单层工业厂房袁拥桃

华中科技大学单厂工业厂房设计计算书课程混凝土结构学院土木工程与力学学院专业土木工程（建工方向）班级1302姓名袁拥桃学号U201315565指导教师张先进2016年10月8日目录设计资料1结构选型3钢筋混凝土排架柱截面尺寸确定5确定定位轴线及计算简图5荷载计算6恒荷载6屋面活荷载7吊车荷载7风荷载8排架内力分析9内力组合13排架柱截面设计14设计资料14配筋计算14裂缝验算17牛腿配筋计算17排架柱吊装验算18锥形杯口基础设计20荷载计算20初步确定截面尺寸21地基承载力验算22基础抗冲切验算23基地配筋计算23抗风柱设计25

华中科技大学单层工业厂房课程设计一．设计资料1.概况：某工厂拟建两个焊接车间，根据工艺布置的要求，车间均为单跨单层厂房，跨度为24m，设吊车20/5t、10t吊车各一台，吊车均为中级工作制，轨顶标高12m，厂房设有天窗，建筑平、立、剖面图详图一、图二、图三。图一建筑平面图图二建筑立面图图三建筑剖面图2.结构设计资料：(1)自然条件：基本雪压0.5kN/m2基本风压0.5kN/m2地震设防烈度该工程位于非地震区，故不需抗震设防。(2)地质条件：场地平坦，地面以下0～1.5m为素填土层，1.5m以下为粉质粘土层，该土层fak=300kN/m2，Es3.建筑设计资料：屋面：采用卷材防水屋面，不设保温层；维护墙：采用240厚蒸压粉煤灰砖墙，外墙面为水刷石，内墙面为水泥石灰砂浆抹面；门窗：钢门、钢窗，尺寸参见立面图；地面：采用150厚C15素混凝土地面，室内外高差为300mm。4.吊车资料见表1表1吊车参数Q(t)Lk(m)H(m)B1+B2(mm)吊车宽B(m)轮距K(m)Pmax(kN)Pmin(kN)g(kN)20/516.52.099≥3345.9554.00185.035.069.771016.51.876≥3045.8404.05123.022.034.61二、结构选型屋面板（04G410-1）三毡四油防水层（上铺小砂）20mm水泥砂浆找平层屋面活荷载雪荷载(取平均)故屋面板选用标准图集中Y-WB-2Ⅱ(中间跨)及Y-WB-2Ⅱs（端跨）。允许外加荷载基本组合设计值为，板自重标准值为，灌缝重标准值为。嵌口板选用KWB-1Ⅱ(中间跨)KWB-1Ⅱs（端跨）。允许荷载基本组合设计值为，板自重标准值为，灌缝重标准值为。天沟板（04G410-2）焦渣混凝土找坡层：按12m排水沟，0.5%坡度，最低处厚20mm，考虑6m天沟最大找坡层重按厚度计算20mm水泥砂浆找平层三毡四油防水层（无小石子）积水深为230mm(与高肋齐)屋面活荷载选用TGB77天沟板，允许荷载。此天沟板板重标准值为。天窗架（05G512）选用钢天窗架，中间选用GCJ9A-21，端部采用GCJ9B21，竖向支撑采用TC-4，横向支撑采用TS-2，系杆采用TX-2，传递到屋架的集中荷载分别为和（不包括上部板传递的荷载）。屋架（04G415-1）屋面板以上的恒载标准值预应力屋面板及灌缝重屋面支撑及吊管自重恒载标准值屋面活荷载雪荷载屋面荷载设计值为：组合一：组合二：故选用标准图集中的预应力混凝土折线屋架YWJ24-1Bb，屋架自重标准值为119.3kN/榀。5.吊车梁（04G426）采用标准图集中的后张法预应力混凝土吊车梁YDL3，吊车梁高1200mm，自重标准值为。6.吊车轨道联结（04G325）轨道及零件中为1kN/m2轨道及垫层构造高度为200mm。按A4级工作级别，，,选用：轨道联结DGL-11，钢轨，轨道自重标准值为。根据吊车规格参数计算最大轮压设计值：，满足要求。7.基础梁{04G320}墙厚度240mm，砖强度等级≥MU10，砂浆强度等级≥M5。柱距为6m时窗宽3600mm，安全等级为二级，重要性系数1.0。（1）纵墙（柱距为6m）选用：JL-3（有窗）；（2）.山墙选用：JL-24（有窗）。三、钢筋混凝土排架柱截面尺寸确定取轨道顶面至吊车梁顶面的距离，故-起重机梁高-轨道连结高度=12-1.2-0.2=10.6m。查附录得到，吊车轨顶至吊车顶部的高度为，考虑屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为，故=12+2.1+0.22=14.32m初步选定基础顶面标高为则柱的计算高度H=14.32+1.3=15.62m上部柱高H下部柱高Hl选择截面尺寸如下：下柱：b≥H取600×1200×150×200，上柱矩形截面。