单层厂房结构课程设计计算书

1、课程设计专业： 土木工程（本科）学号：姓名：杨树国日期： 2008 年4月16日一、设计资料1、白银有色（集团）公司某单层车间建筑平面图。2、钢筋混凝土结构设计手册。二、计算简图的确定2.1计算上柱高及全柱高：室外地坪为-0.15 m基础梁高0.6m高出地面0.1 m,放置于基础顶面,故基础顶面标咼-0.65 irt根据设计资料得：上柱高比二吊车梁高+轨道构造高度+吊车高度+安全距离=900+200+2734+166=4000=4m全柱高H二轨顶标高-（吊车梁高+轨道构造高）+上柱高-基顶标高=6.8-（0.9+0.2）+4+0.65=10.35故下柱高 Hl =H -Hu=10.35-4.0

2、=6.35 m上柱与全柱高的比值4.0二 0.386H 10.352.2柱截面尺寸：因电车工作级别为A5 ,故根据书表上柱采用矩形截面A、C列柱：B列柱：下柱选用I型A、C列柱：B列柱：(其余尺寸见图)，根据书表 2.82.9 (A)的参考数据,b h = 500mm 500mmb h = 500mm 700mmb h hf = 500mm 1200mm 200mmb h hf = 500mm 1600mm 200mm关于下柱截面宽度和高度的限值，验算初步确定的截面尺寸,对于下柱截面宽度A C列柱:巴 二350 = 254 mm :： b = 500mm （符合）2525B列柱：鱼=空

3、6;2525254mm ： b 二 500mm （符合）对于下柱截面高度:A C及B列柱皆有:12Hi 6350 =529mm ： h =1200mm （符合）122.3上、下柱截面惯性及其比值排架A C列柱上柱 lu1 500 5003 =5.208 109mm412下柱 ll1 500 12003 -2 丄 200 800312 121270014 200 503 （ 50）2 200 50 = 7.067 1010mm4363225.208 1091l 7.067 1010 "0.074排架B列柱上柱Iu下柱Ii1500 7003 = 1.429 1010mm412131350

4、0 1600 -2200 120012124 200 503(- 50100)2 - 200 50 =1.199 1011mm436322比值：Iu 1429 1010Il 1.199 1011= 0.1192.4校核C:对于边列柱A C,吊车桥架外边缘至上柱的边缘的净空宽度应满足c_80查表 B = 300mm，取 e = 750mm所以将A C列柱向外移动150mm此时 c = 100mm 80mm 满足要求。对于中列柱 BCueBhL, =750300 350 = 100mm > 80mm，满足要求。三、荷载计算3.1屋盖结构自重预应力大形屋面板25mn厚水泥砂浆找平层一毡而油隔气

5、层100mn厚珍珠岩制品保湿层25mm水泥砂浆找平层三毡四油防水层上铺小石子天沟板每榀天窗架每侧传致屋架的荷载屋架自重则作用于横向平面排架边柱柱顶屋盖结构自重为21.4KN /m0.5KN /m220.5KN /m20.4KN /m20.5KN /m20.4KN /m' g =3.7KN/m22.02 6 = 12.12KN34KN122KN二(虹 -150) T50 = 50mm2作用点在上柱中线右3.2柱自重上柱：GA2 =GC2 =25 0.5 0.5 4 =25KN0 4 十 0 5下柱：GA3 二 Gc3 = 25 6.35 0.5 0.2 20.7 0.12 竺 05 0.

6、05 1.123.3吊车梁及轨道自重3.4屋面活荷载由荷载规范可知，对于不上人的钢筋混凝土屋面，其均匀活荷载的标准值为0.7KN /m2，大于该厂房所在地区的基本雪压S°=0.45KN/m。故屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为：3.5吊车荷载AB跨：由任务书表格查得，Pmax,k =230KN， B = 6390mm， K = 5000mm Q2,k=69.77KN，吊车总重：370KNJ 小车重 69.77KN 根据B与K及反力影响，可算得与各轮对应的反力影响线竖标如图，于是 求得作用于柱上的吊车垂直荷载： 作用于每个轮子的吊车水平制动力标准值：对硬钩吊车：一0.20则作用于排架上的

