单层工业厂房设计

1、厂房平、剖面布置及结构构件选型(一 ) 厂房平面设计1、构件选型及布置1）吊车梁2）基础梁3）柱间支撑4）抗风柱5）厂房剖面设计（二）排架柱设计1、计算简图2）确定柱截面尺寸3）计算主界面几何特征2、荷载计算1）屋盖荷载2）上柱自重 P23）下柱自重 P34）吊车梁、轨道、垫层自重P43、吊车荷载1）吊车竖向荷载 D max,k Dmin,k吊车横向水平荷载 Tmax,k4、风荷载（1）作用在柱上的均布荷载(2) 作用在柱顶的集中风荷载FW(三 ) 内力分析恒荷载的计算简图可以分解为两部分：作作用在柱截面形心的竖向李和偏心力矩。屋面活载作用下的内力分析吊车竖向荷载作用下的内力分析4)吊车水平荷

2、载作用下的内力分析.厂房平、剖面布置及结构构件选型(一 ) 厂房平面设计厂房的平面设计包括确定柱网尺寸、排架柱与定位轴线的关系和设置变形缝。柱距为 6 米，横向定位轴线用1,、2.表示，间距取为6 米；纵向定位轴线用（A ）,(B) ，（C）表示，间距取等于跨度，即（A ） (B)(C) 轴线的间距均为18 米。为了布置抗风柱，端柱离开（内向）横向定位轴线600mm，其余排架柱的形心与横向定位轴线重合。(B) （C）跨的吊车起重量小于20t 时，（ C）列柱出不采用封闭结合，纵向定位轴线列采用非封闭结合，初步取联系尺寸D=150mm 。是否采用非封闭结合以及联系尺寸取多大， 需要根据吊车外缘与

3、上柱内缘的净空气尺寸B2确定.B2= -（B 1+B 3）应满足：B280mmQ50t100mmQ75t其中 吊车轨道中心线至柱纵向定位轴线的距离，一般取750mm;B1 吊车中心线至桥身外缘的距离，对于10t,16t,20t 和 32t 吊车（大连起重机厂“ 85 系列”）分别为 230mm,260mm,260mm,300mm;B3 是上柱内缘至纵向定位轴线的距离，对于封闭结合等于上柱截面高度，对于非封闭结合等于上柱截面高度减去联系尺寸D。假定上柱截面高度为 400mm ，则对（ A ）列柱B2=750-300+(400-150)=200mm80mm,满足要求对（ C）列柱B2=750-（

4、230+400） =120mm80mm, 满足要求对于高等排架， 中柱上柱截面形心与纵向定位轴线重合， 吊车架外缘与上柱内缘的净空尺寸能满足要求。厂房长度 66m ，小于 100m,可不设伸缩缝。1、构件选型及布置构件选型包括屋面板、天沟板、屋架（含屋盖支撑） 、吊车梁、连系梁、基础梁、柱间支撑、抗风柱等。1）屋面构件（ 1）屋面板和嵌板屋面板的型号根据外加屋面均布面荷载（不含屋面板自重） 的设计值， 查 92G410（一）。当屋架斜长不是屋面板宽1.5m 的整数倍时，需要布置嵌板，嵌板查92G410（二）。荷载：二毡三油防水层1.2 0.35=0.42KN/m 220mm 厚水泥砂浆找平层2

5、1.20.02 20=0.48KN/m屋面均布活载（不上人）1.4 0.5=0.70KN/m 2取较大值雪载1.41.0 0.4=0.56KN/m 2小计1.60KN/m 2采用预应力混凝土屋面板。根据容许外加均布荷载设计值1.60KN/m2,查附表 1-5，中部选 用 Y-WB-1 11端部选用Y-WB-1 11S, 其 容许外加荷 载 1.99KN/m 2 1.60KN/m 2 。 板自重1.40KN/m 2 。嵌板采用钢筋混凝土板，查表 1-2，中部选用 KWB-1 ，端部选用 KWB-1S ，其容许外加荷载 3.35KN/m 21.60KN/m 2,板重 1.70KN/m 2。（2）天

