学士某单层工业厂房课程设计

PAGEPAGE471.设计资料和结构选型某金工车间立、平面布置如图1.1.1和1.1.2所示车间总长48米，柱距除端部为5.5米外，其余均为6米，跨度24米+24米，每跨设有2台吊车，吊车工作制级别为A5级，轨顶标高为9.3米，吊车起重量20/5t、15/3t。屋面做法：三毡四油防水层上铺小豆石，20mm厚水泥沙浆找平层，100mm厚泡沫混凝土保温层，20mm厚水泥砂浆。外墙墙厚240mm，每开间侧窗面积24平方米，钢窗，无天窗，室内外高差150mm，素混凝土地面。厂房所在地点的基本风压为0.5KN/m2，地区类别为B类；屋面活载为0.5KN/m2。因该厂房跨度在15-36m之间，且柱顶标高大于8m，故采用钢筋混凝土排架结构，为了使屋盖具有较大刚度选用预应力折线型屋架及预应力混凝土板，选用钢筋混凝土吊车梁及基础架。2.厂房的平面布置和支撑布置2.1厂房的平面布置厂房的平面布置如图2.1。2.22.2支撑布置2.2.1屋盖支撑布置(1)上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑布置在屋盖两端第二开间，如图2.2(2)下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑布置在与上弦横向水平支撑同一开间，如图2.3(3)纵向水平支撑纵向水平支撑布置在屋架下弦端节间处，沿房屋全长布置，如图2.3(4)垂直支撑垂直支撑布置在上,下弦水平支撑同一开间内,如图2.4(5)水平系杆在屋架端部柱顶处和上弦屋脊节点处设通长水平刚性系杆，在屋架端部柱底处设通长水平柔性系杆。水平系杆布置如图2.2.1和2.2.22.2.2柱间支撑柱间支撑布置如图2.5符号说明：SC上——上弦支撑；XC——下弦支撑；CC——垂直支撑;GG——刚性系杆；LG——柔性系杆；ZC—3结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度是24m,且柱顶标高大于8m,故采用钢筋混凝土排架结构.厂房的各构选型见表3.1表3.1主要构件选型表构件名称标准图号选用型号允许荷载自重备注预应力面板G410(一))YWB-22.461.4自重包括灌缝重重嵌板G410(二))KWB-12.51.75同上天沟板G410(三))TGB68-113.051.91同上屋架04G415--1YWJ24-11D3.5112.75kkN/榀,屋盖钢支0.055屋架边缘高度11.65mm吊车梁G323-2DL9B40.8kN//根梁高1200LK16.5~~28.55m基础梁G320JL-316.7kN//根轨道连接G325(二))0.8kN/mm柱顶标高是11.7米，牛腿的顶面标高是7.9米，室内地面至基础顶面的距离0.5米，则计算简图中柱的总高度H,下柱高度Hl和上柱的高度Hu分别为：H=11.7m+0.5m=12.2mHl=7.9m+0.5m=8.4mHu=12.2m-8.4m=3.8m根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表2表3.2柱截面尺寸及相应的参数计计算参柱号截面尺寸/mmm面积/mm2惯性矩/mm44自重/(KN/m))A,C上柱矩400×40004.0下柱I400×9000×1000×15504.69B上柱矩400×60006下柱I400×10000×1100×11504.943.2荷载计算3.2.1恒载(1)屋盖恒载三毡四油防水层上铺小豆石0.3520mm厚水泥砂浆找平层0.40100mm厚泡沫混凝土保温层0.8020mm厚水泥砂浆找平层0.401.95预应力混凝土大型屋面板1.4天沟板1.91嵌板1.75屋盖钢支撑0.05构造层+屋面板天沟板构造层+嵌板图3.1求反力：Fa=237.68kNFb=250kN屋架重力荷载为112.75kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值：GA1=1.2×(250+112.75/2)=367.65KNGB1=1.2×(237.68+112.75/2)=352.87KN(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值GA3=1.2×（40.8+0.8×6）=54.72KNGB3=1.2×（27.5+0.8×6）=38.76KN(3)柱重力荷载的设计值A,C柱B柱图3.2荷载作用位置图3.2.2屋面活荷载屋面活荷载的标准值是0.5KN/m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值：3.2.3风荷载风荷载标准值按ωk=βzμsμzω0计算其中ω0=0.5KN/m2,βz=1,μz根据厂房各部分及B类地面粗糙度表2.5.1确定。