王强兵厂房设计

1、 15 届课程设计钢筋混凝土厂房设计说明书学生姓名 王强兵 学 号 3041211222 所属学院 水利与建筑工程学院 专 业 土木工程 班 级 15-4 指导教师 李林老师 日 期 2014.4 塔里木大学教务处制前 言此次设计的主要内容是为了使我们对混凝土的利用更加的熟悉，使我们更加熟悉的了解混凝土的诸多性能及诸多优点，并且让我们知道以混凝土为主的工程结构具有的优势。 此次对混凝土结构的课程设计，也让我知道了做好混凝土工程的施工，及其对其各个方面的强度，裂缝验算，稳定性的检验的重要性，并且也使我更好的了解这个课程的重要性，望在以后的工作中能更加合理的利用及保证其安全可靠。 王强兵目 录1工

2、程概况- 1 -2结构构件选型及柱截面尺寸确定- 1 -3荷载计算- 3 -3.1恒载- 3 -3.2屋面活荷载- 4 -3.3风荷载- 4 -3.4吊车荷载- 5 -4排架内力分析- 6 -4.1恒载作用下排架内力分析- 6 -4.2屋面活荷载作用下排架内力分析- 8 -4.3风荷载作用下排架内力分析- 9 -4.4吊车荷载作用下排架内力分析- 10 -5内力组合- 14 -6柱截面设计- 17 -6.1选取控制截面最不利内力- 17 -6.2 上柱配筋计算- 17 -6.3下柱配筋计算- 18 -6.4柱的裂缝宽度验算- 20 -6.5柱的箍筋配置- 20 -6.6牛腿设计- 20 -6.

3、7柱的吊装验算- 21 -7基础设计- 22 -7.1作用于基础顶面上的荷载计算- 22 -7.2基础尺寸及埋置深度- 24 -7.3基础高度验算- 25 -7.4基础底板配筋计算- 25 -致 谢- 29 -参考文献- 30 -1工程概况某金工车间为一跨等高厂房，跨度均为，柱距均为，车间总长度为。每跨设有吊车台，吊车工作级别为级，轨顶的标高为，采用防水卷材屋面，。屋面为不上人屋面，屋面板为，屋架板为，厚双面清水维护砖墙，钢窗宽度，室内外的高差为，素混凝土地面，厂房建筑剖面如下图1所示。厂房所在地点的基本风压为，左吹风。地面粗糙度为类；基本雪压为，修正后的地基承载力特征值为。活荷载组合系数；风

4、荷载组合系数取。吊车荷载准永久值系数，活荷载和风荷载准永久值系数均为。环境类别为一类。要求进行排架结构设计。图1 厂房剖面尺寸图2结构构件选型及柱截面尺寸确定因为该厂房跨度为及在之间，且柱顶标高大于，故采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形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。受力钢筋选用级，箍筋用级，柱的混凝土选用级，梁的混凝土选用，基础。厂房各主要构件选型见表2。表2 主要承重构件选型表构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值屋面板G410（一）预应力混凝土屋面板YWB-2II(包括灌缝重)天沟板G410（三）预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板

5、）TGB68-1屋架G415（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度21m）YWJA-24-1Aa(屋盖钢支撑)吊车梁G323（二）钢筋混凝土吊车梁（吊车工作级别为A1-A5）DL-9B轨道连接G325（二）吊车轨道联结详图基础梁G320钢筋混凝土基础梁JL-3注：本表图集均按TJ10-74钢筋混凝土结构设计规范设计，重力荷载已换算为法定计量单位。由图1 可知柱顶标高，牛腿顶面标高为，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、下柱高度和上柱高度分别为： 根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可由附表1并参考附表2确定柱截面尺寸，见表3。表3 柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面

