装配车间单层厂房建筑结构设计

中文题目：广州镇泰机械制造厂金工装配车间 副标题：单层厂房建筑结构设计 外文题目：MENTALWORKING ASSEMBLY WORKSHOP OF ZHENTAI MACHINE FACTORY IN GUANGZHOU 毕业设计（论文）共 55 页（其中：外文文献及译文 17 页） 图纸共 9 张 完成日期 2009 年 6 月 答辩日期 2009 年 6 月 摘要 本工程是广州一单层单跨工业厂房，总建筑面积约 3500，东侧端部贴建二层框架 2 m 辅助使用空间，厂房内设两台桥式吊车，轨顶标高为。中部由宽变形t10mm9600mm100 缝分为两个厂房单元，主体采用大型屋面板+钢屋架+排架柱的钢筋混凝土排架结构形式， 结构整体双轴对称，跨度，柱距为，刚度和质量分布均匀。设计时主要考虑了结m30m6 构自重、风荷载、吊车荷载以及水平地震作用对结构的影响，经计算，厂房结构满足承 载力要求和正常使用要求。 本设计包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计主要考虑建筑的采光、通风、防水、 防火以及设备安装使用要求，结构设计主要是进行结构和构件的选型，并利用剪力分配 法，对多种荷载作用下的各榀排架进行内力计算和组合，选择最不利组合设计排架柱和 基础的截面及配筋。最后绘制相关建筑图、结构图和各部位的节点详图。 关键词：单层厂房；排架结构；建筑设计；结构设计；剪力分配法 ABSTRACT This project is a single-layer single span plant, with a total construction area of about 3500 . At the very tip of the eastern part of the plant is a auxiliary use space made of a second 2 m frame. And there are two bridge crane in the plant, with the rail top elevation of 9.6. The plant m is separated into two sections by a 100wide movement joint located at the central, its main mm block adopts the structural form of reinforced concrete bent. The overall structure is double symmetry. With the span of 30and the column space of 6, it has equally distributed rigidity mm and mass. The design mainly considered the effect caused by dead load, wind load, crane load and horizontal seismic reaction, and after the calculation, the workshop structure can meet the requirements of bearing capacity and regular service. This design was comprised of architectural design and structural design. The architectural design was proceed to fill the bill of daylighting, airing, waterproof, fire resistance and other equipment requirement, while the structural design had to carry on the mission of choosing structural forms, calculating the inner force of every bent which came from loads of various pattern, making internal force combination and identifying the most disadvantaged group to design cross-section and reinforcement. In the end, related architectural