混凝土单层工业厂房课程设计计算书

1、单层工业厂房混凝土排架课程设计专业土木工程班级土木三班学号姓名王书英指导老师肖四喜目录、设计资料2、计算内容3柱截面尺寸确定3荷载计算4恒载4屋面活荷载5风荷载5吊车荷载6排架内力分析6恒载作用下排架内力分析7屋面活荷载作用下排架内力分析8风荷载作用下排架内力分析9吊车荷载作用下排架内力分析10内力组合12柱截面设计13上柱配筋计算13下柱配筋计算14柱的裂缝宽度验算15柱箍筋配置16牛腿设计16柱的吊装验算17基础设计18作用于基础顶面上的荷载计算18基础尺寸及埋置深度19基础高度验算20基础底板配筋计算21柱截面尺寸确定由图2可知柱顶标高为m,牛腿顶面标高为，设室内地面至基础顶面的距离 为

2、，则计算简图中柱的总高度 H下柱高度Hi、上柱高度Hu分别为：H=+=， H | =+=Hu =根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可由表并参考表确定柱截面 尺寸，见表1。表1柱截面尺寸及相应的计算参数柱号计算参数截面尺寸/mm面积2/mm惯性矩/mmKN/m天窗架重力荷载为2X 36 KN /榀，天沟板KN/m，天沟防水层、找平层、找坡层 KN/m屋架重力荷载为106 KN /榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值 为：2G= X KN/m X6rrX24m/2+ 2X36 KN/2 + KN/mX6m+ KN/mX 6m 106 KN/2) = KN 吊车梁及轨道重力荷载设计值：G

3、3=X(+ mX 6 m) = KN 柱自重重力荷载设计值： 上柱 G 4A= G4b = X 4kN/mX = KN自重/(KN/m)A , B上柱矩400X400X 105X 108下柱I400 X 900 X 100 X 1505X 105X 108本例仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1所示荷载计算恒载m204KN/mX = KN/m2KN/m(1).屋盖恒载：2X = KN/mX = KN/m2两毡三油防水层20mr厚水泥砂浆找平层100m厚水泥膨胀珍珠岩保温层一毡二油隔气层15m厚水泥砂浆找平层；20预应力混凝土屋面板(包括灌缝)下柱 G5A= G5b=x mix =各项

4、恒载作用位置如图 2所示屋面活荷载屋面活荷载标准值为KN/m2,雪荷载标准值为KN/m2,后者小于前者，故仅按 前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：2Q1=x KN/m x 6mx 24m/2=Q1 的作用位置与 G1 作用位置相同,如图 2所示。风荷载风荷载标准值按式（）计算,其中 0= KN/m2 , z=, uz 根据厂房各部分标 高及B类地面粗糙度由附表确定如下：柱顶（标高）uz =檐口（标高）uz =天窗架壁底（标高）uz =天窗架壁顶（标高）uz =屋顶（标高）uz =us如图3a所示，由式()可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为:221k = z us1 uz 0=x

5、xx KN/m2 = KN/m2222k= zus2uz 0=xxx KN/m2 = KN/m2则作用于排架计算简图(图)上的风荷载设计值为：2q 1=x KN/m2x =m2q2 =x KN/m2x =mFw= Q (us1+us2)uzh1+(us3+us4)uzh2+(us5+us6) uzh3z 0B2= x xxxxxx xx KN/m2x= KN吊车荷载由表可得 200/50KN吊车的参数为：B=, K=, g=75KN Q=200KN Fp,max=215KN Fp,min=45KN根据B及K,可算得吊车梁支座反力影响线中歌轮压对应点的竖向坐 标值,如图 4所示。（1 ）吊车竖向

6、荷载 由式（）和式（）可得吊车竖向荷载设计值为： Dmax = Q F p,max yi=x 215 KNx （1 = KNDmin = Q F p,min y i =x 45 KNx = KN(2 )吊车横向水平荷载 作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力按式()计算，即11丁=丄(Q+g =丄 XX( 200K附 75KN = KN44作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按式()计算，即T max= qT yi = X KNX = KN排架内力分析该厂房为单跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。 其中柱的剪力 分配系数i按式()计算，结果见表2。表2 柱剪力分配系数柱别n 叽/1

