单层工业厂房课程设计计算书完整版)

1、单层工业厂房混凝土排架课程设计1.1 柱截面尺寸确定由图2可知柱顶标高为12.4 m，牛腿顶面标高为8.6m，设室内地面至基础顶面的距 离为0.5m，贝U计算简图中柱的总高度 H下柱高度Hi、上柱高度Hu分别为：H=12.4m+0.5m=12.9m , H i =8.6m+0.5m=9.1m1.2.1 恒载(1).屋盖恒载：两毡三油防水层20mr厚水泥砂浆找平层100m厚水泥膨胀珍珠岩保温层一毡二油隔气层15mr厚水泥砂浆找平层；预应力混凝土屋面板(包括灌缝)0.35KN/m20 X 0.02=0.4 KN/m 224 X 0.1=0.4 KN/m0.05 KN/m2220 X 0.015=0

2、.3 KN/m21.4 KN/mHu =12.9m 9.1m=3.8m表1柱截面尺寸及相应的计算参数柱号计算参数截面尺寸/mm面积/mmf惯性矩/mmf自 重/(KN /m)A , B上柱矩400X 4001.6 x121.3X4.0105108下柱I400 X 900 X 1001.875 X195.38 X4.6X 1501051089本例仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1所示1.2荷载计算1.5123风荷载0=0.35 KN/m , J=1.0 , Uz根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度由附表5.1确定如下: 柱顶(标高 12.40m)uz=1.067檐口(标高 14.30m

3、)uz=1.120天窗架壁底(标高16.99m)uz=1.184天窗架壁顶(标高19.86m)uz=1.247屋顶(标高 20.31m)Uz=1.256-.1k= -zus1 uz 0=1.0 X 0.8 X 1.067 X 0.35 KN/m2 =0.299 KN/m2222k = 1 z Us2 Uz 0 =1.0 X 0.8 X 1.067 X 0.35 KN/m =0.299 KN/m则作用于排架计算简图(图3.b)上的风荷载设计值为：2q 1=1.4 X 0.299 KN/m X 6.0m =2.51KN/m2q2 =1.4 X 0.187 KN/m X 6.0m =1.57KN/m

4、Fw= Q I ( Us1 +Us2)Uzh1+( Us3+Us4)Uzh2+( US5 + US6)Uzh? r：z oB=1.4 X I (0.8 + 0.5) X 1.120 X 1.9m+ (-0.2 + 0.6) X 1.184 X 2.69 + (0.6 + 0.6) X 1.247 X 2.871 X 1.0 X 0.35 KN/m2X 6.0m=24.51 KN1.2.4 吊车荷载p,max=215KN Fp,min=45KN根据B及K,可算得吊车梁支座反力影响线中歌轮压对应点的竖 向坐标值，如图4所示。(1 )吊车竖向荷载Dmax=?Q F p,ma：yi=1.4 X 215

5、 KNX (1 + 0.080 + 0.267 + 0.075)=647.15 KNDmin=YQ F p,m lyi=1.4 X 45 KNX 2.15=135.45 KN(2 )吊车横向水平荷载丁=丄 a (Q+g =丄 X 0.1 X( 200KN+ 75KN =6.875 KN44T max= Qyi=1.4 X 6.875 KN X2.15=20.69 KN1.3排架内力分析该厂房为单跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。其中柱的剪力分配系 数匚表2 柱剪力分配系数柱别n=I u/ I i"Hu/HC°=3/ 1 +丸3(1/n-1)】6=H3/ C

6、6;E I i” 1/® n i =ii E1/§A , B柱n=0.109九=0.295C°=2.4806 = 4 =0.206 江10引EnAB=0.5恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图5所示。图中的重力荷载G及力矩M是根据图2确定，即G = G1 =382.70KN ； G2 =Q +Ga =50.20KN+18.24KN=68.44KNG3= G5a =51.21KN;叫=G1 e1 =382.70KNX 0.05m=19.14 KN mm2 =( G 1 + G4A)e 0 一 Q e 3=(382.70 KN+18.24 KN)X 0.

7、25m 50.20 KN X 0.3m=85.18 KN m由于图5a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Ri2=1.132n31 -丸(1 -)C 1=3L =2.122 , C32*312 1 3( 1)nM. M o 19.14KN m 2.122 85.18KN m 1.132RA =-C3=10.62 KN12.9mA H 1 H 3RB =-10.62 KN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5.b,c。图5.d为排

8、架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。1.3.2 屋面活荷载作用下排架内力分析排架计算简图如图6a所示。其中Q1 =50.4 KN，它在柱顶及变阶处引起的力矩为M,a=50.4KNX 0.05m=2.52 KN m ; M,A=50.4KNX 0.25m=12.60 KN m。对于A柱, G=2.122，C3=1.132，贝URa=M 1AHC1M 2AH2.52KN m 2.12212.6KN m 1.13212.9m=1.53 KN( > )RB =-1.53 KN()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图6b.c所示。1.3.3 风荷载作用下排架内力分析(1)左吹风时计算简图如图7

