单层厂房结构课程设计.docx

单层厂房结构课程设计一、 设计题目杭州市郊区厂装配车间。二、 设计资料1. 该车间抗震设防烈度为6度。2. 该车间为单跨车间：跨度21m，柱距6m，总长156m；中间设一道伸缩缝，柱顶标高12.00m，轨顶标高9.60m。考虑基础顶面为-0.5m。3. 车间跨内设有2台150/50kn中级工作制吊车，其参数见下表。表2.11 吊车参数（大连起重机厂）起重量kn桥跨lk/m最大轮压pmax/kn小车重q1/kn轮距k/m大车宽b/m额定起重量p/kn吊车总重q/kn150/5019.516060.74.45.61502544. 根据工程地质勘探报告，可选编号的层土为持力层（粉质粘土），其深度距地表面1m左右，厚度约在58m，承载力修正后的特征值fa=140kn/m2，常年平均地下水稳定在地面下3m处。5. 屋面：三毡四油防水层上铺小石子（自重标准值：0.4kn/m2）； 20mm厚水泥混合砂浆找平层（自重标准值：20kn/m2）； 100mm厚水泥珍珠岩制品保温层（自重标准值：4kn/m2）； 预应力混凝土大型屋面板。 另：屋面均布荷载标准值为0.5 kn/m2。6. 墙体：240mm厚清水墙（自重标准值：5.19 kn/m2），每柱距内均有钢窗（或门）（自重标准值：0.45 kn/m2），钢窗宽2.4m。7. 标准构件选用：（1）预应力混凝土大型屋面板采用g410（一）标准图集，其板重（包括灌缝）标准值为1.35kn/m2。（2）屋架采用cg423标准图集中的预应力混凝土折线形屋架（适用于卷材防水屋面），自重标准值为74kn。屋面支撑的自重标准值为0.05 kn/m2，天沟及雨水的自重标准值为20 kn/m2。（3）吊车梁采用g425标准图集中的预应力混凝土吊车梁，梁高1000mm，自重标准值34.8kn，轨道及零件自重标准值0.82kn/m，轨道构造高度200mm。8. 材料：柱采用c20混凝土，受力主筋用hrb400级钢筋，箍筋用hpb235级钢筋；基础采用c15混凝土；钢筋用hpb235级钢筋。9. 设计依据：现行的荷载规范、混凝土结构设计规范等。10. 风荷载：基本风压值0=0.5 kn/m2，地面粗糙度为c类，查表10m 与15m高度处z均为0.74 kn/m2。风载体型系数注于下图中：三、 柱截面选定和排架计算简图1. 柱截面尺寸的确定（1） 根据建筑剖面，考虑基础顶面为-0.5m，并参考附表6、附表7，确定各柱截面尺寸为：a轴：上柱（矩形）：；下柱（工字形）：；b轴：上柱（矩形）：； 下柱（工字形）：；（2） 各柱的截面惯性矩为：a轴柱：上柱i ，下柱；b轴柱：上柱i ， 下柱。2. 计算简图排架计算简图四、 荷载计算 以下荷载计算均为标准值。1. 永久荷载（恒载）（1） a/b轴柱承受的恒载： 由屋盖传下的：三毡四油小石子防水 20mm厚水泥混合砂浆找平 100mm厚水泥珍珠岩制品保温 屋面板自重（包括灌缝） 屋盖支撑系统自重 屋架自重 屋檐天沟及雨水 a轴柱顶荷载位置图如右图所示，对上柱中心线的偏心距： 吊车梁及轨道重： 如下图所示，对下柱中心线的偏心距： a轴柱承受的荷载简图 柱自重：包括上柱重与下柱重。上柱重：对下柱中心线的偏心距下柱重 (具体计算略)（2） 恒载作用下的计算简图如下图所示恒载计算简图2. 屋面活载屋面均布活载标准值为0.5 kn/m2，并通过屋架支点传给柱：a轴柱顶：活载作用下的计算简图如下图所示。屋面活载计算简图支座反力影响线3. 吊车荷载（1） 吊车竖向荷载：二台150/50kn吊车，位置如右图所示。计算简图如下图所示。当在a柱有：当在b柱，吊车竖向荷载与在a柱时对称。吊车竖向荷载计算简图（2） 吊车水平荷载每个轮子计算简图如下图所示。吊车水平荷载计算简图4. 风荷载基本风压0=0.5 kn/m2，风载体型系数如设计资料图中所示。高度变化系数（地面粗糙度为c类）的计算：由柱顶离地面（即室外地坪）的高度为 查表可得 屋面平均高度为 查表可得 （1） 左风： 柱顶集中力：均布荷载：（2） 右风：由于结构对称，所以在右风作用下的风荷载与左风作用时左右对称。风荷载作用计算简图如下图所示。风荷载计算简图五、 内力分析（剪力分配法计算）1. 剪力分配系数 柱号a柱2.510.5b柱2.510.52. 恒载作用下的内力（1） 恒载作用计算简图如下图所示。，。