钢混课程设计单层单跨工业厂房设计计算书.doc

中国地质大学长城学院 第 0 页 共 28 页 混混 凝凝 土土 结结 构构 课课 程程 设设 计计 书书 计 算 书 题目 班级 姓名 学号 教师 时间 中国地质大学长城学院 第 1 页 共 28 页 目 录 第一章 设计资料 1 第二章 厂房标准构件及排架柱材料选用 2 2 1 厂房中标准构件选用情况 2 2 2 排架柱材料选用 3 第三章 排架柱高与截面计算 4 3 1 排架柱高计算 4 3 2 柱截面尺寸计算 4 第四章 排架柱上的荷载计算 6 4 1 屋盖自重计算 6 4 2 柱自重计算 6 4 3 吊车 吊车梁及轨道自重计算 6 4 4 屋面活荷载计算 6 4 5 吊车荷载计算 6 4 6 风荷载计算 7 第五章 内力计算 8 5 1作用内力计算 8 X G 5 2 屋面活荷载内力计算 9 5 3 吊车竖向荷载作用内力计算 10 5 4 吊车水平荷载作用内力计算 11 5 5 风荷载作用 11 5 6 最不利荷载组合 12 第六章 排架柱设计 15 6 1 柱截面配筋计算 15 6 2 柱牛腿设计 16 6 3 柱的吊装验算 18 第七章 基础设计 20 7 1 荷载计算 20 7 2 基底尺寸计算 20 7 3 基底高度计算 22 中国地质大学长城学院 第 2 页 共 28 页 7 4 基底配筋计算 23 结论 26 参考文献 27 致谢 28 第 0 页 共 28 页 第一章第一章 设计资料设计资料 1 11 1 设计资料设计资料 1 工程名称 某锻工车间 2 建筑地点 车间所在场地 天然地面下 0 8m 内为填土 填土下层 3 5m 内为粉质粘土 地基承 载力设计值 设计水位很低 不予考虑 2 200mkNf 3 自然条件 基本风压 基本雪压 屋面积灰荷载 2 0 3 0 mkN 2 0 25 0mkNs 2 5 0mkN 4 建筑平面 剖面如图 1 1 和图 1 2 所示 图 1 1 建筑平面布置图 图 1 2 I I 剖面图 第 1 页 共 28 页 第二章第二章 厂房标准构件及排架柱材料选用厂房标准构件及排架柱材料选用 2 12 1 厂房中标准构件选用情况厂房中标准构件选用情况 2 1 1 屋面做法屋面做法 两毡二油防水层上铺小石子 0 35kN m 2 20mm 水泥沙浆找平层 0 4kN m 2 100mm 珍珠岩保温层 0 5kN m 2 一毡二油隔气层 0 05kN m 2 20mm 水泥沙浆找平层 0 4kN m 2 合计 2 1 7 1 mkNgg k 屋面活荷载 2 1 0 1mkNq k 屋面外荷载 2 11 7 20 17 1mkNqg kk 屋面板采用 G410 一 标准图集 1 5m 6m 预应力混凝土屋面板 卷材防水 中间跨 YWB 2II 边 跨 YWB 2IIS 允许外荷载 2 46 2 mkN 板自重 2 2 30 1mkNg k 灌缝重 2 3 10 0 mkNg k 2 1 2 檐口板 嵌板檐口板 嵌板 檐口板 嵌板采用 G410 二 标准图集体 中间跨 YWB 1 边 跨 YWB 1S 允许外荷载 2 50kN m 2 板自重 1 65kN m 2 灌缝重 0 10kN m 2 2 1 3 屋架屋架 屋架采用 G415 一 标准图集的预应力混凝土折线型屋架 YWJ 24 1Ba 允许外荷载 4 00kN m 2 屋架自重 2 4 5 60mkNg k 2 1 4 天沟板天沟板 天沟板采用 G410 三 标准图集 中间跨 TGB77 第 2 页 共 28 页 中间跨左开洞 TGB77 1b 中间跨右开洞 TGB77 1a 端跨左开洞 TGB77 1sb 端跨右开洞 TGB77 1sb 允许荷载 3 05kN m 2 构件自重 1 90kN m 2 2 1 5 吊车梁吊车梁 吊车梁选用 G323 二 标准图集 中级工作制备 两台起重量为 16 3 2 t 的吊车 mLk 5 13 选用吊车梁 中间跨 DL 8Z 边跨 DL 8B 构件自重 根 根 8 40 5 39 5 kN kN g k 吊车轨道联接选用 G325 标准图集 中级吊车自重 mkNg k 8 0 6 2 22 2 排架柱材料选用排架柱材料选用 1 混凝土 采用 C30 01 2 3 14 22 mmNfmmNf tkc 2 钢筋 纵向受力钢筋采用 HRB335 级 102 55 0 300 252 mmNEmmNf sby 3 箍筋 采用 HPB235 