混凝土结构设计实践课程设计-凝土单层厂房结构设计

1目录1任务书132构件选型表53工程名称64工程简介65设计资料66结构计算861计算简图确定8611柱高及柱全高确定8612初步确定柱截面尺寸962荷载计算10621恒荷载10622屋面活荷载11623吊车荷载11624风荷载1363内力计算15631恒荷载作用下15632屋面活荷载作用下16633吊车荷载作用下17634风荷载作用下1964最不利内力组合2127排架柱及牛腿设计2271排架柱设计23711柱截面配筋计算23712裂缝宽度验算2572牛腿设计2773柱的吊装验算288排架柱基础设计30811荷载计算30812基础底面尺寸确定32813确定基础底面高度32814基底配筋计算343高等教育考试建筑工程专业混凝土结构设计实践课程设计任务书一、设计题目混凝土单层厂房结构设计有一金工车间，不考虑抗震设防，采用装配式混凝土柱的等高排架结构，不设天窗，车间长60M，柱距6M，跨度见下表，吊车为每跨两台中级工作制软钩吊车，其起重量见下表。级别跨数跨度（M）吊车起重量（T）吊车轨顶标高（M）基础底面标高（M）A11815782000B11815751800C11815782200D12120841800E12120842000F12120842000二、设计资料1、防水屋面，屋面恒荷载为14KN/M2水平投影面积。2、面活荷载为070KN/M2，屋面没有积灰荷载。3、雪荷载标准值04KN/M2，风荷载标准值035KN/M2，屋面坡度角1121。4、已考虑深度和宽度修正后的地基承载力特征值180KN/M2。5、在柱距6M范围内，基础梁、围护墙、窗、圈梁等传至基础顶面的竖向集中力标准值为300350KN吊车轨顶标高，低的取小值，高的取大值，此竖向集中力与柱外侧边的水平距离为012M。6、室内地坪标高为0000，室外地坪标高为0300。7、柱顶至檐口顶的竖向高度H121M,檐口至屋脊的竖向高度H212M。8、混凝土强度等级，排架柱用C30,柱下扩展基础用C20。9、排架柱主筋及柱下扩展基础内钢筋用HRB335级钢筋,柱箍筋用HPB235级钢筋。10、吊车的有关技术参数可查阅专业标准起重机基本参数和尺寸系列（ZQ162ZQ862）或直接参照吊车制造厂的产品规格得到。三、设计内容及要求（一）设计计算书1、单层厂房平面、剖面结构布置及主要结构构件选型。2、排架内力分析（计算简图，荷载计算及各种荷载作用下的排架内力分析）。3、排架边柱内力组合。4、排架柱设计（截面设计、配筋构造、吊装验算、牛腿设计）。45、排架柱下扩展基础的设计（基础底面尺寸的确定、基础高度的验算、基础底部配筋计算）。6、课程设计计算书要求一律用A4打印纸，黑色钢笔水手写。7、课程设计计算书装订顺序封面、内容摘要、任务书、目录、具体设计计算内容。装订成册。（二）设计施工图1、单层厂房平面（0000）、剖面结构布置图，比例1200、11002、装配式边柱施工图（摸板图和配筋图），柱比例150，柱截面比例120。3、边柱下扩展基础的平面图与剖面图，比例120140。4、施工图要求用铅笔画，并按要求的比例把各部分匀称地安排在两张二号图纸上，中文字要用仿宋体工整地书写，图右下角部要写施工说明，包括混凝土强度等级、钢筋的级别以及需要说明的其他内容。5、图纸标题栏天津市高自考课程设计专业课程指导教师姓名工程名称成绩准考证号图名日期20MM20MM20MM80MM20MM20MM四、参考资料1建筑制图统一标准288J188J10工程做法3房屋建筑学4建筑结构荷载规范（GB500092001）5混凝土结构设计规范（GB5001020026砼结构设计；有关单层厂房结构设计资料。构件选型表21410MM5情按上课讲的顺序构件名称图籍号外形尺寸自重15M6M预应力钢筋硁屋面板G410一YWB2自重14KN/M2灌缝重01KN/M2钢筋硁天沟板内天沟、外天沟G410三TGB681191KN/M224米预应力折线屋架CG416三YWJ18177KN/榀6米钢筋硁吊车梁G323二455KN6米钢筋硁基础梁G320JL1167KN钢筋硁连系梁TG38DGL4175KN63工程名称天津市红桥区厂汽车配件加工车间单层钢筋混凝土厂房结构设计方案4工程简介本工程为天津市红桥区内一金工车间,本地此类建筑不考虑抗震设防此车间为单跨车间,设计采用装配式混凝土柱的等高排架结构5设计资料1装配车间其跨度为18M,车间总长为60M,柱距采用6M如P5图51对吗72每一跨设计为2台中级工作制软钩吊车,其设计参数见下表