21M钢筋混凝土单层厂房结构设计计算书

钢筋混凝土结构-2课程设计任务书一、 题目：钢筋混凝土单层厂房结构设计二、 目的与要求：了解单层厂房结构设计的全过程，培养单层厂房结构设计的工作能力。要求：（1）、掌握单层厂房结构布置和结构选型的一般原则和方法；（2）、综合运用以往所学的力学及钢筋混凝土结构的知识，掌握排架内力分析方法以及构件截面设计方法；（3）、掌握单层厂房结构施工图的表达方法。三、 设计内容：1、完成计算书一份，内容包括：（1）设计资料；（2）结构布置与选型；（3）排架内力分析及柱、基础的配筋计算。2、绘制施工图：（1）柱子模板图及配筋图；（2）基础平面布置图及配筋图。四、 设计资料：1、厂房跨度21米，总长108米，中间设伸缩缝一道，柱距9米。2、车间内设有两台软钩200／50kN中级工作制吊车，轨顶设计标高12米。3、建筑场地地质情况：地面下0.8米范围内为杂填土，杂填土下面3.5米内为均匀粉土，其承载力标准值fk＝200kPa,地下水位为地面下4.50米，无腐蚀性。4、基本风压W0=0.4kN/m2;基本雪压S0=0.35kN/m2。5、屋面是不上人的钢筋混凝土屋面，屋面均布可变荷载标准值为0.7/m2。6、建议采用材料：1）、柱：混凝土C25，纵向受力钢筋II级，箍筋I级。2）、基础：混凝土C30，II级钢筋。7、 选用的标准图集：1）、屋面板：G410（一）标准图集，预应力混凝土大型屋面板，板重标准值（包括灌缝在内）1.4KN/m2。2）、天沟板：G410（三）标准图集，JGB77-1天沟板，板重标准值2.02kN／m。3）、屋架：G415（三）标准图集中预应力混凝土折线形屋架，屋架自重标准值106kN。4）、吊车梁：G323-1~2标准图集DLZ-4，梁高1200毫米，翼缘宽600毫米，腹板宽300毫米，梁自重标准值44.2kN/根，轨道及零件重1kN/米，轨道及垫板高度200毫米。8、建议采用的柱截面尺寸：上柱为矩形bxh=400x400mm,下柱为I形bf=400mm，h=800mm，b=100mm，hf=150~170mm。9、屋面做法：-1-0081060400150531

防水层（0.4KN/平米）20厚水泥砂浆找平层（0.4KN/平米）屋面板15.99014.30012.400002 10.0008.6000021±0.0005-0.15002100024000剖面图55004400吊车尺寸图-2-44060006000600060006000600060001 160006000103380500平面布置图60006000600060006000600060006000440640 24000 64025280-3-结构计算书一、 结构的计算1、计算简图的确定1）计算上柱高及柱全高根据图2.107及有关设计资料：上柱高Hu=柱顶标高-轨顶标高+吊车梁高+轨道构造高=12.4-10.0+1.2+0.20=3.8m全柱高H=柱顶标高-基顶标高=12.4-（-0.5）=12.9m故下柱高Hl=H-Hu=12.9-3.8=9.1m上柱与全柱高的 比值3.80.295.92）初步确定柱截面尺寸根据表2.9（A）的参考数据，上柱采用矩形截面，b×h=400mm×400mm，下柱选用形,b×h×hf=400mm×800mm×150mm（其余尺寸见图2.108），根据表2.8关于下柱截面宽度和高度的限值，验算初步确定的截面尺寸，对于下柱截面宽度Hl9100364mmb400mm(可以）2525对于下柱截面高度，有吊车Hl9100mmh800mm(可以)1275812无吊车时1.5H3774mmh800mm(可以)2525（3）上、下柱截面惯性与其比值排架平面内：-4-上柱Iu140040032.33109mm412下柱Il1400800321150483.431.421010mm41212比值Iu2.1331090.150Il1.421010排架平面外：上柱下柱

