混凝土结构设计课程设计_ - 副本

1、第4章 单层工业厂房设计4.1 设计资料4.1.1基本情况××金工车间建筑地点为株洲市郊区，其跨度、总长和柱距如图4.1示。车间内设有2台200/500KN中级工作制吊车，其柱顶和轨顶标高如图4.1示。4.1.2 地质条件地坪以下 1m为填土，4m以下均为亚粘土,地下水位-5m，无腐蚀。地基承载力设计值飞f=200KN/,4.1.3 雨雪条件基本雪压，基本风压4.1.4厂房中标准构件选用情况a 屋面板采用G410（一）标准图集中的预应力大型混凝土屋面板，自重标准值为1.4 kN/m2；屋面板上做二毡三油，标准值为0.35KN/。b 天沟板采用G410（二）标准图集中的TGB

2、77-1沟板，自重标准值为2.02 KN/m（包括积水重），选用钢筋混凝土端壁DB9-4,自重43.2KN,选用G316中的钢筋筋混凝土侧板CB-1，自重5.94KN.c 天窗架采用G316，其传给屋架的自重标准值为26.2 kN；d 屋盖支撑自重0.05 kN/m2；（沿水平方向）e 吊车梁采用G425标准图集中先张法预应力混凝土吊车梁YXDL6-8，梁高1200mm，翼缘宽500mm，梁腹板宽200mm，自重标准值44.2 kN/根，轨道重1 kN/m，轨道及垫层构造高度200mm；f 屋架采用G415标准图集中预应力钢筋混凝土折线型屋架YWJA-24，自重106 kN/榀4.1.3 材料

3、柱：采用 C30混凝土（）。纵向受力钢筋采用 HRB335级钢筋（ fy300N/m，Es2.0×105N/mm2），箍筋采用 HPB235级钢筋（ fy210N/mm2，）。基础：采用 C20混凝土（）。钢筋采用 HRB335级钢筋（fy300N/mm2，Es2.0×105N/mm2）。图4.1××金工车间平面布置图图4.2××金工车间1-1剖面图4.2 结构布置及柱截面估算4.2.1结构布置车间长96m,柱距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

4、应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板和选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁的情况见4.1.4节。4.2.2 排架梁柱计算长度由图4.1可知柱顶标高是11.90米，吊车轨顶标高是9.5米 ，室内地面至基础顶面的距离0.75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=11.9m+0.75m=12.65m ,Hu=11.9m-9.5m=3.8m ,Hl=12.65m3.8m=8.85m4.2.3 柱截面估算根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表.4.2。表4.2 柱截面尺寸及相应的参数柱列上柱下柱b×h/mm截面积惯性矩/mm截面积A惯性矩IA

5、400×400400×800×100×150B400×600400×1000×100×150C400×400400×800×100×1504.2.4 排架计算简图确定本设计取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如下图4.3。根据建筑剖面图和构造要求，确定厂房计算简图如下图4.4示。4.3 荷载计算4.3.1 恒荷载恒荷载包括屋盖、柱、吊车梁及轨道连接接件、围护结构（墙体、门窗）等的自重。图4.3厂房计算单元图图4.4厂房计算单元图4.3.1.1 屋盖自重20mm厚1：3水泥砂

6、浆找平层 冷底子油两道隔汽层 厚泡沫混凝土隔热层 15mm厚1：3水泥砂浆找平层 冷底子油两道两毡三油防水层 绿豆保护层屋架支撑 1.5m×6.0m屋面板 屋面恒载 3.672KN/屋架自重YWJA-24-2CCAB跨 BC跨 天沟板 作用于AB跨柱顶的屋盖结构重力设计值为：作用于AB跨柱顶的屋盖结构重力设计值为：4.3.1.2 柱自重边柱A:上柱=0.16 下柱=0.1875 中柱B:上柱=0.24 下柱=0.1975 边柱C同边柱A。4.3.1.2 吊车梁及轨道自重AB跨 BC跨 各恒载作用位置如图4.5示。图4.5荷载作用位置4.3.2 活荷载设计值活荷载包括屋面活荷载、风活荷

