混凝土与砌体结构课程设计报告书

1、. .PAGE32 / NUMPAGES41混凝土与砌体结构课程设计学生：唯一学 号：指导教师：解国粱所在学院：工程学院专 业：土木工程中国2010年10目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc2446197131 设计资料1HYPERLINK l _Toc2446197142 结构计算1HYPERLINK l _Toc2446197152.1 计算柱高1HYPERLINK l _Toc2446197162.2确定柱截面尺寸与相应计算参数1HYPERLINK l _Toc2446197173 荷载计算3HYPERLINK l _Toc2446197183.1 恒荷

2、载3HYPERLINK l _Toc2446197193.1.1 屋盖恒荷载3HYPERLINK l _Toc2446197203.1.2 吊车梁与轨道重力荷载设计值4HYPERLINK l _Toc2446197213.1.3 柱自重重力荷载设计值4HYPERLINK l _Toc2446197223.2 屋面活荷载5HYPERLINK l _Toc2446197233.3 风荷载5HYPERLINK l _Toc2446197243.4 吊车荷载7HYPERLINK l _Toc2446197253.4.1 吊车梁竖向荷载7HYPERLINK l _Toc2446197263.4.2 吊车

3、梁横向水平荷载8HYPERLINK l _Toc2446197274 排架力分析8HYPERLINK l _Toc2446197284.1 恒载作用下排架力分析9HYPERLINK l _Toc2446197294.2 屋面活荷载作用下排架力分析10HYPERLINK l _Toc2446197304.2.1 AB跨作用屋面活荷载10HYPERLINK l _Toc2446197314.2.2 BC跨作用屋面活荷载12HYPERLINK l _Toc2446197324.2.3 荷载作用下排架力分析13HYPERLINK l _Toc2446197334.2.4 吊车荷载作用下的力分析14HY

4、PERLINK l _Toc2446197345 力组合20HYPERLINK l _Toc2446197456柱的设计28HYPERLINK l _Toc2446197466.1 柱的纵向钢筋计算28HYPERLINK l _Toc2446197476.1.1 选取控制截面最不利组合28HYPERLINK l _Toc2446197486.1.2 柱计算长度的确定28HYPERLINK l _Toc2446197496.1.3 上柱配筋计算28HYPERLINK l _Toc2446197506.1.4 下柱配筋计算30HYPERLINK l _Toc2446197516.2 柱的裂缝宽度验

5、算30HYPERLINK l _Toc2446197526.3 柱箍筋配置31HYPERLINK l _Toc2446197537牛腿设计31HYPERLINK l _Toc2446197547.1 牛腿几何尺寸的确定32HYPERLINK l _Toc2446197557.2 牛腿配筋32HYPERLINK l _Toc2446197567.3 牛腿局部挤压验算32HYPERLINK l _Toc2446197577.4 柱的吊装验算32HYPERLINK l _Toc2446197587.4.1 吊装方案32HYPERLINK l _Toc2446197597.4.2 荷载计算33HYPE

6、RLINK l _Toc2446197607.4.3 力计算33HYPERLINK l _Toc2446197617.4.4 截面承载力计算34HYPERLINK l _Toc2446197627.4.5 裂肺宽度验算34HYPERLINK l _Toc2446197638基础设计35HYPERLINK l _Toc2446197648.1 作用于基础顶面上面的荷载计算35HYPERLINK l _Toc2446197658.2 基础尺寸与埋置深度36HYPERLINK l _Toc2446197668.3 基础高度验算36HYPERLINK l _Toc2446197678.4 基础底板配筋

7、计算37HYPERLINK l _Toc2446197688.4.1 柱边与变阶处基底反力37HYPERLINK l _Toc2446197698.4.2 柱边与变阶处弯矩计算39HYPERLINK l _Toc2446197708.4.3 配筋计算40单层厂房结构设计任务书一、设计题目：金属结构车间双跨等高厂房。 (每人一题，按学号分配)二、设计容：1计算排架所受的各项荷载；2计算各种荷载作用下的排架力(对于吊车荷载不考虑厂房的空间作用)；3柱与牛腿设计，柱下单独基础设计；4绘施工图：柱模板图和配筋图；基础模板和配筋图。三、设计资料1金属结构车间为两跨厂房，安全等级为一级，厂房总长54m，柱

