混凝土单层工业厂房设计

1、混凝土与砌体结构课程设计 混凝土单层工业厂房设计学生姓名丁晓 学生学号 20100711301学院名称土木工程学院专业名称10房屋建筑3班指导教师 吕芳礼2013年5月26日混凝土单层工业厂房设计1、 已知条件某金工车间为单跨等高厂房，车间总长度为66m，跨度18m，柱距为6m，不设天窗。每跨2台16t重级吊车，轨顶标高为9m，窗台标高为1.2m，上部窗洞，下部窗洞，采用钢窗。室内外高差为350mm。屋面采用大型屋面板，卷材防水（两毡三油防水屋面），两毡三油做法，为非上人屋面。排架柱采用C30砼；柱中受力钢筋采用HRB335钢，箍筋、构造筋、基础配筋采用HPB300钢。纵向维护墙为支承在基础梁

2、上的自承重空心砖砌体墙，厚240mm,双面粉刷，排架柱外侧伸出拉结筋与其相连。厂房所在地的地面粗糙程度为B类，基本风压，组合值系数；基本雪压，组合值系数。基础持力层为粉土，粘粒含量，地基承载力特征值，埋深-2.0m,基底以上土的加权平均重度、基底以下土的加权平均重度。不考虑抗震设防。2、 构件选型1.钢屋盖采用图2-1所示的18m钢桁架，桁架端部高度为1.2m，中央高度为2.1m，屋面坡度为1/10。钢檩条长6m，屋面板采用彩色钢板，厚4mm。 图2-1 18m钢桁架2. 与之钢筋混凝土吊车梁和轨道连接 采用标准图集G323(二)，中间跨DL-9Z,边跨DL-9B，梁高。轨道连接采用标准图集G

3、325(二)。3. 预制钢筋混凝土柱取轨道顶面至吊车梁顶面的距离，故牛腿顶面标高=轨顶标高。由附录12查得，吊车轨顶至吊车顶的高度为2.08m,考虑屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为220mm，故 柱顶标高=根据规定可知基础顶面一般应至少低于设计地面0.1m，取基础顶面至室外地坪550mm，则从基础顶面算起的柱高 上部柱高， 下部柱高。参考表12-3，选择柱截面形式和尺寸：上部柱采用矩形截面；下部柱采用I形截面。4. 柱下独立基础采用锥形杯口基础3、 计算单元及计算简图1. 定位轴线故取封闭的定位轴线A、B都分别与左、右外纵墙内皮重合。2. 计算单元由于该金工车间厂房在工艺上没有特殊要求，结构布

4、置均匀，除吊车荷载外，荷载在纵向的分区是均匀的，故可取一榀横向排架为计算单元，计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离，即，如图2-2（a）所示。3. 计算简图排架的计算简图示于图2-2（b)。 (a) (b) 图2-2 单层厂房设计的计算单元及计算简图 (a) 计算单元；(b)计算简图4、 荷载计算1. 屋盖荷载（1） 屋盖恒荷载近似取屋盖恒荷载标准值为，故由屋盖传给排架柱的集中恒荷载设计值 作用于上部柱中心线外侧处。（2） 屋面活荷载 荷载规范规定，屋面均布活荷载标准值为，与屋面雪荷载标准值一样大，但不得同时组合，故取其中任一项，此处按屋面均布活荷载计算。于是由屋盖传给排架柱的集中活

5、荷载设计值 作用于上部柱中心线外侧处。2. 柱和吊车梁等恒荷载 上部柱自重标准值为，故作用在牛腿顶截面的上部柱恒荷载设计值 下部柱自重标准值为，故作用在基础顶截面的下部柱恒荷载设计值 吊车梁自重标准值为，轨道连接自重标准值为，故作用在牛腿顶截面处的吊车梁和轨道连接的恒荷载设计值 图2-3示出了的作用位置。 图2-3 设计单层工业厂房中各种恒荷载的作用位置3. 吊车荷载吊车跨度查附录12，并结合线性内插法，得时的吊车最大轮压标准值，最小轮压标准值，小车自重标准值以及吊车额定起重量相对应的重力标准值： 并查得吊车宽度B和轮距K： （1） 吊车竖向荷载设计值、 由图2-4所示的吊车梁支座反力影响线知

6、 图2-4 设计单层工业厂房的吊车梁支座反力影响线 (2) 吊车横向水平荷载设计值由式（12-6）知 假设吊钩为软钩，则4. 风荷载（1） 作用在柱顶处的集中风荷载设计值这时风荷载的高度变化系数按檐口离室外地坪的高度0.35+11.3+1.2=12.85m来计算。查表10-4，得离地面10m时，离地面15m时，用插入法，知由图2-1知， （2） 沿排架柱高度作用的均布荷载设计值、这时风压高度变化系数按柱顶离室外地坪的高度0.35+11.3=11.65m来计算。 五、内力分析内力分析时所取的荷载值都是设计值，故得到的内力值都是内力的设计值。1. 屋盖荷载作用下的内力分析（1） 屋盖集中恒荷载作用

