层厂房课程设计计算书.doc

单层厂房课程设计学生姓名： 时铭泽学 号：20074023259指导教师： 解国梁 所在学院： 工程学院专 业：土木工程（2）班中国大庆2010年9月单层厂房结构设计任务书一、设计题目：金属结构车间双跨等高厂房。 (每人一题，按学号分配)二、设计内容：1计算排架所受的各项荷载；2计算各种荷载作用下的排架内力(对于吊车荷载不考虑厂房的空间作用)；3柱及牛腿设计，柱下单独基础设计；4绘施工图：柱模板图和配筋图；基础模板和配筋图。三、设计资料1金属结构车间为两跨厂房，安全等级为一级，厂房总长54m，柱距为6m，厂房剖面如图1、2、3所示；2厂房每跨内设两台吊车，吊车均为软钩吊车；3建设地点为东北某城市(基本雪压0.40KNm，基本风压0.50KNm2，冻结深度2.0m)；4地基为均匀粘性土，地基承载力特征值190Kpa；5厂房标准构件选用及载荷标准值：(1)屋架采用梯形钢屋架，屋架自重标准值：18m跨81.50KN每榀，21m跨95KN每榀，24m跨109KN每榀，27m跨122KN每榀，30m跨136KN每榀(均包括支撑自重)(2)吊车梁选用预应力混凝土吊车梁，参数见表3。轨道及零件自重0. 8KNm，轨道及垫层构造高度200mm；(3)天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架重：18m跨25.5KN每榀，21m跨30KN每榀，24m跨34KN每榀，27m跨38.3KN每榀，30m跨42.5KN每榀(包括自重，侧板、窗扇支撑等自重)；(4)天沟板自重标准值为2.02KNm；(5)围护墙采用240mm双面粉刷墙，自重5.24KN/m2。塑钢窗： 自重0.45KNm2，窗宽4.2m，窗高见图1。(6)基础梁截面为250 mmX600mm；基础梁自重4.2KNm；6材料：混凝土强度等级为C30，柱的受力钢筋采用HRB335级或HRB400级，箍筋采用HPB235级；7屋面卷材防水做法及荷载标准值如下：防水层：0.4KNm2；25mm厚水泥沙浆找平层：0.5KNm2；100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4KNm2；隔汽层：0.05KNm2；25mm厚水泥砂浆找平层：0.5KNm2；预应力大型屋面板：1.4KNm2。8屋面均布活荷载为0.5KNm2。图1 图2图3表1 各学号所对应的桥式吊车和牛腿标高跨度左跨吊车序号右跨吊车序号C1C2C3C4C1C2C3C4C1C2C3C418123456789101112C118131415161718192021222324C218252627282930313233343536C321373839404142434445464748C121495051525354555657585960C221616263646566676869707172C324737475767778798081828384C424858687888990919293949596C124979899100101102103104105106107108C227109110111112113114115116117118119120C327121122123124125126127128129130131132C427133134135136137138139140141142143144C130145146147148149150151152153154155156C230157158159160161162163164165166167168C330169170171172173174175176177178179180C4轨顶标高(m)7.88.18.48.79.09.39.69.910.210.510.811.1表2 吊车数据（工作级别A5）吊车序号起重量(kn)桥跨LQ(m)小车重g(kn)最大轮压Pmax(kn)大车轮距BQ(m)轨道中心之端部距离b(mm)轨顶以上高度H(mm)大车宽B(m)吊车总重G(kn)C1160/3216.563.261634.0023020975.95523019.563.261854.1026020976.05527022.563.261934.1026021876.05530025.563.262055.0026021856.39034028.563.262145.0026021856.390380C2200/5016.569.771854.0023020995.95524019.569.772074.1026020996.05529022.569.772164.1026021896.05532025.569.772305.0026021896.39037028.569.772395.0026021896.390400C3320/5016.51092784.6526023416.64033019.51093014.7030024716.69038022.51093134.7030024716.69041025.51093315.0030024716.99046028.51093445.0030024716.990500C4500/10016.51554204.8030027346.77544019.51554304.8030027346.77549022.51554564.8030027346.77553025.51554745.0030027346.97558028.51554875.0030027346.975620表3 吊车梁数据（工作级别A5）梁型号起重量(kn)跨 度(m)梁 高(mm)梁 