8、距为6m，厂房剖面如图1、2、3所示；2厂房每跨设两台吊车，吊车均为软钩吊车；3建设地点为东北某城市(基本雪压0.40kNm，基本风压0.50kNm2，冻结深度2.0m)；4地基为均匀粘性土，地基承载力特征值190Kpa；5厂房标准构件选用与载荷标准值：(1)屋架采用梯形钢屋架，屋架自重标准值：18m跨81.50kN每榀，21m跨95kN每榀，24m跨109kN每榀，27m跨122kN每榀，30m跨136kN每榀(均包括支撑自重)(2)吊车梁选用预应力混凝土吊车梁，参数见表3。轨道与零件自重0. 8kNm，轨道与垫层构造高度200mm；(3)天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架重：18m跨25.5

9、kN每榀，21m跨30kN每榀，24m跨34kN每榀，27m跨38.3kN每榀，30m跨42.5kN每榀(包括自重，侧板、窗扇支撑等自重)；(4)天沟板自重标准值为2.02kNm；(5)围护墙采用240mm双面粉刷墙，自重5.24kN/m2。塑钢窗： 自重0.45KNm2，窗宽4.2m，窗高见图1。(6)基础梁截面为250 mmX600mm；基础梁自重4.2kNm；6材料：混凝土强度等级为C30，柱的受力钢筋采用HRB335级或HRB400级，箍筋采用HPB235级；7屋面卷材防水做法与荷载标准值如下：防水层：0.4kNm2；25mm厚水泥沙浆找平层：0.5kNm2；100mm厚珍珠岩制品保温

10、层：0.4kNm2；隔汽层：0.05kNm2；25mm厚水泥砂浆找平层：0.5kNm2；预应力大型屋面板：1.4kNm2。8屋面均布活荷载为0.5kNm2。图1 图2图3表1 各学号所对应的桥式吊车和牛腿标高跨度左跨吊车序号右跨吊车序号C1C2C3C4C1C2C3C4C1C2C3C418123456789101112C118131415161718192021222324C218252627282930313233343536C321373839404142434445464748C121495051525354555657585960C221616263646566676869707172C

11、324737475767778798081828384C424858687888990919293949596C124979899100101102103104105106107108C227109110111112113114115116117118119120C327121122123124125126127128129130131132C427133134135136137138139140141142143144C130145146147148149150151152153154155156C230157158159160161162163164165166167168C3301691

12、70171172173174175176177178179180C4轨顶标高(m)7.88.18.48.79.09.39.69.910.210.510.811.1表2 吊车数据（工作级别A5）吊车序号起重量(kn)桥跨LQ(m)小车重g(kn)最大轮压Pmax(kn)大车轮距BQ(m)轨道中心之端部距离b(mm)轨顶以上高度H(mm)大车宽B(m)吊车总重G(kn)C1160/3216.563.261634.0023020975.95523019.563.261854.1026020976.05527022.563.261934.1026021876.05530025.563.262055.0

13、026021856.39034028.563.262145.0026021856.390380C2200/5016.569.771854.0023020995.95524019.569.772074.1026020996.05529022.569.772164.1026021896.05532025.569.772305.0026021896.39037028.569.772395.0026021896.390400C3320/5016.51092784.6526023416.64033019.51093014.7030024716.69038022.51093134.7030024716.6

14、9041025.51093315.0030024716.99046028.51093445.0030024716.990500C4500/10016.51554204.8030027346.77544019.51554304.8030027346.77549022.51554564.8030027346.77553025.51554745.0030027346.97558028.51554875.0030027346.975620表3 吊车梁数据（工作级别A5）梁型号起重量(kn)跨 度(m)梁 高(mm)梁 重(kn)YDL116016.5-28.5120041.3YDL220016.5-2

15、8.5120041.5YDL332016.5-28.5120046.0YDL450016.5-28.5150060.3注： 1、土木07专升本选1-55号方案2、土木07（2）选60-114号方案3、土木07（1）选120-161设计资料本设计对应任务书第100号方案，左跨吊车为C4，右跨吊车为C2，轨顶标高9.9m，跨度24m。2结构计算2.1 计算柱高因该厂房跨度在1536m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与预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁与基础梁。由图可知轨顶标高为9.9m，设室地面至基础顶面的距离为0.5m，

