车间单层工业厂房结构设计

1、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一毡两油隔气层 : 0.05 KN/m20mm厚水泥砂浆找平层 : 20 0.02=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/m2 。 屋盖钢支撑荷载标准值为0.05 KN/m 2

2、 , 屋架自重标准值 106KN/榀, 坡 。（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 2 。20mm厚水泥砂浆找平层 : 20 0.02=0.4 KN/m 度 :1:6 。100mm厚水泥珍珠岩制品保温层: 5 0.1=0.5 KN/m 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:

3、室素混凝土地面 , 室外高差 150mm。（4）吊车: Q 20/5t 桥式吊车 , 软钩,中级工作制。吊车梁: 先法预应力混凝土吊车梁 ,梁高 1.2m, 自重 44.2kN 个 。 吊车轨道联结 :轨道及连接件自重 1 KN/m2 。吊车荷载 :最大轮压 p =215KN。 k max 最小轮压 p =45KN。k min 小车总重 g=75KN。 大车宽 B=5550m。m 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

4、/m 2 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 2 ,基本雪压为 0.2 KN/m 2。1.3 设计要求（1）确定柱截面尺寸；（2）荷载计算；（3）分析排架力；（4）柱、牛腿配筋计算；（5）编制荷载、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， Hk =9.6+0.8=10.5m 。 上柱 : 矩形 :500m

5、m 500mm面积:Au 惯性矩 : I下柱高： h0.95522.5 105 mm2112HK123500 5003945.2 109mm4宽： bH1200.9510.50.95129.30.95200.83 m ，取 h 900mm0.44 m ,取 b 500mm下柱 : 工字型 bf h hf b 500 900 150 150(175 150) 175 5 2 Al 150 900 4 2.487 105mm2 21 500 90031 350 55032 1 350 252550 2 25 10 42.48 1010mm41212223柱截面尺寸见图 2。 排架计算简图见图 3下

6、柱图2 柱截面尺寸上柱图 排架计算简图注：下柱的高度取牛腿顶至基础顶面处 8.43. 荷载计算恒载屋盖自重 :两毡三油防水层上铺小石子 :0.35KN/m2 ）20mm 厚水泥砂浆找平层 :200.02=0.4（KN/m2 ）100mm 厚水泥珍珠岩制品保温层 :5 0.1=0.5（KN/m2 ）一毡两油隔气层 :0.05（KN/m2 ）20mm 厚水泥砂浆找平层 :200.02=0.4（KN/m2 ）预应力大型屋面板1.4（KN/m2 ）合计3.1（KN/m2 ）屋架自重:106（KN/榀）则作用于屋顶的屋盖结构自重为GA1GB1GC11.23.1 1246106331.44 KN22柱自重

7、：上柱： GA2 GB2 GC1.2253.90.25 29.25 KN下柱： GA3GB3GC3 1.2259.30.24 67 KN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 :GA4 GB4 GC4 1.2 44.2 1 6 60.24 KN 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/m2 。雪荷载 SrrS0 1.4 0.2 0.28KN / m2 0.5KN /m2屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑 . 故屋面荷载为1QA QB QC 1.4 0.7 24 6 70.56KN2 其作用位置与屋盖自重的位置同。

8、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 : p =215KN；最小轮压 : p =45KNkmax k min图 5 是在 2 台 10t 吊车作用下 , 吊车梁的支座反力影响线。图4 柱恒载的作用位置图5 吊车梁的支座反力影响线吊车的竖向荷载DmaxPimaxK yi0.9 1.4 215 (0.267 1 0.808 0.075) 582.4KNDminPimaxK yi= 0.9 1.4 45 (0.267 1 0.808 0.075) 121.9KN Dma

9、x, Dmin 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 11TK(Q g) 0.1 (20044=10%,则75) 6.88KNTmaxQTiK yI0.9 1.4 6.88(1 0.267 0.808 0.075)18.6KN其作用位置在吊车梁的顶面处风荷载基本风压: 0= 0.35KN/m 2 ,市郊地面粗糙度按 B 类考虑,查得风压高度变化 系数:柱顶标高 12.3m处： z 1.06檐口标高 15.2m处： z 1.14查得风荷载体型系数 s,如图 6所示,则作用于排架上的风荷载设计值为 : 左风图6 风载体型系数q

