钢筋混凝土单层工业厂房课程设计【全套图纸】.doc

南華大学 university of south china课程设计目录1、 单层厂房课程设计任务书.32、 单层厂房课程设计计算书.4（1） 结构方案及主要承重构件.5（2） 计算简图.6（3） 荷载计算.10（4） 排架内力分析有关系数.11（5） 内力分析.18（6） 内力组合.19（7） ac列柱与基础设计.31（8） b列柱与基础设计.41（9） 抗风柱与基础设计.51（10） 附表.55第 53 页第一章 单层厂房课程设计任务书一、设计资料及要求全套图纸，加1538937061、工程概况 某金工装配车间为两跨等高厂房，跨度均为24m，柱距均为6m，车间总长度为66m。每跨设有起重量为15/3t吊车各两台，吊车工作级别为a5级，考虑厂房整体作用，轨顶标高不小于7.8m。厂房无天窗，采用卷材防水屋面，围护墙为240mm厚砖墙，采用钢门窗，钢窗宽度为4.2m，室内外高差为150mm，基顶标高-0.5m,素混凝土地面。建筑平面及剖面图分别如图1和图2所示。图1 厂房平面图图2 厂房剖面图2、结构设计原始资料 厂房所在地点的基本风压为0.4kn/，地面粗糙程度为b类；基本雪压为0.35kn/。风荷载的组合值系数为0.6，其余可变荷载的组合值系数均为0.7。土壤冻结深度为0.3m，建筑场地为级粘土，地基承载力特征值为200kn/，地下水位于地面以下7m，不考虑抗震设防。3、材料 基础混凝土强度等级为c25；柱混凝土等级为c30。纵向受力钢筋采用hrb335级、hrb400级；箍筋和分布钢筋采用hpb300级。4、设计要求（1）分析厂房排架内力，并进行排架柱、抗风柱和基础的设计；（2）绘制屋盖平面布置图，柱网平面布置图，基础平面布置图。第二章 单层厂房课程设计计算书一、结构方案及主要承重构件 该厂房跨度在1536m之间，且柱顶标高大于8m，故采用钢筋混凝土排架结构。为了保证屋盖的整体性和刚度，屋盖采用无檩体系。由于厂房屋面采用卷材防水做法，故选用屋面坡度较小而经济指标较好的预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。普通钢筋混凝土吊车梁制作方便，当吊车起重量不大时，有较好的经济指标，故选用普通钢筋混凝土吊车梁。厂房各主要构件选型见下表。构件名称 标准图集 选用型号重力荷载标准值 屋面板 04g410-1 1.5m6m预应力混凝土屋面板ywb-2（中间跨）ywb-2（端跨） 1.4kn/（包括灌缝重） 天沟板 04g410-11.5m6m预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板） tgb68-1 1.91kn/ 屋 架 04g415-1预应力混凝土折线形屋架（跨度24m） ywja-24-1aa 106kn/榀 0.05kn/（屋盖钢支撑） 吊车梁 04g323-2钢筋混凝土吊车梁（吊车工作级别为a1a5）dl-9z（中间跨）dl-9b（边跨） 39.5kn/根 40.8kn/根 轨道连接 04g325 吊车轨道连接详图 0.80kn/m 基础梁 04g320 钢筋混凝土基础梁 jl-3 16.7kn/根 由设计资料可知，吊车轨顶标高为7.8m，对起重量为15/3t，工作级别为a5的吊车，当厂房跨度为24m时，吊车的跨度l=24-0.752=22.5m，由书上附表查得吊车轨顶以上高度为2.15m；选定吊车梁高度为1.2m，轨道顶面至吊车梁顶面的距离为0.2m，则牛腿顶面标高=7.8-0.2-1.2=6.4m由于建筑模数的要求，牛腿顶面标高取6.6m。实际轨顶标高=6.6+1.2+0.2=8.0m7.8m。柱顶标高=6.6+3.9=10.5m取室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则柱的总高度h，下柱高度h和上柱高度h分别为h=10.5+0.5=11.0mh=6.6+0.5=7.1mh=11.0-7.1=3.9m根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可查表确定柱截面尺寸为a、 c轴 上柱 bh=400mm400mm 下柱 bhbh=400mm800mm100mm150mmb轴 上柱 bh=400mm600mm 下柱 bhbh=400mm800mm100mm150mm由柱的截面尺寸，可得到柱的截面几何特征及自重标准值，如下表柱号计算参数 截面尺寸（mm)面积（mm)惯性矩（mm）自重（kn/m)a、c上柱 4004001.6001021.3010 4.00下柱4008001001501.77510143.8010 4.44 b上柱 4006002.4001072.0010 6.00下柱4008001001501.77510143.8010 4.44二、计算简图 由于该金工车间厂房，工艺无特殊要求，且结构布置及荷载分布（除吊车荷载外）均匀，故可取一榀横向排架作为基本的计算单元，单元的宽度为两相邻柱间中心线之间的距离，即b=6.0m，计算单元和计算简图如下：图3 计算单元和计算简图三、荷载计算1、 永久荷载（1） 屋盖自重标准值为了简化计算，天沟板及相应构造层的自重，取与一般屋面自重相同。