6、沟板党务面板采用有组织排水时，需要布置天沟。 对于单跨， 既可以采用外天沟，也可以采用内天沟；对于多跨，内侧只能采用内天沟。天沟的型号根据外加均布线荷载设计值查92G410( 三 )。计算天沟的积水荷载时，按天沟的最大深度确定。同一型号的天沟板有三种情况：不开洞、开洞和加端壁。 在落水管位置的天沟板需要开洞，分左端开洞和右端开洞，分别用“ a”、“ b”表示。厂房端部有断壁的天沟板用“ sa”、“sb”表示。外天沟荷载：焦渣混凝土找坡层1.2 1.5 0.77=1.39KN/m二毡三油防水层1.2 0.350.77=0.32KN/m20mm 厚水泥砂浆找平层1.2 0.0220 0.77=0.

7、37KN/m积水荷载1.4 10 0.13 0.77=1.40KN/m取较大值屋面均布活载1.4 0.5 0.77=0.54KN/m小计3.48KN/m差附表 1-6，一般天沟板选用TGB77-1 ，开洞天沟板选用TGB77-1a 或 TGB77-1b, 端部为 TGB77-1Sa 或 TGB77-1Sb, 容许外加荷载4.13KN/m3.48KN/m, 自重 2.24KN/m 。同理可求的内天沟板荷载设计值2.81KN/m, 由附表 1-6，一般天沟板选用TGB62-1 ，开洞天沟板选用 TGB62-1a或 TGB62-1b ，端部为 TGB62-1Sa或 TGB62-1Sb, 容许外加荷载

8、3.16KN/m2.81KN/m, 自重 2.06KN/m 。2）屋架及支撑屋架型号根据吴面面荷载设计值、天窗类别、 悬挂吊车情况及檐口形状选定。跨度较小时可采用钢筋混凝土折线型屋架，查95GB314 ；跨度较大时可采用预应力混凝土折线型屋架，查 95G414 。本例不设天窗（类别号为a），檐口形状为一端外天沟、一端内天沟，代号为D。屋面荷载：屋面板传来的荷载1.60KN/m屋面板自重1.21.4=1.68KN/m灌缝重1.20.1=0.12KN/m小计3.40KN/m18m 跨采用预应力混凝土屋架，中间选用YWJ18-1Da ；两端选用 YWJ-18-1Da。容许外加荷载 3.5 KN/m

9、23.28 KN/m 2,自重 67.6KN 。对于非抗震及抗震设防烈度为6、 7度，屋盖支撑可按附图1-11-4 布置。当场房单元不大于 66M 时，在屋架端部的垂直支撑用CC-1 表示，屋架中部的垂直支撑用CC-2 表示；当场房单元不大于66m 时，另在柱间支撑处的屋架端部设置垂直支撑CC-3B 。屋架端部的水平系杆用 GX-1表示；屋架中部的水平系杆用GX-2 表示。屋架上悬横向水平支撑用SC表示； 当吊车起重量较大、 有其他振动设备或水平荷载对屋架下弦产生水平力时，需设置下弦横向水平支撑吗， 下弦横向水平支撑用XC 表示。当场放射支托架时，还需布置下弦纵向水平支撑。本例不需要设纵向水平

10、支撑。3）吊车梁吊车梁型号根据吊车的额定起重量、吊车的跨距 （L k=L-2 ）以及吊车的荷载状态选定，其中钢筋混凝土吊车梁可查95G323、先张法预应力混凝土吊车梁可查95G425、后张法预应力混凝土吊车梁可查95G426 。对 18m 跨厂房，吊车起重量为32t，中级载荷状态， L k=18-2 0.75=16.5m ，采用混凝土吊车梁。查附表 1-4，中间跨选用DL-11Z ，边跨选用 DL-11 。梁高 1200mm,自重 39.98KN 。4）基础梁基础梁型号根据跨度、墙体高度、有无门窗洞等查93G320。墙厚 240mm，突出于柱外。由附表1-8，纵墙中间选用 JL-3 ，纵墙边跨