drawing, working drawing and joint detail were required. Keyword: single-layer workshop; bent structure; architectural design; structural design; shear distribution method 目录目录 前言前言7 1 1 工程概况工程概况8 1.11.1 工程概况工程概况8 1.1.1 水文地质条件8 1.1.2 气象资料8 1.21.2 设计概况设计概况8 1.31.3 设计成果设计成果9 1.3.1 概况9 1.3.2 施工图9 2 2 建筑设计建筑设计9 3 3 结构设计结构设计10 3.13.1 结构构件选型和布置结构构件选型和布置10 3.1.1 屋面板10 3.1.2 屋架11 3.1.3 吊车梁12 3.1.4 排架柱13 3.1.5 基础梁14 3.23.2 荷载计算荷载计算15 3.2.1 屋盖自重15 3.2.2 柱自重15 3.2.3 吊车梁及轨道自重16 3.2.4 屋面活荷载16 3.2.5 吊车荷载16 3.2.6 风荷载17 3.33.3 内力分析内力分析17 3.3.1 屋盖自重18 3.3.2 柱及吊车自重作用19 3.3.3 屋面活荷载19 3.3.4 吊车荷载作用20 3.3.5 风荷载作用22 3.43.4 排架柱设计排架柱设计23 3.4.1 排架柱配筋计算24 3.4.2 柱斜截面承载力验算29 3.4.3 运输、吊装阶段验算29 3.4.4 柱裂缝宽度验算32 3.53.5 抗风柱设计抗风柱设计34 3.5.1 确定抗风柱的尺寸34 3.5.2 求风荷载 q 及柱剪力34 3.5.3 截面配筋35 3.5.4 运输、吊装阶段验算36 3.63.6 柱间支撑柱间支撑39 3.6.1 上柱支撑39 3.6.2 下柱支撑40 3.73.7 牛腿设计牛腿设计40 3.7.1 验算截面尺寸40 3.7.2 正截面承载力计算及配筋41 3.7.3 斜截面受剪承载力41 3.7.4 局部承压强度验算41 3.83.8 排架柱基础设计排架柱基础设计42 3.8.1 初步确定基础尺寸42 3.8.2 确定基础底面尺寸42 3.8.3 验算基础高度44 3.8.4 基础底板配筋计算46 3.93.9 抗风柱基础设计抗风柱基础设计48 3.9.1 初步确定基础尺寸48 3.9.2 确定基础底面尺寸49 3.9.3 验算基础高度50 3.9.4 基础底板配筋计算51 3.113.11 地震作用和结构抗震验算地震作用和结构抗震验算53 3.11.1 厂房的横向抗震验算53 3.11.2 建立结构计算简图54 3.11.3 柱顶横向水平地震作用下的排架地震效应57 3.11.4 吊车地震作用下的排架地震作用效应58 3.11.5 排架地震作用效应和其他荷载效应的组合59 3.11.6 厂房纵向抗震验算60 3.123.12 圈梁布置圈梁布置61 结论结论63 致谢致谢64 参考文献参考文献65 前言前言 建筑工程专业是一个很注重实践和理论相结合的专业，综合性要求很强，不仅要求 学生熟练掌握一些必备的专业知识，也注重对学生具体实践能力和操作能力的培养。大 学四年中，我们学习了多门专业性课程，这些课程之间有着密不可分的关系，是相互制 约和相互补充的，必须综合起来运用才能真正地指导实际。可是学习的过程中，我们只 是分散地、零星地学习了各门课程的基本知识点，所掌握的知识和技术基本上是零散无 章的，没有综合的建筑思想，也没有成熟的建筑知识的框架，难以做到举一反三，把握 整体。毕业设计刚好给我们提供了这样一个平台来整合消化四年来的专业积累，把零散 的知识融合成一种文化和素质，能让我们在全面温习四年所学的基础上，将其融会贯通， 提高我们的综合素质和工作能力。 毕业设计我的设计题目是单层工业厂房，单层厂房只有一些特殊的行业才需要使用 单层厂房，比如五金塑胶，机械设备，印刷纸品，模具等行业。其结构型式主要有排架 结构和刚架结构两种。近年来，我国每年完成的建筑工程中，工业建筑占了一半以上， 发展迅猛，并正朝着技术密集型发展，其设计体现出节能省地趋势，生态化趋势，高科 技化趋势，工业与民用建筑设计的一体化趋势，人性化趋势，多元化趋势，可持续性趋 势，文化性趋势。并更加注重设计标准化，构件工业化，施工机械化。 本次设计内容包括建筑设计和结构设计两大部分。建筑设计在考虑建筑物使用功能 和设备安装使用要求的基础上，涵盖平面设计、正立面、侧立面和剖面设计和总平面图 等内容。结构设计则主要包括排架结构设计和基础设计，包括各种荷载作用下排架结构 的内力计算和组合和最不利组合的筛选，并进行排架柱和抗风柱截面的配筋计算、吊装 验算和抗震验算。 