单层工业厂房课程设计方案.docx

Huazhong University of Science and Technology单层工业厂房课程设计班级：土木工程1202班姓名：学号：U2012154指导老师：周方圆2015年7月25日目录一、设计资料31、概况32、结构设计资料33、建筑设计资料34、吊车资料4二、结构选型41、屋面板选型42、天窗架选型43、屋架选型54、吊车梁选型55、轨道连接确定66、初选柱截面形式与尺寸6三、确定定位轴线61、横向定位轴线62、纵向定位轴线7四、排架内力计算71、计算参数72、荷载计算93、排架内力计算11五、荷载组合与内力组合17六、柱配筋计算181、设计资料182、内力183、配筋计算19七、牛腿计算23八、排架柱吊装验算24九、抗风柱设计26十、基础设计计算29（一）、中间柱基础设计29（二）、抗风柱基础设计36（三）、边柱基础设计43十一、支撑布置43一、 设计资料1、概况某工厂拟建一个焊接车间，根据工艺布置的要求，车间为单跨单层厂房，厂房总长66.00m，跨车间内分别设有一台Q=20/5t和一台10t的中级工作制吊车，吊车轨顶标高为8.40m。跨度18m，柱距6m（端部为5.5m）2、结构设计资料(1) 自然条件：基本雪压 0.7kN/m2基本风压 0.7kN/m2地震设防烈度 该工程位于非地震区，故不需抗震设防。(2) 地质条件：场地平坦，地面以下01.4m为回填土，1.4m以下为棕黄亚粘土层，该土层fak =200kN/m2，m=17kN/ m2，Es=8.9Mpa，4.9m以下为棕红粘土层，该土层fak =250kN/m2，m=17.8kN/ m2，Es=8.9Mpa，场地地下水位较低，可不考虑其对基础的影响。3、建筑设计资料屋 面：采用卷材防水屋面，不设保温层；维护墙：采用240厚蒸压粉煤灰砖墙，外墙面为水刷石，内墙面为水泥石灰砂浆抹面；门 窗：钢门、钢窗，尺寸参见立面图； 地 面：采用150厚C15素混凝土地面，室内外高差为300mm。4、吊车资料二、 结构选型1.屋面板选型活荷载标准值为0.50 kN/m2 ，基本雪压为0.70 kN/m2，故屋面活荷载按0.70 kN/m2计算。屋面荷载标准值为：防水层 0.35 kN/m220mm厚水泥砂浆找平层 0.20 kN/m2积灰荷载 0.502=1.0kN/m2活荷载 0.70 kN/m2外加荷载基本组合设计值：q=1.20.35+0.2+1.40.52+0.7=3.04 kN/m2 。查询图集04G410-1选用YWB，其允许外加均布荷载基本组合设计值为 3.24 kN/m23.0 kN/m2，可以满足要求。板自重标准值为1.40 kN/m2 ，灌缝重标准值为0.10 kN/m2 。1、 屋架选型屋面荷载标准值：防水层 0.35 kN/m220mm厚水泥砂浆找平层 0.20 kN/m2预应力混凝土屋面板及灌缝 1.50 kN/m2屋面支撑及吊管自重 0.15 kN/m2永久荷载 总计 2.20 kN/m2积灰荷载 0.502 kN/m2活荷载 0.70 kN/m2可变荷载 总计 1.70 kN/m2屋面荷载设计值为：q=1.22.2+1.41.7=5.02 kN/m2q=1.352.2+1.41.70.7=4.64 kN/m26m钢天窗架带挡风板代号为d；单跨两端外天沟代号为B；根据实际屋面荷载设计值在表中屋面荷载设计值为q=5.0 kN/m2一栏，选取屋架承载能力序号为4。根据图集041415-1选用屋架型号为YWJA-18-2a。其自重为每榀60.5 kN。2、 吊车梁选型根据吊车梁支座竖向反力影响线及吊车参数，计算出最大剪力为332.87 kN，查询04G3232选用DL9吊车梁。每根自重为39.50 kN。3、 轨道连接确定轨道及垫层构造高度200mm，轨道及连接杆自重取1.0 kN/m。4、 初选柱截面形式与尺寸根据设计资料，中级工作制吊车起重量20t，轨顶标高为8.40m，查询下表选用柱型号为：上柱矩500500，下柱工5001000200。