单层厂房混凝土结构课程设计计算书

1、第一章 单层厂房混凝土结构课程设计任务书1.1设计资料1.1.1平面和剖面 某金工车间采用装配式混凝土柱的等高排架结构不设天窗，车间长60m柱距6m，单跨，跨度为18m,车间设置两台中级工作制软钩吊车，吊车起重量为15t，吊车规定标高为7.8m，基础底面标高为-2.00m,柱顶标高为9.9m根据课程设计题目要求，本次设计包含排架内力分析、柱与基础的内力分析、柱与基础构件设计、柱与基础结构施工图的绘制。车间平面、剖面分别如图1、图2。1.1.2主要技术参数 1、轴网尺寸：6m18m（共11榀，全长60m) 2、 跨数：1跨（单跨） 3、下柱高：7.8m 上柱高：2.1m 屋面坡度：11.35度

2、4、室内外高差：0.3m 5、基础埋深：1.7m1.1.3自然条件 1、恒载：1.4kn/(包括卷材、找平层、屋面梁、板等） 活载：0.7kn/（没有积灰荷载） 2、风载（标准值）：0.35kn/ 雪载（标准值）：0.4kn/ 3、吊车：15t（150kn）2 4、地面粗糙度类别：b类 5、无抗震设防要求1.1.4材料 1、混凝土：基础采用c20，柱采用c30。 2、钢筋：hpb235级和hrb335级各种直径的钢筋1.2设计要求1、分析厂房排架内力，设计柱、基础；整理计算书一份。2、绘制结构施工图一份（结构布置图（1:200），边柱施工图（1：:50），柱截面（1:25）基础详图）。1.3参

3、考资料1、建筑结构荷载规范 gb50009-20122、混凝土结构设计规范 gb50010-20103、建筑地基基础设计规范 gb50007-2011第二章 单层厂房混凝土结构课程设计计算书2.1结构方案及主要承重构件根据厂房跨度、柱顶高度及吊车超重量大小，本车间采用钢筋混凝土排架结构。结构剖面如图1所示。 为了保证屋盖的整体性及空间刚度，屋盖采用无檩体系。根据厂房具体条件，柱间支撑设置位置如图2所示。 2.2计算简图本车间为金工车间，工艺无特殊要求，结构布置均匀，荷载分布（除吊车荷载外）也基本均匀，故可从整个厂房中选择具有代表性的排架作为计算单元，如图3所示。计算单元宽度b=6m。根据建筑剖

4、面及其构造，确定厂房计算简图如图3所示。 其中上柱高，下柱高，柱总高。 2.3内力分析本厂房为等高排架，可用建立分配系数法进行内力分析。2.3.1柱的剪力分配系数计算，表2-3 剪力分配系数计算柱列惯性矩（）n()a列上2.130.1530.3712.343.2620.160下13.94b列上9.000.2022.5011.150.547下44.60，满足要求。2.4.2恒荷载作用下的内力分析由实际恒荷载作用得恒荷载作用下排架计算简图如图8所示。其中： a列柱：，b列柱：， 各柱不动铰支座支承反力分别为：a列柱：n=0.153，=0.371，c列柱：n=0.202，=0.371，排架柱顶不动铰

5、支座的总反力为：各柱柱顶分配后最终的剪力为：恒荷载作用下排架柱的弯矩图和轴力图分别如图9和图10所示。2.4.3屋面活荷载作用下的内力分析（1）ab跨作用有屋面活荷载时由屋面活荷载在每侧柱顶产生的压应力为：其中a列柱、b列柱柱顶及变阶处引起的弯矩分别为：计算简图如图11所示。a列柱：n=0.153，=0.371，b列柱：n=0.202，=0.371，排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱柱顶分配后的剪力分别为：ab跨作用有屋面活荷载时，排架柱的弯矩图和轴力图如图12所示。（2）bc跨作用有屋面活荷载时由屋面活荷载在每侧柱顶产生的压应力为：其中a列柱、b列柱柱顶及变阶处引起的弯矩分别为：计算简图

6、如图13所示。b列柱：n=0.202，=0.371，c列柱：n=0.221，=0.371，排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱柱顶分配后的剪力分别为：bc跨作用有屋面活荷载时，排架柱的弯矩图和轴力图如图14所示。2.4.4吊车竖向荷载作用下的内力分析不考虑厂房整体空间作用。（1）ab跨作用于a列柱时由于吊车竖向荷载和的偏心作用而在柱中引起弯矩。，其计算简图如图15所示。各柱不动铰支座反力分别为：a列柱：n=0.153，=0.371， b列柱：n=0.202，=0.371，排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱柱顶分配后的剪力分别为：当ab跨作用于a列柱时，排架各柱的弯矩图和轴力图如图16所示

