钢筋混凝土结构课程设计2某单层工业厂房设计说明

./工程学院《钢筋混凝土结构》课程设计Ⅱ某单层工业厂房设计学生：学院：专业班级：专业课程：指导教师：2016年1月8日某单层工业厂房设计一、设计题目某单层工业厂房设计。二、设计资料<一>车间条件某机械加工车间为单层单跨等高厂房,车间总长为60m,跨度24m,柱距6m；车间设有两台相同的软钩吊车,吊车重量15/3t,吊车工作级别为A5级,轨顶标高10.8m。采用钢屋盖、预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土吊车梁和柱下独立基础。屋面不上人,室外高差为0.15m。纵向围护墙为支承在基础梁上的自承重空心砖砌体墙,厚240mm,双面采用20mm厚水泥砂浆粉刷,墙上有上、下钢框玻璃窗,窗宽为3.6m,上、下窗高为1.8m和4.8m,钢窗自重0.45KN/m2,排架柱外侧伸出拉结筋与其相连。〔二自然条件基本风压0.35kN/㎡、基本雪压0.30kN/㎡；地面粗糙类别为B类；地基承载力特征值165kN/㎡。不考虑抗震设防。〔三材料箍筋采用HRB335,纵向钢筋采用HRB400,混凝土采用C30。三、设计容和要求〔一构件选型1.钢屋盖采用如图1所示的24m钢桁架,桁架端部高度为1.2m,中央高度为2.4m,屋面坡度为1/12,钢檩条长6m,屋面板采用彩色钢板,厚4mm。2.预制钢筋混凝土吊车梁和轨道连接采用标准图G323〔二,中间跨DL-9Z,边跨DL-9B。梁高=1.2m。轨道连接采用标准图集G325〔二。3.预制钢筋混凝土柱取轨道顶面至吊车梁顶面的距离=0.2m,故：牛腿顶面标高=轨顶标高--=；由附录12查得,吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.15m,考虑屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为220mm,故：柱顶标高基础顶面至室外地坪的距离为1.0m,则基础顶面至室地坪的高度为,故：从基础顶面算起的柱高；上部柱高；下部柱高。参考表12-3,选择柱截面形式和尺寸：上部柱采用矩形截面；下部柱采用I形截面。图124m钢桁架4.柱下独立基础采用锥形杯口基础〔二计算单元及计算简图1.定位轴线：由附表12可查的轨道中心线至吊车端部的距离=260mm；：吊车桥架至上柱边缘的距离,一般取≥80mm；：封闭的纵向定位轴线至上柱边缘的距离,=400mm。++=260+80+400=740mm＜750mm,可以。故封闭的定位轴线A,B都分别与左右纵墙皮重合。2.计算单元由于该机械加工车间厂房在工艺上没有特殊要求,结构布置均匀,除吊车荷载外,荷载在纵向的分布是均匀地,故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B=6.0m,如图2所示。3.计算简图排架的就是简图如图3所示。图2计算单元图3计算简图〔三荷载计算1.屋盖荷载〔1屋盖恒荷载近似取屋盖恒荷载标准值为1.2kN/㎡,故由屋盖传给排架柱的集中恒荷载设计值：,作用于上部柱中心线外侧=50mm外。2.屋面活荷载《荷载规》规定,屋面均布活荷载标准值为0.5kN/㎡,比屋面雪荷载标准值0.3kN/㎡大。故仅按屋面均布活荷载计算。于是由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值：,作用于上部柱中心线外侧=50mm外。2.柱和吊车梁等恒荷载上部柱自重标准值为5.06kN/㎡,故作用在牛腿顶截面处的上部柱恒荷载设计值：；下部柱自重标准值为5.1kN/m,故作用在基础顶截面处的下部柱恒荷载设计值：；吊车梁自重标准值为39.5kN/根,轨道连接自重标准值为0.8kN/m,故作用在牛腿顶截面处的吊车梁和轨道连接的恒荷载设计值：；如图4所示F1、F2、F3、F4和F6的作用位置。图4各恒荷载作用位置3.吊车荷载吊车跨度=24-2×0.75=22.5m；查附录12.得Q=15/3t,=22.5m时的吊车最大轮压标准值、最下轮压值、小车自重标准值以及与吊车额定起重量相对应的重力标准值：=185kN,=50kN,=69kN,=150kN；并查得吊车宽度B和轮距K：B=6.4m,K=5.25m。