6、尺寸/ 面积/ 惯性矩/自重/ A,C上柱矩500500下柱I5001000100200B上柱矩5006007.5下柱I500100010022013.28本题仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图4所示。图4 计算单元和计算简图3荷载计算3.1恒载(1)恒载：SBS防水层 厚水泥砂浆找平层 厚水泥蛭石保温层 一毡两油隔气层 厚水泥砂浆找平层 预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 屋盖钢支撑 屋架重力荷载为/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值：(3)柱自重重力荷载设计值：A,C柱：上柱：下柱：B柱：上柱：下柱：各项恒载作用位置如图5所示： 图5 各项恒

7、载作用位置图（单位：KN）3.2屋面活荷载屋面活荷载标准值为，雪荷载标准值为。后者小于前者，故仅按照前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：的作用位置与作用位置相同，如图5所示。3.3风荷载风荷载标准值按式计算，其中，根据厂房各部分标高及地面B类粗糙度由附表 5.1确定如下：柱顶(标高15.3m) 檐口(标高17.6m) 屋顶(标高19.0m) 如图6所示，由式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：图6 风荷载体型系数及排架计算简图则作用于排架计算简图6上的风荷载设计值： 3.4吊车荷载由书中查表可知吊车参数为B=5.65 m，K=4.40 m，g=69kN，Q=150kN，。根据B及

8、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7所示。 图7 吊车荷载作用下支座反力影响线吊车竖向荷载设计值为：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按式计算,即作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值计算如下：4排架内力分析该厂房为单跨等高排架，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按下式计算：式中：第i根排架的抗侧移刚度。其结果见表8。表8 柱剪力分配系数柱别A， C柱B柱4.1恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图9a所示。 图9a恒载作用下排架内力计算简图图中的重力荷载及力矩M是根据图4确定的，即:；;如图10所示，排架为对称结构

9、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计算如下：对于A，C柱，则：，求得后，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10（b）、（c）。图10（c）为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。 （a）M图（） （b）N图（） （c）图10 恒载作用下排架的内力图4.2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11所示 图11 AB跨作用屋面活荷载时排架的计算简图其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为:；; 对于A柱，则对于B柱，,则排架柱顶不动铰支

10、座总反力为：将R反向作用于排架柱顶，用下式计算相应的柱顶剪力，并于柱顶不动绞支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即：排架结构的弯矩图和轴力图分别见图12（b）、（c）。（a）M图（） （b）N图（） 图12 AB跨作用屋面活荷载时排架的弯矩及剪力图（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12中各内力图的位置及方向调整一下即可，如图13所示。图13 BC跨作用屋面活荷载时排架的弯矩及剪力图4.3风荷载作用下排架内力分析（1）左吹风时排架计算简图如图14a所示图14a 左吹风时排架的计算简图对于A，C柱，已知， 则：各柱顶剪力分别为：排架弯

11、矩图如图14 b所示： 图14 b左吹风作用下排架的弯矩图（）4.4吊车荷载作用下排架内力分析（1）作用于A柱计算简图如图15a所示 图15a 作用于A柱时排架计算简图其中，吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A柱，则：对于B柱, ， 则：排架各柱剪力为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图3-5 b c所示： （a）M图（） （b）N图（） 图15 b c 作用于A柱时排架内力图 （2）作用于B柱左计算简图如图16所示 图16 作用于B柱左时排架计算简图 其中，吊车竖向荷载,在牛腿顶面处引起,为：柱顶不动铰支反力，及总反力R分别为：排架各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底

12、剪力值如图17 b c所示：（a）M图（） （b）N图（）图17 作用于B柱时排架的内力图（3）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“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18,19所示图18 作用于B柱右时排架计算简图 （a）M图（） （b）N图（）图19 作用于B柱右时排架的内力图（4）作用于C柱同理，将“作用于A柱”的情况的A,C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图20，21所示图20 作用于C柱时排架计算简图 （a）M图（） （b）N图（）图21 作用于C柱时排架的内力图（5）作用于AB跨柱计算简图如图22a所