9、a所示。对于A,B柱，n=0.109,=0.295,则4/ 13 1' (- -1)C11= =0.3298 1'3(丄 -1)_ nRA=- q 1H C11=-2.51KN/mX 12.9mX 0.329=-10.65KN( )RB =- q 2 H C11 =-1.57KN/mX 12.9mX 0.329=-6.66 KN()R= Ra+ RB + Fw=-10.65KN 6.66KN 24.51KN=-41.82 KN() 各柱顶剪力分别为：VA= Ra- a R=-10.65KN+0.5 X41.82KN=10.26 KN( > )VB = RB - B R=-

10、6.66KN+0.5 X41.82KN=14.25 KN( > ) 排架内力图如图7b所示。(2)右吹风时计算简图如图8a所示。将图7b所示A,B柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图8b 所示。1.3.4 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9a所示。其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面处引起的力矩为：M A = Dmax e3=647.15KNX 0.3m=194.15 KN mMB = D mine3 =135.45KNX 0.3m=40.64 KN m对于A柱, C3=1.132，则M A 194.15KN m 1.132,小、Ra =aC3=

11、-17.04 KN(-)H12.9m12.9 mRB =M±C3 = 40.64KN m 1.132 =3.57 KN( > )H一 -r=ra+rb=-17.04KN+3.57KN=-13.47KNC )排架各柱顶剪力分别为：VA= RA- a R=-17.04KN+0.5 X 13.47KN=-10.31 KN( )VB = Rb - B R=3.57KN+0.5X 13.47KN=10.31KN( > )排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图9b,c所示。（2 ） Dmax作用于B柱同理，将“Dmax作用于A柱”的情况的A,B柱对换，并注意改变符号，可求得各柱的内

12、力， 如图10所示。（3 ） Tmax作用下排架计算简图如图11a所示。对于A，B柱, n=0.109,a=（3.8m-1.4m）/3.8m=0.632,则2七"冲宀）（17）2-（2-3nC5 =十=二=0.6292 1 + 丸3（丄-1） 11 n JRa=- T maxC5=-20.69KNX 0.629=-13.01 KN（ ）Rb=- T maxC5=-13.01 KN（），R=FA+Rb =-13.01KNX 2=-26.02KN（）各柱顶剪力为：VA = RA-卩 A R=-13.01KN+0.85 X 0.5 X 26.02KN=-1.95 KN（）VB = RB -

13、卩 B R=-13.01KN+0.85 X 0.5 X26.02KN=-1.95 KN（）排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图11b所示。当TmaX方向相反时，弯矩图和剪力只 改变符号，大小不变。1.4 内力组合以A柱内力组合为例。表3为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表，表4为A柱内力组 合表，这两表中的控制截面及正负号内力方向如表3中欧那个的例图所示。max max及相应的M和N一项，U - U和川-川截面均按（1.2S gk +1.4S qk ）求得最不利内 力值，而I - I Gk+Sqk ）求得最不利内力对柱进行裂缝宽度验算时，内力皿-皿采用标准值，同时只需对e0/h 0>0.55

14、的柱进行验算。为此，表4中亦给出了 Mk和Nk的组合值，它们均满足e°/h。0.55的条件，对本例来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V项。表3 A柱内力设计值汇总表柱号荷载类恒屋面吊车竖向荷载吊车水风荷载及 向 力正 内别载活载D max作用于A柱D max作用于B柱平荷载左 风右风序号I -M21.23.29-39.1-39.1土 21.557.1-67.5I288211:N400.50.4000000 :94II -M-63.-9.31154.91.46土 21.557.1-67.5II967211N451.50.40647.1135.40001455皿-M32.64.626

15、1.15-92.3± 192.341.-314.皿86062142N502.50.40647.1135.40003555V10.61.53-10.3-10.3土 18.742.6-34.5211440表4 A柱内力组合表截面+ Mmax及相Mmax及相N max及相应M VNmin及相应M VMk、Nk备注应N,V应N,VIM93.0-88.26.193.068.9Nmax 一项，I+0.9(1+0.90 .9汽71+0 .9X8+0.916取N446.400.486.446.366.35S gk +394343520.7 x 1.4 S+0.(+0.QK9汉+9汉+）+IIM130

16、.-15075.5-142-+0.40+0.3+01+0.15I9999N0975.496.X10330451.u.9 x3350.58.9 x14(+0.+9 x）+皿M549.-48087.7549.-+0.03+0.68+02+0.03皿N910719612.9108491071.90006X.79.9V57.2.9或-43.:1.3457.2+0.0(96+0.0Mk9疋396.+-33966.59汉396.(05）.454(05Nk+825.+496.834.+825.）459965）45Vk+42.1-30.0.96+42.121421.5 柱截面设计仍以A柱为例。混凝土： C30

