单层工业厂房排架结构设计论文

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊课程设计报告纸TONGJIUNIVERSITY《建筑混凝土结构课程设计》课程作业课题名称单层工业厂房排架结构设计院(系)土木工程学院建筑工程系专业土木工程姓名学号指导教师日期目录第一章绪论 31.1设计题目 31.2设计任务 31.3设计资料 3第二章结构选型和结构布置 5第三章排架荷载计算 83.1荷载的基本数据 83.2恒荷载 83.3活荷载 83.4风荷载 11第四章内力分析 134.1恒载作用下排架的内力 134.2屋面活载作用下排架的内力 134.3吊车竖向荷载作用下排架的内力 144.4吊车水平制动力作用下排架的内力 154.5风荷载作用下排架内力 16第五章内力组合 19第六章排架柱设计 216.1排架柱主体部分设计 216.2牛腿设计 216.3吊装验算 216.4其他构造 21第七章抗风柱设计 227.1使用阶段设计 227.2吊装验算 227.3其他构造 22第八章基础设计 238.1杯口基础设计 238.2基础梁设计 23

第一章绪论1.1设计题目单层混凝土结构厂房。某锻工车间为一单层单跨钢筋混凝土装配式结构，跨度18m，长度66m。选用两台A4级桥式吊车，轨顶标高9.8m，考虑散热通风要求，需设置天窗和挡风板。1.2设计任务1．结构布置与结构选型完成屋面板、屋架、天窗架、天沟、吊车梁、基础梁等构件的选型，并初步确定排架柱的截面尺寸。（1）进行结构布置（包括支撑布置）。（2）排架荷载计算。（3）排架内力计算。（4）排架内力组合。（5）柱子配筋设计（包括牛腿）。（6）柱下独立基础设计。（7）绘制施工图（1号图纸及2号图纸各一张，其中一张要求为纯手工绘制），内容包括：①基础平面布置图及基础配筋图；②屋盖结构布置及结构平面布置图；③柱子配筋图。1.3设计资料1．结构设计原始资料（1）．荷载钢筋混凝土容重25kN/m一砖墙（单面粉刷）4.92kN/m20mm水泥砂浆找平层0.4kN/m钢门窗自重0.4kN/m钢轨及垫层0.6kN/m二毡三油防水层0.35kN/m2屋面活荷载0.5kN/m2屋面积灰荷载0.5kN/m2施工活荷载0.5kN/m2风荷载0.6kN/m雪荷载0.6kN/m吊车等级15/3t20/3t(2)．地质情况根据地质报告，天然地面以下1.2m处为老土层，修正后的地基承载力为120kN/m2，地下水位在地面以下1.3m处（标高-1.45m）(3)．材料混凝土：柱C30，基础C20.钢筋：受力钢筋为HRB400级钢筋，钢箍、预埋件及吊钩为HPB300级钢筋。砌体：M5砖，M2.5砂浆。

第二章结构选型和结构布置1、结构选型（I）屋面板：自重1.3kN/m2（沿屋架斜面），嵌缝0.1kN/m2（沿屋架斜面）。（II）天沟板：天沟板如图2-1，重17.4kN/块（包括积水重量）。图2-1天沟板（III）天窗架：门型钢筋混凝土天窗架如图2-2.图2-2天窗架及挡风板集中荷载（IV）屋架：预应力钢筋混凝土折线型屋架YMJA-18-xBb（如图2-3,2-4）上弦杆b×h=240mm×220mm下弦杆b×h=240mm×220mm腹板b×h=120mm×240mm（F1）b×h=200mm×240mm（F2）b×h=120mm×120mm（F3~F6）屋架自重：60.5kN/榀图2-3屋架轴线图几何尺寸图2-4屋架端头（V）屋盖支撑：0.05kN/m2（沿水平面）（VI）吊车梁重：44.2kN/根（高1200mm）（VII）基础梁重：15.7kN/根（高450mm）（VIII）连系梁、过梁均为矩形截面（IX）排架柱尺寸（如图2-5）：上柱为矩形400mm×400mm下柱为工字型400mm×800mm（X）基础采用单独杯形基础，基础顶面标高-0.6m。图2-5排架柱截面尺寸及标高2、结构平面布置详见CAD图纸。