51表51电动桥式起重机基本参数550/5T一般用途电动桥式起重机基本参数和尺寸系列ZQ162混凝土结构设计P3093车间所在场地,其地基承载力特征值A180KN/4厂房中标准构件选用情况参见P4中构件选型表11屋架采用钢结构屋架,屋面坡度角11225几个相关高度尺寸,见下表52表52室内地坪标高室外地坪标高柱顶至檐口顶竖向高度M檐口顶至屋脊竖向高度M00000300H121MH212基础底面标高含垫层200MM为1800M6荷载取值,如下表53表53屋面恒荷载含防水等屋面活荷载不计积灰荷载雪荷载标准值风荷载标准值基础梁底荷载标准值14KN/M2070KN/M204KN/M2035KN/M2300KNA基础梁底荷载标准值是指在柱距6M范围内,基础梁、维护墙、窗、圈梁等传至基础顶面的竖向集中力。此集中力与柱外侧边的水平距离本工程为012M尺寸吊车工作级别A4A5吊车起重量Q/T跨度LK/M宽度B/MM轮距K/MM轨顶以上高度H/MM轨道中心端部距离B1/MM最大轮压PMAX/KN最小轮压PMIN/KN大车质量M1/T小车质量M2/T本工程轨顶标高取M151655650440020502301653424155双闸7587排架柱及基础材料选用情况混凝土结构设计P291柱混凝土采用C30，（C143N/；TK201N/）钢筋纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋，（Y300N/,ES2105N/）箍筋采用HPB235级钢筋，（Y210N/）基础混凝土采用C20，（C96N/；TK154N/）钢筋采用HRB335级钢筋6结构计算1计算简图确定柱高及柱全高确定根据P9剖面图61得柱顶标高吊车轨顶标高轨顶以上高度小车顶至屋架下弦顶面高度7520505105M上柱高HU柱顶标高轨顶标高吊车梁高轨道高度105750902365M由于构造要求，基础梁顶一般底于室内地面标高50MM房屋建筑学P406，由本工程所选基础梁高知基顶标高为0500,则全柱高H柱顶标高基顶标高105（05）11M应按任务书所给基础底面标高计算9下柱高HLHHU11365735M上柱与全柱高的比值365/110332剖面图61初步确定柱截面尺寸混凝土结构设计P66表24本工程选用实腹柱上柱选取矩形截面，BH400MM400MM，下柱选取矩形截面，BH400MM800MM根据刚度要求初步验算，HK吊车梁高下柱高09735825M10M,10则所选截面高度800HK/11075可以截面宽度400HL/203675MM可以上下柱截面惯性矩及其比值排架平面内上柱IU4004003/122133109MM4下柱IL4008003/12170641010MM4比值IU/IL0125排架平面外比值IU/IL05排架计算简图如下图622荷载计算恒荷载A屋盖结构自重屋面恒荷载1214168KN/M211天沟板12191613752KN屋架自重1277924KN则作用于横向平面排架一端柱顶的屋盖结构自重G1168186/213752924/215067KNE1HU/215050MMHU为上柱截面高HUB柱自重上柱G2122504043651752KNE2HL/2HU/2200MMHUH1下柱G3122504087357056KNE30MMC吊车梁及轨道自重G41245516618KNE4G5E5屋面活荷载由于屋面活荷载07KN/M2大于该工程所在地基本雪压04KN/M2故此屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为Q11407618/25292KN12E1HU/215050MM吊车荷载由前面表51知,PMAX,K165KN,PMIN,K34KN,B5650MM,K4400MM,Q2,K55KN,根据B与K及反力影响线,可以算出与各轮对应的影响线竖标如图63由图得混凝土结构设计P43图222L11600MM,KL44400MM,L5350MM则Y2L1/L02667,Y11,Y30792,Y400583则YIY1Y2Y3Y42117查混凝土结构设计P46表21得09至此可得出柱上的吊车荷载13DMAXRQPMAX,KYI0914211716544012KNDMINDMAXPMIN,K/PMAX,K4401234/165907KN吊车中心线至纵向定位轴线的距离E,按照工程经验Q50T采用750MM同情况下满足,吊车端部外边缘至上柱内边缘的安全净空尺寸CB80MM房屋建筑学P387则E4750HL/2750800