毕业设计(论文)单层双跨工业厂房结构设计

1、混凝土单层工业厂房结构设计学生XX：XXXXXX学号：XXXXXXXXXXX班级：XXXXXX专业：土木工程指导教师：XXXXXX概述单层厂房指层数仅为一层的工业厂房，适用于生产工艺流程以水平运输为主，有大型起重运输设备及较大动荷载的厂房，如机械制造工业、冶金工业和其他工业等。单层厂房的骨架结构，由支撑各种竖向的与水平的荷载作用的构件所组成。厂房依靠各种结构构件合理连接为一整体，组成一个完整的结构空间以保证厂房的坚固、耐久。我国广泛采用钢筋混凝土排架结构和钢架结构，通常由横向排架、纵向联系构件、支撑系统构件和围护结构等几部分组成。单层砖柱厂房具有选价低廉、构造简单、施工方便等优点，在中小型工业

2、厂肩中得到广泛应用，但单层厂房的端墙(山墙)受风面积较大，内部空间要求、厂房屋顶面积、荷载等均较大，构造复杂，如何进行有效的荷载效应组合、选取最不利内力组合，作为柱及基础的设计依据，将是本文要重点解决的问题。关键词：内力组合；偏心受压；钢筋；混凝土目录前言1设计条件与资料121.1建筑物基本条件21.2设计资料21.3设计要求32.确定柱的截面尺寸33.荷载计算44.排架的内力分析75.排架的内力组合166.柱的截面设计167.柱的吊装验算208.基础的设计229.绘制施工图28参考文献32致谢33北华航天工业学院课程设计单层工业厂房前言单层厂房的结构特点大致可分为砌体结构、混凝土结构和钢结构

3、。一般情况下，无吊车或吊车吨位不超过5t，其跨度在15m以内，柱顶标高在8m以下，无特殊工艺要求的小型厂房，可采用由砖柱、钢筋混凝土屋架或木屋架或轻钢屋架组成的砌体结构；当吊车吨位在250t以上或跨度大于36m的大型厂房，或有特殊工艺要求的厂房（如设有10t以上锻锤的车间以及高温车间的特殊部位等），一般采用钢屋架、钢筋混凝土柱或者是全钢结构，其他大部分厂房均可采用混凝土结构。单层厂房结构一般由屋盖结构、排架结构、支撑系统、吊车梁、围护结构和基础等组成。它比较容易组织生产工艺流程和车间内部运输，地面上能够放置较重的机器设备和产品，所以其在工业建筑设计中得到广泛的应用。近年来，单层厂房的设计越来越

4、重视设备节能,充分利用自然通风,利用自然采光,发展节能省地型工业厂房；运用生态学中的共生与再生原则，结合自然，保护环境，防止污染，发展具有良好生态循环系统的现代工业厂房；利用高科技材料，发展更具灵活性、通用性和多样化的工业厂房。由于水平所限，时间仓促，文中一定存在缺点和不足，甚至错误，恳请老师批评指正。1北华航天工业学院课程设计设计条件与资料1.1建筑物基本条件某金工车间为两跨等高厂房，跨度均为24m，柱距均为6m，车间总长度66m。每跨设有20/5t吊车各两台，吊车工作级别为中制，轨顶标高为9.6m，基础顶面标高为-0.8m，厂房无天窗，建筑剖面简图如图1所示。图1厂房剖面示意图1.2设计资

5、料2（1）荷载:屋面均布活荷载标准值为0.7KN/m。柱:混凝土C30;纵筋HRB335级;箍筋采用HPB235级。基础:混凝土C30;钢筋HPB235级。型钢及预埋件铁板用HRB335、HPB235级钢筋。（3）建筑构造屋面:卷材防水屋面,其做法如下:两毡三油防水层上铺小石子:0.35KN/m2。20mm厚水泥砂浆找平层:200.02=0.4KN/m2。100mm厚水泥珍珠岩制品保温层:50.1=0.5KN/m2。一毡两油隔气层:0.05KN/m2。20mm厚水泥砂浆找平层:200.02=0.4KN/m2。预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝)荷载标准值1.4KN/m2。屋盖钢支撑荷载标准值为0

