单层厂房课程设计计算书

1、任务书一、设计题目某金属装配车间双跨等高厂房。二、设计内容1、计算排架所受的各项荷载。2、计算各种荷载作用下的排架内力（吊车荷载不考虑厂房的空间整体作用）。3、边柱（ A、C轴线）及中柱（ B 轴线）的柱及牛腿设计，柱下独立基础设计。4、绘制施工图：柱模板图和配筋图，基础模板图和配筋图。三、设计资料1、金属结构车间为两跨厂房，跨度为 18m。厂房总长 60m，柱距 6m。厂房标高：室内地面 0.000 ，室外地面 -1.500 ，吊车轨顶标高一班 8.000 、二班 10.00 ，屋架下弦标高一班 10.400 、二班 12.400 。2、厂房每跨内设两台吊车， A4 级工作制，起重量单学号

2、15/3 。吊车其它参数参见 “550/5t 一般用途电动桥式起重机基本参数和尺寸（ ZQ1-62系列）”。3、建设地点为某城市，基本雪压 0.35kN/m2 ，基本风压 0.40kN/m。厂房自然地面以下 1.6m 为粉砂土，密实状态，不液化，可作为持力3层，地基承载力特征值fak =150kPa，土的天然重度为18kN/m ，内摩擦角 30，地下水位 -2.000m。4、厂房标准构件选用及荷载标准值如下：1) 屋架采用 21m梯形钢屋架，按建筑结构荷载规范附录 A“常用构件和材料的自重” ，按 0.12+0.011 L（含支撑，按屋面水平投影面积计算，单位 kN/m2；L 为跨度，以 m计

3、）计算屋架自重标准值（包括支撑）。屋架侧端高度 1.4m，屋架在天窗架侧板处的高度为 1.7m。2) 吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁，梁高 900mm，自重标准值 29kN/ 根，轨道及零件自重 0.8kN/m，轨道及垫层构造高度 200mm。3) 天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架每侧传给屋架的竖向荷载为34kN（包括自重、侧板、窗扇、支撑等的自重）。天窗侧板高度 2.6m，.天窗架坡屋顶高度0.3m。4) 天沟板自重标准值为 2.02kN/m。5、围护墙采用 240mm厚粉刷墙，自重 5.2 kN/m2。钢窗：自重 0.45 kN/m2 ，窗宽 4.0m，窗高 4.8m。围护墙直接支撑于基

4、础梁上，基础梁截面为 240mm 450mm。基础梁自重 2.7kN/m。6、材料：混凝土强度等级 C20C30；柱的纵向钢筋采用 HRB335或HRB400，其余钢筋 I 级。7、屋面卷材防水法及荷载标准值如下：三毡四油防水层上铺小石子：0.4 kN/m 2 ；25mm厚水泥砂浆找平层： 0.5 kN/m 2；100mm厚珍珠岩制品保温层： 0.4 kN/m 2；一毡二油隔汽层： 0.05 kN/m 2 ；25mm厚水泥砂浆找平层： 0.5 kN/m 2；6m预应力大型屋面板： 1.4 kN/m 2。四、设计要求1、计算内容完整，计算正确，有必要的示意图。2、计算书装订：封皮、任务书、计算书

5、，格式采用统一模板，可电子录入后打印（单面或双面打印均可） ，也可手写但不得用铅笔书写。3、计算书部分表述符合专业要求。所有示意图、表格都有编号，安排在正文引用的附近位置。示意图线条规整、字迹清楚、整洁。4、施工图符合建筑制图规范的要求。.计算书一、设计资料（一）、设计题目某金属装配车间双跨等高厂房。（二）、设计内容1、计算排架所受的各项荷载。2、计算各种荷载作用下的排架内力（吊车荷载不考虑厂房的空间整体作用）。3、边柱（ A、C 轴线）及中柱（ B 轴线）的柱及牛腿设计，柱下独立基础设计。4、绘制施工图：柱模板图和配筋图，基础模板图和配筋图。（三）、设计资料1、金属结构车间为两跨厂房，跨度均

