单层厂房排架结构设计毕业设计

1、 单层厂房排架结构设计姓名： xxx学号： xxx 单层厂房排架结构设计 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc390760737 1.设计资料 柱自重重力荷载设计值A，C柱 4kN/m3.9m=18.72 kN 上柱 8.3m= kN 下柱B 柱 6kN/m3.9m=28.08kN上柱 8.3m=下柱各项恒载作用位置如图3所示。图 图3 各项恒载作用位置2屋面活荷载，后者大于前者，故仅按后者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为 6m21m/2= 6m18m/2=的作用位置与作用的位置相同，如图4所示。 风荷载 风荷载标准值按下式计算，其中，根据厂房各局部标高图1及B

2、类地面粗糙度由附表5.1确定如下：柱顶标高m =檐口标高14.0m =屋顶标高15.4m = 如图4(a)所示，可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为=0.80kN/m2=0.40kN/m2那么作用于排架计算简图图4b上的风荷载设计值为=2=6.0=1.20 kN/m2+B =0.356.0 2吊车荷载由附表4可得200/50kN吊车的参数为：B=，K=，g=75kN，Q=200kN，215 kN，45 kN。根据B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4所示。吊车竖向荷载可得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为 作用于排架

3、柱上的吊车横向水平荷载设计值计算得T=2.2.4 风荷载 风荷载标准值按计算k=zsz0 ,其中根本风压k2，z，按B类地面粗糙度，根据厂方各局部标高由打表格查的风压高度变化系数z为柱顶 z檐口0mz屋顶标高m z 风荷载题型系数s如图5a所示，那么由可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为 1k=zs1z022k=zs2z02那么作用于排架计算简图如图5b上的风荷载标准值为 q1=2.4 kN/mq1Fw= s1+s2zh1+s3+s4zh2 z0B =01.5002.3+- 图 5a 图5b3. 排架内力分析3. 1恒荷载作用下排架内力分析荷载作用下的排架的计算简图如图6所示。图中的重力

4、荷载及力矩M是根据图6确定的，即：1 =G1=223.1kN 2 =G3+ G4A3 =G5A4=G+G15=G4B+2G3=28.80+2kN6=G5BM1=1e10.05=kNm C柱 M2=(1+G4A)e0-G3e3=(223.1+18.72) 0.25-44.300.3= kNm C柱 = 由于图6a所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动绞支座计算内力。柱顶不动绞支座反力Ri可根据附表打表格所列的相应公式计算 对于A 、C柱，=，那么 C1= C2= RA=C1= 图6 (a.计算简图) 图6b.弯矩图 图6c.轴力图 图6d 恒荷载作用下的排架内力图

5、对于B柱 RB 求得柱顶反力RI后，可根据平衡条件求得柱各截面的弯矩和剪力为该截面以上重力荷载之和。 荷载作用下排架结构的弯矩图、轴力图和柱底剪力分别见图6 b、c，弯矩、剪力和轴力的正负号如图d。作用下排架内力分析 1AB跨作用屋面活载 排架计算简图如图7a所示。屋架传至柱顶的集中荷载Q1，它在柱顶及变阶处引起的力矩分别为： M1AkNm M2A=27.00=6.75 kNm M1B=4.10 kNm 对于A柱，C1=2.143，C3=1.104，那么 RA=kN() 对于B柱，n=0.281, =0.305,那么 C1= RB=kN()那么排架柱顶不动绞支座总反力为 R= RA +RB k

6、N()将R反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动绞支座反力叠加，可得屋面活载作用于AB跨时的柱顶剪力，即 VA=RA- A() VB=RB- B() Vc= -c()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱顶剪力值如图7b、c 图 7 a 图7b 图7c2BC跨作用屋面活载排架计算简图如图8a所示。屋架传至柱顶的集中荷载Q2，它在柱顶及变阶处引起的力矩分别为： M1CkNm M2C=7.83kNm M1B=4.76kNm 对于C柱，C1=2.143，C3=1.104，那么 RC=() 对于B柱，n=0.281, =0.305,那么 C1= RB=0.70kN()那么排架柱顶不动绞支座总反力为

7、 R= RC +RB kN()将R反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动绞支座反力叠加，可得屋面活载作用于AB跨时的柱顶剪力，即 VC=RC- C() VB=RB- B() Vc= -c()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱顶剪力值如图8b、c 图8a 图8b 图8c作用下排架内力分析不考虑厂房整体空间作用1Dmax作用于A柱 计算简图如图9a所示。其中吊车竖向荷载Dmax、Dmin在牛腿顶面处引起的力矩分别为 对于A柱，C3=1.104，那么 RA=-对于B柱，=，由表 C3= RB=() R=RA+RB=-13.02+7.86=-5.16()排架各柱顶剪力分别为 VA=RA-A=-

