混凝土单层工业厂房课程设计计算书

1、单层工业厂房混凝土排架课程设计业级号名 专班学姓土木工程 土木三班王书英指导老师肖四喜目录、设计资料2、计算内容3柱截面尺寸确定3荷载计算4恒载4屋面活荷载5风荷载5吊车荷载6排架内力分析6恒载作用下排架内力分析7屋面活荷载作用下排架内力分析8风荷载作用下排架内力分析9吊车荷载作用下排架内力分析10内力组合12柱截面设计13上柱配筋计算13下柱配筋计算14柱的裂缝宽度验算15柱箍筋配置16牛腿设计16柱的吊装验算17基础设计 18 作用于基础顶面上的荷载计算18基础尺寸及埋置深度19基础高度验算20基础底板配筋计算21柱截面尺寸确定由图2可知柱顶标高为m，牛腿顶面标咼为，设室内地面至基础顶面的

2、距离为，贝U计算简图中柱的总高度H、下柱高度Hl、上柱高度Hu分别为:H=+= , H | =+=Hu=-=根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可由表并参考表确定柱截面 尺寸，见表1。表1柱截面尺寸及相应的计算参数柱号'计算参数截面尺寸/mm面积/mm 2惯性矩/mm 4自重/(KN/ m)A , B上柱矩400X 4005X 105X 108下柱1400 X 900 X 100 X 150X 105X 108本例仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1所示荷载计算恒载(1) .屋盖恒载：m220 X = KN/m24X = KN/m2KN/m220X = KN/m2KN/

3、m2KN/m2两毡三油防水层20mm厚水泥砂浆找平层100m m厚水泥膨胀珍珠岩保温层一毡二油隔气层15mm厚水泥砂浆找平层；预应力混凝土屋面板(包括灌缝) 天窗架重力荷载为2X 36 KN /榀，天沟板KN/m，天沟防水层、找平层、找坡层 KN/m，屋架重力荷载为106 KN /榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值 为：G1=X KN/m2x 6mX 24m/2 + 2X 36 KN/2 + KN/mX 6m+ KN/mX 6m + 106 KN/2) = KN(2) 吊车梁及轨道重力荷载设计值：G3=x(+ mX 6m) = KN(3) 柱自重重力荷载设计值：上柱G4a= G4b=x

4、4kN/m X = KN下柱G5a= G5b=x m X =各项恒载作用位置如图2所示。G4a=18.21r(Qf50. IO)|Gf：诣 270(Qf50. IO)(；i=382.70Th25D Jd=50.20G：1=50.20G4iF18.2t21图 2 I 屋面活荷载屋面活荷载标准值为 KN/m2,雪荷载标准值为 KN/m2，后者小于前者，故仅 按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：Qi = x KN/m2X 6m X 24m/2=Qi的作用位置与Gi作用位置相同，如图2所示。风荷载风荷载标准值按式（）计算，其中0= KN/m2 , z=, Uz根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度

5、由附表确定如下：柱顶（标咼）uz =檐口（标高）Uz =天窗架壁底（标高）uz =天窗架壁顶（标高）uz =屋顶（标高）Uz =Us如图3a所示，由式（）可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为: ik = z Us1 Uz o=xxx KN/m2 = KN/m22k = z us2 uz 0 =xxx KN/m2 = KN/m2则作用于排架计算简图（图）上的风荷载设计值为：q1 = x KN/m2 x =mq2 = x KN/m2x =mFw= Q （Usi +Us2）Uzhl+（Us3 + Us4）Uzh2+（Us5+Us6）Uz h3z oB=x=KN+xx+xx+xxxx KN/m2

6、x吊车荷载由表可得 200/50KN吊车的参数为：B=，K=, g=75KN, Q=200KN, Fp,max=215KN,Fp,min=45KN。根据B及K,可算得吊车梁支座反力影响线中歌轮压对应点的竖向坐 标值，如图4所示。（1）吊车竖向荷载由式（）和式（）可得吊车竖向荷载设计值为：Dmax = q Fp,max yi = X 215 KNX （1+ + + = KNDmin= q Fp,min yi=X45 KNX = KN計吊车林価下支座反力影够（2）吊车横向水平荷载 作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力按式（）计算，即11T=-（Q+g）=丄 XX（ 200KN+ 75KN） =