级 210 2 mmNfy 4 型钢及预埋铁板均采用 I 级 第 3 页 共 28 页 第三章第三章 排架柱高与截面计算排架柱高与截面计算 3 13 1 排架柱高计算排架柱高计算 由吊车资料表可查得 H 2097mm 轨顶垫块高为 200mm 牛腿顶面标高 轨顶标高 吊车梁 轨顶垫块高 9 600 1 500 0 200 7 900m 取 8 100m 柱顶标高 牛腿顶面标高 吊车梁高 轨顶垫块高 H 0 2 8 100 1 500 0 200 2 097 0 2 12 097m 取 12 300m 上柱高 柱顶标高 牛腿顶面标高 u H 12 300 8 100 4 200m 全柱高 柱顶标高 基顶标高H 12 300 0 500 12 800m 下柱高 全柱高 上柱高 l H 12 800 4 200 8 600m 实际轨顶标高 牛腿顶面标高 吊车梁高 轨顶垫块高 9 800m 则 9 8m 9 6m 9 6m 0 220 满足要求 3 23 2 排架截面尺寸计算排架截面尺寸计算 截面尺寸需要满足的条件为 b H 25 168mm h H 12 350mm uu 取柱截面尺寸为 上柱 b h 400 400 下柱 I b h b h 400 800 100 150 如图 3 1 ff 第 4 页 共 28 页 图 3 1 下柱截面图 第 5 页 共 28 页 第四章第四章 排架柱上的荷载计算排架柱上的荷载计算 4 1 屋盖自重计算屋盖自重计算 5 02 1 2 2 1 43211 kkkk ggggG 厂房跨度 柱距 1 2 1 70 1 30 0 10 6 18 2 1 2 60 5 0 5 237 18KN 作用在柱顶 150 2 400150 2 1 上 he 50与上柱中心线的偏心距mm 4 2 柱自重计算柱自重计算 上柱 作用于上柱中心线 2 GkN 8 162 44 04 025 2 e mm hh ul 200 2 400 2 800 2 2 下柱 5 370 8 15 0 2 6 055 0 2 9 04 0 25 4 作用于下柱中心线kNG mme0 4 4 3 吊车 吊车梁及轨道自重计算吊车 吊车梁及轨道自重计算 2 1 653 柱距 kk ggG 72 54 68 0 8 40 2 1作用于牛腿顶N 350mm800 2 750 2750 3 与下柱中心线偏心距 下 he 4 4 屋面活荷载计算屋面活荷载计算 BQ 2 5 05 0 4 1 1 厂房跨度 6 756 2 18 14 1 1 GkN 作用位置同 4 5 吊车荷载计算吊车荷载计算 竖向荷载 155kN 77 63kN K 4000mm B 5955mm 192kN 63 26kN k p max k p min k Q k g 根据 B 与 K 由影响线 见图 4 1 可以求得 0 0075 0 67417 1 y 2 y 1 00 0 3333 3 y 4 y 由上求得 ikQ ypD 9 0 maxmax 015 2 1554 19 0 53 392 3 GkN 作用同 KN196 6 m in D 吊车水平荷载为 4 1 40004000 1955 0 67417 0 333 第 6 页 共 28 页 kNgmQT kk 9 6 326 6 2 19 9 012 0 4 1 4 1 则 作用于吊车梁顶面 7 17 155 9 1 53 392 max kNT 其作用点到柱顶的垂直距离 垫块高吊车梁高上柱高 ym5 22 0 5 1 2 4 6 0 2 4 5 2 u H y 4 6 风荷载计算风荷载计算 基本风压 2 0 3 0 mkN 风压高度变化系数 z按 B 类地区考虑 根据柱顶标高 12 3m 查看 荷载规范 用内插法得 对 Fw 按檐口标高 14 4m 用内插法得 风载体型系数 s1 0 8 s2 0 5 098 1 z 08 1 z 具体情况见下图 4 2 风向 24201800 图 4 2 风荷载体型系数 则 mkNBq zs 2 2163 0098 1 8 04 1 4 1 01 mkNBq zs 1 3863 0098 1 5 04 1 4 1 02 柱顶风荷载集中力设计值 2010 5 0 6 0 5 08 04 1BhBhF zzw 7 5KN 12 3 2100 14 4 15 6 1200 第 7 页 共 28 页 第五章第五章 内力计算内力计算 5 15 1作用内力计算作用内力计算 x G 5 