单层单跨厂房排架结构设计

1、单层单跨厂房排架结构设计一设计容和条件某厂装配车间，该车间为单跨厂房，柱距距为6米，厂房纵向长度为96米，跨度为27米, 15/3t中级工作制吊车二台，牛腿面标高9.00米，柱顶标高为13米。设计条件1屋面活荷载：q = 0.5KN/M,不考虑积灰荷载，雪荷载q = Q25KNM2 基本风压：W° =0.40KN/M3屋面做法三毡四油：0.35KW/AT2011U11水泥砂浆找平层0 AKN/M2合计g以=g = 0.75KN/M2屋面活荷载：q = 05KN!M屋面板采用G410标准图集预应力混泥土屋面板（卷材防水）允许外荷载：2.5KN/M'（板自重：g次=1.40KN/

2、M，灌缝重：g=0lKN/M）大型屋面板（包括填缝1.50KW/M，屋 架： 屋 架 自 重 g#=133KN/M，则久=（g + g“ + gQx 柱距x-±| + g4, x 0.5 = 248.75KW4采用370mm厚烧结粘土空心砖（重度8KN/M，）吊车梁以上设高侧窗，洞I尺寸为吊车梁以下设低侧窗，洞II尺寸宽x高4.2x4m，圈梁设在柱顶处。5排架柱：混泥土 C30钢筋：纵向受力钢筋HRB400级 箍筋：HPB235级柱下独立基础：混泥土： C20,钢筋：HRB335级6吊车：Q15/3t桥式吊车中级工作制吊车梁：先法预应力混泥土吊车梁，自重47.5KW"艮轨道

3、及联结重量1.5KN/M桥跨：Lk = 25.5m桥宽：B = 6400/7?轮距：K = 5250mm小车重：g = 74KN最大轮压：Pg = '95KN最小轮压：m = 60/C/V7 柱高：柱顶 H =13m 檐 I l = 15.1m 屋顶=17.35m二荷载及力计算1柱截面尺寸的确定Q在1520t之间：107<12加，由于是单跨结构，结构形式对称，因此A、B柱截面尺寸相同。A 柱：上柱：400x400 (mm) 下柱：400x800mm2荷载计算永久荷载A屋面板及每跨屋架传给每个柱子的荷载标准值= 248.75 KN荷载设计值：B柱自重A、 E 柱： 上柱： g* =

4、25x0.4=4KN/M下柱：g , » K贝Ij：=1.2x4x4 = 19.2 G” =1.2x8x9 = 864KNC 吊车梁自重：G館=1.2X(47.5+ 1.5x6) = 67.8KN永久荷载作用如图：屋面活荷载q = Q.5KN/M2,不考虑积灰荷载，雪荷载q = 0.25KN/M2,不同时考虑可变 荷载与雪荷载，取其中的人值，作用于每跨屋面下的柱可变荷载为：可变荷载作用如图:已知 Lk = 25.57 B = 6400/7/7? K = 5250mm= 195 KN Pmin = 60KN贝|J：查表知0 = 0.9 a = 0.1Dg = pPk Yjyi = 0.

5、9x 195x (0.808+1 + 0.125) = 339.247GVDg=0-9x60x(0.808+1 + 0.125) = 104.11A7V=人Dg = 474.94 KN Dmin = 7qD_ = 145.75 KNj = 土 a 叫 + G J =卜 0.1 x 0.9 x (74 +150) = 5.04KN风荷载由已知条件可知：基本风压W°=0.40KN/M,风压高度变化系数按B类地面(城市郊区)% = 0。"$“严0 其中：0。为 10由建筑结构荷载规E类地面查10m处“：=1.015m处/A =1.1420m处心=1.25中间值按插值法求得，因此可

6、得：柱顶：H= Bin 则“：=1.084檐I I： H=15.1 则”.=1.142屋顶：H=17.35则/A =1.192 风荷载体形系数如下:风荷载标准值:叱* =“刈“： 2% = 0.173 KN / M'作用在排架上的风荷载为：q、=B = 1.4 x 0.347 x 6 = 2.91 KN / Mq2 = yQW2kB =作用在柱顶的集中荷载Fw 即将柱顶以上风荷载算作集中力作用柱顶，一按房屋檐II标高Z=15.1m处计“.=1.142Fw =1.4x2.1x(0.8 + 0.5) + 1.5x(0.6 + 0.5)xl.l42 x 0.4 x 6 = 9.90KN/M风

