单层工业厂房课程设计计算书.doc

1、单层工业厂房结构课程设计计算书学号 :学院：水利与建筑专业：土木工程班级： 1103姓名：设计资料1.某金工车间，单跨无天窗厂房，厂房跨度 L=24m 柱距为 6m 车间总 长度为 120m 中间设一道温度缝，厂房剖面图如图所示：2.车间内设有两台双钩桥式起重机，吊车起重量为200/50kN 。3. 吊车轨顶标高为 9.6m 。4. 建筑地点：哈尔滨。5.地基：地基持力层为亚粘性层，地基承载力特征值为 fak=180kN/m 。最 高地下水位在地表 15m6. 材料：混凝土强度等级为 C30, 纵向钢筋采用 HRB400 级， (360N/mn i) 箍筋采用 HPB235 级。 (300N/

2、mni)选用结构形式1. 钢屋盖，采用 24 米钢桁架，桁架端部高度为 1.2m, 中央高度为 2.4m ， 屋面坡度为 2，屋面板采用彩色钢板，厚4mm2. 预制钢筋混凝土吊车梁和轨道链接采用标准图 G325 中间跨 DL-9Z , 边跨 DL-9B, 梁高 hb =1.2m轨道连接采用标准图集G3253. 预制钢筋混凝土取轨道顶面至吊车梁顶面的距离ha =0.2m ，故牛腿顶面标高=轨顶标高-ha-hb=9.6-1.2-0.2=8.2查附录 12 得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为顶部所需空间咼度为220mm 故柱顶标高 =9.6+2.7+0.22=13.52m，2.7m, 考虑屋架下弦至吊车

3、柱的各部分尺寸及几何参数b x h=400mm x 400mm (g1=4.0kN/m)52旦UA=b x h=1.6 x 10m：I 1=bh 3/12=2.13 x 109mmLTCdV0C、图 1 厂房计算简图及柱截面尺寸下柱x xxhf=400mrx800mrx100mrx100m(g2=3.69kN/m)fh bA2=100 x 400 x 2+ ( 800-2 x 100 ) x 100+2 x 25 x 15052=1.475 x 10 mm2=500 3 x 100/12+2x (400 x 100 3/12+400x 100 x 30(f)+4 x32104(25 x 150

4、/36+343.75 x 1/2 x 100x 25) =8.78 x 10 mmn=lx 109/(8.78 x 10)=0.248 i=3.6m ； H?=3.6+8.6=12.2m。i/l 2=2.13H入=H/H 2=3.6/12.2=0.295四.荷载计算1. 恒荷载(1) 屋盖自重2SBS 防 水层1.2x 0.1=0.12kN/m220mm厚水泥砂浆找平层1.2x 0.02 x 20=0.48kN/m大型预应力屋面板 ( 包括灌缝重 )1.2 x 1.4=1.68kN/m2总 1gi=3.3kN/m 2屋架1.2x 60.5=72.6kN则作用屋架一段作用于柱顶的自重为：G=6

5、x 9 x 3.3+0.5 x72.6=214.5kN(2) 柱自重上柱： G 2 =1.2 x 3.6 x 4.0=17.28kN下柱： G 3 =1.2 x 8.6 x 3.69=38.08kN(3)吊车梁及轨道自重：G=1.2 x( 30.4+0.8 x 6)=42.2kN2. 屋面活荷载由荷载规范查得屋面活荷载标准值为0.5kN/m 2, 因屋面活荷载大于雪荷载0.4kN （50 年一遇） , 故不考虑雪荷载。Q1=1.4X 0.5 X 6X 12=50.4kN3. 风荷载由荷载规范查得齐齐哈尔地区基本风压为压高度变化系数（按 B 类地面粗糙度取）为檐口处：（按 H=13.8m ）卩