7、KN44作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按式（）计算，即Tmax= qT yi=X KNX = KN排架内力分析该厂房为单跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。 其中柱的剪力 分配系数i按式（）计算，结果见表2 0表2柱剪力分配系数柱别n=lu/liHu/H3Co =3/1+(1/n-1)3=H / C0E Il1/ ii= 1/ iA , B柱n=C0 =10 H3 A= B= TA= B =1.3.1恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图5所示。图中的重力荷载G及力矩M是根据图2 确定，即G<| = G-i =； G2=G3+Ga =+=G3 = G5A =；

8、m 1 = Gex = KN mm 2 =( G1 + Ga) eo 一 G3 e 3=KN+ KNX KNX = KN m32.58c/r63.96JT63.96/10.62-/ i19.U21.22恒载作圧下排架闪力图由于图5a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内力 计算，则柱顶不动铰支座反力Ri可根据表所列的相应公式C1=21 2(1 1)n3(- 1)n19.14KN C3 =M2H1 2n85.18KN m132= KNM1Ra =C1HRB = KN求得Ri后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该 截面以上重力荷载

9、之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图 ，c。 图为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。m 2.12212.9m屋面活荷载作用下排架内力分析排架计算简图如图6a所示。其中Q1= KN,它在柱顶及变阶处引起的力矩为M u=X =KN对于A柱,R = M 1ACim ; M 2a=x =KN m。C1=, C3=,贝U2.52KN m 2.12212.6KN m 1.132H12.9m=KN()Rb =KN()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图所示oibjCh2-2r-.29.62才1.62困6作辰岸而和较吋*架内力困风荷载作用下排架内力分析(1)左吹风时计算简图如图7a所示。对

10、于A,B柱，n=,=，则3 14(- 1)nC11 =3 18 13(丄 1)nRa =- q1 H C11 =mxx =()RB =- q2 H C11 =mxx = KN()R= RA + RB + Fw= KN()各柱顶剪力分别为：Va= Ra- a R=+X = KN() VB= RB - B R=+X = KN() 排架内力图如图7b所示。A37哉如斛打T：(2)右吹风时计算简图如图8a所示。将图7b所示A,B柱内力图对换且改变内力符号后可得, 如图8b所示。.11.8 11 -Ml.吊车荷载作用下排架内力分析(1) Dmax作用于A柱计算简图如图9a所示。其中吊车竖向荷载Dmax

11、, Dmin在牛腿顶面处引起 的力矩为：M A = Dmaxe3 = X = KN mM b = Dmin e 3 = X = KN m对于A柱, C3=,则Ra =194J5KN m 1.132= KN()12.9mRbMbHC3=40.64KN m "132 = KN(12.9mR=Ra+Rb=+=() 排架各柱顶剪力分别为:Va= Ra- A R=+X = KN()Vb = Rb - b R=+X =()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图9b,c所示。T'令 MSniin(b)k. ；L 力固D max作用于B柱同理，将“ Dmax作用于A柱”的情况的A,B柱对换

12、，并注意改变符号，可求得各 柱的内力，如图10所示。1.0 Dmodl用it L 11 It：描架内力图 Tmax作用下排架计算简图如图11a所示。对于A, B柱，n=,=，由表得a=M3 (2 a)(1 a)22 3a(2 3a)nC5 =" 3 1 =2 1 3( 1)nRa=- TmaxC5=X = KN()Rb =- Tmax C5 = KN( ) , R=Ra+Rb = X 2 =()各柱顶剪力为：VA= Ra-卩a R=+XX = KN()Vb = Rb -卩 b R=+XX = KN()排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图11b所示。当Tmax方向相反时，弯矩图和剪力只改变

