混凝土单层工业厂房课程设计报告书.doc

1、混凝土课程设计设计名称单层工业厂房设计专业班级土 131学号139044437姓名超指导老师于峰日期2016年 6月 29日建筑工程学院土木系制目录一、设计资料 .- 3 -二、梁柱的结构布置 .- 3 -三、排架结构计算 .- 7 -四、荷载计算 .- 7 -五、力分析 .-12-六、最不利力组合 .-29-七、排架柱的设计 .-37-八、基础设计 .-48-一、设计资料1. 平面和剖面2本车间为两跨等高厂房，车间面积为 3024m，车间长度 72m。AB跨有两台 30/5tA4 级软钩吊车， BC 跨有两台 10tA5 级软钩吊车，轨顶、柱顶标高和跨度见图。车间平面、剖面如下。2. 建筑构

2、造屋盖： 三毡四油上铺绿豆砂小石子（防水层）25mm厚水泥砂浆（找平层）100mm厚水泥蛭石砂浆（保温层）大型预制预应力混凝土屋面板围护结构：240mm厚普通砖墙门窗：钢门窗，窗宽4.2m3. 自然条件基本风压：20.35 kN?m基本雪压：20.20 kN m?4. 材料混凝土：柱采用C25或 C30。钢筋： HPB300级、 HRB335级、 HRB400级各种直径的钢筋。5. 部分构件自重构件名称标准选用型号允许荷载自重备注图号(kN/m 2)（kN/m2）屋架G415YWJ24 1D3.5每榀屋架边缘高度 1.4米，112.75kN屋架垂直高度 2.8米屋面板G410YWB 22.46

3、1.4自重包括灌缝吊车梁G323DL9B40.8 kN 每吊车梁梁高 1.2米根连系梁、G32016.7kN 每根基础梁轨道连接G3250.8 kN/m天沟板G410TGB68 13.051.91自重包括灌缝混凝土柱计算确定其他附件不考虑2地基承载力特征值 ? = 240kN?m （已修正）单层工业厂房设计时，屋架对上部柱的偏心距取为20mm。构件使用环境为一类。室外地面标高为-0.450m 。二、梁柱的结构布置1. 排架柱尺寸的选定由图可知： AB跨轨顶标高 11.45m，BC跨轨顶标高 11.15m，AB跨屋架顶标高 17.95m，BC跨屋架顶标高 18.1m柱全高 ? = 15.20m，

4、上柱高度 ? = 4.20m，下柱高度 ? = 11.00m。上柱与全柱高的比值 ? = ? = 4.20 = 0.276。?15.20边柱 A、C：上柱： ? ? = 500 500mm下柱： I ? ? ? ? = 500 1000 120 200mm中柱 B：上柱： ? ? = 500 600mm下柱： I ? ? ? ? = 500 1200 120 200mmI 字形截面其余尺寸如下图所示。2. 上下柱截面惯性矩及其比值 .1)排架平面边柱上柱： ?=139412500500 = 5.208 10 mm下柱： ?= 13-1 3803 -2 1 380 ?12500100012550

5、225210425 (275+ 3 )= 3.564 10mm中柱上柱： ? =139412500 600= 9.0 10mm下柱： ?=1500 12003-1380 7503 -2 1380 1212225210425 (375+ 3 )= 5.724 10mm2)排架平面外边柱上柱： ?=139412500500= 5.208 10 mm下柱： ?=212005003 +15501203+ 2 112122380 25 ( 60+1902943 )= 4.319 10 mm中柱上柱： ?1394=600500 = 6.25 1012mm下柱： ?=212005003 +17501203

6、+ 2 112122380 25 ( 60+1902943 )= 4.348 10mm三、排架结构计算1. 计算简图2. 柱的计算参数柱的计算参数表计算截面尺寸（ mm）面积柱号52参数（ 10 mm）上柱5005002.5A、 C50010001202002.815下柱上柱5006003.0B50012001202003.055下柱四、荷载计算惯性矩自重（ 10 mm）94I xI y（ kN/m）5.2085.2086.2535.644.2197.049.06.257.557.244.3487.641. 恒载1) 屋盖自重预应力混凝土大型屋面板1.2? 21.4 = 1.68kN m25m

