毕业设计任务书钢筋混凝土单层厂房设计

1、 毕业设计指导书概述 从厂房结构所用的材料，可将其划分为三类，即砖混结构、钢结构和钢筋混凝土。砖混结构主要用于厂房跨度小于15 m，高度小于8 m的无吊车的小型厂房。砖混结构的主要缺点是承载力较低，整体性差。    钢结构主要用于厂房跨度大于36m，吊车起重量大于150 t的大型厂房。钢结构造价较高。    钢筋混凝土结构用于上述之间的中型厂房。由于钢筋混凝土单层厂房结构具有整体性好、抗侧刚度大、造价相对较低等优点，故在实际工程中被较多采用。非地震区的单层厂房的设计步骤如下图示:第一节 结构布置1.1 平

2、面布置  任务： 确定柱网尺寸、厂房跨度、变形缝的位置。    1） 布置原则：    满足生产工艺及使用要求：    遵守国家有关厂房建筑统一模数的规定，提高设计标准化水平。厂房建筑统一化基本规则规定：厂房跨度应满足    当时,以3 m为模数,即9 m、12 m、15 m、18 m。    当L18 m时,以6 m为模数,即24 m、30 m、36 m、.

3、0;   厂房柱距一般为6 m,当有特殊要求时,可局部抽柱,形成12 m柱距。柱网布置如图2-2所示。图2-2  厂房跨度指纵向定位轴线之间的尺寸，也就是横向柱距。     厂房柱距指柱子横向定位轴线之间的尺寸。     屋架跨度屋架沿厂房横向布置，支承于柱顶部，所以屋架的跨度就等于厂房跨度。     吊车梁的跨度沿厂房纵向布置，支承于两柱的牛腿之上，故梁跨等于柱距。2）变形缝的布置厂房的变形缝包括三种：伸缩缝、沉降

4、缝、防震缝。伸缩缝由于材料的热胀冷缩性质，致使厂房随温度变化而产生变形，如图2-3（a）所示，且厂房平面尺寸越大，积累变形越大，从而产生的结构应力也越大，有可能导致结构开裂或破坏。为避免这种不利影响，可将厂房划分开，用减小长度的方法来减小温度引起的变形及应力。在相邻段之间留有一定宽度的缝隙，供膨胀变形用，这个缝即称为伸缩缝。如图2-3 (b)所示。图2-3对于装配式钢筋混凝土排架结构，当有墙体封闭时，伸缩缝的最大间距为100 m，当无墙体封闭处于露天时，缝的最大间距为70 m。沉降缝对于单层厂房排架结构，能较好地适应地基不均匀沉降，一般可不设置沉降缝。防震缝对于较规则的厂房可不设防震缝。1.2

5、 剖面布置  在柱网布置的基础上，根据吊车的吨位、型号及吊车轨顶标高等参数，确定沿厂房高度排架柱各部分尺寸。厂房剖面如图2-4所示。图2-4除满足生产工艺要求外，还应符合下列建筑模数的规定：1）室内地面至柱顶高度应为300的倍数；2）室内地面至柱牛腿顶面也应为300的倍数。1.3 屋盖结构布置（1）屋面板。 屋面板按全国通用图集G410（一）选用。（2）天沟板。天沟板按全国通用图集G410（三）选用。 （3）天窗架。天窗架按全国通用图集G316选用。（4）屋架。屋架按全国通用图集G415（三）选用。（5）吊车梁。吊车梁有普通钢筋混凝土的和预应力混凝土的两种当起重量较大（Q2

6、0t），跨度较大（L6m）时，宜优先采用预应力混凝土吊车梁。吊车梁按全国通用图集G323选用。 常用吊车梁的形式及规格如下表所示：1.4 支撑系统布置  （1）屋盖支撑    横向水平支撑：在第一或第二柱间，沿厂房跨度方向用十字交叉角钢与屋架上弦或下弦相连形成水平桁架。    角钢与屋架上弦杆相连称为上弦横向水平支撑,如图2-5所示。图2-5角钢与屋架下弦杆相连称为下弦横向水平支撑,如图2-6所示。图2-6纵向水平支撑：设在屋架下弦端部节间，沿厂房纵向，用十字交叉角钢与下弦杆相连。支撑可沿纵向全长设置（如

