单层工业厂房排架结构设计计算书同济大学

1、单层工业厂房排架设计单层工业厂房排架构造设计工程大概设计题目某煅工车间为一单层单跨钢筋混凝土装置式构造，跨度18m，长度66m。采纳两台中级工作制桥式吊车（5t，15/3t），轨顶标高9.8m，考虑散热通风要求，需设置天窗和挡风板。设计任务完成屋面板、屋架、天窗架、天沟、吊车梁、基础梁等构件的选型，并初步确立排架柱的截面尺寸；进行构造部署（包含支撑部署）；排架荷载计算；排架内力计算；排架内力组合；柱子配筋设计（包含牛腿）；柱下单独基础设计；绘制施工图，内容包含：基础平面部署图及基础配筋图II.屋盖构造部署及构造平面部署图柱子配筋图3设计资料荷载钢筋混凝土容重25kN/m3一砖墙（单面粉刷）24

2、.92kN/m20mm水泥沙浆找平层0.4kN/m2钢门窗自重0.4kN/m2钢轨及垫层0.6kN/m二毡三油防水层0.35kN/m2（沿斜面）屋面活荷载0.5kN/m2（沿水平面）屋面积灰荷载0.5kN/m2（沿水平面）施工活荷载0.5kN/m2（沿水平面）风荷载0.40kN/m2屋面雪荷载0.45kN/m2吊车荷载5t，15/3t工程地质资料依据钻探报告，天然地面下1.2m处为老土层，修正后的地基承载力为120kN/m2，地下水位在地面下1.3m（标高-1.45m）资料混凝土：柱C30，基础C15钢筋：受力筋为HRB400级钢筋，钢箍、预埋件及吊钩为HPB300级钢筋1单层工业厂房排架设计

3、砌体：M5砖，M2.5沙浆构造设计构造平面部署构件选型I.屋面板：自重1.3kN/m2（沿屋架斜面），嵌缝0.1kN/m2（沿屋架斜面）天沟板：重17.4kN/块（包含积水重量）门型钢筋混凝土天窗架IV.预应力钢筋混凝土折线型屋架YMJA-18-xBb上弦杆bh=240mm220mm下弦杆bh=240mm220mm腹板bh=120mm240mm（F1）bh=200mm240mm（F2）h=120mm120mm（F3F6）屋架自重：60.5kN/榀V.屋盖支撑：0.05kN/m2（沿水平面）VI.吊车梁重：44.2kN/根（高1200mm）VII.基础梁重：15.7kN/根（高450mm）VII

4、I.联系梁、过梁均为矩形截面IX.排架柱尺寸：上柱为矩形400mm400mm下柱为工字型400mm800mmX.基础采纳单独杯型基础，基顶标高-0.6m。构造平面部署图排架柱截面特征、几何尺寸2单层工业厂房排架设计5294上柱：400mm400mm面积A=1.610mm，惯性矩Ix=Iy=2.1310mm下柱：工字型截面，b=120mm,h=800mm,bf=bf=400mm,hf=hf=150mm,面积A=1.871052Ix=1.4561010494mm，惯性矩mm，Iy=1.75910mm荷载计算I.恒荷载a.屋盖部分传来1PP3=0.9单层工业厂房排架设计天窗重26.22+11.52=

5、75.4kN屋面板重1.3618=140.4kN嵌缝重0.1618=10.8kN防水层重0.35618=37.8kN找平层重0.4618=43.2kN屋盖支撑重0.05618=5.4kN屋架重60.5kN373.5kN（两个柱顶的力）每块天沟及积水重17.4kNP1P=373.5/2+17.4=204.15kN柱自重P2P及P3P上柱：P2P=250.423.6=14.4kN下柱：柱身250.1877+0.40.8（0.6+0.2）=39.13kN0.8+1牛腿25（0.2+10.4）0.4=5.8kN2P3P=39.13+5.8=44.93kNc.混凝土吊车梁及轨道重P4PP4P=44.2+

