混凝土工业厂房课程设计.doc

xxxx学院钢筋混凝土结构课程设计某单层工业厂房设计学生姓名： xxxx 学 院： 土木工程学院 专业班级： 土木工程1141班 专业课程： 钢筋混凝土结构原理 指导教师： xxxxxxxxx 2016年1月8日某单层工业厂房设计一、设计题目某单层工业厂房设计。2、 设计资料(一)车间条件某机械加工车间为单层单跨等高厂房，车间总长为60m，跨度18m,柱距6m；车间内设有两台相同的软钩吊车,吊车重量20/5t，吊车工作级别为A5级，轨顶标高10.2m。采用钢屋盖、预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土吊车梁和柱下独立基础。屋面不上人,室内外高差为0.15m。纵向围护墙为支承在基础梁上的自承重空心砖砌体墙，厚240mm，双面采用20mm厚水泥砂浆粉刷，墙上有上、下钢框玻璃窗，窗宽为3.6m，上、下窗高为1.8m和4.8m，钢窗自重0.45KN/m2，排架柱外侧伸出拉结筋与其相连。（二）自然条件基本风压0.30kN/、基本雪压0.25kN/；地面粗糙类别为B类；地基承载力特征值180kN/。不考虑抗震设防。（三）材料箍筋采用HRB335，纵向钢筋采用HRB400，混凝土采用C30。三、设计内容和要求（一）构件选型1.钢屋盖采用如图1所示的18m钢桁架，桁架端部高度为1.2m，中央高度为2.4m，屋面坡度为2/15，钢檩条长6m，屋面板采用彩色钢板，厚4mm。2.预制钢筋混凝土吊车梁和轨道连接采用标准图G323（二），中间跨DL-9Z，边跨DL-9B。吊车梁高=1.2m。轨道连接采用标准图集G325（二）。3. 预制钢筋混凝土柱 取轨道顶面至吊车梁顶面的距离=0.2m，故：牛腿顶面标高=轨顶标高-=10.2-1.2-0.2=+8.8m；图1 30m钢桁架由附录12查得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.2m，考虑屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为220mm，故：柱顶标高=10.2+2.2+0.22=+12.620m；基础顶面至室外地坪的距离为1.0m，则基础顶面至室内地坪的高度为，故：从基础顶面算起的柱高；上部柱高；下部柱高。参考表12-3，选择柱截面形式和尺寸：上部柱采用矩形截面；下部柱采用I形截面。4.柱下独立基础采用锥形杯口基础（二）计算单元及计算简图1.定位轴线：由附表12可查的轨道中心线至吊车端部的距离=230mm；：吊车桥架至上柱内边缘的距离，一般取80mm；：封闭的纵向定位轴线至上柱内边缘的距离， =400mm。+=230+80+400=710mm750mm,可以。故封闭的定位轴线A,B都分别与左右纵墙内皮重合。2.计算单元由于该机械加工车间厂房在工艺上没有特殊要求，结构布置均匀，除吊车荷载外，荷载在纵向的分布是均匀地，故取一榀横向排架为计算单元，计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离，即B=6.0m，如图2所示。3.计算简图排架的就是简图如图3所示。 图2 计算单元 图3 计算简图（三）荷载计算1.屋盖荷载（1）屋盖恒荷载近似取屋盖恒荷载标准值为1.12kN/,故由屋盖传给排架柱的集中恒荷载设计值：，作用于上部柱中心线外侧=50mm外。2.屋面活荷载荷载规范规定，屋面均布活荷载标准值为0.5kN/，比屋面雪荷载标准值0.3kN/大。故仅按屋面均布活荷载计算。于是由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值：，作用于上部柱中心线外侧=50mm外。2.柱和吊车梁等恒荷载上部柱自重标准值为4.0kN/，故作用在牛腿顶截面处的上部柱恒荷载设计值：；下部柱自重标准值为4.69kN/m，故作用在基础顶截面处的下部柱恒荷载设计值：；吊车梁自重标准值为39.5kN/根，轨道连接自重标准值为0.8kN/m，故作用在牛腿顶截面处的吊车梁和轨道连接的恒荷载设计值：；如图4所示F1、F2、F3、F4和F6的作用位置。图4 各恒荷载作用位置 3.吊车荷载吊车跨度=18-20.75=16.5m；查附录12.得Q=20/5t, =22.5m时的吊车最大轮压标准值、最下轮压值、小车自重标准值以及与吊车额定起重量相对应的重力标准值：=195kN，=30kN, =75kN, =200kN；并查得吊车宽度B和轮距K：B=6.65m， K=4.40m。