[学士]某24米单跨金属结构车间课程设计

1、设计资料：（1） 某单跨金属结构车间，厂房总长60m，跨度24m，柱距6m，车间内设有两台Q=30/5t的中级工作制电动桥式吊车。因柱距为6m，吊车起重量为30t，吊车架车轮中心到桥架端外缘的距离300m以上，为不使桥架碰柱皮，故在外柱外皮和定位轴线、设联系尺寸150mm。（2）屋面构造及围护结构屋面构造：二毡三油防水层（上铺小石子）； 25mm水泥砂浆找平层；60mm水泥蛭石保温层； 预应力混凝土大型屋面板。围护结构：240mm厚普通砖墙。（3）自然条件基本风压：0.35 KN/m2；基本雪压：0.20 KN/m2；建筑物场地为级湿陷性黄土，调整后的地基承载力f=180 KN/m2，地下水位

2、低于自然地面6m，不考虑地震作用。（4）材料钢筋：HPB235级，HPB335级钢筋。混凝土：基础采用C15，柱采用C30.设计厂房柱及基础。（1）结构方案及主要承重构件根据厂房跨度、柱顶高度及吊车起重量大小，本车间采用钢筋混凝土排架，结构剖面图如图所示： 为保证屋盖的整体性及空间刚度，屋盖采用无檩体系。根据厂房具体条件，柱间支撑设置按构造要求，厂房主要承重构件选用如下：屋面板：采用标准图集G410(一)中的1.5m×6m预应力混凝土屋面板（YWB-、），板自重标准值（包括灌缝在内）为1.4 KN/m2。屋架：采用标准图集G415中的预应力混凝土折线型屋架YWJA-24-1，其自重标

3、准值为106 KN/榀。吊车梁：采用标准图集G373中的钢筋混凝土吊车梁DL-11，其高度1.2m，自重标准值为40.8KN/根。轨道及连接杆自重标准值取0.8KN/m. (2)计算简图及柱截面几何尺寸的确定计算简图（选计算单元） 其中，上柱高H1=4.2m，下柱高H3=10.4m。柱总高14.6m。柱截面几何参数A B：上柱 b×h=500×500 相应的 上柱面积 A1=2.5×105mm2 惯性矩 I1=5.21×109mm9 下柱 b×h×bw×hf=500mm×1000mm×120mm×

4、;200mm 相应的 下柱面积 A2=2.815×105mm2 惯性矩 I2=35.6×109mm4(3)荷载计算（标准值）恒荷载（a） 屋面结构自重二毡三油防水层（上铺小石子）: 0.35kN/m2 25mm水泥砂浆找平层: 0.025×20=0.5 kN/m260mm水泥蛭石保温层: 0.36 kN/m2 1.6m×6.0m预应力混凝土屋面板: 1.4 kN/m2屋盖钢支撑系统 0.05 kN/m2屋面恒荷载（以上各项相加）： 2.66 kN/m2屋架自重YWJA-24-1: 笔下文学-笔趣阁- 106kN/榀故作用与AB跨两端柱顶的屋盖结构自重标准

5、值为：G1A=G1B=0.5×106+0.6×6×24×2.66=244.5kNe1A=e1B=150+150500/2=50mm（b） 柱自重（标准值）柱A、B：上柱：A1=2.5×105mm2G4A=G4B=2.5×101×4.2×25=26.25kNe4A=e4B=1000/2500/2=250mm下柱：A2=2.815×105mm2(略去翼缘斜坡部分)G4A=G4B=2.815×101×10.4+(0.2×0.5+0.22/2）×0.5×25=85

6、.33kNe4A=e4B=0（c） 吊车梁及轨道自重标准值G3A=G3B=40.8+6×0.8=45.60kNe3A=e3B=750+1501000/2=400mm各荷载作用位置如图所示屋面活荷载 由荷载规范查的，不上人屋面的活荷载的标准值为0.5kN/m2,雪荷载的标准值为0.2kN/m2,故仅按屋面活荷载计算QAB=QBA=0.5×6×24×0.5=36kN屋面活荷载与屋盖结构自重G1A，G1B作用点相同,见图吊车荷载本车间选用的吊车主要参数如下30/5t吊车、中级工作制，吊车梁高1.2mB=6.15m，k=4.8m，Pmax=290kN，Pmin=