10、1 Q Z S Z 0B 1.4 1.0 0.8 1.06 0.35 6 3.23KN /m( )q2 Q Z S Z 0B 1.4 1.0 0.4 1.06 0.35 6 1.25KN /m( )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 : FW Q Z Z 0Bsihi1.4 1.0 1.14 0.35 6 (0.8 0.4) 2.9 ( 0.6 0.5 0.4 0.4) 2.2 10.9KN图7 （a）风载作用下的示意图；（ b）风载作用下的计算简图4. 排架的力分析剪力分配系数的确定 因边柱和中柱的截面相同 ,

11、 则9IU 5.2 109Il 2.48 10100.21H u 3.9H 13.20.3因各柱的抗侧移刚度相同 , 则各柱的剪力分配系数相同ui1ui恒载作用下排架的力 恒载作用下排架的计算简图见图 8。M A1 M C1 GA1 0.1 331.44 0.1 33.14(KN m)M A2 M C2 (GA1 GA2) 0.2 GA4 0.3 (331.44 29.25) 0.2 60.24 0.3 54KN 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 :M A133.14R1 C1 A11.834.6KN ( )1 1 H13.2R C M

12、A2R2 C31.25545.1KN ( )2 3 H13.2RAR1R24.65.19.7KN ( )图8 恒载作用下排架的计算简图C列柱: 柱顶不动铰支反力同 A柱, 方向相反RC 9.7( )B 列柱 :RB 0 则排架柱柱顶不动铰支座的总反力为RB RC 0 VB 0R RA最终分配到各柱柱顶的剪力分别为：VA RA 0 9.7 KN ( )VC RC 09.7 KN ( )(b) N 图 (KN)(a)M图(KN m),柱底V/(KN)图9 恒载作用下排架内力图 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力屋面活荷载作用于 AB跨时的计算简图 ( 作用

13、于 BC跨时与其对称 ), 见图 10。M A1QA0.170.560.17.06KNmM A2QA0.270.560.214.1KNmM B1QB0.170.560.1510.6KNm图10 屋面活载作用于 AB跨排架的计算简图n=0.21,A 列柱 :=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R1 C1 MHA1 1.83 173.0.26 0.98KN( )R2RAM A2C3 HR1 R214.11.25 1.34KN ( )13.22.32KN ( )B 柱列 :10.61.8313.2M B1C1 HR1 1.47KN ( )排架柱顶不动铰支座总反力为R1RB

14、R RA RB 2.32 1.47 3.79KN (最终分配到各柱柱顶剪力分别为13.79 1.06 KN ( )3VA 2.32VB1.47KN ( ) 反方向作用于柱顶1.47 133.79 0.2KN ( )1VC 0C3 屋面活荷载作用于 其他荷载作用下排架的力 同理可得其他荷载作用下排架的力 , 计算结果列于表3.791.26KN ( )Vi 0AB跨时排架的弯矩、轴力图见图11。1。(a) M 图(kN m), 柱底 V(kN)图11 屋面活载作用于 AB跨排架的内力图其余荷载作用下的计算简图及排架的弯矩、轴力图见图1221。荷载表 1 荷载作用下排架的力分析结果各柱柱顶不动铰支承

15、力反总反力 /KN分配到各柱顶最后剪力/KN力/KNRARBRCRVAVBVC柱上力矩 /(KN m)吊车竖向荷载作用于 AB 跨 Dmax 作用于 A 列柱（BC 跨与其对称 ）M A2 =174.7( )M B2 =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 Dmin 作用于 A 列柱（BC 跨与其对称 ）M A2 =36.6( ) M B2 =436.8( )3.5 ()41.4 ()037.9 ()16.1 ()28.7 ()12.6 ()吊车水平荷 Tmax 作用于AB跨向右 （ 向左时与其 对称 ）Tm

16、ax =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 ）Fw =10.9KN q1 =2.3KN/m q 2 =1.25KN/m15 ()05.8 ()31.7 ()4.4 ()10.6 ()4.5 ()注 : R RA RB RC在各种荷载作用之下 ,A 柱和 B柱的力图及控制截面力汇总于表 2 和表 3MA1 =174.7MB2图12 吊车竖向荷载作用于 AB跨，D m ax作用于 A列柱排架的计算简图（单位： kN m）（BC跨与其对称）117.856.949.580.67.432.737

