广东工业大学《单层工业厂房》课程设计.doc

1.设计资料和结构选型某金工车间立，平面布置如图1.1.1和1.1.2所示车间总长48米，柱距除端部为5.5米外，其余均为6米，跨度24米+24米，每跨设有2台吊车，吊车工作制级别为A5级，轨顶标高为9.3米，吊车起重量20/5t、15/3t 。屋面做法：三毡四油防水层上铺小豆石，20mm厚水泥沙浆找平层，100mm厚泡沫混凝土保温层，20mm厚水泥砂浆。外墙墙厚240mm，每开间侧窗面积24平方米，钢窗，无天窗，室内外高差150mm，素混凝土地面。厂房所在地点的基本风压为0.5KN/m2，地区类别为B类；屋面活载为0.5KN/m2。 因该厂房跨度在15-36m之间，且柱顶标高大于8m，故采用钢筋混凝土排架结构，为了使屋盖具有较大刚度选用预应力折线型屋架及预应力混凝土板，选用钢筋混凝土吊车梁及基础架。2.厂房的平面布置和支撑布置2.1厂房的平面布置厂房的平面布置如图2.1。2.22.2支撑布置2.2.1屋盖支撑布置(1)上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑布置在屋盖两端第二开间，如图2.2(2)下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑布置在与上弦横向水平支撑同一开间，如图2.3(3)纵向水平支撑纵向水平支撑布置在屋架下弦端节间处，沿房屋全长布置，如图2.3(4)垂直支撑垂直支撑布置在上,下弦水平支撑同一开间内,如图2.4(5)水平系杆在屋架端部柱顶处和上弦屋脊节点处设通长水平刚性系杆，在屋架端部柱底处设通长水平柔性系杆。水平系杆布置如图2.2.1和2.2.22.2.2 柱间支撑 柱间支撑布置如图2.5符号说明：SC上上弦支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑;GG刚性系杆；LG柔性系杆；ZC3 结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度是24m,且柱顶标高大于8m,故采用钢筋混凝土排架结构.厂房的各构选型见表3.1表3.1 主要构件选型表构件名称标准图号选用型号允许荷载自重备注预应力面板G410(一)YWB-22.461.4自重包括灌缝重嵌板G410(二)KWB-12.51.75同上天沟板G410(三)TGB68-13.051.91同上屋架04G415-1YWJ24-1D3.5112.75kN/榀,屋盖钢支0.05屋架边缘高度1.65m吊车梁G323-2DL9B40.8kN/根梁高1200LK16.528.5m基础梁G320JL-316.7kN/根轨道连接G325(二)0.8kN/m柱顶标高是11.7米，牛腿的顶面标高是7.9米 ，室内地面至基础顶面的距离0.5米，则计算简图中柱的总高度H,下柱高度Hl和上柱的高度Hu分别为：H=11.7m+0.5m=12.2m Hl=7.9m+0.5m=8.4m Hu=12.2m-8.4m=3.8m根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表2表3.2 柱截面尺寸及相应的参数计算参柱号截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/(KN/m)A,C上柱矩4004004.0下柱I4009001001504.69B上柱矩4006006下柱I40010001001504.943.2荷载计算 3.2.1恒载 (1)屋盖恒载 三毡四油防水层上铺小豆石 0.35 20mm厚水泥砂浆找平层 0.40 100mm厚泡沫混凝土保温层 0.80 20mm厚水泥砂浆找平层 0.40 1.95 预应力混凝土大型屋面板 1.4 天沟板 1.91 嵌板 1.75 屋盖钢支撑 0.05构造层+屋面板 天沟板 构造层+嵌板 图3.1求反力： Fa=237.68kN Fb=250kN 屋架重力荷载为112.75kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值： GA1=1.2(250+112.75/2)=367.65KN GB1=1.2(237.68+112.75/2)=352.87 KN (2)吊车梁及轨道重力荷载设计值 GA3=1.2（40.8+0.86）=54.72KN GB3=1.2（27.5+0.86）=38.76KN (3)柱重力荷载的设计值 A,C柱 B柱 图3.2 荷载作用位置图3.2.2屋面活荷载 屋面活荷载的标准值是0.5KN/m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值： 3.2.3风荷载 风荷载标准值按k=zsz0计算其中0=0.5KN/m2, z=1, z根据厂房各部分 及B类地面粗糙度表2.5.1确定。 柱顶（标高11.7m） z=1.064 橼口（标高13.75m） z=1.112 屋顶（标高16.03m） z=1.16 s如图3所示，由式k=zsz0可得排架的风荷载的标准值： k1=zs1z0=1.00.81.0640.5=0.4256 KN/m2 k2=zs2z0=1.00.41.0640.5=0.2128 KN/m2图3.3 风荷载体型系数和排架计算简 q1=1.40.42566=3.58KN/m q1=1.40.21286=1.79KN/m Fw=Q(s1+s2)zh1+(s3+s4)zh2 z0B =1.4(0.8+0.4)1.1122.05+(-0.6+0.5)1.162.28 10.56 =10.38KN3.2.4 吊车荷载 吊车的参数：B=5.55米，轮矩K=4.4，pmax=185KN, pmin=50KN,g=69KN。