24M钢筋混凝土单层厂房结构设计书

1、钢筋混凝土结构-2课程设计题目：钢筋混凝土单层厂房结构设计姓名: 班级: 学号: 学院:河北理工大学2007 年钢筋混凝土结构-2课程设计任务书题目：钢筋混凝土单层厂房结构设计目的与要求：了解单层厂房结构设计的全过程，培养单层厂房结构设计的工作能力。要求：（1）、掌握单层厂房结构布置和结构选型的一般原则和方法；（2） 综合运用以往所学的力学及钢筋混凝土结构的知识， 掌握排架内力分析方法以及构件截面设计方法；（3）、掌握单层厂房结构施工图的表达方法。设计内容：1、完成计算书一份，内容包括：（1）设计资料；（2）结构布置与选型；（3）排架内力分析及柱、基础的配筋计算。2、绘制施工图：（1）柱子模板

2、图及配筋图；（2）基础平面布置图及配筋图。四、设计资料:1、厂房跨度24（ 15）米，总长102（ 108）米，中间设伸缩缝一道，柱距 6（9）米。2、车间内设有两台软钩200/50kN中级工作制吊车，轨顶设计标高10.000(8.7 )米。3、建筑场地地质情况：地面下0.8米范围内为杂填土，杂填土下面 3.5米内为均匀粉土，其承载力标准值fk = 200kPa,地下水位为地面下4.50米，无4、腐蚀性。基本风压W=0.4kN/m2;基本雪压S=0.35kN/m2 o5、屋面是不上人的钢筋混凝土屋面，屋面均布可变荷载标准值为0.7/m 2o6、建议采用材料:（1）、柱：混凝土 C30 （25）

3、，纵向受力钢筋II级，箍筋I级。（2）、基础：混凝土 C30, II级钢筋。7、选用的标准图集:（1）、屋面板:（包括灌缝在内）G410 （一）标准图集，预应力混凝土大型屋面板，板重标准1.4KN/m2o（2）、天沟板:G410（三）标准图集，JGB77-1天沟板，板重标准值2.02kN（3）、屋架：G415（三）标准图集中预应力混凝土折线形屋架，屋架自重标准值106kNo（4）、吊车梁：G323-12标准图集DLZ-4,梁高1200毫米，翼缘宽600毫米,腹板宽300毫米，梁自重标准值44.2kN/根，轨道及零件重1kN/米，轨道及垫板 高度200毫米。建议采用的柱截面尺寸：上柱为矩形bxh

4、=400x400mm下柱为I形bf=400mm h=800mm b=100mm hf=150170mm9、屋面做法:624000164)r2528024000剖面图55004400吊车尺寸图结构计算书25结构的计算1计算简图的确定(1) 计算上柱咼及柱全咼根据图2.107及有关设计资料: 上柱高Hu顶标高-轨顶标高+吊车梁高+轨道构造高=12.4-10.0+1.2+0.20=3.8m 全柱咼H=柱顶标咼-基顶标咼=12.4- ( -0.5 ) =12.9m故下柱高 HI=H-Hu=12.9-3.8=9.1m上柱与全柱高的比值器o.295(2) 初步确定柱截面尺寸根据表2.9 (A)的参考数据,

5、上柱采用矩形截面，b X h=400mm< 400mm下柱选用I形,b X h x hf=400mmX 800mnX 150mm(其余尺寸见图2.108 ),根据表2.8关于下柱截面宽度和高度的限值，验算初步确定的截面尺寸,对于下柱截面宽度Hl25910036425mm400 mm （可以）对于下柱截面高度，有吊车H l12910012758 mm h800mm(可以)无吊车时774 mmh 800 mm （可以）1.5H25(3) 上、下柱截面惯性与其比值排架平面内:13上柱lu12400400 32.3310 9 mm 4下柱Il12400800 3150483 .4/ 1041.4