8、11.73 kN VB=RB-B=-10.08 kN VC=-C=kN 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图9b、c 图9 a 图9b 图9c (2)Dmax作用于B柱左 计算简图图10a，吊车竖向荷载Dmin、Dmax在牛腿顶面处引起的力矩分别为： 柱顶不动绞支座反力RA、RB及总反力R分别为 RA=- RB=- R=RA+RB=-2.74+37.57=-34.83 ()各柱顶剪力分别为 VA=RA-A34.83= VB=RB-B3=22.59 kN VC=-C3=排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图10b、c 图10a 图10b 图10c. (3)Dmax作用于B柱右 根据结构对称

9、性及吊车重量相等的条件，其内力计算与“Dmax作用于B柱左时的情况相同，只需将A、C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图11a、b、c 图11a 图11b 图11c4Dmax作用于C柱同理，将“Dmax作用于A柱情况的A、C柱内力对换，并注意改变内力符号，可求得各柱的内力，如图12a、b、c 图12a 图12b 图12cTmax作用于AB跨 当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图13a、b、c 图13a对于A柱，n=0.109，=0.305，由附表3.3表格得a=3.9-1.2/3.9=0.692，那么C5= RA=-TmaxC50.559=同理，对于B柱，,，C5 RB=-Tm

10、axC5 kN排架柱顶总反力R为 R=RA+RB=-8.26-9.61=-17.87 kN各柱顶剪力为 VA=RA-A= VB=RB-B=-1.93 kN VC=-C 排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图13b、c。当Tmax方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，数值不变。 图13b 图13cTmax作用于BC跨柱 由于结构对称及吊车起重量相等，故排架内力计算与“Tmax作用于AB跨柱的情况相同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图14a、b、c所示。当Tmax方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，数值不变。 图14a图14b 图14c 风荷载作用下的排架内力分析 1左吹风时 计算简图如图15a所示。 对

11、于A、C柱，=，由附表 C11= RA= -q1HC11= RB= -q2HC11= R=RA+RB各柱顶剪力分别为 VA=RA-A1 VB=RB-B VC=-C)排架内力图如图15b 图15a 图15(b)(2)右吹风时 计算简图如图16a所示。将图15b所示A、C柱内力图对换，并改变内力符号后即可，如16图 (b 图16a 图16a4. 内力组合 以A柱内力组合为例。控制界面分别取上柱底部截面-、牛腿截面-和下柱底截面-，如图18所示。表各种荷载作用下A柱各控制截面的内力标准值汇总表。表中控制截面及正号内力方向如表的例图所示 荷载效应的根本组合方式按式进行。在每种荷载效应组合中，对矩形和形

12、截面柱均应考虑以下四种组合，即 1+Mmax及相应的N、V; 2-Mmax及相应的N、V; 3Nmax及相应的N、V; 4Nmin及相应的N、V。对柱进行裂缝宽度验算和根底下地基的承载力计算时，需采用荷载效应的标准组合。为简化计算，在荷载效应组合时，可参照按承载能力极限状态的根本组合，即按进行，但取荷载分项系数为1。 表4.1 A柱内力设计值汇总表控制截面及正向内力荷载类别荷载效应SQk屋面活荷载效应 SQk 吊车竖向荷载效应SQk吊车水平荷载效应SQk风荷载效应SQK作用在AB跨作用在BC跨Dmax作用在A柱Dmax作用在B柱左Dmax作用在B柱右Dmax作用在C柱Tmax作用在AB跨Tma

13、x作用在BC跨左风右风序号-MkNk27000000000-MkNk270000000-Mk162Nk270000000Vk注：M单位为kN m,Nd单位为kN,V的单位为kN。 表4.2 A柱控制截面组合的内力设计值表截面+Mmax及相应的N、V-Mmax及相应的N、VNmax及相应的N、VNmin及相应的N、V备注-M+0.9+0.7+0.70.9+0.6/1.2+0.8+0.70.8+0.70.9+0.61.35/1.2+0.7+0.70.9/1.2+0.9+0.7+0.70.9+0.6M qNq=N-M1.2+0.8+0.7+0.70.8+0.70.9+0.6+0.9+0.7+0.70