Iu 2.133 109mm4Il2158.34003483.410031.729109mm41212排架计算简图（几何尺寸及截面惯性矩）如图 2.109所示图2.108 形截面尺寸图2.109 排架计算简图2、荷载计算（1）恒荷载-5-（а）房屋结构自重预应力混凝土大型屋1.21.51.8KNm2面板20mm水泥沙浆找平1.2200.020.48KNm2层一毡二油隔气层1.20.050.06KNm2100mm水泥珍珠岩制品1.240.10.48KNm2保温层20mm水泥沙浆找平层1.20.350.42KNm2g3.72KNm2天沟板1.26072KN天窗端壁1.2 100 120KN屋架自重天窗架 1.2 ×40=48KN则作用于横向水平面排架一端柱顶的屋盖结构自重G13.722414.472120648462.24KN22hu15040050mme115022柱自重上柱G21.2250.40.43.818.24KNhlhu800400e222200mm22下柱e3 0-6-（c）吊车梁与轨道自重G4 1.2 (45 1 6) 61.2KN（2）屋面活荷载由《荷载规范》可知,屋面均匀活荷载标准值为 0.7KN/m2,大于该厂房所在地区，的基本雪压S0=0.30KN/m,故屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为，Q1=1.4×0.7×6×12=70.56KNe1=50mm3）吊车荷载由电动双钩桥式吊车数据查得P max..K=200KN. Pmin.k=50KN,B=5000mm.k=4000mm Q2.K=75KN根据B与K及反力影响线，可算得与各轮对应的反力影响线竖标（图2.110），于是可求的作用与上柱的吊车垂直荷载Dmax 0.9QPmax.k yi 0.91.4200 (1.0 0.267 0.8 0.067) 588KNDmin

P

min50Dmax588147KNP

max200hl800e4750750350mm22图2.110 计算简图作用于每个轮子上的吊车水平制动设计值T(QQc.kGQ2.K)0.1(20075)6.875KN44-7-则作用于排架上的吊车水平荷载，按比例关系由求得DmaxTDmax6.875Tmax58820.2KNQPmax.k200其作用点到柱顶的垂直距离yHuhe3.81.22.6my2.60.684Hu3.8（4）风荷载w0 0.35KN m2, z**地区的基本风压 对于大城市市郊，风压高度变化系数按B类地区考虑，高度的取规范》得

q1,q2值，对按柱顶标高12.4m考虑，查《荷载z1.08;对Fwz1.26.按天窗檐口标高 19.86m考虑，查《荷载规范》得风荷载体型 z 系数的分布图 2.111所示。故集中风荷载 Fw为风向图2.111 风荷载体型系数FwQ(1.3h10.4h21.2h3)z0B1.4(1.31.90.41.691.23.87)1.260.35628.86KN-8-q1Qs1z0Bq2Qs2z0

1.40.81.0800.3562.54KNm1.40.51.0800.3561.59KNm排架受荷总图如图 2.112所示。图2.112 作用于排架上的荷载3、内力计算1）恒荷载作用下如前所述，根据恒荷载的对称性和考虑施工过程中的实际受力情况，可将图2.112中的恒载G1、G2及G4的作用简化为图 2.113a、b、c所示的计算简图。（a）在G1作用下MM

11G1e1462.240.0523.11(KNm)12G1e2462.240.25115.56(KNm)已知n=0.151，λ=0.295，由附图2.2中的公式-9-图2.113 恒荷载作用下的内力（ ） 的作用；（ ） 的作用；（ ） 的作用；（ ） 图（ · ）（ ） 图（ ）故在M11作用下不动铰支承的柱顶反力121110.2953n3C1122310.29511n

23

110.151.95110.15R11C1MH

111.9523.1123.49kN12.92由附图2.3中的公式312310.2952C2121.221210.2952111n0.15故在M12作用下不动铰支承的柱顶反力R12C2MH