7、m水泥砂浆找平层21.2 20 0.025 = 0.6 kN m?100mm水泥蛭石砂浆保温层21.2 6 0.1 = 0.72 kN m?三毡四油上铺绿豆砂小石子防水层21.2 0.4 = 0.48kN?m小计23.48kN m?天沟板1.2 1.91 6 2 = 27.50kN屋架自重1.2 112.75 = 135.30kN则作用于柱顶的屋盖结构自重：AB跨： ? = 0.5 (3.48 6 21 + 27.5 + 135.3) = 300.64kNBC跨： ?1 = 0.5 ( 3.48 6 24+ 27.5 + 135.3) = 331.96kN?1? + ?1? = 331.96

8、+ 300.64 = 632.60kN2) 柱自重A、 C 轴上柱：?2? = ?2? = ?g? = 1.2 6.25 4.2 =31.5kN下柱：?3? = ?3? = ?g? = 1.2 7.04 11.0 = 92.928kNB 轴上柱： ?2? = 1.2 7.5 4.2 = 37.8kN下柱： ?3? = 1.2 7.64 11.0 = 100.848kN3) 吊车梁及轨道自重?4 = 1.2 (40.8 + 0.8 6.0) = 54.72kN各项永久荷载及其作用位置见下图2. 屋面活荷载由荷载规查得屋面活荷载标准值为20.5 kN?m（因屋面活活荷载大于雪荷载，故不考虑雪荷载）

9、 。? = 1.4 0.5 6 21 0.5 = 44.10kN? = 1.4 0.5 6 24 0.5 = 50.40kN活荷载作用位置于屋盖自重作用位置相同，如上图所示。3. 吊车荷载本车间选用的吊车主要参数如下：AB跨： 30t/5t吊车，中级工作制，吊车梁高1.2m。B=6.15mK=4.8m?,? = 280kN?,? = 65kN? ,= 365kN,= 117kN1 ?2 ?BC跨： 10t 吊车，中级工作制，吊车梁高0.9m。B=5.55mK=4.4m?,? = 125kN?,? = 47kN?1,? = 224kN?2,? = 38kN吊车梁的支座反力影响线如下所示。故作用于

10、排架柱上的吊车竖向荷载分别为：AB跨：? = ?,? ?= 1.4 0.9 280 (1 + 0.775 + 0.2) = 696.78kN? = ?,? ?= 1.4 0.9 65 ( 1 + 0.775+ 0.2) = 161.75kNBC跨：? = ?,? ?= 1.4 0.9 125 ( 1 + 0.775 + 0.808) = 296.57kN? = ?,? ?= 1.4 0.9 47 (1 + 0.775 + 0.808) = 111.51kN由于作用在每一个轮子上的吊车横向水平荷载标准值为：?=1?( ?+)?42,?g对 于 10t的软钩吊车：?= 0.12，?=1. (38+

11、?40 1210 10) = 4.14kN。对于 30/5t的软钩吊车： ? = 0.10， ?=1. (117+?40 1030)10 = 10.43kN。?故作用在排架柱上的吊车水平荷载分别为：AB跨： ? = ? ?,? = 696.78 10280.43 = 25.96kN4.14BC跨： ? = ? ?,? = 296.57 125 =8.93kN4. 风荷载2，风压高度变化系数按 B 类地该地区基本风压为 ?0 = 0.35kN?m面粗糙度取。柱顶至室外地面的高度为14.70m，查得 ?z = 1.1316檐口至室外地面的高度为17.35m，查得 ? = 1.182风荷载标准值为：

12、?1 = ?1?0 = 0.8 1.1316 0.35 = 0.3168kPa?2 = ?2?0 = 0.4 1.1316 0.35 = 0.1584kPa则作用在排架计算简图的风荷载设计值为：?1 = ?1 ? = 1.4 0.31686 = 2.6611kN?m ?2 = ?2 ? = 1.4 0.15846 = 1.3306kN?m? = ?z z ?0 B( ?1 + ?2) ?1 + ( ?3 + ?4)?2 = 10.686kN风荷载作用下的计算简图如下图所示。五、力分析1.剪力分配系数 的计算? =1? ?1?柱列?，? =?，?0 =33，? =?3，? =?1+? (?)?