7、荷载作用示意图如下：刚度：A、E 柱：/ =3 =21.33x10-4/h41212/ =J-b/P =2xO4xO8' =170.67x1()7十1212I永久荷载作用永久荷载作用包括物价自重、上柱自重、吊车梁自重等。永久荷载作用示意图如下：在永久荷载作用下排架的力如图：= Gmx (0.5 x 0.4 - 0.15) = 298.5 x 0.05 = 14.925 KNMM2 = -G4A X(0.75-0.4) + (G“ + G2A)xQ.2 =+ (298.5 +19.2)x 02 = 39.81KNMA、Bft：21.33170.67= 0.1252 = = = 0.308

8、H 13I-才(1 -丄) 由 C； = 1.5严-=2.071 +才(丄-1)n= 1.13=1.5-f1+小丄1)nM14 925MR.= hC= i3 x2.07 = 2.38 R厂日 C,39 81-xl.13 3.46KN13V = &+r；=584KN (-)I【可变荷载作用可变荷载作用简化作用于柱顶如图，可变荷载作用下排架力图如卜= a 0.2 = 56.7 x0.2 = 11.34 KN M查表得 cx = 2.07 C3 =1.13詈 x2.07”KWM 1 1 34v = Ri+R2=iMKN (-)II【吊车竖向荷载：= YQD_k = 474.94 KN Dmi

9、n = 7qD_ = 145.75 KN当Dmnx作用在A柱，Qmg作用在B柱时，吊车竖向荷载作用见图如下:在吊车竖向荷载作用下力如图；M2A = 474.94 x 0.35 = 166.229KN =51.01KNA、It 170.67=0.1254130.308Bft：166.229-/R* = C, =xl13 = 144K/V (" H 313R =归q =xl.l3 = 4.43KN (T"H '13R = R2A + R2/i=-10.02KN (-)由于A、B柱 剪力分配系数A=nH =0.5各柱上的剪力分配值：匕=匕兀=5.01 14.45 =9.4

10、4KN ()匕=叫儿 =501 + 443 = 944KN (-)在吊车竖向荷载作用下的力图如下：13.251 474.94145.75当Dmm作用在A柱，DmaJ乍用在E柱上时，吊车荷载作用见图及在吊车竖向荷载作用下的力图如下：力图:13.25145.75474.94IV水平刹车力作用下水平刹车力：你技= l4 x 5.04 = 7.056KN作用于牛腿顶面1.4米处，当刹车力向右时，作用见图如下力图如下由于化同向作用在A、B柱上，因此排架的横向力为零，剪力V = 7.056KN同理得当刹 车力向左时排架的受力简图和力图如下r =7.056V风荷载的作用将柱顶以上风荷载作集中力作用于柱顶，柱

11、上的风荷载看做是水平均布荷载。当 左风作用时作用简图如下：9.9KNA、Bft：厶 170.67= 0.1252 = = = 0.308H 133 1 + 才(丄 _1)= 0.331n8 1 + /P(丄一 1)n-) = 1x(2.91-1.45)x13x0.331 = 3.14RA2 = * 耳=0.5 x 9.9 = 4.45 KNR = Rm + RA2 =3.14 + 4.45 = 7.59 KNM = (Fw - R)x+ qYx22V = (Fw-R) + qlx匕=4014KN 匕=1126KN在风荷载作用下的力图当右风作用时作用简图及力图如下:20.84152.569.9K

12、N4520.84152.56A柱在各种荷载作用下的力见表:N(KN)317.756.7一一一一一一II-1IM(KNM)-31. 375-8. 115128.46913. 2510. 16-10. 1632.52-20.84N(KN)385.556.7474. 91145.75一一一ill-IllM(KNM)21. 1854. 54543. 509-43.50973.38-73. 38275. 93-152. 56N(KN)171.956.7474. 91145.75一一一一一VKN)5. 811. 11-9.44-9. 447. 056-7. 05610.1411.26柱的力组合:截面力+及

13、相应的N、V及相賊的N、V%及相应的M. VN“及相应的M. V组合项数值组合项数值组合项数值组合项数值D0 11M(KNM)1+0. 9 x(2+740. 341+0. 9x(3P+8)-53. 451+0. 9 x(2+7)40. 311+0. 9 x(3+6+8)NgV)368. 73317.7368. 73IIIIM(KNM)1+0. 9 x(3+5+7)122. 661+0. 9x(2+S)-57.71+0. 9 x (2+3+5+7)115. 091+0. 9x (2+8)1I INgV)812. 95436. 53863. 98illillM(KN M)1+0. 9 x(2+3+

14、5T378. 811+0. 9x (4+e+8)-221. 321+0. 9 x (2+3+5+7)378. 811+0. 9 x4+6+8)NgV)950. 38603.08950. 38V(KN)41. 121. 1341. 121. 13柱的截面设计：1选取控制截面的大偏心受压界限破坏时的轴力Nh为:上柱： M =0/城九=1x143 x 400 x 055x360 = 1132.56KN下柱：M =4/爲九=1x14.3 x 400x0.55x760 =2390 .96 KN经比较A柱的所有NN”所以A柱组合后的力值均为人偏心受压，对人偏心受压，对称配筋的柱，在“|M|”相差不多时，N