11、选用 JL-15；山墙 6m 柱距选用 JL-14 ，山墙 4.5m 柱距选用 JL-23 。5）柱间支撑柱间支撑设置在（ 6），（ 7）轴线之间，支撑型号可查表 97G336 。首先根据吊车起重量、柱顶标高、牛腿顶标高、吊车梁顶标高、上柱高、屋架跨度等查出排架号，然后根据排架号和基本风压确定支撑型号。6）抗风柱抗风柱下柱采用工字型截面，上柱采用矩形截面。 抗风柱的布置需考虑基础梁的最大跨度。 18m 跨的抗风柱沿山墙等距离布置，间距为6m。对于有吊车厂房， 除除在檐口或窗顶设置圈梁外，尚义在吊车梁标高处增设一道，外墙高度大于 15m 时，还应适当增设。圈梁与柱的连接一般采用锚拉钢筋2 102

12、 12。现在 4.8m 、7.8m 和 10.86m 标高处设三道圈梁，分别用QL-1 、 QL-2 、QL-3 表示。其中柱顶圈梁可代替连系梁。圈梁截面采用240 240mm,配筋采用4 12、 6200。圈梁在过梁处地配筋应另行计算。3、厂房剖面设计剖面设计的内容是确定厂房的控制标高，包括牛腿顶标高、柱顶标高和圈梁的标高。牛腿顶标高等于轨顶标高减去吊车梁在支撑处的高度和轨道及垫层高度，必须满足300m 的倍数。吊车轨道及垫层高度可以取0.2m。为了使牛腿顶标高满足模数要求，轨顶的实际标高将不同于标志标高。规范容许轨顶实际标高之间有200mm 的差值。柱顶标高 H= 吊车轨顶的实际标高HA

13、+吊车轨顶至桥架顶面的高度HB+空隙 H C。其中，空隙 HC 不应小于 220mm；吊车轨顶至桥架顶面的高度H B 可查 95G323。柱顶标高同样需要满足 300mm 的倍数。由工艺要求，轨顶标志高度为7.8m。对于 18m 跨：取柱牛腿顶面高度为 6.6m 。吊车梁高度1.2m，吊车轨道及垫层高度0.2m，则轨顶构造高度，HA =6.6+1.2+0.2=8.0m 。构造高度 -标志高度 =8.0-7.8=0.2m ，满足 200mm 差值的要求。差 附 表1-1，吊车轨顶至桥 架顶 面的高 度H B =2.347m ， 则H=H A +H B+H C=8.0+2.347+0.22=10.

14、57m 。为满足模数要求，取H=11.1m 。（二）排架柱设计1、计算简图对于没有抽住的单层厂房， 计算单元可以取一个柱距，即 6m。拍架跨度取厂房的跨度，上柱高度等于柱顶标高减去牛腿顶标高。下柱高度从牛腿顶算至基础顶面，持力层（基底标高）确定后，还需要预估计出高度。 基础顶面不能超出室外地面，一般低于地面不少于 50mm。对于边柱， 由于基础顶面还需要放置预制基础梁，所以排架柱基础顶面一般应低于室外地面500mm。为了得到排架柱的截面几何特征，需要假定柱子的截面尺寸。从刚度条件出发，可按教材表 2-3 选取。1)确定柱子各段高度基底标高为 -2.0m ，初步假定基础高度为 1.4m；则柱总高

15、度 H=11.1-（ -2.0）-1.4=11.7m ；柱高度 H u=11.1-6.6=4.5 ；下柱高度 H l=11.7-4.5=7.2m 。2）确定柱截面尺寸下柱截面高度，根据吊车起重量级基础顶面至吊车梁顶的高度H k，由表 2-3，当 Q=20t时： hH k/11=8400/11=763.64m, 取 780m。下柱截面宽度，根据顶面至吊车两地的高度H1，由表 2-3，b H l/20=7200/20=360, 且400mm,(A) 列柱下段截面采用I 形， b=400mm 、 h=780mm ，上柱截面采用正方形b=h=400mm ；（B ）列柱下段柱截面采用I 形， b=400