17、.525.114.612.71.9(a) M 图(kN m), 柱底 V(kN)582.4121.9(b) N 图(kN)MA2 =36.6图13 吊车竖向荷载作用于 AB跨，Dm ax作用于 A列柱排架内力图MB2 =436.8图14 吊车竖向荷载作用于 AB跨 ，D m in 作用于A列柱排架的计算简图（单位： kN m）（BC跨与其对称）62.8 111.926.2175.9258.28.716.128.7121.9166.312.649.1582.4(a) M 图(kN m), 柱底 V(kN)(b) N 图(kN)图15 吊车竖向荷载作用于 AB跨，D m in作用于 A列柱排架的内

18、力图单位：kN m）（BC跨与其对称）吊车梁顶面TmaxT max =18.6kN图16 吊车水平荷载 T m作ax用于 AB跨向右时柱排架的计算简图（向左时与其对称）10.810.86.76.731.2142.5142.5105.64.04.08.0图17 吊车水平荷载 T m作ax用于 AB跨向右时柱排架的 M图（向左时与其对称）（单位： kN m）柱底 V（kN）31.2105.68.06.710.8142.54.010.86.7142.54.0图19 吊车水平荷载 T m ax作用于 BC跨向右时柱排架的 M图 柱底V（kN）2 q图20 左来风时排架的计算简图（右来风时与其对称）7.

19、4223.34.441.3139.910.6168.34.514.4图21 左来风时排架的 M图（kN m）柱底 V（kN）（右来风时与其对称）L_屋面活载表2 A柱的内力皿跨吊车何载(2台20/51)BC跨吊车荷载(2台20/5t)风荷载弯矩图恒载作用于作用于AB跨 BC跨TmaxT作用于B柱仏作用干BTmaxT匕左来风右来风 轴力图I-I69 6.931.44 G0.74-eo.e控制截面n-nin-ni4.7360.7-49.3420.940487.99.7-2.970.56-1770.5670.564.9cT 16?6 V-56.90117. 8582. 4582.41.061.26-

20、14.6-62.8026.2121. 9-175. 9121.9-16.16.706.7_6-142.50-汪;1)H(KN id);N(W;V(KK)2)肛N、V的正号为图中示意的方向.49.1049.1016673016.1-7.40-7.400-14.631.2Q31.2-o-105.60-87.407.40223?3Q-4.4-14. 4D-14.46-168.36-一4.5丄荷载种类屋面活载作用于AB跨作用于BC跨wAB跨吊车何载(2台20/51)BC跨吊车荷载(2台20/51)控制截面II-nin-ni弯矩图轴力图4 3Dmax 作用于A柱Drain 作用于A柱TlMXTDraax

21、 作用于B柱Dmin作用于B柱风伞载左来风右来风993 X|2X0-9.829.8249.5111.96.7-111.9-49.5 土 6.741.3-41.3M 662,88I o-N 752.34l6-N819.370, 56-9. 8270, 569.820-80.60-258. 270, 56-870. 5670.56121.9582.4870. 5637.5-8.7121.9582.406.70142.500258. 2582. 48.7582. 40-80. 6121. 9-37. 5121. 906.70142. 5000.2-0.212.728.7-28.7-12.7 期注:l

22、)H(KNm);N(KN);V(KN). 2)肛队V的正号为图中示意的方向。041.30139. 900-41.30-139. 9u10.6 -10.65. 排架的力组合在各种荷载作用下 , 对边柱和中柱进行最不利力组合 . 其中未考虑厂房的整体 空间的作用 .A 柱加 B 柱的力组合结果见表 4 和表 5。表 4 A 柱的力组合截面力+M max 及相应的 N、V- M max 及相应的 N、VN max 及相应的 M、VN min 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（ +

23、 +）+-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 柱的力组合截面力+M max 及相应的 N、V- M max 及相应的 N、VNmax 及相应的 M、VNmin 及相应的 M

24、、V组合项数值组合项数值组合项数值组合项数值-MN +0.9 + 152.8+0.9 + +-152.8+0.9 + 143.9 +0.9 +143.9726.4726.4790662.9 - MN +0.9 + 284.4+0.9 + +-284.4+0.9 + 275.6+41.3134013401404752.3 - MNV +0.9 +0.8（ + ）+294.6 +0.9 +0.8（ + ）+ +-294.6+0.9 +0.8（ + ）+ +287.4+140139013901453819.3-5.85.8-5.610.6注: 1）组合 Nmax及 Nmin 中, M的绝对值相等 .