中级工作制吊车吊车起重量（t）轨顶标高（m）6m柱距（边柱）6m柱距（中柱）上柱（mm）下柱（mm）上柱（mm）下柱（mm）568矩400400工400600100矩400400工400600100108矩400400工400700100矩400600工40080015010工400800150矩400600工40080015015208矩400400工400800150矩400600工40080015010工400900150矩400600工400100015012矩400500工4001000200矩500600工5001200200308矩400400工4001000150矩400600工400100015010矩400500工4001000150矩500600工500120020012矩500500工5001000200矩500600工500120020014矩600500工6001200200矩600600工60012002005010矩500500工5001200200矩500700双500160030012矩500600工5001400200矩500700双500160030014矩600600工6001400200矩600700双6001800300三、 确定定位轴线1、 横向定位轴线中柱定为轴线通过柱截面几何中心。在厂房纵向尽端处，定为轴线位于山墙内边缘，并把端柱中心线内移600mm。2、 纵向定位轴线上柱截面尺寸B3=500mm ，由表一知B1+B2334mm ， 故B1+B2+B3750mm ，采用非封闭式定位轴线，如图。查询吊车参数得B1=230 mm ；取B2=170 mm；B31=350 mm；B32=150 mm。四、 排架内力计算1、 计算参数柱顶标高H=H1+h1+h2：式中H1为轨顶标高，h1为吊车轨顶以上高度，h2为安全净空尺寸。其中H1=8.40 m；查询吊车资料选用h1=2.2 m；取h2=400mm，代入：H=H1+h1+h2=8.40+2.2+0.4=11.0 m 设室内地面到基础顶面的距离为600mm，则柱总高：HZ=11.0+0.6=11.6 m 。上柱高度：HS=H-H1+h3+h4式中h3为轨道构造高度，h4为吊车梁支承处的吊车梁高，则HS=H-H1+h3+h4=16.4-13.8+0.2+1.2=4 m下柱高度：HX=HZ-HS=17-4=13 m柱截面尺寸如图。AS=500500=2.5105 mm2荷载作用的示意图如图。e1=50mm ;e2=250mm ;e4=400mm 。2、 荷载计算屋面恒载防水层 0.35 kN/m220mm厚水泥砂浆找平层 0.40 kN/m2预应力混凝土屋面板及灌缝 1.50 kN/m2屋面支撑及吊管自重 0.15 kN/m2永久荷载 总计 2.40 kN/m2屋架自重为67.62 kN/榀，钢天窗架自重为14.58 kN/榀。则柱顶屋面恒载设计值：P1=1.22.40618+67.62+14.582=204.84 kN屋面活荷载屋面活荷载标准值0.5 kN/m2；基本雪压为0.5 kN/m2；故柱顶屋面活荷载设计值：Q1=1.20.56182=32.4 kN柱自重上柱：P2=1.20.50.5425=30 kN下柱：P3=1.20.281325=109.2 kN吊车梁及轨道连接自重P4=1.2(38.71+1.06)=53.7 kN吊车荷载：a吊车竖向荷载吊车计算简图如图。Dmax=QPmaxyi=0.91.41851+18526+1234.12756+1230.07756=419.4 kNDmin=QPminyi=0.91.4351+3526+224.12756+220.07756=78.2 kN b.吊车水平向荷载Tmax=14QG2+G3yi=141.40.90.1239+100+0.178+200=14.0 kN风荷载风荷载体形系数如图。按地面粗糙度为B类计算风压高度变化系数。柱顶：z16.7m=1.14+1.25-1.1420-1516.7-15=1.18屋架檐口：z18.6m=1.14+1.25-1.1420-1518.6-15=1.22q1=Qszw0B=1.40.81.180.356=2.78 kN/m()q2=Qszw0B=1.40.51.180.356=1.73 kN/m()W=(s2-s1)zw0hiB=1.41.220.3560.8+0.51.9+0.6-0.21.3+0.6+0.62.813+0.7-0.70.449)=22.8 kN()3、 排架内力计算n=ISIXx=5.21093.61010=0.144 ；=HSH=417=0.235(1).P1作用产生的弯矩和轴力P1=204.8 kN，M11=P1e1=204.80.05=10.24 kNmM12=P12=204.80.25=51.2 kNmC1=1.51-2(1-1/n)1+3(1n-1)=1.51-0.2352(1-1/0.144)1+0.2353(10.144-1)=1.23R11=MC1H=10.241.2317=0.74 kN()C3=1.51-21+3(1n-1)=1.51-0.23521+0.2353(10.144-1)=1.32R12=MC3H=51.21.3217=3.96 kNR1=R11+R12=3.96-0.74=3.22 kN()N1=204.8 kN (2).