单层工业厂房设计计算书.docx

单层工业厂房设计计算书目 录1.设计资料11.1概况11.2结构设计资料：11.3建筑设计资料12.定位轴线13结构构件选型23.1屋面板23.2天沟板53.3天窗架53.4屋架53.5吊车梁63.6吊车梁轨道联接63.7基础梁64.厂房剖面设计75.排架结构计算85.1排架柱截面尺寸选定85.2排架结构的计算参数85.3荷载计算95.4内力计算135.5柱的内力组合（A柱）176.排架柱截面设计176.1材料性能176.2柱截面配筋设计196.3柱在排架平面外承载力验算206.4裂缝宽度验算206.5.柱牛腿设计217.基础设计237.1.荷载计算237.2.基础底面尺寸的确定237.3基底配筋计算258.支撑布置268.1屋盖支撑布置268.2柱间支撑布置279.参考文献271.设计资料1.1概况某工厂拟建两个焊接车间，根据工艺布置的要求，车间均为单跨单层厂房，跨度分别为24m和18m，24m跨设吊车30/5t、10t吊车各一台，18m跨设吊车20/5t、10t吊车各一台，吊车均为中级工作制，轨顶标高不低于10.8m，厂房设有天窗，建筑平、立、剖面图详图1、图2、图3。1.2结构设计资料： (1) 自然条件： 基本雪压 0.5kN/m2 基本风压 0.35kN/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01.5m为素填土层，1.5m以下为粉质粘土层，该土层fak =300kN/m2，Es=12Mpa，场地地下水位较低，可不考虑其对基础的影响。1.3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。2.定位轴线由混凝土结构（第五版）附表12可得，轨道中心线至吊车端部距离B1=300mm；吊车桥梁至上柱边缘距离B280mm，取为80mm；封闭的纵向定位轴线至上柱边缘B3=400mm；于是e=B1+B1+B3=780mm750mm，故采用非封闭式定位轴线。取B32=150mm，于是B31=250mm，此时，e=B1+B2+B21=630mm1.78 kN/m2 (满足要求)由04G410-1可知，板自重标准值 1.4 kN/m2 灌缝自重标准值 0.1 kN/m2 屋面板自重标准值 =1.5kN/m23.2天沟板单跨单层厂房屋面采用外天沟有组织排水。根据全国通用标准图集04G415-1屋架上弦预埋件图，可取天沟板宽度770mm。天沟板永久荷载标准值：素混凝土找坡层 0.03524=0.84 kN/m2水泥砂浆找平层（20mm厚） 0.0220=0.40 kN/m2三毡四油卷材防水层 0.40 kN/m2积水荷载标准值（按230mm计算） 2.30 kN/m2卷材防水层考虑高、低肋覆盖部分，按天沟平均内宽b(b=天沟宽度-190mm)的2.5倍计算。因此，外加均布荷载设计值： q=1.35(0.77-0.19) (0.84+0.4+2.50.40+2.30)=3.56kN/m由04G410-2可知，其q小于TGB77允许外加均布荷载4.26kN/m（满足要求）。选用天沟板型号如下：TGB77(中间跨)；TGB77a（中间跨右端有开洞）；TGB77b(中间跨左端有开洞)；TGB77Sa(端跨右端有开洞)；TGBSb（端跨左端有开洞）。由04G410-2可知，天沟板自重标准值：2.24 kN/m3.3天窗架选用门型钢筋混凝土天窗架GJ9-03，自重标准值72kN/榀；天窗架端壁选用DB9-3，自重标准值为72kN/榀。3.4屋架三毡四油防水层 0.40 kN/m220mm水泥砂浆找平层 0.0220=0.40 kN/m2屋面板自重标准值（含灌缝） 1.5 kN/m2小计 2.3 kN/m2屋面板可变荷载标准值 0.5 kN/m2屋架荷载设计值组合1 q=1.22.3+1.40.5=3.46 kN/m2组合2 q=1.352.3+1.40.50.7=3.60 kN/m2根据全国通用标准图集04G415-1，预应力钢筋混凝土折线形屋架（跨度24m）选用型号YWJ24-1Bc。允许屋面荷载4.0 kN/m23.6 kN/m2 (满足要求)。每榀屋架自重标准值112.75 kN/m2。