6、z =1.11屋顶：（按 H2 =15.4m ）卩 z =1.15风 3 0=0.45kN柱顶：（按 H=11.5m ）卩 z=1.04风荷载标准值：3你=z 卩 s1卩 z30=1.0X0.8X1.04X0.45=0.37kN/mB23 2k= B z ii s2 ( 1 z 3 0=1.0 X 0.5 X 1.04 X 0.45=0.23kN/m则作用于排架上的风荷载设计值为：5=1.4 X0.37X 6=3.15kN/mq2=1.4 X 0.23 X 6=1.97kN/mF w = Y Q(1 s1+ 1s2 )1 z 3oh1+(1 s3 + 1 s4 ) 1 z 3 0 山 2】X

7、B=1.4 X (0.8+0.5) X1.11 X0.45 X 2.3+(-0.6+0.5)X 1.15 X 0.45 X 1.6 X6=11.85kN( 屋面坡度为 1/8 )风荷载作用下的计算简图如下图： hr三三三图 2 风荷载作用下计算简图4. 吊车荷载由附表16-2 查得 P k ma =180kN;Pk, min =1/2(G+g+Q)- Pk , maR /2(228+200)-180=46.5kNB=5600mm K=4400mm则根据支座反力影响线求出作用于柱上的吊车竖向荷载为：D ma=? c* 丫 Q P k, maF 艺 yi =0.9 X 1.4 X 180 x( 1

8、+0.267+0.8+0.067 ) =483.99kN D min = ? c* 丫 Q P k, min * 艺 y =0.9 X 1.4 X 46.5 X( 1+0.267+0.8+0.067 )=125.03kN作用于每一轮子上的吊车横向水平刹车力F h1 =Y Q a4（Q+g ）=1.4 X 0.1/4 X （ 200+77.2 ） =9.702kN则两台吊车作用于排架柱顶上的吊车横向水平荷载为Fh=?c * Fh1 * 艺yi=0.9 X 9.702 X （ 1+0.267+0.8+0.067）=18.63kN五.内力计算1 . 恒荷载(1) 屋盖自重作用因为屋盖自重是对称荷载，

9、排架无侧移，故按柱顶为不动铰支座计算由厂房计算简图及柱截面尺寸图取用计算截面图图 3 取用计算截面ei=O.O5m,e o=O.15m,G=214.5kN, 根据 n=0.248 , 入=0.295 查表得 G=1.760 , G=1.268 ，则可得R=-Gi/H2( ei*Ci+eo*C3 ) =-214.5/12.2X (0.05 X 1.760+0.15X 1.268)=-4.97kN( )计算时对弯矩和剪力的符号规定为：弯矩图绘在受拉一边；剪力对杆端而言，顺时针方向为正 ( - 丄+V ) ，剪力图可绘在杆件的任意一侧，但必须注明正负号，亦即取结构力学的符号。这样，由屋盖自重对柱产生

10、的内力如下图:V=l,117kN1.67kNn3.97kNn5, 故需要考虑纵向弯曲影响，其截面按对称配筋计算，偏心距为：e0=M/N i=99.85/231.78=O.431mea=h/30=400/30=13.33mm1.0取 Z1 =1.0又 l 0/h=1815 ，故取Z 2=1.15-0.01 -l 0/h=1.15-0.01 X 18=0.97=1 +2=1+A1U x 1.0 x 0.97=1.199n e =1.199 x 451=532.75mm0.3h=109.5mm故按大偏心受压计算贝 U e=n ei+h/2-a s=532.75+400/2-35=697.75mmZ

11、b =0.482N Wafcbh oZZ =N/( afcbh o)=231.78 x 103/(1.0 x 14.3 x 400 x 365)=0.111 Z bZ ho =O.111 x 365=40.5mm2a =70mm不满足取 x=2a s =70mm 则 Z =2a s /h 0 =70/365=0.192 2A s=A =Ne- af cbh Z (1-0.5 Z )/f y (h 0-a s)e=n ei+h/2-a s =532.75+400/2-35=697.75mm32A=231.78 x 10x 697.75-1.0 x 14.3 x400 x 365 x 0.192

