单层工业厂房排架结构设计计算书同济大学

单层工业厂房排架结构设计计算书同济大学单层工业厂房排架结构设计计算书同济大学26/26单层工业厂房排架结构设计计算书同济大学单层工业厂房排架设计单层工业厂房排架结构设计㈠工程大体设计题目某煅工车间为一单层单跨钢筋混凝土装置式结构，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。设计任务达成屋面板、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；⑵进行结构部署（包含支撑部署）；⑶排架荷载计算；⑷排架内力计算；⑸排架内力组合；⑹柱子配筋设计（包含牛腿）；⑺柱下独自基础设计；⑻绘制施工图，内容包含：基础平面部署图及基础配筋图II.屋盖结构部署及结构平面部署图柱子配筋图3设计资料⑴荷载钢筋混凝土容重25kN/m3一砖墙（单面粉刷）220mm水泥沙浆找平层2钢门窗自重2钢轨及垫层二毡三油防水层2（沿斜面）屋面活荷载2（沿水平面）屋面积灰荷载2（沿水平面）施工活荷载2（沿水平面）风荷载2屋面雪荷载2吊车荷载5t，15/3t⑵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（标高-1.45m）⑶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砌体：M5砖，M2.5沙浆㈡结构设计结构平面部署构件选型I.屋面板：自重2（沿屋架斜面），嵌缝2（沿屋架斜面）天沟板：重块（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b×h=240mm×220mm下弦杆b×h=240mm×220mm腹板b×h=120mm×240mm（F1）b×h=200mm×240mm（F2）×h=120mm×120mm（F3~F6）屋架自重：榀V.屋盖支撑：2（沿水平面）VI.吊车梁重：根（高1200mm）VII.基础梁重：根（高450mm）VIII.联系梁、过梁均为矩形截面IX.排架柱尺寸：上柱为矩形400mm×400mm下柱为工字型400mm×800mmX.基础采纳独自杯型基础，基顶标高-0.6m。⑵结构平面部署图排架柱截面特色、几何尺寸2单层工业厂房排架设计5294上柱：400mm×400mm面积A=1.6×10mm，惯性矩Ix=Iy=2.13×10mm下柱：工字型截面，b=120mm,h=800mm,bf=bf’=400mm,hf=hf’=150mm,面积A=1.87×1052Ix=1.456×1010494mm，惯性矩mm，Iy×10mm⑵荷载计算I.恒荷载a.屋盖部分传来1PP3β单层工业厂房排架设计天窗重×2+11.5×2=75.4kN屋面板重×6×18=140.4kN嵌缝重×6×18=10.8kN防水层重×6×18=37.8kN找平层重×6×18=43.2kN屋盖支撑重×6×18=5.4kN屋架重kN（两个柱顶的力）每块天沟及积水重P1P柱自重P2P及P3P上柱：P2P=25×0.42×下柱：柱身25×[0.187×7+0.4×0.8×（0.6+0.2）0.8+1牛腿25×（×0.2+1×）×2P3Pc.混凝土吊车梁及轨道重P4PP4P=44.2+0.6×活荷载a.屋面活荷载P1Q雪荷载2，屋面积灰荷载2，屋面活荷载2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）×6×18/2=54kN，作用地点同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）maxmin5134741815/3215148注：Pmin=（G+Q）/2-Pmax①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=0.9[74（1.6+5）/6+148（）Dmin（1.6+5）（）状况2：Dmax=0.9[148（0.9+5）/6+74（）Dmin（0.9+5）（）经过比较，设计时采纳状况1中的荷载，Dmax=248.64kN，Dmin作用地点同P4P②水平吊车荷载每个轮子水平刹车制动力5t：T1=α15/3t：T2=α产生Tmax时，吊车作用地点如状况1Tmax（1.6+5）（）风荷载①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μz=0.74q1=0.8×0.74×0.4×（→）q2=0.5×0.74×0.4×（→）②集中风荷载W屋架檐口离室外处坪高度μz挡风板、屋架交界处离室外处坪的高度μz天窗架、屋架交界处离室外处坪高度μz天窗檐口离室外处坪高度μz天窗顶离室外处坪高度μzq3×××6=1.42kN/m（→）q4×××6=0.53kN/m（→）q5×××6=2.65kN/m（→）q6×××6=-1.43kN/m（←）q7×××6=-1.51kN/m（←）q8q9相抵消6单层工业厂房排架设计q10×××6=1.13kN/m（→）q11×××6=1.07kN/m（→）q12×××6=1.07kN/m（→）q13×××6=0.89kN/m（→）W=（q3+q13）×（）+（q4+q12）×（）+（q6+q11）×（）+（q7+q10）×（）+q5×（）=11.64kN（→）作用点标高排架计算简图及荷载作用如图：⑶内力解析恒载作用下的排架内力a.