工业厂房例题

1、单层厂房结构课程设计实例1. 结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在15-36m之间，且柱顶标高大于 8m,故采用钢筋混凝 土排架结构。为了使屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线型屋架及 预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及根底梁。由图2-54可知柱顶标高为，牛腿顶面标高为6m设室内地面至根底顶面的距离为，那么计算简图中柱的总高度H,下柱高度H，和上柱高度 H分别为：H 10.2m 0.5m 10.7mH | 6m 0.5m6.5mH u 10.7m6.5m4.2m+12.800-0.150+11.750Io+6.000+9.600 +7.200 亠 0.000. /B图2-54厂

2、房剖面图根据柱的咼度、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表 2-22。表2-22柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面尺寸/ mm面积/ mm 2惯性矩/mm4自重/ kN/mA, C上柱矩 400 400下柱I0 150B上柱矩 400 60072 108下柱I00 1502 ：tB柱本设计仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2-55所示图2-55计算单元和计算简图2. 荷载计算1恒载屋盖恒载绿豆砂浆保护层 二毡三油防水层0.35kN/m220厚水泥砂浆找平层20kN/m 3 0.02m0.40kN/m 2280厚泡沫混凝土保温层8kN/m 30.08m0.64k

3、N/m 2预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝)1.4kN/m 2屋盖钢支撑0.05kN/m 2总计2.84kN/m 2屋架重力荷载为榀，那么作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为:G 1.2 (2.84kN/m 6m 18/2m 60.5/2kN) 220.33kN(2) 吊车梁及轨道重力荷载设计值：G3 1.2 (44.2kN 0.8kN/m 6m) 58.8kN(3) 柱自重重力荷载设计值A、C 柱：上柱：G4AG4C 1.2 4.0kN/m3.6m17.28kN下柱：G5AG5C 1.2 4.69kN/m6.5m36.58kNB柱：上柱：G4B1.26.0kN/m 3.6m25.92kN下

4、柱：G5B1.24.94kN/m6.5m38.53kN各项恒载作用位置如图2-56所示.l -JL1iih=.!F厂 I9二|卩兀卩罚IV：图2-56 荷载作用位置图单位：kN2. 屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5kN/m 2，雪荷载标准值为0.4kN/m 2，后者小于前者，故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：2Q,1.4 0.5kN/m 2 6m 18/2m37.8kNQi的作用位置与 G作用位置相同，如图2-56所示。3. 风荷载风荷载的标准值按Wk z z sW。计算，其中2W0 .5kN/m , z JO, z根据厂房各局部标高图2-54及B类地面粗柱顶标高9.6m 檐口

5、 标高11.75m屋顶标高12.80m1.0001.0491.078糙度确定如下:s如图2-57所示，那么由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：2 2wkz z s1w0 1.0 0.8 1.0 0.5kN/m0.4kN / mw2k z z s2w01.00.41.00.5kN/m 20.2 kN / m2图2-57风荷载体型系数及计算简图那么作用于排架计算简图 (图2-57)上的风荷载设计值为：qi 1.4 0.4kN/m2 6.0m3.36kN/mq21.4 0.2kN/m 2 6.0m 1.68kN/mF w Q ( s1s2 ) z h1( s3 s4) z hz z 0

6、 B1.40.8 0.4 1.049 2.15m-0.6 0.5 1.078 1.05m21.0 0.5kN/m6.0m10.89kN4. 吊车荷载由表2-16可得20/5t吊车的参数为：B 5.2m，K 4.0m，37.5kN,根据 B 5.2m 及 K 可g 68.6kN Q 200kN Pmax 174kN Pm?J算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值如图2-58所示。(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为：DmaxQPmaxyi1.4 174kN10.8 0.1330.333551.998kNDminQPmin小1.4 37.5kN10.8 0.1330.333118.9

7、65kN(2)吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为：11T -a(Q g) - 0.1(200kN68.6kN)6.715kN44作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：iaxqTy 1.4 6.715kN 2.15 21.30kN4000120040001fFpmaxFpmax FpmaxFpmax=174KN1 图2-58吊车荷载作用下支座反力影响线3. 排架内力分析该厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分 析。其中柱的剪力分配系数i计算，见表2-23 oGi G1 220.33kN G2 G3 G4AJ表2-23柱剪力分配系数柱别n lu/liHu/HC0