7、吊车水平荷载， 其作用点到柱顶的垂直距离y 二 Hu -he =4.0 -0.9 =3.1m （ he为吊车梁高）BC跨：由任务书表格查得：Pmax,k =474KN， B=6975mm，K = 5000mmQ2,k =155KN，吊车总重：580KN 小车重 155KN作用于每个轮子的吊车水平制动力标准值：则作用于排架上的吊车水平荷载， 其作用点到柱顶的垂直距离y 二 Hu -he =4.0 一0.9 =3.1m（ he为吊车梁高）y = 0.775Hu 4.03.6风荷载XX地区的基本风压w°=0.55KN/m2，对于城市地区，风压高度变化系数X按 B类地区考虑高度取值。对qi,

8、q2按柱顶标高9.7 m查荷载规范表7.2.1得， 4=1.00 ，对Fw按天窗檐口标高15mj =1.14。风荷载体型系数4的分布如图4 所示。a s=0.6所以 综上所述，有排架受荷总图如下四、排架内力计算4.1恒荷载作用下排架的内力将图5中的恒荷载G1,G2及G4的作用简化为图6中的a,b,c所示的计算简图在 G1作用下，规定弯矩顺时针为正，逆时针为负，简力向右为正，向左为负。已知n=0.074 ,=0.386，由附图1.2中的公式得，故在Mn作用下不动铰支承的柱顶反力 故附图1.3中公式故在M12作用下不动铰支承的柱顶反力 因此在Mu和M12共同作用下（即在G1作用下）不动铰支承的柱顶

9、反力 相应的弯矩图如图所示。4.1.1在G2的作用下相应的弯矩图如图所示。4.1.2在G4的作用下G2，G4作用下的恒荷相应的弯矩如图所示，将图的弯矩图叠加，得在G1 ,载弯矩图，相应的轴力N如图，所示因恒荷载对称，Rb =04.2屋面活荷载作用4.2.1计算简力分配系数A柱(C)柱n=0.074，怎=0.386，由附图 1.1 得B柱n=0.119， 一 0.386，由附图 1.1 得简力分配系数4.2.2计算各柱顶剪力4.2.2.1活荷载作用在AB跨M11 = QA1 e =56.7 0.05 = 2.84KN mLA柱：M12 =Qa1 汉 =56.7X0.35 =19.85KN m(i

10、 )B 柱：M =QB左 0.15 =56.7 0.15 =8.51KN mr当作用与柱顶弯矩时，A柱：n=0.074 ,=0.386，& =2.49，C2 =0.74，所以 Ra -Rn &2 - -0.68 -1.42 - -2.1KNB柱：n=0.119，?； =0.386各柱顶剪力423吊车竖向荷载作用下排架的内力423.1 AB 跨由吊车Dmax在A柱计算各柱顶剪力。按图11所示先求AB柱上的吊车竖向荷载对下柱轴线产生的 弯矩为A柱：n=0.074 ,=0.386c3=0.74Ra=12.03KNB柱：n=0.119 ,=0.386C3=0.89RB- -8.65KN

11、求各柱总的柱顶剪力其内力图如图124.2.3.2 AB 跨有吊车Dmax在B柱计算各柱顶剪力。按图13所示先求出AB柱上的吊车竖向荷载对下柱轴线产生 的弯矩为A柱：n=0.074，怎-0.386c3 =0.74B柱：n=0.119 ,=0.386C3 =0.89，求各柱总的柱顶剪力其内力图如图4.2.3.3 BC 跨有吊车Dmax在C柱计算各柱顶剪力。按图15所示先求出BC柱上的吊车竖向荷载对下柱轴线产生 的弯矩为C柱：n=0.074，'=0.386c3=0.74B柱：n=0.119，'=0.386c3=0.89，求各柱总的柱顶剪力 其内力图如图423.4 BC 跨有吊车dma

