单层工业厂房设计

第一章设计资料产环境的温度低于60摄氏度，屋面无积灰荷载，修建在寒冷地区。为第一组。1.5该车间为两跨21m等高钢筋混凝土柱厂房，安装有4台(每跨两台)大QQDm术数据见所提供的技术资料。类，在基础底面以下无软弱下卧层，室外地面以下15m范围内无液化土层，fak=200kPa。1.7主体结构设计年限为50年，结构安全等级为二级，结构重要性系数为γ进行抗震设计)1.8屋面建筑做法永久荷载(包括屋面防水层、保温层、找平层等)标准值为厚度为0.1m。屋面排水为内天沟，天沟建筑做法永久荷载标准值：防水层m水深度为0.23m)。mmMU等级M5。1.10根据当地预制混凝土构件供应及车间生产工艺情况等因素，经技术经济比较后确定，主要结构构件采用预制厂的预制构件(屋面板、屋架、钢天窗架、吊车梁、钢柱间支撑、排架柱、基础梁等)选用下列国家标准图集：04G415-1《预应力混凝土折线形屋架》(预应力钢筋为钢绞线跨度18m~30m)04G323-2《钢筋混凝土吊车梁(工作级别A5/A6)》04G325《吊车轨道联结及车档(适用于混凝土结构)》1.11山墙钢筋混凝土抗风柱及排架柱为工地预制混凝土构件，其混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB400级(主筋)、HPB235级(箍筋)。1.12圈梁及柱下台阶形独立基础为工地现浇混凝土构件，其混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB400级(主筋)、HPB235级。第二章按选用的国家标准图集确定主要结构型2.1图集04G410-1《1.5m6m预应力混凝土屋面板(预应力混凝土部分)》2.1.1一般预应力混凝土屋面板(1.5m6m屋面板) (1)计算屋面板外加均布荷载标准值屋面建筑做法就永久荷载标准值1.24kN/m2雪荷载标准值0.4kN/m2屋面均布活荷载标准值0.5kN/m2(2)计算荷载效应基本组组合设计值(仅考虑外加荷载)：按《建筑结构荷载规范》GB5009-2001(2006年)规定雪荷载和屋面均布可变荷载不同时参与组合，因此最不利外加荷载基本组组合设计值：由图集04G410-1《1.5m*6m预应力混凝土屋面板(预应力混凝土部分)》Y-WB-2II屋面板，其允许外加均布荷载基本组合设计值[q]=2.50kN/m2>檐口板檐口板(用于钢天窗架檐口处)：为简化计算，也以2.1.1计算的外加荷载基本组合设计值确定檐口板型号。RB3天沟板天沟板：根据建筑专业提供的设计过程作业图，屋面为内排水，天沟板宽度 (1)计算天沟板均布线荷载标准值(仅为外加均布线荷载)1)永久荷载标准值防水层(按天沟板净宽的2.5倍计算)沟内积水(按0.23m积水深度计算)2)屋面均布可变荷载标准值100.230.39=0.90kN/m0.50.58=0.29kN/m (2)计算荷载效应最不利基本组合设计值(仅考虑外加荷载)由图集04G410-2《1.5m*6m预应力混凝土屋面板(钢筋混凝土部分)》嵌板嵌板(用于与天沟板相邻处：为简化计算，仍以2.1.1计算的外加荷载基本组合设计值确定嵌板型号。由图集04G410-1第6页第6.2.2条选用表中查知，选用预应力钢筋为冷拉HRB335的Y-KWB-2ɑ的嵌板，其允许外加均布荷载基本组合设计值[q]=根据建筑专业提供的设计过程作业图，钢天窗架跨度为6m，窗扇高度为口高度为18.0m。风压高度变化系数(按地面粗糙度类别B，天窗要扣高度18.25m确定)确定钢天窗架型号用以下钢天窗架型号：GCJ6-32(用于无支撑处)GCJ6A-32(用于有支撑处)GCJ6B-32(用于端部)确定相应的支撑构件编号确定窗挡构件编号及封檐板构件编号于端部开间)、CD-2(用于设开窗机开间)于端部开间)m沟，车间中柱出也为内天沟。计算屋面荷载标准值 (1)永久荷载屋面建筑做法荷载标准值1.24kN/m2预应力混凝土屋面板及灌缝自重1.50kN/m2 (2)可变荷载雪荷载标准值0.40kN/m20.50kN/m2荷载效应基本组合设计值5组合一(由可变荷载效应控制的组合)组合二(由永久荷载效应控制的组合)选择屋架型号屋架，因此，由于车间安装有4台(每跨两台)大连重工，起重集团有限公司生产的DQQD积04G323-2中“使用范围2”的情况，因此可直接由体积04G323-2“A6(终极工作制)吊车梁选用表”查知，吊车梁型号选用如下：DL-3Z(用于中部开间)DL-3B(用于端部开间)外纵墙有窗开间的基础梁设计过程作业图，外纵墙为贴砌页岩实心烧结砖砌体墙，梁选用表”查知，应选用基础梁型号为JL-3。