单层工业厂房课程设计

azhongUniversityofScienceandTechnology姓名：2015年7月25日 3 (一)、中间柱基础设计 29 (二)、抗风柱基础设计 36 (三)、边柱基础设计 43 资料某工厂拟建一个焊接车间，根据工艺布置的要求，车间为单m有一台Q=20/5t和一台10t的中级工作制吊车，吊车轨顶标高为8.40m。跨度m6m(端部为5.5m)(1)自然条件：地震设防烈度该工程位于非地震区，故不需抗震设防。屋面：采用卷材防水屋面，不设保温层；泥石灰砂浆抹面；门窗：钢门、钢窗，尺寸参见立面图；地面：采用150厚C15素混凝土地面，室内外高差为300mm。载按0.70kN/m2计算。屋面荷载标准值为：mm砂浆找平层外加荷载基本组合设计值：1.0kN/m2kNmkNm以满足要求。板自重标准值为屋面荷载标准值：防水层0.35kN/m2mm砂浆找平层板及灌缝及吊管自重永久荷载总计kNm20.50×2kN/m2活荷载0.70kN/m2可变荷载总计1.70kN/m2屋面荷载设计值为：q2.2+1.4×1.7=5.02kN/m2q2.2+1.4×1.7×0.7=4.64kN/m26m钢天窗架带挡风板代号为d；B；根据实际屋面荷载设计值在表中屋面荷载设计值为q=5.0kN/m2屋架承载能力序号为4。60.5kN。根据吊车梁支座竖向反力影响线及吊车参数，计算出最大剪力为332.87kN，查询04G323－2选用DL－9吊车梁。每根自重为39.50kN。m (t)6m柱距(边柱)6m柱距(中柱)上柱(mm)下柱(mm)上柱(mm)下柱(mm)6~8000080050〃505015~2085050〃501502002008150150150200200200200200200300200300200300轴线中柱定为轴线通过柱截面几何中心。B1+B2+B3≥750mm，采用非封闭式定位轴线，如图。查询吊车参数得B1=230mm；取B2=170mm；BmmB150mm。四、排架内力计算柱顶标高H=H1+h1+h2：式中H1为轨顶标高，h1为吊车轨顶以上高度，h2为安全净空尺=400mm，代入：H=H1+h1+h2=8.40+2.2+0.4=11.0mHS=H−H1+h3+h4=16.4−13.8+0.2+1.2=4m柱截面尺寸如图。AS=500×500=2.5×105mm2荷载作用的示意图如图。e1=50mm;e2=250mm;e4=400mm。防水层0.35kN/m2mm砂浆找平层板及灌缝及吊管自重永久荷载总计kNm2屋面恒载设计值：P1=1.2×=204.84kN载面活荷载设计值：Q1=1.2×0.5×6×182=32.4kNP4=1.2×(38.71+1.0×6)=53.7kNa荷载9.4kN9.4kN吊车计算简图如图。22×22×+22×)=78.2kNb.吊车水平向荷载TmaxQ(G2+G3)yi=×1.4×0.9×[0.12×(39+100)+0.1×(78+200)=14.0kN风荷载体形系数如图。按地面粗糙度为B类计算风压高度变化系数。qQszwB×6=2.78kN/m(→)qQszwB×6=1.73kN/m(→)W=∑(μs2−μs1)μzw0hiB=1.4×1.22×0.35×6×[(0.8+0.5)×1.9kN(→)+(0.6−0.2)×1.3+(0.6+0.6)×2.813+(0.7−0.7)kN(→)P矩和轴力P1=204.8kN，M11=P1×e1=204.8×0.05=10.24kN∙mM12=P12=204.8×0.25=51.2kN∙mC1=1.5∙=1.5×C1=1.5∙=1.5×=1.23(−1)R11==10.24×=0.74kN(←) 1−λ21−0.2352C3=1.5∙ 1−λ21−0.23521+λ3(−1)1+0.2353×(−1)RkN(→)R1=R11+R12=3.96−0.74=3.22kN(→)N1=204.8kN弯矩和轴力PkNM2=P2e2=30×0.25=7.5kN∙mRkN(→)N2=30kNP3=109.2kNN3=109.2kNPkN；M4=P4e4=53.7×0.4=21.48kN∙mRkN(←)综上恒载作用下柱顶反力：R=R1+R2+R4=3.22+0.58−1.67=2.13kN(→)恒载作用下内力图如图。