柱自重作用产生的弯矩和轴力P2=30 kN ；M2=P2e2=300.25=7.5 kNmR2=MC3H=7.51.3217=0.58 kNN2=30 kNP3=109.2 kNN3=109.2 kN(3).吊车梁及轨道连接自重作用产生的弯矩和轴力P4=53.7 kN ；M4=P4e4=53.70.4=21.48 kNmR4=MC3H=21.481.3217=1.67 kN综上恒载作用下柱顶反力：R=R1+R2+R4=3.22+0.58-1.67=2.13 kN()恒载作用下内力图如图。(4).屋面活荷载作用下的弯矩和轴力屋面活荷载作用与屋面恒载相同，即内力成比例。Q1=32.4 kN，M11=10.2432.4204.8=1.62 kNmM12=51.232.4204.8=8.1 kNmR1=3.2232.4204.8=0.51 kN()内力图如图。(5).吊车竖向荷载产生的内力1).最大轮压作用在A柱MA=Dmaxe4=419.40.4=167.76 kNmMB=Dmine4=78.20.4=31.28 kNmRA=MC3H=167.761.3217=13.03 kNRB=MC3H=31.281.3217=2.43 kN()因为A、B两柱相同，故A=B=0.5 ，则各柱剪力为：VA=RA-ARA+RB=-13.03-0.5-13.03+2.43=-7.73 kN()VB=RB-ARA+RB=2.43-0.5-13.03+2.43=7.73 kN ()内力图如图。2).最大轮压作用在B柱最大轮压作用在B柱时，其受力情况与最大轮压作用在A柱正好相反，内力图可参考图。(6).吊车水平制动力产生的内力Tmax=14.0 kN ；yHu=4-1.24=0.7C5=2-2.1+30.243n+0.121+31n-1=2-2.10.235+0.23530.2430.144+0.121+0.235310.144-1=0.711).水平力向右作用时RA=RB=TmaxC5=14.00.71=9.94 kN()柱顶剪力：VA=VB=RA-ARA+RB=9.94-0.59.94+9.94=0 kN内力图如图。2).水平力向左时吊车水平制动力向左作用时，其内力情况与吊车水平制动力向右作用时相反，其内力图可参考图。(7).风荷载作用下产生的内力1).左风作用时q1=2.78 kNm ，q2=1.73 kNm ，W=22.8 kNC11=31+41n-181+31n-1=31+0.235410.144-181+0.235310.144-1=0.35RA=qHC11=2.78170.35=16.54 kN()RB=qHC11=1.73170.35=10.29 kN()VA=RA-ARA+RB-W=-16.54-0.5-16.54-10.29-22.8=8.28 kN ()VB=RB-ARA+RB-W=-10.29-0.5-16.54-10.29-22.8=14.53 kN ()内力图如图。2).右风作用时右风作用时产生的内力与左风作用产生的内力相反。其内力图可参考左风内力图。五、 荷载组合与内力组合六、 柱配筋计算由于A柱与B柱对称，所以两柱采用完全相同的设计；边跨柱按中间跨柱的计算结果设计，不单独计算。1、 设计资料截面尺寸：上柱 500mm500mm矩形截面 下柱 500mm1000mm500mm工字形截面bf=bf=500mm；hf=hf=200mm。材料等级：混凝土 C30 fc=14.3 N/mm2 取a=a=35mm 钢筋 受力筋为 HRB335级钢筋fy=fy=300 N/mm2b=0.55 箍筋、预埋件和吊钩为HRB235级钢筋fy=210 N/mm2计算长度：由于柱高在8m以上，所以设置柱间支撑，故柱的计算长度。 排架平面内： 上柱 24=8m 下柱 113=13m 排架平面外： 上柱 1.54=6m 下柱 113=13m2、 内力（1） 上柱Nb=fcbh0b=14.3500500-350.55=1828.6 kN内力组合表中截面的控制内力N均小于Nb，则都属于大偏心受压，所以取弯矩较大而轴力较小的情况，选出内力组合：M=-100.9 kNm ；N=234.8 kN。（2） 下柱Nb=fcbf-bhf+fcbh0b=14.3500-120200+14.31209650.55=1997.6 kN内力表中、截面的控制力N均小于Nb，则都属于大偏心受压，所以取弯矩较大而轴力较小的情况，选出内力组合： M=-786.7 kNm；N=505.9 kN；V=-63.5 kN M= 789.0 kNm；N=879.5 kN；V= 64.5 kN3、 配筋计算（1） 上柱按对称配筋M=-100.9 kNm；N=234.8 kNx=Nfcb=234.810314.3500=32.8 mm2as=70 mm属于大偏心受压，取x=70 mm。