6、210 mm比值排架平面外:上柱lu下柱IlluIl1091.421产2.1330.1502.1331094mm2158 .3 400 3483 .4100 312121.72910 9 mm排架计算简图（几何尺寸及截面惯性矩）如图2.109所示图2.108I形截面尺寸r.-jI厂. )1 f图 2.109排架计算简图2、荷载计算屋架自重1.2 100120 KN天窗架1.2X 40=48KN(1)恒荷载(a)房屋结构自重预应力混凝土大型屋面板1.21 .51.8 KN /m220mn水泥沙浆找平层1.2200.020.48 KN /m2一毡二油隔气层1.20.050.06 KN /m2100

7、mm水泥珍珠岩制品保温层1.240.10.48 KN /m220mm水泥沙浆找平层1.20.350.42 KN /m2g3.72 KN /m2天沟板1.26072 KN天窗端壁则作用于横向水平面排架一端柱顶的屋盖结构自重G13.7262414 .4272晋 48 462.24 KNeihu15015050 mm(b)柱自重上柱G21 .2e2hl下柱1 .248 .4625h u20.40.43.818.24 KN800""2-400"V200mm259.10.150.420.450.120.0251.11 .1750 -253 .5 KN030(c)吊车梁与轨道

8、自重G41.2(4516)61 .2KN(2)屋面活荷载由荷载规范可知，屋面均匀活荷载标准值为0.7 KN/m 2,大于该厂房所在地区的基本雪压$=0.30KN/m ,故屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为Q 1=1.4 X 0.7 X 6 X 12=70.56KNe1=50mm(3)吊车荷载由电动双钩桥式吊车数据查得P max.K=200KN. P min.k=50KN, B=5000mm. k=4000mm Q 2.k=75KN2.110 ),于是可求的作用与上根据B与K及反力影响线，可算得与各轮对应的反力影响线竖标(图 柱的吊车垂直荷载D max 0 .9 qP max .kyi 0.9 1

9、.4 200 (1.0 0.2670.8 0.067)588 KND minP minD maxP max588147 KN200hle4750350 mmIIJll X订"图2.110：厂："计算简图作用于每个轮子上的吊车水平制动设计值75)6.875 KNT 一( QQc.kgQ 2.K)0-il(20044则作用于排架上的吊车水平荷载，按比例关系由求得BaxT m ax D m axqP m ax . k6.87520058820 .2KN其作用点到柱顶的垂直距离he 3.81.22.6m（4）风荷载*地区的基本风压2.63.80.350.684KN /m2 ,对于大

10、城市市郊，风压高度变化系数按B类地区考虑，高度的取值,q1' q 2按柱顶标高12.4m考虑，查荷载规范得z 1 .08 ;对Fw按天窗檐口标高19.86m考虑，查荷载规范得z 1 .26. 风荷载体型系数z的分布图2.111所示。故集中风荷载Fw为风向.-.J-Fwq1q2排架受荷总图如图J;t?4图2.111风荷载体型系数Q(1 .3h10.4h21 .4(1 .328.86 KNQ s1 z OBQ s2 z 02.112所示。图 2.1121.91.43、内力计算(1)恒荷载作用下1.2h3)z 0B0.41 .691.23.87 )0.81.0800.3561.40.51 .

11、0800.356IJ4Y作用于排架上的荷载1 .260.3562.54 KN /m1.59 KN /m2.112中的恒载如前所述，根据恒荷载的对称性和考虑施工过程中的实际受力情况，可将图G1、G 2及G4的作用简化为图2.113a、b、c所示的计算简图。（a） 在G1作用下M 11G iei462 .240.05M 12G 1e2462 .240.2523 .11(KN ? m)115 .56 (KN ? m)已知n=0.151，入=0.295，由附图2.2中的公式6二 3.广：讣屮 0工 丄1.巧4If,777图 2.1133）匚的作用；（O）口的作用;恒荷载作用下的内力U ）6，.的作用；