〔1吊车竖向荷载设计值、由图5所示的吊车梁支座反力影响线知：；；。图5吊车梁支座反力影响线〔2>吊车横向水平荷载设计值；4.风荷载〔1>作用在柱顶处的集中风荷载设计值这时风荷载的高度变化系数按檐口离室外地坪的高度0.15+13.32+1.2〔屋架端部高度=14.67m计算,查表10-4,得离地面10m时,=1.0；离地面15m时,=1.14,用插入法,知：=1+。由图1知=1.2m,；。〔2>沿排架柱高度作用的均布风荷载设计值、这时风压高度变化系数按柱顶离室外地坪的高度0.15+13.32=13.47m来计算：=1+；；。〔四力分析力分析时取得荷载值都是设计值,故得到的力值都是力的设计值。1.屋盖荷载作用下的力分析〔1>屋盖集中恒荷载作用下的力分析柱顶不动支点反力：,；按=0.109,=0.271。查附图9-2,得柱顶弯矩作用下的系数=2.16,按公式计算：=2.17；可见计算值与查附图9-2所得的接近,取=2.17,=。〔2>屋盖集中活荷载作用下的力分析,；在、分别作用下的排架柱弯矩图、轴力图和柱底剪力图,分别如图6〔a、<b>所示,图中标注出的力值是指控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ截面的力设计值。弯矩以排架柱外侧受拉上的为正,反之为负；柱底剪力以向左为正,向右为负。2.柱自重、吊车梁及轨道连接等的自重作用下的力分析不作排架分析,其对排架柱产生的弯矩和轴力如图7所示。图6屋盖荷载作用下的力图〔a屋盖恒荷载作用下的力图〔b屋盖活荷载下的力作用用图图7柱自重及吊车梁等作用下的力图3.吊车荷载作用下的力分析1作用在A柱,作用在B柱时,A柱的力分析；；这里的偏心距e是指吊车轨道中心线至下部柱截面形心上网水平距离。A柱顶的不动支点反力,查附图9-3,得=1.1,=1.09,取=1.09。A柱顶不动支点反力kN<←>B柱顶不动支点反力〔→A柱顶水平剪力B柱顶水平剪力如图8〔a所示。〔2作用在A柱、作用在B柱时的力分析此时,A柱顶剪力与作用在A柱时的相同,也是=4.91KN<←>,故可得力值,如图8〔b所示。图8吊车竖向荷载作用下的力图〔a作用在A柱时〔b作用下的A柱时〔3>在作用下的力分析至牛腿顶面的距离为；至柱底的距离为；因A柱与B柱相同,受力也相同,故柱顶水平位移相同,没有柱顶水平剪力,故A柱的力如图9所示。图9作用下的力图4.风荷载作用下,A柱的力分析左风时,在、作用下的柱顶不动铰支座反力。由附图9-8查得=0.326,=0.325；取=0.325,不动铰支座反力：；；A柱顶水平剪力：；；故左风和右风时,A柱的力分别如图10〔a、〔b所示。图10风荷载作用下A柱力图〔a左风时〔b右风时〔五力组合表及其说明1.力组合表A柱控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ的力组合表,见表1。2.力组合的说明〔1>控制截面Ⅰ-Ⅰ在以+及相应N为目标进行恒荷载+0.9×〔任意两种或两种以上活荷载的力组合时,由于"有T必有D",有产生的是正弯矩+12.75,而在或作用下产生的是负弯矩-26.50,如果把它们组合起来,得到的是负弯矩,与要得到+的目标不符,故不予组合。〔2控制截面Ⅰ-Ⅰ在以及相应M为目标进行恒荷载+0.9×〔任意两种或两种以上活荷载的合力组合时,应在得到的同时,使得M尽可能的大,因此采用①+②+0.9×〔③+④+⑥+⑧。〔3、、和风荷载对截面Ⅰ-Ⅰ都不产生轴向力N,因此对Ⅰ-Ⅰ截面进行及相应M的恒荷载+任一活荷载力组合时,取①+②+③。〔4在恒荷载+任一种活荷载的力组合中,通常采用恒荷载+风荷载,但在以为力组合目标时或在对Ⅱ-Ⅱ截面以+为力组合目标时,则常改用恒荷载+。〔5评判Ⅱ-Ⅱ截面的力组合时,对+=150.23及相应N=631.69kN,=0.25m稍小于,但考虑到P-△二阶效应后弯矩会增大,故估计是大偏压,因此取它的最不利力组合；对Ⅲ-Ⅲ截面,=245.21kN及相应=273.09,=1.107m,偏心距很大,故也取为最不利力组合。〔6控制截面Ⅲ-Ⅲ的-及相应N、V的组合,是为基础设计用的。〔六排架柱截面设计采用就地预制柱,混凝土强度等级为C30,纵向受力钢筋为HRB400级钢筋,采用对称配筋。1.