16、则计算简图中柱的总高度H，上柱高度和下柱高度分别为：由于为双跨等高厂房，所以边柱A、C，中柱B的标高均一致。柱顶标高上柱高估计基础埋深2.2,基础高1.6，因室外地坪标高为-0.15，所以基顶标标高-0.75。全柱高下柱高因此边柱A，C与中柱B顶面标高为12.3，上柱高4.0，下柱高9.0，全柱高12.9。2.2 确定柱截面尺寸与相应计算参数A柱：上柱截面尺寸(mm)：bh=500500下柱截面尺寸(mm)：bhhf=5001200200B柱：上柱截面尺寸(mm)：bh=500700下柱截面尺寸(mm)：bhhf=5001600300C柱：上柱截面尺寸(mm)：bh=400400下柱截面尺寸(

17、mm)：bhhf=400800150本设计仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1所示。图1 计算单元和计算简图和截面尺寸3 荷载计算3.1 恒荷载3.1.1屋盖恒荷载防水层 0.4kN/m225mm厚水泥砂浆找平层 0.5kN/m2 10mm厚珍珠岩制品保温层 0.4kN/m2 隔汽层 0.05kN/m225mm厚水泥砂浆找平层 0.5kN/m2预应力大型屋面板 1.4kN/m23.25 kN/m2屋架自重 109kN/榀天窗架 EQ F(1,2) 34=17kN天沟板 2.026= 12.12kN则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为：kN=100mm =150mm =100mmA

18、柱：850-(300+500)=5080A轴向柱移150mmB柱左：850-(300+350)=200B柱右：850-(300+350)=200C柱：850-(300+500)=5080C轴向柱移150mm3.1.2吊车梁与轨道重力荷载设计值=1.2(60.3+0.86)=78.12kN3.1.3柱自重重力荷载设计值上柱自重：=1.20.50.5253.9=29.25kN =1.20.50.7253.9=40.95kN =1.2258.9(0.40.152+0.450.15+0.01375)=53.73kN 下柱自重：=1.2258.9（0.50.152+0.850.2+0.70.0252/2

19、） =90.11kN=1.2258.9（0.50.22+1.150.3+0.80.025） =150.86kN=1.2258.9（0.40.152+0.450.15+0.01375） =53.73kN各项恒荷载作用位置如图2所示图2 荷载作用位置图（单位：KN）3.2 屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值为0.4kN/m2，后者小于前者，故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：=1.40.5624/2=50.40kN 3. 3 风荷载风荷载的标准值按计算，其中, ,根据厂房各部分标高与B类地面粗糙度由附表确定如下：柱顶：=12.3m =1.064檐口：=14.0m

20、 =1.112=15.00m =1.140屋顶：=17.6m =1.1917=18.05m =1.2071如图3所示，则由上式可得排架迎风面与背风面的风荷载标准值分别为：=1.0（0.8+0.6+0.6）1.0640.35=0.745 kN/m2kN/m2图3 风荷载体型系数与排架计算简图则作用于排架计算简图上的风荷载设计值为:0.7456=6.258kN/m kN/m =32.00kN3. 4 吊车荷载3.4.1 吊车梁竖向荷载左跨：由表可得吊车参数为：B=6.775m，K=4.8m，456kN，Q=500kN，g=155kN，G=530kN。kN。根据B，K可算得吊车梁支座反力影响线中各轮

21、压对应点的竖向坐标值如图4所示。吊车竖向荷载设计值为：D1.4456(1+0.87)=1193.81kND1.41341.87=350.81kN右跨：由表可得吊车参数为：B=6.775m，K=4.8m，456kN，Q=500kN，g=155kN，G=530kN。kN。根据B，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。吊车竖向荷载设计值为：D1.4456(1+0.87)=1193.81kND1.41341.87=350.81kN图4 吊车荷载作用下支座反力影响线3.4.2 吊车梁横向水平荷载左跨：T=kN TkN右跨：T=kN TkN4 排架力分析该厂房为两跨等高排架，可

22、用剪力分配法进行排架力分析。其中柱的剪力分配系数计算，见表1。表1 柱剪力分配系数柱别A柱n=0.201=0.3050.307B 柱n=0.398=0.305=2.8760.386C柱n=0.201=0.3050.3074. 1 恒载作用下排架力分析恒荷作用下计算简图如图5(a)所示，图中重力荷载与力矩M是根据图2确定的。 kN kNkN kNkNkN kNmkNm如图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铰支座计算力。 CkNRkN图5 恒载作用下排架力图4. 2 屋面活荷载作用下排架力分析4.2.1 AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图6所示，其中QkN，它

