单层工业厂房结构设计方案

一、设计条件

1.1工程表面

某厂装配车间为一双跨钢筋混凝土厂房,跨度为24米,长度为90.48

米，柱顶标高为13.5米，轨顶标高为9.8米，厂房设有天窗，采取两台

20t和一台30/5t的A4事情制吊车。屋面防水层采取二毡三油，维护墙

采取240mm厚的转砌体，钢门窗，混凝土地面，室内外高差为150mm,

修建剖面图详见图1.

1.2结构设计资料

自然条件：根本风压值为0.35KN/m2,根本雪压值为0.45KN/m2

地质条件：厂区自然地坪以下为0.8m厚填土，填土一下为3.5m厚中层

中密粗砂土(地基承载力特征值为250|<N/m2)，再下层为

粗砂土(地基承载力特征值为350|<N/m2)，地下水位在地

面下2.5米，无腐化性。

1.3吊车使用情况

车间设有两台20t和一台30/5t的A4事情制吊车，轨顶标高为9.8米，吊

车的主要参数如下表：

起重吊车宽轮距吊车总小车重最大轮压最小轮压

度重

Q(KN)K(m)gjKN)Pmax(MV)加„(侬)

B(m)G(KN)

300/506.154.836511728065

1.4厂房标准构件选用情况

1.4.1屋面板

采取1.5X6m预应力钢筋混凝土屋面板，板自重标准值为1.4kN/m2。

1.4.2天沟板

天沟板自重标准值为12.1KN/块，积水荷载以0.6KN/m计

天窗架

门窗钢筋混凝土天窗架，每根天窗架支柱传到屋架的自重荷载标准

值为27.2

1.4.3屋架

采取预应力钢筋混凝土折线型屋架，自重标准值为106KN/福。

1.4.4屋架支撑

屋架支撑的自重标准值为0.05kN/m2

1.4.5吊车梁

吊车梁为先张法预应力钢筋混凝土吊车梁，吊车梁的高度为

1200mm,自重标准值为44.2kN/根。轨道及零件重标准值为lkN/m,

轨道及垫层高度为200mm。

1.4.6底子梁

底子梁尺寸；底子梁为梯形截面，上顶面宽300mm,下底面宽

200mm,高度450.每根重16.7KN。

1.5质料选用

1.5.1柱

混凝土：采号40

钢筋：纵向受力钢筋采取HRB400,箍筋采取HRB335.

1.5.2底子

混凝土：采取C40

钢筋：采取HRB335级钢。

1.5.3屋面做法

20厚1：3水泥砂浆找平层（重力密度为20KN/m3）

冷底子油两道隔气层0.05KN/m2

100厚泡沫混凝土隔热层（抗压强度4MPa,重力密度5KN/m3）

15厚1:3水泥砂浆找平层（重力密度20KN/m3）

1.6屋面或则在标准值的取值

q-AkNIm1

1.7相关修建质料的根本数据

钢筋混凝土容重25ZN/渥

水泥砂浆容重20AN//

石灰水泥骰杂砂浆容重19kN6

240厚双面粉刷机制砖墙重19kN/m3

钢门窗自重OAQkN/m2

防水层自重0.35KN/m2

找平层自重0.40块//

图1.1修建剖面图

二、盘算简图简直定

2.1盘算上柱高及柱全高

凭据任务书的修建剖面图：

上柱高”，尸柱顶标高-轨顶标高+轨道结构高度+吊车梁高

=13.5-9.8+1.2+.02=5.1m

标高=吊车梁顶标高一吊车梁高=13.5-0.2-1.2=12.1m

全柱高H=柱顶标高一基顶标高=13.5-(-0.5)=14.0m

下柱高4=H-=14.0-5.l=8.9m

入="“/H=5.1/14=0.364

2.2开端确定柱截面尺寸

凭据柱的高度、吊车起重量及事情级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见

表

2.lo

表2.1柱截面尺寸及相应的盘算参数

\盘算参

飞面积惯性矩自重

截面尺寸/mm

24/(kN/m)