7、图2-6），也可在局部设置。如图2-7所示。图2-7垂直支撑与水平系杆：在相邻两屋架之间的同一铅垂面上，用十字交叉角钢连接两屋架的上下弦节点，构成屋架间垂直支撑，设置要求为：    1）当厂房跨度L18 m30 m时，在第一或第二柱间设一道垂直支撑；    2）当跨度L30 m时，应在屋架跨度的1/3节点处设两道垂直支撑；    3）对于梯形屋架，还应在端部设垂直支撑。    在未设垂直支撑的其余各柱间，应在对应于垂直支撑的平面内沿屋架

8、上弦和下弦节点设置通长的水平系杆。垂直支撑如图2-8所示。图2-8 （2）柱间支撑    一般采用十字交叉形杆件，交叉角以45°为宜，也可在35°55°之间选择。设置条件： 1）设有吊臂式吊车或3 t以上的悬挂式吊车；2）设有重级工作制吊车或设有起重量的中、轻级工作制吊车；厂房跨度，或柱高；3）厂房纵向柱列中的柱数。 通常设置在温度区段中部，这样有利于温度变化时，厂房两端自由变形。对于上部柱间支撑，还可在两端加设，如图2-9所示。图2-91.5 围护结构 （1）抗风柱 抗风柱上部与屋盖铰接,下部与基础固接。当厂房柱

9、高,跨度时，可采用砖壁柱作抗风柱，一般都采用钢筋混凝土抗风柱。 （2）圈梁 置于围护墙内，在同一标高处连续设置形成封闭的环。设置位置根据厂房具体情况确定，即：当檐口标高小于8 m时，在檐口附近设一道圈梁；当檐口标高大于8 m时，宜增设一道；对有桥式吊车的厂房，还应在吊车梁标高处增设一道。 （3）基础梁 基础梁一般是直接放置在柱基的杯口上，当基础埋深较深时，可将基础梁放置在砼垫块上，如图2-10所示。图2-10第二节 荷载计算2.1 计算简图将实际的厂房简化为一理想的力学模型。厂房的平面布置如图2-11(a)所示。图2-11从中取出一典型区段作为计算单元，如图中阴影所示。计算单元的宽度为一个柱距

10、，该范围内的全部荷载由本单元的排架承担。 计算单元的横剖面如图2-11中(b)所示，对该结构进行简化以得到计算简图，简化原则如下：    1）柱下端与基础为刚接，上端与屋架为铰接；    2）厂房的屋盖平面内为刚性，不发生轴向变形。    根据上面的假定，得到排架的计算简图如图2-11中(c)所示。    如果是双跨厂房，其平面布置图及横剖面图如图2-12(a)(b)所示，计算简图如2-12 (c)所示。图2-122.2 荷载计算

11、60;   横向排架上作用的荷载如图2-13所示。其中永久性荷载包括:屋盖自重,悬墙自重；吊车梁、轨道及连接件自重；上柱自重；下柱自重等。    可变荷载包括:屋面活荷载；吊车竖向荷载及;吊车横向水平荷载；均布风荷载及；屋盖支撑处的集中风荷载等。图2-131）永久性荷载计算  （1）屋盖自重中包含：屋架、屋面板、屋面上的找平层、保温层、防水层等构造层、屋盖支撑系统的自重。   的计算依据：屋面构造详图、屋面结构布置图、屋架等构件的标准图集、建筑结构荷载规范（）等。 

12、  考虑面荷载的范围：计算单元宽度内屋盖的全部重量。   的作用位置：计算单元内的屋盖系统的总重量通过屋架的两端以集中力的形式传至柱顶。其作用点的位置，根据实际连接情况而定。如采用屋架，屋架端部腹杆与下弦杆中心线的交点垂线即为的作用位置。采用屋面梁时，通过梁端垫板中心线作用于柱顶。如图2-14中虚线所示图2-14根据屋架与柱顶连接构造的定型设计要求，无论屋架与柱的形式如何，的作用点均位于厂房定位轴线内侧150mm处。    一般情况下，与上柱形心线有一偏心距，由图2-14可知，其中为上柱截面高度。

