毕业设计(论文) 单层双跨工业厂房结构设计

1、混凝土单层工业厂房结构设计 学生姓名： XXXXXX 学 号： XXXXXXXXXXX 班 级： XXXXXX 专 业： 土木工程 指导教师： XXXXXX 概 述单层厂房指层数仅为一层的工业厂房，适用于生产工艺流程以水平运输为主，有大型起重运输设备及较大动荷载的厂房，如机械制造工业、冶金工业和其他工业等。单层厂房的骨架结构，由支撑各种竖向的与水平的荷载作用的构件所组成。厂房依靠各种结构构件合理连接为一整体，组成一个完整的结构空间以保证厂房的坚固、耐久。我国广泛采用钢筋混凝土排架结构和钢架结构，通常由横向排架、纵向联系构件、支撑系统构件和围护结构等几部分组成。单层砖柱厂房具有选价低廉、构造简单

2、、施工方便等优点，在中小型工业厂肩中得到广泛应用，但单层厂房的端墙(山墙)受风面积较大，内部空间要求、厂房屋顶面积、荷载等均较大，构造复杂，如何进行有效的荷载效应组合、选取最不利内力组合，作为柱及基础的设计依据，将是本文要重点解决的问题。关键词：内力组合；偏心受压；钢筋；混凝土目录 前言 11.设计条件与资料 1 2 1.1建筑物基本条件 2 1.2设计资料 2 1.3设计要求 32.确定柱的截面尺寸 33.荷载计算 44.排架的内力分析 75.排架的内力组合 166.柱的截面设计 167.柱的吊装验算 208.基础的设计 229.绘制施工图 28参考文献 32致谢 33 北华航天工业学院课程

3、设计前言单层厂房的结构特点大致可分为砌体结构、混凝土结构和钢结构。一般情况下，无吊车或吊车吨位不超过5t，其跨度在15m以内，柱顶标高在8m以下，无特殊工艺要求的小型厂房，可采用由砖柱、钢筋混凝土屋架或木屋架或轻钢屋架组成的砌体结构；当吊车吨位在250t以上或跨度大于36m的大型厂房，或有特殊工艺要求的厂房（如设有10t以上锻锤的车间以及高温车间的特殊部位等），一般采用钢屋架、钢筋混凝土柱或者是全钢结构，其他大部分厂房均可采用混凝土结构。单层厂房结构一般由屋盖结构、排架结构、支撑系统、吊车梁、围护结构和基础等组成。它比较容易组织生产工艺流程和车间内部运输，地面上能够放置较重的机器设备和产品，所

4、以其在工业建筑设计中得到广泛的应用。近年来，单层厂房的设计越来越重视设备节能,充分利用自然通风,利用自然采光,发展节能省地型工业厂房；运用生态学中的共生与再生原则，结合自然，保护环境，防止污染，发展具有良好生态循环系统的现代工业厂房；利用高科技材料，发展更具灵活性、通用性和多样化的工业厂房。由于水平所限，时间仓促，文中一定存在缺点和不足，甚至错误，恳请老师批评指正。 1.设计条件与资料 1.1建筑物基本条件 某金工车间为两跨等高厂房，跨度均为24m，柱距均为6m，车间总长度66m。每跨设有20/5t吊车各两台，吊车工作级别为中制，轨顶标高为9.6m，基础顶面标高为-0.8m，厂房无天窗，建筑剖

5、面简图如图1所示。 图1 厂房剖面示意图 1.2设计资料 （1）荷载: 屋面均布活荷载标准值为0.7KN/m。 （2）材料:柱: 混凝土C30;纵筋HRB335级; 箍筋采用HPB235级。 基础: 混凝土C30;钢筋HPB235级。型钢及预埋件铁板用HRB335、HPB235级钢筋。 （3）建筑构造 屋面: 卷材防水屋面,其做法如下: 两毡三油防水层上铺小石子: 0.35 KN/m。 20mm厚水泥砂浆找平层: 20×0.02=0.4 KN/m。 100mm厚水泥珍珠岩制品保温层: 5×0.1=0.5 KN/m。 一毡两油隔气层: 0.05 KN/m。 20mm厚水泥砂浆

6、找平层: 20×0.02=0.4 KN/m。 预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝)荷载标准值1.4KN/m。 屋盖钢支撑荷载标准值为0.05 KN/m,屋架自重标准值106KN/榀,坡度:1:6。 墙体用240mm厚双面清水维护砖墙;钢窗宽度3.6m,纵墙上窗洞高2400mm。 地面:室内素混凝土地面,室内外高差150mm。 （4）吊车: 桥式吊车,软钩,中级工作制。吊车梁:先张法预应力混凝土吊车梁,梁高1.2m, 自重。吊车轨道联结:轨道及连接件自重1 KN/m。吊车荷载:最大轮压=215KN。 最小轮压=45KN。 小车总重g=75KN。 大车宽B=5550mm。 轮距K=4400

