车间单层工业厂房结构设计.doc

北京城市学院2010届毕业设计（论文）车间单层工业厂房结构设计1.设计条件与资料 1.1建筑物基本条件 某金工车间为两跨等高厂房，跨度均为24m，柱距均为6m，车间总长度66m。每跨设有20/5t吊车各两台，吊车工作级别为中制，轨顶标高为9.6m，基础顶面标高为-0.8m，厂房无天窗，建筑剖面简图如图1所示。 图1 厂房剖面示意图 1.2设计资料 （1）荷载: 屋面均布活荷载标准值为0.7KN/m。 （2）材料: 柱: 混凝土C30;纵筋HRB335级; 箍筋采用HPB235级。 基础: 混凝土C30;钢筋HPB235级。 型钢及预埋件铁板用HRB335、HPB235级钢筋。 （3）建筑构造 屋面: 卷材防水屋面,其做法如下: 两毡三油防水层上铺小石子: 0.35 KN/m。 20mm厚水泥砂浆找平层: 200.02=0.4 KN/m。 100mm厚水泥珍珠岩制品保温层: 50.1=0.5 KN/m。 一毡两油隔气层: 0.05 KN/m。 20mm厚水泥砂浆找平层: 200.02=0.4 KN/m。 预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝)荷载标准值1.4KN/m。 屋盖钢支撑荷载标准值为0.05 KN/m,屋架自重标准值106KN/榀,坡度:1:6。 墙体用240mm厚双面清水维护砖墙;钢窗宽度3.6m,纵墙上窗洞高2400mm。 地面:室内素混凝土地面,室内外高差150mm。 （4）吊车: 桥式吊车,软钩,中级工作制。吊车梁:先张法预应力混凝土吊车梁,梁高1.2m, 自重。吊车轨道联结:轨道及连接件自重1 KN/m。吊车荷载:最大轮压=215KN。 最小轮压=45KN。 小车总重g=75KN。 大车宽B=5550mm。 轮距K=4400mm。 （5）工程地质及水文条件该场地地面粗糙度为B类，地形平整,无滑坡,无液化土层等不良地质现象。 地层自上而下为 填土层: 厚度约为0.5m。 砂质粘土: 厚度约为2.0m,f=200 KN/m。 卵石: 中密,厚度约为57m, f=600 KN/m。 基岩: 表层中度风化。 地下水位在地面7m以下,设计时不考虑地下水的影响，也不考虑抗震设防。 （6）气象资料:基本风压为0.35 KN/m,基本雪压为0.2 KN/m。 1.3设计要求 （1）确定柱截面尺寸； （2）荷载计算； （3）分析排架内力； （4）柱、牛腿配筋计算；（5）编制荷载、内力计算说明书； （6）根据计算结果绘制排架柱结构施工图； （7）柱下基础的设计及其配筋； （8）绘制柱下基础施工图； 2.确定柱的截面尺寸 Q=（1520）t,中级工作制，=9.6+0.8=10.5m。 上柱:矩形:500mm500mm 面积: 惯性矩: 下柱:工字型 柱截面尺寸见图2。 排架计算简图见图3。 3.荷载计算 恒载 屋盖自重: 两毡三油防水层上铺小石子: 0.35 （KN/m） 20mm厚水泥砂浆找平层: 200.02=0.4 （KN/m） 100mm厚水泥珍珠岩制品保温层: 50.1=0.5 （KN/m）一毡两油隔气层: 0.05 （KN/m） 20mm厚水泥砂浆找平层: 200.02=0.4 （KN/m）预应力大型屋面板 1.4 （KN/m）合计 3.1 （KN/m）屋架自重: 106 （KN/榀）则作用于屋顶的屋盖结构自重为 上式中的系数1.05为考虑柱牛腿处及柱根部矩形部分的重量。 吊车梁、轨道及轨道联结件自重: 各柱恒载的作用位置见图4。 屋面活荷载 屋面均布活荷载标准值为0.7KN/m。 雪荷载 屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑.故屋面荷载为 其作用位置与屋盖自重的位置同。 吊车荷载 每跨设20t的吊车各2台,中级工作制,吊车的主要参数如下: 轮距:K=4.44m;大车宽:B=5.55m；小车重:g=75KN； 最大轮压: =215KN；最小轮压: =45KN 图5是在2台10t吊车作用下,吊车梁的支座反力影响线。 吊车的竖向荷载 = = ,的作用位置同吊车梁轨道及轨道联结件自重的作用点。 吊车的横向水平荷载 由于额定起重量在1650t之间,取=10%,则 其作用位置在吊车梁的顶面处。 风荷载 基本风压:= 0.35KN/m,市郊地面粗糙度按B类考虑,查得风压高度变化系数: 查得风荷载体型系数,如图6所示,则作用于排架上的风荷载设计值为: 其中B为排架的计算宽度.风荷载作用的示意图及排架计算简图见图7(a)、(b)。 作用在柱顶处的风荷载集中力: 4.排架的内力分析 剪力分配系数的确定 因边柱和中柱的截面相同,则 因各柱的抗侧移刚度相同,则各柱的剪力分配系数相同 恒载作用下排架的内力 恒载作用下排架的计算简图见图8。 n=0.21,=0.3查单阶柱柱顶反力系数表得,各柱不动铰支承的支反力为 A列柱: C列柱:柱顶不动铰支反力同A柱,方向相反 B列柱: 则排架柱柱顶不动铰支座的总反力为 最终分配到各柱柱顶的剪力分别为： 恒载作用下排架弯矩图、轴力图,如图9所示。 屋面活荷载作用下排架的内力 屋面活荷载作用于AB跨时的计算简图(作用于BC跨时与其对称),见图10。 n=0.21,=0.3查单阶柱柱顶反力系数表得,各柱不动铰支承的支反力为 A列柱: B柱列: 排架柱顶不动铰支座总反力为 最终分配到各柱柱顶剪力分别为 屋面活荷载作用于AB跨时排架的弯矩、轴力图见图11。 其他荷载作用下排架的内力 同理可得其他荷载作用下排架的内力,计算结果列于表1。 其余荷载作用下的计算简图及排架的弯矩、轴力图见图1221。表1荷载作用下排架的内力分析结果荷载柱上力矩/(KNm)各柱柱顶不动铰支承力反力/KN总反力/KN分配到各柱顶最后剪力/KN吊车竖向荷载作用于AB跨作用于A列柱(BC跨与其对称)=174.7()=91.4()16.5()8.7（）05.6()14.6()12.7（）1.9（）吊车竖向荷载作用于AB跨作用于A列柱(BC跨与其对称)=36.6()=436.8()3.5()41.4（）037.9（）16.1()28.7（）12.6()吊车水平荷作用于AB跨向右(向左时与其对称)=18.6KN(吊车梁取1.2m)11.9()11.9()023.8()4()4()8（）风荷载作用下左来风(右来风时与其对称)=10.9KN=2.3KN/m=1.25KN/m15()05.8()31.7()4.4()10.6（）4.5（）注: 在各种荷载作用之下,A柱和B柱的内力图及控制截面内力汇总于表2和表3。34 5.排架的内力组合 在各种荷载作用下,对边柱和中柱进行最不利内力组合.其中未考虑厂房的整体空间的作用.A柱加B 柱的内力组合结果见表4和表5。 表4 A柱的内力组合截面内力+及相应的N、V-及相应的N、V及相应的M、V及相应的M、V组合项数值组合项数值组合项数值组合项数值-M+0.9+88+0.9+0.8(+)+ +-28.5+0.9+0.8(+)+ +-28.5+0.9+88N306.7424.2424.2306.7-M+0.9+0.8(+)+110+0.9+0.8(+)+ +-35.9+0.9+0.8(+)+ +90.3+0.9+29.6N840.2572.2903.7420.9-M+0.9+501.5+0.9+ +-147+0.9+8.86+0.9+501.5N487.9661.11076487.9V28.6-11.5-10.128.6 