上部柱配筋计算由力组合表1可知,控制截面Ⅰ-Ⅰ的力设计值为：=50.48=127.48kN〔1考虑P-△二阶效应；；；,取=1.0；查表12-4可知,,=1.14。〔2>截面设计假设为大偏压,则：=22.28mm<=80mm,取=80mm；；；选用218+116,,故截面一侧钢筋截面面积<,同时柱截面纵配筋2×710.1=1420.2﹥。〔3垂直于排架方向的截面承载力验算由表12-4知,垂直于排架方向的上柱计算长度=1.25×3.92=4.9m,；查上册表5-1得=0.98,>628.65KN,满载力满足。2.下部柱配筋计算按控制截面Ⅲ-Ⅲ进行计算。由力组合表知,有二组不利力：<a>=454.69<b>=285.93=741.62kN=245.21kN〔1按<a>组力进行截面设计=613mm,=900/30=30mm,；；=2.09﹥1.0,取；=1.10；偏设为大偏心受压,且中和轴在翼缘：﹥﹤；说明中和轴确实在翼缘则：,；采用418,。〔2>按〔b组力组合进行截面设计,取；=44.61mm﹤；按计算：=1266mm；<418,。〔3>垂直于排架方向的承载力验算由表12-4知,有柱间支撑时,垂直排架方向的下柱计算长度为：；,可得,满足。3.排架柱的裂缝宽度验算裂缝宽度应按力的准永久组合值进行验算。力组合表中给出的是力的设计值,因此要将其改为力的准永久组合值,即把力设计值乘以准永久组合值系数,再除以活荷载分项系数。风荷载的=0,故不考了风荷载；不上人屋面的屋面活荷载,其=0,故把它改为雪荷载,即乘以系数30/50。〔1上部柱裂缝宽度验算按式〔10-35的荷载准永久组合,可得控制截面Ⅰ-Ⅰ的准永久组合力值：；由上册式〔8-38知最大裂缝宽度,；,取=0.01；,；；；；；；纵向受拉钢筋外边缘至手拉边的距离为28mm,近似取负值,取；。〔2>下部柱裂缝宽度验算对Ⅲ-Ⅲ截面力组合+及相应N的情况进行裂缝宽度验算。；；；；；故取；；；；；=负值<0.2,取；满足。4.箍筋配置非地震区的单层厂房排架柱箍筋一般按构造要求配置。上、下柱均采用,在牛腿处箍筋加密为。图11牛腿尺寸及配筋5.牛腿设计根据吊车梁支承位置,吊车梁尺寸及构造要求,确定牛腿尺寸如图11所示。牛腿截面宽度b=400mm,截面高度h=600mm,截面有效高度=560mm。〔1>按裂缝控制要求验算牛腿截面高度作用早牛腿顶面的竖向力标准值：；牛腿顶面没有水平荷载,即〔作用在吊车梁顶面。设裂缝控制系数,故取a=0,由式〔12-18得：,满足。〔2>牛腿配筋由于a=-130mm,故可按构造要求配筋。水平纵向受拉钢筋截面面积,采用414,,牛腿处水平箍筋为Φ。6.排架柱的吊装验算〔1>计算简图由表12-4知,排架柱插入基础杯口的高度=810mm,取,故柱总长为。采用就地翻身起吊,吊点设在牛腿下部处,因此起吊时的支点有两个,柱底和牛腿底,上柱和牛腿是悬臂的。计算简图如图12所示。图12预制柱的翻身起吊验算〔2荷载计算吊装时,应考虑动力系数=1.5,柱自重的重力荷载分项系数取1.35。；；。〔3弯矩计算=；；由知,=0,；,令=0,得,故。〔4截面受弯承载力及裂缝宽度验算上柱：>；裂缝宽度验算：；；,取；0.15<0.3,满足。下柱：=76.44裂缝宽度验算：；；,取,满足7.绘制排架柱的施工图包括模板图与配筋图,见施工图。〔七锥形杯口基础设计1.作用在基础底面的力〔1>基础梁和围护墙的重力荷载每个基础承受的围护墙宽度为计算单元的宽度B=6.0m,墙高13.22+1.2<柱顶至檐口>+1.15+1.15-0.45〔基础梁高=16.27m,墙上有上、下钢框玻璃窗,窗宽3.6m,上下窗高分别为1.8m和4.8m,钢窗自重0.45。每根基础梁自重标准为16.7。外20mm厚水泥石灰砂浆粉刷2×0.36。空心砖重度16,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16.7kN围护墙自重〔2×0.36+16×0.24「6×16.27-<1.8+4.8>×3.6」=336.8kN钢窗自重0.45×3.6×〔4.8+1.8=10.69kN=364.19kN=1.2=1.2×364.19=437.03kN如图13所示,或对基础的偏心距：=120+450=570mm；对基础底面的偏心弯矩：=364.19×0.57=207.59kN·m<↙>；=437.03×0.57=249.11kN·m<↙>；图13基础梁和围护墙基础重力荷载〔2柱传来的第①组力由排架柱力组合表1可知,控制截面的力组合-及相应V、N为：-=-374.59kN·m<↙>；N=332.29kN<↓>；V=42.97kN<←>。