14、.8+0.6+0.9+0.7+0.6+0.70.9/1.2+0.9+0.70.9+0.6N-M+0.7+0.70.8()+0.70.9/1.2+0.7+0.70.9+0.70.9+0.9+0.7+0.6+0.70.9/1.2+0.7+0.70.9+0.70.9M qNq=NVMkNkVk注：M单位为kN m,Nd单位为kN,V的单位为kN。5.柱截面设计 仍以A柱为例,混凝土强度等级为C30，fc2,ftk2;纵向钢筋采用HRB400级，fy=fy=360N/mm2, b=0.518。上下柱均采用对称钢筋。5.1 选取控制截面最不利内力 对上柱，截面的有效高度h0=400-40=360mm,那

15、么大偏心受压和小偏心受压界限破坏时对于的轴向压力为。 当NNb=，为大偏心受压；，上柱-截面共有12组不利内力。经判别，其中8组内力为大偏心受压；4组内力为小偏心受压，且满足NNb，故小偏心受压均为构造钢筋。对8组大偏心受压内力，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那么，可确定上柱的最不利内力为 M=kNm， 对下柱，截面的有效高度取h0=117mm-27mm =900mm ，那么大偏心受压与小偏心受压界限破坏时对于的轴向压力为 由表，下柱-和-截面有8组不利内力，均满足NNb =1310.17 kN对这8组内力采用与上柱-截面相同的分析方法，可得下柱的最不

16、利内力为 M kNm N=574.47 kN和 M kNm， 上柱配筋计算 上柱的最不利内力为 M0m查，可得有吊车厂房排架方向柱的计算长度为 l0=2 c=2) 400mm400mm103 表5.1 刚性屋盖单层厂房排架柱露天吊车柱和桥柱的计算长度l0柱的类型排架方向垂直排架方向有柱间支撑无柱间支撑无吊车厂房柱单跨两跨及多跨有吊车厂房柱上柱uu下柱lll露天吊车柱和桥柱HlHl-取c=1.0； ei=e0+ea=+20mm=mm 那么， M= e0= ei =e0+ea=故取x=2,进行计算。 As=As=mm2选3C18(As=mm2),那么As=mm2AS,min=minbh=0.2%4

17、00400=320mm2，即截面一侧钢筋截面面积满足要求。经验算，还满足最小总配筋率%的要求。由表于排架方向上柱的计算长度l05。 Nu=0.9 fcA+fyAs=0.90.95(400400+3607632) = NmaxkN满足弯矩作用平面外的承载力要求。5.3 下柱配筋计算 由分析结果可知，下柱取以下两组为最不利内力进行配筋计算第一组 第二组 对第一组内力： M1，M2,N=。由下柱计算长度取lc=l0lm；截面尺寸B=100mm,bf=400mm,hf=150mm。由表计算得出下柱截面回转半径i。经计算，M1/M2=0.890.9，轴压比为0.34，小于0.9，且lc34-12 M1/

18、M2=26.72,因此可不考虑附件弯矩的影响。附件偏心距ea=900/30=30mm(大于20mm)。 故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，那么 说明中和轴位于腹板内，应重新按下柱计算受压区高度x 对第二组内力：M1，M2,N=。计算长度与上述相同，计算过程从略，计算结果为=715mm2 综上所述计算结果，下柱截面选用4C18As=1018mm2，经验算，即截面一侧钢筋截面面积满足最小配筋率要求；同时，下柱截面配筋还满足最小总配筋率%的要求。按此配筋，验算说明柱弯矩作用平面外的承载力满足要求。 5.4 柱的裂缝宽度验算GB 5007-2002?建筑地基根底设计标准?规定，对e0/h0柱应进

19、行裂缝宽度验算。表，按荷载准永久组合计算时，上柱及下柱的偏心距分别为 上柱：Mqm Nq下柱：Mqm Nq从而，因此，对A柱可不必验算其裂缝宽度。5.5 柱配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、下柱均采用A8200箍筋。5.6 牛腿设计 根据吊车梁支撑位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸如图17所示。其中牛腿截面宽度b=400mm,牛腿截面高度h=600mm，h0=560mm。5.6.1 牛腿截面高度验算作用于牛腿顶面按荷载效应标准标准计算的竖向力为： 牛腿顶面无水平荷载，即。对支撑吊车梁的牛腿，裂缝控制系数故牛腿截面高度满足要求。 5.6.2 牛

20、腿配筋计算 由于，因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，。实际选用4C14。水平箍筋选用，A8100。 5.7 柱的吊装验算 采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土到达设计强度后起吊。由柱插入杯口深度为900=810mm，取h1=850mm，那么，柱吊装时总长度为3.9+8.3+0.85=13.05m，计算简图如图18a。 表5.1 柱插入深度h1mm矩形或I形截面柱双支柱 图18a柱吊装计算简图荷载计算 柱吊装阶段的荷载为柱自重力荷载，且应考虑动力系数=1.5，即 内力计算 根据力学求解器解得如图18b 图18 b得，。承载力和裂缝宽度验算 上柱配筋为，其受弯承载力按下式进行验算 裂缝宽