外纵墙有外门开间的基础梁查知，应选用基础梁型号为JL-4。山墙大门处的基础梁由于山墙大门范围内有汽车通行，可不设基础梁，而两侧各1m范围内的砌体墙可直接砌筑于抗风柱混凝土基础上。山墙抗风柱与外纵墙间的基础梁m风柱基础上。根据建筑专业提供的设计过程作业图及工程概况资料，由图集05G335“柱模中的下柱由工字型改为矩形，上柱的截面尺寸：边柱400mm400mm(矩 (矩形)，中柱为400mm800mm(矩形)；牛腿尺寸见图集05G335第32页 (边柱)及第58页(中柱)，柱插入基础杯口深度按图集05G335总说明第8.2条规定，采用800mm。各纵向柱列柱间支撑布置如图所示。由于未知厂房的纵向抗震计算结果，柱间支撑构件的具体型号应根据纵向抗震验算后确定，但根据上柱和下柱的高第三章复核建筑专业提供的设计过程作业图中有关调查运行的尺寸边列柱上柱尺寸复核车间纵向定位轴线A或C轴尺寸为400mm(见图)。吊车轨道中心至60mm。行要求的横向最小空隙尺寸80mm，即上柱截面高度400mm符合吊车运行要求。柱高度，已知边列柱上柱高度为3900mm。该车间内的DQQD型吊车自吊车轨道顶面至小车顶部最高处之间的高度为1764mm。的规定，即上柱高度3900mm符合吊车运行要求。3.2中列柱上柱尺寸复核3.2.1上柱截面高度，已知中列柱上柱截面高度列柱上柱内侧至纵向定位轴线A或C的尺寸400mm(见图)，满足吊车运行mmmm运行要求运行要求。第四章计算车间中部开间(轴线3)横向排架柱的配筋作用在横向排架柱上的荷载标准值永久荷载标准值 (1)屋盖自重1)屋面永久荷载标准值做法荷载标准值及灌缝自重q=2.89kN/m22.01kN/m0.66kN/mq2.67kN/m2)21m预应力混凝土折线形屋架自重92.9kN/根(根据图集04G415-1《预kN04G415-1《钢天窗4)天窗窗扇(包括窗挡)自重0.4561.82=9.72kN/根\2)222\2)222P2对中柱柱顶截面重心产生的弯矩标准值M2：荷载简图如图所示 (2)柱自重1)边柱：P3.90.40.425=15.6kN2)边柱：上柱：P5=3.90.40.625=23.4kNP25=68.8kN载简图如图所示 (3)吊车梁及吊车轨道联结自重1)边柱吊车梁自P7，根据图集04G323-1《钢筋混凝土吊车梁(工作级别2)中柱吊车梁P7=27.5kN自重P83)边柱吊车轨道联结自重P9P9=(0.3873+0.0855)=2.8kN/根5)P7及P9对边柱下柱截面重心的弯矩M7：M7=(P7+P9)e=(27.5+2.8)×0.35=10.6kN.m吊车梁及吊车轨道联结自重荷载简图如图所示(忽略施工程序影响)可变荷载标准值 (1)屋面可变荷载标准值M=31.50.05=1.6kN.m如图所示 (2)吊车荷载标准值1)根据该车间的吊车型号，查阅本图集附录一，摘录其技术资料如下(见表)：距W 小车重量重量5Dmax=Pmax×(6000+2450+4350+800)/6000=2.267Pmax=2.267×93=210.8kNDmax=Pmax×(6000+2450+4350+800)/6000=2.267Pmin=2.267×41.8=94.8kN3)排架柱上作用的同一跨内由两台吊车同时刹车时所产生的最大横向水平荷载标准值产生的H(见图)值T：T=0.1(Q+G1)g/4=[0.1×(5+2.224)×9.81]/4=1.78kN两台吊车最大横向水平荷载标准值H(采定Dmax相同的影响线方法确定)：用与确H=T(6000+2450+4350+800)/6000=2.267×1.78=4.036kN (3)风荷载标准值1)柱顶以上屋盖所受风力(风向右吹)迎风面高度风压计算位置处离室外地面高度(m)屋盖面振 风压方向A1AA2AA3AA4A.7A5A.76A6-0.6A7A-0.5A8A-0.5A9AAA-0.66AA-0.66AA-0.5AA各受积的基本ooAA作用在柱顶处的屋盖所受风力V=Vi=30.87kN()2)柱顶以下排架柱上所受风力：风向右吹(左风)时，为简化计算，自基础顶面至柱顶截面高度范围内按墙面传来的均布风荷载计算(见因此风向右吹(左风)时考虑屋盖风荷载及墙面风荷载的排架柱所受风荷载标准值如图所示。