某金属装配车间双跨等高单层厂房课程设计设计任务书

单层厂房课程设计 1 设 计 任 务 书 一、 设计 题目 某金属装配车间双跨等高厂房。 二、 设计 内容 1、 计算排架所受的各项荷载 。 2、 计算各种荷载作用下的排架内力（吊车荷载不考虑厂房的空间整体作用）。 3、 边柱（ A、 C 轴线）及中柱（ B 轴线）的柱及牛腿设计，柱下独立基础设计。 4、 绘制施工图：柱模板图和配筋图，基础模板图和配筋图。 三、 设计 资料 1、 金属结构车间为两跨厂房，跨度均为 21m。 厂房总长 54m，柱距 6m。厂房标高：室内地面 外地面 车轨顶标高 班 架下弦标高 一班 班 2、 厂 房每跨内设两台吊车， 工作制，起重量 单学号 15/3t、 双学号 20/5t。吊车其它参数参见 “ 550/5t 一般用途电动桥式起重机基本参数和尺寸（ 列）”。 3、 建设地点为某城市，基本雪压 本风压 结深度 房自然地坪下 回填土，回填土的下层 8基承载力特征值40质分布均匀。下层为粗砂土，地基承载力特征值50下水位 4、 厂房标准构件选用及荷载标准值如下： 1) 屋架采用 21m 梯形钢屋架，按建筑结构荷载规范附录 A“常用构件和材料的自重”，按 支撑，按屋面水平投影面积计算，单位 kN/L 为跨度，以 算屋架自重标准值（包括支撑）。屋架侧端高度 架在天窗架侧板处的高度为 2) 吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁，梁高 900重标准值29，轨道及零件自重 m，轨道及垫层构造高度 200 3) 天窗采用矩形纵向天窗，每 榀天窗架每侧传给屋架的竖向荷载为 单层厂房课程设计 2 34括自重、侧板、窗扇、支撑等的自重）。天窗侧板高度 窗架坡屋顶高度 4) 天沟板自重标准值为 m。 5、 围护墙采用 240粉刷墙，自重 5.2 kN/窗：自重 kN/宽 高 护墙直接支撑于基础梁上，基础梁截面为 240450础梁自重 m。 6、 材料：混凝土强度等 级 30； 柱的纵向钢筋采 用 其余钢筋 I 级。 7、 屋面卷材防水法及荷载标准值如下： 三毡四油防 水层上铺小石子： 0.4 kN/ 25水泥砂浆找平层： 0.5 kN/ 1000.4 kN/ 一毡二油隔汽层： kN/ 25水泥砂浆找平层： 0.5 kN/ 61.4 kN/ 四、 设计要求 1、 计算内容完整，计算正确，有必要的示意图。 2、 计算书装订：封皮、任务书、计算书，格式采用统一模板，可电子录入后打印（单面或双面打印均可），也可手写但不得用铅笔书写。 3、 计算书部分表述符合专业要求。所有示意图、表格都有编号，安排在正文引用的 附近位置。示意图线条规整、字迹清楚、整洁。 4、 施工图符合建筑制图规范的要求。 单层厂房课程设计 3 计算 书 一、设计资料 （一）、 设计 题目 某金属装配车间双跨等高厂房。 （二）、 设计 内容 1、计算排架所受的各项荷载 。 2、计算各种荷载作用下的排架内力（吊车荷载不考虑厂房的空间整体作用）。 3、边柱（ A、 C 轴线）及中柱（ B 轴线）的柱及牛腿设计，柱下独立基础设计。 4、绘制施工图：柱模板图和配筋图，基础模板图和配筋图。 （三）、 设计 资料 1、金属结构车间为两跨厂房，跨度均为 21m。 厂房总长 54m，柱距 6m。厂房标高：室内地 面 外地面 车轨顶标高 架下弦标高 2、厂房每跨内设两台吊车， 工作制，起重量 20/5t。吊车其它参数由表 出。 吊车位置 起重量（ 桥跨 m） 小车重 g（ 最大轮压k(大车轮距K（ m） 大车宽 B（ m） 车高 H（ m） 吊车总重（ 左跨（ 车 200/50 187 264 右跨（ 车 200/50 187 264 表 吊车的有关参数参数表 3、建设地点为某城市，基本雪压 本风压 结深度 房自然地坪下 填土的下层 8基承载力特征值 240的天然重度为 质分 单层厂房课程设计 4 布均匀。下层为粗砂土，地基承载力特征值50下水位 4、厂房标准构件选用及荷载标准值如下： （ 1）、 屋架采用 21m 梯形钢屋架，按建筑结构荷载规范附录 A“常用构件和材料的自重”，按 支撑，按屋面水平投影面积计算，单位 kN/L 为跨度，以 算屋架自重标准值（包括支撑）。屋架侧端高度 架在天窗架侧板处的高度为 （ 2）、 吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁，梁高 900重标准值29，轨道及零件自重 m，轨道及垫层构造高度 200 （ 3）、 天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架每侧传给屋架的竖向荷载为34括自重、侧板、窗扇、支撑等的自重）。