1 15 1 1 作用作用 排架无侧移排架无侧移 1 G mkNeGM 86 1105 018 237 1111 mkNeGM 44 472 018 237 2112 由 则 1207 0 l u I I n336 0 5 12 2 4 H Hu 13 2 1 1 1 1 1 1 2 3 3 2 1 n n C 故作用下不动铰承的柱顶反力为 11 M kN H M CR02 2 5 12 86 11 13 2 11 111 同时有 043 1 1 1 1 1 2 3 3 2 2 n C 故在作用下不动铰承的柱顶反力为 12 M kN H M CR 3 96 5 12 44 47 043 1 12 212 故在共同作用下 即在 G 作用下 不动铰支承的柱顶反力为 1211 MM 和 1 kNRRR98 5 12111 相应的计算简图及内力图如图 5 1 所示 第 8 页 共 28 页 图 5 1 恒荷载作用下的内力 a G 的作用 b M 图 kN m c N 图 kN 1 5 1 2 作用计算简图及内力图作用计算简图及内力图 432 GG G kNG 6 15 2 kNG54 72 3 kNG31 40 4 mme350 3 相应的计算简图及内力图如图 5 2 所示 第 9 页 共 28 页 图 5 2 G G G 作用计算简图及内力图 234 a G G G 作用 b M 图 kN m c N 图 kN 234 5 25 2 屋面活荷载内力计算屋面活荷载内力计算 对于单跨排架 与一样为对称荷载 且作用位置相同 但数值大小不同 故由的内力计 1 Q 1 G 1 G 算过程可得到的内力计算数值 1 Q mkNeM 15 350 063Q 1111 mkNeM 6 1252 063Q 2112 kN H M CR53 0 11 111 kN H M CR051 12 212 kNRRR58 1 12111 相应的计算简图及内力图如图 5 3 所示 第 10 页 共 28 页 图 5 3 Q 作用计算简图及内力图 1 a Q 的作用 b M 图 kN m c N 图 kN 1 5 35 3 吊车竖向荷载作用内力计算吊车竖向荷载作用内力计算 作用于 A 柱 作用于 B 柱 其内力为 max D min D mkNeDMD 61 9635 0 04 276 3maxmax mkNeDMD 8 1635 0 01 48 3minmin 厂房总长 72m 跨度为 18m 吊车其重量为 16 3 2t 则查得有檩条屋盖的单跨厂房空间作用分配系 数 0 85 H C MMV DDA 2 minmaxmax 25 0 5 12 043 1 8 1685 0 61 9685 0 25 0 23 5kN H C MMV DDB 2 minmaxmax 2 5 0 5 12 043 1 8 1685 0 261 9685 0 5 0 23 4 kN 相应的计算简图及内力图如图 5 4 所示 图 5 4 D作用计算简图及内力计算 max a D的作用 b M 图 kN m c N 图 kN max 第 11 页 共 28 页 D作用于 A 柱时 由于结构对称 故只需 A 柱与 B 柱的内力对换 并注意内力变号即可 min 5 45 4 吊车水平荷载作用内力计算吊车水平荷载作用内力计算 当 T向左时 A B 柱的柱顶剪力按推导公式计算 max Y 0 667 H 用内插法求得 C 0 55 有 T 10 77kN 0 85 则 5max V V 1 C T 0 89 kN TATB5max 相应的计算简图及内力图如图 5 5 所示 图 5 5 T的作用计算简图及内力图 max a T的作用 b M 图 kN m c V 图 kN max 当 T向右时 仅荷载方向相反 故弯矩值仍可利用上述计算结果 但弯矩图的方向与之相反 max 5 55 5 风荷载作用风荷载作用 风从左向右吹时 先求柱顶反力系数 C为 11 1 1 1 1 1 1 8 3 3 4 11 n n C321 0 1 1207 0 1 336 01 1 1207 0 1 336 01 8 3 3 4 对于单跨排架 A B 柱顶剪力分别为 0 5 F CH q q A V w1112 0 5 7 36 0 307 12 5 2 14 1 34 2 15 kN 0 5 F CH q q B V w1112 0 5 7 36 0 336 12 5 2 14 1 34 5 22 kN 第 12 页 