7、70kN大车桥重G=302kN 小车重g=118kN吊车梁的支座反力影响线如图作用与排架柱上的吊车竖向荷载为：Dmax=Pmax=290×（1+0.775+0.2）=572.8kNDmax=Pmax=701+0.775+0.2）=138.3kN作用在每一个轮上的吊车横向水平刹车力的标准值，队30/5t的软钩吊车TQ=故作用与排架上的吊车水平荷载为：Tmax=T=10.45（1+0.775+0.2）=20.6kN风荷载该地区基本风压 W0=0.35kN/m2,风压高度变化系数按B类地区取：柱顶高度：H=14.1m z=1.11檐口：H=17.4m z=1.19屋顶：H=18.8m z=

8、1.22风荷载体型系数按荷载规范取用，如图风荷载标准值为：W1=s1zw0=0.8×1.11×0.35=0.311kN/m2W2=s2zw0=0.5×1.11×0.35=0.194 kN/m2作用与排架上的风荷载标准值:q1=w1B=0.311×6=1.86kN/mq2= w2B=0.194×6=1.16 kN/m柱顶集中风荷载标准值：左吹风时右吹风时与左吹风相反方向相反，Fw=10.36Kn（4）内力分析本厂房为单跨排架，可用剪力分配法来进行内力分析 剪力分配系数的计算：A、B柱顶位移A、B：上柱I1=5.21×109mm

9、4下柱I2=35.6×109mm4n=查附表得：C0=2.63A=B=A、 B柱剪力分配系数： A=B=0.5 i=1.0 恒荷载作用下内力分析：A柱：=244.5kN（作用与柱顶）M1A=G1A×e1A=244.5×0.05=12.23（）=G3A+ G4A=45.626.25=71.85kN（作用与牛腿顶面）M2A=( G1A+ G4A) e4A G3Ae3A=(244.5+26.25) ×0.2545.6×0.4=49.45()A柱不动铰支座反力：n=1.954 =0.288查附表得C1=1.954 C3=1.207恒荷载作用下排架柱A弯

10、矩图和轴力图（a）、（b）如下图所示： 屋面活荷载下的内力分析：屋面活荷载在A、B柱顶压力下为：Q1A=Q1B=36kN屋面活荷载在A、B柱顶及变阶处产生的弯矩分别为：M1A=Q1A×e1=36×0.05=1.8（）M2A= Q2 A×e2=36×0.25=9（）活荷载计算简图如下：A柱不动铰支座反力：n=0.146 =0.288 C1=1.954 C3=1.207 吊车竖向荷载作用下的内力分析（不考虑厂房整体空间作用）a 当Dmax作用与A柱，Dmin作用与B柱时，计算简图如下图（a）所示：作用于下柱中心线上的力矩分别为：Mmax=Dmax×

11、e3A=572.8×0.4=229.12（）Mmin=Dmin×e3B=138.3×0.4=55.32（）给柱不动铰支座反力分别为： A柱：n=0.146 =0.288 C3=1.207柱顶总反力：R=RA+RB=18.94+4.57=14.37kN将（RA+RB）反向作用与柱顶进行剪力分配，A=B=0.5,即可的柱顶剪力，如下图所示：VA=RA+A（RA+RB）=18.94+0.5×14.37=11.76kNVB=RB+B（RA+RB）=4.57+0.5×14.37=11.76b.吊车垂直轮压Dmin在A柱，计算简图及内力图如下图所示：吊车水

12、平荷载作用下的内力分析（考虑房屋空间工作） 计算简图如下， A、B柱， 即y=0.71,查附图6并用插入法求得,不动铰支座时，柱顶反力 排架柱顶铰支座，将R反向作用柱顶，进行剪力分布，并考虑房屋空间工作分配系数，对两端有山墙的，取空间作用分配系数m=0.85 排架柱顶剪力， 风荷载作用下得内力分析a.左吹风时，计算简图如图示A、B柱：n=0.146，=0.288，查附图8，C11=0.342， RA=C11q1H2=0.342×1.86×14.69.29KN () RB=C11q2H2=0.342×1.16×14.65.79KN ()排架柱顶不动铰支座的

