钢筋混凝土单层厂房排架结构课程设计计算书

1、钢筋混凝土单层厂房排架结构课程设计计算书 一、设计资料 1、某金工车间，单跨无天窗厂房，跨度为15m，柱距为6m，车间总长度90m，中间设置一道变形缝。 2、车间内设有两台起重量分别为200/50kN的中级工作制吊车，吊车的规定标高为8.4m。 3、建筑地点：北京 。屋面活荷载标准值1kN/m2，基本风压0.3kN/m2,基本雪压：0.25kN/m2。 4、地基：厂区地基均为粘性土，修正后的地基承载力特征值为220kN/m2。 5、材料：柱混凝土强度等级用C30；受力纵筋HRB400级，箍筋采纳HRB335级。基础混凝土强度等级C20，钢筋HRB335级。 二、 选用结构型式 1、屋面板采纳G

2、410（一）1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板，包括灌缝在内板重标准值为1.4kN/m2。 2、屋面梁采纳G414（四）预应力钢筋混凝土工字形屋面梁，跨度18m，端部高度905mm，跨中高度1800mm，自重标准值68.2kN。 3、吊车梁采纳G425预应力混凝土吊车梁，高度为900mm，自重30.4kN；轨道及零件重0.8kN/m。 上柱均采纳b h 400mm 400mm矩形截面，A1 1.6 105mm2 I1 2.13 109mm2 ，自重标准值为4kN/m 下柱均采纳工字形截面，下柱的截面几何参数分别为： b h hf bw 400mm 700mm 100mm 100mm， A 1

3、.375 105mm2， I 8.60 109mm4， 自重标准值为3.44kN/m。 三、 柱的各部分尺寸及集合参数 上柱 b h mm （g1 4kN/m） A1 1.6 5mm2 I1 2.13 109mm4 下柱 bf h b hf 400 00 100 150mm （g2 4.44kN/m） A2 1.775 105mm2 I2 1.394 1010mm4 I12.13 109 n 0.153 10 I21.394 10 H1 3.6m，H2 13.62m H1 0.264 H2 四、 荷载计算 a) 恒荷载 （1） 屋盖自重 SBS防水层 1.2 0.1 0.12kN/m2 1.2

4、 2 20 0.48kN/m2 1.2 1 4 0.48kN/m2 1.2 kN/m2 1.2 2 kN/m2 1.2 kN/m2 g 3.3kN/m2 20mm水泥砂浆找平层 100mm水泥珍宝岩制品保温层 隔汽层 20mm水泥砂浆找平层 大型预应力屋面板（包括灌缝重） 屋架 1.2 72.6kN 则作用屋架一段作用于柱顶的自重G1 6 3.3 0.5 214.5KN （2） 柱自重 上柱：G2 1.2 4.0 17.28kN 下柱：G3 1.2 4.44 54.39kN + （3） 吊车梁及轨道自重G4 1.2 (30.4 0.8 6) 42.2kN b) 屋面活荷载 Q1 1.4 1 6

5、 75.6kN c) 风荷载 由荷载规范查得北京地区基本风压为 0 0.3kN/m2 风压高度改变系数 z（按B类底面粗糙度取）为 柱顶 檐口处 对屋顶 风载标准值为： 按H2 13.2m， z 1.09 按H2 15.4m， z 1.15 按H2 16.0m， z 1.16 1k z s1 z 0 1.0 kN/m2 2k z s2 z 0 1.0 kN/m2 则作用于排架上的风荷载设计值为 q1 1.4 0.52 6 4.37kN/m q2 1.4 0.33 6 2.77kN/m Fw Q( s1 s2) z 0h1 ( s3 s4) z 0h2 B 1.4 (0.8 0.5) 1.15

6、0.6 2.2 (0.03 0.5) 1.16 0.6 6.0 18.44kN w 风荷载作用下的计算简图如图4-1。 d) 吊车荷载 查表得Pk,max 155kN Pk,min (244 150) 0.5 176 42kN B 5600mm，K 4400mm 则依据支座反力影响线如图4-3求出作用于柱上的吊车竖向荷载为 Dmax c Q Pk,max yi 0.9 1.4 155 1.0 0.8 0.067 0.267 416.77kNDmin c Q Pk,min yi 0.9 1.4 1.0 0.8 0.067 0.267 112.93kN 作用于每一轮子上的吊车横向水平刹车力 Fh1

7、 Q 4 (Q g) 0.1 (150 73.2) 4 7.81kN 1.4 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 yi 0.9 7.81 1.0 0.8 0.067 0.267 15.0kN ? ? ? 五、 内力计算 a) 恒荷载 （1） 屋盖自重作用 由于屋盖自重是对称荷载，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5-1取用计算截面图e1 0.05m，e0 0.2m，G1 214.5kN，依据 n 0.153， 0.264查表得C1 1.887，C3 1.266，则得 R G1 (e1C1 e0C3)H2 214.5 (0.05 0.