sbs防水层 0.2kn/20mm厚水泥砂浆找平层 200.02=0.40kn/100mm厚水泥蛭石保温层 50.1=0.50kn/一毡两油隔气层 0.05kn/20mm厚水泥砂浆找平层 200.02=0.40kn/预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 1.40kn/屋盖钢支撑 0.05kn/ 3.00kn/屋架自重重力荷载为106kn/榀，则作用于柱顶的屋盖结构自重标准徝为g=3.00624/2+106/2=269.0kn（2） 吊车梁及轨道自重标准值中间跨：g=39.5+0.86=44.3kn 边跨：g=40.8+0.86=45.6kn（3） 柱自重标准值a、c轴 上柱g=g=43.9=15.60kn 下柱g=g=4.447.1=31.52knb柱 上柱g=63.9=23.40kn 下柱g=4.447.1=31.52kn各项永久荷载作用位置如下图所示：图4 永久荷载作用位置图2、 屋面可变荷载由荷载规范查得，屋面活荷载标准值为0.5kn/，屋面雪荷载标准值为0.25kn/，由于后者小于前者，故仅按屋面活荷载计算。作用于柱顶的屋面活荷载标准值为q=0.56=36.00knq的作用位置与g作用位置相同，如图4所示。3、 吊车荷载对起重量为15/3t的吊车，査表并将吊车的起重量、最大轮压和最小轮压进行单位换算，可得：q=150kn，p=185kn，p=50kn，b=5.55m，k=4.40m，q=69kn根据b及k，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值，如下图所示，据此可求得吊车作用于柱上的吊车荷载。图5 吊车荷载作用下支座反力影响线（1）吊车竖向荷载吊车竖向荷载标准值为d=p=185（1+0.808+0.267+0.075）=397.75knd=p=50（1+0.808+0.267+0.075）=107.50kn（2）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，即t=（q+q）=0.1（150+69）=5.475kn同时作用于吊车两端每个排架柱上的吊车横向水平荷载标准值，即t=t=5.475（1+0.808+0.267+0.075）=11.77kn4、风荷载基本风压=0.4kn/，=1.0，按b类地面粗糙程度，根据厂房各部分标高，查得风压高度变化系数为柱顶（标高10.5m） =1.013檐口（标高12.8m） =1.073屋顶（标高14.2m） =1.109风荷载体型系数如下图所示。图6 风荷载体型系数及排架计算简图则排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为=1.00.81.0130.4=0.324kn/=1.00.41.0130.4=0.162kn/则作用于排架计算简图上的风荷载标准值为q=0.3246.0=1.94kn/mq=0.1626.0=0.97kn/mf=(+)h+(+)hb =(0.8+0.4)1.0732.3+(-0.6+0.5)1.1091.41.00.46.0 =6.73kn四、排架内力分析有关系数等高排架可用剪力分配法进行排架内力分析。由于该厂房a柱和c柱的柱高、截面尺寸等均相等，故这两柱的有关参数相同。1、 柱剪力分配系数 柱 号 n=i/i =h/hc=3/1+1/n-1 =h/cei = a、c柱 n=0.148 =0.355 c=1.739 =0.43010 =0.283 b 柱 n=0.501 =0.355 c=2.882 =0.24110 =0.472由上表可知，+=1.0。