由P1P产生的弯矩和轴力M11=P×e=204.15×kN·m1P1P1M=P×e=204.15×kN·m121P2I1=IX×10104IU×94mm10mmn=I/IλIU1HU2123×1-λH(1-nI)3×1-λHC1=31C3=3121+λH(n-1)21+λH(n-1)IIR11=C1M11/H=1.951×kN（→）R12=C3M12/H=1.212×kN（→）N1R1=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=P2P×e2×kN·mR2=C3M22×kN（→）N2下柱：P3P=44.93kNN3只产生轴力而不产生弯矩由P4P产生的弯矩和轴力P=47.8kNM44=P4P×e=47.8×0.35=16.73kN·m4P4R4=C3M44/H=1.212×16.73/12.6=1.61kN（←）N4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作用地点同样，反力成比率×kN（→）M11=10.21×kN·mM12=40.83×54/204.15=10.80kN·mN=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考虑结构对称性，只考虑Dmax作用于A柱，B柱同A柱配筋柱：MA=Dmax·e4=248.64×0.35=87.02kN·m柱：MB=Dmin·e4=58.7×0.35=20.54kN·mRA=C3MA×kN（←）RB=C3MB×kN（→）剪力分派系数ηA=ηB，则A柱与B柱柱顶的剪力为A柱：VA=RA-ηA(RA+RB（←）B柱：VB=RB-ηB(RA+RB（→）内力争以下：9单层工业厂房排架设计IV.吊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，λHTA=TB=Tmaxy/HU3C5=λH+λH(nI-0.2)312×(1+λHnI-1)RA=RB=C5Tmax=0.6805×9.94=5.74kN（→）考虑空间分派系数m，查表剪力分派系数ηA=ηB计算简图以下：则A柱和B柱的柱顶剪力为VA=RA-ηAm(RA+RB×（→）VB=VA（→）10单层工业厂房排架设计水平荷载作用下内力争（实线为Tmax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（→）q2（→）（→）413×(1+λHnI-1)113C=18×(1+λHnI-1)R=-CkN（←）qH=0.3428×1.42×1111R=-CqH=0.3428×0.89×kN（←）2112排架单元为对称结构，柱中轴力为零，计算简图以下：A=ηB11单层工业厂房排架设计VA=R1+ηA(W-R1-R2（→）VB=R2+ηB(W-R1-R2（→）⑷内力组合排架单元为对称结构，可仅考虑A柱的截面（见下表）,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12345678Ⅰ—ⅠMN000000Ⅱ—ⅡMN0000MⅢ—ⅢN0000V12单层工业厂房排架设计永远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,V1,2,71,3,5,1,2,3,1,3,5,85,881,3,6,1,2,4,1,2,3,1,875,86,71,2,3,1,4,5,1,2,3,1,76,786,7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,V1,2,71,3,5,1,2,3,1,3,5,85,881,3,6,1,2,4,1,2,3,1,875,86,71,2,3,1,4,5,1,2,3,1,76,786,7⑸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400mm×400mm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C30fc2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2.0×下柱1.0×9=9m排架平面外：上柱1.25×下柱0.8×II.内力a.上柱13单层工业厂房排架设计ξ==bfy1+1+5ε×E0.0033×2×10cusNb=fcbh0ξb×400×365×kN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=-66.67kN·b.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+14.3×120×765×kNbcffc0bN=f（b-b）h+fbhξIII-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=376.00kN·m·m·m配筋计算（采纳对称配筋）上柱Ms=-66.67kN·x=N/fc×400)=45.85<2as’=70取x=70mme0=Ms×103/262.26=254.21mmea=h/30=13.3<20,取ea=20mmei=e0+ea0.5×f×Aζc==4.36>1.0，取ζcNηs102=1+1500×e(l/h)ζcih0M=ηsMs=1.29×66.67=86.00KN·me0i=e0+eae=eie’=e-h0+as’′262260×A=AN×ess’fy×(h0-as)360×(365-35)

