装配式混凝土等高排加结构设计.doc

20装配式混凝土等高排加结构设计第一部分原始资料：有一金工车间，不考虑抗震设防，采用装配式混凝土等高排加结构，不设天窗，车间长60m，跨数见表一，吊车为每跨两台中级工作制软钩吊车，其起重量见表1。表1级别跨数跨度（m）吊车起重量（t）吊车顶标高基础底面标高B11815+7.500-1.800已知资料：1. 采用卷材防水屋面，屋面恒荷载（包括卷材、20mm厚找平层、大型屋面板、屋架或屋面梁等）为1.4kN/m2（水平投影面积）2. 屋面活荷载0.70kN/m2，屋面没有积灰荷载。3. 雪荷载标准值0.40 kN/m2，风荷载标准值kN/m2，屋面坡度角11。21。4. 地基承载力180kN/m2。5. 围护墙采用在基础梁上砌筑的承自重的砖墙，在柱距6m范围内，包括基础梁、砖墙、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的水平距离为0.24m、6. 室内地坪标高为0.000，室外地坪标高为-0.300。7. 柱顶至檐口顶的竖向高度h1=2.1m，檐口至屋脊的竖向距离h1=1.2m。8. 混凝土强度等级，排架柱用C30，(fc=15 kN/m2,fcm=16.5 N/mm2,fk=2.0 N/mm2)，柱下扩展基础用C20。9. 排架柱主筋及柱下扩展基础内筋用II级钢筋(fy=310 N/mm2,Es=2105 N/mm2)，柱箍筋用I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（ZQ12ZQ862）一、 课题某金工车间二、 建筑概况根据工艺要求，采用单跨，车间长60m（不设伸缩缝），柱距6m，跨度18m，采用中级工作制吊车，轨顶标高取+7.500m，吊车起重量15t，基础底标高-1.800m。三、 自然条件1. 设计荷载：屋面恒荷载为1.4 kN/m2，考虑风荷载标准值0.35 kN/m2，雪荷载标准值0.40kN/m2。2. 地基承载力180 kN/m2。3. 室内地坪标高为0.000，室外地坪标高为-0.300。四、 吊车资料起重量(t)Q跨度(m)Lk宽度(mm)B轨距(mm)K轨顶至吊车梁顶面距离(mm)H轨道中至端部距离(mm)B1最大轮压 (kN)Pk(max)最小轮压(kN)Pk(min)总起重量(kN)G+g小车重量(kN)g1016.55150405019052301726186391516.55660440022272301554224473.2五、 材料和其它条件1. 混凝土强度等级，排架柱用C30，柱下扩展基础用C20。2. 排架柱主筋及柱下扩展基础内筋用II级钢筋，柱箍筋用I级钢筋。3. 采用卷材防水屋面。第二部分一、 构件选型一） 构件选择构件名称图集号外形尺寸重力荷载屋面板G410P90表2-131.4 kN/m2天沟板（无）1.21t钢筋砼屋架G314P93页选一18m屋架350 kg/m2吊车梁G323P109图2-89（a）取1-1剖面图4.55t基础梁G32016.7kN二） 柱的截面尺寸和参数（一） 柱子高度已知数据：吊车轨顶标高+7.500m，轨顶至吊车梁顶面距离：2.227m，基顶标高：-0.800m，室外地坪标高：-0.300m，轨道高0.200m，吊车梁高：0.900m。据上述数据进行计算： 上柱高H2轨顶至吊车梁顶面距离+吊车梁高+轨道高2.227+0.900+0.2003.327m，取值3.4m 下柱高H1轨顶标高-基顶标高-吊车梁高-轨道高7.500-（-0.800）-0.900-0.2007.2m 梁全高H3.4+7.210.6m（二） 柱截面尺寸（bh）1. 确定截面尺寸（1） 初定上柱截面尺寸，采用矩形上柱截面尺寸：bh=400400（2） 下柱截面尺寸根据P67，表2-8中的参数要求，首先确定相应的控制数Hk基础顶至吊车梁顶的高度下柱高+吊车梁高度7.2+0.98.1m10mHl基础顶至吊车梁底的高度下柱高7.2m截面尺寸依据表2-8中部分如下表项目分项截面高度截面宽度有吊车厂房Q=1520t实际15tHk10mHk/11Hl/20，并400mm;管柱rHl/85，D400mm下柱截面宽度b= Hl/20=7.2/20=0.360m360mm，并400mm，取b400mm下柱截面高度（因采中级工作吊车，所以取0.95的系数）h0.95Hk/110.958.1/110.700，取h=800mm下柱截面尺寸bh=400800，采用工字形，截面尺寸如下图1无吊车时：H/1810600/18590mmh=800mm（可以） H/3010600/30354mm0.3h0时，取ea0;4) 10.2+2.7 ei/h0, 11.0时，取11.0; 5) 21.15-0.01L0/h, L0/h15时，取21.0;考虑吊车荷载L02.0Hu（上柱）,不考虑吊车荷载L02.0H;6) 1+1/（1400e1/h0）(L0/h)212 （3） 柱在排架平面内的截面配筋计算柱在排架平面内的截面配筋计算 表03截面内力值ei（mm）e(mm)x(mm)b h0(mm)偏心情况As=As(mm2)计算实配备注I-IM(kN.m)-17.8531.968269.360.80.54360=194大偏心 bfhffcm(ho-hf/2)时，x=N-(bf-b)hffcm/bfcm=N-(400-100)15816.5/10016.5=N/1650-474;4)As、As.x上柱xxhf时As=As=Ne-（bf-b）hf (ho-hf/2)+bx(ho-x/2) fcm/fy(ho-as)（式3）= Ne-31805400+1650x(750-x/2)/21700上柱或下柱，当xNmax=401.32KN(可)下柱Nmax=1059kN,当考虑吊车荷载时，Lo=1.0H1=7200,I1=I2=1.729109mm4 A=400800-2(450+500)150/2=177500mm2,i=(I2/A)1/2=1.729109/(1.775105)=98.69mmLo/i=7200/98.69=73.0,查表，0.498，As=As=1256mm2 Nu=0.498(15177500+23101256)=1714000N=1714KNNmax=844.7KN(可)（5） 裂缝宽度验算III-III截面当M218.2kN.m,Nk=445.2kN,相应的eo=490mm,eo/ho=490/750=0.6530.55,故应作裂缝宽度验算，II截面因eo/ho=59/360=0.1640.55，因而不作此项验算。由内力组合表可知，验算裂缝宽度的最不利内力的标准值Mk=46.3/1.2+171.9/1.4=161.4kN.m,Nk=445.2/1.2=371kNeok=Mk/Nk=161.4/371=0.435mct=As/Act=1256/0.5100800+(400-100)150=0.0148k=1+1/(4000eok/ho)( Lo/h)2=1+1/(4000435/765)(12720/800)2=1.11ek=keok+h/2-as=1.11435+800/2-35=848mm,则纵向受力钢筋As合力至受压区合力作用点间的距离为Z0.87-0.12(1-)(ho/ek)2ho=0.87-0.121-(400-100)150/(100765)(765/848)2765=635mm纵向受拉钢筋As的应力s=Nk(ek-Z)/(AsZ)=371000(848-635)/(1256635)=99N/mm2 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数1.1-0.65f1k/(cts)=1.1-0.652/(0.014899)=0.213故最大裂缝开展宽度Wmax=cts/Es(2.7c+0.11/ct)=2.10.213180/(2.0105)(2.725+0.1120/0.0148)0.7=0.061mm0.3mm（可）2. 柱牛腿设计（1） 牛腿几何尺寸的确定牛腿截面宽度与柱宽相等为400mm，若取吊车梁外侧牛腿外边缘的距离C180mm，吊车梁端部宽为100mm，吊车梁轴线到柱外侧的距离为750mm，则牛腿顶面的长度为750-400+340/2+80600mm，相应牛腿水平截面高为600+4001000mm，牛腿外缘高度h1=500mm，倾角45o，于是牛腿的几何尺寸如图11所示（2） 牛腿的配筋由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，即c750-800-500，故该牛腿可按构造要求配筋;纵向钢筋取416，弯起钢筋取316，箍筋取8100（3） 牛腿局部挤压验算设垫板的长和宽为400400mm，局部压力标准值FvkDmax+G3k=417/1.4+54.6/1.2=343.4kN，故局部挤压应力的标准值k= Fvk/A=343400/(400400)=2.2N/mm2M=42kN.m（可）II-II截面bh=400800mm,ho=765mm,As=As=1256mm2,fy=310N/mm2,故截面承载力Mu= As fy(ho-as)=1256310(765-35)=2.842108N.mm=284.2kN.mM=75.4kN.m（可）(5) 裂缝宽度验算由承载力计算可知，裂缝宽度验算I-I截面即可，钢筋应力s=Mk/(0.87 As ho)=42000000/1.2/(0.87603365)=182.8 N/mm2按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率ctAs/(0.5bh)=603/(0.5400400)=0.00750.1，取ct0.011.1-0.65f1k/(cts)1.1-0.652.0/（0.01182.8）0.389Wmax=cts/Es(2.7c+0.11/ct)=2.10.389182.8/(2.0105)(2.725+0.1120/0.01)0.7=0.150mm0.3mm（可）实际，吊装阶段荷载为短期作用，最大裂缝宽度应为0.150/1.50.1mm，满足要求，柱若采用平卧起吊，承载力和裂缝宽度将均不满足要求。