12、a）(-)图（K卜）檩屋盖的单跨厂房空间作用分配系数=0.9故在M11作用下不动铰支承的柱顶反力C1彳2彳11 1 3_ n12 10.295 2 1 0.153丄10.151 0.2951 .95R111.9523.1123.49kN12.9C21 .2由附图2.3中的公式31110.295 10.152 ,2 1,1 1n1 0.295故在M12作用下不动铰支承的柱顶反力R12H21.2亜戲12.910.75kN因此，在M11和M12共同作用下（即在G1作用下）不动铰支承的柱顶反力R1R11R12相应的弯矩图如图2.113a 所示3.510.7514.25 kN（b）在G2的作用下M 22

13、G2e218.24相应的弯矩图如图 2.113b所示。0.23.65kN?M（c）在G4的作用下M 44G4e461.20.3521.42kN?MRqiQ1?R1G214.25462542.18kN相应的弯矩图如图 2.113c所示。将图2.113a、b、c的弯矩图叠加，得在 G1、G2 G3和G共同作用下的恒荷载弯矩图（2.113d）,相应的轴力N图如图2.113e所示。（2）屋面活荷载作用下G的内力图对于单跨排架，Q与G一样为对称荷载，且作用位置相同，仅数值大小不同。故由 按比例可求得 Q的内力图。如：柱顶不动铰支承反力相应的M图如图2.114a,b所示。皿I1E/ 图2.114屋面活荷载

14、作用下的内力图（-）01的作用；（ 匕）图（心）（3 ）吊车荷载（考虑厂房整体空间工作） 厂房总长102m中间设一道伸缩缝，跨度为 24m,吊车起重量为20t，由表2.13可查得无（a）吊车垂直荷载作用下Dmax作用在A柱的情况图2.122中吊车垂直荷载作用下的内力，可按如图2.115所示的简图进行计算。因此,A、B柱顶剪力按图2.115a所示简图推导的下列公式进行计算:VAmax0.52M D max0.52 0.9588 0.350.9 1470.351.212.9=-12.68KN（绕杆端反时针转）VBmax0.5C2M D max 2M Dmin H 20.50.9 588 0.352

15、 0.91471.20.35 12.9=11.25KN（绕杆端顺时针转为正）相应的弯矩如图2.115b所示。1-=l-.-1 L -7*二也亠二 k +1飞/t :r =：k'.kCf图2.115吊车垂直荷载作用下的内力图Dmin在A柱的情况:由于结构对称，故只需将 A柱与B柱的内力对换，并注意内力变号即可。（b）吊车水平荷载作用下Dmin从左向右作用在 A B柱的情况（图2.112中吊车水平荷载作用下）的内力，可按如图2.116a所示简图推导的下列公式计算:Tta= Vtb =(1 )C5Tmax由式中C5可按附录I的附图1.41.6的公式计算:当y=0-6 Hi时，由附图1.4中的

16、公式C52 1.83 0.41631 1n当 y=0.7Hi时,0.22 1.8 0.295 0.29532 1 0.2953 丄 10.15由附图1.5中的公式2C5-2.13 0.243 0.12 2.1 0.295 0.29530.243n0.10.620.2953015 1当y=0.684Hl时，用内插法求得G5 0.670.67 0.62 0.0840.10.682VTaTtb 1max1 0.90.62820.21.27kN相应的弯矩图如图 2.116a所示。II>-二三DvIJ排架柱全部内力组合计算结果列入表2.30。-L 图2.116吊车水平荷载作用下的弯矩图Tmax从右

17、向左作用在 A, B柱的情况:在这种情况下，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反(图 2.116b )。(4)风荷载(a) 风从左向右吹(图 2.117a)先求柱顶反力系数 C11,当风荷载沿柱高均匀分布时，由附图1.8中的公式14 - 11 0.2954 丄 1C11 3 3 °.151.958 13 1 18 1 0.2953 丄n0.15对于单跨排架,A, B柱顶剪力Vb0.5 FwC11H 2 q1 q20.5 28.860.34 12.92.54 1.5916.5kNVa0.5 FwC11 H 2 q1 q20.5 28.860.34 12.