1 1 工程概况工程概况 1.11.1 工程概况工程概况 1.1.11.1.1 水文地质条件水文地质条件 表层为厚 1.0m3.50m 的杂填土1层、耕植土层。标高 33.42m32.19m 以下为 新近沉积的褐黄色、饱和的粘质粉土、粉质粘土层；标高 32.98m30.64m 以下为新近 沉积的褐黄色、饱和的粘土、重粉质粘土层；标高 29.53m26.21m 以下为一般第四系 沉积的褐黄色、饱和的粘质粉土、砂质粉土层，粘土1 层；标高 28.44m25.21m 以 下为一般第四系沉积的褐黄-褐灰色、饱和的粉质粘土、重粉质粘土层；标高 23.41m 20.71m 以下为一般第四系沉积的褐灰色、饱和的粘质粉土层；标高 22.81m18.59m 以下为一般第四系沉积的褐灰色、密实、饱和的粉细砂层，粉质粘土1 层，各土层详 细性质参见地层岩性及土的物理力学性质综合表 1.1.21.1.2 气象资料气象资料 冬季室外平均温度：13.7 夏季室外平均温度：32.5 冬季最低温度：1.7 降雨量：1764.5mm 抗震设防类别为丙类，设防烈度为 7 度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加 速度值为 0.15g 建筑场地类型为类，场地粗糙程度为 B 类； 广州：基本风压：0.50 kN/m2 基本雪压：0.65 kN/m2 1.21.2 设计概况设计概况 拟建一单层单跨工业厂房，建筑面积为 3500，采用采用大型屋面板+钢屋架+钢筋混凝土排 2 m 架柱的排架结构，东侧端部贴建二层框架辅助使用空间，柱网布置图如下： 图 1-1柱网布置图 Fig.1-1 column net general arrangement 1.31.3 设计成果设计成果 1.3.11.3.1 概况概况 建筑设计说明，结构设计说明，结构计算书 1.3.21.3.2 施工图施工图 1）建筑：900mm 标高处平面图，5400mm 标高处平面图，建筑立面图，横向剖面图， 建筑节点大样图 2）结构：基础布置图，结构布置图，柱配筋图，屋架上下弦支撑布置图，节点详图 2 建筑设计建筑设计 建筑设计综合考虑采光、通风、防水、防火以及设备安装使用要求，内容包括总平 面图设计、建筑总说明、平面设计、立面设计、剖面设计、主要节点大样设计和门窗表。 本工程采用的窗地面积比大约为 1：3.5，建筑面积为，不必进行防火分区的设置， 2 3500m 牛腿标高为 8700mm，轨顶标高 9600mm，满足工程要求。设计成果反映在图纸上。 总平面图设计：明确建筑物的高度，层数，宽度，长度以及与相邻建筑物的距离， 考虑其朝向，采光和交通，并得出建筑物的主要经济指标。比例为 1：500。 建筑总说明：包括建筑物各部分的设计原则和施工方法，建筑材料的选取，建筑设 计时使用的标准、规范和图集。 平面设计：用平面图分标高表示不同平面内的尺寸，如单厂主体下窗台标高处和贴 建二层框架二层窗台标高处，比例为 1：100。 立面设计：包括正立面图，侧立面图，纵向用 1-21 轴表示，横轴用 A-F 轴表示，并 表示出外体材料，装饰，门窗位置和尺寸。通过立面图可以直接看出建筑的正面布局， 建筑的总高度，比例为 1：100 剖面设计：绘制特殊部位的剖面图，以直接得到建筑物的某些细部构造，采用一字 型横向剖面即可，比例为 1：100 建筑节点设计：散水、台阶、坡道、天沟、窗台和构造缝的节点详图设计。 3 结构设计结构设计 采用大型屋面板+钢屋架+钢筋混凝土排架柱的排架结构，主要计算构件为排架柱、 牛腿、抗风柱和基础。 3.13.1 结构构件选型和布置结构构件选型和布置 3.1.13.1.1 屋面板屋面板 1）屋面板 采用 1.5m6.0m 预应力钢筋混凝土屋面板 根据 04G410-2，选用屋面板时基本组合的荷载分项系数：，屋面板4 . 1,35 . 1 QG 承受荷载如下： 橡胶防水卷材防水层：0.2KN/m2 保温层：0.48KN/m2 20 厚水泥砂浆找平层：0.4KN/m2 活荷载：0.5KN/m2 q=1.35(0.2+0.48+0.4)+1.40.50.7=1.948KN/m2 选择 Y-WB-2 允许外加均布荷载基本组合设计值q为 2.05KN/m2，满足承载力条件 屋面板自重：1.4KN/m2灌缝重标准值 0.1KN/m2 2）嵌板 橡胶防水卷材防水层：0.2KN/m2 保温层：0.48KN/m2 20 厚水泥砂浆找平层：0.4KN/m2 活荷载：0.5KN/m2 q=1.35(0.2+0.48+0.4)+1.40.50.7=1.948KN/m2 选择 Y-KWB-1 