单层厂房设计详细计算书——毕业设计.docx

钢筋混凝土结构课程设计计算书及设计说明课程名称： 混凝土结构设计 设计题目： 钢筋混凝土单层厂房结构设计 题 号： 23号 姓 名： 完成时间： 2013年11月 55目录一、 钢筋混凝土单层厂房结构课程设计任务书31. 设计题目32. 设计内容33. 设计资料3二、 钢筋混凝土单层厂房结构课程设计计算书31. 选做题号资料：32. 选定标准构件32.1 预应力混凝土屋面板32.2 预应力混凝土折线形屋架32.3 天沟板32.4 吊车梁12.5 吊车轨道联结32.6 主要构件选型详表33. 排架计算33.1 计算单元及计算简图33.2 确定柱子高度和截面尺寸33.3 荷载计算33.4 柱顶不动铰支反力计算33.5 内力符号规定33.6 排架内力分析33.7 荷载组合及内力组合34. 柱截面设计34.1 材料34.2 内力值的取舍34.3 截面计算35. 牛腿设计35.1. 牛腿截面尺寸确定35.2. 按裂缝控制要求验算牛腿截面高度35.3. 牛腿配筋36. 柱下独立基础设计36.1. 材料36.2. 确定基础荷载计算值36.3. 确定基础底面积36.4. 受冲切承载力计算36.5. 基底配筋计算37. 柱的吊装验算37.1 计算简图37.2 荷载计算37.3 危险截面弯矩37.4 承载力验算37.5 裂缝宽度验算38. 图纸、设计说明及构件代号表38.1. 图纸38.2. 构造措施及设计说明38.3. 其他构件代号表3钢筋混凝土单层厂房结构设计一、 钢筋混凝土单层厂房结构课程设计任务书1. 设计题目2. 设计内容3. 设计资料二、 钢筋混凝土单层厂房结构课程设计计算书1. 选做题号资料：表1题号跨度轨顶标高两台双钩16/3.2t，北京起重运输机械研究所2224m7.8m选用吊车规格基本数据表 表2起重量q（t）跨度（m）基本数据桥跨lk轨顶至吊车顶距离h轮距k吊车宽度b吊车总重g1,k+g2,k小车自重g2,k最大轮压标准值pmax,k最小轮压标准值pmin,k16/3.2t2422.5m2336mm4400mm6322mm294kn67.65kn183.3kn39.4kn2. 选定标准构件2.1 预应力混凝土屋面板2.1.1 荷载计算屋面板的恒载标准值：二布六油卷材防水 0.40kn/m220mm厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.40 kn/m2小计 0.80 kn/m2混凝土屋面板均布活载标准值 0.50 kn/m2由恒载控制的荷载组合设计值：q1=1.350.8+1.40.70.5=1.57 kn/m2 由活载控制的荷载组合设计值：q2=1.20.8+1.40.5=1.66kn/m2 由于q1q2，因此取屋面板的荷载设计值q为：q=q1=3.80kn/m2；2.2.2 由图集04g415-1，按照屋面荷载设计值q=4.0kn/m2，选取屋架型号为：ywj24- 1ba。表4屋架型号混凝土体积（m3）自重（t）钢材重量（kg）总含钢量（kg/m3）普通预应力钢筋普通钢筋ywj24- 1ba4.51011.275165.15733.88199.342.3 天沟板图1天沟板外荷载标准值：焦渣混凝土找坡层，自重标准值14 kn/m3，按12m排水坡，.5坡度，最低处厚度为20mm，考虑60天沟最大找坡层重按（50+80）/2=65mm厚度计算：焦渣混凝土找坡层自重 0.06514=0.91 kn/m220mm厚水泥砂浆找平层自重 0.0220=0.40 kn/m22.5mm三毡四油卷材防水层 2.50.15=0.375kn/m2230mm积水荷载 2.3 kn/m2小计 3.985 kn/m2天沟板外荷载设计值q：q=1.35b3.985=5.38b，防水层考虑高低肋覆盖部分，按天沟板平均内宽b的2.5倍计算，其中b=天沟宽度-190，取天沟宽度为770mm，q=5.38（770-190）=3.12 kn/m2。