共 28 页 相应的计算简图及内力图如图 5 6 所示 图 5 6 风荷载作用计算简图及内力图 a 风荷载的作用 b M 图 kN m 风从右向左吹时 仅荷载方向相反 故弯矩值仍可利用上述计算结果 但弯矩图的方向与之相反 5 65 6 最不利荷载组合 最不利荷载组合 由于本例结构对称 故只需对 A 柱 或 B 柱 进行最不利内力组合 其步骤如下 1 确定需要单独考虑的荷载项目 本工程为不考虑地震作用的单跨排架 共有 8 种需要单独考 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 T作用下 其内力大小相等而符 max 号相反 在组合时可列为一项 因此 单独考虑的荷载项目共有 7 项 2 将各种荷载作用下设计控制截面 I I II II III III 的内力 M N III III 截面 还有剪力 V 填入组合表 5 1 填表时要注意有关内力符号的规定 3 根据最不利又最可能的原则 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 同时考虑时 除恒荷载外 其余荷载作用下的内力均应乘以 0 85 的组合系数 排架柱全部内力组合计算结果列入表 5 1 第 13 页 共 28 页 表 5 1 排架柱内力组合表 恒荷 载 屋 面 活 荷 载 吊车荷载风荷载内力组合 G1 G2 G3 G4 Q1 Dmax 在 A 柱 Dmin 在 A 柱 Tmax左风右风 Nmax 及 M V Nmin 及 M V M max 及 N V 柱 号 截 面 荷 载 项 目 内 力 项目 组合 值 项 目 组合 值 项目 组合 值 M kN m 12 883 49 21 97 17 7711 3427 9 33 7451 33740 7851 337 I I N kN 219 316300000 09 276 01 219 31 0 9 276 01 M kN m 18 54 9 11469 850 9811 3427 9 33 7471 44 52 2879 64 II II N kN 274 0263276 0448 1000 0 9 579 15 6 274 02 0 9 522 47 M kN m 30 3323 6531 24 36 0793 34194 1 169 9338 43 155 04338 43 N kN 314 3363276 0448 1000619 47357 62619 476 A 柱 III III V kN 5 951 58 5 23 4 23 9 8828 9 21 97 0 9 35 11 10 79 0 9 3 76 第 14 页 共 28 页 第六章第六章 排架柱设计排架柱设计 6 16 1 柱截面配筋计算柱截面配筋计算 由于本例结构对称组合 故只需对 A 柱 B 柱进行最不利内力组合 其步骤如下 1 确定如要单独考虑的荷载项目 本例为不考虑地震作用的单跨排架 共有 8 种需要单独考虑的荷 载项目 由于小车无论向右或向左运行中的刹车时 AB 柱在 T 作用下 其内力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 种 2 将各种荷载作用下设计控制截面 1 1 2 2 3 3 的内力 M N 填入组合表 填表时要注意有关内 力符号的规定 3 格局最不利又最有可能的原则 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 除恒载外 其余荷载作用下的内力均乘 0 85 的组合系数 截 面 1 1 最不利内力 M M maxN NmaxN Nmin M KN m MNMNMN N KN 62 59220 5 11 11283 5 62 59220 5 e mm 28339297 截面尺寸 mm b h 400 400 h mm 360 ea mm 202020 ei mm 30359317 L mm 8400 1111 20 940 940 94 1 352 81 33 x mm 38 55038 5 第 15 页 共 28 页 AS mm 525 3301 1525 3 198 x 实配值 mm 2 18 509 截 面 3 3 最不利内力 M M maxN NmaxN Nmin M KN m MNMNMN N KN 281 2699 52204 766767 79223 08312 