单层工业厂房排架结构的设计

1、单层工业厂房排架结构的设计【结构设计：】一.结构选型和结构布置1屋面板：采用1.5mx6m预应力钢筋混凝土屋面板G410一、二,板自重1.3KN/m2,嵌缝重0.1KN/m2均沿屋架斜面方向.2天沟板：77n天沟板的截面尺寸见图,重17.4KN/块包括积水重.I!26,2KN26,2KX一6nop一3天窗架:门型钢筋混凝土天窗架的示意图如上所示,每根天窗架支柱传到屋架的重力荷载为26.2KN.4屋架：采用预应力钢筋混凝土折线型屋架,屋架尺寸线如图上弦杆：bxh=240mm220mm下弦杆：bxh=240mrH220mm腹杆：bxh=120mm240mmbxh=200mm220mmbxh=120

2、mm120mm屋架自重为60.5KN/m2(5)屋盖支撑屋盖支撑自重0.05KN/m2(沿水平面方向)(6)吊车梁自重44.2KN/每根,吊车梁的截面高度为1200mm(7)联系梁、过梁均为矩形截面尺寸(8)排架柱上柱：矩形400mmx400mm下柱：工字型400mm<800mm800,150o§重合,并将山墙内侧第一排柱子中央线内移可以有结构平面布置图所知.(9)根底米用单独杯形根底,根底顶部标图-0.6mo二、结构平面布置横向定位轴线均通过柱子截面几何中央,但在两端与山墙的内皮600mm纵向定位轴线,a三、排架荷载计算I.恒荷载A.屋盖局部传来的Pip天窗重26.2屋面板重

3、1.3嵌缝重0.1防水层重0.35找平层重0.4屋盖支撑重X2+11.5X2=75.4KNX6X18=140.4KNX6X18=10.8KNX6X18=37.8KNX6X18=43.2KN0.05X6X18=5.4KN屋架重60.5KN总重373.5KN每块天沟积水重17.4KNP1p=373.5/2+17.4=204.15KNB.柱自重P2p和Rp上柱重P2P=25X0,4X0,4X3.6=14.4KN下柱重：柱身25X0.187X7.2+0.4X0.8X(0.2+0.4+0.6)=43.26KN牛腿25X(0.8+2)/2X0.2+1X4X0.4)=5.8KNP3p=49.06KNC,混凝

4、土吊车梁以及轨道重4P4P=44.2+0,6X6=47.8KNII.活荷载A,屋面活荷载Piq根本雪压0.7KN/m2,屋面积灰荷载0.5KN/m2,屋面活荷载0.5KN/m2排架计算时,屋面积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载的较大值同时考虑.Piq=(0,7X1+0.5)X6X18/2=64.8KNB,吊车荷载采用两台中级工作制的吊车,起重量分别为q=5t,15t/3t.吊车具体参数见表吊车跨度Lk=1吊车额定起重量q宽度6.5m轮距吊车总小车重最大轮压Pmax5(49KN4.3m3.4m134KN22.8KN74KN15t/3t5.16m4.1m215KN66.1KN148KN(147/29

5、.4KN)Pmin=(G+q)/2-Pmaxi.竖向吊车荷载34001600260A340010004100900如情况a所示165Dmax=0.9(74X+148X(1+1.9/6)=248.64KN6/1.65/、Dmin=0.9X(18X+33x(1+1.9/6)=57KN6如情况b所示0.95Dmax=0.9(148X+74x(1+2.6/6)=226.44KN6/0.95/、Dmin=0.9(33X+18X(1+2.6/6)=52.425KN6经过比拟,设计时采用a中情况作用位置同P4P.ii)水平吊车荷载每个轮子水平刹车力5t吊车,T1工(q+g)=0.25X0.12X(49+22

6、.8)=2.15KN415t吊车,T2=l口(q+g)=0.25X0.1X(147+66.1)=5.33KN4产生TmaxH寸吊车的作用位置与竖向荷载时相同,于是有1.65.、Tmax=0.9(2.15X+5.53x(1+1.9/6)=8.68KN6Tmax作用点位置标高为9.7m(通过连接件传递)iii)风荷载单层工业厂房风荷载体型系数如下图,计算简化为柱身的均布荷载和屋架的集中荷载.(1)求均布风荷载q柱顶离室外地坪高度为12.0+0.15=12.15m,那么"z=1.06,q1=0.8x1.06x0.55x6=2.8KN/m(->)q2=0.5x1.06x0.55x6=1