7、载及吊车活荷载。4.3.1.1 屋面活荷载由荷载规范可知，对不上人的钢筋混凝土屋面，其均布荷载的标准值 （可作的增减），大于该厂房所在地区的基本雪压，排架计算时仅按前者增加（即取）计算。AB跨：BC跨:屋面活荷载在每侧柱上的作用点位置与屋盖结构自重相同。4.3.1.2 吊车荷载由混凝土结构设计表2.5.1可得吊车的参数为：，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4.6所示。图4.6吊车梁支座反力影响（1）吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为（考虑多台车的荷载折减系数）：AB跨：BC跨：同AB跨一样，即,。（2） 吊车横向水平荷载AB跨：作用与每一个轮子上的吊车横向水

8、平制动力即作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值即：BC跨：同AB跨一样，即4.3.1.3 风荷载该地区的基本风压值，对于大城市郊区，风压高度系数按B类地区考虑，对于高度小于的单层厂房，风振系数。根据厂房各部分标高及厂房所在地，风压高度变化系数按B类地面求得：柱顶（标高11.9m） 檐口（标高14.2m） 屋顶：AB跨：（标高） BC跨：（标高） 风荷载体型系数如图4.7示。图4.7风荷载体型系数故风荷载标准值为：作用于排架计算简图（图4.8示）分荷载计算设计值为：图4.8风荷载作用示意图右来风时：4.4 排架内力分析该厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。4.4.1 剪力分配系

9、数如表4.3所示。表4.3 柱剪力分配系数柱别A、C柱B柱4.4.2 恒荷载作用下的内力分析A柱列：B柱列：C柱列：各柱列所受弯矩如图4.9示。图4.9柱列所受弯矩示意图（单位）各柱不动铰支承反力分别为：A柱列：B列：C列：故假设排架柱不动铰支的总反力为各柱柱顶最后剪力分别为：故恒载作用下排架柱的弯矩图和轴力图如图4.10示。图4.10恒载作用下的弯矩图和轴力图4.4.3 屋面活荷载作用下的内力分析4.4.3.1 AB跨作用有屋面活荷载时（如图4.11）图4.11 活荷载计算简图由屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为，其中在A列柱、B列柱柱顶及变阶处引起的弯矩分别为：各柱不动铰支承反力分别为：A柱

10、列：B列：故假设排架柱不动铰支的总反力为各柱柱顶最后剪力分别为：故AB跨作用有屋面活荷载时排架柱的弯矩图和轴力图如图4.12示。图4.12 AB跨有活荷载时的弯矩图和轴力图4.4.3.2 BC跨作用有屋面活荷载时与AB跨对称各柱柱顶剪力分别为：故BC跨作用有屋面活荷载时排架柱的弯矩图和轴力图如图4.13示。图4.13 AB跨有活荷载时的弯矩图和轴力图4.4.4 吊车竖向荷载作用下的内力分析4.4.4.1 AB跨作用在A列柱AB跨作用于A列柱，由AB跨和的偏心作用而在柱中引起的弯矩为：其计算简图如图4.14所示。图4.14 AB跨作用于A柱列时计算简图各柱不动铰支承反力分别为：A柱列：B列：故假

11、设排架柱不动铰支的总反力为各柱柱顶最后剪力分别为：故AB跨作用于A列柱时排架柱的弯矩图和轴力图如图4.15示。图4.15 AB跨作用A柱弯矩图和轴力图4.4.4.2 AB跨作用在B列柱左侧由AB跨和的偏心作用而在柱中引起的弯矩为：各柱不动铰支承反力分别为：A柱列：B列：故假设排架柱不动铰支的总反力为各柱柱顶最后剪力分别为：故AB跨作用于B列柱左侧时排架柱的弯矩图和轴力图如图4.16示。图4.16 AB跨作用于B列柱左侧时弯矩图和轴力图4.4.4.3 BC跨作用在B列柱右侧由于排架结构和吊车荷载均匀对称于4.4.4.2节情况，所以计算结果为对称的，故BC跨作用在B列柱右侧时，排架柱的弯矩图和轴力

12、图如图4.17示。图4.17 AB跨作用于B列柱右侧时弯矩图和轴力图4.4.4.4 BC跨作用在C列柱由于排架结构和吊车荷载均匀对称于4.4.4.1节情况，所以计算结果为对称的，故AB跨作用在C列柱时，排架柱的弯矩图和轴力图如图4.18示。图4.18 AB跨作用于A柱列时计算简图4.4.5 吊车水平荷载作用下的内力分析4.4.5.1 AB跨有作用时计算简图如图4.19示。图4.18 AB跨有吊车水平荷载作用的计算简图各柱不动铰支座反力分别为：A柱列：B列：故假设排架柱不动铰支的总反力为各柱柱顶最后剪力分别为：故AB跨有作用时排架柱的弯矩图和轴力图如图4.20示。图4.20 AB跨有作用时弯矩图