天窗侧板高度 窗架坡屋顶高度 （ 4）、 天沟板自重标准值为 m。 5、 围护墙采用 240粉刷墙，自重 5.2 kN/窗：自重 kN/宽 高 护墙直接支撑于基础梁上，基础梁截面为 240450础梁自重 m。 6、 材料：混凝土强度等 级 30； 柱的纵向钢筋采 用 其余钢筋 I 级。 7、 屋面卷材防水 法及荷载标准值如下： 三毡四油防水层上铺小石子： 0.4 kN/ 25水泥砂浆找平层： 0.5 kN/ 1000.4 kN/ 一毡二油隔汽层： kN/ 25水泥砂浆找平层： 0.5 kN/ 61.4 kN/ 二、材料的选用 混凝土强度等级为 的纵向钢筋采用 ，其余钢筋采用 I 级。 三、计算简图及柱截面几何参数的确定 1、计算简图 本装配车间工艺无特殊要求，荷 载分布均匀。故选具有代表性的排架进 单层厂房课程设计 5 负荷范围行结构 设计。排架的负荷范围如 图 示。结构计算简图如 图 示。 下面来确定结构计算简图中的几何尺寸。 图 排架的负荷范围 图 结构计算简图 2、柱截面几何参数的确定 (1)、基础的埋置深度及基础高度： 考虑冻结深度及回填土层，选取基础至室外地面为 步估计基础的高度为 基础顶面标高为 (2)、牛腿顶面标高确定： 单层厂房课程设计 6 轨顶标高为 10m，吊车梁高 道及垫层高度为 可得牛腿顶标高为 (3)、上柱标高的确定： 屋架下弦标高 为 上柱顶的标高为 (4)、计算简图中上柱和下柱的高度尺寸确定： 上柱高： 柱高： 的总高度： (5)、柱截面确定：上柱选矩形截面，下柱选工字形截面 对于下柱截面高度 h：由于下柱 车梁及轨道构 造高度为 因此，基础顶至吊车梁顶的高度以s=+ 作用在柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，其风压高度变化系数可按注顶标高取值。 柱顶至屋脊间屋盖部分的风荷载，仍取为均布的，其对排架的作用则按作用在柱顶的水平集中风荷载标准值 虑。 这时的风压高度变化系数可按天窗檐口取值； 柱顶至室外地面的高度为： Z=窗檐口至室外地面的高度为 ： Z=按线性内插法确定 z: 柱顶 : 015()z 天窗檐口处 : 15 015()z 左风情况下风荷载的标准值 : = = 柱顶以上的风荷载可转化为一个水平集中力计算 ,其风压高度变化系数统一按天窗檐口处 z= 值 s (*()*(*(* 单层厂房课程设计 13 右风和左风情况对称 ,方向相反。 图 风荷载作用下双跨排架的计算简图 五、内力分析 本单层厂房是两胯的对称结构， C 主和 A 柱受力完全一样，因此只要计算 可以了。 本厂房为两跨 等高排架，可用剪力分配法进行排架结构的内力计算。在各种 荷载作用柱顶按可动铰支座计算，不考虑厂房的空间工作。这里规定柱顶不动铰支 座反力 R，柱顶剪力 V 和水平荷载自左向右为正，截面弯矩以柱左侧受拉为正， 柱的轴力以受压为正。 1、计算剪力分配系数 单位力 作 用 下 悬 臂 柱 的 柱 顶 位 移 ： u= 1+ 3(1n 计算有关参数： ： =n=L=5208*106/(06)=0=3/1+ 3(1n=3/1+柱： =n=L=06/（ 06） =0=3/1+ 3(1n=3/1+位力作用下悬臂柱的柱顶位移： A， (120503/（ C*06） = 单层厂房课程设计 14 B， (120503/（ C*06） = +kb+1 +1/ C 所以，三 根柱的剪力分配系数为： A=K A/K= B =K B /K=c=0. 2798 验算： A+ B +c当柱顶有水平荷载 F 时，求出剪力分配系数后，即可求出柱顶剪力： 出柱顶剪力后，即可按悬臂柱绘出结构的内力图。下面进行各种荷载走 作用下排架的内力。 2、恒载下排架内力： 图 永久荷载作用下双跨排架的计算简图 对 M 作用进行排架分析，对 图 各柱顶不动铰支座的支座反力： 1(n/1(1n=1+ 1 2 9 8 . 3 7 K 2 1 . 8 7 5 K 2 9 8 . 3 7 K 3 0 . 6 2 5 K 5 9 6 . 7 4 K 2 9 . 8 3 7 K N 1 2 5 . 9 0 8 K N 2 9 . 8 3 7 K N 2 1 . 8 7 5 K 1 2 5 . 9 0 8 K N M 单层厂房课程设计 15 1)/1(1n= 1+0 A 柱： = n =1= = 所以 1+ ） ） 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和 R= 所以：各柱顶的实际剪力为： ） ） 图 柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。