3.5吊车梁根据设计资料，本厂房设置两台双钩桥式吊车，中级工作制（A4,A5），额定起重量30/5t和10t。本设计采用30/5t,Lk=22.5m，根据全国通用标准图集04G325-2选用型号：DL-10Z(中间跨)，自重标准值39.5kNDL-10B(端跨)，自重标准值40.8kN吊车梁高h=1200mm。经验算，中级工作制吊车梁选用DL-10的承载力、疲劳、裂缝均满足要求。3.6吊车梁轨道联接根据吊车梁上螺栓孔间距A=280mm和吊车的工作制级别（中级工作制）、额定起重量（30/5t）和跨度（Lk=22.5m），根据全国通用标准图集04G325选用型号：DGL-13，各种材料用量如下：钢材 钢轨 0.3873 kN/m 联接体 0.0855 kN/m复合橡胶垫板 0.00437 kN/m混凝土找平层 0.02320=0.460 kN/m吊车梁联接的线重() 0.934 kN/m吊车梁轨道联结高度h=200mm3.7基础梁中跨240mm厚墙突出于柱外，有窗、墙高5.5-18m，根据全国通用标准图集04G320，钢筋混凝土基础梁选用型号：JL-3(中跨)，自重标准值16.1kN。边跨有窗、墙高4.6-18m，根据全国通用标准图集04G320，钢筋混凝土基础梁选用型号：JL-17(边跨)，自重标准值13.1kN。构件选型汇总于表2.1 表2.1 构件选型一览表构件名称图集编号型号自重标准值屋面板04G410-1YWB -2II（S）1.5kN /m2（包括灌缝）天沟板04G410-2TGB772.24kN/m屋架04G415-1YWJ24-1Bc112.75kN/榀天窗架04G316GJ9-03236kN/榀吊车梁04G323-2DL-10B(Z)40.8kN、39.5kN轨道联结04G325DGL-130.934kN /m基础梁04G320JL-3、JL-1716.1kN、13.1kN4.厂房剖面设计剖面设计是确定厂房的控制标高，包括牛腿标高、柱顶标高等。3.1柱控制标高由于工艺要求，轨顶标高为8.0m，根据吊车起重量查（ZQ1-62）轨顶至吊车顶距离H=2.6m。柱顶标高=轨顶标高+H+吊车顶端与柱顶的净空尺寸 =8.0+2.6+0.22=10.82m牛腿顶面标高=轨顶标高-吊车梁高度-轨道联结高度 =8.0-1.2-0.2=6.6m由设计资料可知，基础顶面可取至天然地面以下1.0m，故基础顶面至0.000高度为1.3m。柱全高（从基础顶面至柱顶）H=柱顶标高+基础顶面至0.000高度=10.82+1.3=12.12m上柱高度Hu=10.82-6.6=4.22m下柱高度Hl=12.12-4.22=7.9m图3.1给出了厂房的剖面图。5.排架结构计算5.1排架柱截面尺寸选定下段柱截面高度，根据吊车起重量级、基础顶面至吊车梁顶高度Hk，由混凝土结构（第五版）表12-2可知，当Q=30t时，hHl/12=7900/12=658mm，取900mm下段柱截面宽度根据基础顶面至吊车梁底的高度Hl确定,bHl/20=7900/20=395mm,取400mm综上可知，上柱截面：bh=400mm400mm(图4.1a) 下柱截面：bfhbhf=400mm900mm100mm150mm(图4.1b)5.2排架结构的计算参数计算简图 为简化计算，假定排架柱上端与屋架铰接、下端与基础顶面固结；屋架两端处柱的水平位移相等；忽略排架和排架之间的相互联系，即不考虑排架的空间作用。排架结构的计算简图见图4.2。计算参数上柱 截面面积 Au=0.40.4=0.16m2惯性矩 Iu=bh3/12=4004003/12=2.13109mm4下柱截面面积 A=m2惯性矩 mm4翼缘厚度按平均值： 5.3荷载计算排架的荷载包括永久荷载、屋面可变荷载、吊车荷载和风荷载。永久荷载 永久荷载包括屋盖自重、上段柱自重、下段柱自重、吊车梁自重和轨道联结自重。