7、lHu/H3C0=3/1+(1/n-1)=H3/ C0E I l=1/ ii1/ iA，B柱n=C0 =10 H 3 A = B =eA= B =1.3.1恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图5所示。图中的重力荷载G及力矩M是根据图2确 定，即G = G1 = ； G2 =G3 +Ga =+=G3 = G5A =；m1= G1 e1 = x = KN mm2 =( G 1 + G4A)e 0 G3 e 3=KN+ KN) X KNX = KN m由于图5a所示排架为对称结构且作用对称荷载， 排架结构无侧移，故各柱可 按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力Ri可根据表所列的

8、相应公式 计算，则C 1=f1 213(丄 1)n1 2(1 3(1 1) 2n) 3 = C =31 ， C3 oM. Mo _19.14KN m 2.122 85.18KN m 1.132 _RA =C1C3 = KN12.9mA H 1 H 3RB = KN求得Ri后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该 截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图,c。图为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。屋面活荷载作用下排架内力分析M2A = x = KN m。C1 =, C3 =,则M2a_2.52KN m 2.12212.6KN m 1.132 C3=

9、 KN()H排架计算简图如图6a所示。其中Q = KN它在柱顶及变阶处引起的力矩为 Ma = X = KN m ;对于A柱,R = M1A C12.9mraC1HRB =kn()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图所示。风荷载作用下排架内力分析(1)左吹风时计算简图如图7a所示。对于A,b柱，n=,=,则3 14(丄 1)Cn=n =3 18 13(丄 1)nRa=- q 1H C11=mXX =()RB =- q 2 H C11 =nXX = KN()R= RA+ RB + Fw= = KN()各柱顶剪力分别为：Va= Ra- a R=+X = KN()VB= RB - B R=+X =

10、 KN() 排架内力图如图7b所示。(2)右吹风时计算简图如图8a所示。将图7b所示A,B柱内力图对换且改变内力符号后可得, 如图8b所示。吊车荷载作用下排架内力分析(1 ) Dmax作用于A柱计算简图如图9a所示。其中吊车竖向荷载Dmax , Dmin在牛腿顶面处引起 的力矩为：Ma = D max e3 = X = KN mB= Dmine3=X = KN m对于A柱，C3=,则MaH194J5KN m 132= KN(12.9m12.9mRb=M3C3=40，64KN m 1.132= kn(H-R=&+Rb=+=() 排架各柱顶剪力分别为:Va= Ra- A R=+X = KN()Vb

11、= Rb - B R=+X =()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图9b,c所示(2) Dmax作用于B柱同理，将“ Dmax作用于A柱”的情况的A,B柱对换，并注意改变符号，可求得各 柱的内力，如图10所示。(3) Tmax作用下排架计算简图如图11a所示。对于A，B柱, n=,=,由表得a=M22 3a彳(2 a)(1 a)(2 3a)nC5:= 3 12 1 3( - 1)nRA=- T maxCs=X = KN()Rb=- T maxCs= KN( )，R=FA+Rb=X 2 =() 各柱顶剪力为：Va= Ra-卩A R=+XX = KN()Vb = R b -卩 b R=+XX

12、 = KN()排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图11b所示。当Tmax方向相反时，弯矩图 和剪力只改变符号，大小不变。内力组合以A柱内力组合为例。表3为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表，表4为A 柱内力组合表，这两表中的控制截面及正负号内力方向如表3中欧那个的例图所示。内力组合按式()式()进行。除Nmax及相应的M和V项外，其他三项均按式()和式()求得最不利内力值；对于 Nmax及相应的M和N一项，U - U和川-m截面均按（gk+qk ）求得最不利内力值，而I -I截面则是按式（）即（gk+Sqk）求得最不利内力。对柱进行裂缝宽度验算时，内力 m -川采用标准值，同时只需对e/ho的柱

