21M钢筋混凝土单层厂房结构设计计算书

1、钢筋混凝土结构 -2 课程设计任务书一、题目： 钢筋混凝土单层厂房结构设计二、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。三、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。 柱子模板图及配筋图； （2）基础平面布置图及配筋图。2、绘制施工图：（ 1 ）四、设计资料：1、厂房

2、跨度 21 米，总长 108 米，中间设伸缩缝一道，柱距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12 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 f k 200kPa, 地下水位为地面下 4.50 米， 无腐蚀性。4、 基本风压 W0=0.4kN/m2; 基本雪压 S0=0.35kN/m 2。2。 5、 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/m6、建议采用材料：（ 1）、柱：混凝土 C25 ，纵向受力钢筋 II 级，箍筋 I 级。（ 2）、基础：混凝土 C30， II

3、 级钢筋。7、选用的标准图集：（ 1）、屋面板： G410 （一）标准图集，预应力混凝土大型屋面板，板重 标准值（包括灌缝在内） 1.4KN/m 2。（ 2）、天沟板：G410 （三）标准图集， JGB77-1 天沟板，板重标准值 2.02kN m 。（ 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 106kN 。（ 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。8、建议采用的柱截面尺寸：上

4、柱为矩形 bxh=400x400mm, 下柱为 I 形 bf=400mm ， h=800mm ， b=100mm ， hf=150170mm 。 9、 屋面做法：防水层（ 0.4KN/ 平 米）20 厚水泥砂浆找平层（ 0.4KN/ 平 米 ） 屋面板吊车尺寸图0605 053± 0.00024000剖面图5500440000-0.150平 面 布 置 图600060006000600060006000600060006000600060006000600060006000600044044060001033805006402400025280640- 3 -结构计算书一、 结构的计

5、算1、计算简图的确定（ 1 ）计算上柱高及柱全高根据图 2.107 及有关设计资料：上 柱 高 Hu= 柱 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全柱高 H=柱顶标高 - 基顶标高 =12.4- （-0.5 ） =12.9m故下柱高 Hl =H-Hu=12.9-3.8=9.1m上柱与全柱高的 比值3 . 80 . 29512 .9（ 2 ）初步确定柱截面尺寸根据表 2.9 （ A）的参考数据， 上柱采用矩形截面， b× h=400mm ×400mm ，下柱选用I 形 ,b × h

6、× hf =400mm × 800mm ×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H 9100l364 mm b 400 mm （25 25可以）对于下柱截面高度，有吊车758mm800h mm（ 可以 ） 1212无吊车时31 .5 Hmm h774 800（ 可以 2525（ 3 ）上、下柱H l 9100惯性与其比值mm）截面排架平面内：上柱I u40040013942 . 3310mm 12下柱1I l 40013800 2 1503483 .4 1 .4210 4

7、10 mm比值12129Iu210 913310I l1.42100 . 150排架平面外：上柱Iu2 .1339 410 mm下柱332 158 .3400483 .4 100I l1212941 . 72910mm排架计算简图（几何尺寸及截面惯性矩）如图2.109 所示图 2. 1 0 8形截面尺寸图 2. 1 0 9排架计算简图2、荷载计算1）恒荷载- 5 -( ) 房屋结构自重 预应力混凝土大型屋1 .220mm 水泥沙浆找平1 .2一毡二油隔气层1 .2100mm 水泥珍珠岩制品1 .22面板1 .51 .8KN m2200 .020 .48KNm0 .050.06 KNm2240

8、.10 .48KNm20 .350 . 42 KNm2保温层1 . 220mm 水泥沙浆找平层天沟板1 . 2天窗端壁1 . 2 100120 KN 屋架自重天窗架1.2g3 . 72 KN m60 72 KN× 40=48KN则作用于横向水平面排架一端柱顶的屋盖结构自重24120G 3 .72 6114 . 4 722248 462KN.24(b) 柱自重上柱hu400emmG 2 1 .2 250 . 4 0 . 4 3 .818 . 24 KNh h 800 l ue2 2 2400200 mm22下柱e 03- 6 -( c )吊车梁与轨道自重 G

9、4 1 .2 ( 45 1 6 ) 61 . 2 KN( 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/m2, 的 基 本 雪 压 S0=0.30 KN/m2 ，, 故 屋 面 活 荷 载 在 每 侧 为 ， Q 1=1.4 ×0.7 × 6× 12=70.56KN e1=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 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 于是可求的作用与上柱的吊车垂直荷载Dmax0

