《单层工业厂房》课程设计.doc

单层工业厂房课程设计姓 名：班级： 学号：一 结构选型该厂房是广州市的一个高双跨（18m+18m）的机械加工车间。车间长90m,柱矩6米，在车间中部，有温度伸缩逢一道，厂房两头设有山墙。柱高大于8米，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋架有较大的刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房的各构选型见表1.1表1.1主要构件选型由图1可知柱顶标高是10.20米，牛腿的顶面标高是6.60米 ，室内地面至基础顶面的距离0.5米，则计算简图中柱的总高度H,下柱高度Hl和上柱的高度Hu分别为：H=10.2m+0.6m=10.8m Hl=6.60m+0.6m=7.2m Hu=10.8m-7.2m=3.6m根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表1.2。见表1.2 柱截面尺寸及相应的参数计算参柱号截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/(KN/m)A,C上柱矩400×40016000021300000004.0下柱I400×800×100×150177500143870000004.43B上柱矩400×40016000021300000004下柱I400×800×100×150177500143870000004.43二 荷载计算 1恒载图1求反力： F1=116.92 F2=111.90 屋架重力荷载为59.84，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值： GA1=1.2×(116.92+59.84/2)=176.81KN GB1=1.2×(111.90×6+59.84/2)=170.18 KN (2)吊车梁及轨道重力荷载设计值 GA3=1.2×（27.5+0.8×6）=38.76KN GB3=1.2×（27.5+0.8×6）=38.76KN (3)柱重力荷载的设计值 A,C柱 B柱 2屋面活荷载 屋面活荷载的标准值是0.5KN/m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值： Q1=1.4×0.5×6×18/2=37.8 KN3，风荷载 风荷载标准值按k=zsz0计算其中0=0.5KN/m2, z=1, z根据厂房各部分 及B类地面粗糙度表2.5.1确定。 柱顶（标高10.20m） z=1.01 橼口（标高12.20m） z=1.06 屋顶（标高13.20m） z=1.09 s如图3所示，由式k=zsz0可得排架的风荷载的标准值： k1=zs1z0=1.0×0.8×1.01×0.5=0.404 KN/m2 k2=zs2z0=1.0×0.4×1.01×0.5=0.202 KN/m2图2 荷载作用位置图图3 风荷载体型系数和排架计算简 q1=1.4×0.404×6=3.39KN/m q1=1.4×0.202×6=1.70KN/m Fw=Q(s1+s2)×zh1+(s3+s4)×zh2 z0B =1.4(0.8+0.4)×1.01×(12.2-10.2)+(-0.6+0.5)×1.01×(13.2-12.2) × 1×0.5×6 =10.23KN4吊车荷载 吊车的参数：B=5.55米，轮矩K=4.4，pmax=215KN, pmin=25KN,g=38KN。根据B和K，可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图所示：图吊车荷载作用下支座反力的影响线（） 吊车的竖向荷载Dmax=QFpmaxyi=1.4×115×(1+0.075+0.808+0.267)=346.15KNDmin=QFpminyi=1.4×25×(1+0.075+0.808+0.267)=75.25KN（） 吊车的横向荷载T=1/4（Q+g）=1/4×0.12×(100+38)=4.14KN吊车横向荷载设计值： TmaxQTyi=1.4×4.14×2.15=12.46KN三 排架内力分析 恒荷载作用下排架内力分析图5恒荷载作用的计算简图G1=GA1=176.81KN; G2=G3+G4A=38.76+17.28=56.04KN; G3=G5A=38.28KN;G4=2GB1=340.361KN; G5=G3+2G4B=2×38.76+17.28=94.8KN;G6=G5B=38.28KN;M1= G1×e1=171.81×0.05=8.60KN.m;M2=( G1+ G4A)e0- G3e3=(176.81+17.28) ×0.2-38.28×0.35=25.42C1=×=2.03; C1=×=1.099;RA=C1+C3=(8.60×2.03+25.42×1.099)/10.8=4.20KN()RC=-4.20KN(); RB=0KN;内力图：图6 恒荷载内力图 活荷载作用下排架内力分析(1)AB跨作用屋面活荷载 图7 AB跨作用活荷载作用简图Q=37.8KN，则在柱顶和变阶处的力矩为：M1A=37.8×0.05=1.89KN.m，M2A=37.8×0.25=7.56KN.m，M1B=37.8×0.15=5.67KN.mRA=C1+C3=(1.89×2.03+7.56×1.099)/10.8=1.124KN()RB=C1 =5.67×2.03/10.8=1.07KN()则排架柱顶不动铰支座总的反力为：R= RA+ RB=1.124+1.07=2.19KN()VA= RARA=1.32-0.33×2.19=0.40KN()VB= RBRB=1.07-0.33×2.19=0.35KN()VC= RC=-0.33×2.19=0.72KN()排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图8所示:图8 AB跨作用屋面活荷载内力图(2)BC跨作用屋面活荷载由于结构对称,且BC跨的作用荷载与AB跨的荷载相同,故只需叫图8的各内力图位置及方向调一 即可,如图10所示:图9 AB跨作用活荷载作用简图图10 BC跨作用屋面活荷载内力图 风荷载作用下排架内力分析(1) 左吹风时C=0.33RA=-q1HC11=-3.39×10.8×0.33=-12.08KN()RC=-q1HC11=-1.70×10.8×0.33=-6.06KN()R= RA+ RC+Fw=12.08+6.06+10.23=28.37KN()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=-12.08+0.33×28.37=-2.72KN()VB= RB-RB=-6.06+0.33×28.37=3.30KN()VC= -RC=-0.33×-28.37=9.36N()图11 左风内力图(2) 右风吹时因为结构对称，只是内力方向相反,，所以右风吹时，内力图改变一下符号就行，如图12所示；图11 左风内力图 吊车荷载作用下排架内力分析（） Dmax作用于A柱计算简图如图所示，其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面引起的力矩为：MA= Dmax×e3=346.15×0.35=121.15KN.mMB= Dmin×e3=75.25×0.75=56.44KN.mRA=-C3=-121.15×1.099/10.8=-12.33KN()RB=C3=-56.44×1.099/10.8=5.74KN()R= RA+ RB=-12.33+5.74=-6.59N()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=-12.33+0.33×6.59=-10.16()VB= RB-RB=5.74+0.33×6.59=7.91KN()VC= -RC=0.33×6.59=2.17N()图Dmax作用在A柱时排架的内力（） Dmax作用于B柱左计算简图如图所示，其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面引起的力矩为：MA= Dmax×e3=.×0.35=.KN.mMB= Dmin×e3=346.15×0.75=.KN.mRA=C3=-.×1.099/10.8=-.KN()RB=C3=.×1.099/10.8=.KN()R= RA+ RB=.+.=.N()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=.0.33×.=.KN()VB= RB-RB=.0.33×.=.KN()VC= -RC=0.33×.=.N()图Dmax作用在B柱左时排架的内力（） Dmax作用于B柱左根据结构对称和吊车吨位相等的条件，内力计算与Dma作用于B柱左情况相同，只需将A，C柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号：如图（） Dmax作用于C柱同理，将Dmax作用于A柱的情况的A，C柱的内力对换，且注意改变符号，可求得各柱的内力，如图5（） Tmax作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图16-a所示。