8、2 1.266) 13.62 5.47kN( ) 计算时对弯矩和剪力的符号规定为：弯矩图在受拉一边；剪力对杆端而言，顺时针方向 为正（ V），剪力图可绘在杆件的任意一侧，但必需注明正负号，亦即取结构力学的符号。这样，由屋盖自重对柱产生的内力如图5-2（a）： M= 214.5 kN m M= 214.5 kN m M= 214.5 kN m N N N=214.5kN V 5.48kN （2） 柱及吊车梁自重作用 由于在安装柱子时尚未吊装屋架，此时柱顶之间无连系，没有形成排架，故不产生柱顶反力；因吊车梁自重作用点距离柱外边缘不少于750mm，则得内力如图5-2（b） M=0kN m M=M=4

9、2.2 0.35 17.28 0.2 kN m N 17.28kN N=17.28+42.2=59.48kN N=59.48+53.39=112.87kN b) 屋面活荷载作用 因屋面活荷载与屋盖自重对柱的作用点相同，故可将屋盖自重的内力乘以下列系数，即得屋面活荷载内力分布图5-2（c）以及其轴向压力及剪力为 Q141.58 0.194 G1214.5 N N N=41.61kN V 0.194 1.06kN c) 风荷载作用 为计算便利，可将风荷载分解为对称及反对称两组荷载。如图5-3，在对称荷载作用下，排架无侧移，则可按上端为不动铰支座进行计算；在反对称荷载作用下，横梁内力等于零，则可按单

10、根悬臂柱进行计算。柱作用正风压 当柱顶作用几种风荷载Fw时， R1 11 Fw 18.44 9.22kN 22 当墙面作用均布风荷载时，查表得，C11 0.349，则得 1 R3 C11 H2 (q1 q2) 2 1 0.349 13.62 (4.37 2.77) 2 3.49kN 当正风压力作用在A柱时横梁内反力R R R1 R3 9.22 3.80 13.02kN 则A柱的内力如图5-4（a） 1 M (Fw R)x q1x2 2 1 M M (18.44 13.02) 2 kN m 21 M (18.44 13.02) 13.62 13.622 kN m 2 N N N=0kN V (F

11、w R) q1x (18.44 13.02) 4.37 13.62 64.94kN 当负风压力作用在A柱时，则A柱的内力如5-4（b） 1 M Rx q2x2 2 1 M M 13.02 2.77 3.62 kN m 21 M 13.02 13.62 2.77 2 kN m 2 N N N=0kNV R q2x 13.02 2.77 13.62 50.75kN d) 吊车荷载 （1） 当Dmax值作用于A柱 如图5-6（a） 依据n 0.153， 0.264查表得C3 1.266。吊车轮压与下柱中心线距离按构造要求取e4 0.35m，则得排架柱上端为不动铰支座时的反力值为： R1 Dmax e

12、4 0.35 C3 1.266 13.56kN( ) H213.62Dmin e4 0.35 C3 1.266 3.67kN( ) H213.62 R2 故R R1 R2 9.89kN( ) 再将R值反向作用于排架柱顶，按剪力安排进行计算。计算简图如图5-5，由于结构对称，故各柱剪力安排系数相等，即 A B 0.5 各柱的安排剪力为 V'A V'B AR 0.5 4.95kN( ) 最终各柱顶总剪力为 V V'AA R1 4.95 13.56 8.62kN( ) V'B VB R2 4.95 3.67 8.62kN( ) 则A柱的内力如 M VA x 8.62

13、kN m M VAx Dmax e4 31.03 kN mM= 8.62 13.62 416.77 0.35 kN m N 0kN N N=416.77kN V VA 8.62kN( ) 2） 当Dmin值作用于A柱，内力图如5-6（b） M VA x 8.62 kN m M VAx Dmin e4 31.03 kN m （ M= 8.62 13.62 112.93 0.35 kN m N 0kN N N=112.93kN V VA 8.62kN( ) （3） 当Fh值自左向右作用时 由于Fh值同向作用在A、B柱上，因此排架的横梁内力为零，计算简图如 图5-7（a）则得A柱的内力如图5-7（b

