单层工业厂房结构设计

1、单层工业厂房结构设计2.1 设计条件1. 金加工车间跨度 21m，总长 60 m，柱距 6 m。2. 车间内设有 2 台 200/50kN 中级工作制吊车，其轨顶设计标高9 m。3. 建筑地点：信阳市郊区。4. 车间所在场地：低坪下 0.8 m内为填土，填土下 4 m内为均匀亚黏土，地基承载力设计值fa200kN / m2 ，地下水位 -4.05 m，无腐蚀。 基本风压 W=0.45KN/m2 ，基本雪压 S=0.40KN/m2 。5. 厂房中标准构件选用情况：（1）. 屋面板采用G410（一）标准图集中的预应力混凝土大型屋面板，板重（包括灌浆在内）标准值1,4KN/m2 ，屋面板上做二毡三油

2、，标准值为0.35 kN / m2 。（ 2） . 天沟板采用 G410（三）标准图集中的 TGB77 1，板重标准值为 2.02kN / m。（3）. 屋架采用 G410（三）标准图集中的预应力混凝土折线型屋架 YWJA 21，屋架辎重标准值 91KN每榀。（4）.吊车梁采用 G425标准图集中的先张发预应力混凝土吊车梁 YXDL68，吊车梁高 1200 m m，翼缘宽 500 m m，梁腹板宽 200 m m，自重标准值 45KN/根，轨道及零件重 1kN / m ，轨道及垫层构造要求 200 m m。（5）材料：A. 柱：混凝土 C30B. 基础 . 混凝土 C30C. 钢筋 . 级。2

3、.2 结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在 15 : 36m 之间，且柱顶标高大于 8m ，所以采用钢筋混凝土排架结构。为了是屋盖具有较大刚度， 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。厂房各主要构件选型见下表：表 2.1 主要承重构件选型表构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值屋面板G410（一）1.4kN / m21.5m6m 预应力混凝YWB 2土屋面板（包括灌浆在内）天沟板G410（三）2.02kN / m1.5m6m 预应力混凝TGB68 1土屋面板（卷材防水天沟板）屋架G415（三）预应力混91kN / 每榀。凝土折线形屋架（跨YWJA

4、211Aa度 21m ）吊车梁G323（二）钢筋混凝DL9Z（中间跨）45kN / 根土吊车梁（吊车工作DL9B（边跨）等级中级）轨道连接（二）吊车轨道1kN / mG325联结详图基础梁G320钢筋混凝土基础JL316.7kN / 根梁由设计资料可知屋顶标高 16m，轨顶标高为 9m ，设室内地面至基础顶面的距离为 0.5m ，则计算简图和吊车梁的高度求总高度H、下柱高度 H l 和上柱高度H u 分别为：H12.4m0.5m12.9m ， H l 12.9m 3.8m9.1mH u12.9m9.1m3.8m根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可查表确定柱截面尺寸：表 2.2柱截面尺寸

5、及相应的计算参数计算参面积惯性矩自重数截面尺寸 / mm/ mm2/ mm4/( kN / m)柱号A B上柱4001.610521.31084.0矩 400下柱 400900 1501.875 105195.38 1084.69结构平面布置图如下2.12.3 荷载计算2.3.1 恒载（ 1）屋面恒载两毡三油防水层：0.35kN / m220mm厚水泥砂浆找平层：20kN / m30.02m0.40 kN / m2100mm厚水泥砾石保温层：5kN / m30.1m 0.50kN / m2一毡两油隔气层：0.05kN / m220mm厚水泥砂浆找平层：20kN / m30.02m0.40 kN

6、 / m2预应力混凝土屋面板：1.4kN / m2合计：0.35kN / m20.40kN / m20.50kN / m20.05kN / m20.40kN / m21.4kN / m23.1kN / m2屋架重力荷载为 85.2kN / 每榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：G11.2(3.1kN / m26m21m291kN2)1.22.026m303.5kN（ 2）吊车梁及轨道重力荷载设计值：G31.2(45 kN1kN6m)61.2kN（ 3）柱自重重力荷载设计值：A、B 柱：上柱： G4 AG4 B1.24kN / m3.8m 18.24kN下柱： G5AG5 B1.24.6

7、9kN/ m 9.1m 51.21kN2.3.2 屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.05kN / m2 ，雪荷载标准值为 0.45kN / m2 ，后者小于前者，所以仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：Q11.40.5kN / m26m21m244.1kNQ1 的作用位置与 G1 作用位置相同。2.3.3 风荷载垂直于建筑物表面上的风荷载标准值计算公式2.1 ：kzsz0式中0 基本风压，是以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50 年一遇 10min 平均最大风速为标准确定的风压值；z 高度 z 处的风振系数，对高度小于30m 的单层厂房，取z1.0 ；s风荷载体型系数，是风