柱顶（标高11.7m）μz=1.064橼口（标高13.75m）μz=1.112屋顶（标高16.03m）μz=1.16μs如图3所示，由式ωk=βzμsμzω0可得排架的风荷载的标准值：ωk1=βzμs1μzω0=1.0×0.8×1.064×0.5=0.4256KN/m2ωk2=βzμs2μzω0=1.0×0.4×1.064×0.5=0.2128KN/m2图3.3风荷载体型系数和排架计算简q1=1.4×0.4256×6=3.58KN/mq1=1.4×0.2128×6=1.79KN/mFw=γQ[(μs1+μs2)×μzh1+(μs3+μs4)×μzh2]βzω0B=1.4[(0.8+0.4)×1.112×2.05+(-0.6+0.5)×1.16×2.28]×1×0.5×6=10.38KN3.2.4吊车荷载吊车的参数：B=5.55米，轮矩K=4.4，pmax=185KN,pmin=50KN,g=69KN。根据B和K，可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图４所示：图3.4吊车荷载作用下支座反力的影响线吊车的竖向荷载Dmax=γQFpmax∑yi=1.4×180×(1+0.075+0.808+0.267)=541.8KNDmin=γQFpmin∑yi=1.4×50×(1+0.075+0.808+0.267)=150.5KN吊车的横向荷载T=1/4α（Q+g）=1/4×0.1×(150+69)=5.475KN吊车横向荷载设计值：Tmax＝γQT∑yi=1.4×5.475×2.15=16.48KN4排架内力分析该厂房为两跨等高排架,可用剪力分配法进行排架内力分析表4.1柱剪力分配系数柱别ACn=0.111=0.31=2.417=Bn=0.288=0.31=2.787=4.1恒荷载作用下排架内力分析图4.1恒荷载作用的计算简图G1=GA1=367.65KN;G2=18.24+54.72=72.96KN;G3=G5A=47.28KN;G4=2GB1=705.74KN;G5=2×54.72+27.36=136.8KN;G6=G5B=49.79KN;M1=G1×e1=367.65×0.05=18.38KN.m;M2=(G1+G4A)e0-G3e3=(367.65+18.24)×0.25-54.72×0.3=80.06kN.m由于为对称结构且作用对称荷载,排架结构无侧移,故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力C1=×=2.153;;C11=×=1.0093;RA=C1+C3=(18.388×2.1153+880.066×1.0093)//12.22=10..42KNN(→)RC=-10.422KN(←);RB=0KNN;内力图：图4.2恒荷荷载内力图图4.2屋面活荷荷载作用下下排架内力力分析(1)AB跨作作用屋面活活荷载图4.3ABB跨作用活活荷载作用用简图在柱顶和变阶处处的力矩为为：M1A=53.669×0..05=22.68KKN.m，M2A=533.69××0.255=13..42KNN.m，M1B=500.34××0.155=7.555KN..mRA=C1+C3=(2.68××2.1553+133.42××1.0993)/112.2==1.688KN(→)对于B柱RB=C1=7.55××1.7337/122.2=11.07KKN(→)则排架柱顶不动动铰支座总总的反力为为：R=RA+RB=1.668+1..07=22.75KKN(→)VA=RA－RηηA=1.668-0..285××2.755=0.990KN((→)VB=RB－RηηB=1.007-0..43×22.75==-0.111KN((←)VC=－RηC=-0.2855×2.775=－0.733KN(←)排架各柱的弯矩矩图,轴力图,柱底剪力力如图4.4所示:图4.4ABB跨作用屋屋面活荷载载内力图(2)BC跨作作用屋面活活荷载由于结构对称,,且BC跨的作用用荷载与AB跨的荷载载相同,故只需叫叫图4.4的各内力力图位置及及方向调一一即可,如图4.6所示:图4.5BC跨跨作