13、? ?0 ?1?-1剪力分配系数计算惯性矩? ?0?94( 10 mm)( 10- 11? ?3)?上5.211.050.28A、C列0.1460.276 2.67下35.64上9.002.700.650.44B 列0.157下57.242. 永久荷载1) 屋盖自重作用将屋盖自重荷载简化为图6（a）其中 G1C=331.96kN， G1A=300.64kN，G1B=G1AG1C=632.60kN。M1A= G1Ae1=300.640.02=6.01 kN mM1C=G1Ce1=- 331.96 0.02= - 6.64kNmM1B=M1A+M1C=6.01-6.64=- 0.63 kN mM2

14、A=G1e2=300.640.25=75.16 kN mM2C=G1e2=331.960.25=82.99kN mM2B=M1B=- 0.63kNm由 A、C柱： n=0.146 ， =0.276 ，C11.512 (11/ n)13 (1/ n1)1.5查表或计算得，R1CC1M1C1. 56. 640. 655kN()对 C柱：H215. 2R1AC1M1A1. 56. 010. 593kN()对 A柱：H215. 2C31.5(12 )1.23413 (1/ n1)查表或计算得，R CCM2C1. 23482. 996. 737( )23 H215. 2kN对 C柱：RCM2A1. 23

15、475. 166. 102 ()2 A3H215. 2kN对 A柱：则 RC=R1C+R2C=-0.655-6.737=- 7.392kN( ), RA=R1A+R2A=0.593 6.102=6.695kN( )B 柱： n=0.157, =0.276, 算得 C1=2.352,C3=1.089由 M2B=M1B 得： RB=O在 R与 M1、M2 共同作用下，可以作出排架的弯矩图、 轴力图（ b）、(c) ，如下图 6 所示。图 6 屋盖自重作用下排架弯矩图、轴力图2) 柱及吊车梁自重作用由于在安装柱子时尚未吊装屋架， 此时柱顶之间无联系， 没有形成排架，故不产生柱顶反力，则按悬臂柱分析其

16、力 . 计算简图如图 7 （a）所示。A 柱：M2A=G2Ae2=31.50.25=7.875kN m，G3A=92.928kN,G4A=54.72kN，M4A=G4Ae=54.720.25=13.68kN m。B 柱：G2B=37.8kN,G3B=100.848kN，G4B=54.72kN。排架各柱的弯矩图、轴力图如下图7（b）、（c）所示。图 7 柱及吊车梁作用下排架各柱弯矩图、轴力图3. 屋面活荷载作用1) AB跨作用有屋面活荷载由屋架传至柱顶的压力为Q=44.10kN，由它在 A、B 柱柱顶及变阶处引起的弯矩分别为：M1A=QABe1=44.10 0.02=0.882kN m,M2A=

17、QABe2=44.10 0.25=11.03kN m,M1B=QABe3=44.10 0.15=6.62 kN m,计算不动铰支座反力A 柱：由前知 C1 =1.5 ，C3=1.234 ，RC M1A1. 50. 8820. 087 ()1 A1H215. 2kNRCM2A1. 23411.0250. 895( )2 A3H215. 2kN则 RA=R1A+R2A=0.087+0.895=0.982kN( )B 柱：由前知 C1 =2.352,RC M1B2. 3526. 6151.024 ( )B1 H215. 2kN则排架柱顶不动铰支座总反力为：R=RA+RB=0.982+1.024=2.

18、006kN( )将 R 反作用于排架柱顶，按分配系数求得排架各柱顶剪力（ A=C=0.28 ， B=0.44 ）VA=RA- A R=0.982- 0.28 2.006=0.420kN( )VB=RB- B R=1.024- 0.44 2.006=0.141kN( )VC=RC- C R=0- 0.28 2.006= - 0.562kN( )计算简图、排架各柱的弯矩图、轴力图如图8 所示。图 8 AB 跨活荷载作用下排架各柱弯矩图、轴力图2) BC跨作用有屋面活荷载由屋架传至柱顶的压力为Q=50.40kN，同理可得M1C=QBCe1=50.40 0.02= - 1.01kNm,M2C=QBCe

19、2=50.40 0.25= - 12.60kNm,M1B=QBCe3=50.40 0.15= -7.56kNm,计算不动铰支座反力A 柱：由前知 C =1.5 ，C=1.234 ，13RC M1C1. 51. 010.100 ( )1C1 H215. 2kNR2CC3M2C1. 23411. 025H215. 20. 895kN( )RC M1B2. 3527. 561.023 ( )B1 H215. 2kN则 R=R1C+R2C+RB=00.100+0.895+1.023=2.293kN( ) 则排架柱顶不动铰支座总反力为：R=RA+RB=0.982+1.024=2.006kN( )将 R