/2350MM作用于每一个吊车轮子上的吊车水平制动设计值混凝土结构设计P45由于是软钩吊车,且Q1550T,故取010小车重力Q2,K55KN表51,吊车额定起吊质量重力Q3,K150KNTK/4RGQ2,KRQQ3,K01/412551415069KN那么,在考虑二台吊车的荷载折减系数后,吊车对排架的最大横向水平荷载标准值TMAX,KTKYI0969211713147KN其作用点到柱顶的垂直距离YHUHE36509275MHE为吊车梁高则Y/HU275/36507534风荷载天津本地区基本风压WO035KN/M2对于天津这样的大城市市郊,风压高度变化系数Z按B类地区考虑14A对于两侧墙面,Q1、Q2高度的取值按柱顶离室外天然地坪的高度1005031035M考虑,查荷载规范得离地10M时,Z100离地15M时,Z114由插值法得,离地1035M时,Z111410/151010351010098由屋面坡度角112215知,风荷载的计算简图为下图64混凝土结构设计P48中图226图64风荷载的计算简图则,Q1RQSZWOB14081009803562375KN（单位）Q2RQSZWOB140510098035614844KNB对于屋盖部分,由于无天窗设置,FW则按照厂房檐口标高柱顶标高柱顶至檐口顶部垂直距离室外地坪标高100521031245M,由插值法得,此时Z111410/15101245101510686混凝土结构设计P49式210那么,FWW1KW2KRQS3S4H1S2S1H2ZWOB1408052105061210686035682KN排架受荷载总图如下图65163内力计算恒荷载作用下根据恒荷载的对称性,以及施工中的实际受力情况,可将图65中的恒荷载G1、G2、G4简化为图66中的计算简图17图66G1、G2、G4作用下的计算简图A在G1的作用下M11G1E115067200575366KNMM12G1E2150672023013KNM混凝土结构设计P51知NIU/IL0125,HU/H0315见前面第9页由混凝土结构设计P301表42,表43可得18C13/21211/N/131/N121C33/212/131/N111077则,支座反力R1M11C1/H7536621/1114388KNR2M12C3/H301311077/1130341KN不动铰支座柱顶反力RR1R2143883034144729KN其相应弯矩图为图66中AB在G2的作用下上柱对下柱的偏心弯矩M22G2E21752023504KNM其相应弯矩图为图66中BC在G4的作用下吊车竖向荷载对下柱的偏心弯矩M44G4E46180352163KNM其相应弯矩图为图66中C将图66中A、B、C弯矩图叠加,得到在G1、G2、G4共同作用下的恒荷载弯矩图,既图66中的D；轴力图N为图66中的E屋面活荷载作用下单跨排架,Q1与G1一样为对称荷载,且作用位置相同,所以由G1的内力图按照比例可求得Q1的内力图此时不动铰支座柱顶反力为RQ1Q1R1/G1529244729/1506721571KN19MQ11Q1E1157100500786KNMMQ12Q1E215710203142KNM相应的M图,N图,如图67吊车荷载考虑厂房整体空间作用查得单跨厂房整体空间作用分配系数09A吊车垂直荷载作用下DMAX作用在A柱的情况此时吊车垂直荷载作用下的内力,可以按照图68中的简图A计算20图68吊车垂直荷载作用下的内力计算简图因此A、B柱顶剪力可按照所示简图推导的下列公式计算采用弯矩作用在上柱底面时的系数C3,弯矩分配后,按照其公式计算VMAX052MDMAXMDMINC3/H05209440240350990703511077/119972KNVMIN052MDMINMDMAXC3/H05209907035094402403511077/1187405KN绕杆端顺时针转为正其相应弯矩图为图68中的图BDMIN作用在A柱的情况21由于结构对称,只须将A、B柱的内力对换,内力正负变号B吊车水平荷载作用下TMAX从左向右作用在A、B柱上的情况的内力,可按照图69的计算简图计算此时,A、B柱顶剪力可按照所示简图推导的下列公式计算VTAVTB1C5TMAX由混凝土结构设计P302P303表44至表47可得C5的值当Y07HU时,C505753当Y08HU时,C50527因为此时吊车梁顶至柱顶垂直距离上柱高吊车梁高36509275M,Y275/36507534由插值法得此时C50549522VTAVTB1C5TMAX109054