6、0.66=47.8kN活荷载a.屋面活荷载P1Q雪荷载0.45kN/m2，屋面积灰荷载0.5kN/m2，屋面活荷载0.5kN/m2排架计算时，屋面积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑P1Q=（0.5+0.5）618/2=54kN，作用地址同P1P吊车荷载采纳两台中级工作制的吊车，起重量分别为Q=5t，15/3t，吊车参数见表吊车跨度LK=16.5m额定起重吊车宽度轮距K（m）吊车总重G小车重g最大轮压最小轮压量Q(t)B(m)（kN）（kN）P（kN）P（kN）maxmin54.33.413422.8741815/35.164.121566.114834.5注：Pmin=（G+Q

7、）/2-Pmax竖向吊车荷载4单层工业厂房排架设计状况1状况2状况1：Dmax=0.974（1.6+5）/6+148（1+1.9/6）=248.64kNDmin=0.917.5（1.6+5）/6+34.5（1+1.9/6）=58.7kN状况2：Dmax=0.9148（0.9+5）/6+74（1+2.6/6）=226.44kNDmin=0.934.5（0.9+5）/6+17.5（1+2.6/6）=53.7kN经过比较，设计时采纳状况1中的荷载，Dmax=248.64kN，Dmin=58.7kN作用地址同P4P水平吊车荷载每个轮子水平刹车制动力5t：T1=(Q+g)/4=0.12(49+22.8)

8、/4=2.2kN15/3t：T2=(Q+g)/4=0.1(196+66.1)/4=6.55KN产生Tmax时，吊车作用地址如状况1Tmax=0.92.2（1.6+5）/6+6.55（1+1.9/6）=9.94kN风荷载均布风荷载q风载体型系数，计算简图以下5单层工业厂房排架设计柱顶离室外处坪高度为12+0.15=12.15m，风压高度变化系数z=0.74q1=0.80.740.46=1.42kN/m（）q2=0.50.740.46=0.89kN/m（）集中风荷载W屋架檐口离室外处坪高度14.5-0.4+0.15=14.25mz=0.74挡风板、屋架交界处离室外处坪的高度14.55+0.15=1

9、4.70mz=0.74天窗架、屋架交界处离室外处坪高度15.15+0.15=15.30mz=0.746天窗檐口离室外处坪高度17.22+0.15=17.37mz=0.7874天窗顶离室外处坪高度17.52+0.15=17.67mz=0.7934q3=0.80.740.46=1.42kN/m（）q4=0.30.740.46=0.53kN/m（）q5=1.40.78740.46=2.65kN/m（）q6=-0.80.7460.46=-1.43kN/m（）q7=-0.80.78740.46=-1.51kN/m（）q8q9相抵消6单层工业厂房排架设计q10=0.60.78740.46=1.13kN/m

10、（）q11=0.60.7460.46=1.07kN/m（）q12=0.60.740.46=1.07kN/m（）q13=0.50.740.46=0.89kN/m（）W=（q3+q13）（）+（q4+q12）（）+（q6+q11）（）+（q7+q10）（）+q5（）=11.64kN（）作用点标高+12.000m排架计算简图及荷载作用如图：内力分析恒载作用下的排架内力a.由P1P产生的弯矩和轴力P=204.15kNM11=Pe=204.150.05=10.21kNm1P1P1M=Pe=204.150.2=40.83kNm121P2I1=IX=1.45610104IU=2.1394mm10mmn=I/

11、I=0.146=H/H=3.6/12.6=0.286IU1HU21231-H(1-nI)=1.95131-H=1.212C1=31C3=3121+H(n-1)21+H(n-1)IIR11=C1M11/H=1.95110.21/12.6=1.58kN（）R12=C3M12/H=1.21240.83/12.6=3.93kN（）N1=204.15kNR1=R11+R12=5.51kN（）7单层工业厂房排架设计由柱自重产生的弯矩和轴力上柱：P2P=14.4kNM22=P2Pe2=14.40.2=2.88kNmR2=C3M22/H=1.2122.88/12.6=0.28kN（）N2=14.4kN下柱：P

12、3P=44.93kNN3=44.93kN只产生轴力而不产生弯矩由P4P产生的弯矩和轴力P=47.8kNM44=P4Pe=47.80.35=16.73kNm4P4R4=C3M44/H=1.21216.73/12.6=1.61kN（）N4=47.8kN恒载作用下的计算简图及内力争以下：屋面活荷载作用下的排架内力P1Q=54kN与P1P作用地址同样，反力成比率R=5.5154/204.15=1.46kN（）M11=10.2154/204.15=2.70kNmM12=40.8354/204.15=10.80kNmN=54kN屋面活载下的计算简图及内力争：8单层工业厂房排架设计吊车竖向荷载作用下排架内力