7、mm。 （5）工程地质及水文条件该场地地面粗糙度为B类，地形平整,无滑坡,无液化土层等不良地质现象。 地层自上而下为 填土层: 厚度约为0.5m。 砂质粘土: 厚度约为2.0m,f=200 KN/m。 卵石: 中密,厚度约为57m, f=600 KN/m。 基岩: 表层中度风化。 地下水位在地面7m以下,设计时不考虑地下水的影响，也不考虑抗震设防。 （6）气象资料:基本风压为0.35 KN/m,基本雪压为0.2 KN/m。 1.3设计要求 （1）确定柱截面尺寸； （2）荷载计算； （3）分析排架内力； （4）柱、牛腿配筋计算；（5）编制荷载、内力计算说明书； （6）根据计算结果绘制排架柱结构施

8、工图； （7）柱下基础的设计及其配筋； （8）绘制柱下基础施工图； 2.确定柱的截面尺寸 Q=（1520）t,中级工作制，Hk =9.6+0.8=10.5m。 上柱:矩形:500mm×500mm 面积: 惯性矩: 下柱:工字型 柱截面尺寸见图2。 排架计算简图见图3。 3.荷载计算 恒载 屋盖自重: 两毡三油防水层上铺小石子: 0.35 （KN/m） 20mm厚水泥砂浆找平层: 20×0.02=0.4 （KN/m） 100mm厚水泥珍珠岩制品保温层: 5×0.1=0.5 （KN/m）一毡两油隔气层: 0.05 （KN/m） 20mm厚水泥砂浆找平层: 20

9、5;0.02=0.4 （KN/m）预应力大型屋面板 1.4 （KN/m）合计 3.1 （KN/m）屋架自重: 106 （KN/榀）则作用于屋顶的屋盖结构自重为 上式中的系数1.05为考虑柱牛腿处及柱根部矩形部分的重量。 吊车梁、轨道及轨道联结件自重: 各柱恒载的作用位置见图4。 屋面活荷载 屋面均布活荷载标准值为0.7KN/m。 雪荷载 屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑.故屋面荷载为 其作用位置与屋盖自重的位置同。 吊车荷载 每跨设20t的吊车各2台,中级工作制,吊车的主要参数如下: 轮距:K=4.44m;大车宽:B=5.55m；小车重:g=75KN； 最大轮压: =215KN；最小轮压: =

10、45KN 图5是在2台10t吊车作用下,吊车梁的支座反力影响线。 吊车的竖向荷载 = = ,的作用位置同吊车梁轨道及轨道联结件自重的作用点。 吊车的横向水平荷载 由于额定起重量在1650t之间,取=10%,则 其作用位置在吊车梁的顶面处。 风荷载 基本风压:= 0.35KN/m,市郊地面粗糙度按B类考虑,查得风压高度变化系数: 查得风荷载体型系数,如图6所示,则作用于排架上的风荷载设计值为: 其中B为排架的计算宽度.风荷载作用的示意图及排架计算简图见图7(a)、(b)。 作用在柱顶处的风荷载集中力: 4.排架的内力分析 剪力分配系数的确定 因边柱和中柱的截面相同,则 因各柱的抗侧移刚度相同,则

11、各柱的剪力分配系数相同 恒载作用下排架的内力 恒载作用下排架的计算简图见图8。 n=0.21,=0.3查单阶柱柱顶反力系数表得,各柱不动铰支承的支反力为 A列柱: C列柱:柱顶不动铰支反力同A柱,方向相反 B列柱: 则排架柱柱顶不动铰支座的总反力为 最终分配到各柱柱顶的剪力分别为： 恒载作用下排架弯矩图、轴力图,如图9所示。 屋面活荷载作用下排架的内力 屋面活荷载作用于AB跨时的计算简图(作用于BC跨时与其对称),见图10。 n=0.21,=0.3查单阶柱柱顶反力系数表得,各柱不动铰支承的支反力为 A列柱: B柱列: 排架柱顶不动铰支座总反力为 最终分配到各柱柱顶剪力分别为 屋面活荷载作用于A

12、B跨时排架的弯矩、轴力图见图11。 其他荷载作用下排架的内力 同理可得其他荷载作用下排架的内力,计算结果列于表1。 其余荷载作用下的计算简图及排架的弯矩、轴力图见图1221。表1荷载作用下排架的内力分析结果荷载柱上力矩/(KN·m)各柱柱顶不动铰支承力反力/KN总反力/KN分配到各柱顶最后剪力/KN吊车竖向荷载作用于AB跨作用于A列柱(BC跨与其对称)=174.7()=91.4()16.5()8.7（）05.6()14.6()12.7（）1.9（）吊车竖向荷载作用于AB跨作用于A列柱(BC跨与其对称)=36.6()=436.8()3.5()41.4（）037.9（）16.1()28.

