单层厂房结构课程设计

1、单层厂房结构课程设计1. 结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在1536m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基础梁。由图2-54可知柱顶标高为9.6m，牛腿顶面标高为6m :设室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H,下柱高度H，和上柱高度Hu分别为：图2-54厂房剖面图根据柱的高度、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/ mm2面积/mm4惯性矩/ mm自重/ kN/mA，C上柱

2、矩 400 4001.6 10521.31084.0下柱I4009001001501.875105195.381084.69B上柱矩 4006002.4105721086.0下柱I4001000 1001501.975105256.34 IO4.94本设计仅取一棍排架进行计算，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20厚水泥砂浆找平层80厚泡沫混凝土保温层预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝)20kN/m 30.02m0.40kN/m 2 28kN/m 30.08m 0.64kN/m 21.4kN/m 2屋盖钢支撑005kN/m 2总计2.84

3、kN/m2屋架重力荷载为60.5kN/棍，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为：(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值：(3)柱自重重力荷载设计值AC柱:上柱：G4A G4C 1.2 4.0kN/m 3.6m17.28kN下柱：Gsa G5c 1.2 4.69kN/m 6.5m 36.58kNB柱:上柱：G4B 1.2 6.0kN/m 3.6m25.92kN下柱：Gsb 1.2 4.94kN/m6.5m38.53kN各项恒载作用位置如图2-56所示。图2-56荷载作用位置图(单位：kN)2. 屋面活荷载22屋面活荷载标准值为0.5kN/m，雪荷载标准值为0.4kN/m，后者小于前者，故仅按前者计

4、算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：1的作用位置与创作用位置相同，如图2-56所示。3. 风荷载风荷载的标准值按Wkz z sWo计算，其中Wo0.5kN/mz根据厂房各部分标高（图2-54）及B类地面粗糙度确定如下：1-000Z 1 。49Z 1.078柱顶（标高9.6m）檐口（标高11.75m）屋顶（标高12.80m）s如图2-57所示，则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：图2-57 风荷载体型系数及计算简图则作用于排架计算简图（图2-57）上的风荷载设计值为:4.吊车荷载由表26可得20/5t吊车的参数为： B 5.2m，K 4.0m，9 68.6kN， q 200kN

5、, Pmax174kN , pmjn37.5kN，根据B 5.2m及K可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：（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：作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：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，可用剪力分配法逬行排架内力分析。其中柱的剪力分配系数i计算，见表2-23。表2- 23柱剪力分配系数柱别AC柱B柱Gi Gi220.33kNG21G3G4A58.8kN17.28kN76.08kNG3 5A36.58kNG42Gi2220

6、.33kN440.66kNG6 G5B38.53kN ；G5G4B2G325.92kN2 58.8kN143.52kN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钱支座计算内力。柱顶不动钱支座反力$可根据相应公式计算。对于A，C柱n 0.1 09，0.356 则：叱 6.39 （）本例中rB。求得刊后，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为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。11.9811.02(29.7811.766.39Jk2屋面

7、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，对于A柱，Ci 23111.0229.7811.9811.76RaM 1AH0.281 ,反作用于0296.41332.990584.1820J332.99Z/220.33440.66220.3337.61466.58237.61777心C+M7Z7图2-59恒载作用下排架内力图彳映它在柱顶及变阶处引引起的力矩为:0.957，则ffi-2 2319 45kN m_97 VC 门 alzhl10.1mm 2A -XCl-H0.356，柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与相应的柱顶不动钱支座反力叠+N+N可得屋面活荷载

8、作用于AB跨肘的柱顶剪力，即排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图2-60b , c所示。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丘斤云o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(1) 左吹风时计算简图如图2-62a所示。对于A，C柱，n 0.109，0.356得各柱顶的剪力分别为排架内力如图2-62b所示(a)(b)图2-62左吹风时排架内力图(2) 右吹风时如图2-63b计算简图如图2-63a所示。将图2-62b所示A，

9、C柱内力图对换且改变内力符号后可得， 所示。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，Min。在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A柱,C3 W7,则对于 B 柱，n .28i,0.356，得排架各柱顶的剪力分别为：排架各柱弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2 64b,c所示。图2-64 Dmax作用在A柱时排架内力图(1)Dmax作用于B柱左计算简图如图2-65a所示卜人陀计算如下： 柱顶不动钱支反力rA , Rb及总反力R分别为：各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2-65b，c所示

10、图2-65 Dmax作用于B柱左时排架内力图D(3)max作用寸B柱右根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与Dmax作用于B柱左的情况相同，只需将A, C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图2-66所示。图2-66 Dmax作用于B柱右时排架内力图D(4) max作用于C柱同理，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。D图2-67 max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 0.109，0.356 .得a 3.6m 1.2m /3.6m 0

11、.667.则同理，对于 Bft, n 0.281 0.356 a 0.667,50.598,则： 丁排架柱顶总反力R为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图2-68 b所示。当max方向相反时， 弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。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。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