7、.75KN/m(->)(2)求集中风荷载屋架檐口离室外地坪高度14.5-0.4+0.15=14.25m,"z=1.12挡风板与屋架交接处14.55+0.15=14.7m,"z=1.1316天窗屋架交界处距地坪15.15+0.15=15.3m,z=1.147天窗檐口离室外地坪高度17.22+0.15=17.37m,kz=1.2天窗顶离室外地坪高度17.52+0.15=17.67m,'z=1.2如图q3=0.8X1.12X0.55X6=2.96(->),q4=0.3x1.13x0.55x6=1.12(->)q5=1.4X1.2X0.55X6=5.544

8、(->),q6=0.8X1.147X0.55X6=3.03(v-)q7=0.8x1.2x0.55x6=3.168(<-),q8与q9抵消掉.q10=0.6X1.2X0.55乂6=2.376(->),q11=0.6乂1.147X0.55乂6=2.27(->)q12=0.6X1.13X0.55乂6=2.24(->),q13=0.5X1.12X0.55乂6=1.848(->)W=(q3+q13)V(14.25-12.15)+(q4+q12)V(14.70-14.25)+(q6+q11)x(15.3-14.7)+(q7+q10)x(17.37-15.30)+q5X(

9、17.37-14.7)=24.23KN作用点标高12.0m.排架荷载作用简图四、内力计算(1)恒载作用下的排架内力1,由P1p产生的弯矩和轴力Pip=204.15N,Mi=RpX01=204.15X0.05=10.21KNm(逆时针)M12=PpX02=204.15X0.2=40.83KNm(逆时针)Iu2.13109Hu3.6,n=皿=-=0.146,=u=0.286|l1.4561010H12.6由附录中的力学方法计算柱顶反力：2131-2(1-)C=1.951213(1-1)nR1=CXP向=1.581KN(->)HC3=31-=1.211213(1-1)nR2=CXRpe2=3.

10、924KN(->)HN=Rp=204.15KN,R尸R+R2=5.505KN(->)2,由柱自重产生的弯矩和轴力a.上柱重P2p=14.4KN,M22=%Xe2=14.4X0.2=2.88KNm(逆时针)-Rpe2.88,、R2=GX2P2=1.211X=0.277KN(->)H12.6N2=14.4KNb.下柱重P3P=49.06KN,N=49.06KN,只产生轴力而不产生弯矩.c.由Rp产生的弯矩和轴力P4P=47.8KN,M44=Rp7e4=47.8X0.35=16.73KNm(顺时针)R4=GXP4P04=1.211x16.73=1.608KN(<-)H12.6

11、N4=47.8KN荷载作用下计算简图和内力图分别为N3V10.21204.15(2)屋面活荷载作用下的排架内力P1Q和PlP作用位置相同,即成比例Piq=64.8KN,R=5.505X64.8=1.747KN204.15M11=10.21x64.8=3.241KNm逆时针204.15M2=40.83x64.8204.15=12.96KNm逆时针N=64.8KN3.24164.8M(KX*m)N(KN)(3)吊车竖向荷载作用下的排架内力1.最大轮压作用于A柱时A柱,M=Dnae=248.64X0.35=87.024KNm(顺时针)B柱,M=Dnae=57X0.35=19.95KNm(逆时针)A柱

12、,Ra=GXDmax©4=1.211X87.024=-8.364KN(<-)H12.6-Dmine419.95B柱,Rb=C3Xmin4=1.211X=1.917KN(->)H12.6由于AB两柱相同,剪力分配系数"a="b=0.5,那么AB柱顶剪力为A.B/A柱,Va=R-*(R+R)=-5.1405KN(<-)A.B柱,Vb=R-"b(R+R)=5.1405KN(->)内力图如下所示(4)吊车水平制动力作用下的排架内力A.Tmax向左作用柱中轴力为零.Iu2.13109八Hu3.6由刖所述可知n=J-u=-=0.146,=u=

13、0.286Il1.4561010H12.6A柱TA=Tma>=8.68KN(<B柱TB=Tma>=8.68KNI(<y12-97又有y=0.639,查附录3-2可知Hu3.620.4162-1.82(-0.2)C5=0.576n21212(-1)nrA=R=TmaxXC5=8.68乂0.576=5KN(->)考虑空间作用分配系数由表3-5(书)得到m=0.8,而且AB两柱相同,剪力分配系数nA=nR=0.5,计算简图容易得知,那么AB柱B柱顶剪力为A柱,VA=FA-nAm(R+R)=1KN(->)B柱,VR=RBm(FA+R)=1KN(->)左右对称的