10、. 8 0 . 067DminP50minKND588147max0 .9 Q P max . ky i 0 .9 1 . 4 200 (1 .0 0 .267750大于该厂房所在地区柱顶产生的压力Q 2.K=75KN图2.110 )，) 588 KNh800l750350 mm 2 2图 2.110 计 算 简 图作用于每个轮子上的吊车水平制动设计值0 . 1 KN T ( Q Q c kQ K ) ( 200 75 ) 6 . 87544则作用于排架上的吊车水平荷载，按比例关系由 求得 DmaxT 6 .T max D max 875 588 20 .2 KN Q P max .k200其

11、作用点到柱顶的垂直距离y H u h e 3 . 8 1 .2 2 .6 my2 .60 . 684H u3 .8（ 4 ）风荷载2 z w 0 0 . 35 KN m ,* 地区的基本风压 对于大城市市郊，风压高度变化系数按 B 类地区考虑，规范得q 1 , q高度的取 值，对2按柱顶标高 12.4m 考虑，查荷载z 对 F w1 .08按天窗檐口标高z 1 .2619.86m 考虑，查荷载规范得风荷载体型 系数的分布图 2.111 所示。故集中风荷载 Fw 为z风向图 2.111 风 荷 载 体 型 系 数F w Q (1 .3 h 10 . 4 h 21 . 2 h 3 ) z0 B1

12、.4 (1 .31 .90 .4 1 .69 1 .2 3 .87) 1 .26 0 .35628 .86 KN排架受荷总图如图 2.112 所示q1.4 0 . 8 1 . 0800 .356 2 .54KN m1Qs1 z0 Bq1 .4 0 . 5 1 . 0800 .356 1 .59KN m2Qs 2z 0- 9 -图 2.112 作用于排 架上的荷 载 3、内力计算1）恒荷载作用下如前所述，根据恒荷载的对称性和考虑施工过程中的实际受力情况，可将图的作用简化为图 2.113a 、b、 c 所示的计算简图。15.991 中的恒载a）在 G1 作用下M11G e1 1462.240 .0

13、523 .11 ( KN m )M12G e1 2462.240 .25115 .56 ( KN m )G 1 、 G 及 G 42已知 n=0.151 ， =0.295 ，由附图 2.2 中的公式图） 的作 用 ；（ ）（ ） 图 （ ）2.113 恒 荷 载 作 用 下 的 内 力 的作 用； （ ） 的作用； （ ） 图 （故在 M11 作用下不动铰支承的柱顶反力2121111 0 . 2951n30 .153C1 .9512123 131 0 .29511n0 . 151M1123 . 112kNRC1.95 3.49111H12 . 9由附图2.32中的公式223131 0 . 29

14、5C21 . 22122121 0 . 29511n0. 151故在 M12 作用下不动铰支承的柱顶反力和R1相应的弯矩图如图因此，在 M11M12 共同作用下（即在3 . 5R R11 122.113a所示10 . 75G1 作用下）不动铰支承的柱顶反力14 .25 kNM12115 .56kNRC1 .210 .75122H212 . 9（b） 在 G2 的作用下M G e 18 .24 0.2 3. 65 kN M 22 2 2相应的弯矩图如图 2.113b 所示。（c） 在 G4 的作用下- 10 -M G e 61 .2 0. 35 21 .42 kN M44 4 42 .18 kN

15、Q 70 . 56 1R 14 .251462 .242.113c 所示。相应的弯矩图如图 2.113c 所示。将图 G2 、G3 和 G 共同作用下的恒荷载弯矩图 所示。2.113a 、 b、c 的弯矩图叠加，得在 G1、（ 2.113d ）, 相应的轴力 N 图如图 2.113e且作用位置相同， 仅数值大小不同。Q 的内力图。如：柱顶不动铰支承反力（ 2）屋面活荷载作用下对于单跨排架， Q 与 G 一样为对称荷载， 故由 G 的内力图按比例可求得相应的 M 图如图 2.114a,b 所示。图 2.114 屋 面 活 荷 载 作 用 下 的 内 力 图（ ） 的 作 用 ； （ ） 图 （