注：力组合表1中给出的柱底水平剪力设计值-42.97kN是基础对柱的,其方向是→,现在要的是柱对基础的水平剪力设计值,故其方向应相反←。对基础底面产生的力设计值为：①=-374.59-42.97×1.1=-421.86kN·m〔↙；①=332.29kN<↓>；①=42.97kN<←>；按式〔10-33这组力的标准值为：=-240.11kN·m<↙>；<←>；<↓>；对基础底面产生的力标准值为：①×1.1=-272.96kN·m<↙>；①=273.45N<↓>；①=-29.86kN<←>；〔3柱传来的第②组力=454.69kN·m<↘>；N=741.62kN<↓>；V=+47.60kN<→>；柱对基础底面产生的力设计值：②=454.69+47.60×1.1=507.05kN·m<↘>；②=741.62kN<↓>；②=+47.60kN<→>；第②组力的标准值为：=314.82KN·m<↘>；<↓>；<→>；柱对基础底面产生的力标准值：②=314.82+34.78×1.1=353.08kN·m<↘>；②=587.52kN<↓>；②=34.78kN<→>。2.初步确定尺寸〔1>基础高度和杯口尺寸已知柱插入杯口深度为850mm,故杯口深度为850+50=900mm,杯口顶部尺寸：宽为400+2×75=550mm,长为900+2×75=1050mm。杯口底部尺寸：宽为400+2×50=500mm,长为900+2×50=1000mm。按表12-5取杯壁厚度t=300mm,杯底厚度=200mm。据此,初步确定基础高度为850+50+200=1100mm。〔2确定基础底面尺寸基础埋深为d=0.15+1.0+1.10=2.25mm,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特征值为：=165+1.0×20×〔2.25-0.5=200；由力组合表1可知,按式〔10-30控制截面Ⅲ-Ⅲ的最大轴向力标准值：；按轴向力受压估算基础底面尺寸：；考虑到偏心等影响,将基础再放大30%左右,取=2.6m,=3.6m。基础底面面积：=2.6×3.6=9.36；基础底面弹性抵抗矩：=1/6×2.6×3.6×3.6=5.62。2.地基承载力验算基础及基础上方土的重力标准值：=3.6×2.6×2.175×20=407.16kN。〔1按第①组力标准值的验算轴向力：=364.19+273.45+407.16=1044.8kN；弯矩：=364.19×0.57+272.96=480.55kN·m；偏心距e=480.55/1044.8=0.50=0.6,基础底面应力为梯形。=,满足。,满足。〔2按第②组力标准值验算轴向力：=364.19+587.52+213.22=1154.93kN；弯矩：=353.08-364.19×0.57=145.49kN·m；=,满足。,满足。4.基础受冲切承载力验算只考虑杯口顶面由排架柱传到基础底面的力设计值,显然这时第②组力最不利：,,故：。=400mm；=400+2×1050=2500mm<2600mm=0.5×<400+2500>=1450mm；=185.10×0.6=111.06kN；=0.7×0.975×1.43×1450×1050=1486kN﹥=92.55Kn,故不会发生冲切破坏。仅需对台阶以下进行受冲切承载力验算。这时冲切锥体的有效高度=700-50=650mm,冲切破坏锥体最不利一侧上边长和下边长分别为：=400+mm；=2=2450mm；=0.5×<1150+2450>=1880mm考虑冲切荷载时取用的基础底面多边形面积,即图13中打斜线的部分的面积：=185.10×0.62=105kN；=0.7×0.975×1.43×1880×650=1192.64kN﹥=105kN5.基础底板配筋计算按地基净反力设计值进行配筋计算〔1沿排架方向,即沿基础长边b方向的底板配筋计算由前面的计算可知,第①组力最不利,再考虑由基础梁和围护墙传来的力设计值,故作用在基础底面的弯矩设计值和轴向力设计值为：①=