8、313(1 n 1)HIC0EI11 ii 1i1iA、C柱n 0.1090.356C02.192AC 2.406 10 8 /Eac 0.277B柱n 0.2810.356C02.690B 1.494 10 8/ EB 0.44658.8kN 17.28kN76.08kN440.66kN2 58.8kN143.52kNG3 G5A 36.58kN ; G4 2G12 220.33kNJG6 G5B38.53kN ; G5 G4B 2G3 25.92kNJM1Ge 220.33kN 0.05m 11.02kN mM 2(G1 G4A)e0 G3e3(220.33kN17.28)0.25m-58

9、.8kN0.3m41.76kN m由于图2-59a所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力Ri可根据相应公式计算。对于A, C柱n0.109，0.356 那么：Rc6.39()C12 1 1 n n2.231C31 20.9573 1 1nRaM1CC1HM2CC2H11.02kN m2.23141.76kN m 0.95710.1m6.39kN本例中Rb 0。求得R后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。 柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和， 恒载作用下排架结构的弯矩图和 轴力图分别见图2-59 b、c。图2-59d为排架

10、柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同11.02P11.02220.33-I440.66220.3311.98 _29.786.3929.78237.6111.76 _E T11.9811.766.39296.411584.182100|332.99yz;237.61466.58O-i+N+M f 笃 11+M s+V1 +N图2-59恒载作用下排架内力图2屋面活荷载作用下排架内力分析(1) AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图2-60 a所示，其中Qi 37.8kN，它在柱顶及变阶处引 引起的力矩为：M 1A37.8kN0.05m1.89kNmM 2A37.8kN0.25m9.45kNmM

11、1B37.8kN0.15m5.67kNm对于A柱，C12.231C30.957 ,那么M 2ARaM 1AHCiCi1.89kN m 2.231 9.45kN m 0.95710.1m1.31kN对于 B 柱 n 0.281 ,0.356，那么1.781Rb5.67kN m 1.78110.11.00kNR Ra Rb 1.31kN1.00kN2.31kN ()将R反作用于柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与相应的柱顶 不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪 力，即VaRaaR1.31kN0.2772.31kN0.67kN ()VbRbbR1.00kN0.4462.31kN0.03

12、kN ()VccR0.277 2.31kN0.64kN ()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图2-60b，c所示Ma.4.1.895.67TTjTRP/7JZ37.837.8图2-60 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图(2) BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨与AB跨作用荷载相同，故只需将图2-60中内力 图的位置及方向调整一下即可，如图 2-61所示。6.46 :.-2.300.64I-37.837.837.837.8图2-61 BC跨作用屋面活荷载时的排架内力图3 风荷载作用下排架内力分析0.356 得(1 )左吹风时计算简图如图2-62a所示。对于A, C柱,n 0.109,

13、1 1 4 1nC11 0.3108 1 3 1 1nRAq1HC11 -3.36kN/m 10.1m 0.3110.52kN ()RcqzHCukN/m 10.1m 0.3110.52kN ()R RARC FW 10.52kN 5.26kN 10.89kN26.67kN ()各柱顶的剪力分别为VaRaaR10.52kN 0.277 26.67kN3.13kN ()VbbR0.44626.67kN11.89kN ()VcRccR5.26kN0.277 26.67kN2.13kN ()排架内力如图2-62b所示三三三三荒1-(a)(b)图2-62左吹风时排架内力图(2)右吹风时计算简图如图2-

14、63a所示。将图2-62b所示A, C柱内力图对换且改变 内力符号后可得，如图2-63b所示。Y 二二一一二一二一 62q42.8010.50.18.5519.1011.89.2030.81F0.09139.76图2-63右吹风时排架内力图4.吊车荷载作用下排架内力分析(1) Dmax作用于A柱计算简图如图2-64a所示。其中吊车竖向荷载Dmax , Dmin。在牛腿顶面 处引起的力矩为：Mamaxe3552.00kN0.3m165.6kN mM B D min e3118.97kN0.75m89.23kN m对于A柱,C30.957RaMaHC3165.6kN m 0.95715.6910.