12、x在B柱计算各柱顶剪力。按图17所示先求出BC柱上的吊车竖向荷载对下柱轴线产生 的弯矩为C柱：n=0.074， =0.386c3 =0.74B柱：n=0.119 ,=0.386C3 =0.89，求各柱总的柱顶剪力其内力图4.3吊车横向水平荷载作用在排架的内力吊车横向水平荷载Tmax是作用于吊车梁顶面。铆焊车间的吊车梁高度为0.9m，故 Tmax的作用点离柱顶的高度为：H 4.0y =比 一0.9 =4.0-0.9 =3.1m， 上二31 =0.7775，即 y =0.775已，Tmax =23.494.3.1 AB跨有吊车，Tmax在AB柱计算各柱顶剪力A柱：n=0.074，0.386 由附图

13、 1.5 中得,对于 y =0.7Hu， C5 =对于y =0.8H0.34所以而y=0.775Hu，利用线性内插得，C 0.355Ra -Tmax C5 =23.490.355 =8.34KNB柱：n=0.119，二0.386 由附图 1.5 中得,倍0.1h0.462 2.1丸+忙对于y =0.7叽，C5 :对于 y =0.8Hu ,2 - 2.43C5 =15丿而y=0.775Hu，利用线性内插得,C5 =0.4015所以RB 二Tmax C5 =23.490.4015 =9.43KN求各柱总的柱顶剪力 各柱弯矩、剪力计算如下:A 柱:VA =23.49 -1.23 =22.26KN 同

14、理可得 B C柱弯矩、剪力内力图如下：4.3.2 BC跨有吊车，Tmax在BC柱计算各柱顶剪力C柱：n=0.074， =0.386 由附图 1.5 中得，对于 y=0.7Hu， C 0.4对于 y=0.8Hu，C5=0.34 而 y=0.775Hu，利用线性内插得，C 0.355 所以RC =Tmax C5 =54.17 0.355 =19.23KNB柱：n=0.119， =0.386 由附图 1.5 中得，对于 y=0.7Hu， C 0.46对于 y=0.8Hu，C5=0.4而 y=0.775Hu，利用线性内插得,C 0.4015所以RB =Tmax C5 =54.17 0.4015 =21

15、.75KN求各柱总的柱顶剪力内力图如下：4.4风荷载作用下排架的内力441求柱顶不动铰支座反力A柱：n=0.074 , =0.386，由附图 1.8 得，求各柱顶总的剪力其内力图如图：4.4.2墙体自重横墙的最大间距S=54, 32<54<72,所以由砌体结构表4.2得，为刚性 方案墙高：H=6.8+2.734+0.1+1.7+0.15+0.15=11.63 m计算连系梁自重及所承担的墙自重：五.内力组合5.1按周期等效集中于屋盖处的重力荷载代表值载荷类别跨别AB跨BC跨屋面自重807.58雪何载72.9吊车梁，轨道及轨道连接的自重87.6柱自重A柱：25+52.4=77.4B柱：

16、35+61.仁96.1C柱：77.4外墙自重5.2 按地震作用等效集中于屋盖处的重力荷载代表值：5.3 集中吊车梁顶面处的重力荷载 GcriA, B 跨无吊重时吊车最大轮压：B, C 跨无吊重时吊车最大轮压：根据吊车梁支座反力影响线计算一台吊车重力荷载在柱上产生的最大反力A, B 跨：GcrPma/zyi =109.95 0.167 1 J28.31KNC, C 跨: Gcri = Pmax yi =183.75 0.167 1 =214.44KN5.4横向基本周期H 3、b=2.52 10J1 Ec混凝土强度等级 C30 ( Ec=3.0 107KN /m2)因为 c =1.23 10” H

17、Ec所以r =斗=1.83 10鼻-i所以结构基本周期为 T1=2KT、G71-=2 0.8 ,1923.87 1.83 10仁 0.95s5.5排架底部总水平地震作用标准值采用底部剪力法计算横向水平地震作用，厂房所在地的特征周期Tg二0.4s，地震影响系数最大值：max =0.08，取结构的阻尼比二=0.05，所以有= 09/0.02, 2 =1因为卫=空二 2.375，所以 Tg :： 5TgTg0.4'gg所以«1 2dmax =：竺 I X1X0.08=0.037SJ丿10.95丿排架底部总水平地震作用标准值：Fek八G =0.037 2047.19 = 75.19K

