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9.6m，牛腿顶面标高为6m；设室内地面至基础顶面的距离为0.5m,贝U计算简图中柱的总高度H,下柱高度H，和上柱高度H,分别为：H|+11.750+9.600Hu.亠Y*TTE:.r：一-"TkL*1m1111压E+7.200一+6.000-土0.000-0.150图2-54厂房剖面图b+12.800根据柱的高度、吊车起重

2、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柱号截面尺寸/mm面积/2/mm惯性矩/mm4自重/kN/mA,C上柱矩4004001.610521.31084.0下柱I40090010015051.87510195.381084.69B上柱矩40060052.410721086.0下柱I400100010015051.97510256.341084.94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。32118001800BO二EMrA柱B柱图2-55计算单元和计算简图2. 荷载计算1恒载屋盖恒载绿豆砂浆保护层二毡三油防水层2

3、0厚水泥砂浆找平层80厚泡沫混凝土保温层3. 荷载计算1恒载屋盖恒载绿豆砂浆保护层二毡三油防水层20厚水泥砂浆找平层80厚泡沫混凝土保温层0.35kN/m220kN/m3228kN/m32预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.4kN/m0.05kN/m总计屋架重力荷载为60.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为:G1.2(2.84kN/m6m18/2m60.5/2kN)220.33kN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：G4AG4C下柱：G5AG5CB柱：

4、上柱：G4B25.92kN下柱：G5B38.53kN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）风荷载的标准值按WkzzsW0计算，其中20.5kN/m,zz根据厂房各部分标高（图2-54）及B类地面粗糙度确定如下：柱顶（标高9.6m）檐口（标高11.75m）屋顶（标高12.80m）Wo1.0001.0491.078s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：22wkzzs1w0/mW2kW2kzs2w020.2kN/m2z图2-57风荷载体型系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：22q2FwQ(s1s2)zh

5、1(s3s4)zhzz0B210.89kN4. 吊车荷载由表2-16可得20/5t吊车的参数为：B5.2m，K4.0m，g68.6kN，Q200kN，Pmax174kN,Pmin37.5kN,根据b5.2m及K可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：DmaxQPmaxy1.4174kN1minQPmin*(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：11Ta(Qg)0.1(200kN68.6kN)6.715kN44作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：TmaxqTyi400012004000fFpmax

6、-pmax_pmax_pmax=174KN400012004000fFpmax-pmax_pmax_pmax=174KNOJ-图2-58吊车荷载作用下支座反力影响线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2-23o表2-23柱剪力分配系数柱别nlu/hHu/HC。3/13(1n1)H3/C°Eli1ii1iAC柱n0.1090.356C02.1928AC2.40610/EAc0.277B柱n0.28i0.356C02.690Bi.494i08/EB0.446GiGi220.33kN；G2G3G4AJG3G5A36.58kN；G

7、42G1JG6G5b38.53kN；G5G4B2G3JMiGeiM2(GiG4A)e0G3e3由于图2-59a所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧根据相应公式计算。根据相应公式计算。对于A,C柱n0.i09，0.356则：Rc6.39()Ci2iii一nn2.23iC30.9573丄inMiHCi1i.02kNm2.231i0.im6.39kN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2-59b、c。图2-59d为排架

8、柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。11.02Uj11.026.39M26.39B-220.334237.61亠296.41332.99+M+M440.669466.58$84.18+V220.33237.61-*-296.41+N+N332.99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2-60a所示，其中Q137.8kN，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：M1A37.8kN0.05m1.89kNmM2A37.8kN0.25m9.45kNmM1B37.8kN0.15m5.67kNm对于A柱，C12.231C3"0.957

9、,则M1AM2ARaC1一2AC1HH10.1m对于B柱n0.281,0.356，贝q2mO.9571.31kNC111n11n1.781RbM1B、C11.00kNRRARB1.31kNI.OOkN2.31kN()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VARaAR1.31kN0.2772.31kN0.67kN()VBRBBR1.00kN0.4462.31kN0.03kN()VccR0.2772.31kN0.64kN()VARaAR1.31kN0.2772.31kN0.67kN()VBRBBR1.00kN0.4462.