柱金、/mm/mm

矩400x5002.Ox及41.7x10s5.0

上柱

A,C

4.95

卜柱1400x1000*100*1501.980xl05256.34xl08

矩500x6003.OxiO590x10s7.5

上柱

B

6.25

下柱1500x1200*100*1502.500xl05496.51xl08

排架盘算单位和盘算简图如下图所示。

Q"二co

?T

图2.1盘算单位和盘算简图

三、荷载盘算

3.1恒载

3.1.1屋盖结构自重

二毡三油防水层♦35KN/m2

100厚泡沫混凝土隔热层05KN/m2

20m厚1：3水泥砂浆找平层04kN/nr

冷底子油两道隔气层005KN/m2

预应力混凝土屋面板（包罗灌缝）l.4kN/m2

15厚1:3水泥砂浆找平层03KN/m2

屋盖支撑O.O5kN/m2

305KN/m2

Gi=1.2*(3,05*6*24/2+106/2)=327.12Kn

3.1.2柱自重

A、C柱

上柱G4A=G4C=1.2X5X5.1=30.60kN

卜柱GSA=GSC=1.2X4.95X8.9=52.87kN

B柱

上柱G4B=1.2X7.5*5.1=27.36KN

下柱G5B=1.2X6.25X8.9=52.87kN

3.1.3吊车梁及轨道自重

G3=l.2*(45.5+l*6)=61.8KN

各项恒荷载作用位置如图3.1所示。

00

图3.1荷载作用位置图（单位:kN）

3.2屋面活荷载标准值

屋面活荷载标准值为0.5KN/m2,雪荷载标准值为0.45KN/nr）2,后者小

于前者，故仅按前者盘算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为

Qi=1.4*0.5*6*24/2=50.40KN

。的作用位置与@作用位置相同，如图3.1所示。

3.3风荷载

某地区的根本风压叱=0.35利/苏，对%,%按柱顶标高13.5m考虑，查范

例得色=1.098,对乙按天窗檐口标高14.8m考虑，查范例得1.134。屋顶

标高15.80m考虑，查范例得〃二=1.158。天窗标高20.12m考虑，查范例得

4=1.252。风载体型系数4的漫衍如图下

图3.2风荷载体型系数及排架盘算简图

则作用于排架盘算简图(图3.2)上的风荷载设计值为：

q】k=YQ1^S^Z=1.4x0.8x1.098x0.35x6=2.5SkN/加(f)

q2k=气生&川()8=1.4x0.4x1.098x0.35x6=1.29kN/m(—>)

.=/MA+3,3+〃s4)〃九磔/£

=1.4x[(0.8+0.4)x1.134x(14.8-13.5)m+(-0.2+0.4)xl.158x(15.8-14.8)m

+(0.6+0.54-0.6+0.2)x1.252x(20.12-15.18)m]xl.Ox0.35KN/m2x6.0m

=25.58KN

3.4吊车荷载

凭据B与K及支座反力影响线，可求得

图3.3吊车荷载作用下支座反力影响线

3.4.1吊车竖向荷载

由公式求得吊车竖向荷载设计值为：

2吨*=々Rw/y+%+为+乂)

=1.4X280X(1+0.267+0.8+0.067)=836.5KN

力=媪0=65/280x836.5=194.2KN

minjrjrruix

max

3.4.2吊车横向水平荷载

作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为:

T=-(z((2+g)=-xO.lx(3OO)W+117树)=10.43树

44

作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：

41ax=々7工》=1.4x10.43x2.134=3L2X7V

其作用点到柱顶的距离

y=Hu-he=5.1-1.2=3.9m,y/Hu=3.9/5.1=0.765

四、内力盘算

4.1恒载作用下排架内力阐发

该厂房为两跨等高排架，可用剪力分派法进行排架内力阐发。

其中柱的剪力分派系数名盘算，见表4.1。

表4.1柱剪力分派系数

n=IJI!C=3/[l+23(l/n-D]_1芯

柱别0

"HJH3=H31coEIi彳-瓯

A.Cn=0.109,2=0.364C=2.48^=2.O6xlO_11—

o77=0.286

柱E

A7?