（1）吊车竖向荷载设计值、由图5所示的吊车梁支座反力影响线知：；。图5吊车梁支座反力影响线（2)吊车横向水平荷载设计值；4.风荷载（1)作用在柱顶处的集中风荷载设计值这时风荷载的高度变化系数按檐口离室外地坪的高度0.15+12.62+1.2（屋架端部高度）=14.07m计算，查表10-4，得离地面10m时，=1.0；离地面15m时，=1.4，用插入法，知：=1+。由图1知=1.2m， ；。（2)沿排架柱高度作用的均布风荷载设计值、这时风压高度变化系数按柱顶离室外地坪的高度0.15+12.62=12.87m来计算：=1+； ； 。（四）内力分析内力分析时取得荷载值都是设计值，故得到的内力值都是内力的设计值。1.屋盖荷载作用下的内力分析（1)屋盖集中恒荷载作用下的内力分析柱顶不动支点反力：，；按=0.109，=0.283。查附图9-2，得柱顶弯矩作用下的系数=2.0，按公式计算：=2.09；可见计算值与查附图9-2所得的接近，取=2.09，=。（2)屋盖集中活荷载作用下的内力分析，；在、分别作用下的排架柱弯矩图、轴力图和柱底剪力图，分别如图6（a）、(b)所示，图中标注出的内力值是指控制截面-、-、-截面的内力设计值。弯矩以排架柱外侧受拉上的为正，反之为负；柱底剪力以向左为正，向右为负。图6屋盖荷载作用下的内力图（a）屋盖恒荷载作用下的内力图 （b）屋盖活荷载下的内力作用图2.柱自重、吊车梁及轨道连接等的自重作用下的内力分析不作排架分析，其对排架柱产生的弯矩和轴力如图7所示。图7 自重及吊车梁等作用下的内力图3.吊车荷载作用下的内力分析1）作用在A柱，作用在B柱时，A柱的内力分析；这里的偏心距e是指吊车轨道中心线至下部柱截面形心上网水平距离。A柱顶的不动支点反力，查附图9-3，得=1.16，=1.17，取=1.17。 A柱顶不动支点反力kN() B柱顶不动支点反力（） A柱顶水平剪力 B柱顶水平剪力 内力如图8（a）所示。 （2）作用在A柱、作用在B柱时的内力分析此时，A柱顶剪力与作用在A柱时的相同，也是=-7.59KN(),故可得内力值，如图8（b）所示。图8 吊车竖向荷载作用下的内力图（a）作用在A柱时的内力图 （b）作用下的A柱时的内力图（3) 在作用下的内力分析至牛腿顶面的距离为；至柱底的距离为；因A柱与B柱相同，受力也相同，故柱顶水平位移相同，没有柱顶水平剪力，故A柱的内力如图9所示。图9 作用下的内力图 4.风荷载作用下，A柱的内力分析左风时，在、作用下的柱顶不动铰支座反力。由附图9-8查得=0.326， =0.333；取=0.334，不动铰支座反力：；A柱顶水平剪力：；故左风和右风时，A柱的内力分别如图10（a）、（b）所示。图10 风荷载作用下A柱内力图（a）左风时 （b）右风时（五）内力组合表及其说明1.内力组合表A柱控制截面-、-、-的内力组合表，见表1。2.内力组合的说明（1)控制截面-在以+及相应N为目标进行恒荷载+0.9（任意两种或两种以上活荷载）的内力组合时，由于“有T必有D”，有产生的是正弯矩+18.34 ,而在或作用下产生的是负弯矩-29.75,如果把它们组合起来，得到的是负弯矩，与要得到+的目标不符，故不予组合。（2）控制截面-在以及相应M为目标进行恒荷载+0.9（任意两种或两种以上活荷载）的合力组合时，应在得到的同时，使得M尽可能的大，因此采用+0.9（+）。（3）、和风荷载对截面-都不产生轴向力N，因此对-截面进行及相应M的恒荷载+任一活荷载内力组合时，取+。（4）在恒荷载+任一种活荷载的内力组合中，通常采用恒荷载+风荷载，但在以为内力组合目标时或在对-截面以+为内力组合目标时，则常改用恒荷载+。（5）评判-截面的内力组合时，对+=161.01及相应N=593.88kN，=0.25m稍小于,但考虑到P-二阶效应后弯矩会增大，故估计是大偏压，因此取它的最不利内力组合；对-截面，=200.56kN及相应=301.63, =1.50m，偏心距很大，故也取为最不利内力组合。（6）控制截面-的-及相应N、V的组合，是为基础设计用的。（六）排架柱截面设计采用就地预制柱，混凝土强度等级为C30，纵向受力钢筋为HRB400级钢筋，采用对称配筋。1.上部柱配筋计算由内力组合表1可知，控制截面-的内力设计值为：=76.25 =91.4kN（1）考虑P-二阶效应；=9.121.0，取=1.0；查表12-4可知，=1.11。（2)截面设计假设为大偏压，则：=15.98mm=80mm，取=80mm；选用3，故截面一侧钢筋截面面积，同时柱截面纵配筋2763=1526。 （3）垂直于排架方向的截面承载力验算由表12-4知，垂直于排架方向的上柱计算长度=1.253.82=4.8m，；查上册表5-1得=0.95，,承载力满足。2.下部柱配筋计算按控制截面-进行计算。由内力组合表知，有二组不利内力：(a) =504.64 (b) =301.63 =702.72kN =200.56kN（1）按(a)组内力进行截面设计，=900/30=30mm，；=1.911.0，取；=0.94；偏设为大偏心受压，且中和轴在翼缘内： ；说明中和轴确实在翼缘内则：， ；采用，。（2)按（b）组内力组合进行截面设计,取；=35.06mm；按计算：；0.2，取7；,满足。 4.箍筋配置非地震区的单层厂房排架柱箍筋一般按构造要求配置。上、下柱均采用，在牛腿处箍筋加密为。5.牛腿设计根据吊车梁支承位置，吊车梁尺寸及构造要求，确定牛腿尺寸如图11所示。牛腿截面宽度b=400mm，截面高度h=600mm，截面有效高度=560mm。图11 牛腿尺寸及配筋（1)按裂缝控制要求验算牛腿截面高度作用早牛腿顶面的竖向力标准值：；牛腿顶面没有水平荷载，即（作用在吊车梁顶面）。设裂缝控制系数，故取a=0，由式（12-18）得：，满足。（2)牛腿配筋由于a=-130mm，故可按构造要求配筋。水平纵向受拉钢筋截面面积，采用4，牛腿处水平箍筋为。6.排架柱的吊装验算（1)计算简图由表12-4知，排架柱插入基础杯口内的高度=810mm，取，故柱总长为。采用就地翻身起吊，吊点设在牛腿下部处，因此起吊时的支点有两个，柱底和牛腿底，上柱和牛腿是悬臂的。计算简图如图12所示。图12 预制柱的翻身起吊验算（2）荷载计算吊装时，应考虑动力系数=1.5，柱自重的重力荷载分项系数取1.35。； 。（3）弯矩计算=；由知，=0，；，令=0，得，故。（4）截面受弯承载力及裂缝宽度验算上柱： ；裂缝宽度验算：；，取；0.15=0.53，基础底面有一部分出现拉应力。；=,满足，满足。（2）按第组内力标准值验算轴向力：=299.61+552.57+161.92=1014.1kN；弯矩 ：=384.83-170.78=214.05kNm；=，满足。，满足。4.基础受冲切承载力验算只考虑杯口顶面由排架柱传到基础底面的内力设计值，显然这时第组内力最不利：，故：。 =400mm；=400+21050=2500mm2600mm；=0.5(400+2500)=1450mm =248.320.2=69.66kN；=0.70.9751.4314501050=1510kN=66.82kN，故不会发生冲切破坏。对台阶以下进行受冲切承载力验算。这时冲切锥体的有效高度=700-50=650mm，冲切破坏锥体最不利一侧上边长和下边长分别为： =400+mm； =2=2450mm=0.5(1150+2450)=1800mm考虑冲切荷载时取用的基础底面多边形面积，即图14中打斜线的部分的面积图14基础受冲切承载力验算 = = =248.320.26=64.56kN=0.70.9851.101800650=887.39kN=74.82kN，不会被破坏。5.基础底板配筋计算按地基净反力设计值进行配筋计算（1）沿排架方向，即沿基础长边b方向的底板配筋计算由前面的计算可知，第组内力最不利，再考虑由基础梁和围护墙传来的内力设计值，故作用在基础底面的弯矩设计值和轴向力设计值为：=204.93+523.22=728.15kNm()；=359.53+273.37=632.9kN；偏心距 ，基础底面有一部分出现拉应力。=1.6-1.15=0.45m；。设应力为零的截面至截面的距离为x，；此截面在柱中心线右侧处，柱边截面离柱中心线左侧为0.45m，变阶截面离柱中心线为0.725m。故，柱边截面处的地基净反力：；变阶截面处的地基净反力：；图15所示为地基净反力设计值的图形。图15 地基净反力设计值图沿基础长度方向，对柱边截面-处的弯矩按式（12-38）计算： =463.32kNm；变阶处截面-的弯矩：=331.72kNm，故按配筋。采用HRB335级钢筋，保护层厚度为40mm，故=1060mm,故：；采用12150， 。（2） 垂直排架方向，即沿基础短边l方向的底板配筋计算按轴心受压考虑。轴向力设计值Nb=717.38kN,计算柱边截面-的弯矩 ，at=400mm,bt=900mm, 变阶处截面a,=2(200+375)=1150mm,b,=2(375+450)=1650mm,故按配筋。采用HRB400级钢筋，保护层厚度取为40mm，故。故 选用B12