2、 单阶变截面柱柱顶反力系数由表中公式分别计算不同荷载作用下单阶变截面柱的柱顶反力系数如下表：柱顶反力系数a、c柱2.0581.0420.5340.325b柱1.6161.2550.6225、 内力分析1、 永久荷载作用下排架内力分析永久荷载作用下排架的计算简图如下图所示：=g=269.0kn=g+g=45.6+15.6=61.2kn=g=31.52kn=2g=538.0kn=g+2g=23.4+244.3=112.0kn=g=31.52knm=e=269.00.05=13.45knmm=+ge-ge =269+15.60.20-45.60.35=40.96knmr=c+c=（13.452.058+40.961.042）/11.0=6.40knr=-6.40knr=0求得柱顶反力r后，根据平衡条件求得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。横载作用下排架结构的弯矩图、轴力图和柱底剪力分别见图：图7 恒载作用下排架内力图2、 屋面可变荷载作用下排架内力分析（1） ab跨作用屋面活荷载排架计算简图如下。屋面传至柱顶的集中荷载q=36.00kn，它在柱顶及变阶处引起的力矩分别为m=36.000.05=1.80knmm=36.000.20=7.20knmm=36.000.15=5.40knmr=c+c=(1.802.058+7.201.042)/11.0=1.02knr=c=5.401.616/11.0=0.99kn则排架柱顶不动铰支座总反力为r=r+r=1.02+0.79=1.81kn将r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ab跨时的柱顶剪力，即v=r-r=1.02-0.2831.81=0.51knv=r-r=0.79-0.4341.81=0.004knv=-r=-0.2831.81=-0.51kn排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图所示：图8 ab跨作用屋面活荷载时排架内力图（2） bc跨作用屋面活荷载由于结构对称，且bc跨与ab跨作用荷载相同，只需将上图中各内力图的位置及方向调整即可，如下图：图9 bc跨作用屋面活荷载时排架内力图3、 吊车荷载作用下排架内力分析（考虑厂房整体空间作用）（1） d作用于a柱其中吊车竖向荷载d、d在牛腿顶面处引起的力矩分别为m=de=397.750.35=139.21kn.mm=de=107.500.75=80.63kn.mr=-c=-139.21/11.01.042=-13.19knr=c=80.63/11.01.255=9.20knr=r+r=-13.19+9.20=-3.99kn排架各柱顶剪力分别为v=r-r=-13.19+0.80.2833.99=-14.09knv=r-r=9.20+0.80.4343.99=10.59knv=-r=0.80.2833.99=0.90kn排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图所示：图10 作用在a柱时的排架内力图（2）d作用于b柱左其中吊车竖向荷载d、d在牛腿顶面处引起的力矩分别为m=de=107.500.35=37.63knmm=de=397.750.75=298.31knmr=-c=-37.63/11.01.042=-3.56knr=c=298.31/11.01.255=34.03knr=r+r=-3.56+34.03=30.47kn排架各柱顶剪力分别为v=r-r=-3.59-0.80.28330.47=-10.46knv=r-r=34.03-0.80.43430.47=23.45knv=-r=-0.80.28330.47=-6.90kn排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图所示：图11 作用在b柱左时排架内力图（3） d作用于b柱右根据结构对称性及吊车起重量相等的条件，其内力计算与的情况相同，只需将a、c柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图：图12 作用在b柱右时的排架内力图（4） d作用于c柱同理，将的情况的a、c柱内力对换，并注意改变内力符号，可求得各柱的内力，如图：图13 作用在c柱时排架内力图（5） t作用于ab跨柱当ab跨作用吊车横向水平荷载时，因为a=（3.9-1.2)/3.9=0.692，则柱顶不动铰支座反力r、r分别为：r=-tc=-11.770.534=-6.29knr=-tc=-11.770.622=-7.32kn排架柱顶总剪力r为r=r+r=-6.29-7.32=-13.61kn各柱顶剪力分别为v=r-r=-6.29+0.80.28313.61=-3.21knv=r-r=-7.32+0.80.47213.61=-2.59knv=-r=0.80.26413.61=3.08kn排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图所示。