6、为 21m。厂房总长 54m，柱距 6m。厂房标高：室内地面 0.000 ，室外地面 -1.500 ，吊车轨顶标高 10.00 ，屋架下弦标高 12.400 。2、厂房每跨内设两台吊车， A4 级工作制，起重量 20/5t 。吊车其它参数由表 -1 给出。吊车位置起 重量 桥跨LK小 车 重g 最 大 轮 压 大车轮距大车宽B车 高H吊 车 总 重（ KN）（ m）（ KN）Pmax,k(KN)K（ m）（ m）（ m）（ KN）左跨（ AB）200/5019.570.11874.45.62.184264吊车右跨（ BC）200/5019.570.11874.45.62.814264吊车表 -

7、1吊车的有关参数参数表3、建设地点为某城市，基本雪压 0.30kN/m2，基本风压 0.50kN/m2，冻结深度 1.6m。厂房自然地坪下 0.6m 为回填土，回填土的下层 8m为均匀粘土，地基承载力特征值fak =240kPa，土的天然重度为17.5kN/m3，土质分.布均匀。下层为粗砂土， 地基承载力特征值f ak =350kPa，地下水位 -5.5m 。4、厂房标准构件选用及荷载标准值如下：（1）、屋架采用 21m梯形钢屋架，按建筑结构荷载规范附录 A“常用构件和材料的自重” ，按 0.12+0.011 L（含支撑，按屋面水平投影面积计算，单位 kN/m2；L 为跨度，以 m计）计算屋架

8、自重标准值（包括支撑） 。屋架侧端高度 1.4m，屋架在天窗架侧板处的高度为 1.7m。（2）、吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁， 梁高 900mm，自重标准值 29kN/ 根，轨道及零件自重 0.8kN/m，轨道及垫层构造高度 200mm。（ 3）、天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架每侧传给屋架的竖向荷载为34kN（包括自重、侧板、窗扇、支撑等的自重） 。天窗侧板高度 2.6m，天窗架坡屋顶高度0.3m。（4）、天沟板自重标准值为2.02kN/m。5、围护墙采用 240mm厚粉刷墙，自重 5.2 kN/m2。钢窗：自重 0.45 kN/m2 ，窗宽 4.0m，窗高 4.8m。围护墙直接支撑于基

9、础梁上，基础梁截面为 240mm 450mm。基础梁自重 2.7kN/m。6、材料：混凝土强度等级 C20C30；柱的纵向钢筋采用 HRB335或HRB400，其余钢筋 I 级。7、屋面卷材防水法及荷载标准值如下：三毡四油防水层上铺小石子：0.4 kN/m 2 ；25mm厚水泥砂浆找平层： 0.5 kN/m 2；100mm厚珍珠岩制品保温层： 0.4 kN/m 2；一毡二油隔汽层： 0.05 kN/m 2 ；25mm厚水泥砂浆找平层： 0.5 kN/m 2；6m预应力大型屋面板： 1.4 kN/m 2。二、材料的选用混凝土强度等级为C25，柱的纵向钢筋采用HRB335级，其余钢筋采用I 级。三

10、、计算简图及柱截面几何参数的确定1、计算简图本装配车间工艺无特殊要求，荷载分布均匀。故选具有代表性的排架进.行结构设计。排架的负荷范围如图-1 所示。结构计算简图如图-2 所示。下面来确定结构计算简图中的几何尺寸。负荷范围图 -1排架的负荷范围图 -2结构计算简图2、柱截面几何参数的确定(1) 、基础的埋置深度及基础高度：考虑冻结深度及回填土层，选取基础至室外地面为1.8m。初步估计基础的高度为 1.0m，则基础顶面标高为 -0.95m 。(2) 、牛腿顶面标高确定：.轨顶标高为 10m，吊车梁高 0.9m，轨道及垫层高度为0.2m。可得牛腿顶标高为 10-1.1=8.9m 。(3) 、上柱标