13、符号，大小不变。M!L.!B11 T/川卿架冈力宦内力组合以A柱内力组合为例。表3为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表，表4为A柱内力组合表，这两表中的控制截面及正负号内力方向如表3中欧那个的例图所示。内力组合按式（）式（）进行。除 Nmax及相应的M和V项外，其他三项 均按式（）和式（）求得最不利内力值；对于 Nmax及相应的M和N项，U -U和 川-川截面均按（gk+qk）求得最不利内力值，而I -I截面则是按式（）即（gk+Sqk） 求得最不利内力。对柱进行裂缝宽度验算时，内力川采用标准值，同时只需对e°/ho的柱进 行验算。为此，表4中亦给出了 Mk和Nk的组合值，它们均满足

14、e°/ho的条件， 对本例来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V项。表3A柱内力设计值汇总表柱号及 正向内 力何载类别恒载屋面活 载吊车竖向荷载吊车水平 何载风荷载D max作用于A柱D max作用于B柱左风右风序号I -1MN00000n - nMN000川-川MN000V+ M max及相应N，V-M max及相应N，VN max及相应M，VNmin及相应M，VM k、Nk备注IIM+（+（+）+Nmax一项，取GK +QK（+）+N出M :+:+-N+出V+（+Mk（ +） +）+（ +） +NkVk柱截面设计仍以A柱为例。混凝土： C30, fc 14.3N /mm2 ,如

15、 2.01N / mm2 ;钢筋：受I力筋为HRB335, fyfy300N /mm2， b 0.550。上下柱均采用对称配筋。上柱配筋计算由表4可见，上柱截面共有4组内力。取h0 =400mm-40mm=360mm。经判别，其中三组内力为大偏心受压；只有（ M= KN m， N=） 组为小偏心受压，且 N< b 1 fcbh0= XX N / mm2 X 400mm X 360mm= KN故按此组内力计算时为构造 配筋。对3组大偏心受压内力，在弯矩较大且比较接近的两组内力中，取较小的 一组，即取M= KN m , N= KN由附表查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度lc=2X =。附加

16、偏心距ea取20mm （大于 400mm/3 ）。93.01 106 N mme°=M/N=208mm, e =e°+ ea =208mm +20mm=228mm446300N由l°/h=7600mm/400mm=19>5，故应考虑偏心距增大系数。2 2 2_0.5fcA_0.5 14.3N /mm 400 mm1 =>，取 1 =N446300N21.15 0.01©h1盘知h°N1帥0446300 N20.2171.0 14.3N /mm 400mm 360mm2a sh°昱mm 0.222360 mm取x=2as进行

17、计算。e = e h/2 as 1.391 228mm 400mm/2Ne446300 N 157.1mm40mm157.1mmAs As2fy（h。as）300N/mm选318 （ As =763mm2），则满足要求。由附表，得垂直于排架方向柱的计算长度l0/ b =4750mm/400mm=,(360mm 40mm)730mm2As/(bh)763 mm2 /(400mm x 400mm)=%>%,I。=x =，则Nu 0.9 (fcA fyAs) 0.9 0.95763mm2 2)2347.66KN Nmax满足弯矩作用平面外的承载力要求。2 2(14.3N / mm 400mm

18、400mm 300N / mm486.34KN下柱配筋计算取h 0 =900mm-40mm=860mm。与上柱分析方法类似，在表4的8组内力中,选取下面的一组不利内力：M= KN m , N= KN下柱计算长度l0 = H | =,附加偏心距ea =900mm/30=30mm（大于20mm）。b =100mm, bf =400mm, hf =150mm。6549.03 106 N mmeo =M/N=512mm, e =e0 + ea=512mm +30mm=542mm1071900N由l0/h=91OOmm/9OOmm= f5，故应考虑偏心距增大系数，且取2 1.0。2_ 0.5 fcA _

19、 0.5 14.3N / mm 100mm 900mm2 (400mm 100mm) 150mm=>,N取1=011071900 N1 （：）1400 eL h h。1.116 542mm故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则2=119100mm 2( )1.0 1.0 1.116 1400 542mm 900mm860mm604.9mm0.3h00.3 860mm258mm7600mm、1.15 0.01 ()0.96400mm2=11(7600mm)2 1.0 0.96 1.3911400 228mm400mm360mm1071900Nx=i fcbf2187.4mm hf1.0