同理，风向左吹(右风)时考虑屋盖风荷载及墙面风荷载的排架柱所受风荷载标准值如图所示。 (4)附加永久荷载标准值(仅用于计算地震作用)1)作用于柱顶处的外纵情自重标准值2)作用于牛腿顶面的吊车桥架自重标准值：作用在边柱上的吊车桥架自重标准值(考虑两台吊车)：p2=186kNp3=1862=372kN4.2采用PKPM中的PK程序进行排架计算(过程省略)检查输入各项数据后，便可进行运算，先摘录其配筋计算结果(配筋包络图)如下：配筋包络图(对称配筋)中数据位排架方向没变配筋量mm2，见图6.2.实配边柱上柱4根2级直径18mmsA实配边柱上柱4根2级直径18mmssA=1900mm2>1866mm2ssA=1018mm2>839mm2ssA=2280mm2>1924mm2s4.3柱配筋确定后，尚应对吊装时的强度和裂缝宽度进行验算，本示例未附此项内容。5主要构件布置图及详图。第三章排架柱高与截面计算排架柱高计算轨顶垫块高+H+0.3顶面标高+吊车梁高+轨顶垫块高则(9.2m－9.0m)÷9.0m＝0.022＜0.200满足要求。排架截面尺寸计算bHummhHu＝717mm取柱截面尺寸为：上柱：(b×h)＝400×400第四章排架柱上的荷载计算重计算=1.2×(1.70+1.30+0.10)×6×15/2+1.2×60.5×0.5=203.7KN(作用在柱顶)计算上柱：G2=15.6kN(作用于上柱中心线)车、吊车梁及轨道自重计算荷载计算4.5吊车荷载计算))pmaxkkNpmin.k=20kN,K=4050mm,B=5840mm,Qk=100kN,gk=34.61kN。根据B与K，由影响线(见图4-1)y1＝0.027y3＝1.00,y2＝0.702y4＝0.176Dmax=0.9γQpmax.kΣyiDmin=0.9γQpmin.kΣyiTk=(Qk+gk)=(100+34.61)=4.038kN则载计算柱顶风荷载集中力设计值：h=7.36kN第五章内力计算5.1Gx作用内力计算5.1.1G1作用(排架无侧移)C3故M11作用下不动铰承的柱顶反力为R11=-C1=2.13=-2.02kN(→)C2==1.043故在M12作用下不动铰承的柱顶反力为R12=-C2=-1.043=-3.96kN(→)故在M11和M12共同作用下(即在G1作用下)不动铰支承的柱顶反力为R1=R11+R12=5.98kN(→)aG(b)M图(kN·m)；(c)N图(kN)G2=15.6kN,G3=54.72kN,G4=40.31kN,e3=350mm相应的计算简图及内力图如图5-2所示。荷载内力计算M12=Q1e2=630.25=12.6kN.mR11=C1=0.53kNR12=C2=1.05kNR=R11+R12=1.58kN(→)相应的计算简图及内力图如图5-3所示。吊车竖向荷载作用内力计算mmt查得有檩条屋盖的单跨系数μ＝0.85。=4.23kN())相应的计算简图及内力图如图5-4所示。注意内力变号即可。吊车水平荷载作用内力计算NN相应的计算简图及内力图如图5-5所示。 当Tmax向右时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反。作用181+0.33630.107-1))|相应的计算简图及内力图如图5-6所示。(a)风荷载的作用；(b)M图(kN·m)风从右向左吹时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反。5.6最不利荷载组合。由于本例结构对称，故只需对A柱(或B柱)进行最不利内力组合，其步骤如下：柱柱号截面 (1)确定需要单独考虑的荷载项目。本工程为不考虑地震作用的单跨排架，共有8种需要单独考虑的荷载项目，由于小车无论向右或向左运行中刹一项。因此，单独考虑的荷载项目共有7项。 (2)将各种荷载作用下设计控制截面(I—I、II—II、III—III)的内力M、N(III—III截面还有剪力V)填入组合表5-1。填表时要注意有关内力符号的规定。 (3)根据最不利又最可能的原则，确定每一内力组的组合项目，并算出相应的组合值。