混凝土结构课程设计计算书.doc

1 工程名称：单层厂房2 设计资料（1） 装配车间跨度18m，总长72m，中间设伸缩缝一道，柱距6m.图（1）。（2） 车间内设有两台200 KN /50 KN 中级中级工作制吊车，其轨顶设计标高8.0 m。（3） 建筑地点在三门峡市郊区。（4） 车间所在场地，地平下1.15 m内为填土，填土下层3.5 m内均匀亚粘土，地基承载力设计值=240 KN/m2，地下水位为-4.05m，无腐蚀性，环境一般。基本风压=0.3 KN/m2，基本雪压=0.25 KN/m2. 。 图 1 建 筑 平 面 图 (5) 厂房中标准构件选用情况 1)屋面板采用采用G40（一），板重（包括灌缝在内）标准值为1.4 KN/m2. 。屋面采用水泥珍珠岩制品（100mm厚）保温隔热，三毡四油防水。 2）天沟板采用G40（三）标准图集中的JGB77-1天沟板，板重标准值2.02 KN/m2。 3)天窗架采用G316中的型钢筋混凝土天窗架天窗架CJ9-03,自重标准值KN/每榀天窗端壁选用G316中的DB9-3，自重标准值KN/每榀（包括自重、侧板、窗档、窗扇、支撑、保温材料、天窗电动开启机、消防栓等）。 4）屋架采用G415(三)标准图集中的预应力混凝土折线形屋架，屋架自重标准值106KN/每榀。1200mm，自重标准值44.2 KN/根，轨道及零件重1 KN/ m，轨道及垫层构造高度200 mm。（6）排架柱及基础材料选用情况1) 柱 混凝土：采用C30（=14.3 KN/m2 KN/ mm2,=1.0，=2.01N/mm2）。钢筋：纵向受力纲筋采用采用HRB235级钢筋（=300 N/mm2，E= 5N/mm2）2）基础混凝土：采用C20。 钢筋：采用HRB235级钢筋（=300 N/mm2）。3.结构计算 （1）尺寸计算1）上柱高及柱全高的计算 根据图2所示及有关设计计算数据。图 2 建 筑 剖 面 图上柱高=柱顶标高-轨顶标高+吊车梁高+轨道构造高 =柱顶标高-8m+1.2m+0.20m=1.8m柱顶标高=8.4 m 全柱高=柱顶标高-基顶标高=8.4 m-（0.0 m）=8.4 m 故下柱高=8.4-1.8m=6.6 m上柱与全柱高的比值 =1.8/8.4=0.212）初定柱截面尺寸 根据表(A)的参考数据，上柱采用矩形，=，下柱选用工资性，=（其余尺寸见图3）。 图（3）根据表（B）关于下柱截面宽和高的限值，验算初定截面尺寸。对于下柱截面宽度/22=6600/22 mm =300 mm对于下柱截面高度，有吊车时 /12=6600/12 mm=550 mm无吊车时 1.5/25=504 mm3）上、下柱截面惯性矩及其比值排架平面内：上柱 下柱 比值 n=/=2.139 mm4 /10mm4=0.15排架平面处：上柱 、=2.139 mm4下柱 =21.583.34003/12mm4+483.41003 / 12mm4=1.73109mm4排架计算简图（几何尺寸及截面惯性矩）如图图(4)所示。 图(4) 排架计算简图（2）荷载计算 1）恒荷载 屋盖结构自重 预应力混凝土大型屋面板 1.21.4 KN/m2 =1.68 KN/m2 20厚水泥砂浆找平层 1.2200.02 KN/m2 =0.48 KN/m2 一毡二油隔汽层 1.20.05 KN/m2 =0.06 KN/m2 100厚水泥珍珠岩制品保温层 1.240.1=0.48 KN/m2 两毡三油防水层 1.20.35 KN/m2 =0.42 KN/m2 / =3.6 KN/m2天沟板 1.22.026 KN=14.54 KN/m2天窗端壁 1.257 KN=68.4 KN 屋架自重 1.2106KN=127.2 KN 则作用于一端柱顶的屋盖结构自重设计值为 P1 =3.6636 KN+14.54 KN+68.4 KN+127.2/ 2KN=924.1 KN 1 = /2-150=400/2 -150=50 柱自重 上柱自重设计值 P2 =1.2250.40.41.8KN=8.64KN 2 =h1 /2-h2 /2=800/2-400/2=200 下柱自重设计值 下 4 =0 吊车梁及轨道等自重设计值 P3 =1.2(44.2+16) KN=60.2 KN e3 =750 - h1 /2=750 -800/2 =350 2）屋面活荷载 由荷载规范可知，对不上人的钢筋混凝土屋面，其均布活荷载的标准值为0.7KN/m2 ，大于该厂房所在地区的基本风雪压压S0 =0.25KN/m2 ,故屋面活荷载设计值在每侧柱顶产生的压力为 Q1 =1.40.5636KN=151.2 KN 1 =50 3)吊车荷载 由表B查得：pmax =220 KN,Pmin=60 KN,B=5600,K=4400,k=77.2 KN。 根据根据N与K及反力影响线，可算得与各轮对应的反力影响线竖标（图5），于是可求得作用于柱上的吊车垂直荷载设计值 图(5)Dmax=0.9rQPmax=0.91.4220(1+0.267+0.8+0.067) KN=592 KNDmin=(Pmin/Pmax)Dmax=(60/220)592=161 KN3=750- h1 /2=750-800/2=350作用于每个轮子上的吊车水平制动力的标准值 T=a/4（Q+）=0.1/4(200+77.2) KN=6.93 KN侧作用于排架上的吊车水平荷载设计值为 Tmax=rQT=1.40.96.93(1+0.267+0.8+0.067) KN=18.6 KN其作乐用点到柱顶的垂直距离 =H1-h=1.8-1.2=0.6 / H1=0.6/1.8=0.3334）风荷载 三门峡地区的基本风压=0.3 KN/m2，高度的取值：对、按柱顶标高8.4考虑，查荷载规范得，=1.070=1.232，如图(6)，则 图(6) 风荷载体形系数 =（1.3 h1+0.4 h2）B =1.4（1.32.3+0.41.59）1.2320.36 KN =11.26KN=B=1.40.81.0700.36 KN/=2.16 KN/=B=1.40.51.0700.36 KN/=1.35 KN/（3）内力计算 1）恒荷载 根据恒荷载的对称性和考虑施工过程中的实际受力情况，可将图7中的恒荷载P1、P2及P3和P4的作用用简化为A、B、C计算图。图(7 ) 图(8)在P1的作用下 M11= P11=924.10.05 KN=46.2 KN M12 = P12=924.10.2 KN=184.8 KN已知=0.15，=0.21，由图11-28b中的公式 故在M11作用下不动铰支承的柱顶反力由图11-28中公式可得 R11=- C1 M11/=-1.0746.2/8.4 KN =-5.9 KN（）由图11-28c中的公式可得 故在M12作用下，不动铰支承的柱顶反力公式可得 R12=- C2 M12/=-1.4184.8/8.4 KN=-30.8 KN（）因此，在M11和M12作用下（即在P1的作用下），不动铰支承的柱顶反力为 R =R11 +R12 =-5.9 KN-30.8 KN=-36.7 KN（）相应的弯矩图如图8A所示。在P2作用下 M2 =- P2 2 =-8.640.2 KN=-1.73 KN（）相应的弯矩图如图8B所示。在P3、P4作用下 M3 =- P3 e3 =60.20.35 KN=21.1 KN（）相应的弯矩图如图8C所示。将图A、B、C的弯矩图叠加，得P1、P2及P3和P4的共同作用下的恒荷载弯矩图（图8D），相应的轴力N图如图E所示。2）屋面活荷载Q1 对于单跨排架，Q1 与P1 一样的对称荷载，且作用位置相同，仅数值大小不一，故由P1 的内力图按比可求得Q1 的内力图。如：柱顶不动铰支承反力为 RQ1 = （Q1 / P1 ）R1 =-（151.2/924.1）36.7=-6 KN（）相应的的M和N图如图9A、B所示。