单层厂房课程设计

1、 单层工业厂房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，厂房跨度L=21m，柱距为6m，车间总长度为150m，中间设一道温度缝，厂房剖面图如图所示：2. 车间内设有两台中级工作制吊车，吊车起重量为200/50kN。3. 吊车轨顶标高为9.0m。4. 建筑地点：哈尔滨市郊。5. 地基：地基持力层为e及IL均小于0.85的粘性层（弱冻胀土），地基承载力特征值为fak=180kN/m2。标准冻深为：-2.0m。6. 材料：混凝土强度等级为C30，纵向钢筋采用HRB400级，(360N/mm2)箍筋采用HPB300级。(270N/mm2)二. 选用结构形式1. 屋面板采用大型预应

2、力屋面板，其自重标准值（包括灌缝在内）为1.4kN/m2。2. 屋架采用G415（二）折线型预应力钢筋混凝土屋架，跨度为21m，端部高度为2.3m，跨中高度为33.5m，自重标准值为83.0kN。3. 吊车梁高度为0.9m，自重30.4kN；轨道与垫层垫板总高度为184mm，自重0.8kN/m。4. 柱下独立基础:采用锥形杯口基础。三、柱的各部分尺寸及几何参数 采用预制钢筋混凝土柱 轨道与垫层垫板总高 ， 吊车梁高 ， 故牛腿顶面标高=轨顶标高由附录12查得，吊车轨顶只吊车顶部的高度为，考虑屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为，故柱顶标高=基础顶面至室外地坪的距离取，则基础顶面至室内地坪的高度为，

3、故从基础顶面算起的柱高， 上部柱高 下部柱高上部柱采用矩形截面；下部柱采用型截面。上柱： () 下柱： 上柱： 下柱： 图1厂房计算简图及柱截面尺寸四荷载计算 1. 恒荷载（1）屋盖恒荷载 SBS防水层 20mm厚水泥砂浆找平层 100mm厚水泥珍珠岩保温层 隔气层 20mm厚水泥砂浆找平层 大型预应力屋面板（包括灌缝重） 总1 屋架 则作用屋架一段作用于柱顶的自重为： 作用于上部柱中心线外侧处。（2）柱和吊车梁等恒荷载 上柱： 作用在牛腿顶截面处; 下柱： 作用在基础顶截面处； 吊车梁及轨道自重：2.屋面活荷载 由荷载规范查得屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载0.75kN/m2（50

4、年一遇），故考虑雪荷载。 作用于上部柱中心线外侧e0=50mm处。3.风荷载 由荷载规范查得哈尔滨地区基本风压为 0=0.50kN 柱顶处集中风荷载风压高度变化系数 （按B类地面粗糙度取）按檐口离室外地坪的高度来计算。查表可得离地面时，离地面时，用插入法，可得 柱顶处均布风荷载风压高度变化系数 （按B类地面粗糙度取）按柱顶离室外地坪的高度来计算。同理可得 风荷载标准值： 则作用于排架上的风荷载设计值为： （屋面坡度为1/10）故 风荷载作用下的计算简图如下图： 图2风荷载作用下计算简图4.吊车荷载 吊车跨度 查附录12，得Q=20/5t,Lk=19.5m时的吊车最大轮压标准值Pmax，k、最小

5、轮压标准值Pmin，k、小车自重标准值G2，k以及吊车额定起重量相对应的重力标准值G3，k：Pmax，k =205kN ， Pmin，k=45kN ，G2，k=75kN ，G3，k=200kN并查得吊车宽度B和轮距K：B=5.55m，K=4.40m（1） 吊车竖向荷载设计值Dmax、Dmin 由图所示的吊车梁支座影响线知（2） 吊车横向水平荷载设计值Tmax五内力分析 1、屋盖荷载作用下的内力分析（1）屋盖集中恒荷载F1作用下的内力分析 柱顶不动点反力 由于n=0.109，=0.284则代入公式 则（2） 屋盖集中活荷载F6作用下的内力分析 在F1、F6分别作用下的排架柱弯矩图、轴向力图和柱底

