《单层工业厂房》课程设计

1、单层工业厂房课程设计姓 名：班级： 学号：结构选型该厂房是广州市的一个高双跨（18m+18m）的机械加工车间。车间长90m,柱矩6米，在车间中部，有温度伸缩逢一道，厂房两头设有山墙。柱高大于8米，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋架有较大的刚度，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。厂房的各构选型见表1.1表1.1主要构件选型由图1可知柱顶标高是10.20米，牛腿的顶面标高是6.60米 ，室内地面至基础顶面的距离0.5米，则计算简图中柱的总高度H,下柱高度Hl和上柱的高度Hu分别为：H=10.2m+0.6m=10.8m Hl=6.60m+0.6m=7.2

2、m Hu=10.8m-7.2m=3.6m根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表1.2。见表1.2 柱截面尺寸及相应的参数计算参柱号截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/(KN/m)A,C上柱矩40040016000021300000004.0下柱I400800100150177500143870000004.43B上柱矩40040016000021300000004下柱I400800100150177500143870000004.43荷载计算 1恒载图1求反力： F1=116.92 F2=111.90 屋架重力荷载为59.84，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载

3、设计值： GA1=1.2(116.92+59.84/2)=176.81KN GB1=1.2(111.906+59.84/2)=170.18 KN (2)吊车梁及轨道重力荷载设计值 GA3=1.2（27.5+0.86）=38.76KN GB3=1.2（27.5+0.86）=38.76KN (3)柱重力荷载的设计值 A,C柱 B柱 2屋面活荷载 屋面活荷载的标准值是0.5KN/m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值： Q1=1.40.5618/2=37.8 KN3，风荷载 风荷载标准值按k=zsz0计算其中0=0.5KN/m2, z=1, z根据厂房各部分 及B类地面粗糙度表2.5.1确定。 柱顶（标

4、高10.20m） z=1.01 橼口（标高12.20m） z=1.06 屋顶（标高13.20m） z=1.09 s如图3所示，由式k=zsz0可得排架的风荷载的标准值： k1=zs1z0=1.00.81.010.5=0.404 KN/m2 k2=zs2z0=1.00.41.010.5=0.202 KN/m2图2 荷载作用位置图图3 风荷载体型系数和排架计算简 q1=1.40.4046=3.39KN/m q1=1.40.2026=1.70KN/m Fw=Q(s1+s2)zh1+(s3+s4)zh2 z0B =1.4(0.8+0.4)1.01(12.2-10.2)+(-0.6+0.5)1.01(1

5、3.2-12.2) 10.56 =10.23KN4吊车荷载 吊车的参数：B=5.55米，轮矩K=4.4，pmax=215KN, pmin=25KN,g=38KN。根据B和K，可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图所示：图吊车荷载作用下支座反力的影响线吊车的竖向荷载Dmax=QFpmaxyi=1.4115(1+0.075+0.808+0.267)=346.15KNDmin=QFpminyi=1.425(1+0.075+0.808+0.267)=75.25KN吊车的横向荷载T=1/4（Q+g）=1/40.12(100+38)=4.14KN吊车横向荷载设计值：TmaxQTyi=

6、1.44.142.15=12.46KN排架内力分析恒荷载作用下排架内力分析图5恒荷载作用的计算简图G1=GA1=176.81KN; G2=G3+G4A=38.76+17.28=56.04KN; G3=G5A=38.28KN;G4=2GB1=340.361KN; G5=G3+2G4B=238.76+17.28=94.8KN;G6=G5B=38.28KN;M1= G1e1=171.810.05=8.60KN.m;M2=( G1+ G4A)e0- G3e3=(176.81+17.28) 0.2-38.280.35=25.42C1=2.03; C1=1.099;RA=C1+C3=(8.602.03+2

7、5.421.099)/10.8=4.20KN()RC=-4.20KN(); RB=0KN;内力图：图6 恒荷载内力图活荷载作用下排架内力分析(1)AB跨作用屋面活荷载 图7 AB跨作用活荷载作用简图Q=37.8KN，则在柱顶和变阶处的力矩为：M1A=37.80.05=1.89KN.m，M2A=37.80.25=7.56KN.m，M1B=37.80.15=5.67KN.mRA=C1+C3=(1.892.03+7.561.099)/10.8=1.124KN()RB=C1 =5.672.03/10.8=1.07KN()则排架柱顶不动铰支座总的反力为：R= RA+ RB=1.124+1.07=2.19

8、KN()VA= RARA=1.32-0.332.19=0.40KN()VB= RBRB=1.07-0.332.19=0.35KN()VC= RC=-0.332.19=0.72KN()排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图8所示:图8 AB跨作用屋面活荷载内力图(2)BC跨作用屋面活荷载由于结构对称,且BC跨的作用荷载与AB跨的荷载相同,故只需叫图8的各内力图位置及方向调一 即可,如图10所示:图9 AB跨作用活荷载作用简图图10 BC跨作用屋面活荷载内力图风荷载作用下排架内力分析左吹风时C=0.33RA=-q1HC11=-3.3910.80.33=-12.08KN()RC=-q1HC11=-1