的弯矩和轴力屋面活荷载作用与屋面恒载相同，即内力成比例。kNMkNmM12=51.2×=8.1kN.mR1=3.22×=0.51kN(→)内力图如图。MA=Dmaxe4=419.4×0.4=167.76kN∙mMB=Dmine4=78.2×0.4=31.28kN∙mRA3kN(←)RB==31.28×=2.43kN(→)因为A、B两柱相同，故ηA=ηB=0.5，则各柱剪力为：VA=RA−ηA(RA+RB)=−13.03−0.5×(−13.03+2.43)=−7.73kN(←)VB=RB−ηA(RA+RB)=2.43−0.5×(−13.03+2.43)=7.73kN(→)内力图如图。最大轮压作用在B柱时，其受力情况与最大轮压作用在A柱正好相反，内力图可参考图。C5==.712−2.1λ+λ3(+0.1)2−2.1×0.235+0.2353(+0.1)C5==.71RA=RB=TmaxC5=14.0×0.71=9.94kN(←)柱顶剪力：VA=VB=RA−ηA(RA+RB)=9.94−0.5×(9.94+9.94)=0kN内力图如图。向左时时相反，其内力图可参考图。的内力C11===0.353[1+λ4(−1)]3×[1+0.2354×(−1)]C11===0.358[1+λ3(−1)]8×[1+0.2353×(−1)]RA=qHC11=2.78×17×0.35=16.54kN(←)RB=qHC11=1.73×17×0.35=10.29kN(←)VA=RA−ηA(RA+RB−W)=−16.54−0.5×(−16.54−10.29−22.8)=8.28kN(→)VB=RB−ηA(RA+RB−W)=−10.29−0.5×(−16.54−10.29−22.8)=14.53kN(→)内力图如图。用时左风内力图。内力组合截面风 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)MN000000MN0000MN0000V截面合M17181217NM13181318NM17181317N47.1V截面合恒荷载+0.9×(任两种或两种以上活荷载)M1271368123681368NM135712812357NM12357146812357NV中间跨柱的计算结果设计，不单独计算。截面尺寸：上柱500mm×500mm矩形截面下柱500mm×1000mm×500mm工字形截面bbfmmhhf=200mm。材料等级：混凝土C30fc=14.3N/mm2取a=a'=35mm钢筋受力筋为HRB335级钢筋fy=f=300N/mm2ξb=0.55fy=210N/mm2m下柱1×13=13m下柱1×13=13m(1)上柱Nb=fcbh0ξb=14.3×500×(500−35)×0.55=1828.6kN内力组合表中Ⅰ－Ⅰ截面的控制内力N均小于Nb，则都属于大偏(2)下柱=14.3×(500−120)×200+14.3×120×965×0.55=1997.6kN内力表中Ⅰ－Ⅰ、Ⅰ－Ⅰ截面的控制力N均小于Nb，则都属于大偏心受压，所以取弯矩较大而轴力较小的情况，选出内力组合：N(1)上柱筋x===32.8mm<2as=70mm属于大偏心受压，取x=70mm。e0===429.7mmmh3030ei=e0+ea=429.7+20=450mmN234.8×103ζ1===7.6>1，取ζ1N234.8×103==16>==16>8lhhh 1l021eihh 1l021eih50η=1+()ζ1ζ2=1+×162×1×0.99=1.187e=e=ηei+−as=1.187×450+−35=749.2mmh2e'=e−h0+a=749.2−465+35=319.2mmAs=A===581mm2A6@100。受弯平面外承载力验算：lhh71.1kN>N=234.8kN71.1kN>N=234.8kN满足要求。