13、0;  （2）悬墙自重    中包含:计算单元内的纵墙、连系梁及窗的自重,按实际尺寸计算。作用点在墙体形心处。对下柱有偏心距，,其中为下柱截面高度，为连系梁截面宽度。   （3）吊车梁及轨道等自重    按设计所选用的型号，根据吊车梁标准图集提供的数据确定；    的作用位置：吊车梁中心线作用于牛腿顶面，相对于下柱形心的偏心距为，根据具体布置计算。   （4）柱自重、  

14、60; 上、下柱自重与按柱体积及标准重度计算。其作用位置分别沿各自的形心线作用于上、下柱的底部，对下柱的偏心距为。    排架上作用的恒载如图2-15所示。    如用直线代替柱轴线，则恒载作用下排架的内力计算简图如2-16(a)所示。由于竖向力、在柱中只引起轴心压力，故这些荷载引起的柱内力不必通过排架分析。需要通过排架分析确定柱子内力的只有偏心力矩,，。这三组力矩如图2-16（b）所示。     基础梁承受纵墙及窗自重，该荷载直接作用于基础顶面，对排架的内力分析没

15、影响，基础设计时要考虑。图2-15 图2-16）可变荷载计算   （1）屋面活荷载    屋面活荷载包括：屋面均布活荷载、雪荷载、屋面积灰荷载。    屋面均布活荷载：为施工或检修荷载，一般按荷载规范取用，当荷载较大时，可按实际荷载计算。    屋面雪荷载    根据屋面形式按荷载规范的规定计算：    式中: 基本雪压，由荷载规范中“全国雪压分布图”查得。 

16、;    屋面积雪分布系数，由荷载规范查得。    屋面积灰荷载    对于生产中有大量排灰的厂房（如铸造、炼钢车间等），应考虑屋面积灰荷载。积灰荷载的标准值由荷载规范中查得。    屋面活载组合：考虑到上述三种活载同时出现的可能性，荷载规范规定：屋面均布活载与雪荷载不同时考虑，取二者中的较大者。    荷载形式及作用位置：屋面活载的计算范围为计算单元的水平投影面积。它与一样，也是通过屋架或屋面梁

17、的两端部以集中力的形式作用于柱顶面，其作用点的位置与相同。   （）吊车竖向荷载与    如图2-17所示，桥式吊车由桥架（大车）及桥架上的小车组成。大车在吊车梁轨道上沿厂房纵向运行，而小车则在大车轨道上沿厂房横向运行，带有吊钩的起重卷扬机安装在小车上起吊重物。图2-17桥式吊车作用在横向排架上的吊车荷载有竖向荷载与，横向水平荷载两种。    指吊车在满载运行时，,吊车梁作用在厂房横向排架柱上的最大压力。    与相对应的排架另一侧柱上的压力。&

18、#160;   吊车荷载是动荷载，随着大车和小车运行所处的位置不同,吊车在某一个排架柱上产生的压力也不相同。为了确定和,首先必须确定小车在大车上的极限位置和大车在厂房纵向行走时对某柱的最不利位置。    小车的极限位置与和    小车的极限位置即为小车所能到达的最边缘位置。载重小车在大车上的位置不同，对大车两端产生的压力不同。当载有额定最大起重量的小车开到大车某一侧的极限位置时，吊车在该侧每个大车的轮压称为吊车的最大轮压，相应地另一侧的大车轮压称为最小轮压。与为吊车的极限轮压，二者同时

19、作用在排架的两端。（见图2-17）   可根据吊车型号、规格查产品目录得到，同时可求出四轮吊车的大车的最不利位置与和    当吊车在吊车梁上沿厂房纵向运行时，吊车的位置不同，吊车梁传给各柱的竖向荷载也不同。对某一个柱子而言，当吊车行驶到某一位置时，柱上受到的竖向荷载最大，这一位置就是大车的最不利位置。该位置的确定要利用影响线原理。     设计时，一般考虑两台吊车并行，如图2-18所示。排架柱所受到的压力即为该柱所支承的吊车梁受到的反力。由影响线原理可知，两台并行吊车，当其中一台的一个

