工业厂房例题

1、单层厂房结构课程设计实例1. 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，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线型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。由图 2-54 可知柱顶标高为，牛腿顶面标高为6m；设室内地面至基础顶面的距离为，则计算简图中柱的总高度H，下柱高度Hl ，和上柱高度Hu分别为：H10.2m 0.5m 10.7mH l6m 0.5m 6.5mH u10.7m 6.5m 4.2m+12.800+11.750+9.600+7.200+6.000± 0.000-0.150BC图 2

2、-54 厂房剖面图根据柱的高度、 吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸， 见表 2-22 。表 2-22柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数面积自重截面尺寸 / mm惯性矩 / mm 4kN/m柱号/ mm 2/上矩 400400柱A， C下I0150柱上72 108矩 400600柱B下I00150柱本设计仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2-55 所示。2111019876543210EA=EA=06000066300001601006006006006006900006A柱006180018001000BCB柱图 2-55 计算单元和计算简图2. 荷载计算1. 恒载屋盖

3、恒载绿豆砂浆保护层0.35kN/m 2二毡三油防水层20厚水泥砂浆找平层20 kN/m 30.02m0.40kN/m 2280厚泡沫混凝土保温层8kN/m 30.08m0.64kN/m 2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.4kN/m 2屋盖钢支撑0.05kN/m 2总计2.84kN/m 2屋架重力荷载为榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为：G11.2(2.84kN/m6m18/2m60.5/2kN)220.33kN(2) 吊车梁及轨道重力荷载设计值：G31.2(44.2kN0.8kN/m6m)58.8kN(3) 柱自重重力荷载设计值A 、C柱:上柱： G 4AG 4C1.24.0k

4、N/m3.6m17.28kN下柱 :G5AG5C1.24.69kN/m6.5m36.58kNB 柱 :上柱 : G4B1.26.0kN/m3.6m25.92kN下柱 : G5B1.24.94kN/m6.5m38.53kN各项恒载作用位置如图2-56 所示。图 2-56荷载作用位置图（单位： kN）2. 屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5kN/m 2 ，雪荷载标准值为0.4kN/m 2 ，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：Q1 1.4 0.5kN/m 26m 18/2m 37.8kNQ1 的作用位置与G1 作用位置相同，如图2-56 所示。3. 风荷载风 荷载的标w0

5、 0.5kN/m2,z1.0 ,糙度确定如下：柱顶 ( 标高 9.6m )檐口 ( 标高 11.75m )屋顶 ( 标高 12.80m )准值按w kzzsw0计算，其中z 根据厂房各部分标高 ( 图 2-54) 及 B 类地面粗z 1.000z 1.049z 1.078s 如图 2-57 所示，则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：wkzzs1w01.00.81.00.5kN/m 20.4kN / m 2w 2kzzs2 w 01.00.41.00.5kN/m20 .2 kN / m 2-0.6-0.5-0.4-0.4Fw+0.8-0.4q1q2BCBC图 2-57风荷载体型系

6、数及计算简图则作用于排架计算简图( 图 2-57) 上的风荷载设计值为:q11.40.4kN/m 26.0m3.36kN/mq21.40.2kN/m 26.0m1.68kN/mFwQ ( s1s2 ) z h1( s3s4 ) z hz z 0 B1.40.80.41.0492.15m - 0.6 0.5 1.0781.05m1.00.5kN/m 26.0m10.89kN4. 吊车荷载由 表 2-16可 得 20/ 5t 吊 车 的 参 数 为 ： B5.2m ， K 4.0m ，g68.6kN ，Q 200kN ，Pmax174kN , Pmin37.5kN , 根据 B5.2m 及 K 可

7、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2-58 所示。(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为：DmaxQ Pmaxyi1.4174kN10.80.1330.333551.998kNDminQ Pminyi1.437.5kN10.80.1330.333118.965kN(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为：T1 a(Qg)10.1 (200kN68.6kN ) 6.715kN44作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：TmaxQTyi1.46.715kN2.15 21.30kN400012004000FpmaxFpmax FpmaxFpmax=174