14、弯矩图,实线为向左的TmaX乍用,虚线为向右的Tmax作用B.Tmax向右作用如上图虚线(5)风荷载作用下的排架内力A.左来风情况q1=2.8KN/m,q2=1.75KN/m,W=24.23KN314(1-1)Ci=n=0.34331813(-1)nR=-CiiqiH=-12.1KN(<-)R=-Ciiq2H=-7.56KN(<-)排架单元为对称结构,柱中的轴力为零,计算简图WRIR1=0.5V=R+(-Ri-R2+W)=9.845KN(->)V=R+(-Ri-R2+W)=14.385KN(->)风荷载作用下M图包括了右风作用的M图)五、内力组合排架为对称单元,可以仅仅

15、考虑A柱的截面,具体组合见表恒载活载截面竖向吊车水平吊风荷载荷载车荷载水平作最大轮压作用于用力方IIIIIIIIII4.50.5058458.53.N218.564.85-22.1-9.9M6612N266.364.855.81M15.41N315464.811.74V7.495766486126000000-668.1.4-7.1533.51845845优486624852.0.64834-322.-6161253.53.5563616624852.0.648-5.-5.-7.140140685500047-37.48.68172组合内力1.2恒载+1.4X0.85其他活载+风载组合Mmax

16、组合Mmin组合Nmax组合项N,V项N,V项M,V项73.78-101.-97.53288340.0262.21,2,430.01,2,21,3,63,5,21,3,75,885,8Nmin,MV-101.28262.261,3,6,7129.0-121.117.1266232617.9881,2,460.71,2,695.74,5,3,6,481,2,541.51,4,-493.1,2,540.53,6,745,8353,6,87754.6441.87754.6N2522-52.870.99V71.035541.2恒载+1.4其他活载组合Mmax组合Mmin,组合Nmax组合Nmin,项N

17、,V项N,V项M,V项MV-30.7-26.4-30.7M10.147347352.9262.2352.9262.2N1,281,3,61,2,81,3,653,5579.94-49.066.061,3,41,2,781,2,76667.74,5484.23,6758.42142817.3452.4N1,2,081,4,121,2,3,629.385-8.953,6V85M143.9-130.21817.30814.995143.91.2恒载+1.4风载组合Mmax组合项Mmin,项N,VN,VM80.8-82.6N1,7262.261,8262.268N319.62319.62503.31-

18、429.7M55378.49378.49N1721,82-45.21V75.3684六、排架柱设计A柱和B柱相同,故只考虑A轴的配筋,B轴的与之相同(1)设计资料(A轴)截面尺寸：上柱：400mrH400mm矩形.下柱：b=120mgih=800mqribf=bf'=400mm,h=hf'=150mm,工字型.材料：混凝土C30(fc=14.3N/mm2)钢筋HRB335(fy=fy'=300N/mm2)计算长度：柱高大于8m设柱间支撑.排架平面内-上柱2X3.6=7.2m,下柱1x9=9m排架平面外-上柱1.25X3.6=4.5m,下柱0.8x9=7.2m,(2)内力

19、(A轴)I)上柱：)=08=0.55b1fy(cuEs)Nb=fcbh0b=1148.3KN内力表中I-I截面限制内力均小于Nh所以属于大偏心受压.应选取弯矩较大而轴力较小的情况,经过比拟,可以选择出下面的内力组合:M=-101.28KNmN=262.26KNII)下柱由于下柱在长度范围内配筋相同,比拟II-II截面和III-III截面可知III-III截面起限制作用,可以令Nb-fc(bf-bf)h；+fcbh0b=1322.6KN那么由表可知,III-III截面限制的内力均小于Nb,那么都属于大偏心受压,所以选取弯矩较大而轴力较小的情况,经过比拟选取出下面的内力组合:,N=378.492K

20、NV=75.368KNM=541.574KNmM=503.315KNmN=754.62KNV=71.03KN3配筋计算采用对称配筋I上柱M=-101.28KN*mN=262.26KNx=-=45.85mm<2a=70mm,取x=70mmfcbcM,e0=386.18mm,ea=maxh/30,20=20mm,ei=e0+ea=406.18mmNlo/h=7200/400=18>15>8,1=0.2+2.7旦=0.2+2.7X1.1128>1,故取,1=1.01h012=1.15-0.01*l0/h=0.97排架属于有侧移结构,C=1.0,K=0.85KlcO=Cm1+-

21、()212=1.17114002hh0e=*ei+h/2-as=640.83mme'=e-h0+as'=310.83mmNe'2A=A'=e=823.4169mmfy(hD-as')选配320(As=942.478mm)垂直弯矩平面承载力计算：l0/b=4500/400=11.25,=0.961,N=*(fcA+fy'As')=2470KN>Nmax,满足要求.配筋图06200400II)下柱Nf'=fc*bf'*hf'=14.3X400X150=858KN所有组合中,N<N,故而中和轴在翼缘,而且为大