重(kn)YDL116016.5-28.5120041.3YDL220016.5-28.5120041.5YDL332016.5-28.5120046.0YDL450016.5-28.5150060.3注： 1、土木07专升本选1-55号方案2、土木07（2）选60-114号方案3、土木07（1）选120-165号方案IV目 录1 结构构件选型及柱截面尺寸确定- 1 -2 结构计算- 2 -2.1 计算简图的确定- 2 -2.1.1 上柱及全柱标高- 2 -2.1.2 确定柱截面尺寸- 3 -2.1.3 验算柱的截面尺寸- 3 -2.1.4 柱网布置- 4 -2.1.5 计算上、下柱截面惯性矩及比值- 4 -2.2 荷载计算- 6 -2.2.1 恒荷载- 6 -2.2.2 屋面活荷载- 8 -2.3 排架内力分析- 11 -2.3.1 恒载作用下排架内力分析- 11 -2.3.2 屋面活荷载作用下排架内力分析- 13 -2.3.3 风荷载作用下排架内力分析- 16 -2.3.4 吊车荷载作用下排架内力分析- 17 -2.4 内力组合- 24 -3 柱的截面设计- 29 -3.1 上柱配筋计算- 29 -3.2 下柱配筋计算- 30 -5.3 柱的裂缝宽度验算- 32 -5.4 箍筋配置- 32 -5.5 牛腿设计- 32 -5.5.1 牛腿截面高度验算- 33 -5.5.2 牛腿配筋计算- 33 -6. 柱的吊装验算- 33 -7. 基础设计- 35 -7.1 作用于基础顶面上的荷载计算- 35 -7.2 基础尺寸及埋置深度- 36 -7.2.1按构造要求拟定高度- 36 -7.2.2 拟定基础底面尺寸- 36 -7.2.3 计算基底压力及验算地基承载力- 36 -7.3 基础高度验算- 37 -7.4 基础底板配筋计算- 38 -7.4.1 柱边及变阶处基底反力计算- 38 -续表13- 41 -7.4.2 柱边及变阶处弯矩计算- 41 -7.4.3 配筋计算- 41 - 23 -单层厂房课程设计1 结构构件选型及柱截面尺寸确定某金属结构车间双跨等高厂房，安全等级为一级，厂房总厂54m，柱距为6m，厂房每跨内设两台吊车，吊车均为软钩吊车，吊车工作级别为A5，轨顶标高为9.0，跨度为27m。吊车起重量左跨为160/32,右跨为320/50，选择吊车桥跨均为25.5m，吊车梁左跨选用YDL1型号，右跨选用YDL3型号。梁高为1200，吊车梁重左跨为41.3KN，右跨为46.0KN。厂房剖面图见图1。图12 结构计算2.1 计算简图的确定2.1.1 上柱及全柱标高 估计基础埋深，基础高，室外地坪标高为，所以初选基顶标高为。边柱（A）：柱顶标高= 边柱（C）：柱顶标高= 上柱高() = 下柱高总高度（H）= 中柱B顶面标高及上下柱高与边柱A、C相同。因此边柱A、C及中柱B顶面标高为，上柱高，下柱高，全柱高。2.1.2 确定柱截面尺寸根据柱的高度、吊车起重及工作级别，可由书上表2.4.4确定柱截面尺寸。柱截面尺寸见图2。边柱A：上柱采用矩形截面 下柱采用工形截面 中柱B：上柱采用矩形截面 下柱采用工形截面 边柱C：上柱采用矩形截面 下柱采用工形截面 图2 柱截面尺寸2.1.3 验算柱的截面尺寸初步确定的截面和高度的限值，验算初步确定的截面尺寸。对于边柱A下柱截面高度：有吊车时：所以中柱B及边柱C亦满足要求。2.1.4 柱网布置 因为LQ=25.5m，L=27m，所以 对于纵向定位轴线，由得： 左跨： 边柱(A): 中柱(B): 右跨： 边柱(C): 中柱(B): 所以，柱的计算简图见图3。图3 柱的计算简图2.1.5 计算上、下柱截面惯性矩及比值边柱A：上柱： 比值: 中柱： 比值: 边柱C： 比值: 根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，确定柱的截面尺寸见表1，计算单元简图见图4。表1 柱截面尺寸及相应的计算参数 计算参数柱 号截面尺寸面积惯性矩自重A上柱矩 400400下柱I 400900150上柱矩 5006007.5下柱I 5001200200上柱矩 400500下柱I 4001000150图4 计算单元简图2.2 荷载计算2.2.1 恒荷载屋盖荷载：防水层 厚水泥沙浆找平层 厚珍珠岩制品保温层 隔汽层 厚水泥砂浆找平层 预应力大型屋面板 天沟板自重 屋架自重 122KN/榀天窗自重 38.3KN/榀所以作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为： 吊车梁及轨道重力荷载设计值 柱自重重力荷载设计值 A柱 上柱 下柱 B柱 上柱 下柱 C柱 上柱 下柱 各项恒载作用位置如图5所示图 5 荷载作用位置图（单位：KN）2.2.2 屋面活荷载 由荷载规范可知，对于不上人的钢筋混凝土屋面，其均布活荷载标准值为0.5KN/M2，大于该厂房所在地区基本雪压。故作用于柱顶面活荷载设计值为：Q1的作用位置与G1作用位置相同，如图5所示。2.2.3 风荷载 该地区的基本风压，由于厂房高度小于30m，所以,风压高度变化系数可根据厂房各部分标高及B类底面粗糙度，由荷载规范确定如下： 柱顶（标高=12.321m） 屋架（标高=14.02m） 檐口（标高=15.02m） 天窗檐口（标高=17.62m） 屋顶（标高=18.07m） 如图6所示，由公式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：图6 风荷载体型系数及排架计算简图 则作用于排架计算简图上的风荷载设计值为： 2.2.4 吊车荷载由设计资料表2得160/32左跨吊车的参数为：大车宽B=6.390m，大车轮距K=5.00m，小车重g=63.26KN，吊车总重G=340KN，最大轮压，最小轮压。