951314707224KN其相应弯矩图为图69TMAX从右向左作用在A、B柱上的情况的内力,与TMAX从左向右作用的弯矩图相反其相应弯矩图为图610风荷载风荷载从左向右作用在A、B柱上的情况的内力,可按照图611计算简图计算由混凝土结构设计P304表48可得柱顶反力系数C11的值对于单跨排架,A、B柱顶剪力VA05FWC11HQ1Q205820331123751484424836KN23VB05FWC11HQ1Q205820331123751484457164KN风荷载从右向左作用在A、B柱上的情况的内力,与上一种作用的弯矩图相反两者弯矩图见图611最不利内力组合本结构对称,故只须对柱A进行最不利内力组合,其步骤如下主要原则在混凝土结构设计P58P60由于小车无论向左、向右运行中刹车，A、B柱内力大小相等，而符号相反，在组合时可考虑合并为一项根据最不利又最有可能的原则,确定每一项内力组合排架的内力组合如下表6124请见EXCEL文件内力组合表XLS以及CAD文件表61B_T3DWG无法打开7排架柱及牛腿设计1排架柱设计柱截面配筋计算A最不利内力选择由于截面的弯矩与轴向力均比截面的大,故下柱截面配筋由截面的最不利内力确定上柱截面配筋由截面II的最不利内力确定经比较,将此两部分最不利内力列于下表62中B同时将柱在排架方向的初始偏心距EI、计算长度L0、偏心距增大系数求出列于表71中表71截面内力组E0MMH0MMEIMM1L0MMHMM2MKNM671NKN1682400365420173004000967512M643IIN215829736531717300400096751265MN318N8363807654071735080011113325M256N2928777659041735080011051注E0M/NEIE0ESES取20MM与H/30中较大的值10227EI/H0,110时,1取102115001L0/H,L0/H15时,2取10考虑吊车荷载时,L02HU上柱,L01HU下柱不考虑吊车荷载时,L015HCM1K/1400EI/H0L0/H212CM0703M2/M1C柱在排架平面内的配筋计算见下表72表72注EEIH/2S在此X按照XN/5720计算,因为NBFHF1CB取0550由于,X2S,故上、下柱选用公式ASNE/300H035截面内力组EIMMEMMXMMBH0偏心情况计算值实际配值MKNM671NKN16824201267029201大偏心576M643IIN2158317126546638201大偏心591763318MN318N8364071113361856421大偏心470M256N2929041051111551421大偏心827125642026D柱在平面外承载力计算上柱NMAX2158KN,按照无柱间支撑考虑混凝土结构设计P66下表25取L0为15HU5475M5475MM,则L0/B1369查混凝土规范得L0/B12时,095L0/B14时,092由插值法得此时09245那么NUCAC2YAS0924514340040023007632539KNNMAX2158KN可以下柱NMAX836KN取L0为10HL7350MM则L0/B18375查混凝土规范得L0/B18时,081L0/B20时,075由插值法得此时08,则NUCAC2YAS081434008002300125626368KNNMAX2158KN可以裂缝宽度验算因为截面以及截面II中都存在E0/H0055,故对其进行验算A对截面选用M256KNMN292KN,此时E0/H011464验算裂缝宽度的荷载标准组合值MK297/126341011527/142018KNMNK292/122433KN则E0MK/NK0839M配筋率TEAS/AET1256/05400800000785001,TE取001S11/4000E0/H0L0/H1001ESE0H/2S1001877800/2351243MM27则纵向受拉钢筋AS合力点到受压区合力点间的距离Z0870121FH0/E2H00870121800/765765/1243276566714MM纵向受力钢筋AS的应力SKNKEZ/ASZ2433001243667/12566671673N/2裂缝纵向受拉钢筋应变不均匀系数11065TK/TESK11065201/00116730319由混凝土结构设计规范的812知受拉区纵向钢筋的等效直径DEQNIDI2/NIVIDI20MMVI按照混凝土结构设计规范表8122取10所以,最