根据图集04g410-2，选定天沟板型号为tgb77。板自重标准值：2.24 kn/m2。允许外加均布荷载基本组合设计值q=4.26 kn/m2q=3.12 kn/m2。满足要求。图22.4 吊车梁吊车选自北京起重运输机械研究所，起重量16t/3.2t，桥跨22.5m，适用范围一，根据基本资料，查图集04g323，选用吊车梁型号：dl-9，表5中间跨边跨型号dl-9zdl-9b梁重（t）3.954.082.5 吊车轨道联结吊车起重量16t/3.2t，桥跨22.5m，查图集04g325，最大轮压183.3kn，a5级，选用dgl-13（注：吊车梁螺栓孔间距280mm，车档cd-3），表6钢材用量复合橡胶垫板用量（kg/m）混凝土找平层钢轨（kg/m）联结件（kg/m）钢筋（kg/m）混凝土强度等级混凝土用量（m3/m）38.738.550.4370.82c300.0232.6 主要构件选型详表表7 主要承重构件选型表构件名称标准图集选用型号屋面板04g410-1一般开间：y-wb-2两端开间：y-wb-2s屋架04g415ywj24- 1ba天沟板04g410-2 tgb77吊车梁04g323-2中间跨：dl-9z边跨：dl-9b吊车轨道联结04g325-2dgl-13车档：cd-33. 排架计算3.1 计算单元及计算简图1) 由于该厂房在工艺上没有特殊要求，结构布置均匀，除吊车荷载外，荷载在纵向的分布是均匀的，故可取一榀横向排架为计算单元，计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离，即b=6.0m，如图3所示： 图4图32) 排架的计算简图如图4所示。3.2 确定柱子高度和截面尺寸轨顶标高7800mm，轨面至吊车顶距离h*=2336mm，吊车顶至屋架下弦底面的净空为364mm，从0.00标高到基础顶面的距离取500mm，柱子高度h定为：h=500+轨顶标高+h*+364=500+7800+2336+364=11000mm所选吊车梁高位1200mm，梁面至轨顶接近200mm，因此：下柱高度： hl=500+轨顶标高-1400=500+7800-1400=6900mm上柱高度： hu=h-hl=11000-6900=4100mm下柱截面宽度： ，取b=400mm下柱截面高度：，取h=650mm设上柱采用矩形截面bh=400mm400mm： au=400400=1.6105mm2； ；图6图5 设下柱采用i形截面： 3.3 荷载计算3.3.1 屋盖荷载1) 屋盖恒载f1,k屋面恒载（折算为线荷载） g1,k=2.456=14.7 kn/m屋架自重 q1,k=11.27510=112.75kn屋架轴线跨度l=24000mm，两端挑出外天沟各a=770mm，上弦水平投影全长为：l1=l+2a=24000+2770=25.54m，f1,k对上柱轴线的偏心距e=200-150=50mm，屋架高度范围内的砖墙重量通过柱顶圈梁（兼做连系梁）由砖墙传至基础梁，不传给柱子。2) 屋面活载f6,k屋面活荷载（折算为线荷载） q1,k=0.5 6=3.0kn/m23.3.2 柱自重f2,k、f3,k1) 上柱自重：，作用在上柱中心线上；2) 下柱自重：，作用在下柱中心线上3.3.3 吊车梁及轨道联结重f4,k吊车梁自重：中间跨：39.5kn，边跨： 40.8kn，取其平均值；轨道联结dgl-13：钢轨 38.7310-2=0.3873kn/m联结件 8.5510-2=0.0855 kn/m弹性垫板 0.43710-2=0.00437 kn/m找平层 0.8210-2+0.02325=0.5832 kn/m小计 1.06 kn/m，作用在吊车梁中心线上。