用活荷荷载作用简简图图4.6BC跨作用屋屋面活荷载载内力图4.3风荷载作作用下排架架内力分析析(1)左吹风时时==0.336RA=-q1HC111=-33.58××12.22×0.3336=--14.668KN((←)RC=-q1HC111=-11.79××12.22×0.3336=--7.344KN(←)R=RA+RC+Fw=-144.68--7.344-10..38=--32.44KN(←)各柱的剪力分别别为:VA=RA-RηηA=-144.68++0.2885×322.4=--5.455KN(←)VB=-RηB==-0.443×(--32.44)=133.93KKN(→)VC=RC-RRηC=-7..34+00.2855×32..4=1..89N((→)图4.7左风内内力图(2)右风吹时时因为结构对称，只只是内力方方向相反,，所以右右风吹时，内内力图改变变一下符号号就行，如如图4.8所示；图4.8左风内力力图4.4吊车荷载载作用下排排架内力分分析(1)Dmax作作用于A柱计算简图如图112所示，其其中吊车竖竖向荷载Dmax，Dmin在牛牛腿顶面引引起的力矩矩为：MA=Dmax×e3==541..8×0..3=1662.544KN.mmMB=Dmin×e3==150..5×0..75=1112.888KN..mRA=-C3=-162.554×1..093//12.22=-144.56KKN(←)RB=C3=112.888×1.2259/112.2==11.665KN((→)R=RA+RB=-144.56++11.665=-22.91NN(←)各柱的剪力分别别为:VA=RA-RηηA=-144.56++0.2885×2..91=--13.773(←)VB=RB-RηηB=11..65+00.43××2.911=12..90KNN(→)VC=-RηC==0.2885×2..91=00.83kkN(→)图4.9Dmaax作用在A柱时排架架的内力(2)Dmax作作用于B柱左计算简图如图44.10所示，其其中吊车竖竖向荷载Dmax，Dmin在牛牛腿顶面引引起的力矩矩为：MA=Dmin×e3==150..5×0..3=455.15KKN.mMB=Dmax×e3==541..8×0..75=4406.335KN..mRA=－C3=-45.155×1.0093/112.2==-4.004KN((←)RB=C3=406.355×1.2259/112.2==41.993KN((→)R=RA+RB=－4.044+41..93=337.899kN(→)各柱的剪力分别别为:VA=RA-RηηA=－4.04－0.2885×377.89==－14.884KN((←)VB=RB-RηηB=41..93－0.433×37..89=225.644KN(→)VC=-RηC==－0.2885×377.89==－10.880N(←)图4.10Dmmax作用用在B柱左时排排架的内力力(3)Dmaxx作用于B柱右根据结构对称和和吊车吨位位相等的条条件，内力力计算与Dma作用于B柱左情况况相同，只只需将A，C柱内力对对换和改变变全部弯矩矩及剪力符符号：如图图4.111图4.11Dmmax作用用在B柱右时排排架的内力力(4)Dmaax作用于C柱同理，将Dmaax作用于A柱的情况况的A，C柱的内力力对换，且且注意改变变符号，可可求得各柱柱的内力，如如图4.122图4.12Dmmax作用用在C柱时排架架的内力(5)Tmax作作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向向水平荷载载时，排架架计算简图图16所示。对对于A柱，n=0..11，λ=0.331，得a=(33.8-11.2)//3.8==0.6884.，C5==0.579RA=－TmaxC5=－－16.448×0.5779=－9.544KN(←)B柱，n=0.28，λ=0.331CC5=0.6447RB=－TmaxC5=－－16.448×0.6447=－10.666KN(←)排架柱顶总反力力R：R=RA+RB=－9.54－10.666＝－20.22KN各柱顶剪力：VA=RA-RηηA=－9.54＋0.2885×200.2=－3.788KN(←)VB=RB-RηηB=－10.666＋0.433×20..2=－1.9774KN(←)VC=－RηC=0.285××20.22=5.776kN((→)图4.13Tmmax作用用在AB跨时排架架的内力(6)Tmax作作用于BC跨柱由于结构对称及及吊车的吨吨位相等，故故排架内力力计算与“Tmax作用用于AB跨柱”的情况相相同，只需需将A柱与C柱的对换换，如图4.144图4.14Tmmax作用BC跨时排架架的内5内力组合以BB柱内力组组合为例。