根据B和K，可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图所示：图3.4吊车荷载作用下支座反力的影响线（） 吊车的竖向荷载Dmax=QFpmaxyi=1.4180(1+0.075+0.808+0.267)=541.8KNDmin=QFpminyi=1.450(1+0.075+0.808+0.267)=150.5KN（） 吊车的横向荷载T=1/4（Q+g）=1/40.1(150+69)=5.475KN吊车横向荷载设计值：TmaxQTyi=1.45.4752.15=16.48KN4排架内力分析 该厂房为两跨等高排架,可用剪力分配法进行排架内力分析 表4.1 柱剪力分配系数柱别A Cn =0.11=0.31=2.417= Bn =0.28=0.31=2.787=4.1恒荷载作用下排架内力分析图4.1恒荷载作用的计算简图G1=GA1=367.65KN; G2=18.24+54.72=72.96KN; G3=G5A=47.28KN;G4=2GB1=705.74KN; G5= 254.72+27.36=136.8KN;G6=G5B=49.79KN;M1= G1e1=367.650.05=18.38KN.m;M2=( G1+ G4A)e0- G3e3=(367.65+18.24) 0.25-54.720.3=80.06kN.m 由于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C1=2.153; C1=1.093;RA=C1+C3=(18.382.153+80.061.093)/12.2=10.42KN()RC=-10.42KN(); RB=0KN;内力图：图4.2 恒荷载内力图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 图4.3 AB跨作用活荷载作用简图在柱顶和变阶处的力矩为：M1A=53.690.05=2.68KN.m，M2A=53.690.25=13.42KN.m，M1B=50.340.15=7.55KN.mRA=C1+C3=(2.682.153+13.421.093)/12.2=1.68KN()对于B柱 RB=C1 =7.551.737/12.2=1.07KN()则排架柱顶不动铰支座总的反力为：R= RA+ RB=1.68+1.07=2.75KN()VA= RARA=1.68-0.2852.75=0.90KN()VB= RBRB=1.07-0.432.75=-0.11KN()VC= RC=-0.2852.75=0.73KN()排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图4.4所示:图4.4 AB跨作用屋面活荷载内力图(2)BC跨作用屋面活荷载由于结构对称,且BC跨的作用荷载与AB跨的荷载相同,故只需叫图4.4的各内力图位置及方向调一 即可,如图4.6所示:图4.5 BC跨作用活荷载作用简图 图4.6 BC跨作用屋面活荷载内力图4.3风荷载作用下排架内力分析(1)左吹风时=0.336RA=-q1HC11=-3.5812.20.336=-14.68KN()RC=-q1HC11=-1.7912.20.336=-7.34KN()R= RA+ RC+Fw=-14.68-7.34-10.38=-32.4KN()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=-14.68+0.28532.4=-5.45KN()VB= -RB=-0.43(-32.4)=13.93KN()VC= RC -RC=-7.34+0.28532.4=1.89N()图4.7 左风内力图(2)右风吹时因为结构对称，只是内力方向相反,，所以右风吹时，内力图改变一下符号就行，如图4.8所示； 图4.8 左风内力图4.4吊车荷载作用下排架内力分析(1)Dmax作用于A柱计算简图如图12所示，其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面引起的力矩为：MA= Dmaxe3=541.80.3=162.54KN.mMB= Dmine3=150.50.75=112.88KN.mRA=-C3=-162.541.093/12.2=-14.56KN()RB=C3=112.881.259/12.2=11.65KN()R= RA+ RB=-14.56+11.65=-2.91N()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=-14.56+0.2852.91=-13.73()VB= RB-RB=11.65+0.432.91=12.90KN()VC= -RC=0.2852.91=0.83kN()图4.9Dmax作用在A柱时排架的内力(2)Dmax作用于B柱左计算简图如图4.10所示，其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面引起的力矩为：MA= Dmine3=150.50.3=45.15KN.mMB= Dmaxe3=541.80.75=406.35KN.mRA=C3=-45.151.093/12.2=-4.04KN()RB=C3=406.351.259/12.2=41.93KN()R= RA+ RB=4.04+41.93=37.89kN()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=4.040.28537.89=14.84KN()VB= RB-RB=41.930.4337.89=25.64KN()VC= -RC=0.28537.89=10.80N()图4.10Dmax作用在B柱左时排架的内力(3) Dmax作用于B柱右根据结构对称和吊车吨位相等的条件，内力计算与Dma作用于B柱左情况相同，只需将A，C柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号：如图4.11图4.11Dmax作用在B柱右时排架的内力(4) Dmax作用于C柱同理，将Dmax作用于A柱的情况的A，C柱的内力对换，且注意改变符号，可求得各柱的内力，如图4.12图4.12Dmax作用在C柱时排架的内力(5)Tmax作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图16所示。对于A柱，n=0.11，=0.31，得a=(3.8-1.2)/3.8=0.684.，C5=0.579RA=TmaxC5=16.480.579=9.54KN()B柱，n=0.28，=0.31 C5 =0.647RB=TmaxC5=16.480.647=10.66KN()排架柱顶总反力R：R= RA+ RB=9.5410.6620.2KN各柱顶剪力：VA= RA-RA=9.540.28520.2=3.78KN()VB= RB-RB=10.660.4320.2=1.974KN ()VC=RC=0.28520.2=5.76kN()图4.13Tmax作用在AB跨时排架的内力(6)Tmax作用于BC跨柱由于结构对称及吊车的吨位相等，故排架内力计算与“Tmax作用于AB跨柱”的情况相同，只需将A柱与C柱的对换，如图4.14图4.14Tmax作用BC跨时排架的内5 内力组合 以B柱内力组合为例。表5为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表，表5.1为A柱内力组合表，这两表中的控制截面及正福号内力方向如表4中的例图所示。内力组合按式（2.5.19）式（2.5.21）进行。除及相应和一项外，其他三项均是按式（2.5.19）和式（2.5.20）求得最不利内力值；对于及相应和一项，-和-截面均按（）求得最不利内力值，而-截面是按式（2.5.21）即（）求得最不利内力。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值。同时只需对的柱进行验算。为此，表5.2中亦给出和的组合值，它们均满足的条件，对本例来说，着些均取自及相应和39表5.1 B柱内力设计值汇总表荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载AB跨 BC跨在A柱在B柱左在B柱右在C柱在AB跨在BC跨左风右风序号I-IM0-7.977.9749.0297.43-97.43-49.017.4117.4152.9-52.93N733.150.3450.3400000000II-IIM0-7.977.97-63.8-308.9308.9263.8617.4117.4152.9-52.93N842.5450.3450.34150.5541.8541.8150.50000III-IIIM0-8.898.8943.21-93.5493.54-43.2139.3139.3169.95-169.95N892.3350.3450.34150.5541.8541.8150.50000V0-0.110.1112.9025.64-25.64-12.914.5114.5113.93-13.93 截面+及相应N,V-及相应N,V及相应M,V及相应M,VMk,NkI-IM+0.9【+0.8(+)+ 】147.83+0.9【+0.9(+)+ 】-147.83+97.43+0.9【0.9(+)+ 】140.66100.47N778.4778.4833.78733.1610.92II-IIM+0.9【+0.8(+)+ 】319.14+0.9【+0.9(+)+ 】-319.14+0.9【+0.8(+】0+52.93N1326.71326.71713.34852.54III-IIIM+0.9【+0.8(+)+0.9+ 】372.25+0.9【+0.8(+)+0.9+ 】-372.25+0.9【+0.8(+】0+169.95N1436.091436.091763.1892.33V15.22-16.97013.93Mk265.89-265.890121.39Nk113211321356.59743.61Vk10.87-12.0809.95 表5.2 B柱内力组合表6 柱截面设计（中柱） 混凝土强度等级C30，fc=14.3N/mm2，ftk=2.01N/mm2采用HRB400级钢筋，fy= fy =360 N/mm2,b=0.518，上下柱采用对称配筋6.1上柱的配筋计算由内力组合表可见，上柱截面有四组内力，取h0600-40=560mm，在弯矩较大且比较接近的两组内力中,取轴力较小的一组,即取 M=140.66kN.m N=733.1kN由附表11.1查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度,附加弯矩ea=20mm（大于400/30），e0=M/N=192mm ei= e0+ ea=212mml0/h=7600/600=12.675应考虑偏心矩增大系数1=0.514.3600400/733100=2.341，取12=1.15-0.01l0/h=1.15-0.017600/600=1.023 1.0，取2=1=1+12=1+11=1.30属于大偏心=157.7按配筋, 选垂直于排架方向柱的计算长度,则 = 满足弯矩作用平面外的承载力要求6.2下柱配筋计算（1） 按，计算。下柱计算长度，附加偏心距。b=100mm, ,.， ，应考虑偏心矩增大系数,且取。取，故为大偏心受压。中和轴位于腹板内，计算受压区高度XX= (2)按，计算 计算方法与上述相同,计算过程从略,计算结果为 下柱截面选用.按此配筋,经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦满足要求6.3柱裂缝宽度验算规范中规定，对 不需进行裂缝宽度验算6.4柱裂缝宽度验算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23所示。其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度，。(1)牛腿截面高度验算按式（2.6.1）验算，其中，（牛腿顶面无水平荷载）；，按下式确定：， 由式（2.6.1）得：故牛腿截面高度满足要求。 图6.1 牛腿图(2)牛腿配筋计算由于选用水平箍筋选用。6.6柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。由表2.4.6可得柱插入杯口深度，取900mm。则柱吊装时总长度为3.8m+8.4m+0.9mm=13.1mm,计算简图如图18所示。 图6.2 柱吊装计算简图柱吊装阶段的荷载4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6.1表6.1 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱92.4（68.44）84.93(62.91)142.8383.16300.220.984.93=76.44184.1182.68-1.120.2,取0.2-2.200.2,取0.20（满足要求）0（满足要求）7基础设计建筑地基基础设计规范规定，对于6m柱距的单层多跨厂房，其地基承载力特征值、吊车起重量200 kN300kN、厂房跨度、设计等级为丙级时，可不做地基变形验算。本例满足上述要求，故不需做地基变形验算。基础混凝土强度等级采用C20，下设100mm厚C10素混凝土垫层。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及外墙自重重力荷载。前者可由表5.2中的-截面选取，见表7.1，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合用于受冲切承载力验算和底筋计算，内力的正号规定见图24b。 表7.1 基础设计的不利内力组别菏载效应基本组合菏载效应标准组合第1组372.251436.0915.22265.89113210.87第2组-372.251436.09-16.97-265.891132-12.08第3组01763.1001365.590每个基础承受的外墙总宽度为6.0m，基础梁重量为，每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：基础梁 16.70kN 16.70kN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 由表2.4.6得柱的插入深度，取900mm。由表2.4.7得杯底厚度应大于200mm，取，则，基础顶面标高为-0.500m,故基础埋置深度d 为：，由表2.4.7得杯壁厚度，取375mm。基础边缘高度取350mm,台阶高取400mm。（2）拟订基础底面尺寸由式（2.7.2）得：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式（2.7.3）计算，结果见下表，按式（2.7.8）验算地基承载力，其中，验算结果见表8，可见地基底面尺寸满足要求。 表7.2 基础底面压力计算及低级承载力验算表类别第1组第2组第3组265.89113210.87-256.871132-12.0801763.101611.11611.12242.2268.08 -282.22 -10.86148.0288.91163.2887.35166.07163.67118.47180148.02216125.32180163.28216163.37180166.07216 7.3基础高度验算此时