10、31kN0.03kN()VccR0.2772.31kN0.64kN()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图2-60b，5.67I_5.78c所示。0.5237.81.89O-i厂8.9337.85.980.64*2.306.46图2-60AB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。图2-61BC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2-62a所示。对于A，C柱，n0.109，0.356得11411nC110.3108131

11、1nRAq1HC11-3.36kN/m10.1m0.3110.52kN()RcqzHCukN/m10.1m0.3110.52kN()RRaRcFw10.52kN5.26kN10.89kN26.67kN()各柱顶的剪力分别为排架内力如图2-62b所示VaRaaR3.13kN()VbbR0.44626.67kN11.89kN()VcRccR5.26kN2.13kN()三三三三3十139.76(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。B-三二三B®19.10-18.5542

12、.8010.5011.89W7.2030.81F0.09139.76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)Dmax作用于A柱计算简图如图2-64a所示。其中吊车竖向荷载Dmax,Dmin。在牛腿顶面处引起的力矩为：Mamaxe3MbDmine3对于A柱，C3°.957，则RaRaMaC3165.6kNm10.1m0.95715.69对于B柱，n0.2810.356，得312C31.1742彳31彳11nMb89.23kNmRbC310.37H10.1mRRaRb5.32kN()VaRaaR15.69kN0.2775.32kN14.22kN()VbRbBR10

13、.37kN0.4465.32kN12.74kN()CR0.2775.32kN1.47kN()排架各柱顶的剪力分别为:排架各柱弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2-64b,c所示。iin114.4121.98I51.19456-14.2239.44.12.7414.85h1.47552552118.9777)77)55218.97图2-64Dmax作用在A柱时排架内力图(1)Dmax作用于B柱左计算简图如图2-65a所示Ma,Mb计算如下:MaDmine3柱顶不动铰支反力Ra,RB及总反力R分别为:Ra壯335.69kNmRbMbcHC3414.00kNm10.1mRa44.74kN各柱顶剪力分别为

14、:VaRaaR44.74kN15.77kN()VbRbbR44.74kN28.17kN()cR0.27744.74kN12.39kN(排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2-65b，c所示10.1mB1.1jff/f312.59i-44.60101.471i115.7728.171294812.39125.14>123.59yr129.48-图2-65Dmax作用于B柱左时排架内力图(3) Dmax作用于B柱右B柱左2-66118.97_18.970根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与Dmax作用于的情况相同，只需将A,C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图所示。图2-

15、66Dmax作用于B柱右时排架内力图（4）Dmax作用于C柱可求同理，将作用于A柱情况的A,C柱内力对换，并注意改变符号,得各柱的内力，如图2-67所示。:!C118.97552Q55218.97图2-67Dmax作用在C柱右时排架内力图A柱,(5)Tmax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n0.109，23a0.356，得22-68a所示，对于0.667，贝yCs0.515RaTmaxC510.97kN同理，对于B柱，n0.281，0.356,a0.667C5J0.598，则:RBTmaxC521.30kN0.59812.74kN排架柱顶总反力R为:RRaRb10

16、.97kN12.74kN23.71kN(各柱顶剪力为:VaRaaR23.71kN4.40kN()VbRbbRVCCR0.27723.71kN6.57kN(排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图矩图和剪力只改变符号，方向不变。2-68b所示。当Tmax方向相反时，弯110.56Q5.21TmaxTmaxfTH9.7242.097；TT9713故排架内力计算与Tmax作用AB跨情况相如图2-69所示。图2-68Tmax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,同，仅需将A柱与C柱的内力对换,310.5623.6517.7519.72'r/1J1166.366

17、.57_119.57116.9775142.09片y19P/z>图2-69Tmax作用于BC跨时排架内力图5.内力组合以A柱内力组合为例。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Mk和Z的组合值，它们均满足e。/h。0.55的条件，对设计来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V项。表2-24A柱内力设计值汇总表注：M单位（kNm）,N单位kN,V单位kN柱号及正向内力

18、荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载作用在AB跨作用在BC跨Dmax作用在A柱Dmax彳乍用在B柱左Dmax彳乍用在B柱右Dmax彳乍用在C柱1max用在AB跨1max用在BC跨左风右风n序号1234567891011丨丨M11.980.522.30-51.19-56.7744.60-5.299.7223.6510.5018.55i-L-111N237.6137.8000000000nIMIlII-29.78-8.932.30114.41-21.0844.60-5.299.7223.6510.50-18.551111N296.4137.80552118.970000001_

19、65;-hVM11.76-4.586.4621.98-123.59125.14-14.85119.5766.36139.76-107.20kIIIIIIN332.99:37.80552118.97000000V6.390.670.64-14.22-15.7712.39-1.4716.96.5730.8119.10一(1、1'L11r11/11J弯矩图I111111111111/f/111/V表2-251.2恒载+1.4屋面活荷载今冃MmarM丨今冃NmaxM截面组合项Mmax2及相应的N、V组合项Mmax2及相应的N、V组合项Nmax及相应的M、V组合项Nmin及相应的M、V114.8

20、111.98114.8114.8II23275.41237.6123275.413237.61IIII1-27.481-38.711-38.711-29.783296.412334.212334.21296.41IIIIII118.2217.181213.64118.223332.992370.793370.793332.99123Vm；3x相应的M相应的N7.7、13.64370.79注：M单位（kNm）,N单位kN,V单位kN表2-26J.2恒载+1.4吊车荷载口lMmaxA-4“口Nmax截面组合项Mmax2及相应的N、V组合项Mmax2及相应的组合项Nmax及相应的M、V组合项Nmin

