单层工业厂房计算书.doc

混凝土单层工业厂房课程设计计算书一、设计题目及条件1、题目：某工厂金属加工车间，单层单跨排架结构，采用钢筋混凝土结构，长54m，柱距6m，每跨有两台桥式吊车，工作级别为A5级。根据本次课设要求，取车间跨度L=24m，轨顶标高+9.600m，下弦标高+12.300m，吊车设置为15+20（t）。地基承载力设计值为300kN/m2，基础埋置深度-2.00m。基本风压，基本雪压为0.25kN/m2。2、材料：柱子混凝土为C40，柱中纵向受力主筋采用HPB335或HRB400级钢筋，其它HPB300级；基础采用C40混凝土，HPB300级钢筋。3、构造做法及荷载标准值：（1）屋面：三毡四油加绿豆砂防水层 0.4kN/m220mm厚水泥砂浆找平层 0.4kN/m2100mm水泥珍珠岩制品保温层 0.4kN/m2一毡二油隔气层 0.05kN/m220mm水泥砂浆找平层 0.4kN/m2预应力混凝土屋面板 1.4kN/m2（2）墙面：在外纵墙标高1.0m处设置一排宽3.6m、高4.8m的钢窗，在轨顶标高以上0.60m处设置一排宽3.6m、高1.8m的钢窗，钢容重0.45kN/m2；370mm厚砌体墙容重为19kN/m2；钢筋混凝土圈梁截面370mm240mm；钢筋混凝土基础梁截面高450mm，上宽400mm，下宽300mm；钢筋混凝土容重为25kN/m2。4、车间建筑平面图如图2-1所示。（此处有图2-1车间建筑平面图）二、构件选型1、混凝土屋盖（1）屋架：采用G415（一）标准图集中的预应力混凝土折线型屋架（YWJ-21-1Ba），自重69.0kN/榀，屋架底部至顶部高度为2950mm，屋架在檐口处高度为1650mm。（2）屋面板：采用G410标准图集中的预应力大型混凝土屋面板，自重标准值1.4kN/m2。2、预制钢筋混凝土吊车梁和轨道连接吊车梁采用G323（二）标准图集，中间跨DL-9z，边跨DL-9B，梁高，自重标准值39.5kN/根；轨道连接采用G325（二）标准图集，轨道连接及零件自重0.8kN/m。3、预制钢筋混凝土柱（1）排架柱高度计算：取轨道顶面至吊车梁顶面的距离，则牛腿顶面标高=轨顶标高hbha=9.61.20.2=+8.2m。由教材混凝土结构（中册）（第五版，中国建筑工业出版社）附表12查得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.3m，柱顶标高取屋架下弦标高+12.30m，基础顶面至室外地坪的距离取0.8m，室外地坪标高取0.100m，则基础顶面至室内地坪的高度为0.8+0.1=0.9m，故从基础顶面算起的柱高H=12.30+0.9=13.20m，上部柱高，下部柱高。（2）排架柱截面尺寸计算：截面尺寸需要满足的条件为，故取柱截面尺寸分别为：上部柱采用矩形截面；下部柱采用I形截面。（3）排架柱截面参数计算：上、下柱截面惯性矩I：上柱： 下柱：上、下柱截面面积A：上柱：下柱：上柱与全柱高比值上、下柱惯性矩比值三、计算单元及计算简图1、定位轴线B1：由上述教材附表12可查得轨道中心线至吊车端部的距离为B1=260mm；B2：吊车桥架至上柱内边缘的距离取B2=80mm；B3：封闭的纵向定位轴线至上柱内边缘的距离，B3=400mm。则B1+B2+B3=260+80+400=740mm750mm，满足要求。故取封闭的定位轴线、都分别为左、右外纵墙内皮重合。2、计算单元由于该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的，故可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2-2所示。3、计算简图排架的计算简图如图2-3所示。（此处有图2-2 排架计算单元、图2-3 排架计算简图）四、荷载计算1、屋盖荷载（1）屋盖恒荷载：三毡四油加绿豆砂防水层 0.4kN/m220mm厚水泥砂浆找平层 0.4kN/m2100mm水泥珍珠岩制品保温层 0.4kN/m2一毡二油隔气层 0.05kN/m220mm水泥砂浆找平层 0.4kN/m2小计： 1.65kN/m2预应力大型混凝土屋面板 1.4kN/m2预应力混凝土折线型屋架 69.0kN/榀则由屋盖传给排架柱的集中荷载设计值为作用于上部柱中心线外侧处。（2）屋面活荷载：建筑结构荷载规范（GB50009-2012）规定，屋面均布活荷载标准值为0.5kN/m2，比屋面雪荷载标准值0.25kN/m2大，故仅按屋面均布活荷载计算。则由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值为作用于上部柱中心线外侧处。