16、mm ，h=780mm ，上柱截面采用矩形 b=400mm ，h=600mm ；（ C）列柱下段柱截面采用I 形， b=400mm ， h=780mm ，上柱截面采用正方形 b=h=400mm 。个柱下段截面的详细尺寸见图。3）计算主界面几何特征个柱截面的几何特征见表1。表 1截面几何特征柱号A 柱B 柱C 柱上柱下柱上柱下柱上柱下柱截面尺寸正 方 形工 字 形矩形 400工 字 形正 方 形工字形 400（ mm）400400 600400400 400780400780780100100100面积A160.0145.5240.0145.5160.0145.5103mm2）惯性矩213372

17、002133I(10 6mm4)每米长重量 G4.003.646.003.644.003.64KN/m ）2.荷载计算排架的荷载包括恒荷载、屋面活荷载、吊车荷载和风荷载。荷载均计算其标准值。1） 恒载恒载包括屋盖自重、上柱自重、下柱自重、吊车梁及轨道自重。（1）屋盖荷载面荷载：防水层、找平层等0.35+0.4=0.75KN/m 2屋面板自重1.40 KN/m 2屋面板灌缝0.10 KN/m 2小计2.25 KN/m 2外天沟板线荷载：找坡等1.16+0.27+0.31=1.74 KN/m 2TGB77-1 自重2.24 KN/m 2小计3.98 KN/m 2内天沟线荷载：找坡等1.40 KN/

18、m 2内天沟板自重2.02 KN/m 2小计3.42 KN/m 2集中荷载：18m 跨屋架自重屋架作用在柱顶的恒荷载标准值：柱： P1A =2.25 6 18/2+3.98 6+0.5 67.6=179.2KN柱： P1B=2 (2.25 6 18/2+3.42 6+0.5 67.6)=351.6KN柱： P1C=2.256 18/2+3.8 6+0.5 67.6=178.1KNP1 作用点与纵向定位轴线的距离为150mm ，（2）上柱自重P2A 柱： P2A =4 4.5=18KNB 柱： P2B=6 4.5=27KNC 柱： P2C=18KN（3）下柱自重P3下柱大部分截面为 I 形，但牛

19、腿部位是矩形截面。 假假定矩形截面的范围为自牛腿顶面下 1400mm 及基础顶面以上 1100mm。近似忽略牛腿的重量。柱： 3.64(7.2-1.4-1.1)+0.9 0.425 (1.4+1.1)=39.608KN柱： 39.608KN柱： 39.608KN4）吊车梁、轨道、垫层自重P4取轨道及垫层自重为0.8KN/m 。A 柱： P4A =0.8 6+39.98=44.8KNC 柱： P4C=0.8 6+27.64=32.4KN44.8=89.6KNB 柱： 18m 跨传来的荷载 P4B =2P4B=2P4 的作用点离纵向定位轴线的距离为750mm 。2)屋面活荷载 P5屋面活荷载取屋面

20、均布活载和雪荷载两者的较大值0.5KN/m 2A 柱： P5A =(18 60.5)/2+0.77 6 0.5=29.3KN柱： P5B =2P5B=2(18 6 0.5)/2+0.62 6 0.5=57.8 KN柱： P5C=(15 6 0.5)/2+0.77 6 0.5=24.8KNP5 作用位置同P1。3）吊车荷载1）吊车竖向荷载 D max,k Dmin,k从产品目录查得吊车基本尺寸和轮压，列于表2.起 重吊车桥距轮 距 K吊车总重量 Q(t)吊 车 跨B （ mm）（ mm）（ G+g）度 L k(m)小车重最大轮压最小轮g(t)Pmax(KN)压Pmin(KN)20表中 Pmin=