图（9）3）吊车荷载吊车垂直荷载作用. Dmax作用在A柱的情况 图8中吊车垂直荷载作用下的内力，可按如图10所示的简图进行计算。因此，A、B柱的柱顶剪力可按下列公式计算。计算简图M图图（10）吊车垂直荷载作用下的内力 VAD =-0.5MDmax +M DminC2/ =-0.55920.35+1610.351.2/8.4 KN =-18.8 KN（绕杆端反时针转） VBD=-0.5MDmax +M DminC2/ =-0.55920.35+1610.351.2/8.4 KN =-18.8 KN（绕杆端顺时针转）相应的弯矩图10B所示。. Dmin作用在A柱的情况 由于结构对称，故只需将A柱与B柱的内力对换，并注意内力变号即可。吊车水平荷载作用. Tmax从左向右作用于A、B柱的内力，可按如图11A所示的简图进行计算。因此，A、B的柱顶剪力为 图（11）吊车水平荷载作用下的内力 VAD = VBD =0,故相应的弯矩图如图11A所示。. Tmax从右向左作用于A、B柱的内力，仅荷载方向相反，故弯矩仍利用上述计算结果，但弯矩图也与之相反（图11B）4）风荷载风从左向右吹（12A） 先求柱顶反力系数CW 。当风荷载沿株高均匀分布时，由图11-28中的公式 CW = =0.34对于单跨排架，A、B柱柱顶剪力可按下式计算、柱相应的弯矩图见图12B） 图（12 ）风荷载作用下的内力计算风从右向左吹（图12B） 在这中情况下，荷载方向相反，故弯矩图也与从左向右吹的相反（图12B）（4）最不利内力组合 本例由于结构对称，故只需A(或B)柱进行最不利组合，其步骤如下：1)确定需要单独考虑的荷载项目。不考虑地震的单跨的排架，共有八种需单独考虑的荷载项目，由于小车无论向右或向左运行中刹车时，A、B柱在作用下，其内力的大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。因此，单独考虑的荷载项目共7项。2）将各种荷载作用下设计控制界面(1、)的内力内力、（截面还有剪力）填入组合表（1）。填表时要注意有关内力符号的规定。3）根据最不利又是可能的原则，确定每一内力组的组合项目，并算出相应的组合值。计算中，当风荷载与活荷载（包括吊车荷载）同时考虑，除恒荷载外，其余荷载作用下的内力均乘以0.85的组合系数。柱号截面荷载项目内力恒荷载屋面活荷载吊车荷载风荷载内力组合P1 P2P3 P4Q1Dnax在柱Dmin在柱Tmax左风又风Nmax及M、VNmin及M、V及N、V项目组合值项目组合值项目组合值A柱M/( )19.93.24-33.8-33.822.312.0-13.1+-67.3+0.85+-39.0+0.85+-39.0N/( )942151.20.000.000.00.00.01093.2942942M/( )-145.5-27173.422.5622.312.0-13.1+23.2+158.6+0.85+31.8N/( )1002.2151.25921610.00.00.01745.41002.21505.4M/( )154.5612.649.3-101.5191.6115.7-99.7+408.8+270.3+0.85+468.4N/( )1040.9151.25921610.00.00.01748.11040.91672.6V/+36.7+6-18.818.818.622.8-17.542.559.561.4组合表(1)(5)柱子设计 1）柱截面配筋计算 最不利组合的选用 由于截面的弯矩和轴向力的设计值均比截面的大，故下柱的配筋由截面的最不利内力组确定，而上柱的配筋由截面的最不利内力组确定。经比较，用上下柱截面配筋计算的最不利内力组合列入表（2） 确定柱在排架方向的初始偏心距 、计算长度及偏心距增大系数（表2）。