单层工业厂房结构课程设计

1、、设计条件 工程概况某厂装配车间为一双跨钢筋混凝土厂房，跨度为24米，长度为米，柱顶标高为米，轨顶标高为米，厂房设有天窗，采用两台 20t和一台30/5t的A4工作制 吊车。屋面防水层采用二毡三油，维护墙采用240mm厚的转砌体，钢门窗，混凝土地面，室内外高差为150mm,建筑剖面图详见图1.结构设计资料自然条件：基本风压值为m2,基本雪压值为KN/m2地质条件：厂区自然地坪以下为厚填土，填土一下为厚中层中密粗砂土（地基承载力特征值为250 KN/m2）,再下层为粗砂土（地基承载力特征值为350 KN/m2）,地下水位在地面下米，无腐蚀性。吊车使用情况车间设有两台20t和一台30/5t的A4工

2、作制吊车，轨顶标高为米，吊车的主要参 数如下表：起重吊车宽 度轮距K(m)吊车总 重小车重gk (KN)最大轮压最小轮压300/5036511728065厂房标准构件选用情况屋面板采用预应力钢筋混凝土屋面板，板自重标准值为m2o大沟板大沟板自重标准值为块，积水荷载以 m计天窗架门窗钢筋混凝土天窗架，每根天窗架支柱传到屋架的自重荷载标准 值为屋架采用预应力钢筋混凝土折线型屋架，自重标准值为106KN制。屋架支撑屋架支撑的自重标准值为 m2吊车梁吊车梁为先张法预应力钢筋混凝土吊车梁，吊车梁的高度为 1200mm,自重标准值为根。轨道及零件重标准值为1kN/m,轨道及垫层高度为200mm。基础梁基础

3、梁尺寸；基础梁为梯形截面，上顶面宽 300mm,下底面宽200mm,高度450.每根重。材料选用混凝土：采用40钢筋：纵向受力钢筋采用 HRB40Q箍筋采用HRB335.基础混凝土：采用C40钢筋：采用HRB335a钢。屋面做法20 厚 1 ： 3 水泥砂浆找平层（重力密度为20 KN/m3）冷底子油两道隔气层KN/m2100厚泡沫混凝土隔热层（抗压强度 4MPa,重力密度5 KN/m3）15厚 1:3 水泥砂浆找平层（重力密度20 KN/m3）屋面或则在标准值的取值相关建筑材料的基本数据钢筋混凝土容重25kN / m3水泥砂浆容重20kN / m3石灰水泥混合砂浆容重19kN / m3240

4、 厚双面粉刷机制砖墙重19kN /m3钢门窗自重0.40kN / m2防水层自重KN/m2找平层自重0.40kN / m2计算参柱Wx截面尺寸/ mm22/ mm惯性矩44/ mm自重/ kN/mA, C上柱矩 400 500下柱I400 1000*100*150B上柱矩 500 60090 108图建 筑剖面 图二、计算简图的确定计算上柱高及柱全高根据任务书的建筑剖面图：上柱高Hu二柱顶标高-轨顶标高+轨道构造高度+吊车梁高=标高二吊车梁顶标高-吊车梁高=全柱高H=i顶标高一基顶标高=()下柱高 Hi=H-Hu=入=Hu/H=14=初步确定柱截面尺寸根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，

5、可确定柱的截面尺寸，见表。表柱截面尺寸及相应的计算参数排架计算单元和计算简图如下图所示。下柱 I500 1200*100*150 | 计算单元和计算简图三、荷载计算恒载屋盖结构自重二毡三油防水层KN/m2100厚泡沫混凝土隔热层KN/m220m厚1 : 3水泥砂浆找平层0.4kN / m2冷底子油两道隔气层KN/m2预应力混凝土屋面板(包括灌缝)1.4kN/m215厚1:3水泥砂浆找平层KN/m2屋盖支撑0.05kN / m2KN/m2G1=* (*6*24/2+106/2 )=柱自重A、C柱上柱G4A= G4C =X5X =下柱G5A= G5c = X X =B柱上柱G4B= X *=下柱G