18、N5.6 排架质点横向水平地震作用标准值吊车梁顶面处由吊车桥架引起的横向水平地震作用标准值：各质点水平地震如图：5.7 横向水平地震作用效应及组合的荷载计算5.7.1横向水平地震作用效应计算在 F作用下柱顶剪力VA=Vc= aF =0.4 75.19 = 30.08 >根据建筑抗震设计规范的规定，考虑空间工作和扭转影像调整排架柱 的地震剪力和弯矩，各柱内力均乘以调整系数0.75，内力图如图30所示5.7.1.1 AB 跨吊车顶面FcM作用于A柱和B柱将AB跨吊车水平荷载作用下排架内力乘以系数0.146，得到排架在AB跨Fcr1作用下的内力。根据抗震规范，对于 A柱，B柱上柱内力应乘以吊车

19、桥架 引起的地震剪力和弯矩增大系数，A柱上柱内力增大系数2.0，B柱上柱内力增 大系数3.0，得到其内力如图31。5.7.1.2 BC 跨吊车梁顶面Fcr2作用于C柱和B柱将BC跨吊车水平荷载作用下排架内力乘以系数0.105。根据抗震规范，对于B柱，C柱上柱内力应乘以吊车桥架引起的地震剪力和弯矩增大系数，C柱上柱内力增大系数2.0，B柱上柱内力增大系数3.0，得到Fcr2作用时的排架 内力如图。5.7.2与横向水平作用效应组合的荷载效应计算5.7.2.1雪荷重力荷载效应50焜面雪荷载与屋面活荷载比值为 0.5 X 0.45/0.7=0.321所以50%屋面雪荷载作用于AB BC跨时所产生的排架

20、柱内力可以利用叠加 原理计算，即由屋面活荷载分别作用于AB, BC跨时乘以0.45进行相加，从而得到屋面雪荷载作用下的内力。5.7.3 AB跨有吊车Pmin77Dmin, k338.2Dmin,k 二 Dmax,k _ = 338.280.87KN , 一0.603Pmax322Dmax,k 560.76当Dmax作用在A柱时，其内力图为当Dmax作用在B柱时，其内力图为5.7.4 BC跨有吊车Dmin,k 二 Dmax,k 字=697= 97.05KN, 字 器=0.635FJmax663.6DmaxK 1097.7当Dmax作用在B柱时，其内力图为当Dmax作用在C柱时，其内力图为六.柱设

21、计6.1柱纵向受力钢筋计算无地震作用和有地震作用时所得到内力组合是纵向受力钢筋计算的依据。为便于比较将有地震作用得到的内力组合值乘以抗震调整系数RE ,查得RE =0.8，A柱的内力组合汇表如下表：截面无地震作用有地震作用MNV?RE M?reN1-1217.07583212.18441.76-161.59638.5-116.36441.76324.8518.8212.18441.76-88.78583-73.94441.762-2224.121135.99107.28808.42-355.96802.79-265.68560.96459.841207.4107.28808.42-210.45

22、570.74-244.34483.83-38941199100.9528.42858.754.23-450.12873.53-34.53-354.14611.74-26851.91270.399.62528.42858.754.23-326.52712.83-23.89-256.5534.11-23.276.2选取控制截面最不利内力混凝土等级强度C30( Ec =3.0 104N/mm2, fc =14.3N/mm2 )纵向受力钢筋采用HRB335级。由混凝土结构(上)式 4.6得，相对界限受压区高度为：b 汁=0.55上下柱采用对称配筋，其截面有效高度分别是465和1 -cu Es1165m

23、n对上下柱进行大小偏心受压判断：上柱：Nb = rfcb bho =1.0 14.3 500 0.55 465=1828.6KNNb = rfcb bho bf -bhf =1.0 14.3 5000.55 1165卜柱：+ (500 -100 )050 =5439.4 KN所以对于上柱，N : Nb =1828.6KN属于大偏心受压对于下柱，N ： Nb =5439.4KN 属于大偏心受压按照“弯矩相差不多时，轴力越小越好；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则确定以下最不利内力：上柱：M=324.8KN.mN=518.8KN下柱：M=894KN.mN=1199KN6.3柱长度计算由表2.2