吊车起重量Q=160KN，吊车每一侧轮子数。由设计资料表2得320/50右跨吊车的参数为：大车宽B=6.990m，大车轮距K=5.00m，小车重g=109KN，吊车总重G=460KN，最大轮压，最小轮压。吊车起重量Q=320KN，吊车每一侧轮子数。 根据与，可算得吊车梁支梁反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值如图7。 5000 1390 50001850.7821 5000 1690 50003010.7151图7 吊车荷载作用下支座反力影响线吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为：最小轮压为：左跨：右跨： 吊车横向水平荷载 作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力标准值：左跨 ：右跨 ： 作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：左跨 ： 右跨 ： 2.3 排架内力分析该厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。其中剪力分配系数按荷载规范计算，结果如表2。表2 柱剪力分配系数柱 别 A柱柱C柱2.3.1 恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图所示，图中重力荷载及力矩是根据图4确定的，即： ；A柱： B柱： C柱：由于图所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力计算如下：对于A柱，则：； 对于C柱， ， 则：； 该排架中。求得后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力，柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图和图；图为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。 图 图 图 图图8 恒荷载作用下排架内力图2.3.2 屋面活荷载作用下排架内力分析跨作用屋面活荷载（排架内力计算简图如图所示） 其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为，对于柱： ； 对于柱：，则： 则排架柱顶不动铰支座总反力为： 将反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于跨时的柱顶剪力，即： 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图、所示。 图 图 图图9 跨作用屋面活荷载时排架内力图 跨作用屋面活荷载跨与跨作用荷载不相同，故只需将图9中各内力图的位置及方向调整一下即可，如图10所示。，对于C柱： ； 将反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于BC跨时的柱顶剪力，即： 图10 跨作用屋面活荷载时排架内力图2.3.3 风荷载作用下排架内力分析 左吹风时计算简图如图所示。对于A柱： 对于C柱： 各柱顶剪力为： 排架内力图如图所示。 图 图图11 左吹风时排架内力图 右吹风时计算简图如图所示。将图所示柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图所示。 图 图图12 右吹风时排架内力图2.3.4 吊车荷载作用下排架内力分析作用于柱 计算简图如图所示。其中吊车竖向荷载、在牛腿顶面处引起的力矩为： 对于柱：，则 对于柱： 排架各柱顶剪力分别为：左柱: 右柱： 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图、所示。图 图 图图13 作用于柱时排架内力图 作用于柱左计算简图如图所示。、计算如下：左柱： 右柱： 柱顶不动铰支座反力、及总反力分别为：左柱：右柱： 各柱顶剪力分别为：左柱： 右柱： 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图、所示。 图 图 图图14 作用于柱左时排架内力图 作用于柱右 根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与“作用于柱左”的情况相同，只需将、柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图所示。 图15 作用于柱右时排架内力图 作用于柱 同理，将“作用于柱”的情况的、柱内力对换，并改变符号，可求得各柱的内力，如图所示。 图16 作用于柱时排架内力图 作用于跨柱 当跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图所示。 对于柱，得，则： 同理，对于柱，则：排架柱顶总反力为： 各柱顶剪力为： 排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图所示。当方向相反时，弯矩图和剪力值只改变符号，方向不变。 图 图图17 作用于跨时排架内力图作用于跨柱 由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计算与“作用于跨柱”的情况相同，仅需将柱与柱的内力对换，如图所示。