6、5B= x x =吊车梁及轨道自重G3=*+1*6)=各项恒荷载作用位置如图所示荷载作用位置图（单位:kN）屋面活荷载标准值屋面活荷载标准值为 KN/m2,雪荷载标准值为KN/m2,后者小于前者, 前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为Qi=*6*24/2=Qi的作用位置与Gi作用位置相同，如图所示。图故仅按风荷载某地区的基本风压Wo=0.35kN/m2,对q1,q2按柱顶标高考虑，查规范得又t Fw按天窗檐口标高考虑，查规范得1.134。屋顶标高考虑，查规范得1.098,1.158。天窗标高考虑，查规范得1.252。风载体型系数的分布如图下图风荷载体型系数及排架计算简图则作用于排架计算简图

7、 (图)上的风荷载设计值为：吊车荷载根据B与K及支座反力影响线，可求得图吊车荷载作用下支座反力影响线吊车竖向荷载由公式求得吊车竖向荷载设计值为：二义 280 X (1+)=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：其作用点到柱顶的距离y=Hu he 5.1 1.2 3.9m, y/Hu 3.9/5.1 0.765四、内力计算恒载作用下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。表柱剪力分配系数柱别A、C柱B柱在G1 乍用下：对A、C柱，已知n 0.109,0.295由规范公式:C

8、i12(1-)n13(-1)n2110.3642(1)0. 1093110.3643(1)0. 109因此，在MDM2共同作用（即在G1作用下）柱顶不动钱支承的反力图包载作用下排架内力图在屋面活荷载作用下排架内力分析AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图a所示，其中Q=,它在柱顶及变阶处引引起的力矩为:对A柱，C产，C3 =对B柱，C1 =则排架柱顶不动较支座总反力为:将R反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动较支座反力叠加, 可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即图AB跨作用屋面活荷载时排架内力图BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨与AB跨作用的荷载相同，故只需将图中个

9、内力图的位置及方 向调整一下即可，如图所示。图BC跨作用屋面活荷载时排架内力图吊车荷载作用下排架内力分析Dmax 作用在A柱A柱：Mmax,kDmax,ke3603.5 0.3 181.05kN mB柱：Mmin,k Dmin,ke3179.3 0.75 134.48kN m对A柱C3对B柱C3Rb1.132RAH C3MacTC31.2853(- 1) n134.45 KN .m12.9m181.05KN .m( 1.13212.9m15.89KN1.285 13.40KN ( *)R RA RB15.89KN 13.40KN2.49KN ( 十)排架各柱顶剪力分别为：VA RAAR 15.

10、89KN 0.286 2.49KN15.18KN-()Vb RbbR 13.40 KN 0.429 2.49 KN 14.47 KN>()VCCR 0.286 2.49KN 0.71KNX)排架各柱的弯矩图，轴力图和柱底剪力值如图所示Dmax作用A柱时排架内力图Dmax作用在Bft左柱顶不动较支座反力Ra, RB及总反力R分别为:RARbMAHMbHC3C353am 1.1324.72KN-()12.9m丝辿Nm 1.285 45.09KN>()12.9mR RA RB4.72KN 45.09KN 40.37KN<)各柱顶剪力分别为：VA RAAR4.72KN 0.286 4

11、0.37KN16.27KN-()VB RBBR 45.09KN 0.429 40.37KN27.77KN+()VCCR 0.286 40.37KN11.55KN()排架各柱的弯矩图，轴力图及柱底剪力值如图所示图Dmax作用B柱左时排架内力图Dmax作用在B柱右根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，如图所示。图Dmax作用B柱右时排架内力图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, 如图所示。图Dmax作用C柱时排架内力图Tmax作用在AB跨柱对A柱

12、n 0.109,0.287 a= () /=对A柱C5 0.629,贝U对B柱C5 0.69,则排架柱顶总反力R为：各柱顶剪力为：Tmax作用在AB跨的M图、N图如图所示。图Tmax作用于AB跨时排架内力图Tmax作用在BC跨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，如图所示。图Tmax作用于BC跨时排架内力图风荷载作用下排架内力分析左吹风时对 A、C柱 n 0.109,0.287各柱顶剪力分别为：风从左向右吹风荷载作用下的M、N图如图图左吹风时排架内力图右吹风时计算简图如所示。将图所示 A,C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图 所

13、示。图右吹风时排架内力图五、最不利荷载组合Nmax Nmax及相应的M和N 一项，II 1.4SQk ）求得最不利内力值，而I I 1.35SGk SQk ）求得最不利内力。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值。表A柱内力设计值汇总表柱及向力 号正内荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风何载AB跨BC跨DMaxA柱DnaxzE BteDax 在B柱 右LDnax 在C柱Tmax在 AB 跨TmaxzEBC跨左风右风序号M±±N000000000M±±N0000000M±±N0000000±±_ 一 _注：