8、吹到厂房表面引起的压力或吸力与理论风压比值，与厂房的外表体型和尺度有关，可根据建筑体型查得；z 风压高度变化系数， 根据所在地区的地面粗糙程度类别和所求风压处离地面的高度查得。0 0.45kN / mz1.0根据厂房各部分标高及B 类地面粗糙查表得：柱顶（标高 12.4m）z1.067檐口（标高 14.60m ）屋顶（标高 16.00m ）zz1.1291.17可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：1kzs1z02kzs 2z01.00.81.0670.45kN / m20.384kN / m21.00.51.0670.45kN / m20.24kN / m2图 2.2风荷载体型系数则用

9、于排架计算简图上的风荷载设计值为：q11.40.384kN / m26m3.23kN / mq21.40.24kN / m26m2.02kN / mFwq ( s1s2 ) zh1( s3s4 ) zh2 z 0 B1.4 (0.80.5) 1.129 2.2m( 0.60.5)1.171.41.0 0.45 611.59kN2.3.4吊车荷载200/ 50kN 吊车的参数为： B5.55m， K4.40m， g75kN ， Q200kN ，Fp max215kN ， Fpmin 45kN 。根据 B 及 K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值，如图2.3 所示。图 2.3

10、吊车荷载作用下支坐反力影响线（ 1）吊车竖向荷载DmaxQ Fpmaxyi1.4215(10.8080.2670.075)0.9582.44kNDminQ Fp minyi1.445(1 0.8080.2670.075)0.9121.91kN（ 2）吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车荷载水平制动力计算公式2.2 ：1T (Q g )4式中T 每一个轮子作用在轨道上的横向水平制动力；横向水平制动系数；Q 吊车的额定起重量的重力荷载；g 小车的重力荷载。11T(Qg)0.1 (200kN75kN )6.875kN44作用于拍架上的吊车横向的水平荷载设计值计算公式2.3 ： TmaxTi yi

11、式中Ti 第 i 个大车轮子的横向水平制动力；Tmax 吊车梁传给柱的最大横向反力的标准值；yi 影响线数值。TmaxTi yi1.46.875kN(10.8080.2670.075)20.69kN2.4 排架内力计算该厂房为一跨等高排架， 可用剪力分配法进行内力分析。其柱的剪力分配系数 i 见表 2. 3：表 2.3柱剪力分配系数I uC03/13 (1/ n 1)1/ini1/I li柱号H3/ C0 EI lH uHc02.480A 、B柱n 0.109B 0.210 10 10 H30.50.295ABAE2.4.1 恒荷载作用下排架内力分析恒荷载作用下排架的计算简图如图所示，图中的重

12、力荷载 G 及力矩 M是根据下图确定：G1G1303.5kNG3G5 A51.21kNM1 G1e1303.5kN0.05m 15.175kN mM 2G1G4A e0G3A e3 A303.5kN18.24kN 0.25m 51.21kN 0.3m65.07kN m由图所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移， 故各柱可按柱顶为不动铰支座计算式内力。柱顶不动支座反力Ri 可根据表所列的相应公式计算。对于 A 柱， n 0.109 ，0.295 ，则21C131(1n )2.122213 ( 11)n312C31.132213 (11)nRAM1 C1M2 C315.175kN m 2

13、.12265.07kN m 1.1328.21kN ( )HH12.9mRB8.21kN ()柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和， 恒载作用下排架结构的弯矩图 2.4 和轴力图分别见图 2. 5 。图 2.4荷载作用位置图图 2. 5恒载作用下排架内力图2.4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图2.6 所示。其中 Q144.1kN ，它在柱顶及变阶引起的力矩为：M 1A44.1kN0.05m2.205kN m ；M 2 A44.1kN0.25m 11.025 kN m ；对于 A 柱， C1 2.122 ， C31.032 ，则图 2.6 AB 跨作用屋面

14、活荷载时排架内力图RM1A CM2A C2.205kN m 2.122 11.025kN m 1.132 1.33kN( )AH1H312.9mRB1.33kN ()R RA RB 0kN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与 AB跨时的柱顶剪力：VARA,VBRB弯矩见弯矩图 2.7 ，剪力图 2.8图 2.7 AB跨作用屋面活荷载时的弯矩图图 2.8 AB跨作用屋面活荷载时的剪力图2.4.3 风荷载作用下排架内力分析（ 1）左吹风时计算简图如图 2.9 所示。对于 A 柱， n0.109 ，0.295，由表得：图 2.9排架内力