截面数据参见表1。表1计算参数截面尺寸/mm面积mm2惯性矩/mm4上柱500×6003.0×1056.25×109下柱I形600×1200×150×2003.3×1054.11×1010四、确定定位轴线及计算简图1.横向定位轴线的确定端部的横向定位轴线位于山墙的内边缘，并把端柱的中心线内移600mm。其余的横向定位轴线均过下柱截面几何中心线。2.纵向定位轴线的确定，故采用非封闭式轴线。取，B32=150mm。故纵向轴线A、B分别由外墙内皮向内偏移150mm。3.计算单元和计算简图的确定由于厂房车间没有特殊的要求，结构均匀布置，除吊车荷载外，荷载在纵向的分布是均匀的，故可取一榀横向排架为计算单元，计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离，即，如图1所示λ=Hu排架的计算简图如图4-1所示。五、荷载计算1.恒荷载（1）屋面结构自重标准值防水层和找平层：预应力混凝土屋面板：屋盖钢支撑系统：屋面恒荷载：天窗架自重：屋架自重：故作用于AB跨两端柱顶的屋盖结构自重标准值为：对上柱轴线的偏心距为：（2）柱自重标准值上柱：F对下柱轴线的偏心为：下柱：偏心距：（3）吊车梁及轨道重标准值:偏心距：2.屋面活荷载：屋面活荷载与屋盖结构自重作用点相同。3.吊车荷载：查表1可得本车间选用的吊车参数，从而可得出吊车梁的支座反力影响线，如图5-2所示。图5-2支座反力影响线作用于排架柱上的吊车竖向荷载为：DD作用在每个轮上的吊车横向水平刹车力的标准值，对吊车：对于10t吊车：T故作用于排架上的吊车水平荷载为：T风荷载该地区基本风压ω0=0.5kN/柱顶：H=14.32+0.3=14.62m，μ檐口：H=14.62+6.462=21.08m，μz2风荷载标准值为：qq柱顶集中荷载标准值如下：左风吹时：=[(0.8+0.5)×(1.65+3.25)+(0.5-0.6)×(1.0+0.46)]×1.27×0.5×6=23.71kN左风吹与右风吹相反，Fw=23.71kN，风荷载作用下排架计算简图如图5（a）（a）（b）图5-3风荷载分布（a）风荷载体型系数；（b）风荷载大小分布六、排架内力分析本厂房为单跨厂房，可采用剪力分配法来进行内力分析。恒荷载作用下的内力分析A柱：λ=Hu查附图得：C1=1.98，则A柱不动铰支座反力为：RA=1.98×22.55/15.62+1.42×43.07/15.62=6.77kN(相应的弯矩图和轴力图如图6-1（a）所示。屋面活荷载下的内力分析屋面活荷载在A、B柱顶压力下为：屋面活荷载在A、B柱顶及变阶处产生的弯矩分别为：C1=1.98，RA=1.98×3.6/15.62+1.42×9/15.62=1.27kN(屋面活荷载作用下排架的内力图如图6-1（b）所示。吊车竖向荷载下的内力分析（不考虑厂房整体空间作用）当作用于A柱，作用于B柱时。作用于下柱中心线上的力矩分别为：MM给柱不动铰支座的反力为：RR柱顶总反力为：R=-B的柱顶剪力分别为：VV内力图如图6-2所示。（2）作用于A柱时，由于结构对称，故只需要将A柱与B柱内力互换，并注意内力符号即可。吊车水平荷载下的内力分析（考虑厂房的整体空间作用）当作用在AB跨时：对于A、B柱y=14.32-10.6-1.2=2.52my即：y=0.677H查附图并线性内插得：C柱顶反力为：R排架柱顶铰支座，将反力R反向作用于柱顶，并考虑房屋空间作用分配系数，对两端有山墙的，取空间作用分配系数。排架柱顶剪力为：V当荷载作用方向相反时，弯矩图与之相反。弯矩图如图6-3所示。风荷载作用下的内力分析风从左向右吹CRR排架柱顶不动铰支座的总反力为：R=排架柱顶最后剪力分别为：VV右风时此时和作风的情况相反，如图6-4所示。七、内力组合此排架为单跨排架，可仅对A柱或者B柱进行内力组合。各种荷载作用下设计控制界面（Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ）内力组合见表7-1及表7-2。