20、最大轮压作用在某柱轴线处，而另一台与它紧靠并行时，即为两台吊车相对于该柱的最不利位置,此时在作用的一侧,产生。由于与同时出现，并分别作用于左右两侧的吊车梁上，所以，当一侧柱受作用时，另一侧柱则相应地由产生。图2-18    吊车竖向荷载及的计算    根据影响线原理，吊车竖向荷载的设计值可按下式计算：   与的作用位置    与沿吊车梁的中线作用于牛腿顶面。如图2-19(a)所示。它们相对于下柱截面形心具有偏距。将偏心压力换算为作用在下柱顶面的轴心压力和弯矩的组合，

21、如2-19(b)所示，只需按弯矩进行排架分析。     由于可以发生在左柱，也可以发生在右柱，因此计算时应考虑图2-20所示的两种情况。图2-19 图2-20   （3）吊车横向水平荷载     指载有额定最大起重量的小车在行驶中突然刹车在排架柱上产生的水平制动力。 的作用位置在吊车梁顶面。如图2-21所示。有正反两个方向。图2-21 图2-22    计算时与一样，考虑2台吊车作用，并且按大车行驶到最不利位置时小车同时刹车的情况考虑（见图2-2

22、2）。根据大车轮子所产生的水平推力T 可按下式计算。 式中两台起重量不同的吊车单个大车轮子产生的水平制动力标准值，且。    其余符号同前。    对于各类四轮吊车，当小车满载运行突然刹车时，大车各轮的制动力T为： 应当指出，由于小车是沿厂房横向左右运行，因此即可同时向左，又可同时向右。对于单跨厂房如图2-23(a)所示，多跨厂房如(b)所示。另外，计算吊车的时，无论是单跨或是多跨厂房，按发生的可能性，最多只考虑台吊车同时刹车。图2-23    （4）风荷载 

23、60;   风荷载的作用范围计算单元范围内的纵墙面及屋盖上。在迎风面产生正压为风压力，在背风面产生负压为风吸力。    根据规定，风荷载标准标值按下式计算： 如图2-24所示，有正有负，正值表示风压力，即风荷载垂直指向受荷面，负值表示风吸力，即风载垂直离开受荷面。 图2-24    风荷载的形式（如图2-25a所示）    作用在柱顶以下墙面上的水平风载近似按均布荷载计算，其按柱顶的高度取值。而作用在柱顶以上屋盖部分的风荷载，按厂房檐口的高度取值

24、，只计算其水平分力并按集中力考虑。（图中）该风荷载通过屋盖与柱顶的连接件作用于柱顶。    作用在图中排架上的风荷载可分别按下式计算： 注意：风荷载是可变向的，在排架分析时，应考虑左吹风与右吹风两种情况。图2-25第三节 内力计算3.1 等排架的内力分析内力分析的任务确定排架柱在各种荷载作用下，各控制截面上的内力，并绘制出排架柱的弯矩图、轴力图及剪力图（M图、N图及V图）。等高排架指各柱顶标高均相同的排架。    等高排架的特点当横梁刚度EA视为无穷大时，等高排架在任意水平荷载作用下，各柱柱顶具有相同的水平位移，即，如图2-

25、26(a)所示。图2-26等高排架在水平荷载作用下的内力分析方法采用剪力分配法。   （1）在柱顶水平集中力F作用下 等高排架在柱顶作用一水平集中力F，在F作用下，柱顶产生水平位移。沿柱顶将横梁与柱切开，在切口处代之一对剪力，如图2-26(b)所示。取横梁为脱离体，由平衡条件有：要使柱顶产生单位水平位移即，则需在柱顶施加的水平集中力，即为柱的抗剪强度为，有等高排架，当各跨横梁时，有：，得： 由此可得： 式中称为第根柱的剪力分配系数。值可按附录附图计算，由可求出分配系数，从而求出各柱顶剪力，最后按静定悬臂柱求出在已知作用下的柱截面内力。由此可见，剪力分配法就是将作用