14、M单位（kNm）, N单位kN, V单位kN。表A柱内力组合表截面+Mmax及相应的N,V-Mmax及相应的N,VNmax及相应的M,VNmin及相应的M,VMk, Nk备注M+ +(+)+ +(+ )+ +( +)+® NM+(® + )+® +( +)+©)+义+(+ )+NM+X(+)+( +)+©)+X +( +)+® NVMkNkVk表B柱内力设计值汇总表柱荷载类别屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风何载人向力 号正内作用在AB跨作 用在BC跨Dmax 作用 在A 柱Dmax 作 用 在B柱 左D max 作用 在B柱右D m

15、ax 作 用 在 C柱Tmax 作 用 在AB 跨Tmax 作 用 在BC 跨左 风右 风序号M0土土N00000000M0土土N0000M0-51 .83N00000注：M单位（kN m） , N单位kN , V单位kN表B柱内力组合表截面+Mmax及相应的N,V-Mmax及相应的N,VNmax及相应的M,VNmin及相应的M,VMk, Nk备注M+( +®)+® + +(+)+0 + + +( +) +(+ )+NM+(+X(+ )0+)+Q® +(+ )+ON四III III 4M+ X(+)+ +(+ )+©+。+X(+ )0+ )NV0Mk0N

16、kVk0注：M单位（kN m）, N单位kN, V单位kN六、柱截面设计A柱的截面设计柱在排架平向内的配筋计算表 柱在排架平闻内的计算参数截 面内力组1-1M3601400N3-3M8601900NM8601900N注 1. eo M /N,s 60 ea© 20、h/30的较大者，考虑吊车荷载2. 10 2.0Hu(上柱)，lo 1.0H1,不考虑吊车荷载时,lo 1.5H。M(hN - m)一14. 6333365530. 5978004000. 9551 . 896M一76. 77216365236178004000. 9551 . 341N355.58M318.5467976

17、5706119助 08000. 9031 . 364M441.2468765461193008001. 0001 . 127N942.61 1 (S)2 1 2，对于单厂为有侧移结构14000 /h° h表柱在排架平面内的配筋计算截 面内力组x偏心 情况计算实配1-1M58198大偏 压322 (1140)N3-3M473大偏 压1320喳22(1520)NM108473大偏 压建22(1900)N综上所述：下柱截面选用 5型22 (1900 mm2)柱在排架平面外的承载力验算上柱，Nmax二考虑吊车荷载时，按规范有由规范知 0.78下柱Nmax=,当考虑吊车荷载时，按规范有Nu(f

18、cAc 2fyAs) 1.0 (14.3 1.875 105 2 300 1900) 3821.25kN Nmax 877.65kN故承载力满足要求。裂缝宽度验算上柱 As=1140mm2,下柱 As=1900mm2,Es=2.0 105N / mm2 ;构件受力特征系数cr 2.1 ;混凝土保护层厚度c取25mm验算过程见表。相应于控制上、下柱配筋的最不利内力组合的荷载效应标准组合为：表柱的裂缝宽度验算表主截回上柱下柱内力 标准值50319130,1竺四te sk满足要求满足要求柱箍筋配置非地震区的单层厂房柱，具箍筋数量一般由构造要求控制.根据构造要求， 上、下柱均选用 色82001筋。B柱

19、截面设计由内力组合表可见，上柱截面有四组内力，取h0 = 600 40 = 560mm, 附加弯矩ea=20mm （等于600/300）,四组内力都为大偏心，取偏 心矩较大的的一组.即：M=kN.mN=kN吊车厂房排架方向上柱的计算长度1。=。eo=M/N=325mm,ei=e0+ea=325+20=345mm由l。/ h =7600mm/600mm=>5,故应考虑偏心距增大系数O5fcAN2_ 0,5 14.3N /mm 400mm699600N600mm=>取1 =.2=1,15 0.01l2=1,15 0.01h7600mm600mm=1.02 1.0，取11400 旦 h0

20、l01400 3457600 2 ( 600 )1.0 1.05600.218二 N 二 6996001fcbho1.0 14.3 400 560N 627.89 KN0 1,41 354.7mm 500.13mm 0,3h0 168mm, Nb取x=2as'进行计算选 3 : 20 As=942mm2则 褊 400 600 0,39% 0,2%，满足要求垂直于排架方向柱的计算长度10=,贝 Ulo/b 4750/600 7.916 81.00=3500.8kNN max 724.8kN满足弯矩作用平面外的承载力要求。下柱的配筋计算取ho 1000 40 960mm,与上柱分析方法类似