控制截面内力表表7-1荷载编号①恒荷载②屋面活荷载③Dmax在A柱④Dmin在A柱⑤Tmax⑥左风⑦右风控制截面Ⅰ-ⅠM2.631.12-24.03-24.03±7.5652.45-66.30N253.44360.000.000.000.000.00Ⅱ-ⅡM-40.44-11.4895.79-1.68±7.5652.45-66.30N304.1636299.5555.870.000.000.00Ⅲ-ⅢM31.863.6418.91-78.56±109.60472.12-436.38N391.2236299.5555.870.000.000.00V6.771.27-6.466.46±9.7251.39-41.21内力组合表表7-2控制截面Ⅰ-Ⅰ荷载内力永久荷载效应控制的组合可变荷载效应控制的组合组合项目MN,V组合项目MN,V+Mmax及相应N1.2×①+1.4×⑥+1.4×0.7×②77.68339.41-Mmax及相应N1.2×①+1.4×⑦+1.4×0.7×（③+⑤）-120.62304.13Nmax及相应M1.35×①+1.4×0.7×（②+③+⑤+⑦）-91.28377.421.2×①+1.4×②+1.4×0.7×（③+⑤+⑦）-91.21354.53Nmin及相应M1.2×①+1.4×⑦+1.4×0.7×（②+③+⑤）-119.79339.41Ⅱ-Ⅱ+Mmax及相应N1.35×①+1.4×0.7×（③+⑤+⑥）98.09704.181.2×①+1.4×③+1.4×0.7×（⑤+⑥）144.39784.36-Mmax及相应N1.35×①+1.4×0.7×（②+⑦）-130.8445.901.2×①+1.4×⑦+1.4×0.7×②-108.61400.27Nmax及相应M1.35×①+1.4×0.7×（②+③+⑤+⑥）86.84739.461.2×①+1.4×③+1.4×0.7×（②+⑤+⑥）133.14819.64Nmin及相应M1.35×①+1.4×0.7×⑦-119.6410.621.2×①+1.4×⑦-141.35365.00Ⅲ-Ⅲ+Mmax及相应N1.35×①+1.4×0.7×（②+③+⑤+⑥）635.20856.9963.941.2×①+1.4×⑥+1.4×0.7×（②+③+⑤）828.71798.3084.51-Mmax及相应N1.35×①+1.4×0.7×（④+⑤+⑦）-569.1582.90-34.441.2×①+1.4×⑦+1.4×0.7×（④+⑤）-757.10524.22-52.76Nmax及相应M1.35×①+1.4×0.7×（②+③+⑤+⑥）635.20856.9963.941.2×①+1.4×③+1.4×0.7×（②+⑥+⑤）638.36924.1160.21Nmin及相应M1.35×①+1.4×0.7×⑥505.69528.1559.501.2×①+1.4×⑥699.20469.4680.0761.00八、排架柱截面设计1、设计资料（1）截面尺寸上柱：面积：600×1200600×1200×150×200下柱：面积：惯性矩：（2）材料强度采用预制柱，混凝土强度等级为C30，，箍筋采用HPB300级，纵向受力钢筋为HRB400级钢筋，，采用对称配筋。计算长度排架平面内，上柱：2×3.72=7.44m；下柱：1×11.9=11.9m排架平面外，上柱：1.25×3.72=4.65m；下柱：0.8×11.9=9.52m2、配筋计算（1）由于截面Ⅲ-Ⅲ的弯矩和轴力设计值均比截面Ⅱ-Ⅱ大，故下柱配筋由截面Ⅲ-Ⅲ的最不利组合控制，而上柱配筋由Ⅰ-Ⅰ截面的最不利组合控制。经比较，将用于上柱和下柱截面配筋计算的最不利组合列入表8-1中；（2）柱在排架平面内的配筋计算见表8-2。（3）柱在平面排架外承载力计算如下：上柱Nmaxl查表可得：φ=1.0N=4147kN>377.42kN满足要求。下柱Nmax平面外的惯性矩l查得：φ=0.795=3699.96kN>924.11kN满足要求。箍筋配置非震区的单层厂房排架柱箍筋一般按构造要求设置。故对于上下柱均采用φφ8@200，在牛腿处箍筋加密为φ8@100。柱在排架方向的，，表8-1截面内力组/mm/mm/mm/mm/mm/mmⅠ-Ⅰ-120.62397204177440500460304.13-91.2824220262377.42Ⅲ-Ⅲ828.711038331071119001000960798.30638.3669133724924.11注：1.2.3.取20和中的较大值。