21、度验算如下 满足要求。 下柱配筋，其受弯承载力按下式进行验算 裂缝宽度验算如下：取。满足要求。6.根底设计 GB 5007-2002?建筑地基根底设计标准?规定，对于6m柱距的单层多跨厂房，其地基承载力特征值160kN/m2fk 200k、吊车起重量200300kN、厂房跨度l30m，设计等级为丙级时，可不做地基变形验算。此题满足上述要求，故不需做地基变形验算。 根底混凝土强度等级采用C20，下设100mm厚C10的素混凝土垫层。6.1 作用于根底顶面的荷载计算 作用于根底顶面上的荷载包括柱底-截面传给根底的M、N、V以及外墙自重重力荷载。前者可由表的-截面选取，见表6.1，其中内力标准组合值

22、用于低级承载力验算，根本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算，内力的正号规定见图19b。 根底设计时的不利内力级别荷载效应标准组合荷载效应根本组合Mk(kNm)Nk(kN)Vk(kNm)M(kNm)N(kN)V(kNm) 围护墙自重重力荷载计算 如图19所示，每个根底承受的围护墙总宽度为m,总高度为m，墙体为240mm,后实心粘土砖砌筑，自重为19kN/m3,墙上设置钢框玻璃窗，按 kN/m2 计算，每根根底梁自重为 kN，那么每个根底承受的由墙体传来的重力荷载标准值为 根底梁自重 kN 墙体自重 钢窗自重 Mwk图19 围护墙自重计算 围护墙对根底产生的偏心距为ew=120+450=57

23、0mm 根底底面尺寸及地基承载力验算 根底高度和埋置深度确定 由构造要求可知，根底高度h=h1+a1+50mm,其中h1为柱插入杯口深度，由表，h1900=810mm800mm，故取h1=850mm；a1为杯底厚度，由表，a1200mm,取a1=250mm，故根底高度为 h=850+250+50=1150mm因根底顶面标高为-0.500m，室内外高差150mm，那么根底埋置深度为 根底底面尺寸拟定 根底底面面积按地基承载力计算确定，并取用荷载效应标准组合。由?建筑地基根底设计标准?可查得d，b=0粘性土 ，取根底底面以上土的平均自重为m=20kN/m3,那么深度修正后的地基承载力特征值fa按下

24、式计算 由式按轴心受压估算根底底面尺寸，取 考虑到偏心的影响，将根底的底面尺寸再增加30%，取根底底面的弹性地抗拒为 地基承载力验算根底自重和土重为根底及其上填土的平均自重取=20kN/m3由表6.1可知，选取以下三组不利内力进行根底底面面积计算；先按第一组不利内力计算，根底底面相应于河中效应标准组合时的竖向压力值和力矩值分别为图20a：由式可得根底底面边缘的压力为由式进行地基承载力验算 满足要求 取第二组不利内力计算础底面相应于荷载效应标准组合时的竖向压力值和力矩值分别为图20b； 由式=可得根底底面边缘的压力为由式进行地基承载力验算 满足要求。取第三组不利内力计算础底面相应于荷载效应标准组

25、合时的竖向压力值和力矩值分别为图20c；由式可得根底底面边缘的压力为由式进行地基承载力验算 abc 图20 根底地面的压应力分布 根底受冲切承载力验算 根底受冲切承载力计算时采用荷载效应的根本组合，并采用基地净反力。由表，选取以下三组不利内力： 先按第一组不利内力计算，扣除根底自重及其上土重后相应于荷载效应根本组合时的地基土单位面积净反力为图21b 先按第二组不利内力计算，扣除根底自重及其上土重后相应于荷载效应根本组合时的地基土单位面积净反力为图21c 因最小净反力为负值，故根底底面净反力应按式 按第三组不利内力计算，扣除根底自重及其上土重后相应于荷载效应根本组合时的地基土单位面积净反力为图21d 根底各细部尺寸如图21a，图21e所示。其中根底顶面突出柱边的宽度主要取决于杯壁厚度t，由表6.2查得t300mm，取t=325mm，那么根底顶面突出柱边的宽度为t+75mm=325+75=400mm。杯壁高度取为h2=500mm。根据所确定的尺寸可知，变阶处的冲切破坏锥面比拟危险，故只需