屋盖自重标准值三毡四油防水层 0.40 kN/m220厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.40 kN/m2预应力大型屋面板及灌缝 1.5 kN/m2天沟板自重 2.24 kN/m天沟内找平层及防水层 2.64 kN/m屋架自重 112.75 kN/榀作用于每端柱顶的屋盖结构自重标准值：G1k=(0.40+0.40+1.50) 24.06/2+112.75/2+2.646+2.246=251.26kN对上柱截面形心外侧偏心距e1=50mm(所选屋架的实际跨度为23700mm)上柱截面与下柱截面形心偏心距e2=900/2-400/2=250mmM1k= G1ke1=251.260.05=12.56kNm(内侧受拉)M1k= G1ke2=251.260.25=62.82kNm(内侧受拉)柱自重上柱自重标准值 G2k=(AuHu)钢筋混凝土=0.164.2225=16.88kNM2k= G2ke2=16.880.25=4.22kNm(内侧受拉)下柱自重标准值 G4k=(AlHl)钢筋混凝土=0.18757.925=37.03kN 吊车梁及轨道联结自重 G3k=39.5+0.9346=45.10kN 对下柱截面形心的偏心距e3=750-900/2=300mm M3k= G3ke3=45.100.3=13.53kNm(外侧受拉)所以，下柱上截面处弯矩：M2k= M1k+ M2k- M3k=62.82+4.22-13.53=53.51kNm（内侧受拉）永久荷载作用下排架的计算简图如图4.3所示。屋面可变荷载 屋面可变荷载包括屋面均布可变荷载、雪荷载和积灰荷载。建筑结构荷载规范规定，积灰荷载应与雪荷载或不上人屋面均布活荷载两者中的较大值应同时考虑。该计算中不考虑积灰荷载，取不上人屋面可变荷载标准值=0.5 kN/m2，雪荷载标准值0.5 kN/m2，所以屋面可变荷载在柱顶产生的集中力标准值： （内侧受拉）吊车荷载 本设计设有两台桥式吊车，中级工作制，额定起重量30/5t和10t,其有关参数见表4.1表4.1 吊车参数Q(t)Lk(m)H(m)B1+B2(mm)吊车宽B(m)轮 距K(m)Pmax(kN)Pmin(kN)g(kN)30/522.52.7344046.1504.80290.070.0118.01016.51.8763045.8404.05123.022.034.61吊车竖向荷载Dmaxk、Dmink。吊车梁支座反力的影响线如图4.5所示。影响线的纵坐标：y1=1.0 y2=(6-4.8)/6=0.2y3=(6-0.675-0.895)/6=0.738 y4=(6-0.675-0.895-4.05)/6=0.06则吊车竖向荷载（考虑两台吊车工作）：当Dmaxk作用于A柱（作用位置同永久荷载G3k）时 MAk= Dmaxke3=394.900.3=118.47kNm(外侧受拉) MBk= Dminke3=90.210.3=27.06kNm(外侧受拉)当Dmaxk作用于B柱（作用位置同永久荷载G3k）时，同理，有对称性，与作用与A柱时相反对称。MBk=118.47kNm (外侧受拉),MAk=27.06kNm(外侧受拉)。吊车横向水平荷载（考虑两台吊车工作）Tmaxk当吊车起重量Q=15t-50t时，：其作用位置距离柱顶：4.22-1.2-0.2=2.82m吊车横向荷载标准值作用下排架的计算简图如图4.7所示。风荷载 由设计资料可知，该地区基本风压w0=0.35kN/m2,B类地面粗糙度。单层厂房可不考虑风振系数，取，风载体形系数见图4.8。作用在柱上的均布荷载柱高（从天然地面算起）：11.12m，风压高度变化系数：柱顶以下墙体承受的均布风荷载标准值： （压力） （吸力）作用在柱顶的集中风荷载。作用在柱顶的集中风荷载Fwk由四部分组成：柱顶至檐口竖直面上的风荷载、屋面上的风荷载水平分量、天窗架竖直面上的风荷载和天窗架顶面的风荷载水平分量。檐口高（从天然地面算起，下同）： 13.42m =1.096天窗架底高： 14.32m =1.121天窗架檐口高： 16.541m =1.174天窗架顶高： 17.582m =1.197风荷载标准值作用下排架的计算简图如图4.9所示。