表（2） 柱在排架方向的、及截面内力组M/( )-67.386360891.076004000.962.00N/( )1093.2M/( )-39.0194360194176004000.9601.46N/( )942M/( )270.35987505981193508000.9081.476N/( )1040.9M/( )468.4458750458166008001.0001.151N/( )1672.6注：1.。 2. 。 3. ，当时，取。4. 时，=1.0。5. 时，取，考虑吊车荷载（上柱），（下柱），不考虑吊车荷载。6. 柱在排架平面内的截面配筋计算（表3） 表3 柱在排架平面内的截面配筋计算截面内力组偏心情况计算实配M/( )-67.3892.0086.50.544360=196大偏心108603（3 16）N/( )1093.2M/( )-39.01941.4674.1196大偏心543N/( )942M/( )270.35981.47694.00.544750=408大偏心13631388（220+222）N/( )1040.9M/( )468.44581.151266.6408大偏心1134N/( )1672.6注：1.、见表（3） 2. 。3.上柱。下柱当时，；当时， 4. 、，上柱下柱当时当时 上柱或下柱，当时 ，柱在排架平面外承载力验算上柱=1093.2，当不考虑吊车荷载时，按表（4），查相关表得可以下柱,当考虑吊车荷载时，查混凝土结构设计规范相关表，查相关表得，故（可以）表（4） 采用刚性屋盖的单层工业厂房柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度项 次柱的类型排架方向垂直排架方向1无吊车厂房半跨1.51.01.2两跨及多跨1.251.01.22有吊车厂房上柱2.01.251.5下柱1.00.81.03露天吊车柱和栈桥柱2.01.0_注：1.表中：从基础顶面算起的柱子全高; 从基础顶面至装配式吊车梁底面或现浇式吊车梁顶面的柱子下部高度； 从装配式吊车梁底面或从现浇式吊车梁顶面算起的柱子的高度。2.表中有吊车厂房排架柱的计算长度，当计算中不考虑吊车荷载时，可按无吊车厂房采用；但上柱的计算长度能按有吊车厂房采用。3.表中有吊车厂房排架柱的上柱在排架方向的计算长度，及适用于的情况。当时，宜采用2.5。裂缝宽度验算 截面，当=270.3,N=1040.9,相应的故应作裂缝宽度验算。11截面因，因而可不作此项验算。 有内力组合表可知，验算裂缝宽度所需按荷载的标准组合的弯矩值、轴向力值：则纵向受拉钢筋合力至受压区合力作用点的距离为 纵向受拉钢筋的应力 裂缝间纵向受拉钢钢筋应变不均匀系数 故最大裂缝开展宽度可以2）柱牛腿设计 牛腿几何尺寸的确定 牛腿截面宽度与柱宽相等为400，若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离，吊车梁端部宽为340，吊车梁轴线到柱外侧的距离为550，则牛腿顶面的长度为550-400+340/2+80=400，相应牛腿的几何尺寸如图14所示。 牛腿的配筋 由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，即=550-600=-500，故该牛腿可按构造要求配筋；纵向钢筋取，箍筋取100（图13）。图（13）3）柱的吊装验算 吊装方案 一点翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处（图14a）。a)荷载计算 上柱自重 牛腿自重 下柱自重 计算简图如图14b所示 内力计算 弯矩图如图14c截面承载力计算截面11，故截面截面承载力为 截面22 ，故截面承载力为 裂缝宽度验算 由承载力计算可知，裂缝宽度验算面22即可。钢筋应力为 按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率为 柱若采用平卧起吊，承载力和裂缝宽度将均不满足要求。