现把各柱的轴力 算过程叙述如下，弯矩和剪力的计算从略。排架的弯矩图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如图 柱轴力标准值计算： 顶： N=柱底： N=柱顶： N=柱底： N=柱：柱顶： N= 1 3 1 . 5 K 4 . 7 2 5 K N 3 1 . 5 K N Q 1 3 1 . 5 K N Q 1 3 1 . 5 K 3 . 1 5 K N 1 2 . 6 K N 4 . 7 2 5 K N 1 2 . 6 K N 3 . 1 5 K N M 单层厂房课程设计 16 上柱底： N=柱顶： N=柱底： N=（ a） 永久荷载作用下的弯矩（ 和柱底剪力（ （ b）永久荷载作用下的轴力（ 图 永久荷载作用下排架的内力图 3、屋面活荷载下的内力 A 柱： =n=L=1=N（ ） 2= ） 所以 1+ ） =n=L=1=1(n/1(1n=1+B=1= ) 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和 R=B+ ） 所以：各柱顶的实际剪力为： R= ） R=N（ ） N（ ） 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。 7 7 1 . 3 9 57 1 4 . 9 6 56 2 7 . 3 6 55 1 . 3 5 9V = 1 7 . 1 1 5 4 V = 1 7 . 1 1 5 44 1 5 . 8 2 5- 5 1 . 3 5 62 8 . 9 7 32 8 . 9 7 33 0 . 9 2 79 4 . 9 8 19 4 . 9 8 1- 3 0 . 9 2 73 2 0 . 2 4 53 6 4 . 0 4 52 9 8 . 3 7 5 9 6 . 7 44 1 5 . 8 2 53 2 0 . 2 4 53 6 4 . 0 4 52 9 8 . 3 = 单层厂房课程设计 17 4、吊车荷载作用下的排架内力（不考虑厂房整体空间工作） （ 1）、 有吊车荷载， k 作用在 A 柱，k 作用在 B 柱时排架内力分析，其计算简图如 图 示。 A 柱： = n= 2=HM 图 B 柱： =n= （ 1） /1+ 3 （= （ 1+= i n ,2以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和 R=B+ ） 所以：各柱顶的实际剪力为： )(3 1 9 8 9 2 )(2 5 8 8 1 )(9 3 6 9 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，D m a x , k = 3 5 9 . 0 4D m i n , k = m a x , k =3 5 . 9 0 4 K NK m i n , k = 8 3 . 5 2 K N 单层厂房课程设计 18 柱底剪力（向左为正）和轴力图如 图 示。 (a) 柱时的轴力 ( (b) 柱时的弯距和柱底剪力 图 2）、 有吊车荷载， k 作用在 B 柱， k 作用在 A 柱时排架内力分析，其计算简图如 图 示。 A 柱： =0290； n= 2=HM ） B 柱： =n= 1） /1+ 3 （= 1+= 2=HM ） 图 C 柱： 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和 R=B+ ） 所以：各柱顶的实际剪力为： R= ） R= ） R= ） 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向D k = k k = N k =N 单层厂房课程设计 19 左为正）和轴力图如 图 示。 图 3）、 有吊车荷载， k 作用在 B 柱， k 作用在 C 柱时排架内力分析，其计算简图如图 示。 B 柱： =n= 2=HM ） C 柱： =n= 2=HM ） A 柱： 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和 R=B+ ） 所以：各柱顶的实际剪力为： R= ） R= ） R= ） 单层厂房课程设计 20 各柱顶 的实际剪力求出后，即可按悬 臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如 图 示。 