柱号a柱0.112.101.85b柱0.112.10-1.85柱号a柱0.111.154.31b柱0.111.15-4.31（2） 各柱铰支座反力：a柱铰支座反力b柱铰支座反力 （3） 各柱顶剪力的计算（4） 图见下图。 （5） 图见下图。（6） 剪力图略。3. 屋面活载作用下的内力：（1） 计算简图如下图所示。，。柱号a柱0.112.100.27b柱0.112.10-0.27柱号a柱0.111.150.72b柱0.111.15-0.72（2） 各柱铰支座反力：a柱铰支座反力 b柱铰支座反力 （3） 各柱顶剪力：（4） 图见下图。 （5） 图、图略。4. 吊车竖向荷载作用下的内力（1） 当作用在a轴柱时 计算简图如下图所示。，。柱号a柱0.111.15-9.42b柱0.111.152.47 各柱顶剪力的计算： 图见下图。 图、图略。（2） 当作用在b轴柱时，由于结构左右对称，其内力图与作用在a轴柱时左右对称。5. 吊车水平荷载作用下的内力 计算简图如下图所示。，。柱号a柱11.240.110.616.86b柱11.240.110.616.86 各柱顶剪力： 图见下图。 图、图略。6. 风荷载作用下的内力（1） 左风载作用下的内力 计算简图如下图所示。，。柱号均布a柱-1.780.110.332-7.39b柱-1.110.110.332-4.61 各柱顶剪力： 图见下图。 图、图略。（2） 右风载作用下，由于结构左右对称，其内力图与左风载作用时对称。六、 内力组合因该结构为对称结构，故只对a轴柱进行计算分析。a轴柱内力（标准值）风载右风g19.79019.790130.47017.38左风f14.13014.130148.06022.97吊车水平荷载e11.240 11.240111.28011.24吊车竖向荷载dmax在b柱d21.4205.4689.647.5089.65.95dmax在a柱c21.42080.97341.328.02341.35.95屋面活载b1.9831.55.9031.52.9131.50.99恒载a11.14235.235.74274.919.08322.36.16荷载种类编号内力图m (knm)n (kn)m (knm)n (kn)m (knm)n (kn)v (kn)柱号及正向内力控制截面a轴柱内力组合表nmin及相应m,v数值50.83235.263.45274.9226.36167.14322.3322.338.3229.13注： 该柱各截面内力组合时均考虑为由可变荷载效应控制，且柱采用对称配筋：上柱nb=1 fc bbh0 = 1.09.64000.518(400-40) = 716.08(kn)上柱nb=1 fc bbh0 +( bfb) hf = 1.09.61000.518(90040)+(400100) 150= 859.66(kn) 组合中c与d，f与g只能取其中之一，并且如果取e，则一定要取c或d。 两台吊车荷载折减系数为0.9。 mk ,nk与vk均为设计基础需要荷载效应组合的标准值。组合项1.0a1.40.9(ce)g0.91.0a1.4g1.0a1.4fnmax及相应m,v数值16.14326.3473.30759.92198.41144.45816.80629.4714.0610.92组合项1.2a1.4b1.2a1.4 0.9(ce)1.2a1.4 0.9(ce)mmax及相应n,v数值50.83235.281.81471.18325.37226.95423.91394.8835.2323.41组合项1.0a1.40.9(ce)g0.91.2a1.4b0.9(de)g0.91.0a1.40.9(de)g0.9mmax及相应n,v数值33.67321.9386.63661.93371.08267.79813.48627.1043.5832.01组合项1.2a1.4(bf)0.91.0a1.40.9(ce)f0.91.2a1.4b0.9(ce)f0.9内力m (knm)n (kn)m (knm)n (kn)m (knm)mk (knm)n (kn)nk (kn)v (kn)vk (kn)截面七、 柱设计（a轴柱）1. 设计资料截面尺寸：上柱，矩形，下柱，工字型，；，材料等级：混凝土c20， 钢筋hrb400级 钢筋hpb235级 计算长度：查附表4。