3.3.4 吊车荷载1) 吊车竖向荷载dmax,k、dmin,k由设计资料，查表2，得k=4400mm，b=6322mm，则：s=b-k=6322-4400=1922mm图7。查表知，pmax,k=183.3kn，求出最小轮压：作用在排架上的吊车竖向荷载dmax,k、dmin,k为：均作用在吊车梁中心线上。2) 吊车横向水平荷载tmax,k由起重量q=16t，小车重g2,k=67.65kn，求得：对于软钩吊车：作用在排架上的吊车横向水平荷载tmax,k为：作用在吊车梁顶面处。3.3.5 风荷载由设计资料有，值见图8：图81) 作用在柱顶处的集中风荷载此时风荷载的高度变化系数按檐口离室外地坪的高度h2计算（室内外地坪高差取0.15m，跨度24m屋架，查图集04g415-1，端部高度=，为计算方便，取为1.2m）：h2=h1-0.5+0.15+1.2=11.0-0.5+0.15+1.2=11.85m离地面10m时，；离地面15m时，；则：2) 沿排架柱高度作用的均布风荷载qa,k、qb,k此时的风压高度变化系数按柱顶离室外地坪的高度h3计算：h3=h1-0.5+0.15=11.0-0.5+0.15=10.65m3.4 柱顶不动铰支反力计算3.4.1 柱顶作用一单位水平力时的位移u（见图9）经校核无误。图93.4.2 柱顶作用一弯矩时（见图10）经校核无误。3.4.3 在牛腿面作用一弯矩时（见图11）经校核无误。3.4.4 离柱顶y处作用一水平集中力时（如吊车水平荷载作用在吊车梁顶面）（见图12）经校核无误。3.4.5 沿柱高承受均布风荷载时（见图13）经校核无误。图13图12图11图10 3.5 内力符号规定m柱的左边受拉为正，右边受拉为负。弯矩图绘于受拉侧。n压力为正。v柱对基础顶面的剪力，向右为正。3.6 排架内力分析如图14，图14，本工程a、b柱的高度和截面均相同，因此，剪力分配系数，柱顶剪力（计算时的值无需算出），荷载位置及计算截面如图15。3.6.1 屋盖恒载作用因荷载和排架柱均对称，故屋盖荷载作用下排架没有侧移柱顶相当于不动铰支座。 图15内力图绘制如图16： 图16 3.6.2 柱和吊车梁自重作用由于施工程序按照先吊装柱、后吊装吊车梁，在屋架尚未吊装前，整个排架并未形成，因此此时柱和吊车梁的荷载应按照悬臂柱计算。吊车梁上的轨道联结一般在形成排架后才施工，但其重量较小，为计算方便，将其计入吊车梁自重进行考虑。柱截面内力图绘制如图17所示。图17 3.6.3 屋面活荷载作用 计算柱截面内力并内力图绘制如图18.图18 3.6.4 吊车竖向荷载作用（dmax,k在a柱，dmin,k在b柱。）1) 柱顶不动铰支反力： 2) 把r反向作用于排架a柱顶，得a、b柱顶剪力均为：（1）+（2）得:a柱柱顶剪力：b柱柱顶剪力：计算各柱截面内力并绘制内力图如图19、图20：a柱： 图19b柱： 图203.6.5 吊车竖向荷载作用（dmin,k在a柱，dmax,k在b柱。）a柱内力相当于dmax,k在a柱时b柱的内力，但弯矩、剪力符号相反。b柱内力相当于dmax,k在a柱时a柱的内力，但弯矩、剪力符号相反。3.6.6 吊车水平荷载作用，tmax,k在a、b柱上。1) 柱顶不动铰支反力2) 把ra+rb反向作用于排架a柱顶得a、b柱的柱顶剪力均为a柱柱顶剪力：b柱柱顶剪力：计算柱截面内力并绘制内力图如图21、图22所示：a柱：图21b柱：图22 3.6.7 风荷载作用，左风1) 柱顶不动铰支反力： 2) 把r反向作用于排架a柱顶，得a、b柱的柱顶剪力均为（1）+（2）得：a柱柱顶剪力：b柱柱顶剪力：计算柱截面内力并绘制内力图如图23、图24所示：a柱：图23b柱：图243.6.8 风荷载作用，右风a柱内力相当于左风时b柱的内力，但符号相反。