12 1.2 115.56 10.75kN2 12.9因此，在M11和M12共同作用下（即在 G1作用下）不动铰支承的柱顶反力R1 R11 R12 3.5 10.75 14.25kN相应的弯矩图如图 2.113a所示在G2的作用下M22 G2e2 18.240.2 3.65kNM相应的弯矩图如图 2.113b所示。在G4的作用下-10-M44 G4e4 61.2 0.35 21.42kNMRQ1Q1R114.2570.562.18kNG2462.24相应的弯矩图如图2.113c所示。将图2.113a、b、c的弯矩图叠加，得在G1、G2、G3和G共同作用下的恒荷载弯矩图（2.113d）,相应的轴力N图如图2.113e所示。（2）屋面活荷载作用下对于单跨排架，Q与G一样为对称荷载，且作用位置相同，仅数值大小不同。故由G的内力图按比例可求得Q的内力图。如：柱顶不动铰支承反力相应的M图如图2.114a,b所示。图2.114 屋面活荷载作用下的内力图（ ） 的作用；（ ） 图（ ）（3）吊车荷载（考虑厂房整体空间工作）厂房总长102m，中间设一道伸缩缝，跨度为24m，吊车起重量为20t，由表2.13可查得无檩屋盖的单跨厂房空间作用分配系数 =0.9（a）吊车垂直荷载作用下Dmax作用在A柱的情况图2.122中吊车垂直荷载作用下的内力，可按如图2.115所示的简图进行计算。因此，A、B柱顶剪力按图2.115a所示简图推导的下列公式进行计算：-11-C2VAmax0.52MDmaxMDminH20.520.95880.350.91470.351.212.9=-12.68KN（绕杆端反时针转）VBmax0.5MDmax2MDminC2H2=0.50.95880.3520.91470.351.212.9=11.25KN(绕杆端顺时针转为正)相应的弯矩如图 2.115b所示。图2.115 吊车垂直荷载作用下的内力图Dmin在A柱的情况：由于结构对称，故只需将 A柱与B柱的内力对换，并注意内力变号即可。（b）吊车水平荷载作用下Dmin从左向右作用在A、B柱的情况（图2.112中吊车水平荷载作用下）的内力，可按如图2.116a所示简图推导的下列公式计算：TTA=VTB= (1 )C5Tmax由式中C5可按附录Ⅰ的附图 1.4~1.6的公式计算：当y=0.6Hl时，由附图1.4中的公式21.830.4160.221.80.2950.29530.4160.2C5nn0.67112131210.29531n0.15当y=0.7Hl时，由附图1.5中的公式-12-22.130.2430.122.10.2950.29530.2430.1C5nn0.62112131210.29531n0.15当y=0.684Hl时，用内插法求得G50.670.670.620.0840.6820.1VTATTB1C5Tmax10.90.62820.21.27kN相应的弯矩图如图 2.116a所示。图2.116 吊车水平荷载作用下的弯矩图Tmax从右向左作用在 A，B柱的情况：在这种情况下，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反（图2.116b）。（4）风荷载（a）风从左向右吹（图 2.117a）先求柱顶反力系数 C11，当风荷载沿柱高均匀分布时，由附图1.8中的公式141114113n30.2950.151.95C111818131131n0.2950.15对于单跨排架，A，B柱顶剪力VB 0.5Fw C11H2q1 q2 0.528.86 0.3412.9 2.54 1.59 16.5kN-13-0.85的组合系数。VA0.5FwC11H2q1q20.528.860.3412.92.541.5912.3kN（b）风从右向左吹（2.117b）在这种情况下，荷载方向相反，弯矩图的方向与风从左向右吹的方向相反（图2.117b）4、最不利内力组合由于结构对称，只需对 A（或B）柱进行最不利内力组合，其步骤如下：①确定需要单独考虑的荷载项目。本设计为不考虑地震作用的单跨排架，共有八种需单独考虑的荷载项目，由于小轮无论向右或向左运行中刹车时，A，B柱在Tmax的作用下，其内力大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。因此，单独考虑的荷载项目共七项。②将各种荷载作用下设计控制截面（1-1，2-2，3-3）的内力M，N（3-3截面还有剪力V）填入组合表（表2.30）。填表时要注意有关内力符号的规定。③根据最不利又最可能的原则，确定每一内力组的组合项目，并算出相应的组合值。计算中，当风荷载与活荷载（包括吊车荷载）同时考虑时，除恒荷载外，其余荷载作用下的内力均乘以图2.117 风荷载作用下的内力简图排架柱全部内力组合计算结果列入表 2.30。-14-荷载项