5.4内力计算永久荷载标准值作用下的内力计算柱顶反力内力上柱顶端截面（0-0）：M0k=-12.56kNm N0k=251.26kN上柱底端截面（1-1）：M1k=6.634.22-12.56=15.42kNm N1k=251.26+16.88=268.14kN下柱上端截面（2-2）：M2k=6.634.22-12.56-53.51=-38.09kNm N2k=268.14+45.10=313.24kN下柱底端截面（3-3）：M3k=6.6312.12-12.56-53.51=14.29kNm N3k=313.24+37.03=350.27kN永久荷载标准值作用下排架结构内力图如图4.10所示。屋面可变荷载标准值作用下的内力计算柱顶反力内力上柱顶端截面（0-0）：M0k=-1.80kNm N0k=36kN上柱底端截面（1-1）：M1k=1.0584.22-1.80=2.66kNm N1k=36.0kN下柱上端截面（2-2）：M2k=1.0584.22-1.80-9.0=-6.34kNm N2k=36.0kN下柱底端截面（3-3）：M3k=1.05812.12-1.80-9.0=2.02kNm N3k=36.0kN吊车竖向荷载标准值作用下的内力计算当Dmaxk作用于A柱时A柱 B柱M0k=0 N0k=0 M0k=0 N0k=0 M1k=-5.894.22=-24.86kNm M1k=5.894.22=24.86kNmN1k=0 N1k=0M2k=-5.894.22+118.47=93.61kNm M2k=5.894.22-27.06=-2.20kNmN2k=394.90kN N2k=90.21kNM3k=-5.8912.12+118.47=47.08kNm M3k=5.8912.12-27.06=44.33kNmN3k=394.90kN N3k=90.21kN吊车竖向荷载标准值作用下的排架结构内力图如图4.12所示。吊车横向水平荷载标准值作用下的内力计算不考虑厂房的空间作用。Tmax至牛腿顶面距离为1.4m，至柱底（基础顶面）距离为1.4+7.9=9.3m。因为A、B柱相同，受力也相同，故水平位移相等，没有柱顶水平剪力，因此A柱内力易知：M1k=M2k=13.521.4=18.93kNm M3k=13.529.3=125.74kNm 风荷载标准值作用下内力计算A柱 B柱M0k=0 M0k=0 M1k=1.734.222/2+6.114.22 M1k=1.084.222/2+8.574.22 =41.19kNm =45.78kNmM2k=1.7312.122/2+6.1112.12 M2k=1.0812.122/2+8.5712.12 =201.12kNm =183.19kNmV3k=1.7312.12/2+6.11=27.08kN V3k=1.0812.12+8.57=21.66kN风荷载标准值作用下的排架结构弯矩图如图4.14所示。现将A柱各种荷载作用下的内力汇总与表4.2。5.5柱的内力组合（A柱）荷载作用效应的基本组合1.2永久荷载效应标准值+1.4任一可变荷载效应标准值；1.35永久荷载效应标准值+1.4任一可变荷载效应标准值；1.2永久荷载效应标准值+0.91.4任意两个或两个以上可变荷载效应标准值之和；最不利内力 +Mmax及相应的N、V；- Mmax及相应的N、V；Nmax及相应的M、V；Nmin及相应的M、V。可变荷载的组合系数 风荷载0.6，其他荷载取0.7。准永久值系数：风荷载取0，屋面可变荷载取0（不上人）或0.4（上人），吊车荷载取0。A柱各截面内力组合结果详见表4.3。6.排架柱截面设计6.1材料性能C30混凝土，fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2,=1.0；一类环境，保护层厚度20mm。HRB400纵向钢筋，fy=360N/mm2；HPB300箍筋，fy=270N/mm2。6.2柱截面配筋设计 最不利内力组合的选用根据内力组合表可知，截面3-3的弯矩和轴力的设计值比截面2-2的大，故下柱的配筋由截面3-3的最不利组合控制。而上柱的配筋由截面1-1的最不利组合控制。经比较，用于上下柱截面配筋计算的最不利组合列入表5.1：表5.1柱各控制截面荷载组合截面内力组合e0/mmh0/mmei/mm1l0/mmh21-1M/kN.m-94.35293.2360313.21.042204001.01.091N/kN321.773-3M/kN.m-123.5230.81860260.811.079009001.01.182N/kN534.91M/kN.m490.86963.26860539.581.079009001.01.088N/kN963.26注：1.。