单层工业厂房设计.doc

塔里木大学课程设计一.设计资料1.1建设地点： 某市郊区1.2建设场地：地形平坦，地质均匀，地基土为粘性土，其承载力设计值，地下水位在。该工程位于非地震区，不考虑抗震设计和地基变形验算。1.3根据工艺要求，厂房主要参数如下：单层单跨厂房，柱距6m,总长66m，无天窗。跨内设2台双钩桥式吊车，吊车工作级别为A5级，其额定起重量。轨顶标高为10.2m,柱顶标高13m,檐口标高为15.5m,屋顶标高为17m,室内地面至基础顶面的距离为0.5m，室内外高差150mm，素混凝土地面。外围墙体为240mm厚双面清水砖墙（）。纵墙上每柱间设置上、下两层钢框玻璃窗（）：上层窗口尺寸（）， 窗洞顶标高取为柱顶以下250mm处；下层窗口尺寸（），窗台标高取为1000mm处。屋面活载标准值为，雪荷载标准值为。 活荷载组合值系数，风荷载组合值系数取0.6。屋面做法： 两毡三油防水层 20mm厚水泥砂浆找平层 100mm厚水泥蛭石保温层 一毡二油隔气层 20mm厚水泥砂浆找平层 预应力混凝土屋面板建筑材料 排架柱：采用C30混凝土，纵筋为HRB335级钢筋，箍筋为HPB235级钢筋。 基础：采用C20混凝土，下设100mmC10素混凝土垫层，钢筋为HPB235级。4.设计题目题号17设计跨度为24m，基本风压为，地震类别：B二.结构构件选型及柱截面尺寸确定2.1构件选型2.2柱截面尺寸及相应的计算参数：确定上柱高度、下柱高度和柱全高表1 主要承重构件选型表构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值屋面板G410（一）预应力混凝土屋面板YWB-2II1.4(包括灌缝重)天沟板G410（三）预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）TGB68-11.91屋架95G415（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度24m）YWJA-24-1Aa(屋盖钢支撑)吊车梁G323（二）钢筋混凝土吊车梁（吊车工作级别为A1-A5）DL-9Z39.5轨道连接G325（二）吊车轨道联结详图0.80基础梁G320钢筋混凝土基础梁JL-316.7图1 厂房剖面图由图1可知柱顶标高为13m,牛腿顶面标高为。所以柱的总高度H，下柱高度和上柱高度分别为： 根据柱顶标高、吊车起重量及工作级别等条件，可由表并参考表确定柱截面尺寸，见表2。表2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，B上柱下柱2.3计算单元和计算简图 取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2所示。图2 计算单元和计算简图三.荷载计算3.1恒载（1）屋盖恒载两毡三油防水层 20mm厚水泥砂浆找平层 100mm厚水泥蛭石保温层 一毡二油隔气层 20mm厚水泥砂浆找平层 预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 屋盖钢支撑 天沟板 屋架重力荷载为，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：（2）吊车梁及轨道重力荷载设计值 （3）柱自重重力荷载设计值各柱恒载作用位置如图3所示。图3 荷载作用位置图（单位：）3.2屋面活荷载 屋面活荷载标准值为：，雪荷载标准值为。后者小于前者，故前者计算，作用于柱顶的屋面活荷载设计值为： 的作用位置与作用位置相同。如图3所示。3.3风荷载 风荷载标准值按式计算。其中，根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度由附表确定如下：柱顶（标高13.0m） 檐口（标高15.5m） 屋顶（标高17.00m） 如图4（a）所示，则由可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为： 图4 风荷载体型系数及排架计算简图则作用于排架计算简图如图4（b）所示上的风荷载设计值为： 3.4吊车荷载由表可知吊车参数为：B=5.55m，K=4.40m，g=75，Q=200，。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，如图5所示。 (1)吊车竖向荷载 图5 吊车荷载作用下支座反力影响线(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为： 作用于排架柱子上的吊车横向水平荷载设计值为： 四.排架内力分析用剪力分配法进行排架内力分析。结果见表3。表3 柱剪力分配系数柱别A，B柱4.1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6（a）所示。图中的重力荷载及力矩是根据图3确定的，即 由于图6（a）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可根据表所列的相应公式计算。对于A，B柱，则 根据平衡条件求出各柱截面的弯矩和剪力；柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和。恒载作用下的弯矩图轴力图如图6（b），61（c）。图6（d）为排架柱的弯矩，剪力和轴力的正负规定。图6 恒载作用下的排架内力图 4.2屋面活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图7（a）所示。