13、考虑构造对称性，只考虑Dmax作用于A柱，B柱同A柱配筋柱：MA=Dmaxe4=248.640.35=87.02kNm柱：MB=Dmine4=58.70.35=20.54kNmRA=C3MA/H=1.21287.02/12.6=-8.37kN（）RB=C3MB/H=1.21220.54/12.6=1.98kN（）剪力分配系数A=B=0.5，则A柱与B柱柱顶的剪力为A柱：VA=RA-A(RA+RB)=-8.37-0.5(-8.37+1.98)=-5.18kN（）B柱：VB=RB-B(RA+RB)=1.98-0.5(-8.37+1.98)=5.18kN（）内力争以下：9单层工业厂房排架设计IV.吊

14、车水平制动力作用下的排架内力考虑对称性，按Tmax向左作用计算柱中轴力为零nI=0.146，H=0.286TA=TB=Tmax=9.94Kny/HU=(12-9.7)/3.6=0.63930.416C5=2-1.8H+H(nI-0.2)31=0.68052(1+HnI-1)RA=RB=C5Tmax=0.68059.94=5.74kN（）考虑空间分配系数m，查表m=0.80剪力分配系数A=B=0.5计算简图以下：则A柱和B柱的柱顶剪力为VA=RA-Am(RA+RB0.8(6.76+6.76)=1.352kN（）VB=VA=1.352kN（）10单层工业厂房排架设计水平荷载作用下内力争（实线为Tm

15、ax向左，虚线为Tmax向右）风荷载作用下排架内力考虑对称性，仅按左风状况计算q1=1.42kN/m（）q2=0.89kN/m（）W=11.64kN（）413(1+HnI-1)113=0.3428C=18(1+HnI-1)R=-CkN（）qH=0.34281.4212.6=-6.131111R=-CqH=0.34280.8912.6=-3.84kN（）2112排架单元为对称构造，柱中轴力为零，计算简图以下：A=B=0.511单层工业厂房排架设计VA=R1+A(W-R1-R2)=4.68kN（）VB=R2+B(W-R1-R2)=6.96kN（）内力组合排架单元为对称构造，可仅考虑A柱的截面（见下

16、表）,表中柱截面和内力的正方向如图竖向吊车荷载水平吊车荷载风荷载截面内恒载活载最大轮压作用于水平力作用方向左来风右来风力AB向左向右12345678M4.842.56-18.65-18.65-8.058.0526.05-30.82N218.5554.00000000M-22.24-8.2468.371.89-8.058.0526.05-30.82N266.3554.00248.6458.70000M15.474.9021.75-44.73-85.3485.34171.69-158.34N311.2854.00248.6458.70000V4.181.46-5.18-5.18-8.598.592

17、2.57-18.1712单层工业厂房排架设计永久荷载效应控制组合项+M组合项-Mmax组合项Nmax组合项Nminmax相应相应相应相应N,VN,VM,VM,V1,2,730.921,3,5,-45.521,2,3,-43.011,3,5,-45.52347.968295.045,8347.968295.041,3,6,66.881,2,4,-69.891,2,3,-4.741,8-73.047603.245,8470.026,7656.16359.571,2,3,272.851,4,5,-239.591,2,3,272.851,7261.256,7716.828477.756,7716.82

18、420.2329.37-23.1129.3737.24可变荷载效应控制组合项Mmax组合项Mmin组合项Nmax组合项Nmin相应相应相应相应N,VN,VM,VM,V1,2,741.861,3,5,-66.671,2,3,-63.441,3,5,-66.67330.38262.265,8330.38262.261,3,6,102.541,2,4,-83.541,2,3,92.161,8-69.727632.915,8461.626,7700.95319.621,2,3,376.001,4,5,-344.831,2,3,376.001,7258.936,7754.868447.506,7754.