14、） M M Fhx 15.0 kN m M=15.0 1.084 10.02) kN m N N N=0kN V Fh 15.0kN( ) （4） 当Fh值自右向左作用时 其内力值与当Fh值自左向右作用时相同，但方向相反。 六、 内力组合 表格 1 A柱在各种荷载作用下内力汇总表 注：（1）内力的单位是kN m，轴力的单位是kN，剪力的单位是kN； （2）表中弯矩和剪力符号对杆端以顺时针为正，轴向力以压为正； （3）表中第1项恒荷载包括屋盖自重、柱自重、吊车梁及轨道自重； （4）组合时第3项与第4项、第5项与第6项、第7项与第八项二者不能同时组合； （5）有Fh作用时候必需有Dmax或Dmin

15、同时作用。 表格 2 A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合 注：由永久荷载效应掌握的组合：其组合不是最不利，计算从略。 表格 3 A柱正常用法极限状态荷载效应的标准组合 注：对准永久组合计算，其值要小于标准组合时的相应对应计算值，故在表中从略。 七、 柱子设计 a) 上、下柱配筋计算 上柱：选取两组最不利的内力 M1 91.93kN/m,N1 231.78kN M2 53.58kN m，N2 269.24kN （1） 先按M1，N1计算 l02 3600 18 5，需考虑纵向弯曲影响，其截面按对称配筋计算，其偏心距为 h400 e0 M191.93 0.397m N1231.78 ea h/3

16、0 13.3mm 20mm ei e0 ea 417mm 1 0.5fcA 4.9 1.0，故取 1 1.0 N 又 l0l 15，故取 2 1.15 0.010 0.97 hh 2 11 l0 1 1 12 1400 ei/h0 h 1400 182 1.0 0.97 1.048 N 0.147 b按大偏心计算 1fcbh0 则e ei h as 1.048 417 0.5 400 40 597.0mm 2 b 0.55 N1e 1fcbh02 (1 /2) As As' 0 fy'(h0 as') 取As minbh 0.002 400 400 320mm2取628

17、 （2） 再先按M2，N2计算 e0 M2 0.199m N2 ea 20mm ei e0 ea 219mm 1 0.5fcA 4.9 1.0，故取 1 1.0 N 又 l0 15，故取 2 0.97 h 2 1 l0 1 1 2 1.092 1400 ei/h0 h h as 399.2mm2 则e ei b 0.550 N 1fcbh0 N 0.0168 b 1fcbh0 大偏压状况 2 N1e 1fcbh0 (1 /2) As As' 0取最小配筋 '' fy(h0 as) 综合两组计算结果，最终上柱钢筋截面面积每侧选用（2 20(As 628mm2)） 下柱：选

18、取两组最不利的内力 M1 578.64kN m，N1 429.01kN M2 642.60kN m，N1 739.91kN （1） 先按M1，N1计算 l010620 12.525 5，需考虑纵向弯曲影响，其截面按对称配筋计算，其偏心距h900 为 e0 M1 1.349m N1 ea h/30 27mm ei e0 ea 1376mm 取 1 1.0 又 l0 15，故取 2 1.0 h 2 1 l0 1 1 2 1.062 1400 ei/h0 h 则e ei h as 1.062 1376 0.5 800 40 1821.3mm 2 先按大偏心状况计算受压区高度x，并假定中和轴通过翼缘，

19、则有 x h'f 162.5mm x N 75mm h0 0.55 760 418mm 1fcb'f ' x 2as 80mm As A ' s N1e 1fcb'fx(h0 0.5x) fy(h0 as') 429010 1821.3 1.0 14.3 400 80 (760 0.5 80) 300 (760 40) 2092mm2 （2） 再先按M2，N2计算 e0 M2 0.868m N2 ea h/30 27mm ei e0 ea 895mm 取 1 1.0， 2 1.0 1 l0 1 1 2 1.095 1400 ei/h0 h 则e