2、柱和吊车梁等恒荷载（1）上部柱自重标准值为0.40.40.25=4.0kN/m，则作用在牛腿顶截面处的上部柱恒荷载设计值为（2）下部柱自重标准值为4.69kN/m，则作用在基础顶截面处的下部柱恒荷载设计值为（3）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为3、吊车荷载吊车跨度，查上述教材附表12知，时，小车自重标准值，吊车额定起重量相对应的重力标准值，吊车宽度B=5.55m，轮距K=4.4m（1）吊车竖向荷载设计值，：由图2-4所示的吊车梁支座反力影响线知：（此处有图2-4 吊车梁支座反力影响线）则，（2）吊车横向水平荷载设计值：由，得4、风荷载（1）作用在柱顶处的集中荷载设计值：这时风荷载的高度变化系数按檐口离室外地坪的高度0.1+12.30+1.65=14.05m来计算。查建筑结构荷载规范得，离地面10m时，离地面15m时，用插值法，得。由前面“构件选型”知，则（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0.100+12.30=12.40m来计算。，则，五、内力分析内力分析时所取的荷载值均为设计值，则得到的内力值也均为内力的设计值。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：柱顶不动支点反力由，得故作用下柱顶不动支点反力为（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、轴向力图和柱底剪力图，分别见图2-5（a）和（b）。图中标注的内力值是指控制截面的内力设计值。（此处有图2-5 屋盖荷载作用下的内力图）2、柱自重、吊车梁及轨道连接等自重作用下的内力分析因均为自重，不作排架内力的详细分析，其对排架柱产生的弯矩和轴向力如图2-6所示。（此处有图2-6 柱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指吊车轨道中心线至下部柱截面形心的水平距离）A柱顶的不动支点反力，则B柱顶不动支点反力A柱顶水平剪力为B柱顶水平剪力为内力图如图2-7（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，故可得内力值，如图2-7（b）所示。（3）在作用下的内力分析：至牛腿顶面的距离为9.68.2=1.4m，至柱底的距离为9.6+0.1+0.8=10.5m。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。A柱的内力如图2-7（c）所示。（此处有图2-7 吊车荷载作用下的内力图）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，则A、B柱柱顶水平剪力分别为：左风和右风时A柱的内力图如图2-8（a）、（b）所示。（此处有图2-8 风荷载作用下A柱内力图）六、内力组合考虑以下四种内力组合：及相应的、；及相应的、；及相应的、；及相应的、。由于本厂房结构对称，故只需对A柱或B柱之一进行最不利内力和荷载组合。现对A柱进行最不利内力和荷载组合。1、A柱内力汇总（见表2-1）表2-1 A柱内力汇总表屋面恒荷载柱、吊车梁自重屋面均布活荷载Dmax在A柱MNVMNMNVMNVDmin在A柱Tmax左风右风MNVMNMNMN（如果容不下就直接插入CAD图）2、A柱内力最不利组合其中控制截面分别为：，上柱下端处：，下柱上端处；，下柱下端处。（1）由可变荷载效应控制的组合：“恒荷载+0.9(任意两种或两种以上活荷载)”的内力组合，见表2-2。20表2-2 恒荷载+0.9(任意两种或两种以上活荷载)的内力组合控制截面荷载组合内力组合组合项目M(kNm)N、V(kN)+Mmax及相应N+0.9(+)+Mmax=-4.30+0+0.9(-26.81+23.91+30.52)=20.56N=304.92+19.68+0.9(0+0+0)=324.60-Mmax及相应N+0.9(+)-Mmax=-4.30+0+0.9(-0.72-26.81-23.91-39.69)=-86.32N=304.92+19.68+0.9(50.4+0+0+0)=369.96Nmax及相应M+0.9(+)M=-4.30+0+0.9(-0.72-26.81-23.91-39.69)=-86.32Nmax=304.92+19.68+0.9(50.4+0+0+0)=369.96Nmin