12、x (1-0.5 x0.192)/360x (365-35)=247.96mm2因 A=247.96mm p min bh=0.002 x 400x 400=320mm 取 A=320mm配置 2? 20 ( A=628mm再按 M,N2 计算 ( M=-98.34kN ? m M=277.14kN )e0=M/N 2=99.34/277.14=0.358mea=h/30=400/30=13.33mm 1.0 取 Z1=1.0Z=1.15-0.01-l/h=1.15-0.01x 18=0.97又 l /h=1815 , 故取20n=1 +2=1 +nsx 1.0x 0.97=1.233n e

13、=1.233 X 378=466.07mm0.3h=109.5mm故按大偏心受压计算则 e=n ei+h/2-a s=466.07+400/2-35=631.07mmZ b=0.482N Wafc bhZZ =N/( afcbh)=277.14 X 10 3/(1.0 X 14.3 X 400 X 365)=0.133 Z b Z h=0.133 X 365=48.5mm p min bh=0.002 X 400 X 400=320mm 取 A=358.82mm配置 2? 20 ( A=628mm综合两组计算结果，最后上柱钢筋截面面积每侧选用(2 ? 20 ( As=628mn ) )2. 下

14、柱配筋计算从表 2 中选取两组最不利的内力1=-456.61kN? m Ni=386.51kN o 2=505.93kN ?m N=754.93kN 。(1) 先按 M,Ni 计算 l /h=8600/800=10.755,故需要考虑纵向弯曲影响，其截面按对称配筋 计其偏心距为：算 ，eo =M/N 1=456.61/386.51=1.181mea =h/30=800/30=26.67mm20mmei= e o+ea=1181+26.67=12O7.67mmZ 1=0.5f cA/N=0.5 X 14.3 X 1.475 X 105/(386.51 X103)=2.731.0 取 Z 1 =1

15、.0又 l0/h=10.75p min A=0.002 X 1.475522X 10 mnr295mm再按M2,N2 计算 ( M=505.93kN ?m M=754.93kN )e=IWN 2=505.93/754.93=0.670mea=h/30=800/30=26.67mm20mmei= e0+e a=670+26.67=696.67mmz 1=0.5f cA/N=0.5 X 14.3 X 1.475 X 10/(754.93 X 10 )=1.3971.0 取 Z 1=1.0z 2 =1.0n=1+Z 1z 2=1+X 1.0 X 1.0=1.102则 e=n ei+h/2-a s =

16、1.102 X 696.67+800/2-35=1133mm先按大偏心受压计算相对受压区高度x, 并假定中和轴通过翼缘，ZaX3X则有， x h =112.5mm x2as =70mm 按中和轴在腹板内的大偏心受压对称配筋计算。3aaXXXX10-1.014.3(400-100)x=N- fc (bf -b)h f /(fc b) =754.93100/(1.0X 14.3X100)=227.92mma-0.5x) -af )/f y (h0-as)=754.93XA=A =Ne- fcbf x(h 0fc(b f -b)h f (h 0- h103X 1133-1.0 X14.3 X400

17、X 67.57 X (765-0.5X 67.57)- 14.3X(400-100)X 100X (765-100)/360X (765-35)=1093mm2522 p min A=0.002 X 1.475 X 10 mn=295mm综合两组计算结果，最后上柱钢筋截面面积每侧选用(4 ? 22 ( At=1520mn ) )3. 柱裂缝宽度验算(1)上柱从表 -3 中取一组正常使用极限状态荷载效应的组合值进行裂缝宽度验算：Mk =76.89kN?m,Nk=193.15kNeo=M/Nk=O.398mpte=A/A te =A/(0.5bh)=628/(0.5X 400X400)=0.007

18、8514 ;Z1 =1.0;Z2=0.97n s=1+AX 1.0 X 0.97=1.157则 e=n se0 +h/2-a s=1.157 X 398+400/2-35=625mm丫f =0,z=0.87-0.12(1-丫 f )(h 0/e) 2h 0 =0.87-0.12(1-0)X (365/625) X365=303mm按荷载标准组合计算的纵向受拉钢筋应力( T sk=N(e-z)/(zAs)=193.15X 103(625-303)/(303 X 628)=326.8N/mnf 裂缝间钢筋应变不均匀系数为：书=1.1-0.65f tk /( p te ? (T sk )=1.1-0