6、.05KN/m2,屋架自重标准值106KN/榀,坡度:1:6。墙体用240mm厚双面清水维护砖墙;钢窗宽度3.6m,纵墙上窗洞高2400mm。地面:室内素混凝土地面,室内外高差150mm。（4）吊车:Q20/5t桥式吊车,软钩,中级工作制。吊车梁:先X法预应力混凝土吊车梁,梁高1.2m,自重44.2kN个。吊车轨道联结:轨道及连接件自重1KN/m2。2北华航天工业学院课程设计吊车荷载:最大轮压pkmax=215KN。最小轮压pkmin=45KN。小车总重g=75KN。大车宽B=5550mm。轮距K=4400mm。（5）工程地质及水文条件该场地地面粗糙度为B类，地形平整,无滑坡,无液化土层等不良

7、地质现象。地层自上而下为填土层:厚度约为0.5m。砂质粘土:厚度约为2.0m,f=200KN/m2。卵石:中密,厚度约为57m,f=600KN/m2。基岩:表层中度风化。地下水位在地面7m以下,设计时不考虑地下水的影响，也不考虑抗震设防。（6）气象资料:基本风压为0.35KN/m2,基本雪压为0.2KN/m2。1.3设计要求（1）确定柱截面尺寸；（2）荷载计算；（3）分析排架内力；（4）柱、牛腿配筋计算；（5）编制荷载、内力计算说明书；（6）根据计算结果绘制排架柱结构施工图；（7）柱下基础的设计及其配筋；（8）绘制柱下基础施工图；确定柱的截面尺寸Q=（1520）t,中级工作制，Hk=9.6+0

8、.8=10.5m。上柱:矩形:500mm500mm面积:Au2.5105mm2惯性矩:Iu150050035.2109mm412下柱高：h0.95HK10.50.950.83m，取h900mm1212宽：bH10.959.30.950.44m,取b500mm2020下柱:工字型bfhhfb500900150150Al150900(175150)17542.487105mm222Il150090031350550321350255502252.481010mm41212223柱截面尺寸见图2。排架计算简图见图3。3北华航天工业学院课程设计下柱上柱图2柱截面尺寸图排架计算简图注：下柱的高度取牛腿顶

9、至基础顶面处8.4荷载计算恒载屋盖自重:两毡三油防水层上铺小石子:0.352（KN/m）20mm厚水泥砂浆找平层:200.02=0.4（KN/m2）100mm厚水泥珍珠岩制品保温层:50.1=0.5（KN/m2）一毡两油隔气层:0.05（KN/m2）20mm厚水泥砂浆找平层:200.02=0.4（KN/m2）预应力大型屋面板1.4（KN/m2）合计3.1（KN/m2）屋架自重:106（KN/榀）则作用于屋顶的屋盖结构自重为4北华航天工业学院课程设计GA1GB1GC11.23.11246106331.44KN22柱自重：上柱：GA2GB2GC21.2253.90.2529.25KN下柱：GA3G

10、B3GC31.2259.30.2467KN上式中的系数1.05为考虑柱牛腿处及柱根部矩形部分的重量。吊车梁、轨道及轨道联结件自重:GA4GB4GC41.244.21660.24KN各柱恒载的作用位置见图4。屋面活荷载屋面均布活荷载标准值为0.7KN/m2。雪荷载SS1.40.20.28KN/m20.5KN/m2rr0屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑.故屋面荷载为QAQBQC1.40.7124670.56KN2其作用位置与屋盖自重的位置同。吊车荷载每跨设20t的吊车各2台,中级工作制,吊车的主要参数如下:轮距:K=4.44m;大车宽:B=5.55m；小车重:g=75KN；最大轮压:pkmax=2

11、15KN；最小轮压:pkmin=45KN图5是在2台10t吊车作用下,吊车梁的支座反力影响线。图4柱恒载的作用位置5北华航天工业学院课程设计图5吊车梁的支座反力影响线吊车的竖向荷载DmaxQPimaxKyi=0.91.4215(0.26710.8080.075)582.4KNDminQPimaxKyi=0.91.445(0.26710.8080.075)121.9KNDmax,Dmin的作用位置同吊车梁轨道及轨道联结件自重的作用点。吊车的横向水平荷载由于额定起重量在1650t之间,取=10%,则1(Qg)10.1(20075)6.88KNTK44TmaxQTiKyI0.91.46.88(10.