20、反作用于排架柱顶，按分配系数求得排架各柱顶剪力（ A=C=0.28, B=0.44 ）VA= - A R=0.642kN()VB=RB- B R=- 0.161kN( )VC=RC- C R=- 0.481kN( )计算简图、排架各柱的弯矩图、轴力图如下图9 所示。图 9 BC 跨活荷载作用下排架各柱弯矩图、轴力图4. 吊车荷载作用（不考虑厂房整体空间工作）1) AB跨 Dmax作用于 A列柱时由于吊车竖向荷载Dmax 和 Dmin 的偏心作用而在柱中引起弯矩。M1 Dmaxe3696. 780. 25174. 20kN m ，M2Dmine3BA161. 750. 75121. 31kNm其

21、计算简图如图10 所示。图 10 Dmax作用于 A 列柱的计算简图各柱不动铰支座反力分别为：A 列柱： n=0.146 ， =0.276 ， C31. 234RAM1 C3174. 21. 23414. 14kN( )H15. 2B 列柱： n=0.157 ， =0.276 ， C31. 089 ，RBM2 C3121.311. 0898. 690kN( )H15.2排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：RRARB14. 14 8. 6905.449 ( )kN排架柱柱顶分配后的剪力分别为：VARAAR14. 14 0. 28(5. 449)12. 614kN( )VBRBBR8. 690. 44

22、( 5.449)11. 088kN( )VCC R0.28 (5. 449)1. 526kN()当 AB跨 Dmax 作用于 A 列柱时，排架各柱的弯矩图和轴力图如图所示。图 11 AB 跨 Dmax 作用于 A 柱时排架柱的弯矩图轴力图2) AB跨 Dmax作用于 B列柱左侧时由于吊车竖向荷载Dmax 和 D min 的偏心作用而在柱中引起弯矩。M1Dmine3161. 750. 2540. 44kN m，M2Dmaxe3BA696. 780. 75522. 59kN m其计算简图如图12 所示。图 12 Dmax作用于 B 列柱左侧的计算简图各柱不动铰支座反力分别为：A 列柱： n=0.1

23、46 ， =0.276 ， C31. 234RAM1C340. 443. 28kN()H1. 23415. 2B 列柱： n=0.157 ， =0.276 ， C31. 089 ，RBM2C3522.5937. 44kN()H15.1. 0892排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：RRARB3. 28 37. 44 34. 16kN( )排架柱柱顶分配后的剪力分别为：VARAAR3. 280.2834. 1612. 84kN()VBRBB R37. 440. 4434. 1622. 41 ()kNVCC R0. 28 34. 169. 56kN()当 AB 跨 Dmax 作用于 B 列柱左侧时，排

24、架各柱的弯矩图和轴力图如图 13 所示。图 13 Dmax作用于 B 列柱左侧的力图3) BC跨 Dmax作用于 B列柱右侧时由于吊车竖向荷载Dmax 和 D min 的偏心作用而在柱中引起弯矩。M1Dmaxe3296. 570. 75222. 43kN mM2Dmine3CB111. 510. 2527. 88kN m其计算简图如图14 所示。图 14 Dmax作用于 B 列柱右侧的计算简图各柱不动铰支座反力分别为：B 列柱： n=0.157 ， =0.276 ， C31. 089RBM1 C3222. 431. 08915. 94kN( )H15. 2C列柱： n=0.146 ， =0.2

25、76 ， C31. 234 ，RCM2 C327. 881. 2342. 26kN( )H15. 2排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：RRCRB4.43448.74344.309kN ()排架柱柱顶分配后的剪力分别为：VAAR0. 28 ( 13. 68)3. 83kN()VBRBBR15. 940. 44( 13. 68)9. 92kN( )VCRCCR2. 260.28 (13. 68)6.09 ( )kN当 BC 跨 Dmax 作用于 B 列柱右侧时，排架各柱的弯矩图和轴力图如图 15 所示。图 15 Dmax作用于 B 列柱右侧的力图4) BC跨 Dmax作用于 C列柱时由于吊车竖向荷载

26、Dmax 和 D min 的偏心作用而在柱中引起弯矩。M1Dmine3111. 510. 7583. 63mkNM2Dmaxe3CB 296. 570. 2574. 14kNm其计算简图如图16 所示。图 16 Dmax作用于 C列柱的计算简图各柱不动铰支座反力分别为：B 列柱： n=0.157 ， =0.276 ， C31. 089RBM1C383. 63H1. 0895. 992kN( )15. 2C列柱： n=0.146 ， =0.276 ， C31. 234 ，RCM2C374. 14H1. 234 6. 019kN( )15. 2排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：RRCRB5. 992