17、, fc =14.3N/mm2 , & = 2.01N/mm2 ;钢筋：受力筋为 HRB335, fy = fy ' -300N/mm2,； = 0.550。上下柱均采用对称配筋。上柱配筋计算由表4可见，上柱截面共有4组内力。取h0=400mm-40mm=360mm经判别，其中三组内力为大偏心受压；只有（M=26.18 KN m，N=486.34KN） 一组为小偏心受压，且N< b1 fcbh0=0.550 X 1.0 X 14.3 N /mm2 X 400mm 360mm=1132.56 KN故按此组内力计算 时为构造配筋。对3组大偏心受压内力，在弯矩较大且比较接近的两

18、组内力中，取较小的 一组，即取M=93.01 KNm，N=446.30 KN由附表11.1查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度l°=2X3.8m=7.6m。附加偏心距 ea 取20mm（大于 400mm/3 。6e0 =M/N10 N mm =208mm ei =e0 +ea =208mm +20mm=228mm446300N由l0/h=7600mm/400mm=19>5故应考虑偏心距增大系数 口。2 2 2产0/.5 14.3N/mm400 mm =2.563>1.0，取 产1.0N'1=11400 勺 h。b =100mm bf =400mm hf =150m

19、m549.03江106N mme0 =M/N=512mm q =e0 +ea =512mm +30mm=542mm尸丄1/9100mm、2 - *c *小1 2=1 ( ) 1.0 1.0 二 1.116 1400 542mm 900mm860mm故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则N1071900 N=11400 宜 ho446300N2 . . ,1,7600mm、21 2=1()1.0 0.96 = 1.391228mm 400mm1400 -360mm竺叫0.222360 mm44浮0.2丝:j fcbh01.0 14.3N /mm 400mm 360mmh0x=2as进行计算。

20、e = ei -h/2 as =1.391 228mm _400mm/2 40mm = 157.1mm选3 18 ( As=763mm2)，贝UAs/(bh) = 763mm2/(400mmX 400mm)=0.48%>0.2%满足要求。由附表11.1，得垂直于排架方向柱的计算长度l0=1.25 X 3.8m=4.75m,贝Ul0/ b =4750mm/400mm=11.88,=0.95。Nu = 0.9，（fcA fy 乓）=0.9 0.95 （14.3N / mm2 400mm 400mm 300N / mm2 满 763mm2 2） = 2347.66KNNmax =486.34K

21、N足弯矩作用平面外的承载力要求。下柱配筋计算取h 0 =900mm-40mm=860mm与上柱分析方法类似，在表 4的8组内力中，选取下面的一组不利内力：M=549.03 KN m , N=1071.90 KN下柱计算长度l0 =1.0 H | =9.1m，附加偏心距ea =900mm/30=30mm大于20mm)1071900N由10 /h=9100mm/900mm=10.155，故应考虑偏心距增大系数，且取 1.0 0尸=0.5fc A = 0.5 汉 14.3N / mm2 汽 100mm 疋 900mm + 2 疋(400mm 100mm)汉 150mm】=20>11071900

22、N1= N.0，取 1 =1.0 o1x= =2 =187.4mm hf = 150mm% fcbf1.0"4.3N /mm2 乂400mm说明中和轴位于腹板内，应重新计算受压区高度X：e= ej h/2 -as = 604.9mm 900mm/2-40mm = 1014.9mmxNe c(i 仁(bf b)hf(ho-3hf)-c(ifcbx(ho-3)As = As一一fy(ho -as)=1071900N 1014.9mm-1.0 14.3N / mm2 (400mm - 100mm) 150mm(860mm150mm/2)1.0 14.3N / mm2 100mm 299.6

23、mm (860mm-299.6mm/2) I/ 300N / mm2 (860mm40mm)21132mm选用4 20 ( As=1272mm2 )。按此配筋，经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦满足要求。柱的裂缝宽度验算规范规定，对e0/h0>0.55的柱应进行裂缝宽度验算。本题的下柱出现eo / h0 >0.55的内力，故应对下柱进行裂缝宽度验算。验算过程见表5,其中，下柱的As=1272mm2，Es =2.0 105N /mm2 ;构件受力特征系数：心=2.1 ；混凝土保护层厚度c取25mm。表5 柱的裂缝宽度验算表柱截面下柱内力 标准 值Mk/( KN m)396.05Nk/K

24、N825.45eg=Mk/ Nk /mm480>0.55 h o=4730.01401.0( l0/h<14)8900.523702.2173.60.570.16<3(满足要求)柱箍筋配置非地震区的单层厂房柱，其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 820箍筋。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12所示。其中牛腿截面宽度b=400慢慢，牛腿截面高度h=600mm h°=565mmo(1) 牛腿截面高度验算F =0.65 , ftk =2.01N/mm丄2,122M 28.1KN /m (3.8m0.6m)(20