b柱内力相当于左风时a柱的内力，但符号相反。3.7 荷载组合及内力组合3.7.1. 荷载组合 厂房使用过程中，各种荷载以不同方式作用在结构上，但所有的可变荷载不可能同时达到规定值。因此，按照建筑结构荷载规范gb50009-2010的规定，应考虑下面几种荷载组合：1) 由可变荷载效应控制的组合：2) 由永久荷载效应控制的组合（此时可变荷载仅限于竖向荷载），即：。在本设计中，。3.7.2. 内力组合内力组合一般可考虑一下四种情况：1) +mmax及相应的n和v；2) - mmax及相应的n和v；3) nmax及相应的m和v；4) nmin及相应的m和v。3.7.3. 内力组合注意事项1) 组合表格见附表；2) 每种组合均包括恒载；3) dmax及dmin二者仅选一项组合；4) 对于吊车荷载项，有t必有d，但有d不一定有t，有d一般也有t；5) 风载可左可右，组合时只取其中一项；6) 当进行以nmax及nmin为组合目标时，应使相应的m尽可能大。4. 柱截面设计4.1 材料混凝土采用c30，主筋用hrb400级钢筋，箍筋采用hrb335级钢筋。4.2 内力值的取舍对于工字形截面柱，在多属情况下属大偏心受压构件。偏心距e（）的值越大（m越大，n越小），截面配筋越多，因此选取偏心距e值较大的组合进行计算。在求得钢筋面积后，再对轴力n最大的组合进行校核。4.3 截面计算4.3.1 上部柱配筋计算1) 截面设计由于有水平荷载的存在，故需考虑二阶效应，由混规的附录b.0.4排架结构柱考虑p-二阶效应的弯矩设计值，有： 内力值m（knm）73.57n（kn）312.59偏心受压类型大偏心受压，取故选用318，故截面一侧钢筋配筋率，同时柱截面总配筋配筋率。2) 垂直于排架方向的截面承载力验算由混规知，垂直于排架方向的上柱计算长度：，查混规，得承载力满足。4.3.2 下部柱配筋计算1) 截面设计由于-截面存在的两组不利组合明显大于-截面所有不利组合，故选取控制截面-的两组不利内力组合进行计算，有： ， 控制截面-内力值m（knm）255.32216.06n（kn）477.09402.04（mm）（mm）中和轴位于翼缘内偏心受压类型大偏心受压大偏心受压=255.32477.09=535.16mm=216.06402.04=537.41mmea21.6721.67ei=e01+ea=535.16+21.67=556.83mm=537.41+21.67=559.08mml0=hl6900mm6900mmei=e02+ea=577.97+21.67=599.64mm=580.40+21.67=602.07mme=ei+h2-as=599.64+6502-40=884.64mm=602.07-6502-40=237.07mm若=737mm2若蠂2as=465mm2as=as=737mm2=465mm2选用518，as=as=1272mm2， _()2) 垂直于排架方向的承载力验算由混规知，有柱间支撑时，垂直于排架方向的下柱计算长度： l0i=5.52脳103225.87=24.4428 承载力满足。4.3.3 排架柱的裂缝宽度验算由于-截面面积较大可有效的抵抗开裂弯矩，故不需验算。准永久组合值系数 _d_dd_()_对于-截面：nq=244.094+16.40=260.49kne0h0=75.01400-40=0.210.55_d_dd_对于-截面：nq2=244.094+90.94=335.03kn _5. 牛腿设计5.1. 牛腿截面尺寸确定根据吊车梁支撑位置，吊车梁尺寸及构造要求，确定牛腿尺寸如图25所示。牛腿宽度b=400mm 则：图245.2. 按裂缝控制要求验算牛腿截面高度作用在牛腿顶面的竖向力标准值fvk=dmax,k+f4,k=321.20+46.51=367.71kn牛腿顶面水平荷载。