对于A柱，n=0.15，=0.33，得a=(3.6-0.9)/3.6=0.75.，Tmax=12.46KNC5=0.54RA=TmaxC5=.×.=6.73KN()RB=TmaxC5=.×.=6.73KN()图Dmax作用在B柱右时排架的内力图5Dmax作用在C柱时排架的内力排架柱顶总反力R：R= RA+ RB= .KN各柱的简力：VA= RA-RA=.0.33×.=.KN()VB= RB-RB=.0.33×.=.KN ()VC=RC=0.33×13.46=4.44N()图16Tmax作用在AB跨时排架的内力（） Tmax作用于BC跨柱由于结构对称及吊车的吨位相等，故排架内力计算与“Tmax作用于AB跨柱”的情况相同，只需将A柱与C柱的对换，如图17图17Tmax作用BC跨时排架的内五柱截面设计（中柱） 混凝土强度等级C20，fc=9.6N/mm2，ftk=1.54N/mm2采用HRB335级钢筋，fy= fy 300 N/mm2,b=0.55，上下柱采用对称配筋 上柱的配筋计算由内力组合表可见，上柱截面有四组内力，取h0mm，附加弯矩ea=20mm（大于），判断大小偏心：从中看出组内力为大偏心，只有一组为小偏心，而且：N=429.KN<bfcb h0=.××.××760.32KN所以按这个内力来计算时为构造配筋对三组大偏心的，取偏心矩较大的的一组即：M=87.119KN.mN=357.64KN上柱的计算长度：L0=2HU=2×3.6=7.2m e0=M/N=243.40mm ei= e0+ ea=263.40mml0/h=7200/400=18>5应考虑偏心矩增大系数1=0.5×9.6×160000/357640=2.15>1，取2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.01×7200/400=0.97, l0/h>15，取2=0.97图=1+12=1+×1×0.97=1.31=357640/1×9.6×400×360=0.26>2s/h0=2×40/360=0.22所以x=×h0=0.26×360=93.6e=ei-h/2+s=1.31×263.40-185.05mmN.e=fyAs(h0-as)-1fcbx(x/2-as)As=As=715mm选用（As=763mm2）验算最小配筋率：As/bh=763/400×400=0.47%>0.2%平面外承载力验算：l0=1.5Hu=1.5×3.6=5.4ml0/b=5400/400=13.5，查表得，Ac=A-Aa=4002-763×2=158474mmNu=0.9(fyAs+ fcAs)=0.9×0.93×(300×763×2+9.6×158474)= 1656.55KN 下柱配筋计算取h0=800-40=760mm，与上柱分析办法相识，选择两组最不利内力：M=217.96 KN.m M=152.69 KN.mN=810.94 KN N=473.44 KN(1) 按M=217.96 KN.m，N=810.94 KN计算L0=HU=×7.2=7.2m，附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mm e0=M/N=217960/810.94=268.77mm ei= e0+ ea=295.77mm l0/h=7200/800=9>5而且应考虑偏心矩增大系数，取2=11=0.5×9.6×160000/810940=1.05>1，取图=1+12=1+×1×1=1.15ei=1.15×295.77=340.14>0.3×760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则x= =810940/1×9.6×400=211.18>hf=150mm说明中和轴位于板内，应重新计算受压区的高度：x= =394.72mme=ei+h/2+s=1.15×295.77 -8002-407005mmAs=As=272.87mm2(2) 按M=152.69 KN.m，N=473.44 KN计算L0=HU=×7.2=7.2m，附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mm e0=M/N=152690/473.44=322.51mm