淮阴工学院钢结构原理课程设计

1、单层厂房结构课程设计计算书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1可知柱顶标高为12.6m，牛腿顶面标高为8.7m；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Hl，和上柱高度Hu分别为： 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1。 图1 厂房剖面图表1 柱截面尺寸及相应的计算参数 计算参数柱号截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/(kN/m)A，C上柱矩4

2、004001.610521.31084.0下柱I 4009001001501.875105195.381084.69B上柱矩4006002.4105721086.0下柱I40010001001501.975105256.341084.94本设计仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2所示。图2 计算单元和计算简图2.荷载计算1.恒载屋盖恒载 三毡四油加绿豆砂防水层 0.4kN/m2 20mm厚水泥砂浆找平层 0.4kN/m2 100mm水泥珍珠岩制品保温层 0.4kN/m2 一毡二油隔气层 0.05kN/m2 20mm水泥砂浆找平层 0.4kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.4kN/m2

3、 屋盖钢支撑 0.15kN/m2 总计 3.2kN/m2屋架重力荷载为112.8kN/榀，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 A、C柱: 上柱： 下柱: B柱: 上柱: 下柱: 各项恒载作用位置如图3所示。图3 荷载作用位置图 （单位：kN）2.屋面活荷载屋面活荷载标准值为，雪荷载标准值为 ，后者小于前者，故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为： 的作用位置与作用位置相同，如图3所示。3.风荷载风荷载的标准值按计算，其中,根据厂房各部分标高(图1)及B类地面粗糙度确定如下： 柱顶(标高12.6m) 檐口(标高14

4、.75m) 屋顶(标高15.80m) 如图4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4 风荷载体型系数及计算简图则作用于排架计算简图(图4)上的风荷载设计值为: 4.吊车荷载 由附录12可得20/5t吊车的参数为：，,根据及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5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5 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，可用剪力分配法进行排架内力分析。其中柱的剪力分配系数计算，见表2。表2

5、 柱剪力分配系数柱别A、C 柱B 柱; ; ; 由于图6a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铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力可根据相应公式计算。对于A，C柱，则： 本例中RB=0。求得Ri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6b、c。 图6 d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。图6 恒载作用下排架内力图2屋面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7所示，其中Q1=70.56kN，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：对于A柱，,则

6、对于B柱,，则 将R反作用于柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与相应的柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图7b，c所示。图7 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7中内力图的位置及方向调整一下即可，如图8所示。图8 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9a所示。对于A，C柱, ，得各柱顶的剪力分别为排架内力如图9b所示 (a) (b)图9 左吹风时排架内力图(2)右吹风时计算简图如图10a所示。将图9b所示

7、A，C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图10b所示。图10 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11a所示。其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin。在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A柱，则对于柱，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11b,c所示。图11 Dmax作用在A柱时排架内力图(2) Dmax作用于B柱左计算简图如图12a所示,计算如下：柱顶不动铰支反力，及总反力分别为：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12b，c所示图12 Dmax作用于B柱左时排架内力图（3）Dmax作用于B柱右根

8、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13所示。图13 Dmax作用于B柱右时排架内力图（4）Dmax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14所示。图14 Dmax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15a所示，对于A柱，得，则 同理，对于B柱，,，则：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15b所示。当Tmax方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。

9、图15 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16所示。图16 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3为各种荷载作用下A柱内力标准值汇总表，表4表11、表12为柱内力组合表，这两表中的控制截面及正号内力方向如表3中的例图所示。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对e0/h0>0.55的柱进行验算。为此，表2-33中亦给出了Mk和Nk的组合值，它们均满足e0/h0>0.55的条件，对设计来说，这些值均取自Nmin及

10、相应的M和V一项。 表3 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Dmax作用在A柱Dmax作用在B柱左Dmax作用在B柱右Dmax作用在C柱Tmax作用在AB跨Tmax作用在BC跨左风右风 序号123456789101118.172.1582.30-46.8-53.5737.44-1.584±4.692±20.5221.92.49273.61 70.56000000000-35.97-10.5682.30120.241.19837.44-9.584±4.692±20.5221.

11、92.49420.2470.560556.85174.5800000017.95-6.21812.8877.96135.1278.545.54±107.18±58.14223.2213.5456.5270.560556.85174.580000009.071.090.9813.89-14.8810.390.44±19.49±5.719.0313.62弯矩图注：M单位(kN/m)，N单位kN，V单位kN。单层工业厂房课程设计指导书表4 A柱内力组合表截面组合项+Mmax及相应的N、V组合项-Mmax及相应的N、V组合项+Nmax及相应的M、V组合项Nmin

12、及相应的M、VMR，NR备注M1+0.9*2+3+(6+9)+1079.621+0.9(5+7)+0.9×9+11-50.71,23,657.451+0.93+(6+9)+1076.1257.699Nmax一项取1.35SGK+0.7×1.4SQK标准值取自Nmin及相应的M、V项N426.114362.61426.11362.61198.008M1+0.9*3*(4+6)+9+1075.571+0.92+0.8(5+7)+0.9×9+11-73.611,46,9表1293.271+0.9(7+9)+11-20.19 N781.85591.57872.0