n=Q.281,2=0.364C=2.815^^=1.38xio-,1—

B柱ftE7=0.428

在G1作用下：

1=伍=327.12^6=G3+GAA=92.40AJV

G3=G5A=52.87腑G4=2百=654.24KN

G5=G、B+2G3=169.50MG6=G5B=66.75KN

对A、C柱，已知九=0.109,4=0.295由范例公式:

1-22(1--)„1-0.3642(1-----------)

x----------------x----------------------0~109=2.321

91

1+万卜,1)1+0.3643(----------1)

n0.109

2

=1-不31-0.364nc”

6tX--------------------------------X---------------------------------=0.934

23

1+A3(--1)1+0.364(--------1)

n0.109

因此，在MI和配相助用（即在G1作用下）柱顶不动较支承的反力

MM

口=821kN

&=4+&=G—HH

Rc=-S.27kN

图4.1恒载作用下排架内力图

4.2在屋面活荷载作用下排架内力阐发

4.2.1AB跨作用屋面活荷载

排架盘算简图如图2.1。所示，其中a=40.32KN,它在柱顶及变阶处引引起

的力矩为：

=50,4x0.05=2.52AV•m

M2A=50.4x0.25=12.6AV•m

MB=50.4x0.15=6.048AAr•m

对A柱，C,=2.321,C3=0.934

R_0…「2.52x2.321+12.6x0.934、伏

-~~H——^3=-------------------------------------------=1.ZbA1/VM

HH14

对B柱，C,=1.721

-2L721

H114

则排架柱顶不动钱支座总反力为：

R=R=1.26+0.743=2.003AV

RA+B

将R反向作用于排架柱顶，盘算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动较支座反

力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即

匕=4-=1.26-0.286x2.003=0.687-

VB=Rn-rjBR=0.743-0.428x2.003=-0.H4城

Vc=-%R=-0-286x2.003=-0.573必，

图4.2AB跨作用屋面活荷载时排架内力图

4.2.2BC跨作用屋面活荷载

由于结构对称，且BC跨与AB跨作用的荷载相同，故只需将图4.2中个内力

图的位置及偏向调解一下即可，如图4.3所示。

CD

图4.3BC跨作用屋面活荷载时排架内力图

4.3吊车荷载作用下排架内力阐发

4.3.1Dmax作用在A柱

A柱：Mmaxt=D.e3=603.5x0.3=181.05^.^

B柱：河疝M=Omig63=1793x0.75=1344的V•根

对A柱C\=1.132RA=—如Q=-⑻O5KN—X\A32=-15.89/GV

34H312.9/n

Q1_02

对B柱G=±x——=1.285

2l+23(--l)

n

RB=—里J=------------------xl.285=13.40KN(—

H12.9加

R=RA+RB=-\5.89KN+13AOKN=-2.49KN(<_)

排架各柱顶剪力分别为:

VA=RA-QAR=-15.89/OV+0.286X2.49KN=-15.18/OV(〈一)

%=/?B—//?=13.40A7V+0.429x2A9KN=14A7KN(—►)

%=_〃cR=0.286x2.49X7V=0.71KN(—►)

排架各柱的弯矩图，轴力图和柱底剪力值如图4.4所示。

图4.4作用A柱时排架内力图

4.3.2£>max作用在B柱左

MA=Z）n,ne3=179.26yWxO.3m=53.78^.m

MB=0max6=603.50^/Vx0.75m=452.63kN.m

柱顶不动钱支座反力RA，RB及总反力R分别为:

53.78KN.m

xl.l32=-4.72KN（一）

129〃

452.63KN./”