第三章排架荷载计算3.1荷载的基本数据钢筋混凝土容重25kN/m3一砖墙（单面粉刷）4.92kN/m20mm水泥砂浆找平层0.4kN/m钢门窗自重0.4kN/m钢轨及垫层0.6kN/m二毡三油防水层0.35kN/m2屋面活荷载0.5kN/m2屋面积灰荷载0.5kN/m2施工活荷载0.5kN/m2风荷载0.6kN/m雪荷载0.6kN/m吊车等级15/3t20/3t3.2恒荷载①屋盖部分传来的恒荷载P1p天窗重26.2×2+11.5×2=75.4kN屋面板重1.3×6×18=140.4kN嵌缝重0.1×6×18=10.8kN二毡三油防水层重0.35×6×18=37.8kN屋盖支撑重0.05×6×18=5.4kN找平层重0.4×6×18=43.2kN屋架自重60.5kN373.5kN每块天沟板及积水重17.4kN合计：P②上柱自重P2p，下柱自重P排架柱截面尺寸及标高如图2-5工字型截面特性：面积A=1.87×105mm2；强轴惯性矩Ix=1.456×1010mm4；弱轴惯性矩Iy=1.759×109mm4正方形截面特性：面积A=1.6×105mm2；惯性矩Ix=Iy=2.13×109mm4上柱重：P下柱重：柱身：25牛腿：25P③混凝土吊车梁及轨道重PP3.3活荷载①屋面活荷载PPP1Q的作用位置同P②竖向吊车荷载采用两台A4级工作制的吊车，起重量分别为Q=15/3t，20/3t，吊车参数见下表3-1表3-1吊车跨度LK=16.5m额定起重量Q(t)吊车宽度B(m)轮距K（m）吊车总重G（kN）小车重g（kN）最大轮压Pmax（kN）最小轮压Pmin（kN）15/3t5.164.121566.114834.520/35.164.122570.118329.5注：Pmin=（G+Q）/2-Pmax竖向吊车作用情况有以下两种，如图3-1,3-2。图3-1吊车荷载情况1图3-2吊车荷载情况2对情况1：D=0.9=334.041kND=0.9=66.459kN对情况2：D=0.9=345.171kND=0.9=64.869kN经比较，设计时应采用情况2，作用位置同P4p③水平吊车荷载每个轮子水平刹车力：15/3t：T20/3t：T产生Tmax时吊车作用位置与图2-7T=12.69kNTmax作用点标高+9.700m3.4风荷载①均布风荷载风载体型系数及计算简图如图3-3,图3-3框架风载体型系数及计算简图地面粗糙度为B类，则风压高度系数变化系数如下表3-2表3-2风压高度系数μ标高/m10152030μ1.001.141.251.42注：以下所用μz柱顶离室外地坪高度为：12.0+0.15=12.15m，查表2-2得：μ故q1=0.8×1.0602q2=0.5×1.0602②集中风荷载W（计算简图如图3-4）屋架檐口离室外地坪高度为：14.5-0.4+0.15=14.25m故μ立板、屋架交界处离室外地坪高度为：14.55-0.4+0.15=14.30m故μ立板顶点处离室外地坪高度为：17.22+0.15=17.37m故μ天窗、屋架交界处离室外地坪高度为：15.55+0.15=15.30m故μ天窗檐口处离室外地坪高度为：17.22+0.15=17.37m故μ天窗顶点处离室外地坪高度为：17.52+0.15=17.67m故μ图3-4集中风载计算简图q3=0.8×1.1190q4=0.3×1.1204q5=1.4×1.1921q6=0.8×1.1466q7=0.8×1.1921q8=0.7×1.1987q9=0.7×1.1987q10=0.6×1.1921q11=0.6×1.1466q12q13=0.6×1.1204q14=0.5×1.1190取向右为正：则W=集中风荷载作用点标高为+12.000m。