21、，选择下列两组不利内力:IN=(1)M=*mN=M=*m按 M=*m N=#算下柱计算长度l o= Hc=,附加偏心距ea=1000/30=33mm(>20mm) B=100mm, b=400mm, h =150mmE o=M/N=故应考虑偏心距增大系数，取己2=1小中2ho1 140019100 2()2 1.0 0.945 1.108497 '1000，960故为大偏心受压。NX= 一1437600 1.0 14.3 (400 100) 1501.0 14.3 100555.3mmh1000e eas 550.710 1010.7mm22AAs1Ne1fc(bf b)hf(h

22、o - hf)一一'一fy(ho as)X1 fcbx(ho -)150555 31437600 1010.7 1.0 14.3 (400 100) 150 (960) 1.0 14.3 1000 555.3 (960 )22300 (960 40)2=1238mm(2)按 M=*m,N=计算方法与上述相同，计算过程从路，As=As'=930mm2综合上述计算结果，下柱截面选用4由20(As=1256mm2)柱裂缝宽度验算方法同A柱，经验算表明裂缝宽度合格。柱箍筋配置非地震区的单层厂房柱，具箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造 要求，上下柱均选用由8 200箍筋。七、牛腿设计A

23、柱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，如图所示。其中牛腿截面宽度b=400mm牛腿截面高度h=600mm, h0=565mm 图牛腿尺寸简图牛腿截面高度验算2=,ftk 2.01N/mm , Fhk 0（牛腿顶面无水平荷载），a 150mm 20mm 130mm 0,取 a 0, Fvk 按下式确定：则：故牛腿截面高度满足要求。牛腿配筋计算由于a 150mm 20mm 130mm 0,因而该牛腿可按构造要求配筋。 2根据构造要求，Asminbh 0.。02 400mm 600mm 480mm ,实际纵向钢筋2、取 4016（人 804mm ）由于a/h0 0.3,

24、则可以不设置弯起钢筋，箍筋按构造配置，牛腿上部2h0/3范围内水平箍筋的总截面面积不应小于承受匕的受拉纵筋总面积的1/2。箍筋为8100。牛腿局部承压验算设垫板尺寸为400X 400mm,局部压力标准值：故局部压应力 sk &6537004.09N/mm2 0.75% 10.73N/mm2sc400 400才两足要求。B柱牛腿设计对于B柱牛腿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，如图所示。其中牛腿截面宽度 b=400mm,牛腿截面高度h=1050mm, h01015mm图牛腿尺寸简图牛腿截面高度验算其中 0.65, ftk 2.01N/mm2, Fhk 0, a=

25、250mm+20mm=270, Ftk按下式确定:故牛腿截面高度满足要求 牛腿配筋计算As=p minbh=M00X 1050=840mm 2按840mm 2配筋，选用4418(As=1017mm 2),水平箍筋选用8100.八、柱的吊装验算A柱的吊装验算柱的吊装参数采用翻身起吊。吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。柱插入杯口深度为儿0.9 900mm 810mm，取几850mm，则柱吊装时总长度 为+=,计算简图如图所示。内力计算q2q3q113=97506 60038003610图柱吊装计算简图,，1400柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即 在上述荷载作用下，柱

26、各控制截面的弯矩为：121M 2 8.1kN/m (3.8m 0.6m) 一221- 2由 M b RaI3 q313 M 204寸：2_22(20.25kN/m 8.1kN/m) 0.6 m73.63kN m1R=_q3l32M2139.50kN/m 9.75m73.63kN m9.75m38.76kN12M3= FAx- q3x令 dM卫 RA q3x 0 得 x RA/q3 38.76kN / 9.5kN / m 4.08m 则下柱dx，段最大弯矩M3为:柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表表 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截回上柱下柱()()<,取<（满足要求）<

27、;（满足要求）B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，可得柱插入杯口深度为hf 0.9 1000mm 900mm,取hf 950mm,则柱吊装时总长度为+=,计算简图如图所示。图柱吊装计算简图柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为：1由 M B Ra13 qj： M20得：2令 眄 Ra q3X 0,得 x Ra“3 62722&N 21103m< N 则吓出孙弯 dx10矩M3为：3柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表表 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截回上柱下柱()()147>X