6、剪力图如下，图中标注出的内力值是指控制截面-、-和-截面的内力设计值。弯矩以使排架柱外侧受拉为正，反之为负；柱底剪力以向左为正、向右为负。 <1>屋盖恒荷载作用下的内力图 <2>屋盖活荷载作用下的内力图 2、柱自重、吊车梁及轨道连接等自重作用下的内力分析。不作排架分析，其对排架产生的弯矩和轴向力如下图所示： 3、 吊车荷载作用下的内力分 (1)Dmax作用在A柱，Dmin作用在B柱时，A柱的内力分析 Mmax=Dmaxe=555.345×（0.75-0.45）=166.6kNm Mmin=Dmine=121.91×（0.75-0.45）=36.57k

7、Nm 这里的偏心距e是指吊车轨道中心至下部柱截面形心的水平距离。A柱顶的不动支点反力，代入公式得：A柱顶不动支点反力A柱顶不动支点反力A柱顶水平剪力:A柱顶水平剪力:内力图示如下图（a）（2） Dmin作用在A柱，Dmax作用在B柱时的内力分析此时，A柱顶剪力与Dmax作用在A柱时相同，也是VA=9.31kN（）故可得内力值，示于下图（b）（3） 在Tmax作用下的内力分析Tmax至牛腿顶面的距离0.9+0.184=1.084m；Tmax至柱底的距离为9+0.15+1.0=10.15。因A柱和B柱相同，受力也相同，故柱顶位移相同，没有柱顶剪力，故A柱的内力如下图（c） 4、 风荷载作用下A柱的

8、内力分析左风时，在q1、q2作用下的柱顶不动铰支座反力，代入计算公式：不动铰支座反力：（）（）A柱顶水平剪力：（）（）故左风和右风是，A柱的内力图分别示于下图（a）和（b） 六内力组合 单跨排架的A柱与B柱承受荷载的情况相同，故仅对A柱在各种荷载作用下的内力进行组合。表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表，表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合，表3为A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合及准永久组合。 表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表荷载种类恒荷载屋面活荷载风荷载吊车荷载左风右风T()T()荷载编号12345678-5.135-1.5136.93-48.43-33.52-33.5220

9、.18-20.18272.9875.6-4.28-1.0826.38-34.59-23.94-23.9414.42-14.42227.4854.0-3.205-1.5136.93-48.43133.080.00420.18-20.18297.975.6555.35121.912.67-1.0826.38-34.5995.06014.42-14.42248.2554.0396.6987.08-22.424.20332.81-297.4348.6-81.9188.99-188.99366.2375.6555.35121.912.120.6348.63-37.48-9.31-9.3118.62-18

10、.6218.683.0237.72-212.4534.71-58.5134.99-134.99305.1954.0396.6887.081.770.4534.74-26.77-6.65-6.6513.3-13.3 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T作用时候必须有Dmax或Dmin同时作用。表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合组合荷载组合内力

11、名称-由可变荷载效应控制的组合（简化规则）1+0.9(2+3)1+0.9(3+5+7)1+0.9(2+3+5+7)26.74341.02174.38797.72539.56934.0954.831+0.9(4+6+8)1+0.9(2+4+6+8)1+0.9(4+6+8)-97.05272.98-59.91475.66-489.67475.92-56.751+0.9(2+4+6+8)1+0.9(2+3+5+7)1+0.9(2+3+5+7)-98.41341.02172.84865.76539.56934.0954.831+0.9(4+6+8)1+0.9(4+6+8)1+0.9(4+6+8)-97

12、.05272.98-58.84407.62-489.07475.95-56.75注：由永久荷载效应控制的组合：其组合值不是最不利，计算从略。七柱子设计 1.上柱配筋计算 从表2中选取两组最不利的内力 M1=-97.05kN·m；N1=272.98kN。 M2=-98.41N·m；N2=341.02kN。(1) 先按M1，N1计算l0/h=2×3600/400=18>5,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=M1/N1=97.05/272.98=0.356m ea=h/30=400/30=13.33mm20mm，取20mm ei=e0

13、+ea=356+20=376mm c=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.6×105/(272.98×103)=4.19>1.0 取c=1.0 则e=sei+h/2-as=1.21×376+400/2-40=614.96mm b=0.518 N1fcbh0=N/(1fcbh0)=272.98×103/(1.0×14.3×400×360)=0.132<b h0=0.132×360=47.52mm<2as=80mm 不满足 则取x=2as=80mm来计算，e=sei-h/2+a

14、s=1.21×376-400/2+40=294.96mm选用320，,故截面一侧钢筋截面面积；同时柱截面总配筋。 (2)再按M2，N2计算（M2=-98.41N·m；N2=341.02kN） e0=M2/N2=98.41/341.02=0.289m ea=h/30=400/30=13.33mm20mm，取20mm ei= e0+ea=289+20=309mm c=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.6×105/(341.02×103)=3.35>1.0 取c=1.0 则e=sei+h/2-as=1.25×309+4