表5 B柱的内力组合截面内力+及相应的N、V-及相应的N、V及相应的M、V及相应的M、V组合项数值组合项数值组合项数值组合项数值-M+0.9+152.8+0.9+-152.8+0.9+143.9+0.9+143.9N726.4726.4790662.9-M+0.9+284.4+0.9+-284.4+0.9+275.6+41.3N134013401404752.3-M+0.9+0.8(+)+294.6+0.9+0.8(+)+ +-294.6+0.9+0.8(+)+287.4+140N139013901453819.3V-5.85.8-5.610.6 注: 1）组合及中,M的绝对值相等.因柱为对称配筋,所以表中的M只取了正值. 2）表中0.8为参与组合的吊车竖向荷载为4台时的荷载折减系数。 根据荷载规范,荷载效应的基本组合有两种.一种由可变荷载效应控制的组合;一种由永久荷载效应控制的组合.单层厂房中排架的内力通常由第一种组合控制。 6.柱的截面设计 选取控制截面的最不利内力 大偏心受压和小偏心受压界限破坏时的轴压力为: A、B柱: 上柱: 下柱: (取=40mm)经比较,A、B柱的所有51510.2551510.251.0取1.03.641.0取1.02.71.0取1.01.281.0取1.00.991.050.991.052.51.232.71.35977.51711.3850736.742.8取8068.21357 3)1768 3)2262 3)0 2)实配钢筋/(mmmm)422(1520)522(1900)428(2463)422(1520)配筋率/%0.610.760.990.611.221.531.971.22 注:1) ,则. 2) 3) 4)矩形截面: , 5)形截面: , 牛腿截面尺寸的验算 牛腿的截面尺寸满足要求。 牛腿顶面局部受压验算 取吊车梁的垫板尺寸为500mm250mm,则 牛腿顶面的局压满足要求。 牛腿纵向受拉钢筋的计算 因为,取=0.3760=228mm 牛腿的箍筋 牛腿的水平箍筋选用10100,牛腿的范围有,箍筋的总截面面积为 故箍筋的设置满足构造要求。 牛腿的=01410.2141.11.0535143800.4136072675.51940.010.148-0.630.2取0.20.640.036mm0.3mm0.23mm2100mm,取=2100mm B柱： =500+2375=1250mm =1250+2660=2570mm2700mm,取=2570mm 基础的高度满足受冲切承载力要求。 A柱基础底板的配筋计算 取组的最不利基底净反力计算配筋,见图28。 沿基础长边方向,柱边-截面处的弯矩为 变阶处截面处的弯矩为 沿基础短边方向,柱-截面处的弯矩为 B柱基础底板的配筋计算 取组的最不利基底净反力计算配筋,见图28。 沿基础长边方向,柱边-截面处的弯矩为 变阶处截面处的弯矩为 沿基础短边方向,柱-截面处的弯矩为 。 9.绘制施工图A、B柱配筋图见图29和图30。厂房基础平面布置见图31。A、B柱的基础配筋图见图32。 参考文献 1 阎兴华、李玉顺.混凝土结构设计M北京：科学出版社，2008：35183.2 徐占发.建筑结构与构件M北京：人民交通出版社，2006：254281；647699.3 GB 50009-2001,建筑结构荷载规范S.4 GB/T50001-2001,房屋建筑制图统一标准S.5 GB/T50103-2001,总制图标准S.6 GB/T50105-2001,建筑结构制图标准S.7 GB/T50104-2001,建筑制图标准S.8 GB50007-2002,建筑地基基础设计规范S.9 混凝土结构计算手册 (