允许外加均布荷载基本组合设计值q为 2.58KN/m2，满足承载力条件 板自重：1.7KN/m2灌缝重标准值 0.1KN/m2 3）天沟板 根据屋面排板计算，考虑采用 680mm 宽度的天沟板 落水管之间的水平间距 12m，天沟流水坡长为 6m，采用焦渣找坡层，坡度为 1%， ， 最薄处 20mm，最厚处 80mm 水泥砂浆找平，上铺橡胶防水卷材 焦渣找坡层：按其平均厚度计算，厚度为 50mm，焦渣自重为 14KN/m3 焦渣均布荷载：0.0514=0.7KN/m2 20 厚水泥砂浆找平层：0.4KN/m2 橡胶防水卷材防水层：0.2KN/m2 积水荷载考虑 230mm 水深，为 2.3KN/m2 活荷载：0.5KN/m2 卷材防水层考虑高肋和低肋覆盖部分，按天沟宽度的 2.5 倍计算 b=天沟宽度-190=680-190=490mm q=1.35(0.22.5+0.7+0.4+2.3)+1.40.5 0.49=2.92KN/m2 选择 TGB68，允许外加均布荷载基本组合设计值 3.66KN/m2，满足承载力条件 天沟板板自重 2.13KN/m2 3.1.23.1.2 屋架屋架 屋面恒荷载：屋面板以上1.08KN/m2 屋面板自重1.4KN/m2 灌缝重0.1KN/m2 总计2.58KN/m2 屋面活荷载0.5KN/m2 屋面荷载设计值： 组合一：1.352.58+1.40.50.7=3.973KN/m2 组合二：1.22.58+1.40.5=3.596KN/m2 选择 GWJ30-2A1 屋面荷载设计值q为 4.0KN/m23.973KN/m2，满足承载力要求 屋架自重为 4550kg/榀 初定屋架支撑自重为 0.25KN/m2 3.1.33.1.3 吊车梁吊车梁 厂房设置两台桥式吊车，吊车参数如下表： 表 3-1-1 吊车梁参数 Table 3-1-1 parameter of crane beam 起重量跨度 小车 质量 总质 量 轨顶以上 高度 轨道中心至 端部距离 宽度轮距 最大轮 压 最小轮 压 10t28.5m 4.084 t 31.6 t 2239mm230mm6922mm5000mm147KN57.1KN 根据吊车跨度和起重量，中间跨选择钢筋混凝土吊车梁 DL-7Z，自重为 2.75t/根，伸 缩缝跨和边跨分别选 DL-7S 和 DL-7B，自重为 2.82t/根 根据吊车梁和吊车参数，选择吊车轨道联结型号为 DGL-12，螺栓间距为 260mm，钢 轨型号为 38kg/m，最大轮压设计值为 510KN，轨道面至梁顶面距离为 170-190mm，选择 车挡型号为 CD2，适用于 10t 吊车，走道板：中间跨选择 DB80-1，边跨和伸缩缝处跨选 择 DB80-1S，各构件参数如下表所示： 表 3-1-2 构件参数表 Table 3-1-2 parameter of construction members 编号尺寸（mm）自重 吊车梁 DL-7Z （DL-7S，DL-7B） 高度 900 上翼缘 500 下翼缘 250 t 82 . 2 75 . 2 轨道联结DGL-12螺栓间距 260钢轨自重 38kg/m 车挡CD2 走道板 DB80-1 （DB80-1S） 板长 5550（4950） 板宽 800 t 78 . 0 85 . 0 3.1.43.1.4 排架柱排架柱 初定牛腿标高为 8700mm，吊车梁高度为 900mm 轨顶标高=牛腿标高+吊车梁高度+钢轨高度(200mm) =8700+900+200=9800mm，与工艺要求相差在200 以内，满 足要求 柱顶标高=轨顶标高+轨顶至吊车小车顶面距离+安全距离 （220mm）=9800+2239+220=12359mm，取为 12600mm 全柱高 H=柱顶标高+基顶至0.00 标高处高度 =12600+1200=13800mm e1 e4e4 h h 1 a 参 数构 件 图 3-1-1 排架柱示意图 Fig 3-1-1 diagrammatic sketch of bent frame column 下柱高 H1=8700+1200=9900mm 上柱高 H2=12600-8700=3900mm 柱截面设计 根据混凝土结构计算手册： Hk=9900+900=10800mm基顶至吊车梁顶距离 Hl=8700+1200=9900mm基顶至吊车梁底距离 下柱：h=9900/14=707.14mm选择 h=1000mm 14 l H b9900/25=396mm选择 b=400mm 25 l H 上柱初选截面为 bh=400400mm，下柱截面高度在 9001100mm，选择工字形柱 下柱截面取为 bfhbhf=4001000120150 工字型截面 