15、00/2-40=546.25mm b=0.518 N1fcbh0=N/(1fcbh0)=341.02×103/(1.0×14.3×400×360)=0.167<b h0=0.167×360=59.62mm<2as=80mm 不满足 则取x=2as=80mm来计算，e=sei-h/2+as=1.25×309-400/2+40=226.25mm <320， （3） 垂直于排架方向的截面承载力验算 查表知垂直于排架方向的上柱计算长度 2.下柱配筋计算 从表2中选取两组最不利的内力 M1=539.56N·m；N1=

16、934.09kN。 M2=-489.67kN·m；N2=475.92kN。(1) 先按M1，N1计算l0/h=9070/900=10.08>5,故需要考虑纵向弯曲影响，其截面按对称配筋计算，其偏心距为： e0=M1/N1=539.56/934.09=0.578m ea=h/30=900/30=30mm>20mm ei= e0+ea=578+30=608mm c=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.875×105/(934.09×103)=1.44>1.0 取c=1.0 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

17、缘，则有， x=N/(1fcbf)=934.09×103/(1.0×14.3×400) =163.30mm>2as=80mm >hf=162.5mm,说明中和轴不在翼缘内。e=sei+h/2-as=1.10×608+900/2-40=1078.8mm采用518， (2)再按M2，N2计算（M2=-496.74kN·m；N2=475.92kN） e0=M2/N2=496.74/475.92=1.044m ea=h/30=900/30=30mm>20mm ei= e0+ea=1044+30=1074mmc=0.5fcA/N=0.5

18、×14.3×1.875×105/(519.65×103)=2.58>1.0 取c=1.0x=N/(1fcbf)=475.92×103/(1.0×14.3×400)=83.20mm>2as=80mm e=sei+h/2-as=1.05×1074+900/2-40=1537.7mm >518，采用722， 综合两组计算结果，最后下柱钢筋截面面积每侧选用(722，) （3）垂直于排架方向的截面承载力验算 查表知，有柱间支撑时，垂直于排架方向的下柱计算长度 3.柱裂缝宽度验算 裂缝宽度按内力的准永久组合值

19、进行验算。风荷载的故不考虑风荷载。(1)上柱裂缝宽度验算控制截面-的准永久内力值： e0=Mq/Nq=96mm,因此可知裂缝宽度较小不必验算裂缝宽度。 (2)下柱裂缝宽度验算 对-截面内力组合+Mmax及相应的N的情况进行裂缝宽度验算。 e0=Mq/Nq=0.457m te=As/Ate=As/0.5bh+（bf-b）hf =2661/0.5×100×900+(400-100)×162.5=0.028因为 l0/h=10.75<14；s=1.0则e=se0+h/2-as=1.0×457+900/2-40=867mmf=(bf-b)hf/(bh0)=

20、(400-100)×162.5/(100×900)=0.542z=0.87-0.12(1-f)(h0/e)2h0 =0.87-0.12(1-0.542)×(860/867)2×860 =701.69mm 按荷载标准组合计算的纵向受拉钢筋应力 sq=Nq(e-z)/(zAs)=579620×(867-701.69)/(701.69×2661)=51.32N/mm2裂缝间钢筋应变不均匀系数为: =1.1-0.65ftk/(te·sk) =1.1-0.65×2.01/(0.028×51.32)=0.1914.

21、箍筋配置 由于该厂房处于非地震区，故对上、下柱均采用8200，在牛腿处箍筋加密为8100. 5.柱的牛腿设计(1)荷载计算 (2)截面尺寸验算 h1=100mm, h=600mm,b=400mm, 则h0=600-40=560mm， a=-150+20=-130mm<0，故取a=0，ftk=2.01N/mm2，Fhk=0,=0.65。 (1-0.5Fhk/Fvk)ftkbh0/(0.5+a/h0) =0.65×2.01×400×560/0.5 =585.31kN>Fvk=451.20kN <450,故满足要求。(3)配筋计算 由于a=-130mm