13、总反力为： R=FW+RA+RB=10.36+9.29+5.79=25.44KN ()排架柱顶最后剪力分别为: VA=RA+AR=9.290.5×25.443.45KN () VB=RB+BR=5.790.5×25.446.93KN () VAVB3.496.9310.38KNFW10.36KN 根据计算，左吹风时排架的弯矩图如上图（b）实线所示b.右吹风时，排架弯矩图如上图（b）虚线所示(5) 内力组合排架为单跨对称结构，可反考虑A柱的截面。具体情况见表A柱内力组合表截面荷载项目内力恒荷载屋面荷载吊车荷载风荷载在A柱在B柱左吹风右吹风I-IM22.253.9-49.4-4

14、9.416.630.89-39.14N244.33.60.00.00.00.00.0II-IIM-27.2-5.1179.75.916.630.89-39.14N270.5536229.1255.320.00.00.0III-IIIM4.270.2-57.4-116.4200.78248.6-224.81N401.4836229.1255.320.00.00.0V2.450.5-11.76-11.761.9330.6-23.87注：M（单位为），N（单位为），V（单位为）。续表内力组合截面内力与相应的N与相应的N与相应的M与相应的M组合项内力合计组合项内力合计组合项内力合计组合项内力合计I-I

15、M1.2×+1.4×0.9（+）70.771.2×+1.4×0.9×0.9（+）-97.391.2×+1.4×0.9×0.9（+）-92.51.2×+1.4×0.9×0.9（+）-97.46N338.52338.52338.52293.16-M1.2×+1.4×0.90.9（+）228.881.2×+1.4×0.9（+）-88.341.2×+1.4×0.9+0.9×(+）+222.561.2×+1.4

16、15;0.9-81.96N584.48370.00629.84324.66-M1.2×+1.4×0.9（+）318.611.2×+1.4×0.90.9×(+)+-637.821.2×+1.4×0.9+0.9×(+)+-570.661.2×+1.4×0.9-278.14N418.77544.51815.83481.78V42.13-42.17-42.03-27.14（6） 排架A柱设计 设计资料截面尺寸：上柱 500mm×500mm正方形截面 下柱 I型截面 b120mm h1000mm

17、 bf'bf500mm hf'hf200mm材料强度：混凝土C30 fc14.3 钢筋 受力钢筋为 HPB335级 fy'fy300 箍筋为 HPB235级 fy210计算长度：排架平面内 上柱：2×4.28.4m 下柱：1×10.410.4m 排架平面外 上柱：1.5×4.26.3m 下柱：1×10.410.4m 内力 由内力组合表截面中M=637.82KN·m，N=544.51KN 计算 配筋计算（采用对称配筋） a.上柱 M=97.46KN·m； N=294.16KN 属大偏心受压，取 （l0为排架方向上

18、柱的计算长度） 取 选用220（As=620mm2）的纵向钢筋。（7）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下图所示。其中牛腿截面宽度与柱相同，牛腿截面高度。1）牛腿截面高度验算，按下式确定 牛腿顶部水平荷载标准值取竖向力作用点位于下柱截面以内，a=0， 抗烈度符合要求故牛腿截面高度满足要求。2）牛腿配筋计算由于吊车竖向荷载的作用点至下柱边缘距离，因而该牛腿可按构造要求配筋。（见图）杯口柱基础设计（1）初步确定基础高度和杯口尺寸由表柱的插入深度=900mm，杯口深度为900+50=950mm，杯口顶部尺寸宽为500+2×75=650mm，长为1000+2×75=1150mm，杯口底部尺寸宽为500+2×50=600mm，长为1000+2×50=1100mm由表13-11，取杯壁厚度t=350mm，杯底厚度=250mm，杯壁厚度=400mm，=250mm，根据以上尺寸，初步确定基础总高度为950+250=1200mm（2）确定基础底面尺寸先由轴心受压估算，区基础买之深度d=2.0m由下式： 将其增大20%24%，初步选用底面尺寸b=4m，l=3.5mw=G=基础边缘最大和最小压力地基承载力按照式： 进行验算故该基础底面尺寸满足要求（