18、92.54 1.5912.3kN2.117b)(b)风从右向左吹(2.117b)在这种情况下，荷载方向相反，弯矩图的方向与风从左向右吹的方向相反(图4、最不利内力组合由于结构对称，只需对 A （或B）柱进行最不利内力组合，其步骤如下: 确定需要单独考虑的荷载项目。本设计为不考虑地震作用的单跨排架，共有八种需单独考虑的荷载项目，由于小轮无论向右或向左运行中刹车时,A, B柱在Tmax的作用下，其内力大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。因此，单独考虑的荷载项目共七项。V）填入将各种荷载作用下设计控制截面（1-1，2-2，3-3 ）的内力M N （3-3截面还有剪力组合表（表2.30）。填表时要

19、注意有关内力符号的规定。0.85根据最不利又最可能的原则，确定每一内力组的组合项目，并算出相应的组合值。计算中, 当风荷载与活荷载（包括吊车荷载）同时考虑时，除恒荷载外，其余荷载作用下的内力均乘以 的组合系数。.I ' +rjL 二 W二“-=.L'丄一沖I I *14-.11 '.2 J N'-!：_ 和. h. Hh . -K i+tCL；图 2.117风荷载作用下的内力简图r.v-rh.H-L'N.二、疋7奇叫|?表2.31柱在排架方向ei、l0、表1。排架柱内力组合表荷载项目恒 荷 载屋面 活荷 载吊车何载风荷载内力组合柱 号截 面G G 2G3

20、 G 4QDnax在A柱Diin在A柱T max左风右风Nnax及M,VNnin ,及M,VMiax及N,V项组合项组合项组合内力目值目值目值±M30.93.5-48-4364.-74.2-33-89.-89.5+0.(X+0.9X(KN m)19.43)5(1-1N451.70.600000522.3451.451.7(KN)77)-66.-10.±64.M1588-74.2100-141+0.9138.78619.53XA2-2(柱480.70.480.N5881470001139980.3565)±-345.M62.96.142-93191.370302.7

21、4331+0C 581.3197X(593.70.1251.593.N58814700011533-32682-12.-11.±45.V14.31.8-3122.159.459.47319.01)5、排架柱设计(1 )柱截面配筋计算(a)最不利内力组合的选用由于截面3-3的弯矩和轴向力设计值均比截面2-2的大，故下柱配筋由截面 3-3的最不利内力组合确定，而上柱配筋由截面1-1的最不利内力组合确定。经比较，用于上，下柱截面配筋计算的最不利内力组合列入表2.31。(b)确定柱在排架方向的初始偏心距e、计算厂10及偏心距增大系数(表2.31)截面内力组e。(mm)h0(mm)e(mm)1

22、1 0(mm)h(mm)2 (mm)1-1M(Kn -m)-3363365830.8176004000.9601.882N (Kn)522.28M-89.5198365218176004000.9601.414N451.683-3M4337307657561193508000.9081.384N593.18M581.25504765530191008001.0001.133N1153eie。ea ； ea 取 20mn和 h/30的较大值; 10.22.7岂,h 011.0时，取 21.150.01 ,hb 15 时,h1.0，考虑吊车荷载10=2.0 Hu （上柱），10=1.0 Hu （下

23、柱），表中：eo =M/N不考虑吊车荷载10=1.5 H ;Cm 11400h 0（C）柱在排架平面内的配筋计算（表2.32)表2.32柱在排架平面内的截面配筋计算截 面内力组ei(mm)ne(mm)x(mm)Z bh0 (mm)偏心 情况As=As' (mm?)计算值实配值1-1M ( kN - M-33831.882321910.55 X365=201大偏心13.6N(kN)522.28M89.52181.41447379201大偏心672.3763(318N451.68M4337561.38414111040.55 X大偏18851964表中：e、见表2.31 ;3-3N593.

