单层单跨厂房排架结构设计

单层单跨厂房排架结构设计一设计内容和条件某厂装配车间，该车间为单跨厂房，柱距距为6米，厂房纵向长度为96米,跨度为27米，15/3t中级工作制吊车二台，牛腿面标高9.00米，柱顶标高为13米。设计条件1屋面活荷载：q=0.5KN/M2,不考虑积灰荷载，雪荷载q=0.25KN/M22基本风压：W。=0.40KN/M23屋面做法三毡四油：0.35KN/M220mm水泥砂浆找平层0.4KN/M2合计g=Zg=0.75KN/M21k屋面活荷载：q=0.5KN/M2屋面板采用G410标准图集1.5x1.6m预应力混泥土屋面板（卷材防水）允许外荷载：2.5KN/M2（板自重：g2k=1.40KN/M2灌缝重：g3k=0.1KN/M2）大型屋面板（包括填缝1.50KN/M2屋架：屋架自重g4k=133KN/M2则G=（g+g+g）x柱距x厂房跨度+gx0.5=248.75KN1k1k2k3k24k4采用370mm厚烧结粘土空心砖（重度8KN/M2）吊车梁以上设高侧窗，洞口尺寸为4.2x1.8m,吊车梁以下设低侧窗，洞口尺寸宽x高4.2x4m，圈梁设在柱顶处。5排架柱:混泥土C30钢筋：纵向受力钢筋HRB400级箍筋：HPB235级柱下独立基础：混泥土：C20，钢筋：HRB335级6吊车：Q15/3t桥式吊车中级工作制吊车梁：先张法预应力混泥土吊车梁，自重47.5KN/根轨道及联结重量1.5KN/M桥跨：L=25.5mk桥宽:B=6400m轮距:K=5250mm小车重：g=74KN最大轮压：P^^^=195KN最小轮压：P.=60KN7柱高：柱顶H=13m檐口=15.1m屋顶=17。35m二荷载及内力计算1柱截面尺寸的确定Q在15〜20t之间:10m<Hk<12m，由于是单跨结构,结构形式对称，因此A、B柱截面尺寸相同。A柱:上柱：400x400(mm)下柱：400x800mm2荷载计算⑴永久荷载A屋面板及每跨屋架传给每个柱子的荷载标准值6炒=248.75KN荷载设计值：GAA=1.2x248.75=298.5KNB柱自重A、B柱：上柱：g2k/=25x0.42=4KN/M下柱：g/=25x0.4x0.8=8KN/M贝上GAA=1.2x4x4=19.2KNG3A=1.2x8x9=86.4KNC吊车梁自重：G4A=1.2x(47.5+1.5x6)=67.8KN永久荷载作用如图：