72 e mm 402267713 4 截面尺寸 mm bf h b hf 400 900 100 150 h mm 760 ea mm 303030 ei mm 432297743 4 L mm 860019200 1111 2111 1 321 4354 7 x mm 122 3134 254 7 AS mm 675543773 5 473 x 实配值 mm 5 14 769 6 26 2 柱牛腿设计柱牛腿设计 6 2 16 2 1 牛腿几何尺寸的确定 牛腿几何尺寸的确定 牛腿截面尺寸与柱宽相等 为 400 牛腿顶面的长度为 800 相应牛腿水平截面长度为mmmm 1200 取牛腿外边缘高度为 h 300 倾角 45 于是牛腿的几何尺寸如图 6 1 所示 mm 1 mm 第 16 页 共 28 页 图 6 1 牛腿几何尺寸及配筋图 6 2 26 2 2 牛腿几何尺寸的验算 牛腿几何尺寸的验算 由于吊车垂直荷载作用下柱截面内 a 750 900 150 即取 0 mm 则 F D G 392 53 54 72 447 25 vkmaxk3 kN F T 17 7 1 4 12 64 hkmax kN 0 8 1 0 5 0 0 5 0 5 01 h a bhf F F tk vk hk 25 447 75 11 0 5 56040001 2 F 447 25 vk kN 所以截面尺寸满足要求 6 2 36 2 3 牛腿配筋 牛腿配筋 由于吊车垂直荷载作用下柱截面内 故该牛腿可按构造要求配筋 选 512 565mm2 As 565 mm pminbh 400 mm 22 箍筋要求 取 8 100 有 h A 2 100 375 6mm A 2 282 5 mm 符合要求 3 2 0s 2 s 2 第 17 页 共 28 页 6 2 46 2 4 局部承压强度验算 局部承压强度验算 0 75f A 0 75 14 3 400 400 1716 kN F 447 25 cvk kN 所以满足要求 6 3 柱的吊装验算柱的吊装验算 6 3 16 3 1 吊装方案 吊装方案 采用一点翻身起吊 吊点设在牛腿与下柱交接处 动力系数取 1 5 6 3 26 3 2 荷载计算 荷载计算 上柱自重 g 1 2 1 5 25 0 4 0 4 7 2 1 mkN 牛腿自重 g 1 2 1 5 25 10 87 2 6 0 3 0 2 1 0 60 1 4 0 2 mkN 下柱自重 g 1 2 1 5 25 0 1876 8 44 3 mkN 6 3 36 3 3 内力计算内力计算 M 7 2 4 2 63 504 1 2 1 2 mkN M 7 2 4 8 10 87 7 2 0 6 92 5 2 2 1 2 2 1 2 mkN M 8 44 8 21 27 3 8 1 2 2 5 92 mkN 柱的吊装验算简图如图 6 2 所示 42008000 600 第 18 页 共 28 页 图 6 2 柱吊装验算简图 6 3 6 3 4 截面承载力计算截面承载力计算 截面 1 1 mmmmhb400400 365 0 mmh 2 509mmAA ss 2 300mmNf 故截面承载力为 1 0 39 50 35 365 300509 MmkNahfAM sysu 截面 2 2 mmmmhb900400 865 0 mmh 2 769mmAA ss 2 300mmNf 故截面承载力为 mkNMmkNahfAM sysu 5 92 5 191 35 865 300769 2 0 故满足要求 第 19 页 共 28 页 第七章第七章 基础设计基础设计 7 1 荷载计算荷载计算 由柱子传至基顶的荷载 由排架柱内力组合表可得设计值如下 第一组 mkNM 43 338 max kNN47 619 kNV78 19 第二组 mkNM 04 155 min kNN62 357 kNV63 17 第三组 kNN47 619 max mkNM 43 338kNV88 79 由基础梁传至基顶的荷载 墙重 含两面刷灰 kN36 3621824 0 8 18 14 645 0 5 086 132 1 窗重 钢框玻璃窗 kN67 124 0 8 148 44 2 1 基础梁 kN37 1025624 024 02 1 由基础梁传至基础顶面的荷载设计值 kNG326 5 对基础底面中心的偏心距 5 Gme52 0 2 8 0 2 240 5 相应偏心弯矩设计值 mkNeG 52 