e0=MN=100.9106234.8103=429.7 mmea=h30=500301，取1=1l0h=8000500=1682=1.15-0.01l0h=1.15-0.0116=0.99=1+11400eih0(l0h)212=1+1140045046516210.99=1.187e=ei+h2-as=1.187450+5002-35=749.2 mme=e-h0+as=749.2-465+35=319.2 mmAs=As=Nefy(h0-as)=234.8103319.2300(465-35)=581 mm2选用2B20（As=628 mm2）；箍筋选用A6200，加密区选用A6100。受弯平面外承载力验算：l0h=13000500=26，查表得稳定系数=0.6Nc=fcA+fyAs=0.614.3500500+3006282=2371.1 kNN=234.8 kN满足要求。（2） 下柱Nf=fcbfhf=14.3500200=1430 kN内力组合：M=-786.7 kNm；N=505.9 kN；V=-63.5 kNN2as=70 mme0=MN=786.7106505.9103=1555.1 mmea=h30=100030=33.3 mm20 mm，取ea=33.3 mmei=e0+ea=1555.1+33.3=1588.4 mm1=0.5fcAN=0.514.32.8105505.9103=3.961，取1=1l0h=130001000=13152=1=1+11400eih0(l0h)212=1+114001588.496513211=1.07e=ei+h2-as=1.071588.4+10002-35=2164.6 mmAs=As=Ne-fcbx(h0-0.5x)fy(h0-as)=505.91032164.6-14.350070.8(965-0.570.8)300(965-35)=2238.5 mm2M=789.0 kNm；N=879.5 kN；V=65 kNN=879.5 kN2as=70 mme0=MN=789.0106879.5103=879.1 mmea=h30=100030=33.3 mm20 mm，取ea=33.3 mmei=e0+ea=879.1+33.3=930.4 mm1=0.5fcAN=0.514.32.8105879.5103=2.281，取1=1l0h=130001000=13N=879.5 kN满足要求。七、 牛腿计算作用于牛腿顶面的荷载：FVk=P41.2+Dmax1.4=53.71.2+419.41.4=344.3 kNFV=P4+Dmax=53.7+419.4=473.1 kNFh=0牛腿高度验算ftk=2.01 N/mm2，a=0，b=500 mmh0=h1-as+Ccot450=400-35+2001=565 mm1-0.5FhkFvkftkbh00.5+ah0=0.6512.015005650.5=738.2 kNFvk=344.3 kN满足要求。纵向受拉钢筋的配置，因为竖向力作用点在下柱截面边缘内，则可以按构造配筋，Asminbh=0.002500600=600 mm2，且As0.45ftfybh=5006000.451.43300=643.5 mm2，纵筋不少于四根，直径不应小于12mm，所以选用4B16，As=804.4mm2。由于 ah00.3，则可以不设置弯起钢筋，箍筋按构造配置，牛腿上部h0/3范围内水平箍筋的总截面面积不应小于承受FV的受拉纵筋面积的1/2，箍筋选用A8100。局部承压面积近似按柱宽乘以吊车梁端承压板宽度取用：A=500420=2.1105 mm2FVkA=344.31032.1105=1.64Nmm20.75fc=10.725Nmm2满足要求。八、 排架柱吊装验算采用翻身起吊，对图中三截面进行承载力验算和裂缝宽度验算。（1） 荷载考虑结构重要性系数0.9，荷载系数1.2，动力系数1.5上柱：q3=0.91.21.5250.50.5=10.1 kN/m牛腿：q2=0.91.21.5251.20.5=24.3 kN/m下柱：q1=0.91.21.5250.2815 =11.4 kN/m（2） 内力通过计算可得：RA=61.8 kN；RC=134.5 kNM1=164.1 kNm；M2=109.4 kNm；M3=80.8 kNm；（3） 验算截面按双筋截面计算，裂缝允许宽度max=0.3 mm。采用限制钢筋应力来限制裂缝宽度。