第四章内力分析4.1恒载作用下排架的内力（仅验算使用阶段）排架荷载作用简图如图4-1，荷载作用位置如图4-2.图4-1排架荷载作用简图图4-2荷载作用位置①由p1p由图4-2易知：e1=50mm，e2又p1p=204.15kN，故M12而nI=I查表得：C1=32×1-C3=32×1-N1=204.15kN，R1=②由柱自重产生的弯矩和轴力上柱：p2p=14.4kN，故R2=M22N2下柱：p3p=49.06kN，③由p4pp4p=47.8kN，R4=M44N4图4-3恒载计算简图图4-4恒载作用下内力图4.2屋面活载作用下排架的内力由于P1Q的作用位置同P1pP1Q则R=5.51×59.4204.15=1.60kNM11M12N=59.4kN计算简图及内力图如图4-5,4-6图4-5屋面活载计算简图图4-6屋面活载作用下内力图4.3吊车竖向荷载作用下排架的内力①最大轮压作用于左柱（A柱）左柱（A柱）：MA右柱（B柱）：MB=计算简图如图4-7=+=图4-7吊车荷载（作用于左柱，即A柱）计算简图同理可得：CRA=MARB=MB因为A柱与B柱相同，所以剪力分配系数ηA=ηB=0.5，则A柱与B柱柱顶的剪力为左柱（A柱）：VA=RA右柱（B柱）：VB=RB内力图如图4-8。②最大轮压作用于右柱（B柱）根据结构对称性，最大轮压作用于右柱（B柱）时，A柱内力与①中B柱相同，B柱内力与①中A柱相同。图4-8竖向吊车荷载（作用于左柱，即A柱）作用下内力图4.4吊车水平制动力作用下排架的内力①Tmax向左作用时，柱中轴力为0同理可得：nI=A柱：TB柱：T计算简图如图4-9=+=图4-9水平吊车荷载（向左）作用计算简图又yHC5故RA=RB考虑空间分配系数m，查表m=0.80剪力分配系数ηA=ηB=0.5则A柱和B柱的柱顶剪力为左柱（A柱）：VA=RA右柱（B柱）：VB=RB内力如图4-10中实线部分。②Tmax根据结构对称性，Tmax图4-10水平吊车荷载（向左）作用下内力图4.5风荷载作用下排架内力①左风情况q1=3.05kN/m（→）q2=1.91kN/m（→）W=27.02kN（→）计算简图如图4-11图4-11风荷载（左风）作用计算简图C11故R1=-C11R2=-C11排架单元为对称结构，柱中轴力为0。剪力分配系数ηA=ηB=0.5则A柱和B柱的柱顶剪力为左柱（A柱）：VA=R1右柱（B柱）：VB=R2故内力图如图4-12中实线部分。②右风情况根据结构对称性，右风时，内力图如图4-12中虚线部分。图4-11风荷载（左风）作用计算简图

第五章内力组合因为排架单元为对称结构，可仅考虑左柱（A柱）的截面，具体组合见下表。左柱的控制截面及组合表中的正方向如图5-1所示。图5-1左柱（A柱）控制截面及正方向表5-1A柱内力组合表*表中Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ截面及荷载的正方向由图5-1决定。截面内力恒载活载竖向吊车荷载水平吊车荷载风荷载永久荷载效应控制可变荷载效应控制最大轮压作用于水平力作用方向左风右风+Mmax相应N、-Mmax相应N、Nmax相应N、Nmin相应N、+Mmax相应N、-Mmax相应N、Nmax相应N、Nmin相应N、AB向左向右12345678组合项内力组合项内力组合项内力组合项内力组合项内力组合项内力组合项内力组合项内力I-IM4.842.79-24.84-24.84-10.2710.2759.54-69.871,2759.281,35,8-86.561235,8-83.831,35,8-86.561,2784.341,35,8-126.471235,8-122.951,35,8-126.47N218.5559.4000000353.25295.04353.25295.04337.10262.26337.10262.26II-IIM-22.149.0995.97-2.14-10.2710.2759.54-69.871,36