19、86373.5439.59-35.2339.5936.61排架柱设计A轴柱计算，B柱参照A配筋I.设计资料a.截面尺寸：上柱400mm400mm正方形截面下柱工字型截面b=120mm,h=800mm,bf=bf=400mm,hf=hf=150mmb.资料等级：混凝土C30fc=14.3N/mm2钢筋受力筋为2HRB400fy=fy=360N/mm其他均为2HPB300fy=270N/mm计算长度柱高大于8m，设柱间支撑排架平面内：上柱2.03.6=7.2m下柱1.09=9m排架平面外：上柱1.253.6=4.5m下柱0.89=7.2mII.内力a.上柱13单层工业厂房排架设计=0.8=0.8=

20、0.55300bfy1+1+5E0.0033210cusNb=fcbh0b=14.34003650.55=1148.29kN内力表中I-I截面的控制内力均小于Nb，因此属于大偏爱受压，应采纳弯矩较大而轴力较小的状况，经比较采纳该组合M=-66.67kNmN=262.26kNb.下柱因为下柱在长度范围内配筋同样，比较II截面及III截面的控制内力，可看出III截面起控制作用。=14.3(400-120)150+14.31207650.55=1322.6kNbcffc0bN=f（b-b）h+fbhIII-III截面控制内力N均小于Nb，属于大偏爱受压，采纳弯矩较大而轴力较小的情况，采纳内力组合M=

21、376.00kNmM=344.83kNmM=258.93kNmN=754.86kNN=447.50kNN=373.54kNV=39.59kNV=35.23kNV=36.61kN配筋计算（采纳对称配筋）上柱Ms=-66.67kNmN=262.26kNx=N/fcb=262260/(14.3400)=45.852as=70取x=70mme0=Ms/N=66.67103/262.26=254.21mmea=h/30=13.31.0，取c=1.0Ns102=1+1500e(l/h)c=1.29ih0M=sMs=1.2966.67=86.00KNme0=M/N=86.00/262.26=327.92ei

22、=e0+ea=327.92+20=347.92mme=ei+h/2-a=347.92+400/2-35=512.92mme=e-h0+as=512.92-365+35=182.92mm262260182.92A=ANe=ssfy(h0-as)360(365-35)22=403.81mmminbh=0.002400400=320mm2采纳218（As=508.94mm）箍筋采纳620014单层工业厂房排架设计垂直弯矩平面承载力验算l0/b=4500/400=11.25=0.985Nc=(fcA+fyAs)=0.985(14.34002+360508.942)=2614.62kNNmax=262.

23、26kN满足要求。下柱N=fbh=14.3400150=858kNffcf全部组合中N1.0，取c=1.0N12s=1+1500e(l0/h)c=1.31ih0M=sMs=1.31376.00=492.56KNme0=M/N=492.56/754.86=652.52mmei=e0+ea=652.52+27=679.52mme=ei+h/2-a=679.52+800/2-35=1044.52mmNe-fcbx(h0-0.5x)2A=A=992.40mmssfy(h0-as)内力组合Ms=344.83kNmN=447.50kNx=N/f400)=78.23mmcbf=447500/(14.3e0=

24、M/N=770.57mme=h/30=800/30=27mmei=e+e=797.57mmsa0a0.5fAc=c=2.881.0，取c=1.0N10/h)2s=1+1500e(lc=1.22ih0M=sMs=1.22344.83=420.69KNme0=M/N=420.69/447.50=940.09mmei=e+e=940.09+27=967.09mm0a15单层工业厂房排架设计e=ei+h/2-a=967.09+800/2-35=1332.09mm=Ne-fcbx(h0-0.5x)2As=Asfy=1032.32mm(h0-as)内力组合M=258.93kNmN=373.54kNx=N/

25、fcbf=447500/(14.3400)=78.23mm1.0,取c=1.0N12s=1+1500e(l0/h)c=1.23ih0M=sMs=1.23258.93=318.48KNme0=M/N=318.48/373.54=852.60mmei=e0+ea=852.60+27=879.60mme=ei+h/2-a=879.60+800/2-35=1244.6mm=e-h+a=514.6mme0s=Ne2As=Asfy(h0-=731.44mmas)采纳42箍筋采纳620018（As=1018mm）垂直弯矩平面的承载力验算5294Iy=97.0mmA=1.8710mm，Iy=1.75910mm