8、KN6m6m3331803.300.10图 2-58吊车荷载作用下支座反力影响线3. 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 。 其 中 柱 的 剪 力分 配 系 数i 计 算 ， 见 表 2-23 。表 2-23柱剪力分配系数柱别n I u I lC 03 13 (1 n 1)i1 iH u HH3 C0EI l1 iA、C 柱n 0.109C02.192C 0.2770.356AC 2.406 108/ EAB 柱n 0.281C02.6900.4460.3561.49410 8/EBBG1G1220.33kN ;G 2G3G4 A58.8kN 17.28kN 7

9、6.08kNG3G5 A36.58kN ;G42G12220.33kN440.66kNG6G5 B 38.53kN ;G5G4 B2G325.92kN2 58.8kN143.52kNM 1G1e1220.33kN0.05m11.02kN mM 2(G1G4 A )e0G3e3(220.33kN17.28)0.25m - 58.8kN0.3m41.76kNm由于图 2-59a 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。柱顶不动铰支座反力Ri 可根据相应公式计算。对于 A，C 柱 n0.109 ，0.356 则： RC6.39 ( )31211312C1

10、n2.231C30.9572312311111nnRAM1C1M 2C211.02kNm 2.23141.76kN m 0.9576.39kNHH10.1m本例中 RB0 。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之和， 恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图 2-59 b 、 c 。图 2-59d 为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。11.0211.02220.33440.66220.3311.9829.7829.7811.98237.61466.58237.61296.41584.18296.41+11.766.396.3911

11、.76332.99332.99BCBCMG1G4G1M11G2+M+V+NGGM25M22G3G6G3+M+V+NBC图 2-59 恒载作用下排架内力图2屋面活荷载作用下排架内力分析(1)AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图2-60 a 所示，其中 Q137.8kN ，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：M 1A37.8kN0.05m1.89kN mM 2A37.8kN0.25m9.45kNmM 1B37.8kN0.15m5.67kNm对于 A柱，C12.231，C3 0.957,则RAM 1AC1M2A C11.89kNm2.2319.45kN m 0.957 1.31kNHH10.1m对于 B

12、 柱 n0.281 ,0.356，则31211C1n1.78123111nRBM 1BC15.67kNm 1.7811.00kNH10.1RRARB1.31kN1.00kN2.31kN ()将 R反作用于柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与相应的柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于 AB 跨时的柱顶剪力 ， 即VARAA R1.31kN0.277 2.31kN0.67kN ()VBRBB R1.00kN0.4462.31kN0.03kN ()VCC R0.277 2.31kN0.64kN ()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图2-60b ，c 所示。QM1BQ1.895.671AM148

13、.930.525.782.30M2A4.585.980.646.460.67BCBC37.837.8+37.837.8BC图 2-60 AB 跨作用屋面活荷载时排架内力图（ 2） BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨与 AB跨作用荷载相同，故只需将图2-60 中内力图的位置及方向调整一下即可，如图2-61 所示。Q1Q15.671.89M1BM1CM2C2.305.788.930.526.460.645.980.030.674.58BCBC37.837.8+37.837.8BC图 2-61 BC 跨作用屋面活荷载时的排架内力图3风荷载作用下排架内力分析(1 ）左吹风时计算简图如图2-62

14、a 所示。对于 A，C 柱 , n0.109，0.356 得1 1411C11n0.31018 131nRAq1HC11-3.36kN/m 10.1m 0.3110.52kN ( )RCq2 HC 11kN/m10.1m 0.3110.52 kN ()RRA RCFW10.52kN 5.26kN10.89kN26.67kN ( )各柱顶的剪力分别为VARAA R10.52kN0.27726.67kN3.13kN ( )VBB R0.44626.67kN11.89kN ( )VCRCC R5.26 kN0.27726.67kN2.13kN ( )排架内力如图 2-62b 所示Fw10.5042.