9、.7010.80.33=-6.06KN()R= RA+ RC+Fw=12.08+6.06+10.23=28.37KN()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=-12.08+0.3328.37=-2.72KN()VB= RB-RB=-6.06+0.3328.37=3.30KN()VC= -RC=-0.33-28.37=9.36N()图11 左风内力图右风吹时因为结构对称，只是内力方向相反,，所以右风吹时，内力图改变一下符号就行，如图12所示；图11 左风内力图吊车荷载作用下排架内力分析Dmax作用于A柱计算简图如图所示，其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面引起的力矩为：MA= Dmaxe

10、3=346.150.35=121.15KN.mMB= Dmine3=75.250.75=56.44KN.mRA=-C3=-121.151.099/10.8=-12.33KN()RB=C3=-56.441.099/10.8=5.74KN()R= RA+ RB=-12.33+5.74=-6.59N()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=-12.33+0.336.59=-10.16()VB= RB-RB=5.74+0.336.59=7.91KN()VC= -RC=0.336.59=2.17N()图Dmax作用在A柱时排架的内力Dmax作用于B柱左计算简图如图所示，其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin

11、在牛腿顶面引起的力矩为：MA= Dmaxe3=.0.35=.KN.mMB= Dmine3=346.150.75=.KN.mRA=C3=-.1.099/10.8=-.KN()RB=C3=.1.099/10.8=.KN()R= RA+ RB=.+.=.N()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=.0.33.=.KN()VB= RB-RB=.0.33.=.KN()VC= -RC=0.33.=.N()图Dmax作用在B柱左时排架的内力Dmax作用于B柱左根据结构对称和吊车吨位相等的条件，内力计算与Dma作用于B柱左情况相同，只需将A，C柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号：如图Dmax作用于C柱同理，将

12、Dmax作用于A柱的情况的A，C柱的内力对换，且注意改变符号，可求得各柱的内力，如图5Tmax作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图16-a所示。对于A柱，n=0.15，=0.33，得a=(3.6-0.9)/3.6=0.75.，Tmax=12.46KNC5=0.54RA=TmaxC5=.=6.73KN()RB=TmaxC5=.=6.73KN()图Dmax作用在B柱右时排架的内力图5Dmax作用在C柱时排架的内力排架柱顶总反力R：R= RA+ RB=.KN各柱的简力：VA= RA-RA=.0.33.=.KN()VB= RB-RB=.0.33.=.KN ()VC=RC=0.33

13、13.46=4.44N()图16Tmax作用在AB跨时排架的内力Tmax作用于BC跨柱由于结构对称及吊车的吨位相等，故排架内力计算与“Tmax作用于AB跨柱”的情况相同，只需将A柱与C柱的对换，如图17图17Tmax作用BC跨时排架的内五柱截面设计（中柱） 混凝土强度等级C20，fc=9.6N/mm2，ftk=1.54N/mm2采用HRB335级钢筋，fy= fy 300 N/mm2,b=0.55，上下柱采用对称配筋上柱的配筋计算由内力组合表可见，上柱截面有四组内力，取h0mm，附加弯矩ea=20mm（大于），判断大小偏心：从中看出组内力为大偏心，只有一组为小偏心，而且：N=429.KN5应考

14、虑偏心矩增大系数1=0.59.6160000/357640=2.151，取2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.017200/400=0.97, l0/h15，取2=0.97图=1+12=1+10.97=1.31=357640/19.6400360=0.262s/h0=240/360=0.22所以x=h0=0.26360=93.6e=ei-h/2+s=1.31263.40-185.05mmN.e=fyAs(h0-as)-1fcbx(x/2-as)As=As=715mm选用（As=763mm2）验算最小配筋率：As/bh=763/400400=0.47%0.2%平面外承载力验算：l0=1

15、.5Hu=1.53.6=5.4ml0/b=5400/400=13.5，查表得，Ac=A-Aa=4002-7632=158474mmNu=0.9(fyAs+ fcAs)=0.90.93(3007632+9.6158474)= 1656.55KN下柱配筋计算取h0=800-40=760mm，与上柱分析办法相识，选择两组最不利内力：M=217.96 KN.m M=152.69 KN.mN=810.94 KN N=473.44 KN按M=217.96 KN.m，N=810.94 KN计算L0=HU=7.2=7.2m，附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm

16、, hf=150mm e0=M/N=217960/810.94=268.77mm ei= e0+ ea=295.77mm l0/h=7200/800=95而且应考虑偏心矩增大系数，取2=11=0.59.6160000/810940=1.051，取图=1+12=1+11=1.15ei=1.15295.77=340.140.3760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则x= =810940/19.6400=211.18hf=150mm说明中和轴位于板内，应重新计算受压区的高度：x= =394.72mme=ei+h/2+s=1.15295.77 -8002-407005mmAs=