15、越小越不利，N相差不大时，|M|越大越不利,由此可以确定各柱的最不利力oAtt：I-【= 40.34KMMN = 36&73KNN_ W = 53.45KMMQN = 3177KNWM =37&81KNMIll-Ill(N = 950.38KMNV = 4112KNM =22132KNM(N = 603.08KN.NV = L13KN截面纵向配筋计算表:截面I-II-IIII-IIIIII-IIIM(KMM)40.34-53.45378.81-221.32N(KN)368.73317.7950.38603.08M（、 =宦 WE1091683993675取丄与20mm中的较03

16、0大值20202727匕=6+5（呦）1291884263940.5 匚N3.13.62.43.79/°=2.0H “上柱 /0 = 1.0/7z 下柱8899k h202011.2511.25爪呵化L01N3.1>1 取 13.6>1 取 12.4>1 取 13.79>1 取 1< =1.15-0.01“h0.950.9511-1+V/14OOe(./Ao1.761.521.611.170.3九108108228228/%227286686461£ =+ as (nun)67126326101A ANeA = &=人(九一 a;)21

17、43471195235实配钢筋(mm-)4224224224221251125112511251A川则=bh0.39%>0.2%039%>02%039%>02%0.39%>0.2%部-4 + A%bh0.78%>0.6%0.78%>0.6%0.78%>0.6%0.78%>0.6%即上柱：422 下柱：4223箍筋的配置因柱底剪力较小：V“ = 41.12KN1,75171若剪跨比2=3则;xl.43x 400x760 = 190.19KN3 + 1远人于柱底的剪力值(还没有考虑轴向压力对斜截面的有利影响)，所以排架柱的箍筋按构造配置为eio2oo

18、,柱箍筋加密区取为e loioo4牛腿的设计牛腿几何尺寸的确定牛腿截面宽度与柱宽度相等为400mm,若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离Cx = 80/m?, 吊车梁端部宽为340mm,吊车梁轴线到柱外侧的距离为750mm则牛腿面的长度为600mm,牛腿外缘高度为500mm,牛腿的截面高度为700mm,牛腿的几何尺寸及配筋示意图如下:牛腿高度验算作用于牛腿顶部按荷载标准组合计算的竖向力值;F、. =Dmax+G44 = 474.94 + 67.8 = 542.74 KN几"心+Gw = 339.24 + 56.5 = 395.74KN牛腿顶部按荷载标准组合计算水平拉力值；Fhk = 0.

19、97；Fh = 0.9 x 7.506 = 6.35 KN牛腿截面有效高度：h0 =/?-«, = 700 - 40 = 760 mm竖向力尸皿作用点位于下柱截面，a=00(1 _ 0.5 复)加叽 =0.65 x 2 01x400x660 = 685.88KN > 只乂 满足要求 © 0.5+ 05+ °牛腿的配筋由于吊车垂直荷载作用于下柱截面，故该牛腿可按构造要求配筋，纵向钢筋取416，箍筋取©8100。牛腿局部受压验算0.754/； = 0.75 x 400 x 340x 14.3 = 1458.6KN > Fvk,满足要求牛腿纵向受压

20、钢筋的计算因为a V 0.3/?0,取4 = O.3ho = 0.3x 660 = 198mm=340.64”Fva仇32586xl98xl(r+ 12 =0.85川。* fy360取 416, 804mm2取 0.2%°= 0.45 碁=0.45 x = 0.18%fv360AQA4%bh = 400x700 = °'287% < °'6%柱的吊装验算采用翻身吊，吊点设牛腿与下柱的交接处，起吊时，混凝土达到设计强度的100%,计算 简图如下荷载计算根据构造要求，取柱插入基础的深度0.911=720,取800mm自重线荷载，考虑动力系数1.5

21、 ,各段荷载标准值分别为上柱：/ =1.5x(1.6x107)x25 = 6KN/M 牛腿：g?=】5x(0.24x1)x25 = 9K/V/Mgs = 1.5x(6.4xl()T)x25 = 24KN/M力分析=2g】厶'=1x6x4 =48KMM24M2 =丄 g(厶 + 厶J+(g2gj"/2 = 1x6x(4 + 0.7):+ 丄 X (9 - 6) X 0.7? =67KNM 由心厶+ M,*g3厶0得：心=| g厶'一叽/厶=卜 24x 9 一 等=89.76KN所以M3 = RAx-g.x2, 令RA-g5x = 0得柱下最大弯矩发生在： x=0=岁竺=