20、ei 2 h as 1340mm 2 先按大偏心状况计算受压区高度x，并假定中和轴通过翼缘，则有 x h'f 162.5mm x N 129.4mm h'f' 1fcbf 中和轴腹板内，则 x N 1fc(b'f b)h'f 1fbc 129.4mm x 2as' 80mmx bh0 418mm As As' N2e 1fcb'fx(h0 0.5x) 1fc(b'f b)h'f(h0 0.5h'f) fy(h0 a) 's 2207mm2 综合两组计算结果，最终下柱钢筋截面面积每侧选用（4 28，A

21、s 2463mm2） b) 柱裂缝宽度验算 （1） 上柱 取一组荷载效应组合内力值：Mk 62.46kN m，Nk 193.15kN，进行裂缝宽度验算。 e0 Mk 0.323m Nk AsAs 0.001 Ate0.5bh te 因l0/h 18 14，故取 k 1.0 则e ke0 h as 1.0 323 0.5 400 40 512mm 2 h 0.1 2 ('f1 0 ) e 2 ' 取 f 0 Z 0.87 h0 29m1.m 84 按荷载标准组合计算的纵向受拉钢筋应力 sk Nk(e Z)193150 (512 291.84) 232N/mm2 ZAs291.84

22、 628 裂缝间钢筋应变不匀称系数为 1.1 0.65 ftk2.01 1.1 0.65 0.537 te sk0.01 232 则偏心受压构件在纵向受拉钢筋截面中心处，混凝土侧表面的最大裂缝宽度为 deq 23220 max 2.1 1.9c 0.08 2.1 0.537 (1.9 30 0.08 )mm Es te 2 1050.01 0.242mm 0.300mm sk 满足要求。 （2） 下柱 取一组荷载效应组合内力值：进行裂缝宽度验算。 Mk 468.62kN m，Nk 502kN， e0 Mk 0.934m Nk te AsAs 0.0278Ate0.5bh (bf b)hf te

23、 0.01 因l0/h 14，故取 k 1.0 则e ke0 h as 1294mm 2 ''(b b)h400 100） 162.5ff（ 'f 0.641 bh0100 7602 h '0 Z 0.87 0.12(1 f) h0 649.9mm e 按荷载标准组合计算的纵向受拉钢筋应力 sk Nk(e Z) 202.0N/mm2 ZAs 裂缝间钢筋应变不匀称系数为 1.1 0.65 ftk 0.867 te sk 则偏心受压构件在纵向受拉钢筋截面中心处，混凝土侧表面的最大裂缝宽度为 max 2.1 满足要求。 sk deq 1.9c 0.08 0.25mm

24、0.300mm Es te c) 牛腿设计 （1） 荷载计算 Dkmax 297.69KN G4 30.4 4.8 31.2KN 共计=332.89KN （2）截面尺寸验算（如图7-2） b 400mm，h 600mm，C 400mm， 0.8， Fhk 10.71kN，h1 300mm， h0 565mm，a 750 800-50mm，ftk 2.01kN/mm2 h1=250mm （1-0.5 Fhkftkbho0.8 2.01 400 565 1547.6KN Vk 150Fvk0.5 a0.5 ho565 45 满足要求。 （3） 配筋计算： 纵筋： 由于a 50mm 0 该牛腿可按构

25、造配筋 取4 14（Asv 616mm2 0.002 400 600 480mm2） 箍筋选用8100mm。则在上部 2 ho处实配箍筋面积为3 Ash 10121 565 380.4mm2 As 240mm210032 符合要求。 a/h0 0 0.3不需要弯起钢筋 d) 运输、吊装阶段验算 （1） 荷载计算 上柱矩形截面面积0.16m 下柱矩形截面面积0.32m 下柱工字形截面面积0.1775m 上柱线荷载q3 0.16 25 4.00kN/m 2 22 0.36 0.2 1.7 0.1775 25 下柱平均线荷载q1 5.10kN/m 10.22 牛腿部分线荷载 0.4 （ ） q2 0

26、.32 25 15.5kN/m 0.6 （2） 弯矩计算 l1 1.7 8.32 0.210.22m，l2 0.6m，l3 3.6m 则得，MC 1 4 2 25.92kN m 2 MB 4 (0.6 0.5 ) 0.5 15.5 0.62 37.35kN m 求AB跨最大弯矩，先求反力RA 由 M B 0 0.5 5.10 10.222 37.35RA 22.41kN 10.22 故AB跨最大弯矩为 令V RA q1X 0 X RA 4.39mq1 MAB 24.41 4.39 0.5 2 49.24kN m 故最不利截面为AB和C截面 （3） 配筋验算 对AB截面 荷载分享系数为1.2，动