23、在柱顶与变阶处引引起的力矩为：kNm kNm kNm对于A柱:， kNm对于B柱:,则kN则排架柱顶不动铰支座总反力为：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：kNkNkN图6 AB跨作用屋面活荷载时排架力图4.2.2 BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨与AB跨作用的荷载一样，故只需将图6中个力图的位置与方向调整一下即可，如图7所示。图7 BC跨作用屋面活荷载时的排架力图4.2.3荷载作用下排架力分析（1） 左吹风时计算简图如图8所示。各柱顶的剪力分别为：图8左吹风时排架力图（2）右吹风时 由于结构对称，故

24、只需将图8中个力图的位置与方向调整一下即可,如图9所示。图9右吹风时排架力图4.2.4吊车荷载作用下的力分析（1）作用于A柱时 计算简图如图10所示。其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：kNmkNm对于A柱：，则 R对于B柱：n=0.398=0.305，则CR=各柱顶的剪力分别为：图10作用在A柱时排架力图（2）作用于B柱左时 计算简图如图11所示。其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：kNmkNm对于A柱：对于B柱：R=91.64()各柱顶的剪力分别为：图11作用在B柱左时排架力图（3）作用于B柱右时 计算简图如图12所示。图12作用在B柱右时排架力图（4）作用于C柱时 计算简

25、图如图13所示。同理，将作用在A柱的A,C柱力对换，并注意改变符号。图13作用在C柱时排架力图（5）作用于AB跨柱时当吊车横向水平荷载作用于AB跨时，排架计算简图如图14所示。对于A柱：n=0.201，=0.305，则()对于B柱：，则 CR=各柱顶的剪力分别为：图14作用在AB跨时排架力图（6）作用于BC跨柱时当吊车横向水平荷载作用于BC跨时，由于结构对称与吊车吨位相等，则排架计算简图如图15所示。图15作用在BC跨时排架力图5 力组合见表2，3，4, 5。表2 A柱力标准值汇总表柱号与正向力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AB跨BC跨在A柱在B柱左在B柱右在C柱在AB跨在

26、BC跨左风右风序号Mk29.631.794.49-144.33-155.49109.71-11.4729.8374.612.3315.92Nk410.3950.40000000000Mk-94.48-20.894.49273.50-32.71109.71-11.4729.8374.612.33-15.92Nk488.5250.4001193.81350.81000000Mk60.11-5.3214.72-55.9-38.756360.06-37.63166.23244.86172.89-134.23Nk78.6250.4001193.81350.81000000Vk17.371.751.15-

27、37.01-39.8728.13-2.9422.0319.1331.6719.94注：M单位()，N单位KN，V单位KN。表3A柱荷载效应组合（可变）力组合截面与相应N，V与相应N，V与相应M，V与相应M，V-M+0.9+153.5+0.9+-104.9+0.9+153.5+0.9+124.64N529.57549.13529.57459.13-M+0.9+265.43+0.9+-306.68+0.9+244.66+0.9+21.13N617.97728.571761.59519.46-M+0.9+809.68+0.9+-373.34+0.9+830.99+0.9+657.56N1703.07

28、805.671774.51596.56V-25.1051.98-35.85-43.65表4A柱荷载效应组合（永久）力组合截面与相应N，V与相应N，V与相应M，V与相应M，V-M1.35/1.2+ 0.7(+)+0.6147.301.35/1.2+ 0.7(+)+0.6207.511.35/1.2+ 0.7(+)+0.6147.301.35/1.2+ 0.7(+)+0.6208.98N432.31152.45432.21329.36-M1.35/1.2+ 0.7(+)+0.6287.561.35/1.2+ 0.7(+)+0.6-97.541.35/1.2+ 0.7(+)+0.672.651.35

29、/1.2+ 0.7(+)+0.6-172.30N528.79-330.19518.23318.20-M1.35/1.2+ 0.7(+)+0.699.321.35/1.2+ 0.7(+)+0.6-1281.321.35/1.2+ 0.7(+)+0.6287.311.35/1.2+ 0.7(+)+0.6132.61N518.73526.72629.36729.32V85.35-76.28-6.7638.29表5A柱荷载效应组合（标准）力组合截面与相应N，V与相应N，V与相应M，V与相应M，V-M/1.2+/1.4117.86/1.2+/1.4-108.85/1.2+/1.4117.86/1.2+/