22、 3.74米处gs 24则 -丄X 24x3.74, =167.85KNM2上柱吊装验算：上柱配筋：As = & = 760nun2受弯承载力验算：Mit = f;.&(%a;) = 360x760x(36040)x10y =87.55KN>YoMYg =0.9 x 48x1.2 = 51.84K2VM 满足要求。700.37407r裂缝宽度验算：从弯矩图上可以看出，只需对上柱处的裂缝宽度进行验算即可。67x10°0.87x360x760= 140725N/加加'丄=O5bh12510.5x400x400= 0.01560 = 1 1 一 0.656 f

23、tk /怎 J =1.1-0.65 x 2.01/(0.0156 x 140.725) = 0.5=a 0(i.9c + 0.08如)=2.1 x0.5x 九 x(1.9x30 + 0.08x 22 ) cr Espu.2xl050.0156= 0.153/rnH<wmm = 0.3/wn满足要求卜柱验算：人=4; =1251"'受弯承载力验算M“ =360x 1251 x(760-40) = 324.26KN M > 乙M/。=。9x 167.85 xl.2 = 181.28KN(裂缝不需要验算)柱的配筋图：基础设计：M =378.81KNM顺时针(W = 95

24、O.38KNN 41.12KNM = -2232KNM逆时针= 603.08KNNV = 1.13KN由基础梁传至基础顶面的外墙重量的设计值为G缈(370mm厚墙容重取为8K7V/M)G“. =1.2x16.1x6-(1.8 + 4)x4.2x8 = 693.5KN确定基础尺寸：柱插入深 h = 0.9/? = 0.9 x 800 = 72O/7/77 取九=800 mm杯底厚度 200mm 选71 = 250mm 杯丨1底垫层为50mm,则基础的高度即为1100mm,由于杯壁厚度t 300”，且人于基础梁宽，取/ = 375/77/7? °基础底面尺寸地基承载力设计值按下式计算/

25、=3) +久人(一05)并由表查的 =10 7/, = 0 ,取土平均自重7o=20KN/M，则得 / = 280 + lx20x(1.1-0.5) = 292/C/M2由的一组荷载，按轴压基础初估其底面尺寸= 950.38+ 693.5 = 6.08加292 -20x1.1因该基础为偏心受压，故取4 加'底面选为矩形axb = = 10.64沪。则基础底面的 W = -ba2 = 2 = 6.739”，6 6I = ba' = 3=12.8w412 12基础及其上填土重 G = l.2yoabHKN地基承载力验算：作用于基础底面的力矩及轴力设计值：第一组荷载：Mb =+ VJ

26、i + Gwe = 378+ 693.5x(0.185 + 0.4) = 833.85KN MNh = NL+G + Gw = 950.38 + 251.328 + 693.5 = 1895 21KN第二组荷载：Mh =M2+VJi-GweM（顺时针）Nh = N2+G + G”. = 603.08 + 251.328 + 693.5 = 1547.91KN验算基地应力：计算公式：/ = A± ：且满足：pm3X < 1.2/ = 1.2x 292 = 350 AKN/M -A w:|（Pmax + Pmm） / =/M2> 0 由前：A = dxb = 3.8x 2.8

27、 = 10.64W = 6.739/w3按上式计算公式的计算结果列于下表：荷载组别P maxP min2 ?max+ Pmm）301.8554.39178.12216.5674.4145.48故按所设计的基础底面尺寸合适 基础受冲切承载力验算按第一组荷载验算（因改组荷载产生的基础底边净反力为最人）。此时，= 833.85KN ,Nb-G = 1895 .21 -251 328 = 1641.88KN:则基础底边净反力为:宀g30.61/ mina柱边冲切面承载力验算：因 Nb = 2.8加 > bt + 2ho = 0.4 + 2x1.16 = 2.72m则人= （*-今一%）”-（&#

28、163;-!-他）'=（竽一罟-1.055）x 2.8-（孕一罟-1.055）' =1.225”F冲切荷载设计值：Fl = pmax= 340.6 KN冲切投影面积:人=（切 + ho ）ho =（0.4 + 1.055）x1.055 =1.535 加?抗冲切承载能力：0.6£=116.67KN> 巧=340.6KN故抗冲切承载力满足变阶处冲切承载力验算：此时冲切破坏面与柱边破坏边重合，故可不验算 基础底边净反力计算公式同前：.vmin + (Pymax1.9 + 0.45P'U =代mg +(代mnx 一2 8pvmJx °各组荷载作用下的结果列于下表，以上公式中3.85 maxPsmin/Amm)XA = 1.3A = 1.3x 6.088 = 7.92m2, psl 及 p,u 见下图基础长边方向配筋取以上二组荷载中（P,max