7、下的内力分析柱顶不动支点反力 按，查附图9-2，得柱顶弯矩作用下的系数，按公式计算： 可见计算值与查附图9-2所得的接近，取 （2） 屋盖集中活荷载作用下的内力分析： 在、分别作用下的排架柱弯矩图、轴向力图和柱底剪力图，分别见图2-5（a）和（b），图中标注出的内力值是指控制截面-、-、-截面的内力设计值。弯矩以使排架柱外侧受拉的为正，反正为负；柱底剪力以向左为正、向右为负。 （a） （b）图2-5屋盖荷载作用下的内力图（a） 屋盖恒荷载作用下的内力图 ；（b）屋盖活荷载作用下的内力图2. 柱自重、吊车梁及轨道连接等自重作用下的内力分析不作排架分析，其对排架柱产生的弯矩和轴向力如图2-6所示。

8、图2-6 柱自重及吊车梁等作用下的内力图3. 吊车荷载作用下的内力分析（1） 作用在A柱，作用在B柱时，A柱的内力分析 这里的偏心距是指吊车轨道中心线至下部柱截面形心的水平距离。 A柱顶的不动支点反力，查附图9-3，得，按计算： ，取。 A柱顶不动支点反力 B柱顶不动支点反力 A柱顶水平剪力 B柱顶水平剪力内力图示于图2-7（a）（2） 作用在A柱，作用在B柱时的内力分析此时，A柱顶剪力与作用在A柱时的相同，也是，故可得内力值，示于图2-7（b） （a） （b）图2-7 吊车竖向荷载作用下的内力图 （a）作用在A柱时；（b）作用在A柱时（3） 在作用下的内力分析 至牛腿顶面的距离为； 至柱底的

9、距离为。 因A柱与B柱相同，受力也相同，故柱顶水平位移相同，没有柱顶水平剪力，故A柱的内力如图2-8所示。图2-8 作用下的内力图4. 风荷载作用下，A柱的内力分析左风时，在、作用下的柱顶不动铰支座反力，由附图9-8查得；按计算： 取，不动铰支座反力： A柱顶水平剪力： 故左风和右风时，A柱的内力图分别示于图2-9（a）和（b）。（a） （b）图2-9 风荷载作用下A柱内力图(a) 左风时；(b)右风时六 、内力组合表及其说明1、 内力组合表A柱控制截面-、-和-的内力组合列于表12、 内力组合的说明（1） 控制截面-在以及相应的N为目标进行恒荷载+0.9(任意两种或两种以上活荷载)的内力组合

10、时，由于“有T必有D”，由产生的是正弯矩，而在作用下产生的负弯矩，如果把它们组合起来得到的是负弯矩，与要得到的目标不符，故不予组合。（2） 控制截面-在以及相应为目标进行恒荷载+0.9(任意两种或两种以上活荷载)的合力组合时，应得到的同时，使得尽可能的大，因此采用+0.9+。（3） 、和风荷载对截面-都不产生轴向力N，因此对-截面进行及相应的的恒荷载+任一种活荷载内力组合时，取+（4） 在恒荷载+任一种活荷载的内力组合中，通常采用恒荷载+风荷载，但在以为内力组合目标时或在对-截面以为内力组合目标时，则常改用恒荷载+ 。（5） 评判-截面的内力组合时，对=及相应的，为大偏压。对，。根据“相差不多

11、时，小的不利”原则，可知应取及相应的为最不利内力组合。对-截面，及相应 ，偏心距很大，故也取为最不利内力组合。（6） 控制截面-的及相应的组合，是为基础设计用的。7、 排架柱截面设计采用就地预制柱，混凝土强度等级为，纵向受力钢筋为级钢筋，采用对称配筋。 1、 上部柱配筋计算由内力组合表知，控制截面-的内力设计值为： (1) 考虑二阶效应 查表12-3知 (2) 截面设计假设为大偏心受压，则取计算选用3根直径为22的级钢筋，故截面一侧钢筋截面面积；同时柱截面总配筋，且小于。（3） 垂直于排架方向的截面承载力验算由表12-3知，垂直于排架方向的上柱计算长度 承载力满足。2、 下部柱配筋计算按控制截

12、面-进行计算。由内力组合表可知，有二组不利内力：（1） 按（a）组内力进行截面设计 查表12-3知， 假设为大偏心受压，且中和轴在翼缘内：说明中和轴确实在翼缘内： 采用4根直径为22的级钢筋。（2） 按（b）组内力进行截面设计 按计算 （3） 垂直于排架方向的承载力验算由表12-3知，有柱间支撑时，垂直于排架方向的下柱计算长度为 承载力满足。3、 排架柱的裂缝宽度验算裂缝宽度应按内力的准永久组合值进行验算。内力组合表中给出的是内力的设计值，因此要将其改为内力的准永久组合值，即把内力设计值乘以准永久组合值系数，再除以活荷载分项系数。风荷载的，故不考虑风荷载；不上人屋面的屋面活荷载，其，故把它改为