x1.285=45.09KN（—a）

*智G12.9m

R=RA+RB=-4.72KN+45.09侬=40.37侬（一►）

各柱顶剪力分别为：

匕=此一%R=T.72/OV—0.286x40.373=-16.27网（<—）

%=RB-/R=45.09/GV-0.429x40.37A7V=27.773（—>）

匕=-%R=-0.286x40.373=-!1.55MV（一）

排架各柱的弯矩图，轴力图及柱底剪力值如图4.5所示

图4.5作用B柱左时排架内力图

4.3.3Dmax作用在B柱右

凭据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力盘算与A，”作用于B柱左的情

况相同，只需将A,C柱内力对调并改变全部弯矩及剪力标记，如图4.6所示。

图4.6"皿作用B柱右时排架内力图

4.3.4，面作用于C柱

同理，将作用于力柱情况的力，c柱内力对调，并注意改变标记，可求得各

柱的内力，如图4.7所示。

图4.7A-作用C柱时排架内力图

4.3.5Tmax作用在AB跨柱

对A柱«=0.109>2=0.287a=(3.8-1.2)/3.8=0.632

对A柱CS=0.629,则

RA=-7；laxC5=-20.7x0.629=-13.Q2kN

对B柱。5=0.69,则

R,n.=—iiiuAJ=—20.7x0.69=—14.3M

排架柱顶总反力R为：

R=(+&=T3.02-14.3=—27.32AW

各柱顶剪力为：

匕=RAFAR=-13.02+0.286x27.32=—5.23A7V

VB=RBFBR=—14.3+0.428X27.32=—2.55人N

Vc=-r/cR=0.286x27.32=7.7%/V

Tmax作用在AB跨的M图、N图如图4.8所示。

图4.8Tmax作用于AB跨时排架内力图

4.3.6Tmax作用在BC跨

由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力盘算与作用AB跨情况相同,

仅需将A柱与C柱的内力对调，如图4.9所示。

图4.9Tmax作用于BC跨时排架内力图

4.4风荷载作用下排架内力阐发

4.4.1左吹风时

对A、C柱〃=0.1092=0.287

4

_[1+2(^--1)]Q[l+0.28/(—-1)]

=1〃=3x0.109

Wl+^C,1,-1)]8口+02873(」——)

0.109

RA=-q}HCti=-3.94x129x0.329=-16.72KN

Rc=-q2HC}i=-1.97x12.9x0.329=-8.36/GV

R=/^+RB+琦=-16.72-8.36-55.98=-81.06WV

各柱顶剪力分别为：

VA=RA-rjAR=—16.72+0.286x81.06=6.4&N

%=RC-?]CR=-8.36+0.286x81.06=14.82A:N

VH=-r/[{R=-0.428x81.06=-34.69左N

风从左向右吹风荷载作用下的M、N图如图

图4.10左吹风时排架内力图

4.4.2右吹风时

盘算简图如4.11a所示。将图4.10b所示A,C柱内力图对调且改变内

力标记后可得，如图4.11b所示。

五、最倒霉荷载组合

内力组合按式（2.5.19）~式（2.5.21）进行。除N1rax及相应的M和N一项外,

其他三项均按式（2.5.19）和式（2.5.20）求得最倒霉内力值；对付N”.及相应的

M和N一项，II-n和in—in截面均按（1.2%+L4s然）求得最倒霉内力值，

而1—1截面则是按式（2.5.21）即（L35Sa+S然）求得最倒霉内力。

对柱进行裂缝宽度验算时，内力采取标准值。

表5.1A柱内力设计值汇总表

柱

及屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载

号

向

正Dmax

荷载类别Dmax在Dmax在Dmax■在ABTmax在

力

内恒载在B柱左风右风

AB跨BC跨主B柱左在c柱跨BC跨

右

序号①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪

M

15.860.5262.242-57.19-61.643.74-2.6652.99-70.26

I-I±9.11±29.6

N000

331.6840.32000000

M

-49.17-12.12.74123.56-7.8243.74-2.6652.99-70.26

m_UjII-II±9.11±29.6

工v

N000

391.9250.4603.5179.260000

N

M

25.91-4.89.29-14.13-153.33148.5-9.03±119.88±100.49246.45-354.39

N000

III-III443.1350.4603.5179.260000

V

8.270.80.72-15.18-16.2711.55-0.71±15.47±7.7944.57-40.2

注：“单位（kN.m）,N单位kN,V单位kN。

表5.2A柱内力组合表

-4-h

截面+Mmax及相应的N,V-Mmax及相应的N,VNmax及相应的M,VNmin及相应的M,VMK,NK备注

①

M①+0.9[②+125.7+0.9[0,8(@-117.854.04①+0.9[③125.2491.33

①+0.9[②+嬴

I-I③+0.9(⑥++⑦)+0.9⑨+0.9(

③+0.9⑥]