24、18765=421心(425)M581.255301偏心1240N1153eeiX,上柱xN 1fc b140014.3 旦5720b'f h'f1fc 时,bfN5720bfhfbfbhf 1仁 b fN 400 100158 1 1.43100 1 1.43474;1430Ne bxhoAs、As,上柱Xb h0 , AsAsfy hoxNe 5720x h0 -299000Ix hf35mm )AsAsINe hfxh0 I 1fcNefy h0sx22190005720x h0bh0 xhf 时AsAs上柱或下柱Ne bf b hf h0fy

25、ho当x 2 s时，AsAsbx h0Nex310500001430x 765 -2219000Nefy h0sNe300 h。35ei(d)柱在排架平面外承载力计算上柱Nmax=494.5kN,当不考虑吊车荷载时，按表2.22。l0=1.2H=1.2 X 12900=154800mm,l0/b=15480/400=38.7,查混凝土规范知0=0.35 , As=As'2=763mmNu(f c Ac2 300603)2 f y As)0.35 (14.3927430 N927 .4KN400400max494 .5KN (可以)max1059 KN荷载时查表 2.22|01.0H91

26、00 mm, II |1.729910 mm，4008002 (450150500) 22177500 mmp .729#1.775910_105J974099 mm迴 92.099查表混凝土规范表70.588 , AsAs 1964mm，故N u 0.588(151153 KN (可以)1775002 3001964)2258 KNN max(2)裂缝宽度验算截面33,当M=32 1. 3KNm,N=537.5KN,相应的e0598 mm,eih0598 0.787650.55，故应作裂缝宽度验算。1-1截面因e 0.55,h0因而不作此项验算。由内力组合表可知，验算裂缝宽度的荷载标准组合值

27、62.923701.21.4316.7 KN- mNk593.181.2494.3KNe0teNkAAet316.7494.30.641m0.540001964100 800(400100) 1500.023h0Lgh40001641765154801.111 .146418002351059 mm111800则纵向受拉钢筋As合力点至受压区合力作用点间的距离为z 0.870.12(1')h_oeh00.870.12 1400100150100765765765637 mm1059纵向受拉钢筋As的应力skN k e z 4943001059637AsZ1942637167 N/mm2

28、裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数1 10.65 f tk1.1 1.1te sk故最大裂缝开展宽度为0.65 2.010.023 1670.76亠 1.9cEs0179 mm 0.3mm(满足要求)maxcr0.08並te2.1 0.76 16751.92Q 10250.08 220.023C180 mm吊车梁端部(3)柱牛腿设计(a)牛腿几何尺寸的确定牛腿截面宽度与柱宽相等，为400mm若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离为340mm吊车梁轴线到柱外侧的距离为750mm则牛腿顶面的长度为 750-400+C1 80 mm相应牛腿水平截面高为600+400=1000mm牛腿外边缘高度 h1 500

29、 mm，倾角a =4*5,于是牛腿的几何尺寸如图2.118所示。(b)牛腿配筋由于吊车垂直荷载于下柱截面内，即a=750 800= 50 0,故该牛腿可按构造要求来配筋纵向钢筋取4_16，箍筋取 8100 (图2.118)(h81Qf(C)牛腿局部挤压验算设垫板的长和宽为Fvk D max,故局部压应力为F vksk 0.7514 .3/ <z.J图2.118 牛腿的几何尺寸及配筋示意图400mnrX 400mmG4K避1 .44710040040010 .73 N /(4)柱的吊装演算(a)吊装方案：一点翻身起吊,(b)荷载计算上柱自重1.21.5牛腿自重921.2 1.5下柱自重93

30、1.21.5计算简图如图2.119b 所示。(C)内力计算.12局部压力标准组合植勞 471KN2.9 N /mm 20.75 f'c2mm吊点设在牛腿与下柱交接处(图25 0.4 0.4 7.2KN/mm2.119 )0.4 (1.0 0.7 - 0.22)2517.5KNmm25 0.1775 8.0KN/mm3.82 52KN mM2 2 7-2 452 2(175 g072 754KNmM3-88.09.2275446.9KN m2弯矩图如2.119所示。(d)截面承载力计算截面 1-1 : b h 400mm400mm ho365mm, AAs 763mm2, fy 300N