11、高的确定：屋架下弦标高为12.4m，既上柱顶的标高为12.4m。(4) 、计算简图中上柱和下柱的高度尺寸确定：上柱高： HU =12.4-8.9=3.5m下柱高： HL=8.9+0.95=9.85m柱的总高度： .H=13.35m(5) 、柱截面确定：上柱选矩形截面，下柱选工字形截面对于下柱截面高度 h：由于下柱 HL=8.9+0.95=9.85m ，吊车梁及轨道构 造 高 度 为 1.1m ， 因 此 ， 基 础 顶 至 吊 车 梁 顶 的 高 度Hk=9.85+1.1=10.95m4h, 所以 s=+0.6 。作用在柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，其风压高度变化系数可按注顶标高取值。柱顶

12、至屋脊间屋盖部分的风荷载，仍取为均布的，其对排架的作用则按作用在柱顶的水平集中风荷载标准值 Fw考虑。这时的风压高度变化系数可按天窗檐口取值；柱顶至室外地面的高度为：Z=7.6+0.15+2.4=10.35m天窗檐口至室外地面的高度为：Z=7.6+0.15+2.4+1.3+2.6=15.65m.按线性内插法确定z:柱顶 : z1.0(10.35 10)(1.141) (1510)1.01天窗檐口处 :z1.0 (15.6510)(1.14 1)(1510) 1.1582左风情况下风荷载的标准值:q1k=s1 zWoB=0.8*1.01*0.55*6=2.667KN/Mq2k=s2 zWoB=0

13、.4*1.01*0.55*6=1.333KN/M柱顶以上的风荷载可转化为一个水平集中力计算 , 其风压高度变化系数统一按天窗檐口处 z=1.1582 取值 . 其标准值为 :Fwk= szWohB=(0.8+0.4)*1.1582*0.55*6*1.4+(0.4-0.2+0.5-0.5)*1.1582*0.55*6*1.3+(0.6+0.6+0.6+0.5)*1.1582*0.55*6*2.6+(0.7-0.7+0.6+0.6)*1.1582*0.55*6*0.3=30. 27KN右风和左风情况对称 , 方向相反。.Fwk=30.27KNFwk=30.27KNM/MMNK/7NN6KK633.

14、33233=.k111=k=kqq1q1图 -9风荷载作用下双跨排架的计算简图五、内力分析本单层厂房是两胯的对称结构， C 主和 A 柱受力完全一样，因此只要计算 AB 就可以了。本厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架结构的内力计算。在各种荷载作用柱顶按可动铰支座计算，不考虑厂房的空间工作。这里规定柱顶不动铰支座反力 R，柱顶剪力 V 和水平荷载自左向右为正，截面弯矩以柱左侧受拉为正，柱的轴力以受压为正。1、计算剪力分配系数单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：3E I)u=H/(C0C LC0 =3/1+ 3(1-n)/n计算有关参数：AC柱： =Hu/H=3.5/12.05=0.290 ；n

15、=Iu/I L=5208*106/(51942.92*10 6)=0.104C0=3/1+ 3(1-n)/n=3/1+0.2903 (1-0.104)/0.104=2.479B 柱： =Hu/H=3.5/12.05=0.290 ；n=Iu/IL=14291.67.5*10 6/ （74060.88*10 6）=0.1998C0=3/1+ 3(1-n)/n=3/1+0.0.2903 (1-0.1998)/0.0.1998=2.733单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：A，C 柱：3E I)=120503/ （ 2.479*E *50109.375*106u = u = H / (C） =14.085/

16、 ECAC0 C LCB，B 柱：uB= H3/ (C 0ECI L)=120503 / （ 2.733*E C*71509.375*10 6） =18.953/ E C.令 Ki=1/ uiK=Ka+kb+kc=1/uA +1uB /+1/uc=0.2537 E C所以，三根柱的剪力分配系数为：A=KA/K=0.2798 ; B =K B /K=0.440 ; c=Kc/K=0. 2798 验算： A+ B +c1.0当柱顶有水平荷载F 时，求出剪力分配系数后，即可求出柱顶剪力：VA= AF；VB= B F；Vc= cF求出柱顶剪力后，即可按悬臂柱绘出结构的内力图。下面进行各种荷载走作用下排