21、及相应的M、VN、V173.40515-58.95173.405173.40511666II799237.61237.619237.619237.611118.7131-72.1611118.71317-55.826IIII45476699738.019391.5869738.01296.411237.0691-207.0841237.0691184.1144IIIIII566774.598440.0636774.599332.99I8816Vrnax相应的M相应的N注：M单位（kNm）,N单位kN,V单位kN0923.454184.11332.99组合项Mmax2及相应的N、V组合项XamM

22、组合项XamN组合项Nmin及相应的M、V应仆V以、-N7JM的应7I1175-1II4829-410-12£5111IO11O1O11axvmM的应相N的应相1027.3注：M单位（kNm）,N单位kN,V单位kN。表2-281.2恒载+（屋面活何载+截面厂丿/、"钠丿组合项Mmax及相应的N、V组合项Mmax及相应的N、V组合项Nmax及相应的M、V组合项Nmin及相应的M、VII1,23,679.2511,57,9-68.5551,23,679.2511,36,978.783II9109,10271.639237.61271.6310237.611,3115.3841

23、,25,7-92.6551,23,4107.3471,7-69.916IIII4,699,10693.859，11416.086,910727.8711296.41IIIIII1,3346.1361,2-285.8021,2342.1041,3298.4734,68,10730.435,811463.3763,46,810764.456,910332.991,23,69,10Vmax相应的M相应的N50.656294.351367.01注：M单位（kNm）,N单位kN,V单位kN截面组合项Mmax2及相应的N、V组合项Mmax2及相应的组合项Nmax及相应的M、V组合项Nmin及相应的M、V卜

24、d、V1,269.80115-51.8601,269.8011369.333II3,63,6769271.639237.619271.639237.611,3105.9341,275.9601,23,497.8971-53.221IIII4,695,7979693.85426.0886,9727.87296.41IIIIII1,3220.3521,25，8-189.3221,2216.2313172.6894,63,4698730.43463.3766,8764.45332.991,2Vmax相应的M相应的N3,622.927168.567367.01注：M单位（kNm）,N单位kN,V单位k

25、N表2-301.2恒载+（屋面活何载+风载）截面组合项Mmax及相应的N、V组合项Mmax及相应的N、V组合项Nmax及相应的M、V组合项Nmin及相应的M、V123.9681-4.715123.968123.5II22311311310271.63237.6110271.6310237.611-18.261-54.5121-54.5121-46.475IIII32210296.4111330.4311330.4311296.411143.3581-88.8421139.2361143.3582IIIIII32310310332.9911367.01367.0110332.991,2Vmax相

26、应的M相应的N3,1035.298139.236367.01注：M单位（kNm）,N单位kN,V单位kN载）注：M单位（kNm）,N单位kN,V单位kN截面组合项及相应的N、V组合项Mmax及相应的组合项Nmax及相应的M、V组合项Nmin及相应的M、VN、V1,69，76.7131,57,9-68.5551676.7131676.713II9910237.6111237.61237.61237.6110101,4113.3141,5-84.6181,4113.31417-69.9166,97,96,9IIII91110693.8511382.06810693.85296.411,4340.3

27、221,5-281.6801,4340.3221,6292.6596,88，6,8IIIIII9,10730.4311429.35610730.4310332.991,69，10Vmax相应的M相应的N49.477292.659332.99表2-321.35恒载屋面活荷载吊车竖向荷载截面组合项Mmax及相应的N、V组合项Mmax及相应的N、V组合项Nmax及相应的M、V组合项Nmin及相应的M、VII1,243.5501-22.2881,243.55013643.1863,6293.7715267.3113,6293.771267.311IIII1,357.1531,254.5211,233.

28、9351-36.8354,6642.5815,7426.5443,4707.6817333.461IIIIII1,3100.139125-67.8381,23,4696.93313696.5904,6683.733476.025710.194374.6141,2Vmax相应的M相应的N3,615.91193.384401.073注：M单位（kNm）,N单位kN,V单位kN0表33A柱内力组合表MmaxT截面组合项及相应的N、V组合项及相应的N、V组合项Nmax及相应的M、V组合项Nmin及相应的M、VMrNrJ备注1,2,36,979.2511,5,7-68.5551,243.5501,3,6

29、78.78357.699标准值取自NII9,113,69,101110及相应的M,V表14271.63表14237.61表18293.771表14237.61198.008项1,4,6118.7131,2,5-92.6551,4118.7131,7-69.916标准值取自NminIIII7,996,99,1111及相应的M,V表12738.01表14416.088表12738.01表14296.41项IIIIII1,3,46,8346.1361,2,5-285.8021,4237.0691,3,6298.473214.595标准值取自Nmin8,116,89,10及相应的M,V10表14730