25、.25KN/m - 8.1KN / m) 0.6 m 84.20KN m 21由' M B = RAI3 -q3l； M 2 =0得：2Nwk =298.20 KNN wk距基础形心的偏心距ew为：ew= (240mm+900mm2=570mmNw=1.2 NWk =1.2 x 298.20KN=357.84KN1.6.2基础尺寸及埋深, 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：Fvk =Dmax G3647.15KN兀1.4習5故牛腿截面高度满足要求(2) 牛腿配筋计算由于a=-150mm+20mm=-130

26、mm<0而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求,As 一minbh =0.002 400mm 600mm = 480mm2。纵向钢筋取 4 14 ( As=616mm2)，水平箍筋选用8100柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处h1 =0.9 x 900mm=810m取hj=850mm则柱 吊装时总长度为3.8m+9.1m+0.85m=13.75m计算简图如图13所示。柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载(应考虑动力系数)，即q1Gq1k=1.5 1.35 4.0KN / m = 8.1KN / m在上诉荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为：1 2 1 2 2M1q1H；8.1KN

27、 /m 3.82m= 58.48KN m2 2M 3 = RA -1q3x2，令 dM 3 = RA -q3x = 0 ,得x=3.73m,则下柱段最大弯矩为:2dx柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表 6。表6 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱M(M)/( KN -m)58.48(43.32)84.20(62.37)Mu =Asfy(h0 -a's)/( KN m)73.25>0.9 x58.48=52.63312.91>0.9 x 84.20=75.786k = mk/(0.87h0As)/(N/mm )181.2865.530.38-0.31<0

28、.2,取0.20.14<0.2 (满足要 求)0.02<0.2(满足要 求)1.6基础设计作用于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(川-川截面)传给基础的M,N,V以及外墙自重重力荷 载。前者可由表4中川-川截面选取，见表7,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，内力的正号规定见图14b。表7基础设计的不利内力组别何载效应基本组合荷载效应标准组合M( KN m)N/KNV/KNMk/( KNm)Nk/KNVk /KN第1组549.031017.9057.20396.05825.4542.12第2组480.68612.0

29、643.96339.45496.9930.14第3组87.721084.791.3466.54834.650.96由图14a可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0m,总高度为14.35m,墙体为240m砖 墙(4.7KN/ m 2)，钢框玻璃窗(0.45 KN/ m 2)，基础梁重量为16.7KN/根。每个基础 承受的由墙体传来的重力荷载为：240mr砖墙 4.7 KN/ m 26rriX 14.35m-(5.1m+1.8m) x 4.2m=268.46KN钢框玻璃窗0.45 KN/ m2 x (5.1m+1.8m) x 4.2m=13.04KN基础梁16.7KN(1) 按构造要求拟定高度h:

30、h= h1 a1 - 50mm=0.9hc =0.9 x 900mm = 810mm > 800mm，取 h1 a1 应大于 200mm 取 a1 =250mmjW h=850mm+250mm+50mm=1150基础顶面标高为-0.500m,故基础埋深d为：d =h+0.5m=1.650mt >300mm取325mm基础边缘高度a?取350mm台阶高度取400mm见图14b。(2) 拟定基础底面尺寸八、Nk,macx Nwk834.65KN 298.20KN厂 ” 2A235.47mfa Ymd240KN /m2 20KN /m3 x 1.65m适当放大，取 A=bl=3.6mx

31、2.4m=8.64m2(3) 计算基底压力及验算地基承载力fa =1.2 240KN /m2 = 288KN /m2 ,验算结果见表&可见，基础底面尺寸满足要求。表8基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第1组第2组第3组Mk/( KN m)396.339.4566.54Nk/KN05496.99834.65Vk/KN825.4530.140.9642.121408.771080.311417.97274.51544.09102.33216.01229.99183.86110.1020.08144.38163.06<24125.04<24164.12<24000216

32、.01<28229.99<28183.86<28888基础高度验算这时应采用基底净反力设计值Pj , Pj,max和Pj,min Pj,min因台阶高度与台阶宽度相等(均为 400mr)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截面如图15所示。变阶处截面有效高度ho =750mm-(40mm+5mm)=705mm因为 at +2% =1200mm+2 T05mm = 2610m Al = 2600mm AL，即：at = 1.2m ；因 at 2h0 二 2.61m l = 2.6m，故 ab =lh=750mm<800mm取 1 hp =1.0 ; ft =1.1N/mm2故基础高度满足要求表9 基础底面净反力设计值计算表类别第1组第2组第3组M/( KN m)549.480.6887.72N/KN03612.061084.79V/KN1071.9043.961.3457.201429