不同时考虑屋面活荷载q=0.5KN/M2，不考虑积灰荷载，雪荷载q=0.25KN/M2，不同时考虑可变荷载与雪荷载，取其中的大值，作用于每跨屋面下的柱可变荷载为:Q1=1.4X0.5X6X13.5=56.7KN可变荷载作用如图：⑶吊车荷载已知匕=25.5mB=6400mmK=5250mmP=195KN%诅=60KN贝上查表知&=0.9a=0.1Dk=&PkZy=0.9X195X(0.808+1+0.125)=339.24KND=pPZy=0.9x60x(0.808+1+0.125)=104.11KNmin,kmin,kiD=yqDk=474.94KND=yqD.=145.75KN1,、1Tk=彳郎(G2k+弓次)=4x0.1x0.9x(74+150)=5.04KN⑷风荷载由已知条件可知：基本风压W0=0.40KN/M2，风压高度变化系数按B类地面(城市郊区)W=。旦旦w其中：p为1.0k0sz00由《建筑结构荷载规范》B类地面查10m处Rz=1.015m处旦,=1.1420m处旦,=1.25中间值按插值法求得，因此可得：柱顶：H=13m则R=1.084檐口：H=15。1则旦=1.142屋顶：H=17。35则七=1.192风荷载体形系数如下:风荷载标准值:匕=七日"0=0.8x1.084x0.4=0.347KN/M2町=日2日"0=0.4x1.084x0.4=0.173KN/M2作用在排架上的风荷载为：%=y儿B=1.4x0.347x6=2.91KN/Mq2=yW^B=1.4x0.173x6=1.45KN/M作用在柱顶的集中荷载Fw即将柱顶以上风荷载算作集中力作用柱顶，R^按房屋檐口标高Z=15。1m处计七=1.142Fw=1.4xb.1x(0.8+0.5)+1.5x(—0.6+0.5)]x1.142x0.4x6=9.90KN/M风荷载作用示意图如下：3内力计算：TOC\o"1-5"\h\z,1,,1刚度.a、B柱.I=bh3=x0.4x0.43=21.33x10-4m4u121211………一…I=bh3=x0.4x0.83=170.67x10-4m4/1212I永久荷载作用永久荷载作用包括物价自重、上柱自重、吊车梁自重等。永久荷载作用示意图如下：在永久荷载作用下排架的内力如图:M1=G1Ax(0.5x0.4-0.15)=298.5x0.05=14.925奶MM=-Gx(0.75-0.4)+(G+G)x0.2=-67.8x0.35+(298.5+19.2)x0.2=39.81KNMIA、B柱:n=ii21.33-=0.125人170.674—=0.308131-人2(1-_)由C=1.5=2.0711+人3(1-1)n1一九2C3=1.5-=1.131+人3(1-1)

nR=EC=14.925x2.07=2.38KN1H113

M39.81R2=节C3=三『x1.13=3.46KNV=R1+R2=5.84KN(-)3E5.5471,9MII可变荷载作用可变荷载作用简化作用于柱顶如图，可变荷载作用下排架内力图如下3E5.5471,9MII可变荷载作用可变荷载作用简化作用于柱顶如图，可变荷载作用下排架内力图如下M1=21-0.2=56.7x0.2=11.34KN-Mr'985317.7C3S55471,9查表得q=2.07C3=1.13R=MiC=2835x2.07=0.45KNiHi13MC=旦兰x1.13=0.99KNH313V=R1+R2=1.44KN(-)56,7III吊车竖向荷载：D=yqD^=474.94KND=yqD.=145.75KN当Dmax作用在A柱’Dmin作用在B柱时’吊车竖向荷载作用见图如下:GSf国瓦V、在吊车竖向荷载作用下内力如图；M2A=474.94X0.35=166.229KNM2B=51.01KNTOC\o"1-5"\h\zI2133H4A、b柱:n=f==0.125X=u=一=0.308I,170.67H13C3=1.13R=-^2AC=166,229x1.13=-14.45KN(一)2AH3137R=^bC=5101x1.13=4.43KN(-)2BH313R=R2A+R2b=T0.02KN(-)由于a、b柱剪力分配系数门A=nb=0.5各柱上的剪力分配值：匕=弓―R2A=5.01-14.45=-9.44KN（一）VB=VB-R2B=5.01+4.43=9.44KN（-）在吊车竖向荷载作用下的内力图如下：当D:^作用在A柱’气x作用在B柱上时，吊车荷载作用见图及在吊车竖向荷载作用下的内力图如下：