15、图如图314 (11)C11n0.3293 ( 1811)nRAq1HC113.23kN / m12.9m0.32913.71kN ()RBq2 HC112.02kN / m12.9m0.3298.57kN ()RRA RB FW13.71kN8.57 kN 11.59kN33.87kN ( )各柱顶剪力分别为：VARAA R13.71kN0.533.87kN3.225kN ( )VBRBB R8.57kN0.533.87kN8.365kN ( )排架内力图如图 2.10 所示。图 2.10左吹风时 排架内力图如图（ 2）右吹风时计算简图如图所示。 将图所示 A 柱内力图对换且改变内力符号后可

16、得， 如图 2.11 所示。图 2.11 右吹风时的排架内力图2.4.4 吊车荷载作用下排架内力分析（ 1） Dmax 作用在 A 柱计算简图如图 2.12 所示。其中吊车竖向荷载D max ， Dmin 在牛腿顶面处引起的力矩为：图 2.12 D max 作用在 A 柱时排架内力图M AD maxe3582.44kN0.3m174.73kN mM BD min e3121.91kN0.3m36.57kNm对于 A、B 柱， C3 1.090 ，则RAMAC3174.73kNm1.13215.33kN ( )H12.9 mRBMB C336.57kNm1.132 3.210kN ( )H12.

17、9mRRARB12.12kN ()排架各柱顶剪力分别为：VARAA R15.33kN 0.5 12.12kN9.27 kN ()VBRBB R3.21kN 0.5 12.12kN9.27kN ()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2.13和 2.14 所示。图 2.13Dmax 作用在 A 柱时的排架内力图图 2.14Dmax 作用在 A 柱时的排架内力图（ 2） Dmax 作用在 B 柱计算简图如图 2.15 所示。2.15Dmax 作用在 B 柱时的计算简图其 中 吊 车 竖 向 荷 载 Dmax ， D min 在 牛 腿 顶 面 处 引 起 的 力 矩 为 ：M A Dmin e

18、3 121.91kN 0.3m36.57kNmM BD maxe3582.44kN 0.3m174.73kN m对于 A、B 柱， C3 1.090 ，则RAMAC336.57kN m1.1323.210kN ( )H12.9mRBMB C3174.73kNm1.13215.33kN ( )H12.9mRRA RB12.12kN ()排架各柱顶剪力分别为：VARAA R9.27 kN ()VBRBB R9.27kN ()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2.16 ，2.17 所示。图 2.16Dmax 作用在 B 柱时的排架内力图图 2.17 Dmax 作用在 B 柱时的排架内力图（ 3

19、） Tmax 作用于 AB跨柱当 AB跨作用于吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图2.18 所示。图 2.18 Tmax 作用于 AB跨时计算简图对于 A、B 柱， n0.109 ，0.295，由表得 a(3.8m 1.2m) / 3.8m 0.684 ，则23a3 (2a)(1a) 2(2 3a)nC50.60213 ( 11)nRATmax C520.69kN0.612.414 kN ()RBTmax C520.69kN0.612.414 kN ()排架柱顶总反力 R 为：RRARB12.414kN12.414kN24.828 kN各柱顶剪力为：VB RB B R 12.414kN 0.9

20、 0.5 24.828 kN1.24kN ( )V 与 V的方向相反。AB排架各柱的弯矩图柱底剪力值如图2.19 所示。当 Tmax 方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。图 2.19Tmax 作用于 AB跨时排架内力图2.5内力组合以 A 柱为例。表 2.4A 柱内力设计值汇总表屋 面 荷吊车竖向荷载风荷载载D maxD max 作吊 车 水柱号及正荷载类恒载平荷载左风右风向内力别作 用用在 B在 A 柱柱序12号M16.022.846-35.2-21.8121.8150.1-46.3330067N312.744.100000M-49.08.179139.51.34021.81-46

21、.3 470050.176N382.944.1582.4121.91000400M25.663.955.15-83.01309.-27600181.069N434.144.1582.4121.91000140V8.211.33-9.27-9.27017.541.6-26.00676注： M（单位为 kN m ），N（单位为 kN ），V（单位为 kN ）。表 2.5A 柱内力组合表截面M max 及相应M min 及相应Nmax 及相应 M、N N min 及相应 M、N的 N，V的 N，V +0.943.4 +0.9M7+ + -77. +16.023050.9 18.58+ N352 +

22、0.9M + 67.22+N+946.8M520. +0.97N+998+ V54.31MK+0.9344.270.7N K+828.+0.68336.7VK3 +0.9 + +0.9 + +0.90.7 + +0.6 312-67.47492.6-460.4543.83-39.3-289.74 + 0.9 + +0.9 +0.90.7 +0.6352312167.2 + 0.9-64.472 + 946.8492.6520.7- 460.4 + 0.9 +998+ 543.8-39.354.31 + 0.9 0.7 + +0.6 注： M（单位为 kN m ），N（单位为 kN ），V（单位