13、示对于A柱，查表得，则同理，对于B柱，查表得，则排架柱顶总反力为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图22b所示。（a） （b）图22 作用于AB跨时排架内力图（5）作用于BC跨柱由于结构对称性及吊车吨位相等，故排架内力计算与“作用于AB跨柱”的情况相同，只需将A,C柱内力对换，如图23所示。（a） （b）图23 作用于BC跨时排架内力图5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24，内力组合见表25，这两个表中的控制截面及正号内力方向如表24中的例图所示。表25中列出的组合的内力设计值，已分别是4项组合中最不利的情况。对主进行裂缝宽度验算时，内力采用准永

14、久值，同时只需要对的柱进行验算。表24 A柱内力设计值汇总表风荷载左风17.36017.360324.520324.52吊车水平荷载Tmax作用在BC跨29.37029.370118.9707.53Tmax作用在AB跨3.6003.600161.63013.28吊车竖向荷载Dmax作用在C柱-5.810-5.810-23.540-1.49Dmax作用在B柱右34.05034.050137.9308.73Dmax作用在B柱左-43.680-12.56103.73-145.84103.73-11.20Dmax作用在A柱-39.590107.13489.03-13.66489.03-10.15屋面活

15、载作用在BC跨1.6401.6406.6400.42作用在AB跨1.2833.6-7.1233.6-1.6433.60.46恒载12.17365.01-50.53418.1730.16594.966.78荷载类别序号MNMNMNV-柱号及正向内力表25 A柱内力组合表备注M =37.187N =304.175M =196.947N =428.36Nmin及相应的M，V60.402304.175-72.238348.475445.218500.54453.568321.603428.3639.07+0.7+0.6+0.7+0.6+0.7+0.7+0.7Nmax及相应的M，V37.187434.1

16、5644.283881.817270.6991058.60728.76196.947826.97921.35+0.7+0.7+0.7+0.6+0.7+0.7+0.6Mmax及相应的M，V-46.595304.175-92.270499.779-169.72584.670-9.450-117.638488.45-5.943+0.7+0.7+0.7Mmax及相应的M，V63.62400.29082.315739.699459.816868.81752.025332.030691.41237.968+0.7+0.7+0.7+0.6+0.7+0.7+0.7截面备注MNMNMNVMKNKVK-6柱截面设

17、计A柱，混凝土强度等级为C35；采用HRB400级钢筋，。上、下柱均采用对称配筋。6.1选取控制截面最不利内力由表4-2可见，上柱截面共有组内力，取。则大偏心；两组大偏心受压和小偏心受压界限破坏是对应的轴向力为：由表25可见，上柱I-I截面共有四组不利内力吗，4组内力均满足,故均为大偏心受压，对这4组内力按照“弯矩相差不多时，轴力越小越不利，轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则，可确定上柱的最不利内力为：，对下柱，截面的有效高度取则大偏心受压与小偏心受压界限破坏是对应的轴向压力为: 对下柱，截面-和-截面有8组不利内力，均满足，对这8组内力采用和上柱I-I截面相同的分析方法，可得下柱的最不利

18、内力为： -截面： -截面： 6.2 上柱配筋计算上柱最不利内力为： 由附表11.1查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心距取20mm（大于500mm/30=16.7mm）。，由，故应考虑偏心距增大系数。，取。故取进行计算： （满足要求）选320（）由得垂直于排架方向的计算长度，则，。 满足弯矩作用平面外的承载力要求。6.3下柱配筋计算有分析结果可知，与上柱分析方法类似，由上表4-2选取下列两组不利内力：，（1）按计算查表得，截面尺寸：附加偏心距， （取）先假定中和轴位于翼缘内，则且为大偏心受压构件受压区在受压翼缘内，则：（2）按，计算，（取）先假定中和轴位于翼缘内，则且为大偏心受压构