及相应M+0.9(+)M=-4.30+0+0.9(-26.81-23.91-39.69)=-85.67Nmin=304.92+19.68+0.9(0+0+0+0)=324.60+Mmax及相应N+0.9(+)+Mmax=-4.30+11.03+0.9(110.45+23.91+30.52)=155.12N=304.92+53.16+0.9(549.05+0+0)=852.23-Mmax及相应N+0.9(+)-Mmax=-4.30+11.03+0.9(-0.72+5.05-23.91-39.69)=-46.61N=304.92+53.16+0.9(549.05+127.47+0+0)=518.16Nmax及相应M+0.9(+)M=-4.30+11.03+0.9(-0.72+110.45+23.91+30.52)=154.47Nmax=304.92+53.16+0.9(50.4+549.05+0+0)=897.59Nmin及相应M+0.9(+)M=-4.30+11.03+0.9(23.91+30.52)=55.72Nmin=304.92+53.16+0.9(0+0)=358.08+Mmax及相应N、V+0.9(+)+Mmax =19.99+11.03+0.9(3.29+50.93+179.34+271.23)=485.33N=304.92+124.05+0.9(50.4+549.05+0+0)=968.48V=2.67+0+0.9(0.44-6.54+17.08+39.56)=48.16-Mmax及相应N、V+0.9(+)-Mmax=19.99+11.03+0.9(-54.46-179.34-235.88)=-391.69N=304.92+124.05+0.9(127.47+0+0)=543.69V=2.67+0+0.9(-6.54-17.08-29.75)=-45.36Nmax及相应M、V+0.9(+)M=19.99+11.03+0.9(3.29+50.93+179.34+271.23)=485.33Nmax=304.92+124.05+0.9(50.4+549.05+0+0)=968.48V=2.67+0+0.9(0.44-6.54+17.08+39.56)=48.16Nmin及相应M、V+0.9(+)M=19.99+11.03+0.9(179.34+271.23)=436.53Nmin=304.92+124.05+0.9(0+0)=428.97V=2.67+0+0.9(17.08+39.56)=53.65“恒荷载+任一种活荷载”的内力组合，见表2-3。表2-3 恒荷载+任一种活荷载的内力组合控制截面荷载组合内力组合组合项目M(kNm)N、V(kN)+Mmax及相应N+Mmax=-4.30+0+30.52=26.22N=304.92+19.68+0=324.60-Mmax及相应N+-Mmax=-4.30+0-39.69=-43.99N=304.92+19.68+0=324.60Nmax及相应M+M=-4.30+0-0.72=-5.02Nmax=304.92+19.68+50.4=375.00Nmin及相应M+M=-4.30+0-39.69=-43.99Nmin=304.92+19.68+0=324.60+Mmax及相应N+Mmax=-4.30+11.03+110.45=117.18N=304.92+53.16+549.05=907.13-Mmax及相应N+-Mmax=-4.30+11.03-39.69=-32.96N=304.92+53.16+0=358.08Nmax及相应M+M=-4.30+11.03+110.45=117.18Nmax=304.92+53.16+549.05=907.13Nmin及相应M+M=-4.30+11.03+30.52=37.25Nmin=304.92+53.16+0=358.08+Mmax及相应N、V+Mmax =19.99+11.03+271.23=302.25N=304.92+124.05+0=428.97V=2.67+0+39.56=42.23-Mmax及相应N、V+-Mmax=19.99+11.03-235.88=-204.86N=304.92+124.05+0=428.97V=2.67+0-29.75=-27.08Nmax及相应M、V+M=19.99+11.03+50.93=81.95Nmax=304.92+124.05+549.05=978.02V=2.67+0-6.54=-3.87Nmin及相应M、V+M=19.99+11.03+271.23=302.25Nmin=304.92+124.05+0=428.97V=2.67+0+39.56=42.23（2）由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合，其组合值不是最不利，此处计算从略。