ei= e0+ ea=349.51mm l0/h=7200/800=9>5而且应考虑偏心矩增大系数，取2=11=0.5×9.6×160000/810940=1.05>1，取图=1+12=1+×1×1=1.15ei=1.15×295.77=340.14>0.3×760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则x= =473440/1×9.6×400=123.29>hf=150mm说明中和轴位于翼缘内：e=ei+h/2-s=1.15×349.51 -8002-40761.93mmAs=As=139.38mm2最小配筋minA=0.2%×177500=355mm2所以选（As=461mm2）满足要求查附表.的无柱间支撑垂直排架方向柱的计算长度，l0=1Hl=7.2ml0/b=7200/400=18，查表得0.81，Ac=A-Aa=177500-461×2=176578mmNu=0.9(fyAs+ fcAs)=0.9×0.81×(300×461×2+9.6×176578)= 1437.40KN>Nmax所以满足弯矩作用平面外的承载力要求 柱裂缝宽度验算规范中规定，对e0/h0>0.55的柱要进行裂缝宽度验算，本例的上柱出现e0/h0=>0.55,所以应该进行裂缝验算。验算过程见下表。其中上柱的As=763mm2；Es=200000N/mm2；构件的受力特征系数acr=2.1，混凝土的保护层厚度c=25mm,ftk=1.54N/mm2。 柱裂缝宽度验算非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求，上下柱均选用200箍筋。 牛腿设计根据吊车支承的位置，截面的尺寸及构造要求，确定牛腿的尺寸如图所示，其中牛腿的截面宽度b=400mm，牛腿截面高度h=1050mm，h0=1015mm.(1) 牛腿腿截面高度验算表柱的宽度验算表图<0.2，所以满足要求Fv（.Fhk/Fvk）验算.，ftk=1.54N/mm2，Fhk=0，a=650-175-250/2=350mmFvk=Dmax/Q+G3/G=346.15/1.4+38.76/1.2 =279.55KN（.Fhk/Fvk）=0.65×=470.08KN> Fvk所以所选的尺寸满足要求（） 牛腿配筋计算纵向受拉钢筋总截面面积As：As=550.mm2 根据规定，纵向受拉钢筋As的最小配筋率为0.002bh=0.002×400×1050=840mm2 >550.2 mm2。所以要按mm2配筋。现在选用（As=1005mm2） 水平箍筋选用100的双肢筋。牛腿的剪跨比a/h0=370/1050=0.35>0.3，所以应该设置弯起钢筋A.As=0.5C1005=502.5mm2，且A0.0015bh=0.0015×400×1015=609 mm2 故选用（As=mm2） 牛腿设计采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。插入杯口深度为800mm,则柱吊装时的总长度为3.6+7.2+0.8=11.6m.。柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数）即q1=Gq1k=1.5×1.2×4.0=7.2KN/mq2=Gq1k=1.5×1.2×(0.4×2.1×25)=37.8KN/mq3=Gq1k=1.5×1.2×4.44=7.99KN/m图在上述荷载的作用下， 柱的控制截面的弯矩为：M1=0.5 q1Hu2=0.5×7.2×3.62=46.66KN.mM2=0.5 q1Hu2=0.5×7.2×（3.6+1.05）2+0.5×(37.8-7.2)×1.052=94.71KN.m由MB=RAl3-0.5q3l32+M2=0解得：RA=14.17KN M3=RAx- q3x2 令=RA-q3x=0 得x=1.77m 则下柱段最大弯矩M3为：M3=14.17×1.77-0.5×7.99×1.772=12.55KN.m 表吊装时柱的宽度验算表六基础设计（B柱下基础） 初步确定杯口尺寸及基础埋深（）杯口尺寸 图5 基础截面尺寸杯口的深度：柱子的插入深度H1=800mm，所以杯口深度为800+50=850mm 杯口顶部尺寸：宽为400+2×75=550mm，长为800+2×75=950mm 杯口底部尺寸：宽为400+2×50=500mm，长为800+2×50=900mm杯口厚度：因为800<hc<1000，所以杯壁的厚度取t=350mm 