13、6421.01 M1+0.9*3+*(4+6)+8+10409.391+0.92+0.8(5+7)+0.9×8+11-308.291,46,8表12225.771+0.93+(6+9)+10397.62214.595N833.63643.35923.84472.79277.49V13.50-1.4218.91MKNKVK6. 柱截面设计以柱为例。混凝土强度等级为25C,，；采用HRB400级钢筋，。上、下柱均采用对称配筋。1上柱配筋计算。 上柱截面共有4组内力。取 而截面的内力均小于，则都属于大偏心受压，所以选取偏心距较大的一组内力作为最不利内力。即取 M=76.12kN&

14、#183;m，N= 3kN；吊车厂房排架方向上柱的计算长度77.52m76.320=´=l。附加偏心矩取（大于）mm210N10362.61mmN1012.76360=´×´=NMe，23072932307293230mm20mmmm2100i=+=+=aeee 0.163.2362610mm40011.9N/mm0.55.0222c1>=´´=NAfx， 取 =1.37 mm18.764009.110.1362610c1=´´=bfNxa 且 =155.12mm ()()20ys40mmmm360mm360

15、mm1.155362610=-´´=¢-¢=¢=NNahfeNAAsS488.2选3 16 ()2mm603=sA，则%2.0%38.0400mm400mmmm76032>=´=bhAsr 满足要求。4.70 而垂直于排架方向柱的计算长度m.325.10=´=l76，则75.11mm4004700mm0=bl，95.0=j（内插） ()()2mm603mmN360400mmmm400mmN9.11955.09.09.0222ycu´´+´´´´=¢&

16、#162;+=sAfAfNj kN611.362kN7.2009max=>=N 满足弯矩作用平面外的承载力要求。2.下柱配筋计算取与上柱分析方法类似。 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。按mkN62.397×=M，kN69.472=N计算下柱计算长度取m2.90.10=lHl，附加偏心距（大于20）。， mm01.841472790NmmN10462.39760=×´=NMe871.01mm30mmmm01.8410i=+=+=aeee=1.069 mm15064.82mm400mm9.110.147269

17、0f2fc1=¢<=´´=¢=hNNbfNxa 即中和轴过翼缘 且mm802=¢>sxa, =521.11 mm ()()1427400mmmm860mmN36040mm450mmmm01.8714726902=-´+-´=N 选用4 22)mm1519(2=sA 垂直于弯矩作用面的承载力计算： mm736092008.08.00=´=lHl ， 288.22mm804.322mm73600<=il 3柱箍筋配置79由内力组合表kN944.31max=V，相应的kN14.426=N，mkN621.

18、×=M验算截面尺寸是否满足要求。 944kN.31VkN8.122912298008604003.140.125.025.0max0cc=>=´´´´=Nbhfb截面满足要求。 计算是否需要配箍筋： 389.286010944.311062.79360<=´´´=VhMl 取 2.89=l kN14.424kN8041004.810875.13.143.03.055c=>=´=´´´=NAf 30t1014.42607.086010043.10.189.27

19、5.107.00.175.1´´+´´´+=+Nbhfl kN944.31kN2.855.8515max=>=VN可按构造配箍筋，上下柱均选用箍筋。 ()22252mm14872mmN360mm10875.1mmN3.140.19.0´´+´´´´= kN59.774kN7.3376max=>=N满足弯矩作用面的承载力要求。4柱的裂缝宽度验算表13 柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力标准值41.568165.76380.79 592.515209.90.55h0=1982

20、800.00750.01取te=0.010.011.151.02424.5705.600.5283.84851261770.650.360.230.3 满足要求0.220.3满足要求上柱=603，下柱=1519；构件受力特征系数9.1cr=a；混凝土保护层厚度取30mm。验算过程见表13。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17所示。其中牛腿截面宽度b=400mm，牛腿截面高度h=600mm, h0=565mm。 (1)牛腿截面高度验算 =0.65, ，(牛腿顶面无水平荷载), 取 。 按下式确定。 kN98.4061.2kN8.584.1kN165.501

21、G3Qmaxvk=+=+=ggGDF故截面高度满足要求。2)牛腿配筋计算。由于, 因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，且纵筋不宜少于4根，直径不宜少于12，所以选用416。由于，则可以不设置弯起钢筋，箍筋按构造配置，牛腿上部范围内水平箍筋的总截面面积不应小于承受的受拉宗纵筋总面积的，箍筋选用。局部承压面积近似按柱宽乘以吊车梁断承压板宽度取用：2c253vsN/mm725.1075.02mm1020N1098.400A=<=´´=fF满足要求。6柱的吊装验算。 采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。柱插入杯口深度为,取,则柱吊装时总长度为13.45m0.85m9.2m3.6m=+,计算简图如图2-71所示。图18 柱吊装计算简图柱吊