24、2得，排架方向，上柱：l°=2.0Hu=2.0 4.0 = 8m下柱：l0=1.0h=1.06.35=6.35m垂直排架方向：上柱：10 =1.25Hu =1.25 4 =5.0m下柱：l0 =0.8h =0.86.35 =5.08m6.4上柱配筋e =eo ea =626.06 20 = 646mm ,上=8000 =16 . 5故应考虑结构侧移和构h 500件绕曲引起的二阶弯矩对轴向压力偏心距的影响，压力偏心距的影响：选用6G22民二As = 2280mm2，全部纵向钢筋的配筋率= 2280 2 2 = 1.8%>0.6% 5006.5下柱配筋计算e = e ea =745

25、.62 40 = 785.62mm，N =1199 ： :1fcbf hf =1430KN=167.69mm 公$=2 35 = 70mm且：；：hf200mm选用 4：20As 二 As = 1256mm2 ,；1256 2 “.8%>0.6%3000006.6柱平面外受压承载力验算上柱平面外受压承载力验算时，最大内力为N=638.5KN答誥=10'由混凝土结构（上）表6.1 得，' =0.98所以平面外受压承载力满足要求，下柱平面外受压承载力验算时，最不利内力 为Nu =0.9，fcA fy As =2940.08KN 1270.3KN ,故平面外受压承载力满足要求。

26、6.7裂缝宽度验算：6.7.1选用最不利内力:上柱：M =324.8KN m,N =518.8KN下柱：M = 894 KN m,N =1199KN根据以上两组内力组合项次，可计算与该两组内力对应的弯矩和轴力标准值为:上柱：M =283.74 KN m,N =356.83KN6.7.2上柱裂缝宽度验算:Mk 283.74 “3 e -10795.17mm ,Nk 356.83因为鱼二795卫/ Ji 0.55，故应做裂缝宽度验算 h0465rd 、故最大裂缝宽度：wmax"/匹13 + 0.08=0.28mmc Wmax】=0.3mm,满足要求。Es IRe J6.7.2下柱裂缝宽度

27、验算：CT (d 、Wmax=a/% 1.9c+0.08=0.27mm c Iwmax 】=0.3mm，满足要求 Es lRe 丿所以下柱配筋选为4：20民= 1256mm2。6.8柱牛腿设计6.8.1牛腿几何尺寸的确定牛腿截面宽度与柱宽度相等为500mm取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离G =80,吊车梁端部宽为340mm吊车梁轴线到柱面外侧的距离为750mm则牛腿顶面的长度为750-500+340/2+80=500mm 相应牛腿水平截面高度为500+900=1400mm牛腿外边缘高度0 MOOmm，倾角:，450，于是牛腿的几何尺寸如图所示：6.8.2牛腿配筋由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，

28、即: = 750 - 800 =-50mm ： 0，故该牛腿可按构造要求配筋纵向钢筋取4 16，箍筋取121006.8.3牛腿局部挤压验算设垫板的长度和宽度为500x 500mm局部压力标准组合值：故局部挤压应力为：Fvk 604.56 1022csk -2.42N/mm ：0.75fc =0.75 143 =10.73N/mm (满足要求)A500汉5006.9柱的吊装验算6.9.1吊装方案：一点翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处，如图所示6.9.2荷载计算：上柱自重：g1.2 1.5 25 0.5 0.5 =11.25KN/m2牛腿自重：g1.2 1.5 25 0.5(1.4 0.7 1/

29、2 0.2)30.86KN /m0.7下柱自重：g1 =1.2 1.5 25 0.39 =17.55KN/m，计算简图如图所示。6.9.3内力计算M1 17.55 6.32 - 948 =40KN.m，弯矩图如图所示。8 2柱吊装简易图6.9.4截面承载力计算截面 1-1 : b h = 500 500mm, h0 = 465mm ,人=As = 2082.64mm2， fy =300N/mm2故截面承载力：截面 2-2 : b h =500 1200mm, h0 = 1165mm,' 2 2As = As = 1256mm ， fy =300N/mm。故截面承载力：Mu =Asfy(