25、 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 , 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力大偏心受压和小偏心受压界限破坏时的轴压 Nb 力为 :A 、B柱:上柱: Nb1 fcb bh0 1 14.3 500 0.55 460 1809 KN下柱: Nb1 fcb bh0 (bf b)hf 1.0 14.3 150 0.55 860 (500 150)1765.3KN ( 取

26、s=40mm)经比较,A、B柱的所有 N510.2515.6510.25h15151.03.641.02.71.01.281.01N取 1.0取 1.0取 1.0取 1.02 1.15 0.01l0 1.0 h0.991.050.991.0512l01400 eih0h 1 22.51.232.71.35e eihh2as(mm)977.51711.3850736.7N(mm)42.8 2as 取68.2 2as1 f cbf80hfAsAs (mm2 )1357 3)1768 3)2262 3)0 2)实配钢筋 /(mm mm)422(1520)522(1900)428(2463)422(1

27、520)配筋率/%侧 0.20.610.760.990.61全部 0.61.221.531.971.22注:1)2)As3)AsN190.9(mm) hf , 则1fcbfhNN( ei)ASi22fcbf y (h0as )hN( ei 2as )ASf y (h0as )N1 fc(bfb)hf1 fc b286.4(mm).4) 矩形截面 :AsAs As侧bAhs %, 全部As bhAs %5) 形截面 :侧As%, 全部As As%bh 2(bfb)hfbh 2(bfb)hf吊车梁垫板22 A柱牛腿的配筋图牛腿截面尺寸的验算hKtK013.310.5 hKtK00.65 1 0.5

28、FVK0.5a466.2h0 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, 3FVK 466.2 103 2VK 3.73N/mm A 500 250 牛腿顶面的局压满足要求。 牛腿纵向受拉钢筋的计算 因为FhKftK bh00.75 fcAS2.01 500 860 978.78KN(a=0)0.75a 0.3h0 , 取 a 0.3h0 =0.3 760=228mm642.64 228 103FV a1.2 Fh0.85 f yh00.85300 7601.20.514.3 10.7(N /mm2)18.6 103 1070.4(mm2)3

29、000.45 t 0.2%fy牛腿的箍筋minASbh1256500 8000.314% 0.6%2牛腿的水平箍筋选用 10100,牛腿 2 h0的围有,箍筋的总截面面积为3故箍筋的设置满足构造要求。牛腿的 a =01410.2141.11.0535143800.4136072675.51940.010.148-0.630.2 取 0.20.640.036mm0.3mm0.23mm2100m取m,ab =2100mm0.7 hp ftamh0 0.7 1.0 1.43 1675 660 1106.6( KN )B 柱：Fl 0.7 hp ftamh0at =500+2 375=1250mmab

30、=1250+2660=2570mm2700m取m,ab =2570mm0.7 hp ft amh0 0.7 1.0 1.43 1910 660 1262 kN Fl 0.7 hp ftamh0 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1 pf max pj2 1 252.2 186.8 2M (b hc)2 (2l bc )3.6 0.9 2 2.1 0.5 313.4(KM m)24 2 24 2变阶处 截面处的弯矩为1 252.2 205 2M 3.6 1.65 2 2 2.1

31、1.25 197.4 KN m24 2基础长边按构造配筋为 12250 As 1218mm2 沿基础短边方向 , 柱 - 截面处的弯矩为124pf maxpj min(l bc )2(2b hc)1 252.2 77.924 222.1 0.5 2 2 3.6 0.9142.6 KN m1252.277.922.1 1.25 22 3.61.6544 KN m242M44 1062AS352.7mm0.9h0f y 0.9 660210基础短边按构造配筋为 10250 As 659mm2 。ASM0.9h0fy142.6 1060.9 1060 210711.8 mm 2 B柱基础底板的配筋计

32、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M 1 pfmax pj (b hc)2(2l bc) 1 166 112 4.5 0.92 2 2.57 0.5 423kN m 24 2 c c 24 2变阶处 截面处的弯矩为1 166 123.3 2M 4.5 - 1.65 2 2 2.57 1.25 313 kN m 24 2沿基础短边方向 , 柱- 截面处的弯矩为1 166 3124 22.57 0.5 2 2 4.5 0.9174 kN m1 166 31 2M 2.57 1.25 2 2 4.5 1.65 76 kN m 24 2基础短边按构造配筋为 10 200 As 1413mm 2 。（b）B柱图 28 变阶处冲切破坏截面积最不利基底净反力661,2.25,9. 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