7、。（2）ab跨作用于b列柱左侧时由于吊车竖向荷载和的偏心作用而在柱中引起弯矩。，其计算简图如图17所示。各柱不动铰支座反力分别为：a列柱：n=0.153，=0.371， b列柱：n=0.202，=0.371，排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱柱顶分配后的剪力分别为：当ab跨作用于b列柱左侧时，排架各柱的弯矩图和轴力图如图18所示。（3）bc跨作用于b列柱右侧时由于吊车竖向荷载和的偏心作用而在柱中引起弯矩。其计算简图如图19所示。各柱不动铰支座反力分别为：b列柱：n=0.202，=0.371， c列柱：n=0.221，=0.371，排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱柱顶分配后的剪力分别为

8、：当bc跨作用于b列柱右侧时，排架各柱的弯矩图和轴力图如图20所示。（4）bc跨作用于c列柱时由于吊车竖向荷载和的偏心作用而在柱中引起弯矩。其计算简图如图21所示。各柱不动铰支座反力分别为：b列柱：n=0.202，=0.371， c列柱：n=0.221，=0.371，排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱柱顶分配后的剪力分别为：当bc跨作用于c列柱时，排架各柱的弯矩图和轴力图如图22所示。2.4.5吊车水平荷载作用下的内力分析不考虑厂房整体空间作用。（1）当ab跨作用有吊车横向水平荷载时计算简图如图23所示。各柱不动铰支座反力分别为：a列柱：n=0.153，=0.371，当时，当时，由内插法得

9、，b列柱：n=0.202，=0.371，当时，当时，由内插法得，排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱柱顶分配后的剪力分别为：排架各柱的弯矩图和轴力图如图23所示。（2）当bc跨作用有吊车横向水平荷载时计算简图如图24所示。各柱不动铰支座反力分别为：b列柱：n=0.202，=0.371，当时，当时，由内插法得，c列柱：n=0.221，=0.371，当时，当时，由内插法得，排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱柱顶分配后的剪力分别为：排架各柱的弯矩图和轴力图如图24所示。吊车横向水平荷载可左右两向作用，则弯矩图反向。2.4.6风荷载作用下的内力分析（1）左吹风时各柱不动铰支座反力分别为：a列柱：

10、n=0.153，=0.371，c列柱：n=0.221，=0.371，排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱柱顶分配后的剪力分别为：排架各柱的弯矩图和轴力图如图26所示。（2）右吹风时各柱不动铰支座反力分别为：a列柱：n=0.153，=0.371，c列柱：n=0.221，=0.371，排架柱柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱柱顶分配后的剪力分别为：排架各柱的弯矩图和轴力图如图27所示。2.5内力组合不考虑厂房空间整体作用，具体方法和数据见附表1、2、3。2.6 a列柱与基础设计混凝土：柱：c25；基础：c25；主筋采用hrb335。都采用对称配筋。2.6.1柱的纵向钢筋计算（1）上柱由内力组合表附

11、表1可见，上柱-截面共有12组内力组合。经过分析比较，其可能的最不利内力组合：由课本表12-4查得有吊车厂房上柱排架方向的计算高度为：a.按第组内力组合计算故按大偏心计算是正确的。取b. 按第组内力组合计算故按大偏心计算是正确的。取c.垂直弯矩作用平面承载力验算由课本表12-4查得，有吊车厂房上柱，有柱间支撑时在垂直排架方向的计算高度为：，查得轴心受压稳定系数（2）下柱下柱的控制截面为-、-，由内力分析比较，可能的最不利内力组合为：由课本表12-4查得有吊车厂房上柱排架方向的计算高度为：截面面积a.按第组内力组合计算取b. 按第组内力组合计算取（3）a柱纵向钢筋的配置综合考虑，实际配置的柱内纵

12、向钢筋为：上柱：下柱：，在柱侧面设置纵向构造钢筋，翼缘。2.6.2柱的水平分布钢筋严格地说，为了确定柱内的箍筋，应对上、下柱的控制截面最不利进行组合，然后对上、下柱分别选择剪力绝对值最大的一组对斜截面的承载力进行计算，但对非地震区的单层厂房柱，如无特殊要求，一般柱内箍筋均由构造要求确定，选择6200；柱顶500mm范围内和柱底1800mm范围内箍筋选用6100；牛腿范围内箍筋配置应按牛腿构造要求配置。2.6.3牛腿设计初步拟定牛腿高度，如图28所示。（1）牛腿的高度验算作用于牛腿顶部的竖向荷载标准值：牛腿顶部水平荷载标准值为：牛腿有效高度对支承吊车梁的牛腿，裂缝控制系数，a=0抗裂度符合要求，

