单层工业厂房结构设计

五、排架中柱截面设计1．计算长度及材料强度以A柱为例。考虑吊车荷载时，柱子在排架方向的计算长度根据下式确定：上柱：lu=2.0Hu=2.0×3.9=7.8m；下柱：ll=1.0Hl=1.0×8.1=8.1mC30混凝土，fc=14.3N/mm2，11.0。HRB335纵向钢筋，fy=fy'=300N/mm2；HPB235箍筋、构造筋，fy=210N/mm2。2．上柱截面配筋设计上柱截面尺寸已初定为400×400mm，采用对称配筋。取h0=400-35=365mm。Nb=α1fcbξbh0=1.0×14.3N/mm2×400mm×0.55×365mm=1148.29KNN内力组合中Ⅰ-Ⅰ截面四组内力下的受压区高度系数ξ=α1fcbh0<ξb，均属于大偏心受压。在大偏心受压构件中，∣M∣相近，N越小越不利；N相近时，∣M∣越大越不利，因此可用内力组合M=-97.54KN·m，N=290.52KN计算配筋。e0=M/N=97.54/290.52=336mm；ea=20mm；ei=e0+ea=336+20=356mml0/h=7800/400=19.5>5，故应考虑偏心距增大系数ηζ1=0.5fcA/N=0.5×14.3×160000/290520=3.94>1,取ζ1=1.0。ζ2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.01×7.8/0.4=0.955所以： η=1+ (h 1 l0)2·ζ1·ζ2=1+1400×356/3651 ×(7.80.4)2×1.0×0.955=1.271400ei/h0e=ηei+h/2-as=1.27×356+400/2-35=617.2mm N 290.52x=α1fcb=1.0×14.3×400=50.8mm<ξbh0=0.55×365=201mm，且x<2as'=70mm50.8Neafbxhx/2290.52×617.2-1.0×14.3×400×50.8×(365-2)AA 1cha0'= 300×(365-35)s s f' y 0 s=814mm2选用3Φ20（As=AS'=942mm2>ρminbh=320mm2）。箍筋按构造确定。箍筋间距不应大于400mm及截面的短边尺寸，且不大于15d；箍筋直径不应小于d/4，且不应小于6mm。现配置Ф8@200。3．下柱截面配筋设计下柱截面按I形截面，截面尺寸为400×800mm,采用对称配筋。取h0=800-35=765mmNb=α1fc（bf’-b）hf+α1fcbξbh0=1.0×14.3×（400-100）×150+1.0×14.3×100×0.55×765=1245.2KN。Ⅱ—Ⅱ、Ⅲ—Ⅲ截面各组内力都小于Nb,均为大偏心受压。所以选取偏心距e0最大的一组内力作为最不利内力。取最不利组合M=422.24，N=406.85,V=40.69计算。e0=M/N=422.24/406.85=1038mm ； ea=800/30=27mm>20mm ；ei=e0+ea=1038+27=1065mml0/h=8100/800=10.1>5，故应考虑偏心距增大系数ηζ1=0.5fcA/N=0.5×14.3×176000/422240=2.98>1,取ζ1=1.0。l0/h<15，取ζ2=1.0所以： η=1+ (h 1 l0)2·ζ1·ζ2=1+1400×1065/7651 ×(8.10.8)2×1.0×1.0=1.051400ei/h0e=ηei+h/2-as=1.05×1065+800/2-35=1483mme’=ηei-h/2+as’=1.05×1065-800/2+35=753mm N 406.85x=α1fcbf'=1.0×14.3×400=71mm<hf=150mm即中和轴过翼缘。 Ne' 406.85×753×103AS=AS’=fy(h0-αs')=300×(765-35)=1195mm2选用4Φ20（As=AS'=1256mm2>ρminbh=320mm2）同理，按照上述方法可知其他组内力组合下配筋计算均小于1195mm2。4．牛腿设计1）截面尺寸验算以A柱为例。牛腿宽度取与排架柱同宽，即400mm；牛腿长度应满足吊车梁的搁置要求；牛腿高度初选600mm，外缘高度取400mm。