当t方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，数值不变。图14 作用于ab跨时排架内力图（6） t作用于bc跨柱由于结构对称及吊车起重量相等，故排架内力计算与的情况相同，仅需将a、c柱的内力对换，如图。当t方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，数值不变。图15 作用于bc跨时排架内力图4、 风荷载作用下排架内力分析（1） 左吹风时计算简图如图所示。r=-qhc=-1.9411.00.325=-6.94knr=-qhc=-0.9711.00.325=-3.47knr=r+r+f=-6.94-3.47-6.73=-17.14kn各柱顶剪力分别为v=r-r=-6.94+0.28317.14=-2.09knv=-r=0.43417.14=7.44knv=r-r=-3.47+0.28317.14=1.38kn排架内力图如下图：图16 左吹风时排架内力图（2） 右吹风时计算简图如图。将的内力图对换，并改变内力符号即可，如下图：图17 右吹风时排架内力图6、 内力组合控制截面分别取上柱底部截面-、牛腿顶截面-和下柱底截面-。在每种荷载组合中，对矩形截面和形截面柱均应考虑以下4种组合，即+m及相应的n、v；-m及相应的n、v;n及相应的m、v;n及相应的m、v。由于不考虑抗震设防，对柱截面不进行受剪承载力计算。对柱进行裂缝宽度验算和基础的地基承载力验算时，需分别采用荷载准永久组合和标准组合的效应设计值，各柱的内力组合表见附表1-4。七、ac列柱与基础设计混凝土强度等级为c30，f=14.3n/mm，f=2.01n/mm；纵向钢筋采用hrb400级，f=f=360n/mm，=0.518。上、下柱均采用对称配筋。a、柱截面设计(1)上柱配筋计算有吊车厂房排架方向上柱的计算长度：，则取进行计算选318（）则，满足要求。垂直于排架方向上柱的计算长度： =1.253.9m =4.875m，则l/b =4875/400 =12.19，=0.95 满足弯矩作用平面外的承载力要求。(2)下柱配筋计算最不利内力组合：a、按计算下柱计算长度,截面尺寸 =取附加偏心距，则先假定中和轴位于翼缘内，则且为大偏心受压构件，受压区在受压翼缘内，则 b、按计算，则且，取进行计算综合上述计算结果，下柱截面选用选418（）有，满足要求。验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力：截面惯性矩，截面面积,满足要求。（3）柱箍筋配置非地震区的单层厂房柱，如无特殊要求，一般柱内箍筋均由构造要求确定，选择8200。（4） 牛腿设计根据吊车梁支承位置、截面尺寸和构造要求，初步拟定牛腿尺寸如图18所示。其中截面宽度b=400mm，截面高度h=650mm，h=610mm。图18 a、c柱牛腿尺寸简图a、牛腿的高度验算牛腿顶部的竖向荷载标准值：397.75+45.60=443.35kn牛腿顶部的水平荷载标准值：对支承吊车梁的牛腿，裂缝控制系数=0.65，=2.01n/mma=-50+20=-30mm0，取a=0，则故牛腿截面高度满足要求。b、牛腿的配筋计算由于a=-50+20=-30mm m1263.87 m2190.9495.100.009540.01,取0.010.01200.01,取0.01200.420.040.2，取0.20.150mm0.2mm满足要求0.031mm0.2mm满足要求b、基础设计(混凝土采用c25，钢筋采用hpb335级，基础垫层采用c10素混凝土）（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包括柱底传给基础的m、n、v以及围护墙自重重力荷载两部分。基础设计的不利内力如下组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第一组291.18745.9037.72210.27584.4627.86第二组-219.55481.28-27.11-152.25447.12-17.53第三组183.02970.5115.33133.01744.9011.86每个基础承受由墙体传来的荷载为= 围护墙对基础产生的偏心距为e=240/2+800/2=520mm（2）基础高度及埋置深度确定按构造要求拟定基础高度，柱的插入深度h=800mm 。 