20mm(大于)

14、,判断大小偏心:从中看出组内力为大偏心,只有一组为小偏心,而且:N=429.KN5应考虑偏心矩增大系数1=0.59.6160000/357640=2.151,取2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.017200/400=0.97, l0/h15,取2=0.97图=1+12=1+10.97=1.31=357640/19.6400360=0.262s/h0=240/360=0.22所以x=h0=0.26360=93.6e=ei-h/2+s=1.31263.40-185.05mmN.e=fyAs(h0-as)-1fcbx(x/2-as)As=As=715mm选用(As=763mm2)验算最小

15、配筋率:As/bh=763/400400=0.47%0.2%平面外承载力验算:l0=1.5Hu=1.53.6=5.4ml0/b=5400/400=13.5,查表得,Ac=A-Aa=4002-7632=158474mmNu=0.9(fyAs+ fcAs)=0.90.93(3007632+9.6158474)= 1656.55KN 下柱配筋计算取h0=800-40=760mm,与上柱分析办法相识,选择两组最不利内力:M=217.96 KN.m M=152.69 KN.mN=810.94 KN N=473.44 KN(1) 按M=217.96 KN.m,N=810.94 KN计算L0=HU=7.2=

16、7.2m,附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mm e0=M/N=217960/810.94=268.77mm ei= e0+ ea=295.77mm l0/h=7200/800=95而且应考虑偏心矩增大系数,取2=11=0.59.6160000/810940=1.051,取图=1+12=1+11=1.15ei=1.15295.77=340.140.3760=228,所以为大偏心受压,应重新假定中和轴位于翼缘内,则x= =810940/19.6400=211.18hf=150mm说明中和轴位于板内,应重新计算受压区的高度:x=

17、=394.72mme=ei+h/2+s=1.15295.77 -8002-407005mmAs=As=272.87mm2(2) 按M=152.69 KN.m,N=473.44 KN计算L0=HU=7.2=7.2m,附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mm e0=M/N=152690/473.44=322.51mm ei= e0+ ea=349.51mm l0/h=7200/800=95而且应考虑偏心矩增大系数,取2=11=0.59.6160000/810940=1.051,取图=1+12=1+11=1.15ei=1.15295.

18、77=340.140.3760=228,所以为大偏心受压,应重新假定中和轴位于翼缘内,则x= =473440/19.6400=123.29hf=150mm说明中和轴位于翼缘内:e=ei+h/2-s=1.15349.51 -8002-40761.93mmAs=As=139.38mm2最小配筋minA=0.2%177500=355mm2所以选(As=461mm2)满足要求查附表.的无柱间支撑垂直排架方向柱的计算长度,l0=1Hl=7.2ml0/b=7200/400=18,查表得0.81,Ac=A-Aa=177500-4612=176578mmNu=0.9(fyAs+ fcAs)=0.90.81(3

19、004612+9.6176578)= 1437.40KNNmax所以满足弯矩作用平面外的承载力要求 柱裂缝宽度验算规范中规定,对e0/h00.55的柱要进行裂缝宽度验算,本例的上柱出现e0/h0=0.55,所以应该进行裂缝验算。验算过程见下表。其中上柱的As=763mm2;Es=200000N/mm2;构件的受力特征系数acr=2.1,混凝土的保护层厚度c=25mm,ftk=1.54N/mm2。 柱裂缝宽度验算非地震区的单层厂房柱,其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求,上下柱均选用200箍筋。 牛腿设计根据吊车支承的位置,截面的尺寸及构造要求,确定牛腿的尺寸如图所示,其中牛腿的截面宽度b

20、=400mm,牛腿截面高度h=1050mm,h0=1015mm.(1) 牛腿腿截面高度验算表柱的宽度验算表图 Fvk所以所选的尺寸满足要求() 牛腿配筋计算纵向受拉钢筋总截面面积As:As=550.mm2 根据规定,纵向受拉钢筋As的最小配筋率为0.002bh=0.0024001050=840mm2 550.2 mm2。所以要按mm2配筋。现在选用(As=1005mm2) 水平箍筋选用100的双肢筋。牛腿的剪跨比a/h0=370/1050=0.350.3,所以应该设置弯起钢筋A.As=0.5C1005=502.5mm2,且A0.0015bh=0.00154001015=609 mm2 故选用(

21、As=mm2) 牛腿设计采用翻身起吊,吊点设在牛腿下部,混凝土达到设计强度后起吊。插入杯口深度为800mm,则柱吊装时的总长度为3.6+7.2+0.8=11.6m.。柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载(应考虑动力系数)即q1=Gq1k=1.51.24.0=7.2KN/mq2=Gq1k=1.51.2(0.42.125)=37.8KN/mq3=Gq1k=1.51.24.44=7.99KN/m图在上述荷载的作用下, 柱的控制截面的弯矩为:M1=0.5 q1Hu2=0.57.23.62=46.66KN.mM2=0.5 q1Hu2=0.57.2(3.6+1.05)2+0.5(37.8-7.2)1.052=

22、94.71KN.m由MB=RAl3-0.5q3l32+M2=0解得:RA=14.17KN M3=RAx- q3x2 令=RA-q3x=0 得x=1.77m 则下柱段最大弯矩M3为:M3=14.171.77-0.57.991.772=12.55KN.m 表吊装时柱的宽度验算表六基础设计(B柱下基础) 初步确定杯口尺寸及基础埋深()杯口尺寸 图5 基础截面尺寸杯口的深度:柱子的插入深度H1=800mm,所以杯口深度为800+50=850mm 杯口顶部尺寸:宽为400+275=550mm,长为800+275=950mm 杯口底部尺寸:宽为400+250=500mm,长为800+250=900mm杯口

23、厚度:因为800hc1000,所以杯壁的厚度取t=350mm 杯壁高度:h1t/0.75=350/0.75=466mm,取h1=350mm 杯底厚度;a1=250mm,根据a2a1原则,取a2为250mm 根据以上尺寸,确定基础总高度H1+a1+50=800+250+50=1100mm 基础的埋置深度:1100+600=1700mm 地基承载里设计值:fa=200KN/m2 (2)基础面积计算表B柱在基础地面的荷栽估算基础底面积:A=1006.06/(200-201.7)=6.06m2 考虑偏心受压,将基础的面积增大1.2A=1.26.06=7.27m2 G=GyDA=1.2201.78=32

24、6.4KN 表 基础底面压应力计算 取基础地面长边与短边的比为,则l=3.8m,b=1.9m,取l=m,b=m校核基础底面积是否满足要求: ()校核0.5(Pmax+Pmin)f 0.5(Pmax+Pmin)=0.5(198.90+134.22)=166.56KNf=200 ()校核Pmax1.2f Pmax=198.90KN0 由以上得知,基础的地面尺寸m2,满足要求图基础截面尺寸地基净反力计算:表地基净反力由表可以看出Nmax最不利。(Pjmax=158.10,Pjmin=93.42) 冲剪强度验算从杯口顶面柱边开始的0斜拉裂面与基础底面交界处(截面)的净反力Pj1。基础的有效高度h0=1100-40=1060mm Pj1=9

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