2. 3. ，考虑吊车荷载（上柱），（下柱），不考虑吊车荷载时取 4. 初始偏心距确定柱排架方向的初始偏心距e1、计算长度l0及偏心距增大系数，其计算公式参见书本。计算结果见表5.2。柱在排架平面内的截面配筋计算柱在排架平面内的截面配筋计算结果见表5.2 表5.2 柱截面配筋计算表截面内力组合ei/mmx/mme/mm偏心情况计算配筋实际配筋1-1M/kNm-94.353131.0956.3501.70大偏心508804N/kN321.773-3M/kNm-123.52611.1893.5718.3大偏心0.9h)。采用一点翻身起吊，吊点设在牛腿于下柱交接处（见图5.2所示）。.荷载计算（动力系数为：1.5）上柱自重：g1k=1.5250.40.4=6.0kN/m牛腿自重：g2k=1.525(0.41.0)=15.0kN/m下柱自重：g3k=1.5250.1875=7.03kN/m .内力计算 计算简图如图5.3（b）：M1k=6.04.222/2=53.43kN.mM2k=6.0(4.22+0.5)2/2+(15.0-6.0)0.52/2=67.96kN.mM3k=31.28kN.m受力图如下图所示：90079004220.截面承载力验算对于截面1-1 bh=400mm400mm，h0=360mm，=804，fy=360N/，则截面承载力为：对于截面2-2 bh=400mm900mm，h0=860mm，=1256，fy=360N/，则截面承载力为：故两个截面均满足要求。.裂缝宽度验算由承载力计算可知，裂缝宽度验算截面1-1即可。钢筋应力则为：，按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率为：，取=0.01，则有，则：则裂缝宽度验算合格，柱若采用平卧起吊，承载力和裂缝宽度将均不满足要求。7.基础设计基础选用C25混凝土，抗拉强度设计值ft=1.1N/mm2；HPB300级钢筋，抗拉强度设计值fy=270 N/mm2。7.1.荷载计算由柱传至基础顶面的荷载(内力)值共有三组内力值（第二、三组需作相应计算）第一组M=490.86kN.m，N=963.26kN，V=53.03kN；第二组M=-293.32kN.m，N=420.302kN，V=-22.37kN。由基础梁传至基础顶面的荷载值墙重（含双面粉刷） （14.3+0.5）6-（5.1+1.8）45.24=320.69kN窗重（钢框玻璃窗） （5.1+1.8）40.45）=12.42kN基础梁自重 0.250.35625=13.13kN由基础梁传至基础顶面的荷载设计值为： G5=346.241.2=415.5kN距基底中心线距离：e5=0.24/2+1.0/2=0.62m7.2.基础底面尺寸的确定作用于基础底面的荷载效应标准组合值。查表先假定处基础高度为h=800+50+250=1100mm，基础底部标高取为-2.4m，作用于基础底部的内力标准值有：（参见右图） 基础梁传至基础顶面的荷载设计值相应的偏心距为G5e5=-415.50.62=-257.61kN.m第一组：Mbot1=490.86+1.153.03-257.61=291.58kN.mNbot1=963.26+415.5=1378.76kN第二组：Mbot2=-293.32-1.122.37-257.61=-575.54kN.m，Nbot2=420.3+415.5=835.8kN选择第二组内力确定l和b确定地基承载力特征值:=（3.874.93）mm取l/b=1.5，A=5m2 解得：b=1.8，取b=2.0m，l=1.52.0=3.0m验算e0小于等于1/6的条件：（m）验算第一组荷载设计值作用下的基底应力为：可以；故满足条件因为该车间属于可不作地基变形计算的二级建筑物，所以最后确定其基底尺寸为2000mm3000mm，见下图。确定基底高度已初步假定基础高度为1.1mm，如采用锥形杯口基础，根据构造要求，初步确定的基础剖面尺寸如图所示，由