12、2670.8080.075)18.6KN其作用位置在吊车梁的顶面处。风荷载基本风压:0=0.35KN/m2,市郊地面粗糙度按B类考虑,查得风压高度变化系数:柱顶标高12.3m处：檐口标高15.2m处：zz1.061.14查得风荷载体型系数s,如图6所示,则作用于排架上的风荷载设计值为:左风图6风载体型系数6北华航天工业学院课程设计q1QZSZ0B1.41.00.81.060.3563.23KN/m()q2QZSZ0B1.41.00.41.060.3561.25KN/m()其中B为排架的计算宽度.风荷载作用的示意图及排架计算简图见图7(a)、(b)。作用在柱顶处的风荷载集中力:FWQZZ0Bsi

13、hi1.41.01.140.356(0.80.4)2.9(0.60.50.40.4)2.210.9KN左风檐口标高15.2m柱顶标高12.3m（）)7（a）风载作用下的示意图；（b）风载作用下的计算简图排架的内力分析剪力分配系数的确定因边柱和中柱的截面相同,则IU5.2109Hu3.9nIl2.4810100.21H13.20.3因各柱的抗侧移刚度相同,则各柱的剪力分配系数相同1ABCui113ui恒载作用下排架的内力恒载作用下排架的计算简图见图8。MA1MC1GA10.1331.440.133.14(KNm)MA2MC2(GA1GA2)0.2GA40.3(331.4429.25)0.260.

14、240.354KNmn=0.21,=0.3查单阶柱柱顶反力系数表得,各柱不动铰支承的支反力为A列柱:RCMA11.8333.144.6KN()11H13.2R2C3MA21.25545.1KN()H13.27北华航天工业学院课程设计RAR1R24.65.19.7KN()图8恒载作用下排架的计算简图列柱:柱顶不动铰支反力同A柱,方向相反RC9.7()列柱:RB0则排架柱柱顶不动铰支座的总反力为RRARBRC0最终分配到各柱柱顶的剪力分别为：VB0VARA09.7KN()VCRC09.7KN()(a)M图（KNm),柱底V/(KN)(b)N图(KN)图9恒载作用下排架内力图恒载作用下排架弯矩图、轴

15、力图,如图9所示。屋面活荷载作用下排架的内力8北华航天工业学院课程设计屋面活荷载作用于AB跨时的计算简图(作用于BC跨时与其对称),见图10。MMMA1QA0.170.560.17.06KNmA2QA0.270.560.214.1KNmB1QB0.170.560.1510.6KNm图10屋面活载作用于AB跨排架的计算简图n=0.21,=0.3查单阶柱柱顶反力系数表得,各柱不动铰支承的支反力为A列柱:RCMA11.837.060.98KN()11H13.2R2C3MA21.2514.11.34KN()H13.2RAR1R22.32KN()B柱列:R1C1MB11.8310.61.47KN()H1

16、3.2RBR11.47KN()排架柱顶不动铰支座总反力为RARB2.321.473.79KN()反方向作用于柱顶最终分配到各柱柱顶剪力分别为VA2.3213.791.06KN()VB1.4713.790.2KN()133VC3.791.26KN()Vi003屋面活荷载作用于AB跨时排架的弯矩、轴力图见图11。其他荷载作用下排架的内力同理可得其他荷载作用下排架的内力,计算结果列于表1。9北华航天工业学院课程设计(a)M图(kNm),柱底V(kN)(b)N图(kN)图11屋面活载作用于AB跨排架的内力图其余荷载作用下的计算简图及排架的弯矩、轴力图见图1221。表1荷载作用下排架的内力分析结果柱上力

17、矩各柱柱顶不动铰支总反分配到各柱顶最后荷载承力反力/KN力/KN剪力/KN/(KNm)RARBRCRVAVBVC吊车竖向荷载作MA2=174.7(12.71.9用于AB跨Dmax作)16.58.75.614.60（用于A列柱MB2=91.4()（）()()）(BC跨与其对称)吊车竖向荷载作MA2=36.6(28.7用于AB跨Dmin作)3.541.437.916.112.60（用于A列柱MB2=436.8()（）（）()()）(BC跨与其对称)吊车水平荷Tmax作Tmax=18.6KN(11.911.923.8448用于AB跨向右(向吊车梁取0（()()()()()左时与其对称)1.2m)）风

18、荷载作用下左Fw=10.9KN155.831.74.410.64.5来风(右来风时与q1=2.3KN/m0(（()()()其对称)q2=1.25KN/m)）注:RRARBRC在各种荷载作用之下,A柱和B柱的内力图及控制截面内力汇总于表2和表3。10北华航天工业学院课程设计单层工业厂房MA1=174.7MB2图12吊车竖向荷载作用于AB跨，Dmax作用于A列柱排架的计算简图（单位：kNm)（BC跨与其对称）117.856.949.580.67.4582.4121.932.737.525.114.612.71.9(a)M图(kNm),柱底V(kN)(b)N图(kN)图13吊车竖向荷载作用于Dmax