20、 14.3N / mm 400mm150mm说明中和轴位于腹板内，应重新计算受压区高度X：N 1fc(bf b)hf x1fcb1071900N1.0 14.3N/mm2(400mm 100mm) 150mm21.0 14.3N /mm 100mm299.6mmeih/2 as604.9mm900mm/240 mm 1014.9mmAsNe1 fc (bfb)hf (h。1hf )1 fcbx(h°fy(h°as )21071900N 1014.9mm 1.0 14.3N / mm (400mm 100mm) 150mm2(860mm 150mm/2) 1.0 14.3N/

21、mm 100mm 299.6mm (860mm 299.6mm/2)2/300N / mm (860mm 40mm)1132mm2选用4 20( As =1272mm2)。按此配筋，经验算柱弯矩作用平面外的承载力 亦满足要求。柱的裂缝宽度验算规范规定，对e°/h°的柱应进行裂缝宽度验算。本题的下柱出现 e°/h° 的 内力，故应对下柱进行裂缝宽度验算。验算过程见表5，其中，下柱的 A； =1272mm2， Es = 2.0 105N /mm2 ;构件受力特征系数 cr =；混凝土保护层厚 度c取25mm。表5柱的裂缝宽度验算表柱截面下柱内力标准值M k/

22、( KN m)Nk/KNe0=M k /N k /mm480> h 0=473A；te0.5bh (bf b)hfs 1占爭1400色 hho(lg/h<14)e1eok h/2 as/ mm890(bf b)hf fbhoho 2z 0.87 0.12(1f )(-°)2h。/mmeNk(e z)2.sk /(N /mm )Asz0.65ftk1.1 te skskdeqmaxcr(1.9c0.08) / mmE ste<3（满足要求）柱箍筋配置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 8200箍筋。牛腿设计根据吊车梁支承位

23、置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图12所示。其中牛腿截面宽度b=400曼慢，牛腿截面高度h=600mm，h0=565mm。（1）牛腿截面高度验算按式（）验算，其中 =，ftk = mm2， Fhk =0 （牛腿顶面无水平荷载），a=-150mm+20mm=-130mm<0取a=0, Fvk 按下式确定：vkD maxG3G647.15KN50.20KN1.41.2504.08KN由式（）得:(10牢)ftkbho0.650.52.01 400 5650.5590.54KNho故牛腿截面高度满足要求duj（2）牛腿配筋计算由于a=-150mm+20mm=-130mm<0因

24、而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造(As=616mm2 )，水平箍筋选用 8100。柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处，混凝土达到设计强度后起吊。 由表可得柱插入杯口深度为 hi=x 900mm=810mm,取hi=850mm,则柱吊装时总长 度为+=计算简图如图13所示。柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载(应考虑动力系数)，即M11 21q1H；8.1KN /m 3.82m22 2158.48KN m28.1KN /m (3.8m0.6m)1 2 2(20.25 KN /m 8.1KN /m) 0.6 m 84.20 KN2由MbRAl 3112J3I3M 21M2 1Ra1q

25、3l3.9.50 KN2l 32M3RaX1q3x2，令dM 32dxM335.41KN3.73m1 9J20得:/m 9.35mRaq3xM284.20 KN m 35.41KN9.35m0,得=，则下柱段最大弯矩为:/ m2阳r2imilllULLIIBUI0C1応0011 1/IL 阴 5：)|1 1X Mt2卜、1 /q1 =G q1 k1.51.354.0KN /m8.1 KN /mq2Gq2k1.51.35(0.4m 1.0m25KN /m3)20.25KN /mq3G q3k1.51.354.69KN /m9.50KN /m在上诉荷载作用卜，柱各控制截面的弯矩为:/ |i fj

26、H.I柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表6。柱截面上柱下柱M(M k)/( KN m )MuAsfy(h0 a's)/( KN m)>2skmk/(O.87hoAs)0.65和1.1 te sk取skd eqmaxcr 孑(1 0.08)E ste/mm< （满足要求）<（满足要求）基础设计作用于基础顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（川-川截面）传给基础的M,N,V以及外墙自重 重力荷载。前者可由表4中川-川截面选取，见表7,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底板配筋计算，内力的正号规定见图14b。表7基础设计的