31、/mm2故截面承载力Mu Asf y(h0 as)763300(36576 .KN mM 52 KNm(可以)截面2-2 :b h 40Cmm800Tim ho765Tim As As故截面承载力MU As f y(h0430KN m Mas)196475.4KN m(可以)300 (765 35)35)1964mm2, f y 300N/mm2(e)裂缝宽度演算故承载力计算可知,裂缝宽度演算截面1-1即可。钢筋应力如下:>1 *I .1331：'J<L-0'H-图2.119 柱吊装演算简图52000000sk0.87 Ash00.87763_36 179 N/rn

32、rn按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率As te 0.5bh0.85763400丽 o.。095o.。1,取0.01故max°.56 ftkte sk1.10.6H70 0.374cr 兰（1.9cE s0.157 mm 0.3mm（可以）0.08业）2.1 0.374te1792.0 105 （1.9 25 0.08实际上吊装阶段荷载为短期作用，最大裂缝宽度应为0.252/1.5=1.168mm，满足要求，对柱若采用平卧起吊，承载力和裂缝宽度将均不满足要求。6、基础设计(1)荷载计算 (a)由柱传至基顶的荷载由表2.30可得荷载设计植如下:第一组Mmax581.25KN m,

33、 N 1153KN,V594 KN第二组Mmax433KN m,N 5938KN,V59.35KN第三组Mmax1251.78KN m, N 3027KN,V22.27KN(b)由基础梁传至基顶的荷载墙重(含两面刷灰)1.214.30.45 0.3545.11.85.24367.9KN窗重(钢框玻璃窗)1 .25.141 .80.516 .56 KN基础梁1.20.20.3 0.45 62520.3KN2404.76 KN由基础梁传至基础顶面荷载设计值为:G 5对基础地面中心的偏心距 e50.30.80.55mG5e5404.76 0.552226KN(C)作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设

34、计值分别为假定基础高度为800+50+250=1100mm则作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值:第一组Mbot 581 .25 1.1 59.4 222.6423.99 KN mN 1153404.761557.76KN第二组Mbot 433 1.1 59.35 222627569KN mN 5938 40476 99856KN第三组Mbot 302.7 1.1 22.27104.6 KN mN 1251.78 404.761656.54 KN基础的受力情况如图 2.120所示。Zniri'Jj I基底尺寸的确定由第二组荷载确定I998 .56A 1.1 1.4 24020 1.

35、625.36 6.83 mm6.84 mm 2,解得 b 2.14 m1.5,由-1 .5A lb b2.5m; I 1 .52.33.5m取 I 4.0m演算e。I6的条件M bote0N bot0.241 m423 .991557 .76222.541 .6I 40.667 m 可以6 6验算其他两组荷载设计值作用下的基底应力第一组P maxN botM botW998.56202.5 4A275.69GdM bot173 KN /m2Pmin 99.91.61 2.561.2 f 1.299.93241.43.72200240 KN /m2 可以/ 23241.490.5KN/m第三组2

36、Pm 99.932131 .9 KN/m f/ 2200 KN/m(可以)m ax1656 色 2042.51.6 i104 .6165.72.5423215.7213KN/mPmin 99.9240 KN / m （可以）3215.7116 .2 KN /m2 >0（可以）1 .2 f1 .2 200Pm 99.932 131 .9 KN/m2 200 KN/m2因为该车间属于可不作地基变形计算的二级建筑物，所以最后确定基底尺寸为2.3m X 3.7m （图2.120 ）。(2)确定基底的高度前面已初步确定基础的高度为1.1m，如采用锥形杯口基础，根据构造要求，初步确定的基础剖面尺寸如图2.121所示。由于上阶底面落在柱边破坏锥面之内，故该基础只须进行变阶处的抗冲击切力验算。（a）在个组荷载设计值作用下的地基最大净反力第一组P s,max輕孕 371 .6 KN/m2&515.248HI第二组P s,max998.568.51169 .5 KN/m25.248HI第三组P s, max1656.5