柱在排架方向内的配筋计算表8-2截面内力组偏心情况计算值实际值Ⅰ-Ⅰ-120.6241762735238大511320942942304.13-91.2826247244238大239377.42Ⅲ-Ⅲ828.711071153193497大1227420798.30638.367241184108497大834924.11注：1.，，，，。2.。上柱：；下柱：当时，；当时，。3.上柱：，；下柱：当时，；当时，；上柱或下柱：当时，。3、裂缝宽度验算《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）规定，对的柱应该进行裂缝宽度验算。由荷载规范查得各荷载项的准永久组合值系数分别为：屋面活荷载、风荷载：雪荷载：此厂房处于武汉市内，属于Ⅱ类地区，故吊车荷载：上柱和下柱的内力准永久值分别为：上柱：Mqe0h下柱：MNqe0h4、牛腿配筋计算根据吊车梁支撑位置截面尺寸及构造要求，初步确定牛腿尺寸及配筋如图8-1所示。牛腿截面宽度，截面高度，。牛腿截面高度验算。，，按下式确定：F牛腿顶部水平荷载标准值取：F竖向力作用点位于下柱截面以内，取，则：β满足要求。牛腿配筋计算。由于吊车竖向荷载的作用点至下柱边缘的距，因而牛腿可按构造要求配筋，纵筋取416（），箍筋取Φ8@100。5、排架柱的吊装验算（1）计算简图排架柱插入基础杯口内的高度，故柱的总长度。采用就地翻身起吊，吊点设在牛腿下部处，计算简图如图8-2所示。（2）荷载计算吊装时，应考虑动力系数，柱自重的重力荷载分项系数取1.35。（3）弯矩计算M支座A的反力：RA则正弯矩最大处距支座A的距离为：x=M（4）截面受弯承载力及裂缝宽度验算上柱：裂缝宽度验算：，取满足。下柱：M裂缝宽度验算：Mσρ故取ψω满足要求。九、锥形杯口基础设计1、荷载计算（1）由基础梁传至基础顶面的荷载每个基础承受的维护墙宽度为计算单元的宽度B=6.0m，墙高15.62+1.2+1.0-0.45=17.37m。墙上有上下钢框玻璃窗，窗宽，上下窗高分别为和，钢窗自重，每根基础梁自重标准值为，内外厚水泥砂浆粉刷，砖墙重度。故由墙体和基础梁传来的重力荷载标准值和设计值：基础梁自重：围护墙自重：(1+19×0.24)×[6×17.37-(3+4.8)×3.6]=423.34kN钢窗梁：N对基础的偏心距对基础底面的偏心弯矩M柱传来的荷载组合M/kN·mN/kNV/kNMk/kN·mNk/kNVk/kN一828.71798.3084.51596.49626.1161.33二-757.10524.22-52.76-536.23430.33-36.36三638.36924.1160.21460.52715.9743.982、初步确定截面尺寸（1）基础高度和杯口尺寸已知柱插入杯口深度为，故杯口深度为。杯口顶部尺寸：宽为，长为1200+2×75=1350mm；杯口底部尺寸：宽为，长为1200+2×50=1300mm。取杯壁厚度，杯底厚度；h2=450mm，据此，初步确定基础高度为。（2）确定基础底面尺寸基础埋深，取基础底面以上土的平均重度为，则深度修正后的地基承载力为底面面积（考虑偏心影响）：A=1.3取基础底面面积A=lb=2.4×3.6=8.64基础底面弹性惯性矩：具体如图9-13、地基承载力验算基础及上方土的重力标准值按第一组内力标准值验算轴向力：图9-1基础尺寸及反力设计值Nk弯矩：M=394.69kN∙mP满足要求。按第二组内力标准值验算轴向力：Nk弯矩：M=-865.03kN∙me=a=p满足要求。按第三组内力标准值验算轴向力：Nk弯矩：M=236.16kN∙mP满足要求。4、基础受冲切承载力验算因为由柱边做出的斜线与杯壁相交，由变阶处做出的斜线落在基础底面外，这说明不可能从柱边发生冲切破坏，故可不验算冲切破坏。5、基底配筋计算（1）沿排架方向的配筋计算配筋计算算要采用设计值，从上面的计算可以看出第二组荷载组合最不利，因此考虑第二组内力组合的配筋计算。除去上部土重基础承受的轴力设计值：N=1.2弯矩设计值：M=1.2e=MN=a=p设应力为零的截面至截面的距离为，x=此截面在柱中心线右侧2.13-3.6/2=0.33m处，柱边截面离柱中心线，变阶截面离柱中心线为，故柱边截面处的地基净反力P变阶截面处的地基净反力P沿基础长边方