计算中，当风荷载与活荷载(包括吊车荷载)同时考虑时，除恒荷载外，其余荷载作用下的内力均应乘以0.85的组合系数。柱柱内力QQ1DaD在在Dmin在A柱TTax左风右风Nmax及M、VNmin及M、V|M|max及N、Vɑɑɑɑɑɑɑ项目项目AM8427.9-ɑ+09×＋ɑ) (＋ɑ)7ɑɑ+ɑ+0.78ɑ+ɑɑ+ɑ)×(ɑ+ɑ+0.×(ɑ+N)00000276219.1II－IIM4+ɑ)+ɑ)×(ɑɑ+0.9×(ɑ71.44ɑɑ+ɑ8ɑ+ɑɑ+ɑ)×(ɑ+ɑ+0.×(ɑ+N274.02276.04000274.02IM23.6531.24+ɑ)+ɑ)×(ɑɑ+0.9×(ɑ3ɑɑ+ɑ+×(ɑ+ɑ+0.×(ɑ+3N000.62ɑ+ɑ)ɑ+ɑ)V88力组合表第六章排架柱设计算最不利内力组的选用：由于截面3—3的弯矩和轴向力设计值均比截面2—2的大，故下柱配筋由截面3—3的最不利内力组确定，而上柱配筋由截6.1.1Ⅰ——Ⅰ截面配筋：1.Mmax组合(与Nmin组合相同)MkNmN=276.01kNhhas0=360mmA=400×400=160000mm2纵向受力钢筋采用HRB335级(fy=300N/mm2,ξbeieea=206mmmm (大偏心受压)XhbXas压筋不能达到屈服强度，此时应按以下公式计算。As=Nes`/[fy(h-2as)=319740×161.39/[300×(400-80)]=399mm2mm2.Nmax组合M=51.34kNmN=276.01kNA=400×400=160000mm2纵向受力钢筋采用HRB335级(fy=300N/mm2,ξbeieea=206mmeeihas+400/2-40=354.07mm (大偏心受压)经比较X<h0ξb且X<2as,则说明受压筋不能达到屈服强度，此时应按以下公式计算。eseih2+as=1.940×99.3-400/2+40=32.64mmAs=Nes`/[fy(h-2as)=370140×32.64/[300×(400-80)]=125.8mm2Aminmm26.1.2Ⅰ——Ⅰ截面配筋：max1.M组合maxM=338.43kNmN=619.47kNA=400×900-2×[(550+600)/2×150]＝187500mm2纵向受力钢筋采用HRB335级(fy=300N/mm2,ξbeieea=573mmsmmm2as=80mmhf=150mm (大偏心受压)X=Na1fc(bfb)hf=8836001.0×14.3×(400100)×150=167.90mma1fcb1.0×14.3×100Nea1fcfbfh0hf+bxh0xAS=A=fy0aS2)2=300×6040)=1589.2mm2AminA0=375mm22.Nmax组合M=338.93kNmN=619.47kNA=400×900-2×[(550+600)/2×150]＝187500mm2纵向受力钢筋采用HRB335级(fy=300N/mm2,ξbeieea=573mmξ===0.203<ξb(大偏心受压)m2as=80mmhf=150mmX=Na1fc(bfb)hf=9663401.0×14.3×(400100)×150=225.76mma1fcb1.0×14.3×100Nea1fcfbfh0hf+bxh0xAS=A=fy0aS2)2=300×6040)AminA0=375mm23.Nmin组合MkNmNkNA=400×900-2×[(550+600)/2×150]＝187500mm2纵向受力钢筋采用HRB335级(fy=300N/mm2,ξb=0.55,Es=2×105N/mm2)eieea=741mmmm2as=80mmhf=150mm (大偏心受压)公式计算。As=Nes`/[fy(h-2as)=414770×781.92/[300×(900-80)]=1318.14mm2AminA0=375mm2比较以上计算结果，排架柱配筋为：(单侧)上柱：2Φ16(402mm2)配筋率:0.39%下柱：4Φ16(804mm2)配筋率:0.82%承载力验算取ɑ——ɑ、ɑ——ɑ截面中的Nmax进行验算查表(有柱间支撑，垂直房屋排架柱，有吊车房屋柱)得计算高度：m1.ɑ——ɑ截面：Lb19查表得φ=0.954N=0.9φcA+2fyAs)=0.9×0.954×(14.3×160000+2×300×628)Lb19查表得φ=0.9542.