13、雪荷载，即乘以系数30/50。（1） 上部柱裂缝宽度验算按式（10-35）的荷载准永久组合，可得控制截面准永久组合内力值： 由上册式（8-38）知最大裂缝宽度，故 则：纵向受拉钢筋外边缘至受拉边的距离为为负值，故取（2） 下部柱裂缝宽度验算对-截面内力组合及相应的情况进行裂缝宽度验算。 ，故取 为负值，故取满足。4、 箍筋配置非地震区的单层厂房排架柱箍筋一般按构造要求设置，本设计对上下柱均采用，在牛腿处箍筋加密为。5、 牛腿设计根据吊车梁支撑位置，吊车梁尺寸及构造要求，确定牛腿尺寸如图2-10所示。牛腿截面宽度，截面高度，截面有效高度（1） 按裂缝控制要求验算牛腿截面高度 图2-10 牛腿尺寸

14、及配筋作用在牛腿顶面的竖向力标准值，牛腿顶面没有水平荷载即，设裂缝控制系数 ，故取，由式（12-18）得： 满足。（2） 牛腿配筋由于，故可按构造要求配筋。水平纵向受拉钢筋截面面积，采用5根直径为14的级钢筋，其中2根直径为14的级钢筋是弯起钢筋。已如前述，牛腿处水平箍筋。6、 排架柱的吊装验算（1） 计算简图由表12-4知，排架柱插入基础杯口内的高度，取,故柱总长为。采用就地翻身起吊，吊点设在牛腿下部处，因此起吊时的支点有两个：柱底和牛腿底，上柱和牛腿是悬臂的，计算简图如图2-11所示：图2-11 预制桩的翻身起吊验算（2） 荷载计算吊装时，应考虑动力系数，柱自重的重力荷载分项系数取1.35

15、 （3） 弯矩计算 由知： 令，得；故（4） 截面受弯承载力及裂缝宽度验算上柱：裂缝宽度验算：满足。下柱：裂缝宽度验算：，取满足。7. 绘制排架柱的施工图包括模板图与配筋图，见施工图图（1）8、 锥形杯口基础设计1、 作用在基础底面的压力（1） 基础梁和围护墙的重力荷载每个基础承受的围护墙宽度为计算单元的宽度，墙高(柱顶至檐口)+0.9-0.45(基础梁高)=12.95m。墙上有上、下钢框玻璃窗，窗宽4.8m，上下窗高分别为1.2m和3.6m，钢窗自重，每根基础梁自重标准值为，240墙加双面粉刷。故由墙体和基础梁传来的重力荷载标准值和设计值：基础梁自重 如图2-12所示，或对基础的偏心距 对基

16、础底面的偏心弯矩 （） （）图2-12 基础梁和围护墙对基础的重力荷载（2） 住传来的第组内力由排架柱内力组合表可知，控制截面的内力组合及相应、为：（）注：内力组合表中给出的柱底水平剪力设计值是基础对柱的，其方向是，现在要的是柱对基础的水平剪力设计值，故其方向应相反。对基础底面产生的内力设计值为：()()按式（10-33）这组内力的标准值为：（）对基础底面产生的内力标准值为：（）（3） 柱传来的第组内力()柱对基础底面产生的内力设计值（） 第组内力的标准值为 柱对基础底面产生的内力标准值（） 2、初步确定基础尺寸 （1） 基础高度和杯口尺寸 已知柱插入杯口深度为，故杯口深度为。杯口顶部尺寸：宽

17、为，长为；杯口底部尺寸：宽为 ，长为 。按表12-6取杯壁厚度，杯壁厚度。据此，初步确定基础高度为。（2） 确定基础底面尺寸基础埋深为，基础底面以上的土的加权平均重度，根据基础持力层为粉土，且粘粒含量，可知，则深度修正后的地基承载力特征值为由内力组合表知，按式（10-33）控制截面-的最大轴向力标注值：按轴心受压估算基础底面尺寸 考虑到偏心等影响，将基础再放大30%左右，取。基础底面面积 基础底面弹性抵抗矩 3、地基承载力验算基础及基础上方土的重力标准值 (1) 按第组内力标准值验算 轴向力 弯矩 偏心距 ，基底底面有一部分出现拉应力。 ，均满足。(2) 按第组内力标准值验算 轴向力 弯矩 偏心距 ，均满足。 因为由柱边作出的斜线与杯壁相交，这说明不可能从柱边发生冲切破坏，故仅需对台阶以下进行受冲切承载力验算。这时冲切椎体的有效高度为=700-40=660，冲切破坏锥最不利一侧上边长和下边长分别为 考虑冲切荷载时取用的基础底面多边形面积，即图2-13中打斜线的部分的面积 故此基础高度满足受冲切承载力的要求。 图2-13 基础受冲切承载力验算5.基础底板配筋计算按地基净反力设计值进行配筋计算（1）沿排架方向，即沿基础长边 b方向的底板配筋计算由前面的计算知，第组内力最不利，再考虑由基础梁和围护墙传来的内力设计值，故作用在基础底面的弯矩设计值和