轨道中心线至纵向定位轴线间的间距一般取 750mm 取轨道中心线距离上柱内边缘为 350mm，吊车端部到柱内边缘净距为 120mm80mm，满足安全要求 梯形屋架在上柱的作用点距离纵向定位轴线 150mm e0=1000/2-400/2=300mme1=400/2-150=50mme2=350-(1000/2-400）=250mm 牛腿尺寸初选 h1=400mm，h=500mm满足 h1h，满足要求 3 1 45 图 3-1-2 排架柱截面图 Fig 3-1-2 section graph of bent frame column 排架截面参数 根据排架柱的截面尺寸，得出柱的计算参数如下： 表 3-1-3 柱截面参数 Fig 3-1-3 parameter of bent frame column cross-section 1000400 400 15025 120 截面尺寸(mm)面积(mm2)惯性矩（mm4） 上柱 4004001.61052.13109 下柱 40010001001501.97510525.59109 惯性矩： 上柱：Iu=2.13109mm4 12 400400 12 33 bh 下柱： Il=25.59109mm4 23 3 3 252 325252150 2 1 2-650280 12 1 - 12 1000400 ）（ 3.1.53.1.5 基础梁基础梁 外墙采用 370 墙，突出于柱外，查钢筋混凝土基础梁04G320 图集，采用基础梁 类型如表 3-1-4 所示： 表 3-1-4 基础梁选用表 Table 3-1-4 table of foundation beam 编号梁长（mm）自重(t) 整体 JL-2559502.48 有窗 JL-2759502.48 有门 JL-2859502.48 3.23.2 荷载计算荷载计算 3.2.13.2.1 屋盖自重屋盖自重 橡胶防水卷材防水层： 0.2KN/m2 保温层：0.48KN/m2 20 厚水泥砂浆找平层：0.4KN/m2 截面参数 柱 基 础 梁 类 型 屋面板：1.4+0.1=1.5KN/m2 g=2.58 KN/m2 屋架自重45.5KN/榀 则作用于柱顶的屋盖结构自重为 G1=1.22.58630/2+1.245.50.5=332.94KN 3.2.23.2.2 柱自重柱自重 柱采用 C30 混凝土，重度为 25KN/m3 标准值： 上柱：G2,k=0.40.4253.9=15.6KN 下柱：G3,k=251.975105/1069.9=48.88KN 设计值： 上柱：G2=15.61.2=18.72KN 下柱：G3=48.881.2=58.66KN 3.2.33.2.3 吊车梁及轨道自重吊车梁及轨道自重 G4=1.2（28.2+0.386）=36.58KN 3.2.43.2.4 屋面活荷载屋面活荷载 屋面均布活荷载为 0.5KN/m2Q1=1.40.5630/2=63KN kQQ1 3.2.53.2.5 吊车荷载吊车荷载 根据吊车宽度 B 和和轮距 K，算的吊车梁支座反力影响线中各轮压对应的坐标值图 所示，以此求的作用于牛腿上的吊车竖向荷载 PmaxPmax 9 92 22 2/ / 6 60 00 00 0 4 40 07 78 8/ / 6 60 00 00 0 1 1 1 10 00 00 0/ / 6 60 00 00 0 PmaxPmax 图 3-2-1 简支吊车梁支座反力影响线 Fig 3-2-1 End reaction influence line of crane beam 两台吊车组合，取折减系数为0.9，并忽略第三跨 Pmax的有利作用 =1.40.9147（+1）=341.98KN kQD D max,max 6000 40781000 =132.84KN kQD D min,min kmaz k P P D , min, max mkNeDM50.8525 . 0 98.341 2maxmax mkNeDM21.3325. 084.132 2minmin 吊车横向水平刹车力： 吊车起重量为 10t，取横向水平荷载系数=0.12 KNGGT kkki 90.1610)10084 . 4 (12 . 0 )( , 3, 2, N23 . 4 90.16 4 1 4 1 , KTT kik KNyTT ikk 03 . 7 ) 1 6000 40781000 (23 . 4 9 . 0 max, KNTT Q 84 . 9 03 . 7 4 . 1 maxmax 3.2.63.2.6 风荷载风荷载 地面粗糙程度为 B 类 -0.6 -0.5 +0.8 -0.5 -0.7 +0.8 -0.5 -0.7 图 3-2-2 风载体形系数 Fi