大裂缝开展宽度为MAXCRSK/ES19C008DEQ/TE2103191673/2105192500820/001011628MM03MM满足要求B对截面II选用M671KNMN168KN,此时E0/H011617验算裂缝宽度的荷载标准组合值MK883/12093641123367/1452877KNMNK1682/121402KN28则E0MK/NK0377M配筋率TEAS/AET763/0540040000095001,TE取001S11/4000E0/H0L0/H10806ESE0H/2S1081377400/23557254MM则纵向受拉钢筋AS合力点到受压区合力点间的距离Z0870121FH0/E2H00870121400/365365/573236531925MM纵向受力钢筋AS的应力SKNKEZ/ASZ140200573319/7633191463N/2裂缝纵向受拉钢筋应变不均匀系数11065TK/TESK11065201/00114630207由混凝土结构设计规范的812知受拉区纵向钢筋的等效直径DEQNIDI2/NIVIDI18MMVI按照混凝土结构设计规范表8122取10所以,最大裂缝开展宽度为MAXCRSK/ES19C008DEQ/TE2102071463/2105192500818/00100609MM03MM满足要求292牛腿设计A牛腿几何尺寸确定牛腿截面宽度与柱等宽,为400MM若取吊车梁外侧到牛腿外边缘的距离C180MM,吊车梁端部宽为500MM,而吊车梁轴线至柱外侧的距离为750MM,则牛腿顶面的长度为750400500/280680MM相应牛腿水平截面高为6804001080MM牛腿外边缘高H1500MM,倾角45,于是牛腿的几何尺寸如下图B牛腿配筋30由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内,即A75080050MM0,该牛腿可按照构造要求配筋,纵向钢筋取416,箍筋取8110MM,弯起钢筋取217,如图71混凝土结构设计P73C牛腿局部挤压验算设垫板长、宽为400400MM,局部压力标准组合值FVKDMAX,KG4,K44012/14618/1236587KN局部挤压应力为SKFVK/A365870/4004002287N/2075C1073N/2满足要求3柱的吊装验算吊装方案一点翻身起吊,吊点设在牛腿与下柱交接处如下图72中A荷载计算上柱自重G1121525040472KN/M牛腿自重G21215250410807805028028/0720654KN/M下柱自重G31215250804144KN/M其计算简图如下图72中B31此图配筋有问题内力计算M10572365248KNMM205723650782052065472078276KNMM305144735276/215KNM弯矩图见图72中C截面承载力计算截面IIBH400400,H0365MM,ASAS763MM2,Y300N/MM2承载力为MUASYH0S76330036535/1067554KNMM148KNM可以满足截面BH400800,H0765MM,ASAS1256MM2,Y300N/MM2承载力为MUASYH0S125630076535/106322751KNMM276KNM可以满足裂缝宽度验算由截面承载力验算知,裂缝宽度验算截面II即可钢筋应力如下SKMK/087ASH048000000/12/0877633651651N/2有效受拉纵向钢筋配筋率TEAS/AET763/0540040000095001,TE取00111065TK/TESK11065201/00116510308MAXCRSK/ES19C008DEQ/TE2103081651/2105192500818/00101022MM03MM满足要求8排架柱基础设计由混凝土结构设计P82中表26知,柱的插入深度H109H720MM,故取800MM005LD685MMLD为吊装时柱长则杯口深度为80050850MM采用单杯口形式杯口顶部尺寸宽为400275550MM,长为800275950MM杯口底部尺寸宽为400250500MM,长为800250900MM根据混凝土结构设计P82中表27取杯壁厚度T300MM,杯底厚度1250MM,杯壁高度H2300MM,2200MM详见下图81基础高度这些尺寸符合18米吗33荷载计算A由柱传至基顶的荷载由PXX的表61可得截面荷载设计值如下第一组MMAX318KNM,N836KN,V114KN第二组