单层工业房的设计例题

1、单层工业房设计一、设计资料：1. 工程概况某造纸车间为一单跨单层钢筋混凝土厂房， 厂房总长66m 跨度27m 柱距6m厂房平面图如图（ 1）:4000mmX 5100mm和设有 20/5t 、10t 各一台中级工作级别吊车，轨顶标高 +。2. 设计资料屋面构造：二毡三油防水层 （上铺绿豆砂 ）；20mn厚水泥砂浆找平层;100mn水泥膨胀珍珠岩保温层;一毡二油隔气层;20mn厚水泥砂浆找平层;预应力混凝土大型屋面板。围护结构：ZAOmm厚普通 砖墙，双面抹 灰；钢框玻璃窗宽X高4OOOmmX 18OOlmm。地面:钢筋混凝土地面 , 室内外高差 150mm。3设计基本原始资料自然条件：基本风压

2、为m2，地面按B类，基本雪压为m2,屋面活荷载为m2。 地质条件： 场地地面以下内为填土，填土下层内为粉质粘土，地基承载力特征值 为240kN/m2,地下水位为。该工程位于非地震区，不考虑抗震设计。4. 材料钢筋：箍筋为HPB235级钢筋、受力钢筋HRB335级钢筋。混凝土：柱采用C40,基础采用C20。5设计要求1）初步确定排架结构布置方案；2）对结构上部的标准构件进行选型，并进行结构布置；3）排架的荷载计算和内力分析；4）排架柱的设计；5）柱下独立基础的设计二、构件选型及屋盖布置 根据厂房的跨度、吊车起重量的大小、轨顶标高，吊车的运行空间等初步确定出排 架结构的剖面如图（ 2）所示。为了保

3、证屋盖的整体性，屋盖采用无檩体系。1.屋面板采用X 6m预应力混凝土屋面板，根据屋面做法求得屋面荷载，采用标准图集92G410 （一）中的丫一WB 2,屋面板自重标准值为m2 （包括灌缝自重）。2天沟板 （外天沟排水 ）选用92G410（三）标准图集中的JGB77 1,自重标准值/ m。3.屋架采用预应力混凝土折线形屋架，选用标准图集 95G415（三），每榀屋架自重 标准值为 120kN。4. 屋盖支撑 在端部第二开间的屋架端部和跨中设三道垂直支撑、其他跨相应部位设下弦系杆，端头第二开间设下弦横向水平支撑。5. 吊车梁选用95G425标准图集中的先张法预应力混凝土吊车梁， 梁高1200mm,

4、 每根自重标准值，轨道及垫层构造高度 200mm,轨道及连接重I kN/m。6. 排架柱排架的上柱截面为矩形 , 下柱采用工字形截面。7. 支撑布置 设计采用大型屋面板，可以不设屋架上弦支撑。根据构造要求，设置相应的屋架下弦支撑，并在跨度中点处布置一道垂直支撑。见 图（3）本设计跨度27m,大于18m，因此需要布置支撑。柱截面高度h>600mm, 下部柱间支撑做成双片，其间距为柱截面高减去 200mm,见图（4）。图（3） 屋架下弦支撑 图（4）柱的支撑布置三、排架的荷载计算1. 排架计算简图的确定(1) 确定柱高。吊车梁顶标咼=轨顶标咼一轨道构造咼度=牛腿标高二吊车梁顶标高一吊车梁高二

5、柱顶标高二轨顶标高+吊车高度H+上部运行尺寸，取为上柱高Hu二柱顶标高-牛腿标高二一二全柱高H二柱顶标高一基顶标高=()=下柱高 Hi=H-Hu二 Hu/H=(2) 初步拟订柱尺寸根据表一的参考尺寸，取上柱 bx h=400mm： 450mm,下柱bx hx hf=400mM 850mrK200mm截面尺寸如图( 图(5)下柱截面尺寸 参数计算 丄 12(3)上柱下柱比值luluT?排架计算简图如图(6)2. 荷载计算(1)恒载计算。1) 屋盖结构自重标准值：m220 x = KN/m2 4X = KN/m2KN/m220 X = KN/m2KN/m2 gk= KN/m 2二毡三油防水层20m

6、m厚水泥砂浆找平层；100mm水泥膨胀珍珠岩保温层;一毡二油隔气层；20mm厚水泥砂浆找平层； 预应力混凝土大型屋面板。天沟板X 6= KN屋架自重120KN则作用在一榀横向平面排架一端柱顶的屋盖自重标准值为2) 柱自重标准值：上柱G2k=25 XXX =下柱G3k=25 XX XX 2+X +2X注(为考虑下柱仍有部分矩形截面而乘的增大系数)e3=03)吊车梁及轨道自重标准值：G4k = +1 X 6=e4 =800 850 十 2=375mm（2）屋面活荷载标准值KN/m2,不大于基本由荷载规范可知，不上人屋面均不活荷载为 雪压，屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为Qik= X 6x 27*