杯壁高度：h1t/0.75=350/0.75=466mm，取h1=350mm 杯底厚度；a1=250mm，根据a2a1原则，取a2为250mm 根据以上尺寸，确定基础总高度H1+a1+50=800+250+50=1100mm 基础的埋置深度：1100+600=1700mm 地基承载里设计值：fa=200KN/m2 (2)基础面积计算表B柱在基础地面的荷栽估算基础底面积：A=1006.06/(200-20×1.7)=6.06m2 考虑偏心受压，将基础的面积增大1.2A=1.2×6.06=7.27m2 G=GyDA=1.2×20×1.7×8=326.4KN 表 基础底面压应力计算 取基础地面长边与短边的比为，则l=3.8m，b=1.9m，取l=m，b=m校核基础底面积是否满足要求： （）校核0.5(Pmax+Pmin)f 0.5(Pmax+Pmin)=0.5×(198.90+134.22)=166.56KN<f=200 (）校核Pmax1.2f Pmax=198.90KN<1.2f=1.2×200=240KN （）校核PminPmin=67.91KN>0 由以上得知，基础的地面尺寸×m2，满足要求图基础截面尺寸地基净反力计算：表地基净反力由表可以看出Nmax最不利。（Pjmax=158.10,Pjmin=93.42） 冲剪强度验算从杯口顶面柱边开始的0斜拉裂面与基础底面交界处（截面）的净反力Pj1。基础的有效高度h0=1100-40=1060mm Pj1=93.42+(4-0.64)/4×(158.10-93.42)= 147.75KN 同理按比例算得：Pj=93.42+(2+0.4)/4×(158.10-93.42)= 132.23KN Pj=93.42+(2+0.4+0.425)/4×(158.10-93.42)= 139.10KN 因为b=2.0m<bc+2h0=400+×1060=25200mm，所以A1=(l/2+hv/2-h0)b=(4/2-0.8/2-1.06) ×2=1.08m2 A2=(bc+h0)h0-(h0+bc/2-b/2)2=(0.4+1.06) ×1.06-(1.06+0.4/2-2/2)2=1.48 m2 （）柱边截面PjmaxA1=158.10×1.08=17.75KN，查表的np=0.98 C15ft=0.91N/mm20.7npA2=0.7×0.98×0.91×1480000=923.90KN> PjmaxA1=158.10×1.08=17.75KN 满足要求（）变阶截面；算法同上面的一样，同样满足要求。.配筋验算截面：MI=1/48(Pjmax+Pj)(2b+bc)+(Pjmax-Pj)b(l-hc)2 =1/48(158.1+125.76)(2×2+0.4)+ (158.1-125.76) ×2(4-0.8)2 =280.25KN.m AsI= MI/0.9fyh0=280.25/(0.9×210000×1.06)=1398.9mm2 截面：MI=1/48(Pjmax+Pj)(2b+b1)+(Pjmax-Pj)b(l-l1)2 =1/48(158.1+125.76)(2×2+1.15)+ (158.1-125.76) ×2(4-1.55)2 =190 KN.m AsI= MI/0.9fyh0=190/(0.9×210000×1.06)=948.4mm2 比较AsI和AsI，应该按AsI来配筋，取(As=1538) 截面M=Pj(b-bc)2(2l+hc)=1/24×125.76(2-0.4)2(2×4+0.8)=118.05KN.m As= M/0.9fyh0=118.05/(0.9×210000×(1.06-0.012)=596mm2 截面 M=Pj(b-b1)2(2l+l1)=1/24×125.76(2-1.15)2(2×4+1.55)=36.15KN.m As= M/0.9fyh0=36.15/(0.9×210000×(0.71-0.012)=272mm2 按构造配筋取（As=1963mm2）满足要求25 要满） = 取造 ) .×0× /.0 0/ . .=) ( / (= 截 ).-000×0 0./= .0 )0×)0( = +) (截 ，来 应 .).00×00= . . = ) -( . ).+ . / ) -)- () ( ( / 面截 ×0 /. 0 / = . .0 ).-(). . .+ ) ) ) +) = 面截验筋求求样样的法面变要满 = 0 0 . 0 . / 0 0 表， = . 截边 /00 0× .