28、 =>x =<,取魂<（满足要求）< （满足要求）九、基础设计GB 50002002建筑地基基础设计规范规定，对于6m柱距的单层多跨厂房，其地基承载力特征值100kN/m2 fak 130kN/m2,吊车起重量150 200KN ,厂房跨度l 24m,设计等级为丙级时，可不做地基变形验算。本设计满则上述要求，故不需做地基变形计算 基础混凝土强度等级采用C40oA柱基础设计作用与基础顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底(III III截面)传给基础的M, N,V 以及外墙自重重力荷载。前者可由表中的 其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载

29、 力验算和底板配筋计算，内力的正号规定见图。表 基础设计的不利内力240 900 .400组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第一组第二组第三组图基础荷载示意图由图可见，每个基础承受的外墙总宽度为，总高度为，墙体为240mm实心砖 墙(5.3KN /m3),钢门窗(0.4KN /m2),基础梁重量为(300mm+200mm) X500mm/2二根。每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：240mm厚砖墙钢门窗0.4KN /m2 (5.1m 1.8m) 3.8m 9.94KN基础梁18.75KNNwk距基础形心的偏心距 备为:柱的插入深度 h1 0.9hc 0.9 900mm 810mm 800m

30、m,取h1 850mm,由杯底厚度a1应大于200mm,取a1 250mm ,则h=850mm+250mm+50mm=1150mm。基础顶面标高为，故基础埋置深度 d为： d=h+=+=杯壁厚度t 300mm,取325mm,基础边缘高度a2M 350mm,台阶高度取400mm。取 A b14m 3.6m 14.4m2承载力，其中=X180kN/nf=216kN/m,验算结果见表。可见，基础底面尺寸满足要 求。表基础底向压力计算及地基承载力验舁表类别第一组第二组第三组<180<216<180<216<180<216基础高度验算这时应采用基底净反力设计值Pj,P

31、j,max和Pj,min可按式（）计算，结果见表。对于第二组内力，按式（）计算时，Rmn0,故对该组内力应按式（）计算基底净反力，即：表基础底面净反力设计值计舁表类别第一组第二组第三组0821.36e=0.814m1008.54b4 -,a= e 0.814 1.186m22由式（）得：因台阶高度与台阶宽度相等（均为 400mm）,所以只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力计算简图如图所示，变阶处截面有效高度h0 750mm （40 mm 5mm） 705mm。因为 at 2h0 1200mm 2 705mm 2610mm l 3600mm，故 A 按下式计算，即：由式（）得：ai

32、1.2m,因为 ai 2h0 2610mm l 3600mm,故取 ab l 2.61m,由式（）得：h=750mm<800mm,取 bp 1.0; ft 1.1N/mm2,则由式（）得： 0.7 hp ftamh0 0.7 1.0 1.1 1900 705 1031.415 103N 1031.415kN Fl 210.37kN故基础高度满足要求。基础底板配筋计算基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如图所示。三组不利内力设计值在柱边及变阶处的地基净反力计算见表其中第1， 3 组内力产生的基底反力示意图见图，第2 组内力产生的基底反力示意图见图；用表列公式计算第2 组内力产生的pj

33、,I 和 pj,III 时，相应的4和 4分别用和代替，且pj,max 0。图变阶处的冲切破坏截面及基础底板配前计算截面 表柱边及变阶处基底净反力计算公式第一组第二组第三组基础底面受力钢筋采用HPB235级(fy 210N/mm2)。长边方向钢筋面积为:D 口出冷FIwgD /、台门八 一:二corjo口rli62Asi = M/= X 10/X (1150-45) X 210=1828mmAs产M/= X 106/ X (750-45)义 210=3326mm选用 2090 (A=3770mmi基础底板短边方向钢筋面积为：Asn=M/(h 0-d)f y=x 106/ X (1150-45-

34、10) X210=1755m2nAsiv=Mv/(h 0-d)f y=x 106/ x (750-45-10) X210=1695mm选用1490(A=1847mm基础底板配筋图见图，由于t/h2 325mm/400mm 0.81 0.75,所以杯壁不需要配筋。图基础底板配筋图B柱基础设计作用与基础顶面上的荷载计算 N, V,可由表中的III III截面选取，见表。其中内力标准组合值用于地基 承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算，表 基础设计的不利内力组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第一 组第二 组第三 组00001000 400ew0015,+0.000d004- C2O4 053图基础荷载示意