19、.65 X 2.01/(0.01 X 326.8)=0.73 maX =2.1 书(T sk/E s) X (1.9C+0.08d eq /pte)=2.1 X 0.7 X (326.8/200000)X (1.9 X 25+0.08 X 20/0.001)=0.498mm0.3mm不满足要求，故重新配置钢筋：4? 20 ( A=1256mm则 p te=0.0157 ; T sk =163.42N/mm书=1.1-0.65f tk /( p te ? T sk )=1.1-0.65 X 2.01/(0.01 X 163.42)=0.591故 3 max =2.1 书(T sk /E s) X

20、 (1.9C+0.08d eq /p te)=2.1 X 0.591 X (163.8/200000)X (1.9 X 25+0.08 X 20/0.001)=0.21mm0.3mm满足要求。下柱从表 -3 中取一组正常使用极限状态荷载效应的组合值进行裂缝宽度验算：Mk =350.59kN?m,Nk =495.52kNk=0.708me =M/Np te=A/A te =A/(0.5bh)=628/(0.5X 400 X 400)=0.0238因为 I0 /h=10.7514 ; Z 1 =1.0 ; n s =1.0则 e=n se+h/2-a s=1.0 X 708+400/2-35=10

21、73mmY f =(b f -b)h f /(bh 0)=(400-100)X 112.5/(100X 765)=0.441 z=0.87-0.12(1- 丫 f )(h 0/e) 2h0X (765/1073)X 765=0.87-0.12(1-0.441)=639.5mm按荷载标准组合计算的纵向受拉钢筋应力T sk =N(e-z)/(zAs)=495520 X (1073-639.5)/(639.5X 1520)2=354.78N/mm 1 2 裂缝间钢筋应变不均匀系数为书=1.1-0.65f tk /( p te(T sk )=1.1-0.65 X 2.01/(0.0206 X 354.

22、78)=0.9173 maX =2.1 书(T sk/E s) X (1.9C+0.08d eq /pte)=2.1 X 0.917 X(354.78/200000)X (1.9 X 25+0.08 X 22/0.0206)=0.287mm0.3mm满足要求。4. 运输、吊装阶段验算(1) 荷载计算上柱矩形截面面积0.16m 2下柱矩形截面面积0.32m下柱工字形截面面积0.1475m上柱线荷载q 3=0.16 X 25=4kN/m下柱平均线荷载q1=0.32 X (0.6+1.5)+0.1475X 6X 25/8.1=4.8kN/m牛腿部分线荷载q2=0.24+0.4 X (0.25 X 0

23、.3+0.5 X 0.25 X 0.3)/0.5/25=10.25kN/m(2) 弯矩计算则 AB 跨最大弯矩为：2M AB =15.33 X 3.19-0.5 X 4.8 X 3.19 2=24.48kN故最不利截面为 B 及 C 截面(3) 配筋验算对 B 截面 荷载分享系数为 1 .2 ，动力系数为 1 . 5 ，对一般建筑物，构件的重要性系数取丫 0=0.9 ，则其弯矩设计值为M B =-1.2X1.5X0.9X33.28=-53.91kN? m 受拉钢筋截面面积： ( 为偏于安全，下柱取工形截面计算 )22aaXXX14.3200365)=0.1415查表得 丫=M/(f cbh 。

24、)=53910000/(1.0s=0.928As= M/(f y 丫 sh)=53910000/(360X 0.928 X 365)=422mrfi下柱原配受拉钢筋 4?22 ( A=1520mm , 故安全 对 C 截面其弯矩设计值为： M=-1.2 X 1.5X 0.9 X 25.92=-41.99kN? m 受拉钢筋截面面积as=M/( a1fcbh02)=41990000/(1.0X 14.3 X 400 X 365 2)=0.055 查表得 丫s=0.972As= M/(f y 丫 sho )=41990000/(360X0.972X 365)=329mrfi下柱原配受拉钢筋 4? 20 ( A=1256mm，故安全1 1 =0.6+6+1.5=8.1ml 2=0.5m ；