七、 基础设计1. 荷载计算（1） 由柱传至基顶的荷载荷载的设计值第一组Mmax=312kN.m,N=844.7kN,V=28.0kN第二组Mmin=-218.2kN.m,N=445.2kN,V=39.6kN第三组Nmax=915.2kN.m,M=186.9kN,V=2.2 kN相应的荷载标准值为第一组Mmax=260kN.m,N=704kN,V=24kN第二组Mmin=182kN.m,N=371kN,V=33kN第三组Nmax=763kN.m,M=156kN,V=2.0 kN（2） 由基础梁传至基顶的荷载墙重（含两面粉灰）1.2(11.9+0.8-0.45)6-4(3.8+1.8)5.24= 321.3 kN窗重（钢框玻璃窗）1.2(43.8+41.8)0.45=12.1kN基础梁 1.2(0.2+0.3)0.45625/2=20.3kN 由基础梁传至基顶荷载的设计值 G5353.7 kN相应的标准值G5k353.7 /1.2= 294.8 kNG3或G5k对基础底面中心的偏心距e5=0.3/2+0.8/20.55m，相应的偏心弯矩的设计值与标准值分别为G5e5=-353.70.55-194.5 kN.mG5ke5=-294.80.55-162.1 kN.m（3） 作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力假定基础高度为800+50+2501100mm=1.1m，则作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力的设计值分别为：第一组Mbot=312+1.128.0-194.5=248.3kN.mN=844.7+353.7 =1198.4kN第二组Mbot= -218.2-1.139.6-194.5=-456.3kN.mN=445.2+353.7 =798.9kN第三组Mbot=186.9+1.12.2-194.5=-5.18kN.mN=763+353.7 =1116.7kN相应的荷载标准值为第一组Mk,bot=206.9kN.m,Nk=998.3kN第二组Mk,bot=-380.3kN.m,Nk =665.8kN第三组Mk,bot= -4.3kN.m,Nk = 930.6kN基础的受力情况如图13所示2. 确定基底尺寸按第二组荷载标准进行计算，该例由于宽度和深度修正对地基承载力影响较小，计算中取ffk=200kN/m2 (1) 基底短边尺寸b=( Nk/(f-d)1/2= 665.8/(200-201.6)1/2=2.0m,取b=2.3m(2) 基底外形系数及长边尺寸CoMk,bot/(b Nk )= 380.3/(2.3 665.8 ) =0.25=f/(d)= 200/(201.9)=5.26查图 得1.54，故长边尺寸=b=1.542.3=3.54,取3.7m(3) 验算eok/6的条件eok= Mk,bot/ Nk,bot=380.3/(665.8+202.33.71.9) =0.384m/6=3.7/6=0.617m （可）(4) 验算其他两组荷载标准值作用下的基底应力第一组Pk,max= Nk,bot/A+ Mk,bot/w= Nk /A+d+ Mk,bot/w= 998.3 /(2.33.7)+201.9+ 206.9/(1/62.33.72) =117.3+38+39.4=194.7kN/m20 (可)Ptm= 117.3+38=155.3 kN/ m2f=200 kN/m2 (可)第三组Pk,max=930.6 /(2.33.7)+201.9+4.3/(1/62.33.72) =109.4+38+0.8 =148.2kN/m20 (可)Ptm=109.4+38 = 147.4kN/ m2F1=246kN (可)若基础混凝土强度等级改用C15(f1=0.9N/mm2),则Vp= 0.60.91725655610000N=610N F1=246kN (可)因此，基础的高度及分阶可按图所示的尺寸采用4. 基底配筋计算包括沿长边和短边两个方面的配筋计算，沿长边方向的钢筋用量，由前述三组荷作用下最大土壤净反力的分析可知，应按第一组荷载设计值作用下的土壤净反力进行计算，而沿短边方面，由于为轴心受压，其钢筋用量应按第三组荷载设计值作用下的平均土壤净反力进行计算。（1） 沿长边方向的配筋计算在第一组荷载设计值作用下，前面已算得Pn,max188.1kN/m2,相应于柱边及变阶处的土壤净反力如图15-a所示Pn,I 1198.4/8.51+248.3/5.248(0.4/1.85)151.1kN/m2Pn,II 1198.4