排架方向：上柱， 下柱， （当不考虑吊车荷载时：）垂直排架方向：上柱： 下柱：2. 配筋计算（1） 上柱（i-i截面）：从内力组合表中可知，各组内力均为大偏压(,）。由n与m的相关性可以确定为该截面所需配筋最多的内力，即控制内力。取， ，取；为此，应该计算的值：该截面此刻为大偏压 取； 选配2c18（）。 （2） 下柱（-截面和-截面）：从内力组合表中可知，各组内力均属大偏压（）。其m与n的数值如下： (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h)由n与m的相关性可知，（f）组内力配筋必大于(a), (b), (c), (e), (g)组；而(h)组必大于(d)组，故选取(f)组和(h)组计算配筋。 (f)组内力配筋计算（大偏心）： ，属第一类t形截面。 ，取；为此，应该计算的值：该截面此刻为大偏压 取； ， （h）组内力配筋计算（大偏心）： ，属第一类t形截面。 ，取；为此，应该计算和的值：由前可知 由以上计算，下柱配筋按配筋。验算，满足。选配2c22（）。3. 牛腿设计预先假定牛腿高度如图6.1所示。图6.1 裂缝控制验算图按下列裂缝控制公式进行验算：式中， 上述公式中，右边左边（）满足要求。由于竖向吊车荷载的作用点至下柱边缘的距离（见图3.2），因而只需按构造配筋即可。4. 柱子吊装阶段验算只考虑平卧单点起吊的验算情况。（1） 荷载：（上柱、牛腿和下柱的自重）。上柱：牛腿： 下柱（柱插入基础0.8m） 因其由永久荷载效应控制，考虑荷载分项系数1.35，动力系数1.5，结构重要性系数0.9。 （2） 内力 （3） c点截面验算：（） 承载力：设混凝土达到设计强度时起吊，平卧工字型截面可以视为的矩形截面。 ， 已配有2c22（），满足要求。 裂缝宽度：（略）。（4） d点截面验算： 承载力： 已配有2c18（），满足。 裂缝宽度：（略）5. a轴柱的模板及配筋见下图a轴柱模板图a轴柱配筋图八、 基础设计（a轴）1. 设计资料地下水位标高-3.000m，地基承载力修正后的特征值。基础梁按标准图集g320选用，其顶标高为-0.05m。材料：混凝土c15，钢筋hpb235级，杯口用c20细石混凝土填实。2. 基础剖面尺寸按构造要求初步确定如下：柱插入深度 杯口深度 杯底厚度 垫层厚度 杯口壁厚 底板边缘高度 杯口壁高度 ，取杯口顶部长 杯口顶部宽 杯口底部长 杯口底部宽 基础底面标高 3. 基础底面尺寸确定（1）荷载计算：基础除承受由柱 截面传来的荷载外，还承受由基础梁直接传来的荷载，其计算如下：梁自重： 窗重： 墙（包括圈梁）: （标准值）（设计值）对基底面中心线的偏心距： 按前述柱内力组合对弯矩的符号规定，此弯矩为负值，即，。对基础底面，柱传来的荷载与基础梁传来的荷载效应标准组合值见下表。（表中轴向力、弯矩的单位分别为kn和knm）内力种类及相应n，v及相应n，v及相应n，v及相应n，v轴向力柱传来627.10394.88629.47322.3基础梁传来317.04317.04317.04317.04合计944.14711.92946.51639.34弯矩柱传来267.79-226.95144.45167.14柱剪力产生33.61-24.5811.4730.59基础梁传来-190.22-190.22-190.22-190.22合计111.18-441.75-34.307.51（2）底面尺寸选取： 先按组合考虑，并取：取底面积为，确定取。 地基承载力验算：，地基反力计算见下表，其中地基反力标准值组合组合组合组合78.6859.3378.8853.2833333333125.58147.55116.1787.2297.7837.11107.5985.34由上表可见，基础底面不出现拉应力，且最大压应力为，同时有均小于，所以满足要求。4. 基础高度验算由下表可见最大的为组合产生，其值。基础边缘最大地基净反力设计值组合组合组合组合柱传来轴力（n）813.48423.91816.80322.3基础梁传来轴力（p）380.45380.45380.45380.45柱传来弯矩（m）371.08-325.37198.41226.36柱剪力产生（1.05v）弯矩45.76-36.9914.7640.24基础梁产生弯矩-228.27-228.27-228.27-228.27合计m188.57-590.63-15.1038.