22、偏心受压.M=541.574KNm内力组合N=754.62KN,V=71.03KNx="=131.926mm,e0=717.678mmfcbf'Nea=maxh/30,20=26.667mm,ei=ea+e0=744.345mml0/h=11.25>8,那么,1=1.0,2=1.0(l0/h<15),Cm=1.0,K=0.85“=Cm1+K(l°)2；1；2=1.079,eh1400二h°e=*ei+h/2-as=1168.148mmNe-fcbf'x(h°-0.5x)2As=As'=1616.112mmfy(h0-a

23、s')同理可得M=503.315KNm内力组合N=378.492KN,V=75.368KNNMfcbf,x=66.17mme0=1329.79mmea=maxh/30,20=26.667mmei=ea+e0=1356.457mmK=Cm1+(-0-)212=1.04314000hh0e=*ei+h/2-as=1779.785mmNe-fcbf'x(h0-0.5x)2As=As'=1811mmfy(h0-as')选用配筋4中25(1902mrh,箍筋选用中6200.垂直弯矩平面的承载力计算：A=1.87X105mr2iIy=1.759x109mr7,iy=A/=9

24、6.987mmA10/iy=7200/97=74.2,中=0.713Nc=(fcA+fy'As')=2720KN>Nmax满足要求.配筋图(4)牛腿计算吊车梁与牛腿的关系如图,牛腿面上无水平力作用于牛腿面的竖向荷载:F汨1.2P4P+1.4Dmax=1.2X47.8+1.4X226.44=374.376KNFvk=Rp+CLx=274.24KN牛腿高度验算:Ftk=2N/mm2,a=0,b=400mm,h0=400-35+200tan(1)=565mm40.8ftkbh°=723.2KN>Fk=272.2KN,满足要求a0.5-h0纵向受拉钢筋配置:由于竖

25、向作用力在下柱截面边缘内,那么可以按构造配筋ft2As-max：minbh,0.45bh=max0.002bh,0.002145bh=514.8mmfy纵筋不应该少于4G12.应选用5G12(As=565mmi.又由于a/ho<0,3,那么可以不设置弯起钢筋,箍筋按构造配置,牛腿上部2ho/3范围内水平箍筋总截面面积不应小于承受Fv的受拉纵筋总面积的1/2,箍筋选用88©1002250.3As2、(h0=378.9=308mm)301002局部承受压力面积近似按柱宽乘以吊车梁端承压板宽度取用:A=Fvk=25566.43mm0.75fcc承压板宽b'=A=63.916m

26、mib取b'=80mm.牛腿节点配筋图五、吊装阶段验算采用平吊方式,吊装简图如下图EDcFB12.6mA.荷载考虑荷载系数1.2,动力系数1.5,重要度0.9q住=1.5X0.9x25X0.4乂0.8=10.8KN/mq2k=1.5x0.9x25X0.187=6.32KN/mq3k=1.5X0.9x25X0.4乂1=13.5KN/mq4k=1.5x0.9X25X0.4X0.4=5.4KN/mq1=1.2q1k=12.96KN/mq2=1.2q2k=12.96KN/mq3=1.2q3k=12.96KN/mq4=1.2q4k=12.96KN/mB.内力Rak=24.91KN,Rck=24.

27、91KN,Mfk=35.27KNm,Mck=49.09KNmMdk=34.99KNmRa=29.88KN,Rc=72.22KNMf=42.29KNm,Mc=58.9KNmMd=41.99KNmC.配筋检验2按平吊,双筋截面检验-max=0.3mm,二s=240N/mm下柱跨中Mf=42.29KNmMfk=35.27KNmh0=365mm已配筋2.,25+21,12,A=Mf=427.2mN,fy(h0as')2、As=1458mm=lyijk=78N/mm,满足0.85Ash0下柱牛腿处,Mck=49.09KNmMc=58.9KNm,h°=365mmAs=退=595mm,已配

28、筋(2.25+2.12,fy(h0-as')2、As=1458mm；：_Mck_=108.5mrri,满足s0.85Ash0上柱牛腿处Mdk=34.99KNmMd=41.99KNmh0=365mmMd=424.2mrri,已配筋(225+2>12,fy(h0as')2、As=1458mmMdk=92.9mm,满足0.85Ash0六、注重吊环设计Rak=24.91KN,NakRakak=18.45KN1.50.9Rck=60.19KN,NckRckck=44.58KN1.50.9吊环用I级钢筋,取*s=50N/mm2在A和C处安装七、抗风柱设计抗风柱主要承受山墙风荷载,其竖