+( -/+-) ( ×0-/0 0 / =所 0 0×0 < 0 0 +.+ = = 0 ×)0 得算比 ). .() (.= 0 00度的基 净面（面基面0的开面杯验强冲 = . （ 看由反基算力反尺础要满 地基知上 > .= 核 00 .0.= 核 0 < .=. 0 ×0= +(0 (.核 求足否面核 ， = ，边与地础 计力底 . . = = =.× .大面础将心 )× (/0 积积算荷面基 计面基 /0 值设承 0= 0 置埋 0=+ 0= 度础确尺以 0 ， 根 =度 ， =.0 . ： 厚壁，0<<0：杯 0 0长 宽尺杯 0 ：部杯 = 深以 度子度口尺截 尺）埋基寸定步础基（础算验的吊 . . × - ×.为 大柱下 得 =-= .= + 0 . . 0×) . .× . .= ×. 0为为截控，作载/ . / . × × × / =××. ）系虑（荷重载的装. =0 为长装则, 深入。度设土，腿设，身设 用 0 ×0 0= .0， 0 = 钢起该所. 0 =比的腿筋肢0选平 0 选筋配要。 > = 00= 0率小 钢受，根 0 积截钢受计筋配要足的 =） . ./ = 0 / - 0 /. ，验 （要要所.算度宽验面 面腿 截牛，所的定确构尺截置的车设筋箍用均，要构控求般数其柱层验宽 层土凝 数特受构 00 =的中。下程。缝裂以所.0/现上本度宽行的.00，验度要载的用弯 . + 0 = 00 -= 0， 0= =，算向架垂支要足 0 0 = 0-. × - 内内轴 = = . =，于中假应偏为以 >.0= =+ ， 00 × =大矩考>=/ =+ =./ = ,00 ,0= 于 0/=矩偏 . 计 ， .= - / 度度压新，内和 =>.=0 ，缘位和新应偏大所 . . .= =× =，0= 00× =，系心偏应 00 =/ 0 0 /0 ,0 0= 0/ 偏 .× 计 0 . . . . . 力内最择相析分 0-0计筋 × ××. . 0 × 0 ，.= 0= =×= .算力 . 00/ 率配算 = = - 0 -.×. + . = 0=0 0/ 000. 图 . 0× 0=， /,.00 0. 0 ， = 0 × .数系矩考 0 + 0 .× 度长 .=的矩取心组配构来个 ×. . 且且小组只心内组心小断（ 加，取力有柱见表计配筋称采下，= 0 = 级 0 强凝柱（面的架 作 对柱 需相的跨于用 与力故，的吊对跨 作内的时在 ( ×. =. .- (.× 力简 反内架排 内架右 用 .= ( ×= . . 0.= =柱。所 简排时水向用跨 用 图力各可符改且换的 况柱于 作如符剪弯改对内 只相左 与计件等位车对柱于用内架排在 .=.= - ×0.= (. .-为分(.=.= / ×. .=0/ =. . ×. . .= ×.= 为矩起面 ， 竖中示图柱于用内架时在 . . =. 0 . ( - 0 . 为分 -. ( . .× ( = . = . = . . ×. 为力引腿在 载向吊示图 用分力架载力力示示 行符改力吹右所相内只对吹力左 = = 0= ×. =- . . = 为力 00+. 0- 00× - (0. .×.= - .风分分排作力载活用 简用活跨 示所如可调及图各图只同荷跨载作 且称荷面屋 力内面屋 示 力剪图,弯( - ( = ×. = 0. 0 0+ 为反座支柱(0. ×. .0 × . . . . × 00 为力阶顶则 简作活跨 荷面作 分内下作力载荷图 ) - 0=. ×. 0 + = ;.= =0× . ). ( -) + . . × . . ; . = 0= =简计用荷分分排分力 ×.× 值设向 = 0( /）/荷横 ).+. 0+ . = = . + + 荷竖响的力支荷示如标竖点个响反梁出 。 = = = =轮， ：参车荷车 ×.0 .(0 .+0+0- . =0 ) + +/ .= 0.=/ . 算架和系风置位荷 .=× 0 = / 0. × 值值荷风可0=示图 0 ） （0 ）.高（0. .高（定 .度粗 部房根 =, 中 准标荷 ./ 0 值计载屋柱作/ 是标的面荷面 , 计的力) .+ ×= . ×= 计设重及车 0=/. 0 .= ) 值计荷的屋顶用 载重屋 .= 力图恒算 0000 ×000下00000000上 00 0 00×下.000000×上, / 寸号参参及截 ，尺柱件别级及吊度 .=-.= 0 . 0 .为分 的上度柱度总简则米离面础至室0 高顶，米0是知选选主. 型构房础梁吊钢选屋混力屋折混预选的较使了架凝混故 高墙有两，一温部中，柱 间。工机 +（双一市选 ： 设课厂工