ɑ——ɑ截面Nmax=933.03kNL0/b=6880/400=17.2查表得φ=0.842N=0.9φcA+2fyAs)=0.9×0.842×(14.3×187500+2×300×1533)kNL0/b=6880/400=17.2查表得φ=0.842剪验算V=1.2×ɑ+0.9×1.4×(ɑ+ɑ)=1.2×9.21+0.9×1.4×(1.54+16.34)=33.58kNN=1.2×ɑ+0.9×1.4×(ɑ+ɑ)=1.2×304.14+0.9×1.4×(50.40+0)=428.47kN由于风荷载(均布荷载)在水平力中的比例为39.47/(39.47+9.21+1.54)=78.59%=1.5。为了防止箍筋充分发挥作用之前产生由混凝土的斜向压碎引起的斜压型剪切破坏，框架柱截面还必须满足下列条件：当满足V≤ftbh0+0.07N条件时，框架柱就可不进行斜截面抗剪强度计算，按构造要求配置箍筋。ftbh0+0.07N=×2.01×400×860+0.07×428.47=514.0kN>V=33.58kN满足要求.度计算组合的最大，故按此组合来验算。Nk=414.77/1.2=345.64kNk1+1/(4000eok/ho)×(Lo/h)2=1+1/(4000×753/860)×(8600/900)2=1.026ekkeokhas2-40=1182.58mmsmmsNkekZAsZ45640×(1182.58-723)/(1809×723)=121.45N/mm2应变不均匀系数故最大裂缝开展宽度mm满足要求。6.4.1牛腿几何尺寸的确定：m6.4.2牛腿几何尺寸的验算：0，则Fvk＝Dmax＋G3k＝276.04＋54.72＝330.76kN＝708.3kN＞Fvk＝330.76kN所以截面尺寸满足要求。6.4.3牛腿配筋：用下柱截面内，故该牛腿可按构造要求配筋：Fvk＝Dmax＋G3＝501.17＋54.72＝555.89kNFh=Tmax=16.80kNh300+300-40=560mm竖向力作用点位于下柱截面以内(150mm)Asbh722/(400×560)=0.32%0.2%<0.32%<0.6%(736mm2)箍筋要求:在上部2h0/3范围内的水平箍筋总截面面积不应少于承受竖向有×h0×As×2/100＝586.13mm2＞As/2＝763/2＝381.5mm2(符合要求)6.4.4局部承压强度验算：0.75fcA＝0.75×14.3×400×500＝2415kN＞Fvk=524.42kN所以满足要求。6.5.1吊装方案：6.5.2荷载计算：上柱自重:g1＝1.2×1.5×25×0.4×0.5＝9.0kNm6.5.3内力计算:1M＝1×9×4.22＝79.38kNm12882所示第七章基础设计载。由排架柱内力组合表可得设计值如下：M=338.43kNMmin.04kN.m第三组：Nmax=619.47kNN=619.47kNN=357.62kNM=338.43kN.mV=19.78kNV=17.63kNV=79.88kN的荷载：墙重(含两面刷灰)：窗重(钢框玻璃窗)：1.2(44.8+41.8)0.4=12.67kN1.20.240.24625=10.37kN面的荷载设计值：G5对基础底面中心的偏心距：相应偏心弯矩设计值：G5=326kN5e=0.24+0.8=0.52m52255Ge=-3260.52=-169.52kN.55mm矩和相应基顶的轴向力设计值为:第一组：第二组：第三组：N=619.47+326=945.5kNN=357.62+326=683.62kNN=338.43+326=664.43kN确定验算其他两组荷载设计值作用下的基底应力：)第2组：第3组：=+201.6+=181.9kN/m21.2f=83+32+100.8=215.8kN/m21.2f)pmin8pm=83+32)度求，初步确定的基础剖面尺寸如图7.2所示。由于上阶底面落在柱边破坏锥面之内，故该基础只需进行变阶处的抗切验算。在各组荷载设计值作用下的地基最大净反力：m抗冲切计算按第3组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算。在第3荷载作用下的冲切力。冲切力近似按最大低级净反力ps.max计算，即取ps≈ps.max=184.53kN/m2,由于基础宽度b=2.0m，小