22=403.81mm>ρmin×400×400=320mm2采纳218（As）箍筋采纳Ф6@20014单层工业厂房排架设计垂直弯矩平面承载力验算l0Nc=(fcA+fy’As’)=0.985×(14.3×4002+360×508.94×2)=2614.62kN>Nmax知足要求。下柱N‘=fb’h’×400×150=858kNffcf全部组合中‘N<N,因此中和轴在受压翼缘f内力组合①Ms=376.00kN·x=N/fcbf‘×e0=Msea=h/30=800/30=27mmei=e0+ea0.5×f×Aζc=c=1.70>1.0，取ζcN12ηs=1+1500×e(l0/h)ζcih0M=ηsMs×·me0ei=e0+eae=ei’Ne-fcbx(h0-0.5x)2A=A=′ssfy×(h0-as)内力组合②Ms=344.83kN·x=N/f‘×cbfe0e=h/30=800/30=27mmeisa0a0.5×f×Aζc==2.88>1.0，取ζcN10/h)2ηs=1+1500×e(lζcih0M=ηsMs×·me0ei0a15单层工业厂房排架设计e=ei’=Ne-fcbx(h0-0.5x)2As=Asfy×′(h0-as)内力组合③·x=N/fcbf‘=447500/(14.3×400)=78.23mm<2as’=70取x=70mme=M/N=693.18mme=h/30=800/30=27mmei0sa0a0.5×f×Aζc=c=3.00>1.0,取ζcN12ηs=1+1500×e(l0/h)ζcih0M=ηsMs×·me0ei=e0+eae=ei’=e-h+a’0s’=Ne′2As=Asfy×(h0-′as)采纳42箍筋采纳Ф6@20018（As=1018mm）垂直弯矩平面的承载力验算5294IyA=1.87×10mm，Iy×10mm，iy=A0N=?(fA+f’’5cA)=0.713×(14.3×1.87×10+360×1018×2)cys(Nmax=754.86KN)知足要求。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=1.2×47.8+1.4×248.64=405.5kNFVS=P4P+DmaxkN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°=565mm0ftkbh0×2×400×VS0.5+h0知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，则可按结构配筋2Asmax{minbh，t/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）0，可不设弯起钢筋，箍筋按结构选配，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Ф8@100。d.局压验算2A=FVSc×14.3)=27640mm‘承压板宽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q1k=1.5×0.9×25×0.4×0.8=10.8kN/mq2k=1.5×0.9×25×0.187=6.32kN/mq3k=1.5×0.9×25×0.4×1=13.5kN/mq4k=1.5×0.9×25×0.4×0.4=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=35.27kN·m，MCK=49.09kN·m，MDK=34.99kN·m，RA=29.88kN，RC=72.22kN，MF=42.29kN·m，MC=58.9kN·m，MD=41.99kN·m配筋查验现按平吊验算，截面按双筋截面计算，裂痕赞同宽度[max，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痕宽度，[2s]一般为240N/mm。下柱跨中：MF=42.29kN·mMFK=35.27kN·mh0=765mmsM2fy(h0-as)2已配418（As=1018mm）知足。19单层工业厂房排架设计MFK6=35.27×102s]，知足。s==52.06N/mm<[0.87h0As0.87×765×1018下柱牛腿处：MC=58.9kN·mMCK=49.09kN·mh0=765mmAs=M′2fy(h0-as)已配4218（As=1018mm）知足。v6s=MCK=49.09×102<[s]，知足。0.87h0As0.87×765×1018上柱牛腿处：MD=41.99kN·mMDK=34.99kN·mh0=365mmsM′2fy(h0-as)已配2182）知足。（As×6MDK102s===216.49N/mm<[s]，知足。VI.柱中吊环设计RN×kNAKAKAKRN×kNCKCKCK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=9.22kNNAAKCCKSAAs×1032s2A=N/2[选配1Ф12（A=113mm）ASC=NC/2[s×10322选配1Ф18（As=254mm）A处每个吊环用1Ф12，C处每个吊环用1Ф18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柱下独自基础⑴基础设计参数柱下独自杯形基础，基础顶面标高-0.60m，基底标高-1.80m，柱截面尺寸为400mm×800mm。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，fc，HPB300钢筋，fy=270N/mm，基础采纳层。⑵荷载III-III截面组合①M1=376.00kN·mN11N2为基础梁、墙、窗自重设计值基础梁重×15.7=18.84kN钢门窗重×4.2×0.4×（3.6+2.1+1.8）=15.12kN一砖墙重×4.92×（0.6+2.85+1.7）×6=182.43kN过梁连系梁重×25（2×0.3+0.45）×0.24×6=45.36kNN2=261.75kNN至底面中心距离2计入地下柱重N×25×0.6×0.4×1⑶确立基础底面尺寸先按轴心受压状况预计A0≥N1+N2=2f-γmd120-(20×1.45+1