29、向位移简单考虑只有其自重,设计时可以近似根据受弯构件计算.抗风柱柱顶应该低于屋架上弦中心线50mm上下柱交界处应t低于边柱柱顶100mmiK屋架下弦底200mm所以可得抗风柱的上柱Hu=2.3m,Hl=12.5m,H=14.8m山墙重量由根底梁传递给根底.柱截面宽度400mm>H=370mm,40H下枉截面局度550mm京=500mmq14.2mrJl.9mQC孰寸荷载计算：1 .风荷载根本风压由表中数据,标高14.2m出的Nz=1.126,体型系数0.8,值为0=0.55KN/mmt每根柱的受风宽度6mqk=0.8x1.126x0.55x6=2.97KN/mq=1.4qk=4.16KN

30、/m2 .柱自重上柱：Gu=1.2x25X0.4x0.4x2.3=11.04KN下柱：Gl=1.2X25X0.4X0.55乂12.5=82.5KN内力分析:19上枉截面Iu=bh3=2.133xi0,Hu=2.3mu12u19下柱截面11=一bh'=5.546x10,Hl=12.5m11211.1. H.n=-u=0.385,u=-u-=0.1554IlH/1314(-1)C11=n=0.373813(1-1)nR=GqH=0.373X4.16乂14.8=22.96KN(<-)内力图如下图配筋计算采用对称配筋1 .上柱截面按近似受弯计算M=41.8KNm,N=13.36KNAs=

31、As'=M=422.22mni,fy(h0-as')选用2中20(As=628mm,箍筋选用6200.2 .下柱截面按近似受弯计算采用通长配筋M=115.8KNm,N=38.6KNAs=As'=fy(h0-as')(As=942.5mm),箍筋选用M=804.6mM,考虑到轴力的存在,选用32066200另夕卜配力口212钢筋作为腰筋.Oy>55()吊装阶段验算考虑到柱身自重比拟大,而且跨度比拟大,所以采用翻身吊.并适当将吊点下移一段距离,如图Qibcq2,I亡工IDAE2,3I10r3I-I-214,81.荷载上柱：25X0.4X0.4=4KN/m下柱：

32、25X0.4X0.55=5.5KN/m考虑到荷载系数1.2,动力系数1.5,结构重要性系数0.9,那么q1k=7.425KN/mq2k=5.4KN/m2k2.内力Ra=38.947KNRb=87.326KNq1=8.91KN/mq2=6.48KN/mRak=32.456KNRbk=72.77KNM=71.476KNmMbk=59.56KNmM=17.14KNmMck=14.28KNm3,配筋验算根据翻身吊验算,截面按双筋截面计算,裂缝允许宽度26max=0.3mm和排架柱的相同,这时候,Ks一般为240N/mm.(1)下柱跨中M=85.12KNmMek=70.93KNmh0=515mmAs=M

33、=591.111mr2i已有钢筋3620(As=942.5mr2j),fy(h0-as')满足要求.CFSMk0.87h0As=167.966N/mmM.s,满足要求.(2)下柱B吊点处Mb=71.476KNmMbk=59.56KNmh0=515mmAs=-=496.361mn2,已有钢筋3620fy(h°-as')(As=942.5mm),满足要求.仃=141N/mm<.J,满足要求.s0.87h0Ass上柱C处Mc=17.14KNmMck=14.28KNmh0=365mmA=M=173,3m同已有钢筋2G20(As=648.6mrrj),fy(h°

34、-as')满足要求.仃=69.4N/mm2.,满足要求.s0.87hoAss4.柱中吊环设计(每处设置两个吊环)ak=32.456KN,NAKRaka=24.0KN1.50.9Kk=72.77KN,NBKRbk=53.9KN1.50.9吊环选用I级钢,在AB处布置吊环,那么每个吊环承受的力为Na叭2二120mmAsB=NB=N；k=26.95KN,NA=NjK=12KN,NB=269.5mm22二s在A处可以选用1614(As=153.93mm)做成一个吊环,在C处可以选用120做成一个吊环O柱下单独根底(1)根底设计参数根底顶部标高-0.6m,根底底部标高-1.8m,柱截面400X800mm天然地面下1.2m处(标高-1.35m)为老土层,修正后地基承载力为120KN/m,根底采用C30,HRB33郛筋,基地用100mms混凝土垫层.(2)荷载M1=541.574KNm取III-III截面荷载组合N1=754.62KN为荷载1V1=71.03