图18 作用于跨时排架内力图2.4 内力组合以柱内力组合为例。表为各种荷载作用下柱内力设计值汇总表，表为柱内力组合表，这两表中的控制截面及正号内力方向如表中例图所示。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对的柱进行验算。为此，表中亦给出了和的组合值，它们均满足的条件，这些值取自及相应的和一项。表3 A柱内力标准值汇总表 柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活荷载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载作用在AB跨作用在BC跨作用在A柱作用在B柱左作用在B柱右作用在C柱作用在AB跨作用在BC跨左风右风序号- 24 -15.931.643.46-32.36-13.9625.97-5.090.0512.6810.47-11.05371.461.06-46.44-13.633.4674.15-3.3125.97-5.090.0512.6810.47-11.05422261.06355.0357.57-24.43-3.7610.746.1-26.0580.58-15.7958.8539.33131.41-83.72461.3661.06355.0357.578.491.180.878.153.526.54-1.286.953.1922.52-0.87表4 A柱内力组合表 内力组合截面及相应的,及相应的,及相应的,及相应的,-1.2+1.40.9+0.9(+)+82.571.2+1.40.90.8(+)+0.9+-28.381.2+1.40.9+0.9(+)+82.571.2+1.40.9+0.9(+)+80.5161.25-1861.2559.77+0.9+0.9(+)+522.62+0.90.8(+)+0.9+445.68+0.9+0.9(+)+522.62+0.9+0.9(+)+445.68- 25 -426.35371.4426.35371.4-1.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+77.131.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+-109.671.2+1.40.9+0.9(+)+101.2+1.40.90.9(+)+-136.748.46-84.97-18.86-104.28+0.9+0.8(+)+0.9+864.51+0.9+0.8(+)+0.9+641.61+0.9+0.9(+)+986.18+0.9+0.9(+)+985.41677.82518.6764.73764.18-1.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+362.531.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+-167.681.2+1.40.9+0.9(+)+277.351.2+1.40.9+0.9(+)+-177.19911.5688.61033.17648.4462.3616.4558.2722.46+0.9+0.8(+)+0.9+246.8+0.9+0.8(+)+0.9+-103.48+0.9+0.9(+)+201.6+0.9+0.9(+)+123.07716.98557.76803.89562.9545.7512.9642.8317.25表5 A柱内力组合表 内力组合截 面及相应的,及相应的,及相应的,及相应的,-1.2+1.40.948.571.2+1.40.90.93.291.2+1.40.921.191.2+1.40.948.5736.974.6217.4136.97+0.9445.68+0.90.9446.81+0.9522.62+0.9445.68- 26 -371.4372.21426.35371.4-1.2+1.40.90.928.361.2+1.40.9-69.651.2+1.40.9-26.281.2+1.40.9-69.6513.62-56.39-25.4-56.39+0.90.9909.24+0.9506.64+0.9506.64+0.9506.64709.77422.2422.2422.2-1.2+1.40.9194.91.2+1.40.9-76.171.2+1.40.936.241.2+1.40.9-76.17553.63553.63956.23553.6338.57-19.0919.439.09+0.9142.7+0.9-50.92+0.929.37+0.9-50.92461.36461.36748.93461.3628.767.7115.097.71表6 A柱内力组合表 内力组合截 面及相应的,及相应的,及相应的,及相应的,-1.35+1.40.7+0.9（）64.271.35+1.40.70.8(+)0.9-29.871.35+1.40.7+0.9（）70.861.35+1.40.7+0.965.8646.47-20.7751.1847.61+0.7+0.90.9（）501.39+0.70.8(+)0.9501.39+0.7+0.9（）561.23+0.7+0.9501.39- 27 -371.4371.4414.14371.4-1.35+1.40.7+0.9（）40.641.35+1.40.7+0.8(+)0.9-104.651.35+1.40.7+0.90.9-32.661.35+1.40.70.90.9-89.1927.37-76.41-24.99-65.37+0.7+0.90.9（）848.31+0.7+0.8(+)0.9674.94+0.7+0.90.9942.94+0.90.9569.97621.02497.18688.61422.2-1.35+1.40.7+0.8(+)0.9292.151.35+1.40.7+0.8(+)0.9-120.241.35+1.40.7+0.9+0.9225.891.35+1.40.70.90.9189.91901.18727.81995.82673.6252.0316.3348.8619.84+0.7+0.8(+)0.9209.55+0.7+0.8(+)0.9-85.02+0.7+0.9+0.9162.33+0.70.90.9136.52660.18536.34727.77497.6337.4711.9735.214.48表7 设计总表截面M82.57-29.8782.5780.5177.13-109.6710-136.7362.53-167.68277.35-177.19N61.25-20.1761.25445.6848.46-84.97-18.86-104.28911.5688.61033.17648.44V62.3616.4558.2722.46- 28 -单层厂房课程设计3 柱的截面设计 以A柱为例。 混凝土等级强度C30，柱的受力钢筋采用HRB335级钢筋，上下柱均采用对称配筋。3.1 上柱配筋计算由表7可知，上柱截面共有4组内力。取h0=400-40=360mm，由附表查得有吊车厂房排架方向上柱得计算长度,安全等级为1级，偏心距为： 由5，故应考虑偏心距增大系数。，取取，进行计算选3B25(AS=1473mm2)，则0.2%，满足要求。由附表11.1得垂直于排架方向柱的计算长所以满足弯矩作用平面外的承载力要求。3.2 下柱配筋计算 取h0=900-40=860mm。与上柱分析方法类似，在表2.10.5的8组内力中选取下列两组不利内力： 按计算 下柱计算长度取， 附加偏心距： ， ， 由 ,且取 故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则说明中和轴位于腹板内，应重新计算受压区高度x 按计算 下柱计算长度取， 附加偏心距： ， ， 由 故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则说明中和轴位于腹板内，应重新计算受压区高度x综上述计算结果，下柱截面选用4B16，按此配筋经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦满足要求。5.3 柱的裂缝宽度验算 规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。本设计中上、下柱均未出现的内力，故不用进行裂缝宽度验算。5.4 箍筋配置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A8200箍筋。5.5 牛腿设计根据吊车梁支承位置截面尺寸构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图19所示。其中牛腿截面宽度b=400mm,牛腿截面高度h=600mm,h0=565mm。图19 牛腿设计简图5.5.1 牛腿截面高度验算 按公式验算其中由公式得 故牛腿截面高度满足要求5.5.2 牛腿配筋计算 由于因而该牛腿可按构造配筋。根据构造要求，实际选用4B14。水平箍筋选用A8100。6. 柱的吊装验算采用翻身超吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊，由书上表可得柱插入杯口深度为，则柱吊装时的总长度为：。计算简图如图20。图20 柱吊装验算简图柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即：在上述荷载作用下，柱各控制截面弯矩为：由得：令，得：则下柱段最大弯矩：所以：，柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表8。表8 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱 截 面上 柱下 柱128.30173.600.42-0.310.2取0.2(裂缝宽度满足要求)(裂缝宽度满足要求)7. 基础设计GB 50007-2002建筑地基基础设计规范规定，对于6m柱距的单层多跨厂房，其地基承载力特征值为190KN/m，吊车起重量200KN,厂房跨度l=27m，设计等级为丙级，可不做地基变形验算。基础混凝土强度等级采用C20，下设100mm厚C10的素混凝土垫层。7.1 作用于基础顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载计算包括柱底传给基础的M,N,V以及外墙自重重力荷载。前者由表7中的3-3截面选取，见表10，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算，内力的正号规定见图21(b)。 图21 基础荷载示意图 表10 基础设计的不利内力组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第组362.53911.562.36246.8716.9845.7第组-167.68688.616.45-103.48557.7612.96第组277.351033.1758.2