其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为; 则排架柱顶不动铰支座总反力为：将R反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶简力。并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时柱顶剪力，即：排架柱的弯矩图轴力图及柱底剪力如图7（b）（c）所示图7 屋面作用活荷载时排架内力图4.3风荷载作用下排架内力分析（1）左吹风时,计算简图如图8（a）所示，由表得： 各柱顶剪力分别为： 排架内力图如图8（b）所示。图8左吹风时排架内力图（2）右吹风时计算简图如图9（a）所示，将图8（b）所示柱内力图对换且改变内力符号后，即为右吹风时的内力图，如图9（b）所示。图9 右吹风时排架内力图4.4吊车荷载作用下排架内力分析（1） 作用于A柱 计算简图如图10（a）所示，其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A柱，则排架各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图、柱底剪力值如图10（b）（c）所示。图10 作用于A柱时排架内力图（2）作用于B柱 同时，将“ 作用在A柱的情况”A,B柱内力交换，并注意改变符号，可得柱的内力图。如图11。图11 作用于B柱时排架内力图（3） 作用于AB跨内当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图12（a）所示。对于A柱， 则 排架柱顶总反力R为： 各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图及柱底简力如图12（b）所示。图12 作用于AB跨内时排架内力图五.内力组合A、B柱内力设计值汇总如表4、表5，内力组合时，只以A柱组合，B柱相同，见表6。表4 A柱内力设计值汇总表柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活载作用在AB跨吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载作用A柱作用B柱作用在AB跨 左吹风右吹风序号1234567I-IM38.9274.284-39.75-39.7621.3625.48-32.04N520.9450.400000II-IIM-100.399-10.836154.390.8821.3625.48-32.04N574.150.4647.15135.46000III-IIIM41.24-4.566.37-87.14196.95196.25-174.37N626.4450.4647.15135.46000V15.231.62-9.465-9.46518.8826.8320.6注：M（单位为），N（单位为），V（单位为）。表6 A柱内力组合表截面+及相应N，V-及相应N，V及相应M，V及相应M,VI-IM+0.9(+)84.94+0.9+-2.88+0.9(42.78+0.9(42.78N566.3520.94566.3566.3II-IIM+0.9（0.9+）66.81+0.9+-119.76+0.9(+0.9)14.9+0.9(+0.9)-109.44N1098.3619.461143.6729.18III-IIIM+0.9(0.9+)447.1+0.9(+0.9+)-179.8+0.9(+0.9)81.7+0.90.9-27.1N1105.6754.31096716.2V57.0942.5620.3520.1315.7-121.4545.6-14.1869612.8918.86583.441.5627.511.4917.6注：M（单位为），N（单位为），V（单位为）。六.柱截面设计采用混凝土,，受力钢筋为，。箍筋采用HRB235级钢筋，上下柱均采用对称配筋。6.1上柱配筋计算由表6可见，上柱截面共有4组内力。取 。经判别，均为大偏心受压；取弯矩较大的一组计算，即取：，由附表查得上柱的计算长度，附加偏心矩取20mm由于，应考虑偏心矩增大系数。取选220（）， 查资料得：垂直于排架方向柱的计算长度则， =2237.63KN满足弯矩作用平面外的承载力要求。6.2下柱配筋计算取，与上柱分析方法类似，在表6中的8组内力中，选取下列2组不利内力：M=477.1KN.m，N=1150.6KN M=179.8KN.m，N=754.3KN（1）按M=447.1.1KN.m，N=1105.6KN计算 下柱计算长度取，附加偏心矩（大于20mm） b=100mm，由于,应考虑偏心矩增大系数，且取。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: (2)按M=179.8KN.m，N=754.3KN计算 应考虑偏心矩增大系数，且取。取。故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则 说明中和轴位于翼缘内，则: 取综合上述计算结果，下柱截面选用418（）。查资料得垂直于排架方向柱的计算长度则: 矩作用平面外的承载力亦满足要求。6.3柱的裂缝宽度验算规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。本设计在上、下柱均未出现的内力，故不需进行裂缝宽度验算。6.4柱箍筋配置 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200箍筋。