30、h0 -as) =1256300X(1165-33 =42578KN.m94.8KN.m， 所以 符合要求。6.9.5裂缝宽度验算由承载力计算可知，裂缝宽度验算截面1-1即可，钢筋应力如下：按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率:2280f贏0.018，=1.1-0.65 J =0.43Ibh"2dwmax - ： cr sk (1.9c 0.08 凹)二 0.27mm ：wmax= 0.3mm，满足要求。EsGe七、基础设计7.1荷载计算7.1.1由柱传致基顶的荷载由表6可知荷载值如下：第一组：Mmax=894KN.m， N=1199KN，V=100.9KN ；第二组：Mmin

31、450.12KN.m， N = 873.53KN，V =-34.53KN ；第三组：Mmax -1270.3KN .m， M -851.9KN，V =99.62KN ；第四组：Mmin =534.11KN.m， M - -256.5KN，V - -23.27KN。7.1.2由基础梁传致基顶的荷载(墙重(含两面抹灰)：(11.63 0.9 - 0.6) 6-4.2 (4.8 1.8) 5.24 =229.83KN ；窗重：(4.8 4.2+1.84.2)0.45=12.47KN ；基础梁：64.2=25.2KN所以荷载设计值为267.50 1.2=321KN由基础梁传致基础顶面荷载标准值为：G5

32、对基础底面中心的偏心作用 e5 =0.25/2 T.2/2 = 0.75m偏心弯矩： M5 =G5e5 =321 0.75 =240.75KN .m7.1.3作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力假定基础高度为800+50+250=1100mm( 800为柱插入深度，由表2.25查得)则作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值为：第一组： M1 =8941.1 71.32 -240.75 =731.70KNm，第二组： M2 =450.12 一1.1 34.53 240.75 = _728.85KNm ,N2 =321873.53 “194.63KN第三组： M 3 =851.9 99.62 1.

33、1 240.75 = 479.98KNm ,第四组： M 4 =-256.5 一1.1 23.27 一240.75 =_522.85KNm ,7.2基底尺寸的确定基底尺寸的确定，应由标准值计算，故由表 5得，A=(1.11.4)F/(f rGd) =1 itf,因为 1/b=1.52.0，由 1/b=1.5 和 A=(5.777.34 ) ttf,解得，b=(1.962.3)m，取 b=2.3m; l=1.5b=1.52.3=3.5m,取 l=4m验算e0 <1/6的条件eo =M / N =731.70/(1079.83 22 2.3 4 2) =0.23 ： 1/6 =4/6 = 0

34、.67m (可以)验算其它三组荷载标准值作用下的基底应力第一组：NM22PmaxrGd212.92KN /m2 ：1.2f =300KN /m2 ；AwPminrGd-96.14KN /m2>0Awp 二 竝 嘔=154.53KN /m2 ： f =250KN /m2。2第三组：NM2Pmax=-bd= 273.11KN/m: 1.2 f =300KN/mAwPminN丄MrGd -= 116.5KN /m2>0AwP 二竝 皿=194.81KN /m2 ： f =250KN /m2。 2第四组：NM22PmaxrGd209.31KN /m ： 1.2f = 300KN /m ；A

35、wNM25Pminbd38.73KN /m >0；Awp =电 曬 /24.02KN /m2 ： f = 250KN / m2。2所以均可以。因为该车间属于可不做地基变形计算的二级建筑结构，所以最后确定基底 尺寸为2.6mx 4m基础受离图40所示。7.3前面已初步确定基础的高度为1.1m,如采用锥形杯口基础，根据构造要求， 初步确定的基础剖面尺寸如图41所示。由于上阶底面落在柱边破坏锥面内， 故 该基础只须进行变阶处的抗冲切力验算。7.3.1在各组荷载设计值作用下的低级最大净反力第一组：Psmax = N + M = 265.51KN /m2 ；s， A W'第二组：psmax = N + M =233.76KN /m2 ；