七、排架柱设计采用就地预制柱，混凝土强度等级为C40，纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋，采用对称配筋。1、上部柱配筋计算由上述内力组合表2-2及2-3知，控制截面内力设计值为，取。（1）考虑P-二阶效应：， ，取 查上述教材表12-3知，则 （2）截面设计：由，属于大偏心构件。则，取计算。则选用3C18，则截面一侧钢筋截面面积；同时柱截面总配筋，满足最小配筋率要求。（3）垂直于排架于排架方向截面承载力验算：由上述教材表12-3知，垂直于排架方向的上柱计算长度为，则，查教材混凝土结构（上册）（第五版，中国建筑工业出版社）表5-1得，那么故承载力满足要求。2、下部柱配筋计算按控制截面进行计算。由内力组合表知，有两组不利内力：，；，（1）按组内力进行截面设计：，故取，取假设为大偏心受压，且中和轴在翼缘内，且小于，说明中和轴确实在翼缘内。此时采用5C14，。（2）按组内力进行截面设计：，取，取，按计算。则小于5C14，则按组内力设计，最终采用5C14，。（3）垂直于排架方向的承载力验算：有柱间支撑时，垂直于排架方向的下柱验算长度为，则，故满足要求。3、排架柱的裂缝宽度验算（1）上部柱裂缝宽度验算：控制截面-的准永久组合内力值分别为最大裂缝宽度，取，纵向受拉钢筋外边缘至受拉边的距离为28mm，近似取，取则最大裂缝宽度为，满足最大裂缝限值要求。（2）下部柱裂缝宽度验算：对-截面内力组合+Mmax及相应N的情况进行裂缝宽度验算。取，故取，取则最大裂缝宽度为故满足最大裂缝宽度限值要求。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设置。本厂房排架柱上、下柱均采用A8200，在牛腿处箍筋加密为A8100。5、牛腿设计根据吊车梁及支承位置，吊车梁尺寸及构造要求，确定牛腿尺寸如图2-9所示。（此处有图2-9 牛腿尺寸图）牛腿截面宽度，截面高度600mm，截面有效高度。（1）按裂缝控制要求验算牛腿截面高度：作用在牛腿顶面的竖向力标准值为牛腿顶面没有水平荷载，即。对支承吊车梁的牛腿取，故取，则有，满足要求。（2）牛腿配筋：由于，故可按构造配筋。水平纵向受拉钢筋截面面积，采用5C14，；其中2C14是弯起钢筋。牛腿处水平箍筋为A8100。6、排架柱的吊装验算（1）计算简图：排架柱插入基础杯口内的高度为，故柱总长为4.10+9.10+0.90=14.10m。采用就地翻身起吊，吊点设在牛腿下部处，则起吊时有两个支点：柱底和牛腿底。上柱和牛腿是悬臂的，计算简图如图2-10所示。（此处有图2-10 排架柱吊装验算简图）（2）荷载计算：吊装时，考虑动力系数，柱自重的重力荷载分项系数取1.35。（3）弯矩计算：由知，则有令，得故（4）截面受弯承载力及裂缝宽度验算：上柱：故，满足要求。裂缝宽度验算：，取，则故满足最大裂缝宽度限值要求。下柱：裂缝宽度验算：，取，取，则故满足最大裂缝宽度限值要求。7、排架柱的施工图（见结构施工图）八、锥形杯口基础设计采用C40混凝土，。1、作用在基础底面的内力（1）基础梁和围护墙等的重力荷载：围护墙高12.30+1.65+0.9-0.45=14.4m，围护墙自重 基础梁自重 圈梁自重 钢窗自重 小计： 设计值为 或对基础的偏心距为对基础的偏心弯矩为（）（）（2）柱传来的第组内力：由排架柱内力组合表2-2知，控制截面的内力组合-Mmax及相应N、V分别为-Mmax=-391.69kNm（），N=543.69kN（），V=45.36kN（）对基础底面产生的内力设计值为（）（）（）则其标准值分别为（）（）（）对基础底面产生的内力标准值分别为（）（）（）（3）柱传来的第组内力：+Mmax=485.33kNm（），N=968.48kN（），V=-48.16kN（）柱对基础底面产生的内力设计值为（）（）（）第组内力的标准值分别为（）（）（）柱对基础底面产生的内力标准值分别为（）（）（）2、初步确定基础尺寸（1）基础高度和杯口尺寸：已知柱插入杯口深度为900mm，故杯口深度为900+50=950mm。杯口顶部尺寸：宽为400+275=550mm，长为1000+275=1150mm；杯口底部尺寸：宽为400+250=500mm，长为1000+250=1100mm。按上述教材表12-5取杯壁厚度t=350mm，杯底厚度a1=250m