169 52 0 326 55 作用于基底的弯矩和响应基顶的轴向设计值 假定基础高度为 则作mm110025050800 用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值为 第一组 mkNMbol 67 19052 16978 191 143 338 kNN 5 94532647 619 第二组 mkNMbol 95 34352 169 63 171 104 155 kNN62 68332662 357 第三组 mkNMbol 82 53752 169 88 791 147 619 kNN43 66432643 338 7 2 基底尺寸的确定基底尺寸的确定 由第 1 组荷载确定 和 lb 1 1 A2 6 6 120 200 5 945 4 1 2 9 7m 取 则取 5 1 bl 2mb ml4 验算的条件 6 le 6 14220 5 945 67 190 0 bol bol N M e 第 20 页 共 28 页 7 06 16 0满足要求mlm 验算其他两组荷载设计值作用下的基底应力 第 2 组 W M d A N W M A N p bol G bolbol max 2 42 6 1 95 343 6 120 42 62 683 fmkN2 1 9 181 2 2882402 1 2 满足要求mkN 49 64 3245 85 min p 0 96 52 2 满足要求 mkN 45 1173245 85 2 满足要求fmkNpm 第 3 组 2 max 42 6 1 82 537 6 120 42 43 664 p 8 1003283 fmkN2 1 8 215 2 满足要求 8 100 3283 min p 0 2 14 2 满足要求 mkN 3283 m p 满足要求 115 2 fmkN 所以最后确定基底尺寸为 如图 7 1 所示 mm42 第 21 页 共 28 页 图 7 1 基础底面尺寸图 7 37 3 确定基底高度确定基底高度 前面已初步假定基础的高度为 1 1m 若采用锥形杯口基础 根据构造要求 初步确定的基础剖面 尺寸如图 7 2 所示 由于上阶底面落在柱边破坏锥面之内 故该基础只需进行变阶处的抗切验算 在各组荷载设计值作用下的地基最大净反力 第一组 2 max 2 154 3 5 67 190 8 5 945 mkNps 第二组 2 max 35 150 3 5 95 343 8 62 683 mkNps 第三组 2 max 53 184 3 5 82 537 8 43 664 mkNps 抗冲切计算按第 3 组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算 在第 3 荷载作用下的冲切力 冲切力近似按最大低级净反力计算 即取 max s p max ss pp 由于基础宽度 小于冲切锥体底边宽 2 53 184mkNmb0 2 mhb9 1245 0 0 12 011 故 bh ll A 2 2 01 1 2 1 12 45 0 2 2 2 4 m kNApF st 98 2021 153 184 max 变阶处的抗冲切力 由于基础宽度小于冲切锥体底边宽 故 m bb b bt m 5 1 2 0 12 2 0 7 0hbfF mtht 第 22 页 共 28 页 450150043 1 975 0 7 0 满足要求 kNkN98 20278 658 因此 基础的高度及分阶可按图 7 2 所示的尺寸采用 图 7 2 基础抗冲切验算简图 7 4 基底配筋计算基底配筋计算 沿长边方向的配筋计算 由前述三组荷载设计值作用下最大地基净反力的分析可知 应按第二组 荷载设计值作用下的地基净反力进行计算 mkNps 2 max 53 184 净反力相应于柱边及变阶处的 2 341 103 2 4 0 3 5 82 537 8 43 664 mkNp Is 2 III 133 79 2 1 5 3 537 8 8 664 43 mkNps 则 eGbbhlppM ccss5 2 I max I 2 48 1 第 23 页 共 28 页 12 0 326 4 022 8 04 103 34184 53 48 1 2 mkN 09 231 2 6 0 I I 815 10503009 0 1009 231 9 0 mm hf M A y s 2 48 1 1 2 1IIImax III bb