6.5牛腿设计 根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸如图13所示。其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度。图13 牛腿尺寸简图（1）牛腿截面高度验算按式验算， 其中，（牛腿顶面无水平荷载），按下式确定：所以： 故牛腿截面高度满足要求。（2）牛腿配筋计算由于，因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求 ，实际选用414。水平箍筋选用100。6.6柱的吊装验算 采用翻身起吊，吊点在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。由资料可得，柱插入杯口深度为。则柱吊装时总长度为：，计算简图如图14所示。图14 柱吊装计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，柱各控制截面的弯矩为：由 ，得 令，得则下柱段最大弯矩为： 柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表7表6.2 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱71.44（52.92）95.5（70.74）77.180.971.4464.3463.460.995.585.95269.0592.880.4160.230.2730.3（满足要求）0.2100.3（满足要求）七.基础设计GB50007-2002建筑地基基础设计规范规定，对于6m柱距单层多跨厂房。其地基承载力特征值，吊车起重量-300KN,厂房跨度，设计等级为丙级时，可不做地基变形验算，本设计满足上述要求，故不做地基变形验算。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包括柱底（-截面）传给基础的M，N，V以及外墙自重重力荷载。前者可由表6中的-截面选取，见表8，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。内力的正负号规定见图15（b）表8 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1组447.11105.657.09315.786941.56第2组-179.8754.342.56-121.45612.827.5第3组81.7109620.3545.6918.8611.49图15 基础荷载示意图 由图15（a）可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0m，总高度为15.5m，墙体为240mm厚双面清水砖墙（）。钢框玻璃窗（），基础梁重量为16.7KN/根.每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：240mm厚砖墙 钢框玻璃窗 基础梁 距基础形心的偏心距为：7.2基础尺寸及埋置深度（1）按构造要求拟定高度h由资料查得柱的插入深度，取850mm。又知应大于200mm，取，则基础顶面标高为-0.500m，故基础埋置深度d为： 杯壁厚度，取t325mm；基础边缘高度取350mm，台阶高度取400mm，见图15（b）。（2）拟定基础地面尺寸适当放大，取（3）计算基底压力及验算地基承载力 基底压力按=计算，结果见表9，按验算地基承载力，其中验算结果见下表9。可见，基础底面尺寸满足要求。表9 基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第1组第2组第3组315.786941.56-121.45612.827.545.6918.8611.491510.161253.931560.02174.09-279.22-130.59187.8125.84183.6584.29189.91143.43156.82260187.8312133.97260183.65312166.7260189.913127.3基础高度验算 这时采用基地净反力设计值，和计算，可按计算，结果见表10。表10 基础底面净反力设计值计算表类别第1组第2组第3组447.11105.657.09-179.8754.342.5681.7109620.351495.341144.041494.74285.47-358.14-122.18210.55108.96185.9558.5181.43137.95因台阶高度与台阶宽度相等（均为400mm），所以只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力截面如图16。变阶处截面有效高度。因为所以： ；因，所以取，取；故基础高度满足要求。 图16变阶处的冲切破环截面7.4基础底板配筋计算（1）柱边及变阶处基底反力计算基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面简图如图16所示。三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表11。其中第1，3组内力产生的基底反力示意图见图17，第二组产生的基底反力示意图见图16；用表列公式计算第2组内力产生的和时，相应的2.25/3.6和2.65/3.6分别用 2.202/3.552和2.602/3.552代替，且。图17 基础底板配筋计算截面表11 柱边及变阶处基底净反力计算公式第1组第2组第3组171.9413