15、1m对于B柱,0.2810.356，得C3RbMbcTC389迪卫 10.3710.1mR Ra Rb15.69kN 10.37kN5.32kN ()排架各柱顶的剪力分别为:VaRaaR15.69kN0.277 5.32kN14.22kN ()VbRbbR10.37kN0.446 5.32kN12.74kN ()VccR0.277 5.32kN1.47kN ()排架各柱弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2 64b,c 所示。MBO：iinZ73T6114.4121.9851.1945614.2239.4443.375.29/12.74B14.85=C1.47柱时排架内力图552118.97+ -5

16、52B)18.97-C)2-64 Dmax作用在A(1) Dmax作用于B柱左 计算简图如图2-65a所示Ma , M b计算如下:M ADmine3 118.97kN 0.3m 35.69kN mMb D maxe3552.00kN0.75m414.00kN柱顶不动铰支反力Ra，rb及总反力R分别为:Ra皿 C33569kN m 0.9573.38kN10.1mRbMbcC3H414.00kN m 1.174 10.1m48.12kNR RA RB3.38kN 48.12kN 44.74kN ()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2-65b , c所示.56.77力1.08101.47

17、312.5944.6015.7728.17T23.59i29.4812.39.125.14各柱顶剪力分别为:VaRaaR3.38kN0.277 44.74kN15.77kN ()VbRbbR48.12kN0.446 44.74kN28.17kN ()VccR0.277 44.74kN12.39kN ()图2-65 Dmax作用于B柱左时排架内力图3Dmax作用于B柱右B柱左2-66根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与 D max作用于 的情况相同，只需将A, C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图 所示。图2-66 Dmax作用于B柱右时排架内力图(4) Dmax作用于C柱同理，

18、将作用于A柱情况的A, C柱内力对换，并注意改变符号，可求 得各柱的内力，如图2-67所示。1.475.29F：85I 118.9755243.3712.7445.8651.1914.22114.41P9.4421.98lt18.97B)图2-67 Dmax作用在C柱右时排架内力图(5) Tmax作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图2-68a所示，对于A柱,n 0.109,2 3a0.356，得23 2 a 1 aa 3.6m 1.2m /3.6m0.667，贝yC50.515RaTmaxC521.30kN 0.515-10.97kN同理，对于B柱，n 0.281 ,

19、0.356,a 0.667, C50.598，那么:RbTmaxCs21.30kN0.598-12.74kNVb排架柱顶总反力R为:R Ra Rb10.97kN各柱顶剪力为:12.74kN23.71kN (Va RaaR10.97kN 0.277RBBR12.74kN 0.446 23.71kNVCCR 0.277 23.71kN6.57kN ()23.71kN2.17kN4.40kN ()排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图 2-68b所示。 矩图和剪力只改变符号，方向不变。当Tmax方向相反时，弯119.57110.56I丫5.219.7217.7516.9Zr7142.09Z1971366.

20、3623.656.57TAC图2-68 Tmax作用于AB跨时排架内力图(6) Tmax作用于BC跨柱由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计算与Tmax作用AB跨情况相 同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图2-69所示。B图2-69 Tmax作用于BC跨时排架内力图5.内力组合以A柱内力组合为例。表2-24为各种荷载作用下A柱内力标准值汇总表，表2-25表2-32、表2-33为A柱内力组合表，这两表中的控制截面及正号内力方向如 表2-24中的例图所示。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对e/h 0.55的柱进行验算。为此，表 2-33中亦给出了 Mk和Z的组合值，它们均满足e

21、/ho 0.55的条件，对设计来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V 项。表2-24A柱内力设计值汇总表柱号及 正向内 力荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载吊车水平何载风荷载作用 在AB跨作用 在BC跨Dmax作用在A柱D max彳乍用在B柱左Dmax 作用在B柱右Dmax 作用在C柱Tmax 作用在AB跨Tmax 作用在BC跨左风右风12345678910114L n iJjIL VflJ 1 1序号I IM9.7223.65一N000000000II IIM9.7223.65N0552000000III IIIM119.5766.36N0552000000V16.96.57一1717181

22、8表2-25恒载+屋面活荷载截面组合项M max 及相应的N、V组合项M max 及相应的N、V组合项N m ax 及相应的M、V组合项N min及相应的M、V111I I231233II II11113221111III III3223312Vm；3X相应的M相应的N3、注：M单位kN m , N单位kN , V单位kN表2-26 恒载+吊车荷载截面组合项M max 及相应的N、V组合项M max 及相应的N、V组合项N m ax 及相应的M、V组合项Nmin及相应的 M、VI I16915791691691111454II II67679999114141III III656689881