17、As=272.87mm2按M=152.69 KN.m，N=473.44 KN计算L0=HU=7.2=7.2m，附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mm e0=M/N=152690/473.44=322.51mm ei= e0+ ea=349.51mm l0/h=7200/800=95而且应考虑偏心矩增大系数，取2=11=0.59.6160000/810940=1.051，取图=1+12=1+11=1.15ei=1.15295.77=340.140.3760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则x= =4734

18、40/19.6400=123.29hf=150mm说明中和轴位于翼缘内：e=ei+h/2-s=1.15349.51 -8002-40761.93mmAs=As=139.38mm2最小配筋minA=0.2%177500=355mm2所以选（As=461mm2）满足要求查附表.的无柱间支撑垂直排架方向柱的计算长度，l0=1Hl=7.2ml0/b=7200/400=18，查表得0.81，Ac=A-Aa=177500-4612=176578mmNu=0.9(fyAs+ fcAs)=0.90.81(3004612+9.6176578)= 1437.40KNNmax所以满足弯矩作用平面外的承载力要求柱裂缝

19、宽度验算规范中规定，对e0/h00.55的柱要进行裂缝宽度验算，本例的上柱出现e0/h0=0.55,所以应该进行裂缝验算。验算过程见下表。其中上柱的As=763mm2；Es=200000N/mm2；构件的受力特征系数acr=2.1，混凝土的保护层厚度c=25mm,ftk=1.54N/mm2。柱裂缝宽度验算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200箍筋。牛腿设计根据吊车支承的位置，截面的尺寸及构造要求，确定牛腿的尺寸如图所示，其中牛腿的截面宽度b=400mm，牛腿截面高度h=1050mm，h0=1015mm.牛腿腿截面高度验算表柱的宽度验算表图 Fvk所

20、以所选的尺寸满足要求牛腿配筋计算纵向受拉钢筋总截面面积As：As=550.mm2 根据规定，纵向受拉钢筋As的最小配筋率为0.002bh=0.0024001050=840mm2 550.2 mm2。所以要按mm2配筋。现在选用（As=1005mm2） 水平箍筋选用100的双肢筋。牛腿的剪跨比a/h0=370/1050=0.350.3，所以应该设置弯起钢筋A.As=0.5C1005=502.5mm2，且A0.0015bh=0.00154001015=609 mm2 故选用（As=mm2）牛腿设计采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。插入杯口深度为800mm,则柱吊装时的总长度

21、为3.6+7.2+0.8=11.6m.。柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数）即q1=Gq1k=1.51.24.0=7.2KN/mq2=Gq1k=1.51.2(0.42.125)=37.8KN/mq3=Gq1k=1.51.24.44=7.99KN/m图在上述荷载的作用下， 柱的控制截面的弯矩为：M1=0.5 q1Hu2=0.57.23.62=46.66KN.mM2=0.5 q1Hu2=0.57.2（3.6+1.05）2+0.5(37.8-7.2)1.052=94.71KN.m由MB=RAl3-0.5q3l32+M2=0解得：RA=14.17KN M3=RAx- q3x2 令=RA-

22、q3x=0 得x=1.77m 则下柱段最大弯矩M3为：M3=14.171.77-0.57.991.772=12.55KN.m 表吊装时柱的宽度验算表六基础设计（B柱下基础） 初步确定杯口尺寸及基础埋深（）杯口尺寸 图5 基础截面尺寸杯口的深度：柱子的插入深度H1=800mm，所以杯口深度为800+50=850mm 杯口顶部尺寸：宽为400+275=550mm，长为800+275=950mm 杯口底部尺寸：宽为400+250=500mm，长为800+250=900mm杯口厚度：因为800hc1000，所以杯壁的厚度取t=350mm 杯壁高度：h1t/0.75=350/0.75=466mm，取h1

23、=350mm 杯底厚度；a1=250mm，根据a2a1原则，取a2为250mm 根据以上尺寸，确定基础总高度H1+a1+50=800+250+50=1100mm 基础的埋置深度：1100+600=1700mm 地基承载里设计值：fa=200KN/m2 (2)基础面积计算表B柱在基础地面的荷栽估算基础底面积：A=1006.06/(200-201.7)=6.06m2 考虑偏心受压，将基础的面积增大1.2A=1.26.06=7.27m2 G=GyDA=1.2201.78=326.4KN 表 基础底面压应力计算 取基础地面长边与短边的比为，则l=3.8m，b=1.9m，取l=m，b=m校核基础底面积是否满足要求： （）校核0.5(Pmax+Pmin)f 0.5(Pmax+Pmin)=0.5(198.90+134.22)=166.56KNf=200 (）校核Pmax1.2f Pmax=198.90KN0 由以上得知，基础的地面尺寸m2，满足要求图基础截面尺寸地基净反力计算：表地基净反力由表可以看出Nmax最不利。（Pjmax=158.10,Pjmin=93.42） 冲剪强度验算从杯口顶面柱边开始的0斜拉裂面与基础底面交界处（截面）的净反力Pj1。基础的有效高度h0=1100-40=1060mm Pj1=93.42+(4