图 a) k 在 B 柱时的轴力 ( (b) k 作用在 B 柱时的弯距和柱底剪力 图 （ 4）、 柱， B 柱： =n= 2=HM ） =1 1 . 6 6 2 m i n , k 1 1 6 . 6 2= 3 5 3 . 8 7m a x , k =4 7 1 . 8 3 单层厂房课程设计 21 C 柱： =n= 2=HM ） A 柱： 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和 R=B+ ） 所以：各柱顶的实际剪力为： R= ） R= ） R= ） 各柱顶的实际 剪力求出后，即可按悬 臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如 图 示。 - 6 . 6 7(a) k 在 (b) k 作用在 图 有吊车 k 作用在 C 柱时排架内力图 （ 5）、m a x B 跨，即 有吊车 吊车水平荷载 k 的作用点距柱顶的距离 y=y/此排架柱顶不动铰支座的支座反力系数 用线形内插法确定。 A、 C 柱： =0290； n= 当 y=0. 7 3（ n+/21+ 3（ 1/= y=0. 8 3（ n+/21+ 3（ 1/=以当 y=0. 743 m a x , k =4 7 1 . 8 3=8 7 . 4 7 m i n , k 1 1 6 . 6 2= 4 7 . 1 8 20 k 作用在 C 柱， k 作用在 D 柱时排架计算简图 . 单层厂房课程设计 22 = 柱： = n= 4= 3（ n+/21+ 3（ 1/= y=0. 8 3（ n+/21+ 3（ 1/=以当 y=0. 743 =顶不动铰支座反力的计算： A 柱： 2= k= ） B 柱： 2= k= ） C 柱： 所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和： R= B+ ） 所以：各柱顶的实际剪力为： R= ） R= ） R= ） 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。排架的弯矩图，柱底剪力和轴如图所示，柱的轴力为零 5、风载下的排架内力 （ 1）、左风情况： 在均布风荷载作用下，各柱顶不动铰支座反力的计算： 图 柱： =n= 1+ 4（ 1/81+ 3（ 1/=A= ） C 柱： =n=l=C = ） = 单层厂房课程设计 23 所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和： R= B+ ） 所以：各柱顶的实际剪力为： R+ ） R+ ） R+ ） w 各柱顶的实际剪力求出 后，即可按悬臂柱进行内力计算。排架的弯矩图，柱底剪力和轴力图如 图 示，柱的轴力为零。 2右风情况：其计算简图如图 于对称性，右风作用时的内力图如图所示。 六、最不利内力组合 1、荷载组合系数 关于荷载组和系数，风荷载： 他 准永久 值系数风 0，屋面活荷载：不上人 0，上人： 车： 四台吊车的转换系数为 2、控制截面 上柱底 柱顶 柱底 一个控制截面均进行基本组合，用于柱配筋计算和基础设计；标准组合：用于柱裂缝宽度验算和地基承载力设计。 由于地质条件较好，本题不进行地基变形验算，否则还应增加 面的准永久组合。 图 右风情况排架的弯矩图 单层厂房课程设计 24 基本组合采用的荷载组合方式用规范给出的简化组合方式，即： （ 1） 恒荷载 +意两个或者两个以上活荷载之和） （ 2） 恒载 +任意活载 标准组合，也可采用 上述的基本组合规则，但荷载的分项系数均为 最不利内力： X、及相应的、及相应的、及相应的、及相应的3、内力组合表 分别对 A、 制内力组合表。 由附表给出。 七、柱的设计 （一） A、 C 柱截面设计 砼：强度等级 , B =柱： 55 0 柱： 2 6 5351 3 0 00 h 在腹板范围内 1 00500()( 101 上柱高 柱高 高 柱截面尺寸见表，确定柱的计算长度。 排架方向：当考虑吊车荷载时 上柱： 下柱： 当不考虑吊车荷载时 上柱 下柱： l 垂直于排架方向：（按无柱间支撑） u u 单层厂房课程设计 25 当考虑吊车荷载时 上柱： 下柱 当不考虑吊车荷载时 上柱：下柱 下柱： 该厂房工作环境属一类环境，预制构件砼保护层。按规范要求，取 25 s= s=35本设计采用对称配筋，选取内力时，只考虑弯矩绝对值。经分析，对基本组合所选择的不利内力见表。 截面 M N 是否为吊车荷载 初步判别大小偏心 大偏压 大偏压 大偏压 大偏压 大