30、.43表14463.376表12774.59表14332.99277.49项1,2,3Vmax相应的M相应的N6,91050.656294.351367.01注：M单位（kNm）,N单位kN,V单位kN6.柱截面设计以A柱为例。混凝土强度等级为C30,采用HRB400级钢筋，fyfy360N/mm配筋。1.上柱配筋计算。上柱截面共有4组内力。取ho2400mm-40mmNb1fcbh0b而截面的内力均小于Nb,的一组内力作为最不利内力。即取M=78.783kNm,N=237.61cy360N/mm214.3N/mm2ftk2.01N/mm2；°.518。上、下柱均采用对称'3

31、60mm则都属于大偏心受压，所以选取偏心距较大kN吊车厂房排架方向上柱的计算长度23.6m7如。附加偏心矩ea取20mm（大于400mm/30）e°678.78310Nmm3237.610N332mmee0ea332mm20mm352mmI。h7200mm18400mm应考虑偏心距增大系数0.5fcA1.15As24002mm2237610N0.01山1.15h0.017200mm400mm1.0取1j°11400勺ho2Idh12376101fcbbh0186.48mm且7200mm1400352mm400360mm41.54mm237610N272.96mmfyh0as

32、360Nmm563mm2360mm40mm182As763mm则Asbh763mm20.48%0.2%400mm400mm满足要求。而垂直于排架方向柱的计算长度l0贝ylo.b400mm11.250.961（内插）Nu0.9fcAfyAs2400mm400mm360Nmm2763mm222454.03kNNmax293.771kN满足弯矩作用平面外的承载力要求。2.下柱配筋计算取h0900mm40mm860mm与上柱分析方法类似。Nb1fcbfbhf1fcbh。2400mm100mm150mm2而，截面的内力均小于Nb，则都属于大偏心受压。所以选取偏心距e0最大的一组内力作为最不利内力。按M2

33、78.473kNm，N332.99kN计算下柱计算长度取l0°Hl65m，附加偏心距ea900mm3030mm（大于20mm）。b100mm，bf400mm，hf150mme06298.47310Nmm332990N896.34mmeie0eaI。,h6500mm900mm57.2215应考虑偏心距增大系数/20.5fc1332990N1.011400勺h°14002926.34mm6500mm860mm900958.76m先假定中和轴位于翼缘内，则332990N58.22hf150mm即中和轴过翼缘80mm332990N958.76mm450mm40mm360Nmm286

34、0mm400mm619mm2选用418As(1018mm)垂直于弯矩作用面的承载力计算:100.8H,0.865005200mm84A1.875105mm2Iy195.3810mmIyAi8195.38108:1.875105322.804mm5200mm322.804mm16.10281.03柱箍筋配置由内力组合表Vmax50.656kN相应的N367.01kN,M294.351kNm验算截面尺寸是否满足要求。hw9002150600mm0.25cfcbh08601229800N1229.8kNVmax50.656kN截面满足要求。计算是否需要配箍筋:294.351106MVh050.656

35、3108606.763取30.3fcA0.314.315.875108.04105804kNN367.01kN1.75ftbho0.07N1.751.431008600.07367.01101.0t079494.45N79.5kNVmax50.656kN可按构造配箍筋，上下柱均选用8200箍筋。Nu0.9fcAfcAc/25222mm1.87510mm360Nmm21018mm3072.789kNNmax774.59kN满足弯矩作用面的承载力要求。4. 柱的裂缝宽度验算相应于控制上、下柱配筋的最不利内力组合的荷载效应标准组合为:、Mk57.699kNmMk214.59kNm上柱：下柱：Nk19

36、8.008kNNk277.49kN表2-34柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力MkkNm57.699214.595标准值NkkN198.008277.49e0Mk/Nkmmh°198773.34As取0.0113te0.5bhbfbhfte0.01s1211。1.1上141.0h4000%，h0hese°h/2amm480.5291183.34fhfbfb/bh00.5232h0fh0mme288.95722.2Nkez/2skN/mmAsz172.06174.045ftktesk0.3410.436maxcr-mmEste满足要求满足要求上柱As=763mm2，下柱As=1018mm2Es2.010Nmm;构件受力特征系数cr2.1；混凝土保护层厚度c取30mm验算过程见表2-34。5. 牛腿设计根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图2-70所示。其中牛腿截面宽度b=400mm牛腿截面高度h=600mm,h0=565mmJ.lLrgLli1图2-70牛腿尺寸简图(1)牛腿截面高度验算=0.65,ftk22.01N/mmFhk0(牛腿顶面无水平何载)，a150mm20mm