12、组合表，这两表中的控制截面及正号内电j卯弹存gg2-24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HJRW的柱进行验算。为此，表2-33中亦给出了你和咏的组合值，它们均满足0 的条件，对设计来说，这些值均取自min及相应的 M和V 项。表2-24 A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荷载风荷载作用在AB跨作用在BC跨D max作用 在A柱Dmax作用在Dmax 作用在B柱右Dmax 作 用在C柱max作 八用在Amax作 用在ri-A-左风右风序号123456789101111.980.522.30-51.19 56.7744.60-5.2

13、910.50-18.55237.6137.8000000000-29.78-8.932.30114.41 21.0844.60-5.2910.50-18.55296.4137.80552118.9700000011.76-4.586.4621.98-123.59125.14-14.85139.76-107.20332.9937.80552118.970000006.390.670.64-14.22-15.7712.39-1.4730.81-19.10弯矩图注：M单位(kN m) , N单位kN , V单位kN表2-25 1.2恒载+1.4屋面活荷载截面组合项Mmax相应的N、V组合 项M ma

14、x及相应的N、V组合项N2max及相应的M 、V组合项n min及相应的M、V12314.8111.9812314.81314.8275.41237.61275.41237.6113-27.4812-38.7112-38.711-29.78296.41334.21334.21296.411318.22127.1812313.641318.22332.99370.79370.79332.99123相应的M相应的N7.7*13.64370.79注：M单位(kN m) , N单位kN , V单位kN表2-26 1.2恒载+1.4吊车荷载截面组合项Mmax 74相应的M /组合项Mmax及相 应的 N

15、、组合项N吶及相 应的M、V组合项n min及相应的M V16973.4051579-58.9516973.40516973.405237.61237.61237.61237.61146911R 71315797少1 A1146911R 713179738.01391.586738.01296.411468237.069158-207.0841468237.069169184.11774.59440.063774.59332.99169相应的M相应的N23.454184.11332.99注：M单位(kN m) , N单位kN , V单位kN表2271.2恒载+1.4风荷载截面组 合 项M+ma

16、x及相应的N、V组合项Mmax及相应的N、V组合项Nmax应的M及相V组合项n min及相应的M、V122.481-6.57122.48122.4810237.6111237.6110237.6110237.611-19.281-48.331 48.331-48.3310296.4111296.4111296.4111296.411151.521-95.441151.521151.5210332.9911332.9910332.9910332.991相应的M相应的N1037.2151.52332.99注：M单位(kN m) , N单位kN , V单位kN表2-28 1.2恒载+ 0.91.4(

17、屋面活荷载+吊车荷载+风载)截面组合项及相应的N V组合项一Mm?-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、V1,23,69,1079.2511,57 Q968.5551,23,691079.2511,36,91078.783271.63237.61271.63237.611,34,69,10115.3841, 25, 79，1192.6551,23,46,910107.34717911 69.916693.85416.08727.87296.411,34,68,10346.1361, 25, 811-285.8021,23,4A ft10342.1041,3

18、6,910298.473730.43463.376764.45332.991,23,69,10相应的M相应的N50.656294.351367.01注：M单位(kN m) , N单位kN , V单位kN表2-29 1.2恒载+ 0.91.4（屋面活荷载+吊车荷载）截面组合项Mmax殛相应的N . V组合项Mmay Xv 木H 应的 N、V组合项Nmax及相应的M. V组合项n min及相 应的M V1,23,6969.8011579 51.8601,23,6969.801136969.333271.63237.61271.63237.611,34,69105.9341，25，7975.9601

19、,23,46,997.89717953.221693.85426.088727.87296.411,34,68220.3521，25，8-189.3221，23，46，8216.231369172.689730.43463.376764.45332.991, 23, 6?相应的M相应的N22.927168.567367.01注：M单位（kN m） , N单位kN , V单位kN表2-30 1.2恒载+ 0.9 1.4（屋面活荷载+风载）截面组合项Mmax相应的M、/组合项Mmax /及相应的N、 /组合项相应的M、V组合项n min及相应的M、V1231023.968111 4.7151231

20、023.968131023.5271.63237.61271.63237.611310-18.261211 54.5121211-54.512111-46.475296.41330.43330.43296.41110143.358121188.84212310139.2361合10143.358332.99367.01367.01332.99123,10相应的M相应的N35.298139.236367.01注：M单位（kN m） , N单位kN , V单位kN表2-31 1.2恒载+ 0.9 1.4（吊车荷载+风载）截面组合项及相应的N、V组合项及相应的N V组合项Nmax及相应的M、/组合项

21、n min 及相应的M、V1 , 6 q m76.7131,57,91168.55516Q1076.71316Q1076.713237.61237.61237.61237.611 , 4A 96910113.3141,57,911 84.6181,46,910113.31417/911-69.916693.85382.068693.85296.411,46.810340.3221, 58，11-281.6801,46,810340.3221，69，10292.659730.43429.356730.43332.991 , 69, 10相应的M相应的N49.477292.659332.99注：M