19、件受压区在受压翼缘内，取，则：选420（）（3 ）验算垂直于平面的受压承载力（满足要求）6.4柱的裂缝宽度验算规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。本例值出现下柱的内力，故应进行裂缝宽度验算。验算过程见表4-2，按准永久组合计算时，上柱及下柱的偏心距分别为： 故不需要进行裂缝宽度验算。6.5柱的箍筋配置非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求，上、下柱均选用箍筋。6.6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26所示。其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度，。图26 牛腿尺寸简图（1）牛腿截面高度验算已知,（牛腿顶面无水平荷载），取， 故牛腿截面高度

20、满足要求。（2）牛腿配筋计算由于，因而牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，。实际选用414（）。水平箍筋选用。6.7柱的吊装验算（1）内力计算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。由附表查得柱插入杯口深度为，取，则柱吊装时的总长度为，计算简图如图27所示。图27 柱吊装计算简图柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即：在上述荷载作用下，各柱控制截面的弯矩为： 由得：令，得，则下柱段最大弯矩为：（2）承载力和裂缝宽度验算柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表28表28 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱85.56（71.3）115.93（96.61）

21、139.040.985.56=77.00411.4160.9115.93=104.337191.2192.580.35-0.490.140.3（满足要求）0.040.2（满足要求）7基础设计因为修正后的地基承载力特征值为，在单层排架结构，柱距为6m，吊车起重量为500-1000KN，厂房跨度为，设计等级为丙级时，要进行地基变形验算，但该单层排架的吊车起重量为300KN，不再500-1000KN之间，故不作变形验算。则，基础混凝土强度等级采用C40，下设100mm厚C10混凝土垫层。7.1作用于基础顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（截面）传给基础的M，N，V以及外墙自重重力荷载。前

22、者由表25中的截面选取，见表29，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和地板配筋计算，内力的正号规定见图30（b）。表29 基础设计的不利内力组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第1组459.816868.81752.025332.030691.41237.968第2组-169.72584.670-9.450-117.638488.45-5.943第3组270.6991058.60728.76196.947826.979-21.35（a） (b)图30 基础荷载示意图由图6-2(a)可见，每个基础承受的外墙总宽度为，总高度为，墙体为厚双面清水砖墙厚（）。钢框玻璃

23、窗（）基础梁重量为16.7KN/根。每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：厚砖墙 钢框玻璃窗 基础梁 距基础形心的偏心距为：7.2基础尺寸及埋置深度（1）按构造要求拟定高度h柱的插入深度，取杯底厚度应大于，取，则基础顶面标高为-0.500m，故基础埋置深度d为：杯壁厚度，取；基础边缘高度取，台阶高度取，见图20（b）。（2）拟定基础地面尺寸适当放大，取（3）计算基底压力及验算地基承载力验算地基承载力，其中验算结果见下表31。可见，基础底面尺寸满足要求。表31 基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第1组第2组第3组 332.030691.41237.968-117.638488.45-5.94

24、3196.947826.979-21.351367.211164.251502.78155.90-346.42-50.36173.83118.31186.0762.70169.52151.59146.07180173.83216124.39180186.07216160.56180169.522167.3基础高度验算这时采用基地净反力设计值和计算，结果见表32。对于第2组内力，按式（2.7.3）计算时，故对该组内力按式（2.7.7）计算基底净反力。表32 基础底面净反力设计值计算表类别第1组第2组第3组459.816868.81752.025-169.72584.670-9.450270.69

25、91058.60728.761297.891013.741487.68256.23-447.08-29.84184.2993.04187.9128.70164.25153.63因台阶高度与台阶宽度相等（均为400mm），所以只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力截面如图33所示。变阶处截面有效高度。因为，所以应按式（2.7.13）计算即：由式（2.7.10） ；因，所以取由式（2.7.9）得：，取；则由式（2.7.9）得故基础高度满足要求。7.4基础底板配筋计算(1)柱边及变阶处基底反力计算基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面简图如图34所示。三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表35。其中第1、3组内力产生的基底反力见图34所示。图33 变阶处的冲切破坏截面用表列公式计算第2组内力产生的和。 图34基础底板配筋计算截面表35 柱边及变阶处基底净反力计算公式第1组第2组第3组151.3