13、7（）12.6()吊车水平荷Tmax作用于AB跨向右(向左时与其对称)Tmax=18.6KN(吊车梁取1.2m)11.9()11.9()023.8()4()4()8（）风荷载作用下左来风(右来风时与其对称)=10.9KN=2.3KN/m=1.25KN/m15()05.8()31.7()4.4()10.6（）4.5（）注: 在各种荷载作用之下,A柱和B柱的内力图及控制截面内力汇总于表2和表3。35 5.排架的内力组合 在各种荷载作用下,对边柱和中柱进行最不利内力组合.其中未考虑厂房的整体空间的作用.A柱加B 柱的内力组合结果见表4和表5。 表4 A柱的内力组合截面内力+及相应的N、V-及相应的N

14、、V及相应的M、V及相应的M、V组合项数值组合项数值组合项数值组合项数值-M+0.9+88+0.9+0.8(+)+ +-28.5+0.9+0.8(+)+ +-28.5+0.9+88N306.7424.2424.2306.7-M+0.9+0.8(+)+110+0.9+0.8(+)+ +-35.9+0.9+0.8(+)+ +90.3+0.9+29.6N840.2572.2903.7420.9-M+0.9+501.5+0.9+ +-147+0.9+8.86+0.9+501.5N487.9661.11076487.9V28.6-11.5-10.128.6 表5 B柱的内力组合截面内力+及相应的N、V-

15、及相应的N、V及相应的M、V及相应的M、V组合项数值组合项数值组合项数值组合项数值-M+0.9+152.8+0.9+-152.8+0.9+143.9+0.9+143.9N726.4726.4790662.9-M+0.9+284.4+0.9+-284.4+0.9+275.6+41.3N134013401404752.3-M+0.9+0.8(+)+294.6+0.9+0.8(+)+ +-294.6+0.9+0.8(+)+287.4+140N139013901453819.3V-5.85.8-5.610.6 注: 1）组合及中,±M的绝对值相等.因柱为对称配筋,所以表中的M只取了正值. 2

16、）表中0.8为参与组合的吊车竖向荷载为4台时的荷载折减系数。 根据荷载规范,荷载效应的基本组合有两种.一种由可变荷载效应控制的组合;一种由永久荷载效应控制的组合.单层厂房中排架的内力通常由第一种组合控制。 6.柱的截面设计 选取控制截面的最不利内力 大偏心受压和小偏心受压界限破坏时的轴压力为: A、B柱: 上柱: 下柱: (取=40mm)经比较,A、B柱的所有<,所以A、B柱组合后的内力值均为大偏心受压.对大偏心受压,对称配筋的柱,在 “M相差不多时,N越小越不利;N相差不大时M越大越不利”.由此可确定各柱的最不利内力为:A柱: B柱: 纵向受力钢筋的计算(表6) 箍筋的配置 因柱底的剪

17、力很小 =28.6KN(A柱) 若取剪跨比=3 则远远大于柱底的剪力值(还未考虑轴向压力对斜截面受剪的有利影响),所以排架柱的箍筋按构造配置为10200,柱箍筋加密区取为10100,加密区范围(此处按抗震要求配置)，柱配筋施工图见图28和图29。 排架柱平面外轴心受压承载力验算 取配筋中的较小值验算。 AB柱: ， 所以A、B柱平面外受压承载力满足要求。 A、B柱截面配筋图，见图29和图30。 牛腿的设计 A柱:根据牛腿的构造要求,初步确定牛腿的尺寸,如图22所示。 表6 A、B柱纵向受力钢筋的计算表 柱截面项目A柱B柱-M/(KN·m)88501.5143.9294.6N/KN30

18、6.7487.9662.913902871028217212(取及20中较大值)(mm)203020303071058237242( 上柱)(下柱)7.89.27.89.215.6>5>1510.2>5<1515.6>5>1510.2>5<155.83>1.0取1.03.64>1.0取1.02.7>1.0取1.01.28>1.0取1.00.991.050.991.052.51.232.71.35977.51711.3850736.742.8<取8068.2<<取8092.7194.4>>135