,7124.241245,8-91.811235,84.3118-88.581,36,7182.311245,8-118.791236,7193.7718-124.39N266.3559.4345.17164.8690000697.84481.36756.05359.57754.54476.2829.38319.62III-IIIM15.485.3133.87-64.24-108.91108.91381.34-352.841,23,67486.351,45,8-445.171,23,67486.3517341.21,23,67685.661,45,8-644.171236,7685.6617552.45N314.4159.4345.17164.8690000820.93488.03820.93424.45887.05459.03887.05377.29V4.181.60-6.9-6.9-10.9610.9649.48-40.0452.75-45.4952.7547.2174.49-67.9474.4974.29第六章排架柱设计6.1排架柱主体部分设计①设计资料截面尺寸：上柱400mm×400mm的正方形截面下柱I形截面b=120mmh=800mmbh材料等级：混凝土C30f受力筋为HRB400级钢筋f箍筋、预埋件和吊钩为HPB300级钢筋f计算长度：排架平面内：上柱：2×3.6=7.2m下柱：1×9=9m排架平面外：上柱：1.25×3.6=4.5m下柱：0.8×9=7.2m②内力上柱：Nb其中：ξb内力组合表（表5-1）中I-I截面的控制内力均小于Nb，故都属于大偏心受压，所以应选取弯矩较大而轴力较小的情况，经比较选出下面的内力组合：下柱：由于下柱在长度范围内配筋相同，比较II-II截面及III-III截面的控制内力，可以看出III-III截面起控制作用。可以令Nb从内力组合表（表5-1）中可知，III-III截面的控制内力均小于Nb组合a：M=685.66kN·mN=887.05kNV=74.49kN；组合b：M=-644.17kN·m③配筋计算（按对称配筋）上柱：Ms=-126.47kN·m；N=262.26kN所以属于大偏心受压，且取x=70mm。e0ea=eiξc=ηsM=ηe0eie=ee'As选用2C25（As=981.75箍筋直径不应小于d/4=6.25mm，且不应小于6mm，d为纵向钢筋的最大直径；箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸（400mm），且不应大于15d=375mm，d为纵筋的最小直径。故箍筋选用A8@200。垂直弯矩平面的承载力验算：l0bNcNc下柱：Nf内力组合a：M=685.66kN·mN=887.05kN>按对称配筋计算；e0ea=eiξc=ηse=η则：Ncu即，887050=14.3×120·x+14.3×联立解得：As内力组合b：M=-644.17kN·mN=459.03kN<x=Ne0ea=eiξc=ηsM=ηe0eie=eAs内力组合c：M=552.45kN·mN=377.29kN<x=Nfce0ea=eiξc=ηsM=ηe0eie=ee'As根据三个组合下求得的配筋面积，取最大值，即：（A故选用2C28+2C22（As箍筋直径不应小于d/4=7mm，且不应小于6mm，d为纵向钢筋的最大直径；箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸（400mm），且不应大于15d=375mm，d为纵向钢筋的最小直径。故箍筋选用A8@200。垂直弯矩平面的承载力验算：A=187000mmIyi=Il0iNcNc6.2牛腿设计吊车梁与牛腿的关系及尺寸如图6-1，所以牛腿面上没有水平力。