26、在顶部的水平集中力F按抗侧刚度分配给各柱,再按静定悬臂柱求解柱子内力的方法。（2）在任意荷载作用下    均布风荷载作用下，如图2-27(a)所示。图2-27对于上述结构，不能直接应用剪力分配法求解其内力，但可通过间接的方法利用其原理解决问题，其分析步骤如下：    将原结构如图2-27（a）分解为(b)和(c)两个部分，在(b)排架柱顶附加一个不动铰支座，以阻止排架侧移。在风荷载的作用下，在附加支座内将产生支反力R。为保证组合结构与原结构(a)受力相同，故在结构（c）中柱顶施加一个反方向力R。 

27、0;  求解(b)排架的柱顶剪力    由于横梁刚度，故(b)中各柱顶位移，从而可以将(b)排架结构转化为如图中(d)所示的两个一次超静定柱，其反力分别为和。应用力法或查附录1附图8即可求出在均布水平荷载作用下各柱顶的反力，其也就是该柱顶的剪力。求出总支反力R        求解（c）排架的柱顶剪力    图中(c)排架为一柱顶作用水平集中力的等高排架，可应用剪力分配法求解其内力，即按各柱的抗侧刚度将R分配到各柱，得

28、到各柱顶剪力。    迭加图中(b)与(c)各柱顶的剪力，得柱顶总剪力        根据柱顶剪力及柱上所受均布荷载计算各柱的弯矩。    根据上述解题原理，可求出任意荷载（如、等）作用下柱子的内力，不同的荷载作用下，在不动铰支座中所产生的支反力，可分别按附录附图1-附图8求解。计算步骤与风荷载作用下的步骤完全相同。3.2 内力组合1）控制截面    上柱，其底部I-I截面；下柱，其牛腿顶面II-

29、II和柱底III-III截面。）荷载效应组合 组合原则. 由可变荷载效应控制的组合：当有多个可变荷载作用时：当只有一个可变荷载作用时：. 由永久荷载效应控制的组合： 组合种类根据以上原则，对不考虑抗震设防的单层厂房结构，按承载力极限状态进行内力分析时，需进行以下几种组合：.由可变荷载效应控制的组合：） 1.2永久荷载标准值+0.91.4(风荷载标准值+吊车荷载标准值+屋面活荷载标准值)；） 1.2永久荷载标准值+0.91.4(风荷载标准值+屋面活荷载标准值)；） 1.2永久荷载标准值+0.91.4(风荷载标准值+吊车荷载标准值)；） 1.2永久荷载标准值+1.4任意一个可变荷载标准值（风荷载、

30、吊车荷载或屋面活荷载）；.由永久荷载效应控制的组合：） 1.35永久荷载标准值+1.4(0.6风荷载标准值+0.7吊车荷载标准值+0.7屋面活荷载标准值)。3）内力组合 及相应的、； 及相应的、； 及相应的、； 及相应的、。4）内力组合注意事项   （1）每次组合，只能以一种内力、或为目标,决定活荷载的取舍，并按这些荷载求得相应的其余两种内力。   （2）恒载产生的内力在任一种组合中，都必须考虑。   （3）风荷载有左风与右风两种情况，但对一种组合只能取二者之一。   （4）

31、吊车竖向荷载有和，组合时也只能取二者之一。   （5）吊车水平荷载有左右两个方向，组合时取二者之一。   （6）在同一跨内，和与不一定同时发生，故在组合中有或时，不一定要有。但在组合中有时，则必有或，因为吊车水平荷载不可能脱离其竖向荷载而单独存在。   （7）在每一种组合中，M、N、V都是相对应的，即是在相同荷载作用下产生的。此外，在组合或时，对于N = 0的内力，虽然将其组合并不改变N值，但只要增大了M，也是截面的不利组合。   （8）对于有多台吊车的厂房,荷载规范规定：吊