22、单位(kN m) , N单位kN , V单位kN表2-32 1.35恒载+0.71.4屋面活荷载+0.71.4吊车竖向荷载截面组合项Mmax及相应的M、/组合项Mmax及相应的 M、/组合项NmaxMV组合项n min 及相应的M、V1，23，643.5501522.2881 . 23. 643.55013643.186293.771267.311293.771267.3111，34，657.1531. 25, 754.5211 , 23, 433.93517-36.835642.581426.544707.681333.4611，34，6100.139125-67.8381 , 23, 46

23、96.93313696.590683.733476.025710.194374.6141, 23, 6相应的M相应的N15.91193.384401.073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M max及相应的N、 /组合项Mmax及 相应的N、 /组合项N口max及相应的|/| /组合项n min 及相应的M、VMr NrJ备注1,2,36,910表1479.2511,5,79,11表14-68.5551,23,6表1843.5501,3,69,10 表1478.78357.699Nmin标准值取自 及相应的M项271.63237.61293

24、.771237.61198.0081,4,69表12118.7131,2,57,911表14-92.6551,46,9 表 12118.7131,79,11 表 14-69.916标准值取自gin 及相应的M，项738.01416.088738.01296.411,3,46,810 表 14346.1361,2,58,11表14-285.8021,46,8表12237.0691,3,69,10 表14298.473214.595标准值取自Nmin,V 及相应的M项730.43463.376774.59332.99277.491,2,36,910相应的M相应的N50.656294.351367.

25、01注：M单位(kN m) , N单位kN , V单位kN226 柱截面设计以A柱为例。混凝土强度等级为2C30, 级钢筋V fy360hhnm , b上柱配筋计算。#| h 400mm -40mm上柱截面共有4组内力。取。Nh而截面的内力均小于 b，则都属于大偏心受压，fc14.3N/mm , ftk2.01N/mm ;采用 HRB400 0.518。上、下柱均采用对称配筋。360mm所以选取偏心距较大的一组内力作为最不利内力。即取而垂直于排架方向柱的计算长度1.25 3.6m4.50，则hb4500mm11.25400mm22 20.5fcA 05 143N/mm400 切 4 811.0

26、N23761 ON186 48mm 且 羽bh。80mmAs763mm2取1 1.018 A 763mm选3满足要求0.961（内插）Nu 0.9 fc A fyAsbh 400mm 400mmn/0.48%0.2。厶M67 7q m M mmPnN237.6310 N幣齢 V 332 mm 20mm 352mm7200 mmloh400mm18 5应考虑偏心距增大系数。M =78.783 kN m , N = 237.61 kN ；e “.9 q Am 7 9m附加偏心矩 取20mm（大于吊车厂房排架方向上柱的计算长度s400mm/30）0.9 0.961 14.3N mm2 400mm 4

27、00mm 360N mm2 763mm2 22454.03kNM 293.771 kNNmax满足弯矩作用平面外的承载力要求。2.下柱配筋计算取ho 900mm 40mm860mm与上柱分析方法类似。Ne而，截面的内力均小于 则都属于大偏心受压。所以选取偏心距。最大的一组内力作为最不利内力278.473kN m，N 332.99kN 计算1下柱计算长度取”H| “，附加偏心距$900mm. 30 30mm （大于2omm）b 100mm 3 400mm ht 150mm.6500mm5I。，h 7.22900mm且取 2応哥庸彳就i、阳瑙大纟魏20.5 fc A 0.5 14.3 N mm 1

28、00mm900mm2400mm100mm150mm332990N3.865 1.0,取 11Io114001 2 1.1400 eho14002 1.0 1.0 1.035“926.34mm 6500mm860mm900e 1.05 926.34mm 958.76 口先假定中和轴位于翼缘内，则 即中和轴过翼缘且 x 2 s 80mm2选用 418As（1018mm）垂直于弯矩作用面的承载力计算：84A 1.875 105mm2，y5.38iomm3柱箍筋配置50由内力组合表Vmax .656kN，相应的N 367.01 kN , M验算截面尺294.351 kN m 寸是否满足要求。600 h

29、w /b4000.25 cfcbh。0.25 1.0 14.3 400 860 截面满足要 1229800 N 1229.8kN Vmax 50.656kN 求。计算是否需要配箍筋：M Vho6294.351 10厂36.7650.656 10860可按构造配箍筋，上下柱均选用满8 200箍筋 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:表2-34柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力标准值57.699214.595198.008277.49h198291.390.55。773.340.00950.01 取 te 。0.01131.1141.0 h480.5291183.3400.523288.95722.2172.06174.0450.3410.4360.1240.3满足要求0.1470.3满足要求10Nmm;构件受力特征系数A2/12 Es2.0上柱 s =763 mm，下柱t4=1018mm s2 1or ；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h270所示。其中牛腿截面宽度=565mmb =400mm牛腿截面高度h =600