恒 屋面

表1。排架柱内力组合表目柱截号面内力M(KN·m)柱1-1 N(KN)

荷 活荷载 载G1G2Q1G3G4① ②30.9 3.5451.7 70.6

吊车荷载DmaxDmin在A在ATmax柱柱③④⑤-48-43±19.40 0 0

风荷载 内力组合左右风Nmax及Nmin及Mmax及风M,VM,VN,V⑥⑦项组合项组合项组目值目值目值64.3-74.2①-33①-89.5①-89++0.9+0.9②⑦×⑦×+③）（）（③③00+522.3451.7451++⑤⑤⑤++-15-2-23-3

±①①M-66.8-10.6158819.564.3-74.2+100-141++0.9138②①++⑥×③⑦）（N480.570.6588147000+1139480.5③980⑤+⑤M62.96.142-93±370-345.1302.7433581191.7①1+0.9+×N593.270.6588147000②1251.8①⑥（11++593.2②③⑥）+±+③V14.31.8-12.7-11.345.1-31⑤22.159.4+5919.0⑤+5、排架柱设计（1）柱截面配筋计算（a）最不利内力组合的选用由于截面3-3的弯矩和轴向力设计值均比截面2-2的大，故下柱配筋由截面3-3的最不利内力组合确定，而上柱配筋由截面1-1的最不利内力组合确定。经比较，用于上，下柱截面配筋计算的最不利内力组合列入表 2.31。确定柱在排架方向的初始偏心距ei、计算厂l0及偏心距增大系数（表2.31）表2.31 柱在排架方向ei、l0、-16-e0h0ei1l0截内力组(mm)(mm(mm)(mm)面)M-3363365830.876001-1(Kn·1m)N(Kn)522.28M-89.198365218176005N451.68M4337307657561193503-3N593.18M581.5047655301910025N1153表中：①e0=M/N②eie0ea；ea取20mm和h/30的较大值；④10.22.7ei,11.0时，取11.0；h0

h 2(mm)(mm)400 0.960 1.8824000.9601.4148000.9081.3848001.0001.133⑤21.150.01l0,l015时，21.0，考虑吊车荷载l0=2.0Hu（上柱），l0=1.0Hu（下hh柱），不考虑吊车荷载 l0=1.5H；Kl020.70.3M⑥cm112,cmeihM1400h0

21（C）柱在排架平面内的配筋计算（表 2.32）表2.32柱在排架平面内的截面配筋计算截内力组ei2面(mm)ηexζbh0偏As=As′(mm)(mm)(mm)(mm)心计算实配值情值况M（kN·M）-33831.882321910.55×大13.6-17-1-1N(kN)522.28365=201偏心M89.52181.41447379201大672.3763N451.68偏（3@18）心M4337561.38414111040.55×大188519643-3N593.18765=421偏(4@25)心M581.2553011240N1153偏心表中：①ei、见表2.31；②eeihas；2③x,上柱xNN1N,下柱1fc14.3b4005720当Nb'fh'f1fc时，xNN；bf'1fc5720''Nbf'bh'f1fcN40010015811.43N474；当Nbfhf1fc时，xb1fc10011.431430NexfcNe5720xh0xbxh0fc',上柱xbh0,As'22;④As、AsAsfyh0'99000s下柱当2s'xhf'时（取Neh'fxh0x1fcNe5720xh0x'22AsAS'219000fyh0s