⑨)+⑩]⑨)+⑩]

N377.04+⑪]331.68377.04331.68276.4

①+0.9[②

M①+0.9[③145.42+0.8扃+-154.862.03①-138.53

+0.8(@+①+0.9X+0.9[0.9(©

II-II©)+0.9@

⑥)+0.9⑨+④

N826.44566.35935.07+(9))+0]391.92

⑩]+O]

M474.21-537.113.19457.74

N877.65617.56986.28443.13

①+0.9[②

①+0.9[③

V58.95+0.8(@+-53.39-5.39①+0.9[③64.7

+0.8X(⑥+①+0.9X

⑦)+0.9⑧+0,9(@+

@)+0.9@+-380.5④

III-IIIMK341.8112.51⑨)+⑩]330.04

⑩]+⑪]6

NK679.6493.87757.24369.28

VK43.09-36.12-2.8747.2

表5.3B柱内力设计值汇总表

屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载

一

、

柱,max

EF作

Dmax

作

及°max

号

作片作作

用

用

向

正作

荷载类别恒载作用在用在作用在用用左右

在

力

内

BC柱用

A8跨在AB在在风风

B在

跨柱左AB

右。柱BC

跨跨

序号①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩

M

±19.29

0-7.867.8654.87105.34-105.34-54.87±19.29132.54-132.54

[―-1I-I

nIf

N

M654.2450.450.400000000

M)

N

M

0-7.867.86-79.58-347.29347.279.58±19.29±19.29132.54-132.54

II-II

N

774.7250.450.4179.26603.5603.5179.260000

M

0-8.468.4651.83-95.0495.04-51.83±184.46±184.46449.95-449.95

III-II]N

828.6650.450.4179.26603.5603.5179.260000

V

0-0.0730.07314.4427.72-27.72-14.44±18.15±18.1534.88-34.88

注：“单位（kN.m）,N单位kN,V单位kN。

表5.4B柱内力组合表

面及相应的及相应的及相应的及相应的备注

截+MmaxN,V-MmaxN,VNmaxM,VNminM,VMK,NK

I-IM①+0.9[③①①①

-227.31171.29210.04

+0,9(@+227.31+0.9[②+0.7+0,9[0.9(

N⑧)+⑩]+0.9(⑧+[②+⑤+⑩)+

③⑧]

©)+0]

+0.9

699.6699.6724.8654.24

(⑤+

⑨)+

⑩]

II-IIM①+0.9[③①①①

-423.290134.91

+0.9(⑧+⑥)423.29+0.9[②+0.8+0,9[0,9

N+⑩]+0.9(⑤+X⑧+⑩]

1308.92(⑤+1740.32774.72

1308.92⑨)+5

⑥)

①+0.9[③①①①

M667.73-667.730554.37

+0.8X(⑥++0,9[②+0.8+0.9(0.9

N

④)+0.9⑧+1437.61+0.8(⑤+1437.61X1794.26⑨+⑩)828.66

⑩]⑦)+0.9(⑤+

V36.6-36.6046.09

⑥)

MK⑧+O]

476.95-476.950395.97

Ill-Ill)N

K1125.511125.511380.26690.55

VK26.14-26.14032.92

注：M［单位（kN-m）,N单位kN,K单位kN

六、柱截面设计

6.1A柱的截面设计

6.1.1柱在排架平面内的配筋盘算

表6.1柱在排架平面内的盘算参数

徽内力组g

4

面hn

%/。

M125.24

1-1N331.68377.59360397.5917.64000.961.22

M474.21

3-3N877.65540.32860570.3219.19001.051.12

M-537.1

N617.56869.7860899.719.19001.051.07

注1.%=知/乂《=4+6，，=20、〃/30fi勺较大者，考虑吊车荷载

2.%=2.0”"（上柱），/o=LOH”不考虑吊车荷载时，/o=L5”。

3・.〃=口+（，尸刍么］，对于单厂为有侧移结枪

1IVZvjt•/"o"

表6.2柱在排架平面内的配筋盘算

〃扁心A,=A(m/)

截内力组neXs

面