国，■四匹iq、四内力图:W水平刹车力作用下水平刹车力:T=1.4x5.04=7.056KN作用于牛腿顶面1.4米处，当刹车力向右时，作用max见图如下同理得当刹由于Fn同向作用在A、B柱上，因此排架的横向内力为零，剪力V7.056KN车力向左时排架的受力简图和内力图如下同理得当刹V风荷载的作用将柱顶以上风荷载作集中力作用于柱顶，柱上的风荷载看做是水平均布荷载。当左风作用时作用简图如下：H4…°X=u=——=0.308H13I21.33A、BH4…°X=u=——=0.308H1331+杯「1)C=^=0.33111.18一………Ra2=2FW=一………Ra2=2FW=0.5x9.9=4.45KNR=Ra1+R2=3.14+4.45=7.59KN1M=(F-R)x+qx2V=(F—R)+qxw21w1VA=40.14KNVb=11.26KN在风荷载作用下的内力图11-Ra1=方(q-q2)=2x(2.91-1.45)x13x0.331=3.14KN当右风作用时作用简图及内力图如下:20.84152,56■«>:—■―t4520,84152,56A柱在各种荷载作用下的内力见表:柱号及正向内力荷载种类但何载可变何载吊车竖向作用吊ZD在A气x在B向右编号123451:内力图771/控制截面I—M(KNM)8。4352.925—37。76一37。7610。

N(KN)317.756.7-——IlliM(KN・M)—31.375—8.415128。46913.2510。N(KN)385。556。7474。94145.75—III一IIIM(KNM)21。1854。54543.509-43.50973.3N(KN)471.956.7474.94145.75-V(KN)5。841.44—9.44-9。447。0E柱的内力组合:截面内力+Mmax及相应的N、V—Mmax及相应的N、VNmax及相应的M、V组合项数值组合项数值组合项数值IM(KNM)1+0。9x(2+7)40.341+0.9x(3+6+8)—53.451+0。9x(2+7)40.34N(KN)368.73317。7368。73IIM(KNM)1+0.9x(3+5+7)122.661+0。9x(2+8)—57.71+0.9x(2+3+5+7)115。09N(KN)812.95436。53863。98IIIIIIM(KNM)1+0.9x(2+3+5+7)378.811+0.9x(4+6+8)-221。321+0.9x(2+3+5+7)378。81N(KN)950.38603。08950.38V(KN)41.121.1341.12柱的截面设计：1选取控制截面的大偏心受压界限破坏时的轴力N^为:上柱：Nb=叩吃«=1x14.3x400x0.55x360=1132.56KN下柱：Nb=气fb&bh0=1x14.3x400x0.55x760=2390.96KN经比较A柱的所有N＜、，所以A柱组合后的内力值均为大偏心受压，对大偏心受压，对称配筋的柱，在“M”相差不多时,N越小越不利，N相差不大时，|M|越大越不利，由此可以确定各柱的最不利内力.IM=40.34KNMA柱：I—IM=40.34KNMA柱：I—I①{②IN=368.73KN-N'M=—221.32KNM②IN=603.08KN,NV=1.13KN'M='M=—221.32KNM②IN=603.08KN,NV=1.13KN截面I—II-Im-mm—mM(KNM)40。34—53.45378。81-221.32N(KN)368.73317.7950.38603.08M%=n(mm)109168399367%取30与20mm中的较大值20202727e-e+e(mm)129188426394°=0.5fA3.13。62。43。79l=2.0H上柱l=1.0丑下柱8899l202011。2511。25

—yv1.01N3.1>1取13。6>1取12.4〉1取13.79>1取1匚2=1.15-0.01勺0。950。9511n=1+"其1400e/h0121。761。521。611。170.3h0108108228228/门ei227286686461e=ne-—+a,(mm)i2，'67126326101■—■—Nessf(h-a,)y0s2143471195235实配钢筋(mm2)4挂224挂224挂224壮221251125112511251P侧=4%bh0.39%〉0。2%0.39%>0.2%0。39%〉0.2%0。39%〉0.2%P全部=匚土％bh0。78%>0。6%0.78%>0。6%0.78%>0。6%0。78%〉0.6%即上柱：4二22下柱：4二223箍筋的配置因柱底剪力较小：Vmax=41.12KN若剪跨比人=3则;1.75,1.75,-一J-fbh0=3~ix1.43x400x760=190.19KN远大于柱底的剪力值(还没有考虑轴向压力对斜截面的有利影响)，所以排架柱的箍筋按构造配置为祖10@200,柱箍筋加密区取为祖10@1004牛腿的设计㈠牛腿几何尺寸的确定