牛腿高度应满足斜截面抗裂的要求： FfbhFβ10.5Fvkks0.5tk0avk h0式中F——作用在牛腿顶部的水平拉力标准值，对本例为0；hkF——作用在牛腿顶部竖向力标准值，P+D=44.3+416.0=460.3kN； vk 4A max,kβ——裂缝控制系数，支承吊车梁的牛腿取=0.65；a——竖向力作用点至下柱边缘的水平距离，a=750-800=-50<0，取a=0；h——牛腿截面有效高度600-35=565mm；b—牛腿宽度，为400mm；f——混凝土抗拉强度标准值，对于C30混凝土f=2.01N/mm2。 tk tk Ffbh 2.01N/mm2400mm565mm10.5Fhk0.5tkq00.65 0.5 590.538kNFvkvk h0 截面尺寸满足要求。2）配筋及构造纵向钢筋，由于a<0.3h0，取a=0.3h0=170mm，牛腿不需设置弯筋。AS=0.85fFvayh0+1.2Ffyh=644.40.85×300×103××565170=7120mm2选用4Φ16(As=804mm2)。箍筋选用Ф8@100，满足构造要求。3）局部受压强度验算局部承压面积近似按柱宽乘以吊车梁断承压板宽度取用：A400mm500mm2.0105mm2460.3×103Fvk/A=2×105=2.30N/mm2<0.75fc=10.725N/mm2,满足要求。39003900830027005500q1q21270%考虑。 柱子插入基础杯口深度h取800mm，故柱全长为3.9+8.1+0.=12.8。mq1=1.5×0.9×1.2×4=6.48kN/mq2=1.5×0.9×1.2×(0.176×25×5.5+0.4×0.8×25×2.8)/8.3=5.61kN/mM1=6.48×3.92/2=49.28kN.mM2=0.5×67.02-5.61×8.32/8=-14.80kN.m2）承载力验算当不翻身起吊时，1—1截面的尺寸为400×400mm。由于对称配筋As=M/[fy(h0-as')]=49.28×106/[300×(365-35)]=498mm2现上柱配有3Φ20，吊装时能有效利用的纵筋为2Φ20(As=628mm2)，满足吊装时承载力要求。2—2截面As=M/[fy(h0-as')]=67.02×106/[300×(365-35)]=677mm2现下柱配有4Φ20，吊装时能有效利用的纵筋为2Φ20（As=628mm2），2-2截面不能满足吊装时承载力要求。3-3截面不起控制作用。上述吊装验算结果表明，根据使用阶段的内力进行配筋，施工时不翻身起吊不能满足承载力要求。应该采取调整吊点、翻身起吊、多点起吊或增加配筋等措施。现采用翻身起吊后，经验算承载力能满足要求。3）裂缝宽度验算混凝土的最大裂缝宽度公式为 dw sk1.9c0.08eqmax crE tes式中αcr——构件受力特征系数，对于钢筋混凝土受弯构件αcr=2.1；c——钢筋保护层厚度，c=25mm；ρte——按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率，ρte=As/Ate；deq——受拉区纵向钢筋的等效直径，对于直径相同的带肋钢筋，deq=d；σsk——按荷载效应的标准组合计算的钢筋等效应力，σsk=Mk/(0.87h0As)；Ψ——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，Ψ=1.1-0.65tkf/（ρteσsk）；ftk——混凝土抗拉强度标准值，C30混凝土施工阶段ftk=0.7×2.01=1.41。1—1、2—2截面裂缝宽度的验算过程见表5-1。表5-1裂缝宽度验算截面M(N.mm)A(mm2)σ(N/mm2)d(mm) ρ Ψw(mm)k s sk eq te max1—182016000 942 218.7 18 0.006360.440.28<0.32—2129925000 1256 169.6 18 0.0129 0.680.19<0.3裂缝宽度满足要求。六、基础设计（1）．基础设计资料地质情况：地下水位在-4m以下，地基土为沙质粘土，地基承载力特征值为220KN/m2，冻深线1.2m。以A柱下基础为例。基础采用C20砼，抗拉强度f=1.1N/mm2；HPB235钢筋抗t拉强度f=210N/mm2。基础面（即排架柱的Ⅲ—Ⅲ截面）内力组合列于表6-1。表6-1A柱杯口顶面内力组合组 基本组合 标准组合号M（kN.m）N（kN） V（kN） M（kN.m）N（kN） V（kN） k k k439.38911.64, 35.96 348.61 738.9 26.65425.62973.54 39.97 337.69 778.5 31.48注：对基础设计:最小轴力组合是非控制内力，未列出。．