表5为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表，表5.1为A柱内力组合表，这两表中的控制截面及正福号内力方向如表4中的例图所示。内力组合按式（2.5..19）~式（2.5..21）进行。除除及相应和一项外，其其他三项均均是按式（2.5..19）和式（2.5..20）求得最最不利内力力值；对于于及相应和一项，Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面均按按（）求得得最不利内内力值，而而Ⅰ-Ⅰ截面是按按式（2.5..21）即（）求求得最不利利内力。对柱进行裂缝宽宽度验算时时，内力采采用标准值值。同时只只需对的柱柱进行验算算。为此，表5.2中亦给出和的组合值，它们均满足的条件，对本例来说，着些均取自及相应和表5.1B柱柱内力设计计值汇总表表荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载AB跨BC跨在A柱在B柱左在B柱右在C柱在AB跨在BC跨左风右风序号①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑾I-IM0-7.977.9749.0297.43-97.43-49.017.4117.4152.9-52.93N733.150.3450.3400000000II-IIM0-7.977.97-63.8-308.9308.9263.8617.4117.4152.9-52.93N842.5450.3450.34150.5541.8541.8150.50000

III-IIIM0-8.898.8943.21-93.5493.54-43.2139.3139.3169.95-169.955N892.3350.3450.34150.5541.8541.8150.50000V0-0.110.1112.9025.64-25.64-12.914.5114.5113.93-13.93截面+及相应N,V-及相应N,V及相应M,V及相应M,VMk,NkI-IM①+0.9【③++0.8(⑤+⑨⑨)+⑩】147.83①+0.9【②+0.9(⑥++⑨)+⑩】-147.833①+②+③+⑤97.43①+0.9【0..9(⑤+⑧)+⑩】140.66100.47N778.4778.4833.78733.1610.92II-IIM①+0.9【③++0.8(⑤+⑨⑨)+⑩】319.14①+0.9【②+0.9(⑤++⑨)+⑩】-319.144①+0.9【②+③+0.8(⑤+⑥⑥】0①+⑩52.93N1326.71326.71713.344852.54III-IIIM①+0.9【③++0.8(④+⑥⑥)+0.9⑧+⑩】372.25①+0.9【②+0.8(⑤++⑦)+0.9⑧+⑾】-372.255①+0.9【②+③+0.8(⑤+⑥】0①+⑩169.95N1436.0991436.0991763.1892.33V15.22-16.97013.93Mk265.89-265.8990121.39Nk113211321356.599743.61Vk10.87-12.0809.95表5.2B柱内力组组合表6柱截面设计（中中柱）混凝土土强度等级级C30，fc=14..3N/mmm2，ftk=2..01N//mm2．采用HRB4400级钢筋，fy=fy`=3660N//mm2,ζb=0.5518，上下柱柱采用对称称配筋．6.1上柱的配配筋计算由内力组合表可可见，上柱柱截面有四四组内力，取h0＝600-40=560mm，在弯矩较大且比比较接近的的两组内力力中,取轴力较较小的一组组,即取MM=1400.66kkN.mN==733..1kN由附表11.11查得有吊吊车厂房排排架方向上上柱的计算算长度,附加弯矩ea==20mmm（大于400//30），e0=M/N=1992mmeei=e0+ea=2122mml0/h=76000/6000=12..67>55．应考虑虑偏心矩增增大系数ηζ1==0.5×144.3×6600×4400/77331000=2..34>11，取ζ１＝1ζ2=1.15-00.01ll0/h=11.15--0.011×76000/6000=1..023>1.00，取ζ2=1η=1+ζ1ζ22=1+×11×1=11.30属于大偏心=157.7按配筋,选垂直于排架方向向柱的计算算长度,则=满足弯弯矩作用平平面外的承承载力要求求6.2下柱配筋筋计算按，计算。