13、和轴力图由于排架结构对称,荷载反对称，所以计算简图和弯矩图分别如图4.21示和图4.22示。图4.21 BC跨有吊车水平荷载作用的计算简图图4.22 AB跨有作用时弯矩图和轴力图4.4.6 风荷载作用下的内力分析右来风时，计算简图如图4.23示。图4.23 右来风时排架柱计算简图各柱不动铰支座反力分别为：A柱列：C柱列：故假设排架柱不动铰支的总反力为各柱柱顶最后剪力分别为：故右来风时排架柱弯矩图如图4.24示，左来风时排架柱内力近似地按右来风时的反对称荷载取值。图4.22 右来风时排架柱弯矩图4.5 内力组合由于A、C是对称的，故以A柱进行最不利内力组合为例，其内力组合结果如表4.4；根据设计

14、及要求不进行B柱最不利内力组合。34表4.4 A柱内力组合表柱号截面 荷载内力 项目KN或KN.M恒载屋面活载吊车在AB跨吊车在DC跨风载内力组合AB跨BC跨Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax向左或向右Dmax在B柱Dmin在B柱Tmax向左或向右左来风右来风Mmax相应的NNmin相应的MNmin相应的M1234567891011组合项目组合值组合项目组合值组合项目组合值A柱1-1M11.43-0.013.84-65.55-64.68±6.2548.72-10.64±28.2714.19-22.06+0.9+0.9+0.9+ 90.01+0.9+0.9+0.9+ 90.

15、01+0.9+0.9×（+90.01N384.0475.64000000000459.68459.68384.04MK9.52-0.012.74-46.82-46.20±4.4634.80-7.6±20.1910.14-15.76-64.68-64.83-64.62NK320.3354.03000000000334.9335284.42-2M-44.29-15.113.84160.95-17.27±6.2548.72-10.64±28.2714.19-22.06+0.9+0.8(+)+0.9+ 190.09+0.9+0.9(+)+ 111.61

16、+0.90.9(+)+ -95.66N444.2875.640647.15135.45000000910.231036.55444.28MK-36.91-10.792.74114.96-12.33±4.4634.08-7.6±20.1914.19-15.7686.4976.35-68.9NK370.2354.030462.2596.75000000652.11702.55330.253-3M24.91-6.5312.788.29-167.89±146.08162.17-35.42±94.21185.48-161.80+0.9+0.8(+)+0.9+520

17、.71+0.9+0.9(+)+ 322.51+0.9+0.9(+)+ 411.01N494.0675.640647.15135.45000000960.001086.33494.06V7.820.971.01-17.25-17.02±15.80-12.82-2.80±7.4430.29-22.4733.1635.6931.63MK20.75-4.669.13-5.92-119.92±104.34115.84-25.30±67.29132.49-115.57374.90233.33296.55NK411.7254.030462.2596.750000007

18、86.14834.7411.72VK6.520.690.72-12.16-10.56±11.29-9.16-1.43±5.3121.64-16.0526.6326.4223.524.6 柱截面设计由于A、C柱是对称的，故以A柱为例；根据设计要求不进行B柱截面设计。 柱采用C30混凝土，；受力钢筋采用HRB335级，其余均采用HPB235级钢筋。上下柱均采用对称配筋。4.6.1 上柱配筋计算本设计采用对称配筋，可不考虑弯矩正负号而取绝对值最大的一组，经分析比较，最不利内力为 对这两组大偏心受压内力，在弯矩较大且比较接近的两组内力中，取轴力较小的一组作为上柱最不利内力进行配筋计

19、算。由表4.5知有吊车厂房排架方向，其计算长度为：，附加偏心矩取。由表4.5知有吊车厂房排架方向，其计算长度为：，附加偏心矩取。所以 故取x=80mm。可知属于大偏心受压。由表4.5知有吊车厂房垂直排架方向，其计算长度为：。 查得轴心受压稳定系数: 则：满足弯矩作用平面处的承载力验算。4.6.2 下柱配筋计算本设计采用对称配筋，可不考虑弯矩正负号而取绝对值最大的一组，经分析比较，最不利内力为 ， ， 经分析需要对前两组进行配筋计算，第3组只需要验算垂直于弯矩平面承载力即可。4.6.2.1 按第一组内力计算由表4.5知有吊车厂房排架方向，其计算长度为：，附加偏心矩所以 故取=1.0。可知中和轴在