26、，iy=AL/i=7200/97=74.2?=0.7130N=?(fA+f5cA)=0.713(14.31.8710+36010182)cys=2429.23kNN=447.50kN(Nmax=754.86KN)满足要求。柱配筋图：16单层工业厂房排架设计IV.牛腿计算吊车梁与牛腿关系如图，牛腿面上无水平力作用于牛腿面上的竖向荷载FV=1.2P4P+1.4Dmax=1.247.8+1.4248.64=405.5kNFVS=P4P+Dmax=47.8+248.64=296.44kN牛腿高度验算2ftk=2N/mma=0b=400mm17单层工业厂房排架设计h=400-35+200ctg45=56

27、5mm00.8ftkbh02400565/0.5=723.2VSa=0.8kNF=296.44kN0.5+h0满足要求纵向受拉钢筋的配置：因为竖向力作用点在下柱截面边沿内，则可按构造配筋2Asmaxminbh，(0.45ft/fy)bh=480mm,且纵筋不该少于4根，直径不该小于12mm，2应采纳512（As=565mm）00.3，可不设弯起钢筋，箍筋按构造选配，牛腿上部0范围内水平箍筋的c.因为a/h2h/3总截面面积不该小于承受FV的纵筋总面积的1/2，采纳8100。d.局压验算2A=FVS/0.75fc=296.44/(0.7514.3)=27640mm承压板宽b=A/b=69.1mm

28、b=100mm牛腿节点配筋如图吊装阶段验算排架柱吊装简图：18单层工业厂房排架设计荷载考虑荷载系数1.2，动力系数1.5，重要度0.9q1k=1.50.9250.40.8=10.8kN/mq2k=1.50.9250.187=6.32kN/mq3k=1.50.9250.41=13.5kN/mq4k=1.50.9250.40.4=5.4kN/mq1=1.2q1k=12.96kN/mq2=1.2q2k=7.58kN/mq3=1.2q3k=16.2kN/mq4=1.2q4k=6.48kN/m内力RAK=24.91kN，RCK=60.19kN，MFK=35.27kNm，MCK=49.09kNm，MDK=

29、34.99kNm，RA=29.88kN，RC=72.22kN，MF=42.29kNm，MC=58.9kNm，MD=41.99kNm配筋检验现按平吊验算，截面按双筋截面计算，裂缝同意宽度max=0.3mm，max与s有直接关系，因此一般采纳限制钢筋应力的方法来限制裂缝宽度，2s一般为240N/mm。下柱跨中：MF=42.29kNmMFK=35.27kNmh0=765mmsM2A=160.92mmfy(h0-as)2已配418（As=1018mm）满足。19单层工业厂房排架设计MFK6=35.27102s，满足。s=52.06N/mm0.87h0As0.877651018下柱牛腿处：MC=58.9

30、kNmMCK=49.09kNmh0=765mmAs=M=224.12mm2fy(h0-as)已配4218（As=1018mm）满足。v6s=MCK=49.0910=72.45N/mm2s，满足。0.87h0As0.877651018上柱牛腿处：MD=41.99kNmMDK=34.99kNmh0=365mmsM2A=353.45mmfy(h0-as)已配2182）满足。（As=508.94mm6MDK34.99102s=216.49N/mms，满足。VI.柱中吊环设计R=24.91kNN=R/(1.50.9)=18.45kNAKAKAKR=60.19kNN=R/(1.50.9)=44.58kNC

31、KCKCK吊环采纳I级钢筋，取s=50N/mm2按上图示处部署吊环，每个吊环承受的力为N=N/2=9.22kNN=N/2=22.29kNAAKCCKSAAs=9.22103/100=92.2mm2s2A=N/2选配112（A=113mm）ASC=NC/2s=22.910322/100=222.9mm选配118（As=254mm）A处每个吊环用112，C处每个吊环用118弯成。排架柱模板和配筋图（见附图）20单层工业厂房排架设计21单层工业厂房排架设计22单层工业厂房排架设计3柱下单独基础基础设计参数柱下单独杯形基础，基础顶面标高-0.60m，基底标高-1.80m，柱截面尺寸为400mm800mm。天然地面下1.2m处（标高-1.35m）为老土层，修正后的地基承载力为120kN/m2,常年均匀地下水位于地面下1.3m处（标高-1.45m），土及基础均匀重度m=20kN/m3,基础采纳222100厚素混凝土垫C20，ft=1.10N/mm，fc=9.6N/mm，HPB300钢筋，fy=270N/mm，基础采纳层。荷载III-I