13、故高度满足要求。取吊车梁热板尺寸为400mm400mm满足要求。（2）牛腿的配筋计算牛腿的纵向钢筋计算：作用于牛腿顶部的竖向荷载标准值和水平荷载标准值分别为综上考虑，选用水平纵向钢筋：。，故不需要配弯起钢筋。选用直径为8mm的水平箍筋，则间距为故水平箍筋选用：2.6.4柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，起吊时，混凝土达到强度设计值100%，插入杯口基础长度为，则柱吊装时的总长度为h=3.9+6.6+0.8=11.3m。计算简图如图29所示。 （1）荷载计算自重线荷载（kn/m），考虑动力系数=1.5，各段荷载标准值分别为：上柱：牛腿：下柱：（2）内力分析，（3）承载力验算上柱：下柱：

14、 在上柱-截面处加配，长度为1200mm。（4）柱的吊装验算上柱吊装验算：上柱配筋，满足要求。下柱吊装验算：下柱配筋，故取。，取故满足吊装要求。2.6.5基础设计（1）荷载由-截面的基本组合值计算，根据a柱内力组合表中，选择两组最不利内力对基础进行设计：基础承受的由墙体传来的重力荷载:240mm厚砖墙（含粉刷） 5.24612.15-(2.4+4.8)4.2=223.54kn钢窗 0.45(2.4+4.8)4.2=13.61kn基础梁 16.7kn总计： 距基础形心距：（2）基础尺寸及埋置深度按构造要求拟定高度柱的插入深度。取。杯底厚度应大于，取，则基础顶面标高为，故基础埋置深度杯壁厚度，取，

15、则基础顶面突出柱边宽度基础边缘高度取，杯壁高度。（3）拟定基础地面尺寸，（4）计算基底压力及地基承载力验算基础压力计算，结果如下，其中。表2-4 基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第组第组130.04257.5821.98125.03429.5916.95645.8817.8422.21611.673165.10142.43200.68188.77153.77250165.10300194.73250200.68300上述表格都满足验算，故拟定的基础底面尺寸满足要求。a柱的基础尺寸和计算图如图30所示。 (5)基础高度验算表2-5 地基净反力设计值计算表类别第组第组69.73651.795

16、3.21874.77190.76119.61235.43181.13综上可知取第组来研究，基础底面设置c10混凝土垫层，取，基础总有效高度为， 取，故满足柱边抗冲切。变阶处截面有效高度，故取，故满足台阶处抗冲切要求。（6）基础底板配筋计算（按第组最不利组合进行计算）a.基础长边方向配筋柱边净反力为台阶边缘处净反力为b.基础短边方向配筋按轴心受力计算，平均净反力柱边缘处：台阶截面处：c.基础底板钢筋配置长边方向：，选用，短边方向：，考虑构造配筋，选用，由于基础边长大于，可将两方向缩短10%后交错放置。杯壁高度，杯壁每边配210。2.7 b列柱与基础设计混凝土：柱：c25；基础：c25；主筋采用h

17、rb335。都采用对称配筋。2.7.1柱的纵向钢筋计算（1）上柱由内力组合表附表2可见，上柱-截面共有12组内力组合。经过分析比较，其可能的最不利内力组合：由课本表12-4查得有吊车厂房上柱排架方向的计算高度为：a.按第组内力组合计算故按大偏心计算是正确的。取b. 按第组内力组合计算故按大偏心计算是正确的。取c.垂直弯矩作用平面承载力验算由课本表12-4查得，有吊车厂房上柱，有柱间支撑时在垂直排架方向的计算高度为：，查得轴心受压稳定系数（2）下柱下柱的控制截面为-、-，由内力分析比较，可能的最不利内力组合为：由课本表12-4查得有吊车厂房上柱排架方向的计算高度为：截面面积a.按第组内力组合计算