23、/相应的nax相应的M6N9注：M单位kN m , N单位kN , V单位kN。表2-27恒载+风荷载截面组合项M max 及相应的N、V组合项M max及相应的N、V组合项Nmax应的M及相、V组合项Nmin及相应的M、VI I11111 1101110101111II II101111111111III III101110101Vmax相应的M相应的N10注：M单位kN m , N单位kN , V单位kN表2-28 恒载+屋面活何载+吊车何载+风载截面组合 项M max及相应 的N、V组合项M max及相应的N、V组合项N max及相应 的M、V组合项N min 及相应的M、VI I1,2

24、1,51,21,321213,69,107,993,69106,9101,21,31,23,41,7II II4,65,79,6,999,101111101,21,31,2III III4,65,83,41,36,96,88,101110101,2相应的Vmax相应的M3,6N9,10注：M单位kN m , N单位kN , V单位kN表2-29 恒载+屋面活荷载+吊车荷载截面组合项M max 及相应的N、V组合项M max 2及相应的组合 项N m ax 及相应的M、V组合 项N min 及相应的M、V卜J、V11,211,231 13,653,6I I7699991,21,31, 23,41

25、II II4,65, 76,9799911,31, 21, 23III III4,63, 465，886, 891,2Vm ax相应的M相应的N3, 6注：M单位kN m , N单位kN , V单位kN表2-30 恒载+屋面活何载+风载截面组合 项M max及相应组合项M max及相应组合项Nmax 及相应的组合Nmin及相应的M、的 N、V的N、VM、V项V121112I I311331010101111II II32211101111111132III III233101110101,2Vmax相应的M相应的N3,10注：M单位kN m , N单位kN , V单位kN表2-31 恒载+ 吊

26、车荷载+风载截面组合项Mmax及相应 的N、V组合项M max及相应的组合项N max及相应 的M、V组合项N min 及 相应的M、VN、V111,61,566I I9，7,999101110101,41,51,41II II6,97,96,979101110111,41, 51,41, 6III III6,88，6,89,101110101,6Vm ax相应的M相应的N9，10注：M单位kN m, N单位kN , V单位kN。表2-32 恒载+ 屋面活荷载+ 吊车竖向荷载截面组合项M max 及相应的N、V组合项Mmax及相应 的N、V组合项N m ax及相应 的M、V组合项N min 及

27、 相应的 M、V1,211, 21I I3, 653, 636II II1,31,21, 214,65,73, 47111,321, 23III III4,63, 45661,2Vmax相应的M相应的N3, 6注：M单位kN m , N单位kN , V单位kN。表33 A柱内力组合表截面组合项Mmax及相应的N、V组合 项Mmax及相应的N、V组合项N max及相应的M、V组合项N min 及相应的M、VMr NrJ备注1,2,3标准值取自1,5,71,21,3,6Nmin6,99,113,69,10I I10表14及相应的M , V表14表18表14项1,4,61,2,51,41,7标准值取

28、自N minII II97,9116,9表129,11 表14及相应的m , V表12表14项1,3,46,81,2,51,41,3,6标准值取自NminIII III108,116,89,10及相应的m , V表14表12表14项表141,2,3Vm ax相应的M相应的N27276,9102828注：M单位kN m , N单位kN , V单位kN6.柱截面设计2 2 以A柱为例。混凝土强度等级为C30, fc 14-3N/mm , ftk -01N /mm ；2采用HRB400级钢筋，fy fy 360N/mm , b 0-518。上、下柱均采用对称配筋。1.上柱配筋计算。上柱截面共有4组内

29、力。取h0400mm-40mm360mm2Nb1 fcbh0 b 1.0 14.3N/mm400mm 360mm 0.518 1066.67kN而截面的内力均小于Nb，那么都属于大偏心受压，所以选取偏心距较大的一组内力作为最不利内力。即取M =kN m, N = kN ；吊车厂房排架方向上柱的计算长度02 3.6m7.2m。附加偏心矩ea取20mm大于 400mm/30M e0N678.783 10 N mm3237.6 103N332mmeie0ea 332 mm20mm 352mmI。h18400mm应考虑偏心距增大系数0.5 fcA1.152 2 20.5 14.3N/mm400 mm2