(2)下柱Nfcbh×200=1430kNx==70.8mm>2as=70mmN505.9×103hhe0===N505.9×103hh 3030eammmm 3030ei=e0+ea=1555.1+33.3=1588.4mm96>1，取ζ196>1，取ζ1=1==13==13<15lh1000ζ2=1η=1+()ζη=1+()ζ1ζ2=1+×132×1×1=1.07eih1588.4h096514h0965e=ηei+−ae=ηei+−as=1.07×1588.4+−35=2164.6mm2Ne−fcbx(h0−0.5x)505.9×103×2164.6−14.3×500×70.8×(965−0.5×70.8)35)=8.5mm2x==123.0mm>2as=70mme0===879.1mmeaeammmmea33.3mmh3030ei=e0+ea=879.1+33.3=930.4mmN879.5×103cAhlN879.5×103cAhl==13==13<15lhhζ2=1η=1+()ζη=1+()ζ1ζ2=1+×132×1×1=1.125eih930.4h0965140h0965e=ηei+−as=1.125×930.4+−35=1511.7e=ηei+−as=1.125×930.4+−35=1511.7mm2As=A===1833.7mm2A100。受弯平面外承载力验算：A=2.815×105mm2，Iy=4.56×109mm4 iy===127.3mmIiy===127.3mmA2.815×10500NcNcfcAfA5+300×2454×2)91.9kN>N=879.5kN满足要求。作用于牛腿顶面的荷载：验算FVk=+=+=344.3kNFV=P4+Dmax=53.7+419.4=473.1kNFh=0验算h0=h1−as+Ccot450=400−35+200×1=565mm=344.3kN满足要求。积不应小于承受FV的受拉纵筋面积的局部承压面积近似按柱宽乘以吊车梁端承压板宽度取用：A=500×420=2.1×105mm2FVk344.3×103A2.1×105==1.64Nmm2<0.75fc=A2.1×105满足要求。采用翻身起吊，对图中三截面进行承载力验算和裂缝宽度验算。(1)荷载(2)内力通过计算可得：(3)验算截面按双筋截面计算，裂缝允许宽度[ωmax]=0.3mm。采用限制钢筋应力来限制裂缝宽度。Ⅰ-Ⅰ截面As===588.2mm2裂缝验算：σs===82.5Nmm2<[σs]=240N/mm2满足要求。Ⅰ-Ⅰ截面As===392.1mm2裂缝验算：σs===55.0Nmm2<[σs]=240N/mm2满足要求。Ⅰ-Ⅰ截面As===289.6mm2裂缝验算：σs===160.7Nmm2<[σs]=250N/mm2满足要求。抗风柱设计材料等级：混凝土C30fc=14.3N/mm2HRB335级钢筋fy=f=300N/mm2fy=210N/mm2抗风柱主要承受山墙风荷载，竖向荷载只有柱的自重，设计时近似按受弯构件计算。抗风柱顶应低于屋架上弦中心线50mm，可以由剖面图得抗风柱的上柱Hu=2.6m，下柱Hl=16.9m，总高H=19.5m。抗风柱顶和屋架上弦连接，连接一般采用竖向可移动、水平向又有较大刚度的弹簧板连接山墙重量由基础梁传至基础。 (1)、风荷载zm (2)、柱自重计算简图如图十五所示。u12Ibh3=5.21109mm4，Hu=u12nu；入=u=nu；入=u==0.133lI14.29109H19.5l筋采用对称配筋。 (1)、上柱截面(按近似受弯计算)M=52.2kN.m;N=19.5kN M52.21062As=fy(h0一as)=300(465一35)=404.7mm (2)、下柱截面(按近似受弯计算)M=157.3kN.m;N=184.3kN M157.31062As=fy(h0一as)=300(665一35)=832.3mm基基 筋示意图见图。十、础设计计 (一)、中间柱基础设计材料等级：混凝土C25fc=11.9N/mm2;ft=1.27N/mm2钢筋HRB235级钢筋fy=f=210N/mm2基底设置100厚C15素混凝土垫层。 (1)、柱底传递的荷载从A柱内力表中选出3-3截面的M绝对值最大(Mmax;Mmin)的两组内力(包括N;V)。选出的内力组合列于下表中。