15、8018.55q1q 230.8111.8919.10139.76B120.09107.20CCB(a)(b)图 2-62左吹风时排架内力图(2) 右吹风时计算简图如图 2-63a 所示。将图 2-62b 所示 A，C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图2-63b 所示。q2Fw18.5542.8010.50q119.1011.8930.81107.20120.09139.76BCBC图 2-63 右吹风时排架内力图4. 吊车荷载作用下排架内力分析(1) D max 作用于 A 柱计算简图如图 2-64a 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：M AD

16、 max e3552.00kN 0.3m 165.6kN mM BD min e3118.97kN0.75m 89.23kN m对于 A柱， C30.957 ，则RAMA C3165.6kNm 0.95715.69H10.1m对于 B 柱， n0.281 ，0.356 ，得312C31.17421131nRBM BC389.23kN m10.37H10.1mR RARB15.69kN10.37kN5.32kN ( )排架各柱顶的剪力分别为：VARAA R15.69kN0.2775.32kN14.22kN ( )VBRBB R10.37kN0.446 5.32kN12.74kN ( )VCC R

17、0.277 5.32kN1.47kN( )排架各柱弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图264b,c 所示。QmaxQminMABM114.4145.8643.375.2951.1921.9814.2239.4412.741.4714.85CBBC552118.97+552118.97BC图 2-64D max 作用在 A柱时排架内力图(1) D max 作用于 B 柱左计算简图如图 2-65a 所示 M A , M B 计算如下：M AD min e3118.97kN0.3m35.69kN mM BD max e3552.00kN0.75m414.00kN m柱顶不动铰支反力RA ， RB 及总反力

18、 R 分别为：RAM AC335.69kN mH0.957 3.38kN10.1mRBM BC3414.00kNm1.174 48.12kNH10.1mRRARB3.38kN 48.12kN 44.74kN( )各柱顶剪力分别为：VARAA R3.38kN0.27744.74kN15.77kN ( )VBRBB R48.12kN0.44644.74kN28.17kN ()VCC R0.277 44.74kN12.39kN ()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2-65b ， c 所示QmaxQmin118.97552MABM+118.97552BCBC56.77312.5944.6021

19、.08101.4715.7728.17129.4812.39125.14123.59BC图 2-65 D max 作用于 B 柱左时排架内力图（ 3） D max 作用于 B 柱右根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与D max 作用于B 柱左的情况相同，只需将A，C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图2-66所示。min312.5956.77QmaxQ44.60101.4721.08BCMM125.1412.39129.4828.1715.77123.59BCBC552118.97+552118.97BC图 2-66 D max 作用于 B 柱右时排架内力图（ 4） D max

20、作用于 C 柱同理，将作用于 A 柱情况的 A， C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图2-67 所示。QminBmax5.2943.3745.86114.41Q51.19MMC1.4712.7414.2221.9814.8539.44BCBC118.97552+118.97552BC图 2-67 D max 作用在 C柱右时排架内力图（ 5） Tm ax 作用于 AB跨柱当 AB跨作用吊车横向水平荷载时， 排架计算简图如图 2-68a 所示，对于A 柱， n0.109 ，0.356 ，得 a 3.6m1.2m / 3.6m0.667 ，则2a 1223a3anC50.51512

21、 131nRATmax C 521.30kN0.51510.97kN同理，对于 B 柱， n0.281 ，0.356 ， a0.667, C50.598 ，则：RBTmax C 521.30kN 0.598 12.74kN排架柱顶总反力 R 为：R RARB10.97kN12.74kN23.71kN ()各柱顶剪力为：VARAA R10.97kN 0.27723.71kN4.40kN ( )VB RBB R12.74kN0.44623.71kN2.17kN ()VCC R 0.27723.71kN 6.57kN ()排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图2-68 b 所示。当 Tm ax 方向相反时