21、0.5(G+g+Q)-P max吊车竖向荷载Dmax、 Dmin 根据两台吊车作用的最不利位置用影响线求出。D max、 Dmin的计算简图见图9。图中两台之间的最小轮距x=(B 1-K 1)/2+(B 2-K 2)/2。对对应于轮子位置影响线的高度 y2、 y3、 y4 可利用几何关系求的。18m 跨两台吊车相同，均为20t 吊车， P1max= P2max=，P1min= P2min =；x=(6640-4650)/2+(6640-4650)/2=1990mmy2=(6-4.65)/6=0.225 ， y3=(6-1.9)/6=0.683； ，y4=0。Dmax,k= P1max (y1+

22、y 2)+P2max (y3+y 4)= D min,k = P1min (y 1+y 2)+P2min (y3+y 4)=(1+0.225+0.683+0)=(1+0.225+0.683+0) =KNKN(2) 吊车横向水平荷载T max,k18m 跨，吊车额定起重量16t Q 50t,吊车横向水平荷载系数=0.1, 每个大车轮产生的横向水平制动力为T= (G+ Q)/4=T 的最不利位置同Pmax，故Tmax,k =T （1+0.225+0.683+0)=Tmax 作用点的位置在吊车梁顶面。4）风荷载该地区基本风压W 0=0.7KN/m 2,地面粗糙度为B 类。（1）作用在柱上的均布荷载柱

23、顶标高 11.1m，室外地面标高 -0.35，则柱顶离室外地面高度为 11.1-（ -0.3） =11.4m ，查表 1-10，风压高度系数 z=1.039。从表 1-11，可查得风荷载体型系数 s，标于图 10。单层工业厂房， 可不考虑风振系数，取 z=1。q1= s z z W0B=0.8 1.039 1.0 0.356=1.75 KN/m q2= s z z W0B=-0.4 1.039 1.00.35 6= -0.87 KN/m(2) 作用在柱顶的集中风荷载FW作用在柱顶的集中风荷载FW 由两部分组成：柱顶至掩口竖直面上的风荷载FW1和坡屋面上的荷载 FW2(见图 11)，其中后者的作

24、用方向垂直于屋面，因而是倾斜的，需要计算其水平方向的分力（竖向分力在排架分析中一般不考虑）为了简化，确定风压高度系数时，可统一取屋脊高度。屋脊高度 =柱顶高度 +屋架轴线高度（屋脊处）+上、下弦杆截面增加高度+屋面板高度。对于 18m 跨： H=11.4+(2.65+0.15+0.12)+0.24=14.56m ， z=1.128。柱顶至檐口的高度 =屋架轴线高度（端头处） +上、下弦杆截面增加高度 +天沟板宽度；坡屋面高度 =屋脊高度 -柱顶高度 -柱顶至檐口的高度。FW1=0.8 1.128 10.35 (1.18+0.27+0.4)6=3.51KN( )FW1 6=1.78KN( )=0

25、.4 1.128 1 0.35 (1.23+0.27+0.4)FW2=(-0.6+0.5) 1.128 10.35 (14.56-11.4-1.85) 6=-0.31KN( )FW2 1.118 1 0.35 (14.2-11.4-1.9)6=0=(-0.4+0.4) )FW = FW1+ FW1 + FW2 +F W2 =3.51+1.78-0.31=4.98KN(同理可求的又吹向左风( )迎风面和背风面地q1、 q2 大小相等、方向相反。Fw=0.8 1.118 1 0.35 (1.23+0.27+0.4) 6+0.4 1.128 1 0.35 (1.18+0.27+0.4)6+(-0.6+0.5) 1.1181 0.35（ 14.2-11.4 -1.9 ） 6+0=5.11KN( )(三 ) 内力分析在计算简图中，上柱的计算轴线取为上柱的截面形心线，下柱的计算轴线屋为下柱的截面形心线。 下面计算时弯矩和剪力的符号按照下述规则： 弯矩以顺时针方向为正； 剪力以使构件产生顺时针方向转动趋势为正；轴向力以压为正。各柱的抗剪刚度计算结果见表3表 3 柱的抗侧刚度及剪力分配系数项n=I u/I l=H u/H3DC0Ec IlDi目CH3i13 ( n11)30D jj 1A4.5/11.7=0.385柱B0.385柱C0.385柱1)恒荷载