20、腹板内，应重新计算受压区高度。4.6.2.2 按第二组内力计算所以 故取=1.0。可知中和轴在翼缘内，属大偏心受压。4.6.2.3 垂直于弯矩作用平面承载力验算由表4.5知有吊车厂房垂直排架方向，其计算长度为：。查得轴心受压稳定系数: 则：满足弯矩作用平面处的承载力验算。4.6.3 柱纵向钢筋的配置由前计算结果：上柱上柱综合考虑配筋：上柱上柱4.6.4 柱内箍筋设计经验表明，在非抗震区的工业厂房柱,其箍筋数量一般按构造控制,所以上下柱均按构造选用。4.6.5 柱的裂缝宽度验算规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。由于A柱上下柱均出现内力，故应进行裂缝宽验算。验算过程见表4.6，其中上柱，下柱，;

21、构件受力特征系数；混凝土保护层厚度c取25mm。表4.6 柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力标准值71.90296320.03411.72/mm225mm>719mm>0.00950.01631.1441.0/mm417.4107900.592/mm281.1642.7/MPa203.4108.30.420.360.18<0.3(满足要求)0.05<0.3(满足要求)4.6.7 牛腿设计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，其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度，如图4.25示。图4.25 牛腿尺寸简图4.6.7.1 牛腿截面高度验算，（牛腿顶面无水平荷载

22、），取裂缝控制条件来确定牛腿截面高度的计算公式：式中 分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖向力和水平拉力值；裂缝控制系数，对支承吊车梁的牛腿。取，其他牛腿，；竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离，此时应考虑安装偏差，当考虑安装偏差后的竖向力作用线仍位于下柱截面以内是，取；牛腿与下柱交接处的竖向截面有效高度，取，时，取。按下式确定： 故牛腿截面高度满足要求。4.6.7.2 牛腿截面配筋计算由于，因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，。由于所以不必设置弯起钢筋,丛钢筋不应少于4根直径不应小于12mm所以选用（）。水平箍筋选用。4.6.8 柱的吊装验算用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土

23、达到设计强度后起吊。设柱插入杯口深度取，则柱吊装时总长度为，计算简图如图4.24所示。图4.24柱的吊装验算简图4.6.8.1 荷载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4.6.8.2 内力计算柱各控制截面的弯距为：柱截面受弯距承载力及裂缝宽度验算过程见表4.7。表4.7 柱的吊装承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱51.98（43.32）75.77（63.14）73.25>0.9×51.98=46.78329.83>0.9×75.77=68.19KPa181.2875.050.340.03<0.2取0.20.13<0.2(满足要

24、求)0.02<0.2(满足要求)4.7 基础设计建筑地基基础设计规范规定，对于6m柱距的单层多跨厂房，其地基承载力特征值为、吊车起重、厂房跨度、设计等级为丙级时，可不做地基变形验算故该厂房不需做地基变形验算。基础混凝土强度等级采用，下设厚的素混凝土垫层。，采用混凝土C20,HPB235级钢筋。4.7.1作用于基础顶面的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（-截面）传给基础的M，N，V以及外墙自重重力荷载。前者由-截面选取，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板底配筋计算。表4.7基础设计的不利组合组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第1组520.719

25、60.0033.16374.90786.1426.63第2组-495.80659.60-42.53-357.11530.0029.45第3组322.511086.3335.69233.338347626.42可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0。总高度为14.55，墙体为240实心墙（），钢框玻璃窗（），基础梁重量为根。计算范围如图4.25示。图4.25基础荷载示意图每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：240mm厚砖墙 钢框玻璃窗 基础梁 合计： 距基础形心的偏心距为：4.7.2 基础尺寸及埋置深度计算按构造要求拟定高度柱的插入深度，取。杯底厚度应大于，取，则基础顶面标高为，故基础埋置深度为：表4.8基础杯底厚度和杯壁厚度柱截面高度杯底厚度杯壁厚度由表得杯壁厚度，取；基础边缘高度取，台阶高度取，见图4.25。（2）拟定基础底面尺寸修