13、进行验算。为此，表4中亦给出了 Mk和Nk的组合值，它们均满足e/h 的条件， 对本例来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V项。表3 A柱内力设计值汇总表柱号及 正向内 力何载类别恒载屋面活 载吊车竖向荷载吊车水平 何载风荷载D max作用于A柱D max作用于B柱左风右风序号I - IMN00000n - nMN000m - mMN000V表4 A柱内力组合表截面+ Mmax及相应NV-Mmax及相应N, VN max及相应M VNmin及相应M, VMk、U备注IIM+（+（+）+Nmax 一项，取GK +QK（+） +N出M+:+-N+出V+（+Mk（ +） +）+（ +） +NkVk

14、柱截面设计仍以A柱为例。混凝土： C30, fc 14.3N/mm2 , ftk 2.01N/mm2 ;钢筋：受力筋为HRB335, fy fy 300N /mm2 , b 0.550。上下柱均采用对称配筋。上柱配筋计算由表4可见，上柱截面共有4组内力。取h0=400mm-40mm=360mn经判别，其中三组内力为大偏心受压；只有（M=KNm，N= 一组为小偏心受压，且N5故应考虑偏心距增大系数 0.5 fc A 0.5 14.3N / mm24002 mm21=，取21.15 0.01h1川）h。446300N7600mm1.15 0.01 ()400mm12=11400360mm0.962

15、28mm ( 400mm7600mm)2 1.0 0.96 1.391446300N21 fcbh01.0 14.3N /mm 400mm 360mm0.2仃邑 ho80.mm0.222360 mm取x=2as进行计算。e = ei h/2 as 1.391 228mm 400mm/2 40mm 157.1mmNeAs Asfy(h as)选3 18 ( As=763mm2)，则 要求。446300 N 157.1mm2730mm2300N /mm (360mm 40mm)As /(bh)763mm2 /(400mmX 400mm)=%满足由附表，得垂直于排架方向柱的计算长度l0=X =，则I

16、。/ b =4750mm/400mm=Nu 0.9 (fcA fy As )0.9 0.95 (14.3N / mm 400mm 400mm 300N /mm763mm2 2)2347.66KN Nmax 486.34KN满足弯矩作用平面外的承载力要求。下柱配筋计算取h0 =900mm-40mm=860mn与上柱分析方法类似，在表4的8组内力中，选取F面的一组不利内力：M= KNm，N= KN下柱计算长度l0 = H | =，附加偏心距ea=900mm/30=30m大于20mm)b =100mm bf =400mm hf =150mm6549.03 10 N mmeo =M/N=512mm e

17、 =e0+ea =512mm +30mm=542mm1071900N由I0/h=91OOmm/9OOmm=5，故应考虑偏心距增大系数，且取2 1.0。2_ 0.5 fcA _ 0.5 14.3N / mm 100mm 900mm2 (400mm 100mm) 150mm1 =,N取1 =011071900N1 (卩1400eL hh1.116 542mm故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则N2=119100mm 2( )1.0 1.0 1.116 1400 542mm 900mm860mm604.9mm0.3h00.3 860mm258mmx=1071900N21.0 14.3N / m

18、m 400mm187.4mm hf 150mm1 fcbf说明中和轴位于腹板内，应重新计算受压区高度X：1fc(bfb)hf1 fcb2e= ei1071900N1.0 14.3N/mm (400mm 100mm) 150mm1xNe 1 fc (bfb)hf (h。hf )1 fcbx(h。)AAsfy(h。as )2107190CN 1014.9mm 1.0 14.3N/mm(400mm 100mm) 150mm2(860mm 150mm/2) 1.0 14.3N/mm 100mm 299.6mm (860mm 299.6mm/2)/ 300N / mm2(860mm 40mm)21132

19、mm选用4 20 ( As=1272mm2)。按此配筋，经验算柱弯矩作用平面外的承载力 亦满足要求。柱的裂缝宽度验算规范规定，对e/h的柱应进行裂缝宽度验算。本题的下柱出现 e/h 的 内力，故应对下柱进行裂缝宽度验算。验算过程见表5，其中，下柱的 As =1272mm2， Es = 2.0 105N /mm2 ;构件受力特征系数 “=；混凝土保护层厚 度 c取 25mm。表5柱的裂缝宽度验算表柱截面下柱内力标准值Mk/( KN m)Nk/KNeo =Mk / Nk /mm480 h 0=473Aste0.5bh (bf b)hf5 1 14OoJho(l/h2skmk/(0.87hAs)0.