基础的荷载标准组合Mk/(kN.m)Nk/(kN)Vk/(kN)12528.3-41.8 (2)、基础梁传递的荷载每个基础承受的外墙总宽度为6.0m，总高度为13.8m，墙体为 kNm2)，基础梁重16.7kN/根。每个基础承受的由基础梁传来的荷载标准值：240墙kN窗基础梁重16.7kNNN=314.6kNNwk距ew=(240+1000)/2=620mmwwkN=1.2N=1.2314.6=wwk (1)、按构造要求拟定高度h=h+a+柱底插入杯口深度h1=0.9hc=0.91000=900mm800mm，取mm (2)、拟定基础底面尺寸设l/b=1.5b==2.23取b=2.8m;l=1.5b=4.2m，A=lb=4.22.8=11.76m212123W=6bl=62.812123 (3)、基底压力计算及地基承载力验算基底压力计算及地基承载力验算过程和结果列于下表：计算及地基承载力验算表Mk/(kN.m)Nk/(kN)Vk/(kN)528.3-41.8Nbk(=Nk+Gk+Nwk)/(kN)-775.6e==700mmpk,minAWpk,max(=NbkMbk)(kNpk,minAWp=(pk,max+pk,min)/2fapk,max1.2fa/(kPa)201.0276kPa满足要求。此时应采用基底净反力设计值，基底净反力设计值的计算过程及结果列于下表中。力设计值计算表Mk/(kN.m)Nk/(kN)Vk/(kN)528.3-41.8Nb(=Nk+Nwk)/(kN)-775.6e==700mmpj,minAWpj,max(=NbMb)(kNpj,minAW上表中第二组荷载按pj,min=计算时pj,min<0，故对该组内力应如下计算：e==945.3mml22Pa由于台阶高度与台阶宽度相等(均为450mm)，所以只需要验算变阶处的受冲切承载力。计算截面如图所示；FlpjAl=169.11.09=184.3kNh00mm取：hp=1.0；ft=1.27N/mm2l基础高度满足要求。=1418.8kN>F=l基础高度满足要求。基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面见下图。 (1)、柱边及基础变阶处基底反力计算两组不利内力设计值在柱边和变阶处的基底净反力计算见下表。力计算表pj,max+pj,I/(kN/m2)2pj,max+pj,III/(kN/m2)2pj,max+pj,min/(kN/m2)2换成上表在计算第二组荷载下基底净反力pj,I;pj,III时相应的;换成 (2)、柱边及基础变阶处弯矩计算bc (3)、配筋计算长边方向钢筋面积：A=MI=333.4106=1457.9mm2sI0.9h0fy0.9(1250一40)210A=MIII=229.2106=1595.7mm2sIII0.9h0fy0.9(800一40)210选用A12@180(As=1759.3mm2)。短边方向钢筋面积：A=MII=188.3106=830.2mm2yA=MIV=86.9106=613.1mm2hdfy选用A8@200(As=1056.3mm2)。 (二)、抗风柱基础设计材料等级：混凝土C25fc=11.9N/mm2;ft=1.27N/mm2钢筋HRB235级钢筋fy=f=210N/mm2基底设置100厚C15素混凝土垫层。 (1)、柱底传递的荷载按前面抗风柱的设计计算结果将M;N;V的内力组合列于下表中。基础的荷载基本组合标准组合M/(kN.m)N/(kN)V/(kN)Mk/(kN.m)Nk/(kN)Vk/(kN) (2)、基础梁传递的荷载每个基础承受的外墙总宽度为6.0m，总高度为19.5m，墙体为基础梁重16.7kNNN=629.8kNNwkewmmwwkN=1.2N=1.2629.8=wwkA=lb=32=6m2 (1)、按构造要求拟定高度h=h+a+ (2)、拟定基础底面尺寸lbbmbmlbm，12123W=6bl=62312123 (3)、基底压力计算及地基承载力验算基底压力计算及地基承载力验算过程和结果列于下表：计算及地基承载力验算表Mk/(kN.m)Nk/(kN)Vk/(kN)Nbk(=Nk+Gk+Nwk)/(kN)e==500mmpk,minAWpk,max(=NbkMbk)(kNpk