18、 故按大偏心计算是正确的。取b. 按第组内力组合计算故按大偏心计算是正确的。取（3）b柱纵向钢筋的配置综合考虑，实际配置的柱内纵向钢筋为：上柱：，在柱侧面设置纵向构造钢筋。下柱：，在柱侧面设置纵向构造钢筋，翼缘。2.7.2柱的水平分布钢筋严格地说，为了确定柱内的箍筋，应对上、下柱的控制截面最不利进行组合，然后对上、下柱分别选择剪力绝对值最大的一组对斜截面的承载力进行计算，但对非地震区的单层厂房柱，如无特殊要求，一般柱内箍筋均由构造要求确定，选择8200；柱顶500mm和柱底2050mm范围内箍筋选用8100；牛腿及牛腿下300mm范围内箍筋配置应按牛腿构造要求配置。2.7.3牛腿设计初步拟定牛

19、腿高度为，右边荷载大于左边的，故只需设计右边。牛腿尺寸如图31所示。（1）牛腿的高度验算作用于牛腿顶部的竖向荷载标准值：牛腿顶部水平荷载标准值为：牛腿有效高度对支承吊车梁的牛腿，裂缝控制系数，a=200+20=220mm。抗裂度符合要求，故高度满足要求。取吊车梁热板尺寸为500mm500mm满足要求。（2） 牛腿的配筋计算 牛腿的纵向钢筋计算：作用于牛腿顶部的竖向荷载标准值和水平荷载标准值分别为 取 综上考虑，选用水平纵向钢筋：。，故不需要配弯起钢筋。选用直径为8mm的水平箍筋，则间距为故水平箍筋选用：2.7.4柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，起吊时，混凝土达到强度设计值100%，

20、插入杯口基础长度为，则柱吊装时的总长度为。计算简图如图32所示。 （1）荷载计算自重线荷载（kn/m），考虑动力系数=1.5，各段荷载标准值分别为：上柱：牛腿：下柱：（2）内力分析，（3）承载力验算上柱：下柱： （4）柱的吊装验算上柱吊装验算：上柱配筋，满足要求。下柱吊装验算：下柱配筋，故取。故满足吊装要求。2.7.5基础设计（1）荷载由-截面的基本组合值计算，根据b柱内力组合表中，选择两组最不利内力对基础进行设计：（2）基础尺寸及埋置深度按构造要求拟定高度柱的插入深度。取。杯底厚度应大于，取，则基础顶面标高为，故基础埋置深度杯壁厚度，取，则基础顶面突出柱边宽度基础边缘高度取，杯壁高度。（3）

21、拟定基础地面尺寸，（4）计算基底压力及地基承载力验算基础压力计算，结果如下，其中。b柱的基础尺寸和计算图如图33所示。 表2-6 基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第组第组396.62998.497.12260.891042.558.711235.291279.35406.23272.65299.0772.26268.95118.73185.67250299.07300193.84250268.95300上述表格都满足验算，故拟定的基础底面尺寸满足要求。(5)基础高度验算表2-7 地基净反力设计值计算表类别第组第组626.571236.66456.311397.32359.9814.763

22、37.4286.01基础底面设置c10混凝土垫层，取=45mm，基础总有效高度为，取，故满足柱边抗冲切。变阶处截面有效高度，故取，故满足台阶处抗冲切要求。（6）基础底板配筋计算a.基础长边方向配筋（按第i组最不利组合进行计算）柱边净反力为台阶边缘处净反力为b.基础短边方向配筋（按第ii组最不利组合进行计算）按轴心受力计算，平均净反力柱边缘处：台阶截面处：c.基础底板钢筋配置长边方向：，选用，短边方向：，考虑构造配筋，选用，由于基础边长大于，可将两方向缩短10%后交错放置。杯壁高度，杯壁每边配210。2.8 c列柱与基础设计混凝土：柱：c25；基础：c25；主筋采用hrb335。都采用对称配筋。

23、2.8.1柱的纵向钢筋计算（1）上柱由内力组合表附表3可见，上柱-截面共有12组内力组合。经过分析比较，其可能的最不利内力组合：由课本表12-4查得有吊车厂房上柱排架方向的计算高度为：a.按第组内力组合计算故按大偏心计算是正确的。取b. 按第组内力组合计算故按大偏心计算是正确的。取c.垂直弯矩作用平面承载力验算由课本表12-4查得，有吊车厂房上柱，有柱间支撑时在垂直排架方向的计算高度为：，查得轴心受压稳定系数（2）下柱下柱的控制截面为-、-，由内力分析比较，可能的最不利内力组合为：由课本表12-4查得有吊车厂房上柱排架方向的计算高度为：截面面积a.按第组内力组合计算故按大偏心计算是正确的。取b