19、作用于A列柱排架内力图AB跨，A2=36.6MB2=436.8M14吊车竖向荷载作用于AB跨，Dmin作用于A列柱排架的计算简图（单位：kNm)（BC跨与其对称）11北华航天工业学院课程设计62.8111.9258.249.126.2121.9582.4175.98.7166.316.128.712.6(a)M图(kNm),柱底V(kN)(b)N图(kN)图15吊车竖向荷载作用于AB跨，Dmin作用于A列柱排架的内力图（单位：kNm)（BC跨与其对称）吊车梁顶面TmaxTmax=18.6kN图16吊车水平荷载Tmax作用于AB跨向右时柱排架的计算简图（向左时与其对称）10.810.86.76.

20、731.2142.5142.5105.64.04.08.0图17吊车水平荷载Tmax作用于AB跨向右时柱排架的M图（向左时与其对称）（单位：kNm)柱底V（kN）12北华航天工业学院课程设计10.810.831.26.76.7105.6142.5142.58.04.04.0图19吊车水平荷载Tmax作用于BC跨向右时柱排架的M图柱底V（kN）Fw=10.9KNmm/NNKK5322.13=12qq图20左来风时排架的计算简图（右来风时与其对称）7.441.314.4223.3139.9168.34.410.64.5图21左来风时排架的M图（kNm）柱底V（kN）（右来风时与其对称）13北华航天

21、工业学院课程设计单层工业厂房14北华航天工业学院课程设计15北华航天工业学院课程设计排架的内力组合在各种荷载作用下,对边柱和中柱进行最不利内力组合.其中未考虑厂房的整体空间的作用.A柱加B柱的内力组合结果见表4和表5。表4A柱的内力组合+Mmax及相应-Mmax及相应的Nmax及相应的Nmin及相应截内的N、V、V、的M、VNMV面力组合项数组合项数组合项数值组合数值值值项M88-28-28.88.5+0.95+0.9+0.9-+0.9+0.8(+0.8(+306424+424.306.N+)+.7.2)+27+M110-35+0.9.9-+0.9+0.9+0.8(+0.8(+0.8(8405

22、72+)+)+N.2.2)+M501-14.57-+0.9487+0.9+661+0.9N+.9+.1+V+28.+-11+6.590.329.6+0.9+420.7+98.86501.5+0.9487.1076+9+-10.28.61表5B柱的内力组合+Mmax及相应-Mmax及相应的Nmax及相应的Nmin及相应截面内的N、VN、VM、V的M、V力数组合组合项组合项数值组合项数值数值值项M152-152143.143.-+0.9.8+0.9+.8+0.9+9+0.99+726+726.+662.N+.4+4+790+9M284-284275.41.3-+0.9.4+0.9+.4+0.9+6

23、+134+752.N13401404+0+316北华航天工业学院课程设计M294-294287.140+0.9.6.64+0.9139+0.9+819.-N13901453+0.8(0+0.8(+3+)+0.8(+-5.)+V)+5.810.68-5.6+注:1）组合Nmax及Nmin中,M的绝对值相等.因柱为对称配筋,所以表中的M只取了正.2）表中0.8为参与组合的吊车竖向荷载为4台时的荷载折减系数。根据荷载规X,荷载效应的基本组合有两种.一种由可变荷载效应控制的组合;一种由永久荷载效应控制的组合.单层厂房中排架的内力通常由第一种组合控制。柱的截面设计选取控制截面的最不利内力大偏心受压和小偏

24、心受压界限破坏时的轴压Nb力为:A、B柱:上柱:Nb1fcbbh0114.35000.554601809KN下柱:Nb1fcbbh0(bfb)hf1.014.31500.55860(500150)1765.3KN(取s=40mm)柱组合后的内力值均为大偏心受压对大偏经比较,A、B柱的所有N510.2515.6510.2515151.03.641.02.71.01.281.0取1.0取1.0取1.0取1.00.991.050.991.052.51.232.71.35977.51711.3850736.718北华航天工业学院课程设计N42.82as68.22as(mm)1fcbf取80hfAsAs

25、(mm2)13573)17683)22623)02)实配钢筋/(mmmm)422522428422(1520)(1900)(2463)(1520)侧0.20.610.760.990.61配筋率/%0.6全部1.221.531.971.22注:1)N190.9(mm)hfN1fc(bfb)hf286.4(mm).1fcbf,则1fcbN(hN)ei2)AsAS22fcbfy(h0as)N(has)ei3)AsAS2fy(h0as)矩形截面:形截面:侧As%,全部AsAs%bhbhAsAsAs%侧%,全部bh2(bfb)hfbh2(bfb)hf吊车梁垫板A柱牛腿的配筋图19牛腿截面尺寸的验算10.