'35mm）,ss当bh0xh'f时Neb'fbhf'h0xbxh0x1fcNe310500001430x765xAsAS'fy2'22190002；h0s上柱或下柱当x2''Ne'Ne'，e'eih's时，AsASfyh0'300h02ss35（d）柱在排架平面外承载力计算上柱Nmax=494.5kN，当不考虑吊车荷载时，按表2.22。l0=1.2H=1.2×12900=154800mm,l0/b=15480/400=38.7, 查《混凝土规范》知2φ=0.35，As=As′=763mm-18-Nu(fcAc'2fyAs)0.35(14.34004002300603)927430N927.4KNNmax494.5KN(可以）下柱Nmax1059２，KN，当考虑吊车荷载时，查表２.2l0Il1.729941.0H9100mm,I10mm,1502A4008002(450500)2177500mmiIl1.7291.775Al0910092.0i99

1010

95974099mm查表《混凝土规范》表７.３.１，0.588,AsAs1964mm,故'2Nu0.588(1517750023001964)2258KNNmax1153KN(可以）（2）裂缝宽度验算截面３－３，当Ｍ＝３２１ .３ＫＮ·ｍ，Ｎ＝５３７ .５ＫＮ，相应的e0598mm,e0598，故应作裂缝宽度验算。1-1截面因e00.55,0.780.55h0765h0因而不作此项验算。由内力组合表可知，验算裂缝宽度的荷载标准组合值62.92370316.7KN·mNk593.18Mk494.3KN1.21.41.2e0Mk316.70.641mNk494.3teAs19640.023Aet0.5100800(400100)1502211el011sh641400040000765h0

154801.11800ehas1.14641800351059mm22se0则纵向受拉钢筋 As合力点至受压区合力作用点间的距离为-19-h02'h0z0.870.12(1f)e20.87 0.12 1

400 100 150100 765

765765 637mm1059纵向受拉钢筋As的应力Nkez49430010596372sk167NAsz1942637mm裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数0.65ftk1.1te sk

0.652.011.10.760.023167故最大裂缝开展宽度为maxcrsk1.9c0.08deq2.10.7616751.9250.0822Este2.0100.0230179mm0.3mm(满足要求）柱牛腿设计（a）牛腿几何尺寸的确定牛腿截面宽度与柱宽相等，为 400mm，若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离c 80mm吊车梁端部为 340mm，吊车梁轴线到柱外侧的距离为 750mm，则牛腿顶1面的长度为750-400+c 80mm相应牛腿水平截面高为 600+400=1000mm，牛腿外边缘高度h 500mm，1 1倾角α=450，于是牛腿的几何尺寸如图 2.118所示。牛腿配筋由于吊车垂直荷载于下柱截面内，即a=750—800=—50〈0，故该牛腿可按构造要求来配筋纵向钢筋取416，箍筋取8@100(图2.118)-20-φ8图2.118牛腿的几何尺寸及配筋示意图牛腿局部挤压验算设垫板的长和宽为 400mm×400mm，局部压力标准组合植FvkDmax,kG58861.24K1.471KN1.42故局部压应力为skFvk471002.9Nmm20.75fcA400400mm20.7514.310.73N（4）柱的吊装演算吊装方案：一点翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处（图2.119）荷载计算上柱自重g11.21.5250.40.47.2KNmm0.4(1.00.710.22)牛腿自g21.21.5250.7217.5KNmm重下柱自重g31.21.5250.17758.0KNmm计算简图如图2.119b所示。(c)内力计13.82算M17.252KNm2M217.24.521(17.57.2)0.7275.4KNm22M3 18.09.2275.446.9KNm8 2-21-弯矩图如2.119所示。截面承载力计算'2,fy300Nmm2截面1-1：bh400mm400mm,h0365mm,AsAs763mm故截面承载力Asfy(h0'Muas)763300(36535)76.KNmM52KNm(可以)截面2-2：bh400mm800mm,h0765mm,AsAs'1964mm2,fy300Nmm2故截面承载力'Mu Asfy(h0as)1964300(76535)430KNm M 75.4KN m(可以)裂缝宽度演算故承载力计算可知，裂缝宽度演算截面 1-1即可。钢筋应力如下：-22-顶基