牛腿截面宽度与柱宽度相等为400mm,若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离C1=80mm,吊车梁端部宽为340mm，吊车梁轴线到柱外侧的距离为750mm则牛腿面的长度为600mm，牛腿外缘高度为500mm，牛腿的截面高度为700mm，牛腿的几何尺寸及配筋示意图如下：㈡牛腿高度验算作用于牛腿顶部按荷载标准组合计算的竖向力值；F=D+&A4=474.94+67.8=542.74KNFk=D&+GA,k=339.24+56.5=395.74KN牛腿顶部按荷载标准组合计算水平拉力值；F^=0.9T=0.9x5.04=4.536KNF^==0.9x7.506=6.35KN牛腿截面有效高度：«=h-a=700-40=760mm竖向力F/作用点位于下柱截面内,a=0P(1-0.5L)Fvkftkbh0=0.65x2.01x400x660=685.88KN>F满足要求P(1-0.5L)Fvkftkbh0=0.65x2.01x400x660=685.88KN>F满足要求a.八-0.5+—h00.5+0vk牛腿的配筋由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，故该牛腿可按构造要求配筋纵向钢筋取4丑16,箍筋取祖8@100.牛腿局部受压验算0.75Af=0.75x400x340x14.3=1458.6KN>F&，满足要求牛腿纵向受压钢筋的计算因为a<0.3七，取a=0.3h0=0.3x660=198mmFa

v

0.85fh01°F325.86x198x103+1.2—=fy360=340.64mm取4姓16,804mm2p=0.45匕=0.45x143=0.18%取02%maxf3600.2%804400x700=0.287%<0.6%根据构造要求，取柱插入基础的深度0.9h=720，取800mm自重线荷载，考虑动力系数1。5，各段荷载标准值分别为上柱：g]=1.5x(1.6x10-i)x25=6KN/M牛腿：g2=1.5x(0.24x1)x25=9KN/Mg3=1.5x(6.4x10-1)x25=24KN/M内力分析M=1gL2=1x6x42=48KNMTOC\o"1-5"\h\z121121.11M=—g(L+L)2+(g—g)L2:2=x6x(4+0.7)2+x(9—6)x0.72=67KN，M22112212'22•1，c由RL+M——gL2=0得：A32233R=1gL2—M:L=-x24x92—67=89.76KNA2332；329…C1CC所以M3=RaX—-g3x2，令Ra-g3x=0得柱下最大弯矩发生在：x=RA=竺76=3.74米处g3241则M3=89.76x3.74—^x24x3.742=167.85KN-M上柱吊装验算：上柱配筋：A=A,=760mm2受弯承载力验算:M=f,A,(h—a,)=360x760x(360—40)x10-6=87.55KN〉uys0sYMJg=0.9x48x1.2=51.84KN・M满足要求

裂缝宽度验算：从弯矩图上可以看出，只需对上柱M2处的裂缝宽度进行验算即可。.=-M^sk0.87hA67x106裂缝宽度验算：从弯矩图上可以看出，只需对上柱M2处的裂缝宽度进行验算即可。.=-M^sk0.87hA67x1060.87x360x760=140.725N/mm2Pte=0.01560.5bh0.5x400x400W=1.1-0.656fJp七=1.1-0.65x2.01(0.0156x140.725)=0.5w=aw^(1.9c+0.08虬=2.1x0.5x140.725x(1.9x30+0.08x22)maxcrEP2x1。50.0156ste=0.153mm<w=0.3mm满足要求下柱验算：A广A；=1251mm2受弯承载力验算M=360x1251x(760-40)=324.26KN-M>yMy^=0.9x167.85x1.2=181.28KN（裂缝不需要验算）