设裂缝控制系数，a=100+20=120mm，得，满足要求。局部受压验算：，满足要求。5.3. 牛腿配筋由于，无需设置弯起钢筋。取，有：，按构造要求，设置水平箍筋8100。6. 柱下独立基础设计6.1. 材料混凝土采用c25，钢筋采用hrb335级。6.2. 确定基础荷载计算值6.2.1 计算外墙荷载每个基础承受的围护墙宽度为计算单元的宽度b=6.0m，查图集04g320，240mm墙基础梁高0.45m，基础梁自重标准值取为16.7kn/m2，钢窗宽4.2m，上、下窗高分别取为3.0m、5.4m，钢窗重量0.4kn/m2，240mm墙双面粉刷共重5.24 kn/m2，墙体和基础梁传来的重力荷载标准值nwk：墙高=11.0+1.2+0.15-0.45=11.9m基础梁自重 16.7kn/m2外墙自重g1,k 钢窗自重 小计 nwk=220.08kn故墙体和基础梁传来的重力荷载设计值：nw对基础的偏心距为: ew=120+325=445mm对基础底面的偏心弯矩：6.2.2 内力值的取舍第一组： 第二组：6.3. 确定基础底面积1) 基础埋置深度d的确定对于截面高度500mmhc800mm的矩形、工字形柱，柱的插入深度h1hc，且h1还应同时满足柱纵向受力钢筋锚固长度的要求，以及柱吊装时稳定性的要求即h10.05h550mm。故取d=h+500=1500mm=1.5m2) 基础底面尺寸的确定：基础底面以上土的平均重度为，fa=300kpa先根据柱传来的最大轴向力（根据内力组合表中nmax,k586.69kn）和墙和基础梁传来的荷载nwk，按中心受压基础估算底面积a1。即：考虑基础偏心荷载的影响，根据偏心距的大小将面积a1增大30左右，作为偏心受压基础的底面积a。令bl=1.5 则：b=ma=1.5脳6=3m 基底弹性抵抗矩：3) 地基承载力验算基础及基础上方土的重力标准值按第一组内力组合验算轴向力 ndk=nwk+nk1+gk=220.08+586.69+60=866.98kn弯矩 偏心距 e=380.32866.98=0.439mpk,max=271.36knm20 _按第二组内力组合验算轴向力 ndk=nwk+nk2+gk=220.08+388.64+60=668.72kn弯矩 偏心距 e=104.46668.72=0.156mpk,max=146.23knm20_6.4. 受冲切承载力计算6.4.1 基底净应力计算1) 按第一组内力组合nd=nw+n1=264.10+754.36=1018.46kne=mdnd=505.511018.46=0.496m2) 按第二组内力组合nd=nw+n2=264.10+477.09=741.19kne=mdnd=173.17741.19=0.234m6.4.2 基础剖面设计由于，按要求将基础设计成两阶。构造要求如下：h=1000mm，b=3000mm，a1=200mm，a2=500mm，沿长边方向杯口厚取500mm，沿短边方向杯口厚取325mm。如图25所示：图256.4.3 基础高度验算1) 柱与基础交接处的冲切验算at=400mm ab=l=2.0m am=at+ab2=0.4+2.02=1.2mal=2脳3-0.652-0.85=0.65m2满足要求。2) 变阶处的冲切验算： ab=l=2.0m am=at+ab2=1.2+2.02=1.6mal=2脳0.6-0.45=0.3m2满足要求。6.5. 基底配筋计算6.5.1 计算弯矩1) pj,max=338.13kn/m2 pj,min=1.36kn/m2围绕短轴旋转围绕长轴旋转2) pj,max=181.34kn/m2 pj,min=65.72kn/m2围绕短轴旋转围绕长轴旋转取两组中较大值，有： 6.5