杯底厚度a 200mm，取a=250mm 则 h=800+250+50=1100mm 基础顶面标高为-0.500m，室内外高差为150mm，故基础埋置深度d为： d=h+500-150=1450mm3.0m杯壁厚度t300mm，取325mm；则基础顶面突出柱边宽度b1=325+75=400mm杯壁高度h2=500mm （3）拟定基础底面尺寸=200+1.0201.45-0.5=219kn/1/62.43.0=3.60m（4）计算基底压力及验算地基承载力基础和其台阶上土重标准值： 201.457.2 =208.80kn 1.2f=1.2219kn/m=262.8kn/m基础底面压力计算及地基承载力验算类别第一组第二组第三组210.27-152.25133.01584.46447.12744.9027.86-17.5311.861029.53890.191189.97118.06-294.3927.92175.78205.42173.03110.2041.86157.51142.991219123.64219165.27219175.78262.8205.427262.8173.03262.8上述表格都满足验算，故拟定的基础底面尺寸满足要求。a、c柱的基础尺寸和计算简图如下图所示：图20 a、c柱基础尺寸及计算简图（5）基础高度验算基础受冲切承载力计算时采用荷载基本组合的效应设计值，并采用基底净反力。选取三组不利内力组合类别第一组第二组第三组291.18-219.55183.02745.90481.28970.5137.72-27.1115.331029.42717.551254.03185.24-372.2352.45194.44203.06188.7491.52-3.74159.60由所定尺寸可知，只须对变阶处进行抗冲切验算：at=400+800=1200mm 取保护层厚度为40mm则基础变阶处基础有效高度为：h0=600-40=560mmab=at+2h0=1200+2560=2320mmam=（ab+at）/2=(1100+2320)/2=1760mmal=(3.0/2-1.6/2-0.560)2.4-(2.4/2-1.2/2-0.560)=0.3344m2因变阶处的截面高度h=6000800mm，故=1.0=al=203.180.3344=67.94kn0.7hpftamh0=0.71.01.271760560=876.20kn满足变阶处抗冲切。（6）基础底板配筋计算柱边及变阶处基底反力计算 公式第一组第二组第三组 柱边处156.70128.68178.60 变阶处170.43155.77181.94 194.44203.18188.74 91.520159.60基础底板配筋按照第三组基底净反力计算柱边及变阶处弯矩计算基础的高宽比为（3.0-0.8-20.4)/2(1.10-0.5)=1.17 m1263.87 m2184.13188.710.0060.01,取0.010.0120.01,取0.0120.390.560.135mm0.2mm满足要求0.174mm0.2mm满足要求b、基础设计(混凝土采用c25，钢筋采用hpb335级，基础垫层采用c10素混凝土）（1）作用于基础顶面上的荷载计算基础设计的不利内力如下: （2）基础高度及埋置深度确定按构造要求拟定基础高度，柱的插入深度h=800mm 。 杯底厚度a 200mm，取a=250mm 则 h=800+250+50=1100mm 基础顶面标高为-0.500m，室内外高差为150mm，故基础埋置深度d为： d=h+500-150=1450mm3.0m杯壁厚度t300mm，取325mm；则基础顶面突出柱边宽度b1=325+75=400mm杯壁高度h2=400mm （3）拟定基础底面尺寸=200+1.0201.45-0.5=219kn/1/62.73.6=5.83m（4）计算基底压力及验算地基承载力基础和其台阶上土重标准值： 201.459.72 =281.88kn 1.2f=1.2219kn/m=262.8kn/m基础底面压力计算及地基承载力验算类别第一组第二组第三组176.78133.80-176.78989.661089.90989.666.80-10.086.291271.541371.781271.54184.26122.71-169.86162.43162.18159.9699.21120.08101.68130.82219141.13219130.82219162.43262.8162.18262.8159