7、2= KN（3）吊车荷载标准值由DSQD型其参数如下吊车吨位（t）Q1k (kN)Q2k(kN)吊车宽度B（mm）轮距K (mm)P maxk (kN)P mink (kN)20/53206055410021679102405980405013651根据B与K及支座反力影响线图（7），可求得图（7） 求Dmax时的吊车位置图其作用点到柱顶的距离2.7y= Hu he 3.9 1.22.7m,y/Hu 一 0.693.9（4）风荷载标准值。计算qi、q2时风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度 +=12.75m取值，计算Wk时风压高度变化系数按檐口标高14.9m取值图（8）风载体型系数（长度

8、单位：mm）排架受荷总图如图（9）图（9）排架受荷总图3. 内力计算（1）恒载作用下。在柱、吊车由于单层厂房多属于装配式结构，柱、吊车梁及轨道的自重，是在预制柱吊装 就位完毕而屋架尚未安装时施加在柱子上的，此时尚未构成排架结构。但在设计中, 为了与其他荷载项计算方法一致，并考虑到使用过程的实际受力情况， 梁及轨道的自重作用下，仍按排架结构进行内力计算。由于结构对称、荷载在屋盖自重G1k、上柱自重G2k、吊车轨道及连接G4k作用下，对称，故可简化为如图（10）的计算简图图（10）恒荷载作用下计算简图1）在G1k作用下M12k = G1ke1 = -315.12 X0.075 = -23.63（k

9、N2）在G2k作用下M 22k = G2ke2 = -17.55 X0.2 = -3.51（kN m ）3）在G4k作用下M 42k = G4ke4 = 50.2 X0.375 = 18.83（ kN m）叠加以上弯矩M1k= M 11k=( kN m )M2k= M 12k +M22k +M42k= kN m 已知 n 0.181,0.295,由规范公式:在M1k作用下由规范公式在M2k作用下（11）图（12）屋面活荷载作用下的计算简图在G1k、G2k、G3k、G4k共同作用下的弯矩图和轴力图如图 图（11）恒荷载作用下内力图（2）活荷载作用。1）屋面活荷载作用下：由于Q1k作用位置与G1k

10、相同所示在Q1k作用下的M图和N如图（12）2）吊车竖向荷载作用下：当Dmax,k作用在A柱时A柱B柱与恒载计算方法相同，可得C2=A柱B柱0.5A柱与B柱相同，剪力分配系数A内力图如图（13）图（13）吊车竖向荷载作用下内力图3）吊车水平荷载作用下： 当Tmax向左作用时n 0.181,0.295由规范公式可得0.2)0.6742 1.83譽，y 0.6Hu时，Csn213（- 1）n2.10.1)0.627y 0.7Hu时，Cs3（0.243n3 1213 （- 1）n考虑空间作用分配系数，由表12-16可以查得0.85Tmax向左作用的M图、N图如图（14）所示。Tmax向右作用的M图、

11、N图于上述情况相反。图（14）吊车水平荷载作用下内力图4）风荷载作用下：风从左向右作用，在q1和q2作用下，由规范公式：风荷载作用下的M、N图如图（15）当风从右向左吹时，其M、N图与上述情况相反。图（15）风荷载作用下内力图四、最不利内力组合由于排架单元为对称结构，可仅考虑 A柱截面，荷载内力汇总表见表一，内力 组合见表二表A柱内力汇总表柱 号截 面荷载项 内力恒荷载屋面活荷 载吊车竖向荷载吊车水平何载风荷载G1kG2kG3kG4kQ1kDmax,k在A柱Dmin,k在A柱Tmax,k向左Tmax,k向右左风右风(1)2345678A 柱1-1MN0000002-2MN12500003-3M

12、N1250000V内力 截面由可变荷载效应控制的组合恒载+任一活载组合项Mmax相应组合 项Mmin相应N、V组合项Nmax相应M、V组合项Nmin相应M、VN、V1-1111178272-2111138383-311117837-360内力由可变荷载效应控制的组合截面恒载+*任意两个或两个以上活载)组合项Mmax相应组合项Mmin相应组合项Nmax相应组合项Nmin相应N、VN、VM、VM、V1-111112323763686882-211113228583773-311112427厶35厶3P68677内力由永久荷载效应控制的组合截面组合项Mmax相应组合Mmin相应组合项Nmax相应组合