22、，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。TT9.7210.565.2117.7523.65maxmax119.5716.966.366.57142.0919.13BCBC图 2-68 Tm ax 作用于 AB跨时排架内力图(6) Tmax 作用于 BC跨柱由于结构对称及吊车吨位相等， 故排架内力计算与 Tm ax 作用 AB跨情况相同，仅需将 A柱与 C 柱的内力对换，如图 2-69 所示。5.2110.56TmaxTmax23.6517.759.7266.366.57119.5716.9142.0919.13BCBC图 2-69 Tm ax 作用于 BC跨时排架内力图5. 内力组合以 A 柱内力

23、组合为例。表 2-24 为各种荷载作用下 A 柱内力标准值汇总表，表 2-25 表 2-32 、表 2-33 为 A 柱内力组合表，这两表中的控制截面及正号内力方向如表 2-24 中的例图所示。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值， 同时只需对 e0 / h00.55 的柱进行验算。为此，表2-33 中亦给出了 M k 和 Nk 的组合值，它们均满足e0 / h00.55 的条件，对设计来说，这些值均取自 Nmin 及相应的 M 和 V 一项。表 2-24A 柱内力设计值汇总表柱号及正向内荷载类别力序号IIIIIIIIIIII屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载恒载作 用作 用Dmax 作

24、用Dmax 作Dmax 作Dmax 作Tm ax 作Tm ax 作在在用在用在用在用在用在左风右风在 A 柱A B 跨B C 跨B 柱左B 柱右C 柱A B 跨BC跨1234567891011M9.7223.65N000000000M9.7223.65N0552000000M119.5766.36N0552000000V16.96.57弯矩图注： M 单位 ( kNm ) ， N 单位 kN ， V 单位 kN 。截面IIII IIIII III截面II表 2-25 恒载 +屋面活荷载组M max及组M max及组N m ax及组Nmin 及 相合相应的合相应的合相应的合应的M、项N 、 V项

25、N 、 V项 M、V项 V11121233311132211111322331Vm ax相应的 M相应的2N3注： M 单位 ( kNm ) ， N 单位 kN ， V 单位 kN 。表 2-26恒载 +吊车荷载组M max 及组M max 及组Nm ax 及组N min 及相应合相应的合相应的合相应的合的M 、 V项N 、 V项N 、 V项M 、 V项1111566679999IIIIIIIIII141151467769999141115466869881Vm ax相 应 的6相应的 MN9注： M 单位 ( kNm ) ， N 单位 kN ， V 单位 kN 。截面I III IIIII

26、III组M max合相应项 N、V1101101101 Vm ax10表 2-27恒载 +风荷载及组M max 及 相组组N min 及相的合合N m ax 及相应的M、应的N、V合项项应的M、VV项111111010111111111111111010相应的 M相应的 N风载）截面II注： M 单位 ( kNm ) ， N 单位 kN ， V 单位 kN 。表 2-28恒载（屋面活荷载吊车荷载M maxM maxN m axN min 及组合组组组及 相 应及相应的合及 相 应相 应 的项合合的 N 、N 、 V的 M 、M 、 V项项项VV1,21,51,21,3IIIIIIIIII3,6

27、7,93,69,1099101,31,21，23,44,65，76,99,109 ，11101,31，21,23,44,65，86,88,1011101,2Vm ax相应的 M3,69,10注： M 单位 ( kNm ) ， N 单位 kN6,9101,79111,36,910相 应 的N， V 单位 kN截面IIIIIIIIIIII截面表 2-29恒载（屋面活荷载吊车荷载）组M max及M max及N m ax及Nmin及合相 应 的组 合相 应 的组 合组 合项相 应 的相 应 的N 、 VN 、 V项项M 、V项M 、 V1,211,2133,653,66979991,31,211， 23,44,675， 76,99991,31，2134,61， 23，4685， 86，891，2Vm ax相应的 M相应的 N3，6注： M 单位 ( kNm )