26、5FhKftKbh0FVKa0.5h0北华航天工业学院课程设计FVGA4Dmax60.24582.4642.64KNFVKGA4Dmax60.2582.4466.2KN1.21.41.21.4FhTmax18.6KNFhKTmax18.613.3KN1.41.40.65113.32.01500860（a=0)0.50.5978.78KN466.2FVK10.5FhKftKbh0FVKa0.5h0牛腿的截面尺寸满足要求。牛腿顶面局部受压验算取吊车梁的垫板尺寸为500mm250mm,则FVK466.21033.73N/mm20.75fc0.7514.310.7(N/mm2)A500250牛腿顶面的

27、局压满足要求。牛腿纵向受拉钢筋的计算因为a0.3h0,取a0.3h0=0.3760=228mmASFVa1.2Fh642.642281031.218.61031070.4(mm2)0.85fyh0fy0.85300760300选取420(As1256mm2)min0.45ft0.2%AS12560.314%0.6%fybh500800牛腿的箍筋牛腿的水平箍筋选用10100,牛腿2h0的X围有,箍筋的总截面面积为32A25478.51570mmS628(mm)故箍筋的设置满足构造要求。牛腿的a=01410.214h1(l0)2s11.11.04000e0hh0eSe0yS(mm)5351438(

28、bfb)hf00.41fbh021北华航天工业学院课程设计h02Z0.870.12(1f)h0(mm)360726eSKNK(ez)(N/mm2)75.5194ASZteAS0.010.1480.56bh(bfb)hf1.10.65ftK-0.630.2取0.20.64teSKWmaxcrSK1.9C0.08deq(mm)0.036mm0.3mm0.23mm2100mm,取ab=2100mm26北华航天工业学院课程设计amatab125021001675(mm)22FlpjmaxAl252.20.3152.1166.8(KN)0.7hpftamh00.71.01.4316756601106.6

29、(KN)Fl0.7hpftamh0B柱：a375=1250mmt=500+2ab=1250+2660=2570mm2700mm,取ab=2570mmamatab125025701910mm22FlpjmaxAl1660.7652.57326kN0.7hpftamh00.71.01.4319106601262kNFl0.7hpftamh0基础的高度满足受冲切承载力要求。A柱基础底板的配筋计算取组的最不利基底净反力计算配筋,见图28。沿基础长边方向,柱边-截面处的弯矩为M1pfmaxpj(bhc)2(2lbc)1252.2186.83.60.922.10.5313.4(KMm)2242242ASM

30、313.41061569(mm2)0.9h0fy0.91060210变阶处截面处的弯矩为M1252.22053.61.65222.11.25197.4KNm242ASM197.41061582mm20.9h0fy0.9660210基础长边按构造配筋为12250As1218mm2。沿基础短边方向,柱-截面处的弯矩为1pfmaxpjmin(l2(2bhc)1252.277.92.10.5223.60.9142.6KNmM2bc)24224M142.6106711.8mm2AS0.9h0fy0.91060210M1252.277.9223.61.6544KNm，2422.11.25M44106352

31、.7mm2AS0.9h0fy0.9210660基础短边按构造配筋为10250As659mm2。B柱基础底板的配筋计算取组的最不利基底净反力计算配筋,见图28。沿基础长边方向,柱边-截面处的弯矩为27北华航天工业学院课程设计1pfmaxpj(b2(2lbc11661124.50.922.570.5423kNmM2hc)222424ASM4231062111mm20.9h0fy0.91060210变阶处截面处的弯矩为M1166123.34.5-1.65222.571.25313kNm242ASM31310620.9h0fy0.96602102509(mm)基础长边配12200As2543mm2。沿基础短边方向,柱-截面处的弯矩为M1pfmaxpjmin(lb)2(2bh)242cc1166312.570.5224.50.9174kNm242ASM174106869mm20.9h0fy0.91060210MAS1166311.25222.5724.51.6576kNm24M76106609mm20.9h0fy0.9660210基础短边按构造配筋为10200As1413mm2。28,北华航天工业学院课程设计,3600258.20652821（a）A柱,9.77,661,4500321.331211b）B柱2