13、Nmin相应项项N、VN、VM、VM、V表二A柱内力组合表1-112123124182-213121233-312314963注qi为活荷载组合系数，见荷载规范。五、排架柱的设计1. 柱在排架平面内的配筋计算(1) 截面尺寸。(2) 材料等级。混凝土： C40, fc 19.1N /mm2钢筋：受力筋为 HRB335, fy fy '300N/mm2箍筋为：HPB235, fy 210N / mm2柱在排架平面内的计算参数(3) 截面最不利内力。由于截面3 3的弯矩和轴向力均比截面2 2的大，故 下柱配筋由截面33的最不利内力确定。经比较，用于上下柱截面配筋的最不 利内力及柱在排架方向

14、的初始偏心距 ei、计算长度1。偏心距增大系数 列于表 三中 表三截面内力组1-1M( kN m)61415817800450N( kN)M15441517417800450N3-3M704815724119800850NM513815533193008501注1. eo M/Ne e。ea© 20、h/30的较大者，考虑吊车荷载时,M(hN - m)14. 6333365530. 5978004000. 9551 . 896M76. 77216365236178004000. 9551 . 341N355.58截面内力组x偏心 情况计算实配1-1M(kN m)8133564228大

15、偏压0N( kN )偏压218236310N3-3M724140469448大偏压137215204 022NM533993125448大偏压99312564.020N注1.表四柱在排架平面内的配筋计算2.2. 柱在排架平面外的承载力验算上柱，Nmax =,考虑吊车荷载时，按规范有由规范知 0.935下柱Nmax=当考虑吊车荷载时，按规范有故承载力满足要求。3. 裂缝宽度验算(1)1 1 截面:下柱33截面验算裂缝宽度的荷载标准组合值，按 GB50009 2001荷载规范有=+ ( X+X+X) =kN m裂缝间纵向钢筋应变不均匀系数cr 訐1.9cEsdeq0.08

16、)te4. 柱牛腿设计(1)牛腿几何尺寸的设计。牛腿宽b=400,若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离C1=80mm,吊车梁下部尺寸为340mm,则牛腿水平截面高度800竺80 1050mm,牛腿外边缘 2高度h1=500mm,倾角a=45，牛腿高度h=500+200=700mm。牛腿配筋。由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内,故 a=800-850=-50mmv0,故该牛腿可按构造配筋，纵向钢筋取4创6,箍筋为 8100。(3) 牛腿局部承压验算设垫板尺寸为400X 400mm局部压力标准值F VKsk故局部压应力3900002.44N / mm20.75 fc 14.33N/mm2A 400 40

17、0图(16)牛腿详图(mm)5. 柱的吊装验算采用翻身吊，吊点设在牛腿与下柱交接处。(1) 荷载计算上柱自重g11.2 1.5 25 0.4 0.458.1kN /m牛腿自重g21.2 1.5 25 (1.0 0.70.5 0.2 0.2)0.418.4kN /m0.7下柱自重g31.2 1.5 25 0.255 0.411.5kN/m计算简图如下(2)内力计算。结构重要性系数取弯矩图如图(17)图(17)柱吊装验算图(单位 mm)(3)截面承载力计算。1 1截面：M UA fy(hoas)236 300 (415 35)26.9kN m22截面： MuA fy(hoas)1520 300 (

18、815 35)355.7kN m第一组Mbot 491.33 57.07 1.1 238.3 310.1kN m1-1截面承载力不满足要求，需加筋。加为3016 , As=603mm2,Mu二kN m>kN m。满足要求。(4) 裂缝宽度验算。由承载力计算可知，只验算1 1截面即可。钢筋应力如下裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数 故最大裂缝宽度为 排架柱施工图见附录 六、基础设计1.由柱传至基顶的荷载(1)由表11 7选出两组最不利内力(2) 由基础梁传至基础顶面的荷载:钢框玻璃窗1.2 (4 5.1 4 1.8) 0.45 14.9kN基础梁1.2 (0.20.3) 0.45 2 6 2

19、520.3kNG5 =(3) 由基础梁传来的荷载G5对基础底面产生的偏心弯矩设计值为(4) 作用于基底的总弯矩和轴向力设计值为(假定基础高度H=1100mm)第二组M bot 477.08 50.28 1.1238.3770.7kN m基底受力情况如图2. 基底尺寸的确定由第二组确定b和I: 取 b=2.5m,l=4.0m,A=10m2第一组基底尺寸验算第二组基底尺寸验算1097.14 222.5 4.01.7770.71 2-2.5 4.02666=< f = X 240=288kN/mm2Pmin=>0（可以）；Pm二 kN/mm2<240 kN/mm2该房屋是可不作地基变形的二级建