27、力系数为1.5，对一般建筑物，构件的重要性系数取 0 0.9，则其弯矩设计值为 MAB 1.2 1.5 0.9 79.77kN m 受拉钢筋截面面积（为偏于平安，下柱取工形截面计算） M79.77 106 s 0.143，查表得， s 0.922 1fcbh021.0 14.3 300 3602 As Mfy 0h0 801mm2 原配As 1232mm2，平安。 对C跨中截面 其弯矩设计值为 MB 1.2 1.5 0.9 25.92 41.99kN m 受拉钢筋截面面积 s M 0.077，查表得， s 0.963 2 1fcbh0 As Mfy 0h0 545mm2 原配As 628mm2

28、，平安。 (4) .裂缝宽度验算 对C截面 As628 0.00785 0.5bh0.5 400 400 te 0.01 te MCk 1.5 25. 92 3KN8.8 m8 MCK sk 0.8A7sho 1.1 38.8 8610 197.N7mm/2 0. 87 760365 2.01 1.1 0.0 1197.7 0.439 f te sk c9 1. Es 0.09mm4 0.mm300 满足要求。 对AB截面 max 2. 1 sk deq 8 te 197.7 2.1 52 10 20 (1.9 0.08 0.0. 1 ) As1232 0.021 0.5bh0.5 400 3

29、00 te 0.01 te MBk 1.5 49. 24 7KN3.8 m6 MBK sk 0.8A7sho 1.1 0.73.8 6610 191.N4mm/2 0. 871 232360 0.6 52.01 0.02 1191.4 7750. ftk te sk max 0.25 5 .满足要求。 0.300 八、 基础设计 a) 荷载 2 按地基规范规定，对地基承载力特征值为180kN/m，单跨厂房的跨度l 30m， 吊车起重量不超过100t的丙级建筑物，设计时可不做地基变形验算。当地基按承载力确定基础底面面积时，应按荷载效应标准值进行计算。这样， 选取以下两组掌握内力进行基础底面计算：

30、 M1k 468.62kN m，N1k 502.00kN，V1k 54.68kN M2k 406.28kN m，N2k 329.27kN，V2k 43.49kN 初步估算基础底面尺寸为A l b 2.0 3.6 7.2m，W 4.32m，取基础高度 2 3 h 1.05m，基础埋深为1.5m，则基础自重和土重（取基础与土的平均自重为20kN/m3） Gk m lb H 216kN 由基础梁传至基础顶面的外墙重 Gwk 6 4.8 (4.8 2.0) 0.37 19 4.8 (4.8 2) 0.45 359.72kN b) 地基承载力验算 查表得 d 1.6，取基础底面以上土的平均自重 m 20

31、kN/m2，则修正后的地基承载力特征值fa fak (b 3) d m (d 0.5) 215.6kN/m2。 （1） 按第一组荷载验算，其基础底面荷载效应标准值为 Mbot,1k M1k V1k h Gwk ew 468.62 54.68 1.05 359.72 (0.37/2 0.80/2) 315.60kN m Nbot,1k N1k Gk Gwk 1077.72kN p1k,maxNbot,1kMbot,1k222.74kN/m2 p1k,minl bW76.63kN/m2 1.2fa 258.7kN/m2 1 pk p1k,max P 149.69kN/m2 fa 180KN/m21

32、k,min） 2 （2） 按其次组荷载验算，其基础底面荷载效应标准值为 Mbot,2k M2k V2k h Gwk ew 662.38kN m Nbot,2k N2k Gk Gwk 904.99kN p2k,maxNbot,1kMbot,1k201.91kN/m2 p2k,minl bW49.47kN/m2 1.2fa 258.7kN/m2 1 pk p1k,max P 126kN/m2 fa 180KN/m2满足要求。 1k,min） 2 c) 基础抗冲切验算 从表2中取一组（其产生的Pmax较大者）荷载效应设计值，进行抗冲切验算，即取 M1 642.60KN m,N1 739.91KN,V 70.62KN 其基础底面的相应荷载效应设计值为： 基础自重（不考虑） 外墙传至基础顶面重 Gw G Gwk 435.7KN Mbot,1 M1 Vh Gw( 0.370.8 ) 464.23KN m 22 Nbot,1 N1 Gw 1171.57kN pn,maxNbot,1Mbot,1 270.18kN/m2 2 pn,minl bW