顶柱

φφφφφ图2.119柱吊装演算简图Mk520000001.2179Nmm2sk0.877630.87Ash0365按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率AS763取0.01te0.5bh0.00950.01,0.854004001.10.56ftk1.10.652.00.3740.01179tesk故maxcrsk(1.9c0.08deq)2.10.374179(1.9250.0822)Este2.01050.010.157mmmm可以)0.3(实际上吊装阶段荷载为短期作用，最大裂缝宽度应为0.252/1.5=1.168mm，满足要求，对柱若采用平卧起吊，承载力和裂缝宽度将均不满足要求。6、基础设计（1）荷载计算由柱传至基顶的荷载由表2.30可得荷载设计植如下：第一组 M 581.25KNm,N 1153KN,V 59.4KNmax第二组 M 433KNm,N 593.8KN,V 59.35KNmax-23-第三组 M 1251.78KNm,N 302.7KN,V 22.27KNmax由基础梁传至基顶的荷载墙重（含两面刷灰）1.214.30.450.35645.11.85.24367.9KN窗重（钢框玻璃窗）1.245.141.80.516.56KN基础梁1.20.20.30.4562520.3KN2G5404.76KN由基础梁传至基础顶面荷载设计值为：550.30.80.55mG对基础地面中心的偏心距e22G5e5 404.76 0.55 222.6KN作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值分别为假定基础高度为800+50+250=1100mm，则作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值：第一组Mbot581.251.159.4222.6423.99KNmN1153404.761557.76KN第二组Mbot4331.159.35222.6275.69KNmN593.8404.76998.56KN第三组Mbot302.71.122.27104.6KNmN1251.78404.761656.54KN基础的受力情况如图 2.120所示。-24-图2.120 基础底面尺寸的确定①基底尺寸的确定由第二组荷载确定 l和bA1.1~1.4998.561.65.36~6.83mm224020取l1.5,由l1.5Alb6.84mm2,解得b2.14mbb取b2.5m;l1.52.33.5m取l4.0m演算e0l的条件6e0Mbot423.99Nbot1557.76222.541.6l4可以0.241m0.667m66-25-验算其他两组荷载设计值作用下的基底应力第一组pmaxNbotMbotNGdMbotAWAW998.56201.6275.6999.93241.42.5413.722.5m26m2173KN1.2f1.2200240KN可以Pmin299.93241.490.5KNm0Pmm2299.932131.9KNf200KNm（可以）第三组Pmax1656.54201.6104.6165.73215.72.54122.54262213KNm1.2f1.2200240KNm(可以）Pmin299.93215.7116.2KNm＞0(可以)Pm99.92m232131.9KNm200KN因为该车间属于可不作地基变形计算的二级建筑物，所以最后确定基底尺寸为2.3m×3.7m（图2.120）。（2）确定基底的高度前面已初步确定基础的高度为1.1m，如采用锥形杯口基础，根据构造要求，初步确定的基础剖面尺寸如图2.121所示。由于上阶底面落在柱边破坏锥面之内，故该基础只须进行变阶处的抗冲击切力验算。（a）在个组荷载设计值作用下的地基最大净反力第一组Ps,max155842428.515.248371.6KNm第二组998.56275.692Ps,max8.515.248169.5KNm第三组1656.5104.62Ps,max8.