17、架的内力。2、恒载下排架内力：G1ak =298.37KNG1bk =596.74KNG1ck =298.37KNM=29.837KNMM =29.837KNM1ck1ak2akG2Bk =30.625KNM=125.908KNM=125.908KNM2ckMG2ak =21.875KNG2ck =21.875KN图-10 永久荷载作用下双跨排架的计算简图对 M作用进行排架分析，对图 -10 中的竖向荷载所产生的轴力直接累加。各柱顶不动铰支座的支座反力：C1=1.5*1- 2(n-1)/n/1-3(1-n)/n=1.5*1-0.2902 (0.104-1)/0.104/1+0.2903(1-0

18、.104)/0.104=2.1376C3=1.5*(1-2)/1- 3(1-n)/n= 1.5*(1-0.2902)/1+0.A 柱： = 0.290 ；n =0.104.290 3(1-0.104)/0.104=1.1353 R1=MC1/H=29.837*2.1376/12.05=5.2929KN() R2=MC3/H=125.908*1.1353/12.05=11.8625KN()所以 RA=R1+R2=17.1154KN（）B 柱： RB=0C 柱： RC=-RA=-17.1154KN（ ）所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和 R=RA+ RB+ RC=0 所以：各柱顶的实际剪

19、力为：VA= RA=17.1154KN（）VB= RB=0VC= -17.1154KN （）Q1Ak=31.5KNQ1Bk=31.5KNQ1Bk=31.5KNQ1Ck=31.5KNM1Bk=4.725KNMM1Ak=4.725KNM1Ck1AkM =3.15KNMM=3.15KNM2Ak=12.6KNMMM2Ck=12.6KNM图 -11各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。现把各柱的轴力算过程叙述如下，弯矩和剪力的计算从略。排架的弯矩图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如图 -12 所示。柱轴力标准值计算：AC柱：柱顶： N=298.37KN上柱底： N=298.37+21.875=

20、320.245KN下柱顶： N=320.245+43.8=364.045KN下柱底： N=364.045+51.78=415.825KNB 柱：柱顶： N=596.74KN上柱底： N=596.74+30.625=627.365KN.下柱顶： N=627.365+43.8*2=714.965KN下柱底： N=714.965+56.43=771.395KN28.97328.973298.37596.74298.3794.98194.981320.245627.365320.24530.927-30.927364.045714.965364.045V=17.1154V=17.115451.359-

21、51.356415.825771.395415.825（ a） 永久荷载作用下的弯矩（ KNM）图和柱底剪力（ KN） （ b）永久荷载作用下的轴力（ KN）图 -12 永久荷载作用下排架的内力图3、屋面活荷载下的内力A 柱： =Hu/H=0.290；n=Iu/I L=0.104 ； C1=2.1376；C3=1.1353R1=M1AKC1/H=3.15*2.1376/12.05=0.559 KN（）R2=M2AKC3/H=12.6*1.1353/12.05=1.187KN （）所以 R=R1+R2=1.746KN（）AB 柱： =Hu/H=0.290；n=Iu/I L=0.199C1=1.5

22、*1- 2(n-1)/n/1-3(1-n)/n=1.5*1-0.2902 (0.1998-1)/0.197/1+0.2903(1-0.1998)/0.1998=1.827RB=R1=M1bkC1/H=4.725*1.827/12.05=0.716KN()C 柱： Rc=0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和所以：各柱顶的实际剪力为：VA= RA- AR=1.057KN（）VB=R- B R=-0.367 KN （）VC=Rc-cR=-0.689 KN （）R=RA+RB+RC=2.462KN（） Vi 0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。-4.740.5495-12.3

23、-2.4115-6.0095-9.1474-3.0135V=1.057.V=-0.689-8.30245V=-0.367D max ,k=359.044、吊车荷载作用下的排架内力 （不考虑厂房整体D min,k =86.4空间工作）（1）、 AB跨有吊车荷载， D作用在 A柱，DKmax,k=Kmin,k=83.52KNmax,kmin,k作用在 B35.904KN-14 所柱时排架内力分析，其计算简图如图示。A柱： = H u =0.290 ； n= I u=0.104 ；HI lC =1.13533A2M max,k3（图-14R =R=HC=35.904*1.1353/12.05=-3.