对于B20钢筋，s=250 N/mm2对于B25钢筋，s=240 N/mm2 -截面M1=164.1 kNm；M1k=164.11.2=136.8 kNm；h0=965 mmAs=M1fy(h0-as)=164.1106300(965-35)=588.2 mm2已配5B25，满足要求。裂缝验算：s=M1k0.7h0As=136.81060.79652454=82.5 Nmm2s=240 N/mm2满足要求。 -截面M2=109.4 kNm；M1k=109.41.2=91.2 kNm；h0=965 mmAs=M2fy(h0-as)=109.4106300(965-35)=392.1 mm2已配5B25，满足要求。裂缝验算：s=M2k0.7h0As=91.21060.79652454=55.0 Nmm2s=240 N/mm2满足要求。 -截面M3=80.8 kNm；M3k=80.81.2=67.3 kNm；h0=965 mmAs=M3fy(h0-as)=80.8106300(965-35)=289.6 mm2已配2B20，满足要求。裂缝验算：s=M3k0.7h0As=67.31060.7965620=160.7 Nmm2s=250 N/mm2满足要求。九、 抗风柱设计1、 设计资料截面尺寸：上柱正方形截面；下柱矩形截面材料等级：混凝土 钢筋 受力筋为HRB335级钢筋箍筋、预埋件和吊钩为HRB235级钢筋2、 设计说明抗风柱主要承受山墙风荷载，竖向荷载只有柱的自重，设计时近似按受弯构件计算。抗风柱顶应低于屋架上弦中心线50mm，抗风柱上、下柱交界处应低于边柱顶100mm或屋架下弦底200mm，可以由剖面图得抗风柱的上柱，下柱，总高。抗风柱顶和屋架上弦连接，连接一般采用竖向可移动、水平向又有较大刚度的弹簧板连接山墙重量由基础梁传至基础。柱截面宽度，下柱截面高度。3、 荷载计算（1）、风荷载标高/m101520301.01.141.251.42由上面的数据通过插值可以求得标高处的；体型系数0.8基本风压，每柱的受风宽度6m。（2）、柱自重上柱：下柱：4、 内力分析计算简图如图十五所示。上柱截面：，下柱截面：，；内力图见图。5、 配筋计算采用对称配筋。（1）、上柱截面（按近似受弯计算）选用2B20（），箍筋选用A6200。配筋示意图见图十六。（2）、下柱截面（按近似受弯计算）由于采用对称的通长配筋，则只需要验算弯矩绝对值最大的截面。考虑到有轴力作用且及吊装的需要，选用3B25（），箍筋选用A6200，另加配2B12钢筋作为腰筋。配筋示意图见图。十、 基础设计计算（一）、中间柱基础设计1、 设计资料材料等级：混凝土 钢筋 HRB235级钢筋 基底设置100厚素混凝土垫层。2、 荷载计算（1）、柱底传递的荷载从A柱内力表中选出3-3截面的绝对值最大的两组内力（包括）。选出的内力组合列于下表中。 柱底传至基础的荷载组别荷载效应标准组合1509.5753.740.32-528.3505.9-41.8（2）、基础梁传递的荷载每个基础承受的外墙总宽度为6.0m，总高度为13.8m，墙体为240mm蒸压粉煤灰砖墙（含双面粉刷），钢框玻璃窗（），基础梁重。每个基础承受的由基础梁传来的荷载标准值：240墙 钢框玻璃窗 基础梁 重 距离基础形心的偏心距3、 基底尺寸（1）、按构造要求拟定高度下柱截面高度，查表可以知道：柱底插入杯口深度，取。杯底厚度，取，所以。基础顶面标高，基础埋深：杯壁厚度，取；基础边缘高度取，台阶高度取，尺寸如图所示。（2）、拟定基础底面尺寸试取 ：。设取，（3）、基底压力计算及地基承载力验算基底压力计算及地基承载力验算过程和结果列于下表：基底压力计算及地基承载力验算表类别第一组第二组509.5753.740.3-528.3505.9-41.81503.41255.6364.8-775.6242.6617.7172.183.5201.012.6满足要求。4、 基础高度验算此时应采用基底净反力设计值，基底净反力设计值的计算过程及结果列于下表中。 基底净反力设计值计算表类别第一组第二组509.5753.740.3-528.3505.9-41.81068.3820.5364.8-775.6341.5945.3135.246.5-上表中第二组荷载按计算时，故对该组内力应如下计算：由于台阶高度与台阶宽度相等（均为450mm），所以只需要验算变阶处的受冲切承载力。计算截面如图所示；变阶处截面有效高度由于 取 ：；基础高度满足要求。5、 底板配筋基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面见下图。（1）、柱边及基础变阶处基底反力计算两组不利内力设计值在柱边和变阶处的基底净反力计算见下表。基底净反力计算表类别第一组第二组101.487.1109.9107.6118.3128.1122.6138.490.98