30、37610N0.01121.15h0.017200mm400mm4.810.971.0取 11.01400勺h2Id h 17200mm2376101fcb1.0 14.3 400bh0186.48mm 且1400 352mm360mm1.0 0.971.23041.54mmx 2a 80mm400Nefy ho as2563mme e h 2 a 1.230 352mm 400mm 2272.96 mm237610N 272.96mm选 318 As763mm2，那么2A763mmbh 400mm400mm0.48%0.2%2929满足要求而垂直于排架方向柱的计算长度101.25 3.6m4

31、.50，那么11.250.961 内插Nu 0.9 fcA fyAs0.9 0.961 14.3N mm2 400mm 400mm 360N mm2 763mm2 22454.03kN Nmax 293.771kN满足弯矩作用平面外的承载力要求。2.下柱配筋计算取h0900mm 40mm 860mm与上柱分析方法类似。Nb1fc bf b hf1fcbh。b1.0 14.3 N mm2400mm 100mm 150mm1.0 14.3N. mm2 100mm 860mm 0.518 1280.536kN而 ，截面的内力均小于Nb，那么都属于大偏心受压。所以选取偏心距e0最大的一组内力作为最不利

32、内力。按 M 278.473kN m， N 332.99kN 计算下柱计算长度取l0Hl 6.5m，附加偏心距ea 900mm 30 30mm 大于 20 mm。b 100mm，bf 400mm，hf 150mme0298.473 106N mm332990N896.34mmei e0 ea 896.34mm 39mm926.34mm6500mm900mm57.2215应考虑偏心距增大系数0.5 fc A 0.5 14.3N mm2100mm900mm2400mm100mm150mm332990N30303.8651.01 1400 勺 h14001.0 1.01.035926.34mm 65

33、00mm860mm900e 1.05 926.34mm958.76m先假定中和轴位于翼缘内，那么332990Nx1 fcbf21.0 14.3N mm 400mm58.22 hf 150mm即中和轴过翼缘80mmAsAsN e h 2 afy h a332990 N 958.76mm450mm 40mm 一小2619mm360 N mm 860mm400mm2选用 418As (1018mm )垂直于弯矩作用面的承载力计算:195.38 108mm3 4322.804mml00.8H ,0.8 65005200mmA 1.875 105 mm2， IyIy195.38 1081 A. 1.87

34、5 105l05200mmi 322.804mm16.10 281.06004001.5431310.25 cfcbho0.25 1.0 14.3 400 8601229800 N1229.8kNVmax 50.656kN截面满足要求。计算是否需要配箍筋:M Vh0294.351 106.763取350.656310 8600.3 fcA 0.314.3 1.875 1058.04105804kNN367.01kN1.75ftbh。0.07N1.751.431008600.07367.01 1031.0 t 03.0 1.079494.45N79.5kN Vmax 50.656kN可按构造配箍

35、筋，上下柱均选用8 200箍筋Nu 0.9fcAfcAc0.9 1.014.3N mm21.875 105mm 2360 N mm22 1018mm23072.789kN Nmax 774.59kN满足弯矩作用面的承载力要求。4.柱的裂缝宽度验算相应于控制上、下柱配筋的最不利内力组合的荷载效应标准组合为:丄、 Mk 57.699kN m十“ Mk 214.59kN m上柱：下柱：Nk 198.008kNNk 277.49kN表2-34柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力标准值M k kN mNk kNe0 M k / N k mmh0198Aste0.5bhbfb hf取 te 0.01323

36、211 10 24000/110 hf也14 he se0 h/2 a mmf hf bf b /bh02 h0z 0.870.121 f h0mmeNk e z2sk N/mmAs z1.1 0.65te skmaxcr 一 1.9c 0.08- mmEste满足要求满足要求上柱 As=763mm2，下柱 As=1018mm2 Es 2.0 10 N mm ；构件受力特征系数cr 2.1 ；混凝土保护层厚度c取30mm验算过程见表2-34。5 牛腿设计根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图2-70所示。其中牛腿截面宽度 b=400mm牛腿截面高度h=600mm, ho=565mm图2-70牛腿尺寸简图33331牛腿截面高度验算2=,ftk 2.1N/mm , Fhk 0牛腿顶面无水平荷载,1 0.5F vkftkbho0.5qho0.6522.01N/mm400mm 565mm0.5590.538kNvka 150mm 取 a 0。20mm130mm 0DmaxG3551.998kN58.8kNF vk443.284kNFvk