24、3827B 柱： = H u =0.290 ； n= I u =0.1998；HI lC 3 =1.5* （ 1- 2 ） /1+ 3 （ 1-1）=1.5* （ 1-0.290 2 ） /1+0.290 31n（）=1.25175-10.1998RBM min, k64.81.251756.7314KNR2C3H 12.05C柱：RC 0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=3.3487（）所以：各柱顶的实际剪力为：RARAA R3.38270.27983.34874.3197 ()RBRBB R6.7314 0.440 3.34875.2580()RCRCC R

25、0 0.2798 3.34870.93697 ()Vi0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如图 -15 所示。.(a) D max,k 在 A 柱时的轴力 (KN)(b) Dmax,k 作用在A 柱时的弯距和柱底剪力图 -15（ 2）、AB 跨有吊车荷载， Dmax,k 作用在 B 柱， Dmin,k 作用在 A 柱时排架内力分析，其计算简图如图 -16 所示。H uI uDmin ,k= 111.36A 柱： =00290； n=0.104； C=1.1353D max,k 359.04HI l3M m in,kMmin 11.136

26、KNMmax）,k=,k=A23269.28KNR =R=HC =-3.3827 （B 柱： = H u =0.290 ； n= I u=0.1998 ；HI lC 3=1.5*（ 1- 2 ） /1+ 3 （ 1-1）=1.5*n（ 1-0.2902） /1+0.290 3（1-1 ） =1.251750.290RB=R2= M m in,k C3=64.8*1.25175/12.05=6.7314KN(）图 -16HC 柱： RC=0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=+3.3487 （）所以：各柱顶的实际剪力为：V =R- R=-3.3827-0.2798*

27、3.3487= -4.3197（）AAAVB=RB- BR=6.7314-0.440*3.3487=5.2580 （）VC=RC- CR=-0.2798*3.3487=-0.93697（）Vi0各柱顶的实际剪力求出后， 即可按悬臂柱进行内力计算， 排架的弯距图， 柱底剪力（向左为正）和轴力图如图 -17 所示。.-29.3601-20.7201-76.204V=16.0229图 -17（3）、BC跨有吊车荷载， Dmax,k 作用在 B 柱，Dmin,k 作用在 C 柱时排架内力分析，其计算简图如图 -18 所示。B 柱： = H u =0.300 ；n= I u =0.200 ；C3=1.3

28、1HI lR B=R2= M max,kC3=353.87*1.31/13.45= -34.47）HC 柱： = H u =0.260 ； n= I u =0.104 ；HI lRC=R2= M min,k C3=11.66*1.215/13.45=1.05KN （）HA 柱： RA=0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-33.42（）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA- AR=0.282*33.42= 9.42KN （）VB=RB- BR=-34.47+0.434*33.42=-19.97KN （）VC=RC- CR=1.01+0.282*33.42=10.

29、47KN （）Vi0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，.柱底剪力（向左为正）和轴力图如图-19 所示。Dmax,k=Dmin,k116.62471.83= 353.87KN=11.662 KN图 -1885.27(a) Dmax,k 在B 柱时的轴力 (KN)(b) Dmax,k 作用在B 柱时的弯距和柱底剪力图 -19（4）、 BC跨有吊车荷载， D作用在 C柱， D作用在 Bmax,kmin,kB 柱： = H u=0.260 ；n= I u =0.200 ；C3=1.31HI lRA2M max, k3=R=HC =-87.47*1.31/13.45=-8.52Dmax,k=（）Dmin,k116.62471.83H uI u= 47.18 KN=0.104 ；C3=1.215C 柱： =0.260 ； n=87.47 KNHI l.RC=R2= M min,k C3=47.18*1.215/13.45=4.26KN（）HA 柱： R=0A所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-4.26 （）所以：各柱顶的