30、1.497.28N438.47381.77438.47381.77-M/1.2+/1.4206.54/1.2+/1.4-286.10/1.2+/1.4149.84/1.2+/1.4-20.88N1311.06299.931367.76432.88-M/1.2+/1.4644.49/1.2+/1.4-560.40/1.2+ +/1.4661.37/1.2+/1.4272.09N1375.31453.691432.01381.77V19.14-43.6249.45-33.866 柱的设计（以A柱为例）6.1 柱的纵向钢筋计算以A柱为例，混凝土强度等级为，；采用HRB335级钢筋，。6.1.1 选取

31、控制截面最不利组合其截面有效高度分别是465和1165mm对上下柱进行大小偏心受压判断：上柱：下柱：所以对于上柱，NNb=1828.61kN属于大偏心受压对于下柱，NNb=5854.06kN属于大偏心受压以下最不利力：上柱：M=153.5 kNm N=529.7kN下柱，M=830.99kNm N=1774.5kN6.1.2上柱配筋计算， 故应考虑结构侧移和构件挠曲引起的二阶弯矩对轴向压力偏心矩的影响，压力偏心矩的影响：， 选用4 EQ 28（AS=2463mm2），全部纵向钢筋的配筋率6.1.3 下柱配筋计算， ，故应考虑的影响， 所以选422（AS= =1540mm2），6.2 柱的裂缝宽

32、度验算选择最不利力验算：上柱：M=153.5KN.m N=529.7KN下柱：M=-830.99KN.m N=1774.5KN根据以上两组力组合项次，可计算出与该两组力对应的弯矩和轴力标准值为： 上柱：MK=117.86KN.m NK=438.47KN下柱：MK=272.09KN.m NK=381.77KN上柱裂缝宽度验算：，因为，故需做裂缝宽度验算下柱裂缝宽度验算：， 所以满足要求6.3 柱箍筋配置由于柱顶，柱底截面混凝土的抗震承载力显然大于剪力，故可以按构造配筋要求配筋。根据构造要求，上下柱均选用的箍筋。7 牛腿设计7.1 牛腿几何尺寸的确定6.8.1牛腿几何尺寸的确定 牛腿截面宽度与柱宽

33、度相等为500mm，取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离C1=130，吊车梁端部宽为340mm，吊车梁轴线到柱外侧的距离为900mm，则牛腿顶面的长度为750-400+340/2+180=700mm，相应牛腿水平截面高度为500+500=1200mm，牛腿外边缘高度h1=500mm,倾角，于是牛腿的几何尺寸如图所示：图287.2 牛腿配筋由于吊车垂直荷载作用于下柱截面，即a=900-1200=-300mm0，故该牛腿可按构造要求配筋纵向钢筋取416，箍筋取81007.3 牛腿局部挤压验算设垫板的长度和宽度为500500mm，局部压力标准组合值： 故局部挤压应力为：（满足要求）7.4 柱的吊装验算7.

34、4.1 吊装方案吊装方案：一点翻起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处。 查表可得，如计算简图如图29所示。图29柱吊装验算简图7.4.2 荷载计算柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载(应考虑动力系数)，即：上柱自重： 牛腿自重：下柱自重7.4.3 力计算7.4.4 截面承载力计算截面1-1：bh=500500mm,h0=465mm,AS=AS，=2514mm2,fy=300N/mm2故截面承载力：截面2-2：bh=5001200mm,h0=1165mm,AS=AS，=1520mm2,fy=300N/mm2故截面承载力：，所以符合要求7.4.5 裂缝宽度验算由承载力计算可知，裂缝宽度验算截面1-1即可，钢

35、筋应力如下：按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率：，满足要求8 基础设计基础混凝土强度等级采用C30，下设100mm厚C10的素混凝土垫层，地基基础承载力特征值8.1 作用于基础顶面上面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以与外墙自重重力荷载，前者可由表3表5中的-截面选取，其中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底板配筋计算，力正负号规定见图30 。表9组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合M/N/KNV/KN/KN/KN第一组377.34579.0662.78300.41482.5550.17第二组-257.52844.37-28.08-203.45693.11-21.94第三组303.481146.5845.39241.79932.9636.37图30 基础荷载示意图维护墙自重重力的荷载计算，有图30可见，每个基础承受外墙