22、，故可按构造要求配筋。水平纵向受拉钢筋截面面积 ，采用514，As=769mm2， 其中214是弯起钢筋。 6.柱的吊装验算 (1)计算简图 查表知排架柱插入基础杯口内的高度h1=0.9×900=810mm，取h1=850mm，故柱总长为3.60+9.07+0.85=13.52m。 采用就地翻身起吊，吊点设在牛腿下部处，因此起吊的支点有两个：柱底和牛腿底，上柱和牛腿是悬臂的，计算简图如左图所示。 （2）荷载计算 吊装时，应考虑动力系数=1.5，柱自重的重力荷载分项系数取1.35。 （3）弯矩计算 由MB=0知， 令 M3=36.37×3.83-0.5×9.5

23、15;3.832=69.62kNm （4）截面受弯承载力及裂缝宽度验算 上柱： 裂缝宽度验算： =1.1-0.65ftk/(te·sk) =1.1-0.65×2.01/(0.01×162.70)=0.297 下柱： 裂缝宽度验算： (前面已计算) =1.1-0.65ftk/(te·sk) =1.1-0.65×2.01/(0.028×57.31)=0.29 八基础设计 1.作用在基础底面的内力 （1）基础梁、过梁和围护墙的重力荷载 每个基础承受的围护墙宽度为计算单元的宽度B=6m，墙高 11.52+2.3+1.15-0.5×3

24、=13.47m。墙上有上、下单框双玻璃塑钢窗，窗宽 4.8m，上、下窗高分别为2.0m和4.8m，窗自重0.45kN/m2，故由墙体和基础梁传来的重力荷载标准值Nwk和设计值Nw： 基础梁和过梁自重 （0.3×0.5+0.2×0.5×2）×6×25=52.5kN 围护墙自重 12×0.3×6×13.47-（2.0+4.8）×4.8=173.45kN 窗户自重 0.45×4.8×（4.8+2.0）=14.69kN Nwk=240.64kN Nw=1.2×240.64=288.7

25、7kN Nwk或Nw对基础的偏心距 eW=150+450=600mm 对基础底面的偏心弯矩 （2）柱传来的第组内力 控制截面的内力组合-Mmax及相应的N、V为 N=519.65kN（） V=+56.72kN（） 对基础底面产生的内力设计值为 Mb=-489.07-56.72×1.1（基础高度）=-551.46kNm（逆时针） Nb=519.65kN（） Vb=56.72kN（） 这组内力的标准值为 （） （） 对基础底面产生的内力标准值为： Mbk=-329.213-38.965×1.1（基础高度）=-372.07kNm（逆时针） Nbk=392.27kN（） Vbk=3

26、8.965kN（） （3）柱传来的第组内力 N=934.09kN（） V=54.83kN（） 对基础底面产生的内力设计值为 Mb=539.56+54.83×1.1（基础高度）=599.873kNm（顺时针） Nb=934.09kN（） Vb=54.83kN（） 这组内力的标准值为 （） （） 对基础底面产生的内力标准值为： Mbk=377.29+41.48×1.1（基础高度）=422.918kNm（顺时针） Nbk=739.67kN（） Vbk=41.48kN（） 2.初步确定基础尺寸 （1）基础高度和杯口尺寸 已知柱插入深度为850mm，故杯口深度为850+50=900m

27、m。杯口顶部尺寸：宽为400+2×75=550，长为900+2×75=1050mm；杯口底部尺寸：宽为 400+2×50=500mm，长为900+2×50=1000mm。 查表取杯壁厚度t=300mm，杯底厚度a1=200mm。 据此，初步确定基础高度为900+200=1100mm。 （2）确定基础底面尺寸 基础埋深为d=0.15+1.0+1.10=2.25m>d冻深=2m，取基础底面以上土的平均重度，d=1.6，则修正后的地基承载力特征值为 控制截面-的最大轴向力标准值 按轴心受压估算基础底面尺寸 考虑到偏心等影响，将基础再放大30%左右，取l=

28、2.6m，b=3.4m。 基础底面积 A=l×b=2.6×3.4=8.84m2 基础底面弹性抵抗拒 W=1/6×l×b2=1/6×2.6×3.42=5.01m2。 3.地基承载力验算 基础及上方土的重力标准值 Gk=m·A·H=20×2.6×3.4×2.25=397.8kN (1)按第组内力标准值验算 轴向力 NWk+Nbk+Gk=240.60+392.27+397.8=1030.67kN 弯矩 MWk+Mbk=144.38+372.07=516.45kNm 偏心距 则 ，均满足。 (1)按第组内力标准值验算 轴向力 NWk+Nbk+Gk=240.64+739.67+397