柱的配筋图：基础设计：'M=378.81KNM顺时针①IN=950.38KN柱的配筋图：基础设计：'M=378.81KNM顺时针①IN=950.38KN-NV=41.12KN'M=—221.32KN・肱逆时针②IN=603.08KN-NV=1.13KNG=1.2x116.1x6—(1.8+4)x4.2〕x8=693.5KN确定基础尺寸；柱插入深h=0.9h=0.9x800=720mm取h=800mm1杯底厚度％N200mm选％=250mm杯口底垫层为50mm，则基础的高度即为1100mm，由于杯壁厚度tN300mm，且大于基础梁宽，取t=375mm.基础底面尺寸地基承载力设计值按下式计算f=fk+n?(b—3)+ndYo(d—0.5)并由表查的门d=1.0门b=0,取土平均自重Y0=20KN/M3，则得f=280+1x20x(1.1—0.5)=292KN/M2由Nmax的一组荷载，按轴压基础初估其底面尺寸郁38+693.5=6.088m2292—20x1.1因该基础为偏心受压，故取A=1.3A=1.3x6.088=7.92m2底面选为矩形TOC\o"1-5"\h\z11axb=3.8x2.8=10.64m2。则基础底面的W=—ba2=x2.8x3.82=6.739m3，66I=—ba3=—x2.8x3.83=12.8m41212基础及其上填土重G=1.2yabH=1.2x20x2.8x3.8x1.1=251.328KNo〕Ln1co芭Lnn地基承载力验算：作用于基础底面的力矩及轴力设计值：第一组荷载：Mb=M1+匕h+Ge=378.81+41.12x1.2+693.5x(0.185+0.4)=833.85KNMNb=N1+G+G=950.38+251.328+693.5=1895.21KN第二组荷载:

Mb=M2+匕h-Ge=221.32+603.08x1.1-693.5x(0.185+0.4)=479.01KNM(顺时针)Nb=N2+G+G=603.08+251.328+693.5=1547.91KN验算基地应力：计算公式：Pmax=N+M；且满足：p<1.2f=1.2x292=350.4KN/M2minAwmax1；(p+p)<f=292KN/M2及p>0由前：A=axb=3.8x2.8=10.642maxminminW=6.739m3按上式计算公式的计算结果列于下表:荷载组别pmaxp」min1，,、gaxWm/①301.8554039178o12②216。5674.4145.48故按所设计的基础底面尺寸合适基础受冲切承载力验算按第一组荷载验算（因改组荷载产生的基础底边净反力为最大）.此时,Mb=833.85KN，G=1895.21-251.328=1641.88KN；则基础底边净反力为:1641.88833.851278.04pmax

min6土-——=154.31±123.73=」KN/M23.8x2.86.7391pmax

min柱边冲切面承载力验算:因Nb因Nb=2.8m>b+2h=0.4+2x1.16=2.72m,aabb〔、3.80.82.80.4A=(—-苛-h)b-(2-2-h)2=(——-——-1.055)x2.8-(-^--^-1.055)2=1.225m2冲切荷载设计值:Fl=p•A=278.04x1.225=340.6KN冲切投影面积:A=(b+h)h=(0.4+1.055)x1.055=1.535m21too抗冲切承载能力:0.6f&=0.6xL27xL535x103=116.67KN340.6KN故抗冲切承载力满足

变阶处冲切承载力验算：此时冲切破坏面与柱边破坏边重合，故可不验算基础底边净反力计算公式同前：psmax="G土M，p=p+(p_p)xl.9+0.45TOC\o"1-5"\h\zsminAwsisminsmaxsmin3.8以上公式中.、2.8以上公式中p,u=psmin+(pmmax-psmin)x38各组荷载作用下的结果列于下表，A=1.3A=1.3x6.088=7.92m2，p及p见下图sisU基础长边方向配筋取以上二组荷载中(psmax+p罚)max来计算Mi

荷载组别、(KN)G(KN)N-GbAM—b(KN・M)M,，、—(