23、为 kN ）。2.6 柱的设计2.6.1 设计资料截面尺寸：上柱 400 400mm 正方形截面下柱 I 字形截面 b=100mm,h=900mmb fbf 400mm; h fhf150mm材料等级：混凝土：，2C30 f c 14.3N / mm钢筋：纵向受力钢筋为 HRB335级钢筋 fyf y 300N / mm2箍筋 . 预埋件和吊钩为 HPB235级钢筋 f y210N / mm22.6.2柱截面配筋计算由于截面3的弯矩和轴向力设计值均比截面的大,故下柱配筋由截面3的(1)32 23最不利组合确定, 而上柱配筋由1-1 的最不利组合内力组合确定. 经比较 , 用与上下柱截面配筋计算

24、的最不利组列入2.6 内.(2)确定柱在排架方向的初始偏心距ei. 计算长 l 0及偏心距增大系数见表 2.7 所列 .(3)柱在排架平面内的配筋计算表见表所列.(4) 柱在排架平面外承载力计算上柱Nmax352KN ,当不考虑吊车荷载时 ,有 :l01.2H1.21290015480mml0 / b 15480/ 40038.7,查表知0.33考虑到施工方便 As下柱 As1520mm2，上柱 As603mm2Nu0.9( f cAcfc Asfc As)0.90.33 (14.3 400 900 300 603+300 1520)1718.1KNN max352KN满足要求下柱 Nmax9

25、98KN ,当考虑吊车荷载时 ,有 :l01.0H19100mm，I I1195.38 108A4009002(550600)1902141500mm2iI1372mmAl0 / i9100/ 37224,查表1.0AsAs1520mm2故Nu0.9 ( fc Ac2 f y As )1.0 (14.3 141500 2 3001520)2935.5KNNmax 998KN满足要求表 2.6柱在排架方向的 ei l0 及截内 力组(mm) e (mm)e(mm)ih0 (mm)l0 (mm) h(mm)2e0i面（ KN）a（ KN.m）1-1 M43.47123201433651.07600

26、4000.961.537N352M-77.05247202673651.076004000.96N3121.288M18.585320733650.7476004000.96N3521.7793-3M520.7522305528651.091009001.0N9981.097M-460.4847308778651.091009001.0N543.81.061M520.7522305528651.091009001.0N9981.097M-460.4847308778651.091009001.0N543.81.061表中 : e0M / N; eie0ea;ea取 20mm和h / 30的较大

27、值 ;1 0.22.7 ei , 11.0时, 11.0;h01.15ll15时,取2 1.0,考虑吊车荷载 l02.0H u (上柱 ),不考虑吊车荷载 l0 1.0H l20.01 0,0hhcm 1K/ h0( l0 )212, 排架结构属于有侧移结构 , cm 1.0,K 0.85.1400eih截面1-1内力组（KN.m）（KN）M 43.47N 352M -77.05N 312M 18.58N 352表 2.7柱在排架内的截面配筋计算eb h0偏ASAS (mm2 )eix心(mm)(mm)( mm)( mm)情况计算值实配值1431.53 38461201/p>

28、0855201大5301.28(As=87329461201大-135603mm2 )1.779M520.75521020174476大1112N9981.097M-460.4877134592476大1371223-31.064N543.81(As=M520.75521020174476大1112N9981.091520mm2)7M-460.4877134592476大1371N543.81.061表 中 ：ei ,见表 2.6； eeihas； as 35 .x :上 柱2xNNN，下柱，当N b f hf1 f c时 ，b 1 fc400114.35720xNNN ，当 N bf hf1

29、 fc 时， xN bfb hf1 fc40014.3b1 f c；b 1 fc15720Ne bxh0x1f c2；下柱，当 2asAs , As ：上柱 xbh0 ， AsAsxhf 时，f yh0asNe bf x h0x1 fc2AsAs；当bh0x hf时，f yh0 asNebfb hfh0hfbx h0x1 f c2AsAs2；上柱或下柱，当f yh0asx2as 时， AsAsNe。f yh0as2.6.3 、柱的裂缝宽度验算规范规定，对 e00.55 的柱应进行裂缝宽度验算h0上柱：e02470.6760.55 ，需进行裂缝宽度验算h0365下柱： e08470.98 0.55 ，需进行裂缝宽度验算h0865表 2.8 柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力标准值43.47520.7M k / kN mN k/ kN352998M k123522e/ mm0N kAs0.006630.010.00760.01te取 0.01取 0.010.5bh(bfb