图6-1吊车梁与牛腿关系及尺寸图作用在牛腿上的竖向荷载：FVFVS牛腿高度验算：ftk=2MPa；a=0h00.65×f由于竖向力作用点在下柱截面边缘内，故纵向手拉钢筋可按构造配置。AsAs纵筋不应少于4根，直径不应小于12mm，故选用4C16（As=804.4mm2）；由于ah0=0<0.3,故可不设置弯筋；箍筋按构造配置，牛腿上部配筋详图见CAD图纸。局部受压面积为牛腿上承压板面积A=200×400=80000mmFVS6.3吊装验算采用平吊方式，吊装简图及荷载情况如图6-2。图6-2吊装简图及荷载情况图①荷载上柱：25×0.4×0.4=4kN/m；牛腿：25×0.4×1=10kN/m；下柱：25×0.187=4.675kN/m；柱脚：25×0.4×0.8=8kN/m；考虑荷载系数1.5，结构重要性系数0.9，荷载分项系数1.2.则荷载标准值及设计值如下：q4k=4×1.5×0.9=5.4q3k=10×1.5×0.9=13.5q2k=4.675×1.5×0.9=6.31q1k=8×1.5×0.9=10.8②内力RA=38.95kNRC=76.04kNMF=63.19kN·mMC=-58.86kN·mMD=-41.99kN·m内力图如图6-3。图6-3吊装内力图③配筋及裂缝验算现按平吊验算，截面按双筋截面计算，裂缝允许宽度ωmax下柱跨中：a、配筋验算MF=63.19kN·mAs已配2C28+2C25（Asb、裂缝验算ωmax其中：αcr=1.9σsρteψ=1.1-0.65ftkωmax下柱牛腿处：a、配筋验算MC=-58.86kN·mAs已配2C28+2C25（Asb、裂缝验算ωmax其中：αcr=1.9σsρteψ=1.1-0.65ftkωmax上柱牛腿处：a、配筋验算MD=-41.99kN·mAs已配2C25（Asb、裂缝验算ωmax其中：αcr=1.9σsρteψ=1.1-0.65ftkωmax6.4其他构造1、柱中吊环设计：RAk=32.46kN；RCk=63.37kN；吊环布置如图6-4；图6-4吊环位置示意图按图6-4中布置吊环，则每个吊环承受的力为：NA=《混凝土结构设计规范》（GB50010）规定，在构件自重标准值下，每个吊环按2个截面计算的应力不应大于65MPa，于是有：AsAAsC可选用1A18做成吊环（As2、柱中纵筋搭接所选纵向钢筋最大为C28的带肋钢筋，则钢筋所需基本锚固长度为l钢筋搭接长度：ll故取钢筋搭接长度ll3、箍筋搭接区加密在纵筋搭接区，箍筋间距不大于200mm，且不大于5d=110mm。故搭接区内箍筋选配,8@100。4、锚固筋选用,8@500，伸出长度500mm。第七章抗风柱设计7.1抗风柱设计（1）设计资料截面尺寸：上柱450mm×450mm的正方形截面下柱450mm×600mm的矩形截面材料等级：混凝土C30f受力筋为HRB400级钢筋f箍筋、预埋件和吊钩为HPB300级钢筋f（2）设计说明抗风柱主要承受山墙风荷载，设计时可以近似按受弯构件计算。抗风柱顶应低于屋架上弦中心线50mm，抗风柱上下柱交界处应低于边柱柱顶100mm或屋架下弦底200mm，所以可得抗风柱上柱Hu=2.3m，下柱Hl=12.5m，总高H=14.8m。上柱截面宽450mm图7-1抗风柱计算简图（3）荷载计算①风荷载由表3-2中数据，用线性插值法求得标高14.2m处μz=1.118，体型系数μsqk=0.8×1.118×0.6×6=3.22kN/m，②柱自重上柱：G下柱：G（4）内力分析计算简图如图7-2上柱截面：Iu=3.42×nI=C11故R=-C11·q·H=-21.08kN风荷载作用下内力图如图7-3图7-2风载作用下计算简图图7-3风载作用下内力图（5）配筋计算（按对称配筋）①上柱截面（按近似受弯计算）M=36.56kN·m；N=13.97kNAs取As‘=As箍筋直径不应小于d/4=4.5mm，且不应小于6mm，d为纵筋的最大直径；箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸(450mm)，且不应大于15d=270mm，d为纵筋最小直径。