初定基础几何尺寸基础采用平板式锥形杯口基础。柱子插入基础杯口深度h应满足三个条件：吊装时的稳定，大于5%的柱长；大于纵向钢筋的锚固长度；h=800mm。杯口顶部尺寸：宽=400+2×75=550mm；长=800+2×75=950mm杯口底部尺寸：宽=400+2×50=500mm；长=800+2×50=900mm。杯壁尺寸：厚度t=300mm；杯壁高h≤t/0.75=400mm，取400mm。2杯底厚度：a=250mm。基础总高度h≥h+a+50=800+250+50=1100mm，取1100mm。1 1基础埋深：d=1.1+0.6=1.7m。．地基计算先按轴心受压基础估算基础底面尺寸。A≥N/(f-γd)=778.5/(220-20×1.7)=4.19m2，初步选l×b=2.0× max,k ak s3.0m。则底板面积A=2.0×3.0=6.0m2；截面抵抗矩W=lb2/6=2.0×32/6=3m3；基础及覆土自重G=γAd=20×6×1.70=204kN。 k s当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，地基承载力特征值需按下式进行修正： fafakb(b3)dm(d0.5)式中fak——地基承载力特征 ePNcMPNcMcVcGKMKFK300450hγ——基础底面以下土的重度，本例取18kN/m3；γm——基底以上土的加权平均重度，本例取17kN/m3；ηb、ηd——分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，对于沙质粘土，分别取0.3和1.6。图6-1地基的荷载fa=220+1.6×17×（1.7-0.5）=252.6kN/m2计算基础底面的压力时，A柱下基础是边柱基础，还应包括基础梁和外墙传来的荷载（详见图6-1）。Nc=16.1KN，Mc=16.1×0.55=8.86KN·m地基承载力计算采用荷载的标准组合，验算过程见例表6-2。表6-2地基承载力计算计算计算项目MkkN.m)(Nk(kN)Vk(kN)GkkN)(Nk+G(kN)∣Mk+Vkh∣(kN.m)Pk=(Nk+G)/A(kN/m2)Pkmax=Pk+∣Mk+Vkh∣/W(kN/m2)组合1339.75755.026.65204959.0369.07159.8<fa=252.6282.8<1.2fa组合2328.83794.621.46204998.6352.44166.4<fa=252.6283.9<1.2fa故所选基础尺寸满足要求。（4）、验算基础高度地基净反力计算对组合1 Nk+MkW+Vkh=2755×3+339.75+26.653 ×1.1=248.86kN/m2Pj,max=blNk-MkW+Vkh=2755×3-339.75+26.653 ×1.1=2.81kN/m2Pj,min=bl按比例可求得相应于柱边缘、变阶处及冲切破坏锥体外边缘的地基净反力值，见图6-2因壁厚t=300mm，小于杯壁高度400mm，由柱边作出45°斜线将与杯壁相交，这说明不可能从柱边产生冲切破坏，故仅需对台阶以下进行冲切验算。这是冲切锥体的有效高度h=700-40=6120mm，冲切破坏锥体最不利一侧斜截面上边长a和下边长a分别为：0 tbat=400+2×375=1150mmab=1150+2×660=2470mm>l=2000mm，取ab=2000mm则 at+ab=1.15+2.02 =1.58mam=2考虑冲切荷载时取用的多边形面积Al为（l=2.0m<ab=2.47m）2.47-2Al=2×（2-0.825）-(0.66-2)2=2.27m2Fl=psA=249×2.24=557.76kN<0.7×0.975×1.1×1580×660=783×103N，满足要求。22504504002505030030075754004001500150015001500400400775775143514352002005755751235123510001000III’I’IIIIII’II’2493126159190 图6-2基础的受冲切和受弯承载力计算（5）基础底板配筋计算○1基础沿长边方向，对柱边截面I-I处的弯矩M按下式计算;11MI=12a12[(2·l-a’