16、）（ 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 可查得无檩屋盖的单跨厂房空间作用分配系数 =0.9（ a ）吊车垂直荷载作用下D 作用在 A 柱的情况 max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：- 11 -V maxA0.5 2 MD maxM C 2D min H15.9922 0. 9 588 0 .35 0.9 147 0 .35 .2=-12.68KN绕杆端反时针转）12

17、VB max 0.5 MmaxMD min1 .21 4.301 0.9 588 0 .35 20.91470.3512 .9=11.25KN（ 绕杆端顺时针转为正） 相应的弯矩如图 2.1图 2.115 吊车垂直荷载作用下的内力图D 在 A 柱的情况：min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D 从左向右作用在 A 、min可按如图a 所示简图推导的下列公式计算：（1B 柱的情况（图 2.112 中吊车水平荷载作用下） 的内力，12.401T = V =TA TB 由式中 C 5)C T5 max当 y=0.6 Hl1.8可按附录

18、 的附图 时，由附图 1.430 .4160.2n1.41.6 的公式计算：中的公式0 .4162 1.8 0. 295 0 .2950.2C0.6733110 .1512 1 1 2 1 0. 295 n当 y=0.7 H 时，由附图 1.5 中的公式l- 12 -32.10 .243 n312 11n15.993230 .24314.30212.402 0 .295n1 321 0 .295110.10. 1520 .62- 14 -当 y=0.684Hl 时，用内插法求得8.601 67 0. 62 0 .084G 0 .670 .682520 .2 1.27 kN0.1maxV TA

19、T 1 C T 1 0. 9 0 .628 TB 5相应的弯矩图如图 2.116a 所示。图 2. 1 1 6 吊 车 水 平 荷 载 作 用 下 的 弯 矩 图Tmax 从右向左作用在 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4 14114 11 0 .29513n30 .15C 111 .9583 18318 1n 1.2950 .15 1对于单跨排架，A，B 柱顶剪

20、力V B 0. 5 FC H qq0 .5 28 .86 0.34 12 . 9 2.54 1 .59 16 .5 kNw 11 2 1 2V A 0. 5 F C H q q 0. 5 28 . 86 0 .34 12 .9 2 .54 1 .59 12 . 3kN w 11 2 1 2A 0. 5 F C H q q 0. 5 28 . 86 0 .34 12 .92 .54 1 .59 12 . 3kN（ 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 2.117b ）4、最不利内力组合由于结构对称，只需对 A（或 B）柱进行

21、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。 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 V）填入组合表（表 2.30 ）。填表时要注意有关内力符号的规定。 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

22、内力均乘以 0.85 的组合系数。图 2.117 风 荷载作用 下的 内力简 图排架柱全部内力组合计算结果列入表 2.30表 1。 排架柱内力组合表柱截号面柱 1-1荷载项目内力M(KN· m)N(KN)G1G2G3G415.994屋面活荷载Q13.5吊车荷载风荷载内力组合Dmax在A柱-48Dmin在A柱-43T max右风Nmax 及 M,VNmin 及M,VM max 及 N,V组合值组合值组合值14.30364.3-74.2 -33-89.50 + 522.3+0.+0.-8970.6 0000.7100138M2-2±-66.8 -10.6 158 815.995

23、64.3-74.2480.5 70. 6 588 147 + + +1139-141+)480.5+0.9+98014.3043-3+×(+N 593.2 70. 6 5881470001251.8593.211)+±+V 14.3 1.8 -12.7-11.345.1-3122.159.45912.403+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。M62.96.142-93±370-345.1

24、302.74331+0.958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 l 及偏心距增大系数 i 0表 2.31 )表 2.31 柱在排架方向 e 、l 、i0- 16 -1153 e =M/Neieae1.15.010柱）h不考虑吊车荷载l150时，hl =1.501. 01400，考虑吊车荷载 l =2.0 H （上柱）， l =1.0 Hu 0 uC）柱在排架平面内的配筋计算（表2.32 )截 面内力组e0(mm)h0(mm)ei(mm)1l 0 (mm)h2 (mm)(mm)M-3363365830.876004000.9601.881-1(Kn ·12m)N (Kn)522.28M-89.198365218176004000.9601.4154N451.68M4337307657561193508000.9081.383-3N593.418M581.504765530191008001.0001.13253表中N：