32、车竖向荷载，对单跨厂房，最多只考虑2台吊车；多跨厂房最多考虑4台。吊车水平荷载，无论单跨或多跨厂房，最多只考虑2台。同时又规定：多台吊车引起的内力参与组合时，对其内力要按下表的规定进行折减。第四节 柱的设计4.1 排架柱的形式柱形选择应考虑厂房柱的承载能力，横向刚度、吊车情况、柱高、柱距等因素。一般可参考表2-1和表2-2初定。厂房柱常用的柱形有：矩形截面柱、工字形截面柱、双肢柱。 1）矩形截面柱：外形和构造简单，制作方便，但构件自重大，材料用量多，经济指标较差。主要用于轴心受压柱、现浇柱及截面高度小于700 mm的装配式偏心受压柱。 2）工字形截面柱：比矩形柱的自重小，省材料，且承载力及刚度

33、也较大。当柱截面高度为700 mm1400 mm时,广泛应用。 3）双肢柱：有平腹杆双肢柱与斜腹杆双肢柱两种。该柱是在矩形柱或工字形柱的基础上，为了减小自重在中部挖出一些洞而形成。自重轻、省材料、受力合理。但整体刚度差、构造较复杂，一般用于水平荷载较大或柱高较大的厂房中。图2-284.2 柱截面尺寸的确定柱的截面尺寸要满足承载力及刚度要求。表2-1给出了6 m柱距满足刚度要求的柱高柱宽的最小限值，表2-2和表2-3给出了厂房柱的截面形式及参考尺寸，供设计时参考，此外对工字形截面柱，其翼缘高度不宜小于100 mm，腹板厚度不宜小于80 mm。4.3 柱截面配筋计算根据排架内力组合得到的各控制截面

34、最不利内力M、N、V及所确定的柱截面形式和尺寸，按偏心受压构件对柱进行配筋设计。一般采用对称配筋。柱计算长度L按表2-4确定。4.4 运输及吊装验算  厂房柱一般为预制柱，要经过运输和吊装的施工阶段，因此要进行该阶段的承载力及裂缝宽度验算。     吊装方式：有翻身吊和平吊两种方式。一般采用翻身吊（图2-29），吊点一般设在牛腿下边缘处。     计算简图：为作用分布荷载的简支梁，各部分荷载即自重。     内力计算：取分项系数，同时考虑1.5的起吊动力系数，分别求

35、出上柱底截面的、牛腿下边缘的及下柱跨中最大弯矩截面的，弯矩图如2-29所示。     如采用翻身吊，吊装时截面的受力方向与使用阶段一致，按矩形或工字形截面进行承载力及裂缝宽度验算。式中为自重标准值乘以动力系数产生的应力。     吊装阶段的裂缝宽度允许值一般取为0.2 mm。图2-294.5 牛腿设计 牛腿为支承吊车梁或连系梁等构件，在厂房柱侧面伸出的悬臂部分。    牛腿的分类分为两类    当时，为短牛腿，如图2-30(a

36、)所示。    当时，为长牛腿，如图2-30(b)所示。    其中：竖向荷载作用点到牛腿下部柱边缘的水平距离。     牛腿根部垂直截面的有效高度。    牛腿的设计长牛腿按悬臂梁计算内力并配筋；短牛腿是变截面的悬臂深梁，其应力状态及破坏特征不同于悬臂梁，（如图2-31所示），应按下述方法设计。图2-301）截面尺寸的确定 截面宽度一般与柱同宽；    截面高度h按使用阶段不开裂为控制

37、条件确定；一般先假设牛腿高度h，再按下列公式验算。 图2-31图2-32计算简图    牛腿破坏时的受力状态及计算简图如图2-33所示。   正截面承载力计算    由计算简图得，牛腿中纵向受拉钢筋可按三角桁架拉杆的承载力计算，对A点取矩由得：，则斜截面承载力    由试验研究知，如牛腿的截面尺寸满足前述的抗裂要求，又按构造要求配置了水平箍筋和弯起钢筋，则斜截面承载力可得到保证而不必验算。    局部受压验算    为防止牛腿顶面加载板下混凝土局部受压破坏，须按下式验算局部抗压强度，即   &