24、. 按第组内力组合计算故按大偏心计算是正确的。取（3）c柱纵向钢筋的配置综合考虑，实际配置的柱内纵向钢筋为：上柱：下柱：，在柱侧面设置纵向构造钢筋，翼缘。2.8.2柱的水平分布钢筋严格地说，为了确定柱内的箍筋，应对上、下柱的控制截面最不利进行组合，然后对上、下柱分别选择剪力绝对值最大的一组对斜截面的承载力进行计算，但对非地震区的单层厂房柱，如无特殊要求，一般柱内箍筋均由构造要求确定，选择8200；柱顶500mm及柱底2050mm范围内箍筋选用8100；牛腿及其以下400mm范围内箍筋配置应按牛腿构造要求配置。2.8.3牛腿设计初步拟定牛腿高度为，牛腿尺寸如图34所示。（1）牛腿的高度验算作用于

25、牛腿顶部的竖向荷载标准值：牛腿顶部水平荷载标准值为：牛腿有效高度对支承吊车梁的牛腿，裂缝控制系数，a=0。抗裂度符合要求，故高度满足要求。取吊车梁热板尺寸为500mm500mm满足要求。（2）牛腿配筋计算牛腿纵向钢筋计算：作用于牛腿顶部的竖向标准值和水平标准值分别为=+=634.2+60.96=695.16kn =24.74kna0,取a=0.3=0.3705=211.5mm a(0.85)+1.2=695.16211.5(0.85300705)+1.224.74300=818+0.99=819配筋：614，=923，故不需要配弯起钢筋。选用直径为8mm的水平箍筋，则间距为故水平箍筋选用：2.

26、8.4柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，起吊时，混凝土达到强度设计值100%，插入杯口基础长度为，则柱吊装时的总长度为h=3.9+6.6+0.81=11.31m。计算简图如图35所示。 （1）荷载计算自重线荷载（kn/m），考虑动力系数=1.5，各段荷载标准值分别为：上柱：牛腿：下柱：（2）内力分析，（3）承载力验算上柱：下柱： （4）柱的吊装验算上柱吊装验算：上柱配筋，满足要求。下柱吊装验算：下柱配筋，故取。故满足吊装要求。 2.8.5基础设计（1）荷载 由-截面的基本组合值计算，根据a柱内力组合表中，选择三组最不利内力对基础进行设计：基础承受的由墙体传来的重力荷载为：=253.8

27、5kn距基础形心距：（2）基础尺寸及埋置深度按构造要求拟定高度柱的插入深度。取。杯底厚度应大于，取，则基础顶面标高为，故基础埋置深度杯壁厚度，取，则基础顶面突出柱边宽度基础边缘高度取，杯壁高度。（3）拟定基础地面尺寸，（4）计算基底压力及地基承载力验算基础压力计算，结果如下，其中。b柱的基础尺寸和计算图如图36所示。 表2-8 基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第组第组196.06416.2523.74-132.50768.11-12.85863.31215.16367.11-2.07266.2521.51203.22201.84143.88250266.25300202.53250203

28、.22300上述表格都满足验算，故拟定的基础底面尺寸满足要求。（5） 基础高度验算表2-9 地基净反力设计值计算表类别第组第组555.29859.61-131.621302.95335.510261.03173.29基础底面设置c10混凝土垫层，钢筋保护层厚度45mm，基础总有效高度为，取，故满足柱边抗冲切。变阶处截面有效高度，故取，故满足台阶处抗冲切要求。（6）基础底板配筋计算基础长边方向配筋（按第i组最不利组合进行计算）受压长柱边净反力为台阶边缘处净反力为 基础短边方向配筋（按第组最不利组合进行计算）按轴心受力计算，平均净反力柱边缘处：台阶截面处： 基础底板钢筋配置长边方向：，选用，短边方向：，考虑构造配筋，选用，由于基础边长大于2.5，可将两方向缩短10%后交错放置。杯壁高度，杯壁每边配210。2.9 抗风柱设计2.9.1抗风柱计算参数基础顶标高，柱顶标高。上柱高度，下柱高度，总高上柱计算高度，下柱计算高度。 抗风柱截面尺寸：上柱：；下柱：。 2.9.2荷载计算（1）风荷载由柱顶标高处处，下柱柱顶标高，基本风压体型系数：迎风面0.8；背风面-0.7。迎风面：背风面：（2）柱自重上柱：下柱：2.9.3内力分析上柱截面，下柱截面，当左吹风时，当右吹风时， 2.9.4配筋计算采用对称配筋，混凝土强