27、不利内力组别荷载效应基本组合何载效应标准组合M/( KN m)N/KNV/KNM k/( KN m )Nk/KNVK /KN第1组第2组一一一一第3组由图14a可见，每个基础承受的外墙总宽度为，总高度为，墙体为240mm砖墙(m2)，钢框玻璃窗(KN/ m2),基础梁重量为根。每个基础承受的由墙体 传来的重力荷载为：240mm砖墙KN/ m2 6m x +x=钢框玻璃窗KN/ m2 x +x =基础梁Nwk= KNNwk距基础形心的偏心距ew为：ew = (240mm+900mm) /2=570mmNw=Nwk=X =基础尺寸及埋深(1)按构造要求拟定高度h:h=h|印50mm由表得 柱的插入

28、深度h1 0.9hc 0.9 900mm 810mm 800mm , 取hi =850mm。由表得杯底厚度ai应大于200mm ,取ai =250mm,则h=850mm+250mm+50mm=1150mm。基础顶面标高为，故基础埋深d为: d =h+=由表得杯壁厚度t > 300mm,取325mm;基础边缘高度a2取350mm,台阶高度取400mm,见图 14b。(2)拟定基础底面尺寸由式()得:Nk,macx N wkA3md834.65KN 29820KN5.47m2240KN /m2 20KN /m3 1.65m适当放大，取A=bl=x =2(3) 计算基底压力及验算地基承载力Gk

29、mdA 20KN /m3 1.65m 8.64m2 285.12KN121223W lb22.4m 3.62m25.184m36 6基底压力按式()计算，结果见表8 ;按式()验算地基承载力，其中fa 1.2 240KN /m2 288KN /m2，验算结果见表&可见，基础底面尺寸满足要求。表8基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第1组第2组第3组M k/( KN m )Nk/KNVk/KNNbk( Nk Gk Nwk)/KNMbk( Mk Vk Nwkew)/(KN m)一一Pk,max ( 皿 Ml)/(KN /m2)PmaWP (Pk,max Pk,min)/2 / KNfa

30、/ KNPk,max/KN1.2fa/KN<240<288<240<288<240<288基础高度验算这时应采用基底净反力设计值Pj , Pj,max和Pj,min可按式（）计算，结果见表9。对于第2组内力，按式（）计算时,Pj,min<0，故对该组内力应按式（）计算基底净反力，即：M b735.20KN me00.758mNb969.90KNb3.6mae0.758m1.042m22由式（）得：2Nb2 969.90 KN2p j max258.56KN /mla32.4m 1.042m因台阶高度与台阶宽度相等（均为400mm），所以只需验算变阶处的

31、受冲切承载力。变阶处受冲切承载力计算截面如图15所示。变阶处截面有效高度h0=75Omm (40mm+5mm)=705mm。因为 at 2ho 1200mm 2 705mm 2610m l 2600mm，所以应按式() 计算Al，即:A|(b “ h0 )l (3.6m1.7m0.705m) 2.4m0.588m22 2 2 2由式()得：Fl pjAl 258.56KN / m2 0.588m2 152.03KNat 1.2m ;因 at 2h° 2.61m l 2.6m，故 ab = l =，由式()得：am (1.2m 2.4m) /21.8mh=750mm<800mm,

32、取 hp =; ft 1.1N /mm2，则由式()得：230.7 hp ftamh00.7 1.0 1.1N /mm 1800mm 705mm 977.13 10 N977.13KN Fl 152.03KN故基础高度满足要求。表9基础底面净反力设计值计算表类别第1组第2组第3组M/( KN m) N/KNV /KNNb( N Nw)/KNMb( M Vh N wew) /(KN m)一一pkNb M b2pk,max ()/(KN /m2)PS. a W0陌15 变即失的冲切破体戡面基础底板配筋计算(1) 柱边及变阶处基底反力计算基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如图16所示。三组不利内力设计值在柱边