27、 6. 019 0. 027kN( )排架柱柱顶分配后的剪力分别为：VAAR0. 28 0.0270. 008kN()VBRBB R5. 9920. 027 0. 446.004 ( )kNVCRCCR 6. 0190.280. 027 6. 011kN( )当 BC 跨 Dmax 作用于 C 列柱时，排架各柱的弯矩图和轴力图如图17 所示。图 17 Dmax作用于 C列柱的力图5. 吊车水平荷载作用下的力分析（不考虑厂房整体空间作用）1) 当 AB跨作用有吊车横向水平荷载 Tmax时，计算简图如图 18 所示。Tmax25. 96kN各柱不动铰支座反力分别为：x3000A 列柱： n=0.1

28、46 ， =0.276 ， Hu0. 7144200当 y0.7H u 时， 查表得， C5=0.654当 y0.8H u 时，查表得， C5=0.611由插法得， C5=0.643Amax 525. 96 0. 64316. 692 ( )RT CkNx3000B 列柱： n=0.157 ， =0.276 ， Hu0. 7144200当 y 0. 7Hu 时，查表得， C5=0.654 当 y 0.8H u 时，查表得， C5=0.611由插法得， C5=0.648RB TmaxC525. 96 0. 64816. 822 ( )kN排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：RRARB16. 692

29、16. 82233. 514kN( )排架柱柱顶分配后的剪力分别为：VARAAR16. 6920. 28(33. 514)7. 308 ()kNVBRBBR16. 8220. 44(33. 514)2. 076kN()VCCR0. 28 ( 33. 514)9. 384kN()排架各柱的弯矩图和轴力图如图18 所示。图 18 Tmax 作用于 AB跨的计算简图和力图2) 当 BC跨作用有吊车横向水平荷载 Tmax时计算简图如 /19 所示。 Tmax8. 93kN各柱不动铰支座反力分别为：B 列柱： n=0.157 ， =0.276 ， x30000. 714Hu4200当 y0.7H u 时

30、，查表得， C5=0.654当y0. 8H5u 时，查表得，C=0.611由插法得， C5=0.648RB TmaxC58. 93 0. 6485.79 ( )kNC列柱： n=0.146 ， =0.276 ， x30000. 714Hu4200当 y 0.7H u 时，查表得， C5=0.654 当 y 0. 8Hu 时，查表得， C5=0.611由插法得， C5=0.643RC TmaxC58. 93 0. 6435.74 ( )kN排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：RRCRB5. 790 5. 74011. 530kN( )排架柱柱顶分配后的剪力分别为：VAAR0. 28(11. 530)

31、3. 229kN()VBRBBR5.790. 44(11. 53)0.717 ()kNVCRCCR5. 740. 28(11. 53)2.512kN()排架各柱的弯矩图和轴力图如图19 所示。图 19 Tmax 作用于 BC跨的计算简图和力图吊车横向水平荷载可左右两向作用，则弯矩图反向。6. 风荷载作用1) 风自左向右吹时，计算简图如下图（ a）所示 .A 柱：n=0.146 ， =0.276 ，查表得 C11=0.345 ，RA=-q 1H2C11=- 2.66 15.2 0.345= - 13.95kN( )C柱：同 A柱， C11=0.345 ，RC=-q 2H2C11=- 1.33 1

32、5.2 0.345= - 6.97kN( )则 R=RA+RC+FW=-13.95-6.97-10.74=-31.66kN( )将 R 反作用于排架柱顶，按分配系数求得排架各柱顶剪力： A=C=0.28 ， B=0.44VA=RA- A R=- 13.95+0.28 31.66= - 5.09kN( )VB=RB- B R=0+0.4431.66=13.93kN( )VC=RC- C R=- 6.97+0.28 31.66=1.89kN( )排架各柱的力如图（ b）所示。2) 风自右向左吹时此种荷载情况的排架力与风自左向右吹的情况相同，仅需将 A、C柱的力对换，并改变其力的符号即可。排架各柱的力如下图所示。六、最不利力组合首先，取控制截面，对单阶柱，上柱为 - 截面，下柱为 - 、 - 截面。考虑各种荷载同时作用时出现最不利力的可能性，进行荷载组合。在本设计中，取常用的荷载组合有三种，即：永久荷载 +0.9 （可变荷载 +风荷载）；永久荷载 +其它可变荷载；永久荷载 +风荷载。在每种荷载组合中， 对柱仍可以产生多种的弯矩 M和轴力 N 的组合