19、7 3)1768 3)2262 3)0 2)实配钢筋/(mm×mm)422(1520)522(1900)428(2463)422(1520)配筋率/%0.610.760.990.611.221.531.971.22 注:1) ,则. 2) 3) 4)矩形截面: , 5)形截面: , 牛腿截面尺寸的验算 牛腿的截面尺寸满足要求。 牛腿顶面局部受压验算 取吊车梁的垫板尺寸为500mm×250mm,则 牛腿顶面的局压满足要求。 牛腿纵向受拉钢筋的计算 因为,取=0.3×760=228mm 牛腿的箍筋 牛腿的水平箍筋选用10100,牛腿的范围有,箍筋的总截面面积为 故箍筋

20、的设置满足构造要求。 牛腿的=0<0.3,可不设弯起钢筋.牛腿的配筋如图23所示。 同理,可设计出B柱牛腿的尺寸及配筋如图23所示。 使用阶段柱的裂缝宽度的验算由混凝土规范知,排架柱的裂缝控制等级为三级,按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度。只有A柱的I-I,-截面处,需进行裂缝宽度的验算,见表7。 7.柱的吊装验算 A、B柱的截面尺寸相同,B柱的荷载在牛腿处稍大些,因此只需对B柱进行吊装时的验算。 柱吊装时的承载力验算 混凝土达到设计强度的100%时方可吊装。 表7 A柱裂缝宽度的验算项目 截面 I-I（上柱） -（下柱）67.7385.8235.9375.3287

21、102815.6>1410.2<141.11.0535143800.4136072675.51940.010.148-0.63<0.2取0.20.640.036mm<0.3mm0.23mm<0.3mm 注： 1）内力的标准值近似值取设计值除1.3的系数。 根据构造要求,取柱入基础的深度,所以柱吊装验算时的计算简图如图24所示。 考虑到牛腿根部及柱底部为矩形截面,下柱自重乘1.1的系数,1.5为动力系数。 由得 的最大位置： 式中:结构重要性系数,取为0.9 所以柱吊装的承载力满足要求。 8.基础的设计 混凝土采用C30;, ,垫层采用C10素混凝土,厚100.A柱

22、基础的标高见图25。 A柱: 由基础梁传至基础顶面的荷载计算: 基础梁b×h=250mm×500mm,围护墙为240mm厚清水砖墙 墙上开有上下两层钢窗,上窗:宽×高为3.6m×2.4m；下窗：宽×高为3.6m×4.8m； 钢窗重取为0.45;清水砖墙为18×0.24=4.32 墙重:(15.2+0.15)×6-（4.8+2.4）×3.6×4.32=285.9KN 钢窗重:（4.8+2.4）×4.2×0.45=13.6KN 基础梁自重:0.25×0.5×6

23、×25=18.8KN 合计 A柱基础顶面最不利内力(设计值): B柱基础顶面最不利内力(设计值): 基础的受力图见图26。 地基承载力的验算 A柱基础底面积的确定 由杯口基础的构造要求可初步确定基础的尺寸及埋置深度d,见图27。 d=1.1+0.8=1.9m (式中1.3为系数1.2与1.4的平均值) 将基础底面积扩大1.4倍,1.4A=1.4×7.1=9.9 B柱基础底面积的确定 由杯口基础的构造要求可初步确定基础的尺寸及埋置深度d,见图27。 d=1.1+0.8=1.9m (式中1.3为系数1.2与1.4的平均值) 将基础底面积扩大1.4倍,1.4A=1.4×

24、8.85=12.4 地基承载力的验算 ; 基础自重和基础上土重的标准值为 A柱和B柱基础底面压力标准值分别见表8和表9。 表8 A柱基础底面压力标准值 内力项目385.8-113.16.8375.3508.5827.722-8.8-7.81026.91160.11479.3228.1-304.7-183.7153.4180.9197.579.582.2138116.5131.6167.8 注:1)表中的内力标准值为设计值除1.3的系数。 2)表中h为基础高度1.1m。表9 B柱基础底面压力标准值 内力项目22622110810691120630-4.43-4.38.21847189814083

25、934.3-65156160123148152109152156116 注:1)表中的内力标准值为设计值除1.3的系数。 2)表中h为基础高度1.1m。 从表8和表9可看出 基础底面积满足地基承载力的要求。 基础的受冲切承载力验算 扣除基础自重及其上土重后,基础地面内力设计值在基础底面产生的净反力计算见表9。 因柱与基础交接处杯壁厚300mm小于杯壁高度400mm,说明上阶底落在冲切破坏锥体以内,故仅需对变阶处进行冲切验算。.表9 基础底面净反力设计值 项目 内力A柱B柱A柱B柱A柱B柱867.617701040.818361455.71199306.21165-3781232-538.2613148274179.2286252.216648.81856.815.777.931 此时=700-40=660mm 冲切破坏锥体最不利一侧斜截面上边长和下边长分别为 A柱： =500+2×375=1250mm =12