故箍筋选用A6@200。②下柱截面（按近似受弯计算）M=181.95kN·m；N=115.22kNAs选用3C25（As箍筋直径不应小于d/4=6.25mm，且不应小于6mm，d为纵筋的最大直径；箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸(450mm)，且不应大于15d=375mm，d为纵筋最小直径。故箍筋选用A8@200。同时，加配2C12作为腰筋，C6@400为拉筋。7.2吊装验算考虑到柱身自重较大，且跨度较大，所以采用翻身吊。并适当将吊点下移一段距离。如图7-4所示。图7-4抗风柱吊装图①荷载上柱：25×0.45×0.45=5.06kN/m下柱：25×0.45×0.6=6.75kN/m考虑到荷载系数1.2，动力系数1.5，结构重要性系数0.9，则q2k=5.06×1.5×0.9=6.83q1k=6.75×1.5×0.9=9.11②内力RA=52.59kNRB=102.90kNME=126.52kN·mMB=-69.54kN·mMC=-21.69kN·m③配筋及裂缝验算现按翻身吊验算，截面按双筋截面计算，裂缝允许宽度ωmax下柱跨中：a、配筋验算ME=126.52kN·mAs已配3C25（Asb、裂缝验算ωmax其中：αcr=1.9σsρteψ=1.1-0.65ftkωmax下柱吊点：a、配筋验算MB=-69.54kN·mAs已配3C25（Asb、裂缝验算ωmax其中：αcr=1.9σsρteψ=1.1-0.65ftkωmax上柱吊点：a、配筋验算MC=-21.69kN·mAs已配2C18（Asb、裂缝验算ωmax其中：αcr=1.9σsρte=Aψ=1.1-0.65ftkωmax7.3其他构造柱中吊环设计：RAk=43.82kN；RBk=85.75kN；吊环布置如图7-5。图7-5抗风柱吊环位置示意图按图7-5中布置吊环，则每个吊环承受的力为：NA=《混凝土结构设计规范》（GB50010）规定，在构件自重标准值下，每个吊环按2个截面计算的应力不应大于65MPa，于是有：AsAAsC可选用1A20做成吊环（As2、柱中纵筋搭接所选纵向钢筋最大为C25的带肋钢筋，则钢筋所需基本锚固长度为l钢筋搭接长度：ll故取钢筋搭接长度ll3、箍筋搭接区加密在纵筋搭接区，箍筋间距不大于200mm，且不大于5d=90mm。故搭接区内箍筋选配,8@90。4、锚固筋选用,8@500，伸出长度500mm。第八章基础设计8.1杯口基础设计1、基础设计参数柱下独立杯口基础，基顶标高-0.60m，基底标高-1.80m，柱截面尺寸为400mm×800mm。天然地面下1.2m处（标高-1.35m）为老土层，修正后地基承载力为120kN/m土及基础平均重度20kN/m3，基础混凝土采用C20混凝土，ft2、荷载计算取III-III截面组合a：设计值M=685.66kN·mN=887.05kNV=74.49kNN2为基础梁、墙、窗自重标准基础梁重：15.7kN钢门窗重：0.4×4.2×（1.8+2.1+3.6）=12.6kN一砖墙重：4.92×6×（0.6+2.85+1.7+0.3）=160.88kN过梁、连系梁重：25×6×0.24×（0.3+0.3+0.45）=37.8kNN作用于基础顶面总共轴向力标准值：887.05/1.35+211.28=868.35kN基础梁、墙、窗自重设计值：1.2×211.28=253.54kN作用于基础顶面总共轴向力设计值：887.05+253.54=1140.59kNN2图8-1柱下独立杯口基础计算简图3、确定基础地面尺寸（计算简图如图8-1）在偏心荷载作用下，可先按照轴心受压下初步估算所需的基础底面积：pk=F