下柱计算长度，附附加偏心距距。b=100mmm,,.，，应考虑偏心矩矩增大系数数,且取。取，故为大偏心受受压。中和轴位于腹板板内，计算算受压区高高度XX=(2)按，计算算计算方法法与上述相相同,计算过程程从略,计算结果果为下柱截面面选用.按此配筋,经验算柱柱弯矩作用用平面外的的承载力亦亦满足要求求6.3柱裂缝宽宽度验算《规范》中规定定，对不需进行行裂缝宽度度验算6.4柱裂缝宽宽度验算非地震区的单层层厂房柱，其其箍筋数量量一般由构构造要求控控制。根据据构造要求求，上下柱柱均选用φ８@200箍筋。6.5牛腿设计计根据吊车梁支承承位置、截截面尺寸及及构造要求求，初步拟拟定牛腿尺尺寸如图23所示。其其中牛腿截截面宽度，牛牛腿截面高高度，。(1)牛腿截面面高度验算算按式（2.6..1）验算，其其中，，（牛腿顶顶面无水平平荷载）；；，按下式确定：，由式（2.6..1）得：故牛腿截面高度度满足要求求。图6.1牛腿图(2)牛腿配筋筋计算由于选用水平箍筋选用。6.6柱的吊装装验算采用翻身起吊，吊吊点设在牛牛腿下部，混混凝土达到到设计强度度后起吊。由由表2.4..6可得柱插插入杯口深深度，取900mmm。则柱吊吊装时总长长度为3.8mm+8.44m+0..9mm==13.11mm,计算简图图如图18所示。图6.2柱吊装计计算简图柱吊装阶段的荷荷载4为柱自重重重力荷载载（应考虑虑动力系数数），即在上述荷载作用用下，柱各各控制截面面的弯矩为为：由得：令，得，则下柱段段最大弯矩矩为：柱截面受弯承载载力及裂缝缝宽度验算算过程见表表6.1表6.1柱吊装装阶段承载载力及裂缝缝宽度验算算表柱截面上柱下柱92.4（688.44）84.93(662.911)142.83〉〉83.116300.22>>0.9××84.993=766.44184.1182.68-1.12<00.2,取0.2-2.20<00.2,取0.2<0（满足要求求）<0（满足要求求）7基础设计《建筑地基基础础设计规范范》规定，对对于6m柱距的单单层多跨厂厂房，其地地基承载力力特征值、吊吊车起重量量200kN～300kkN、厂房跨跨度、设计计等级为丙丙级时，可可不做地基基变形验算算。本例满满足上述要要求，故不不需做地基基变形验算算。基础混凝土强度度等级采用用C20，下设100mmm厚C10素混凝土土垫层。7.1作用于于基础顶面面上的荷载载计算作用于基础顶面面上的荷载载包括柱底底（Ⅲ-Ⅲ截面）传传给基础的的M，N，V及外墙自自重重力荷荷载。前者者可由表5.2中的Ⅲ-Ⅲ截面选取取，见表7.1，其中内内力标准组组合值用于于地基承载载力验算，基基本组合用用于受冲切切承载力验验算和底筋筋计算，内内力的正号号规定见图图24b。表7.1基础设计计的不利内内力组别菏载效应基本组组合菏载效应标准组组合第1组372.251436.09915.22265.89113210.87第2组-372.2551436.099-16.97-265.8991132-12.08第3组01763.1001365.5990每个基础承受的的外墙总宽宽度为6.0m，基础梁重重量为，每每个基础承承受的由墙墙体传来的的重力荷载载为：基础梁166.70kkN116.700kN距基础形心的偏偏心距为：：，7.2基础尺寸寸及埋置深深度（1）按构造要求拟拟定高度h由表2.4.6得柱柱的插入深深度，取900mmm。由表2.4.7得杯杯底厚度应应大于200mmm，取，则，基础顶面标高高为-0.5500m,,故基础埋埋置深度d为：，由表2.4..7得杯壁厚厚度，取375mmm。基础边缘高度取取350mmm,台阶高取400mmm。（2）拟订基础底面面尺寸由式（2.7..2）得：适当放大，取（3）计算基底压力力及验算地地基承载力力基底压力按式（2.7..3）计算，结结果见下表表，按式（2.7..8）验算地地基承载力力，其中，，验算结果见表8，可见地基底面尺寸满足要求。表7.2基础底面面压力计算算及低级承承载力验算算表类别第1组第2组第3组265.89113210.87-256.8771132-12.0801763.101611.11611.12242.2268.08-2282.222-110.866148.0288.91163.2887.35166.07163.67118.47<<180148.02<<216125.32<