20、65ftk1.1 te sk取skd eqmaxcr 孑(1 0.08)E ste/mm （满足要求）300mm取325mm基础边缘高度a2取350mm台阶高度取 400mm见图 14b。（2）拟定基础底面尺寸由式（）得:A Nk,macx Nwkmd834.65KN298.20KN2235.47m240KN / m 20KN/m 1.65m适当放大，取A=bl= x =2（3）计算基底压力及验算地基承载力GkmdA 20KN /m3 1.65m 8.64m2 285.12KN121223W lb2 2.4m 3.62m25.184m36 6基底压力按式（）计算，结果见表8 ;按式（）验算地基

21、承载力，其中fa 1.2 240KN /m2 288KN /m2，验算结果见表&可见，基础底面尺寸满足要求。表8基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第1组第2组第3组Mk/( KN m)Nk/KNVK /KNNbk( Nk Gk Nwk)/KNMbk( Mk Vk Nwkew)/(KN m)一一Pk,max (山 MbL)/(KN /m2)k,minAWp ( pk, maxpk ,min ) / 2 / KNfa / KNPk,max/KN1.2 fa /KN240288240288240288基础高度验算这时应采用基底净反力设计值 Pj， Pj,max和Pj,min可按式（）计算，结果见

22、 表9。对于第2组内力，按式（）计算时，Pj,min0，故对该组内力应按式（）计 算基底净反力，即：Mb ebNb735.20KN m969.90KN0.758mb3.6mae0.758m1.042m22由式（）得：2Nb2 969.90 KNp j, max258.56KN /mla32.4m 1.042m因台阶高度与台阶宽度相等（均为400mr）i,所以只需验算变阶处的受冲切承 载力。变阶处受冲切承载力计算截面如图15所示。变阶处截面有效高度hc=750mm（40mm+5mm）=705mm因为at计算Al，即:b(22ho1200mm 2705mm2610m l 2600mm，所以应按式(

23、)Aibtho)l.6m(0.705m) 2.4m0.588m22由式()得：at 1.2m ;因 atFi2hoPjAi2.61mh=750mm800mm取 hp =；0.7 hp ftamh00.7 1.0 1.1N/977.13KN Fl 152.03KN故基础高度满足要求。258.56KN / m2 0.588m2152.03KNl 2.6m，故 ab = l =,由式()得：(1.2m 2.4m)/21.8m1.1N / mm2，则由式()得:23mm 1800mm 705mm 977.13 10 N表9基础底面净反力设计值计算表类别第1组第2组第3组M( KN m)ZKNV/KNN

24、b( N Nw)/KNMb( M Vh N wew) /(KN m)一一Pk max N b M b2Pk, ()/(KN /m )Pk,minA W0基础底板配筋计算(1 )柱边及变阶处基底反力计算基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如图16所示。三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表10。其中第1,3组内力产生的基底反力 示意图见图16,第2组内力产生的基底反力示意图见图15;用表列公式计算第2 组内力产生的Pj和Pj时，相应的和分别用和代替，且 Pj,min=0。(2 )柱边及变阶处弯矩计算1 Pj ,maxPj2应2 (b bc)M285.57 106N m(2llc)124180.80KN /m2 (3.6m 0.9m)2(22.4m0.4m)285.57KN m1 Pj,maxPj2242 (b bc)124223.99KN/m2 (3.6m 1.7m)2 (22.4m1.2m)202.15KN m1 P