单层工业厂房课程设计计算书

1、单层工业厂房结构课程设计计算书学号 :学院：水利与建筑专业：土木工程班级： 1103姓名：设计资料1 .某金工车间，单跨无天窗厂房，厂房跨度 L=24m柱距为6日车间总 长度为120mli中间设一道温度缝，厂房剖面图如图所示：2 .车间内设有两台双钩桥式起重机，吊车起重量为200/50kN。3 .吊车轨顶标图为。4 .建筑地点：哈尔滨。5 .地基：地基持力层为亚粘性层，地基承载力特征值为fak=180kN/m2。最 高地下水位在地表15m6 .材料：混凝土强度等级为 C30,纵向钢筋采用HRB40C&, (360N/mn2) 箍筋采用 HPB23弦。(300N/mm2)2 .选用结构形

2、式1 .钢屋盖，采用24米钢桁架，桁架端部高度为，中央高度为，屋面坡度 为一屋面板采用彩色钢板，厚4mm2 .预制钢筋混凝土吊车梁和轨道链接采用标准图G32a中间跨DL-9Z,边跨DL-9B,梁高hb 1.2m。轨道连接采用标准图集G3253 .预制钢筋混凝土取轨道顶面至吊车梁顶面的距离ha 0.2m,故牛腿顶面标高二轨顶标高-ha- hb=查附录12得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为，考虑屋架下弦至吊车顶部所需空间高度为 220mm故柱顶标高=+=,3 .柱的各部分尺寸及几何参数上柱 b x h=400mrH 400mm (g1=m)Ai=bxh=x 105m2I 1=bh3/12=义 109m

3、m图1厂房计算简图及柱截面尺寸下柱 b fXhxbx hf=400mm 800mm 100mm 100mme g2=m)A2=100 义 400 义 2+ ( 800-2 X 100)义 100+2 X 25 X 150=x 105mmI2=5003 X 100/12+2 X (400 乂 1003/12+400 X 100 X 3002)+4 乂(253X 150/36+ X 1/2 X 100X 25) =x 1010mmn=Ii/I 2=x 109/ X 109)=H1=; l-2=+=o入=H/-2= =四.荷载计算1 .恒荷载(1)屋盖自重sbs防水层x =m20mm厚水泥砂浆找平层

4、x X 20=陷大型预应力屋面板(包括灌缝重)x =m总 1g1=m屋架X =则作用屋架一段作用于柱顶的自重为：G=6X9X+X =(2)柱自重上柱：G 2=x x =下柱：G 3= x x =（3）吊车梁及轨道自重：G=x （+X6）=2 .屋面活荷载由荷载规范查得屋面活荷载标准值为m,因屋面活荷载大于雪荷载（50年一遇），故不考虑雪荷载。Q i=x x 6X 12=3 .风荷载由荷载规范查得齐齐哈尔地区基本风压为风压高度变化系数（按B类地面粗糙度取）为柱顶：（按屋二）fl Z=檐口处：（按H二）u=屋顶：（按z=风荷载标准值：w ik= p zsiz w o= x x x =m2CD 2k

5、= 0 z fl s2 (1 z GJ 0= X X X =|TI则作用于排架上的风荷载设计值为：q产x x 6=m2=x x 6=mF Y q( N sl+ N s2)1 z (j) ohl+( (1 s3+ 1 s4)(1 z GJ ohz X B=X(+) x x x + (+) x x x x 6=（屋面坡度为1/8）风荷载作用下的计算简图如下图:图2风荷载作用下计算简图4 .吊车荷载由附表16-2查得 P k, ma=80kN；k, min=1/2(G+g+Q)- P k, ma尸 1/2(228+200)-180二B=5600mgi K=4400mm则根据支座反力影响线求出作用于柱

6、上的吊车竖向荷载为：Dma广(j) c* 丫 d1f P k, ma* 2 yi = X X 1 80 X (1 + + +)Dmin=(|) c* Y Q" P k? min* 2yi=X X X ( 1+ + +)作用于每一轮子上的吊车横向水平刹车力F hi=y o' c/4(Q+g)= X 4X ( 200+)=则两台吊车作用于排架柱顶上的吊车横向水平荷载为F h=()c* F hi* 2 yi= X X ( 1 +)五.内力计算1 .恒荷载(1)屋盖自重作用因为屋盖自重是对称荷载，排架无侧移，故按柱顶为不动较支座计算。 由厂房计算简图及柱截面尺寸图取用计算截面图图3取

7、用计算截面e二,e o=,Gi=,根据n=,入=查表得G=, C3=,则可得R=-Gi/H2(e i*Ci+eo*C3)= x x +x =(f)计算时对弯矩和剪力的符号规定为： 弯矩图绘在受拉一边；剪力对杆端而言,顺时针方向为正（V ）,剪力图可绘在杆件的任意一侧，但必须注明正负号，亦即取结构力学的符号。这样，由屋盖自重对柱产生的内力如下图：v l 'j. NL 二- Ik -I '1V=LL17kN1>二 51- II-3.97k)Nti<1V-LU7kNM n = x +x = mM m = x +x = ' mN i = Nn=Nn =，Vm =(2

8、)柱及吊车梁自重作用由于在安装柱子时尚未吊装屋架，此时柱顶之间无连系，没有形成排架，故不产生柱顶反力；因吊车梁自重作用点距离柱外边缘不少于750mm则内力如下图4所示：Ml =0, M =M =+x屋面活荷载作用因屋面活荷载与屋盖自重对柱的作用点相同，故可将屋盖自重的内力乘以下列系数，即得屋面活荷载内力分布图如图 4所示，其轴向压力及剪力为:Q i/Gi=N I = Nn= Nn = , Vn = X = 3.风荷载作用为计算方便，可将风荷载分解为对称及反对称两组荷载。在对称荷载作用 下，排架无侧移，则可按上端为不动较支座进行计算；在反对称荷载作用 下，横梁内力等于零，则可按单根悬臂柱进行计算

9、。图5柱作用正风压图当柱顶作用集中风荷载Fw时，R11-Fw 11.85 5.93kN22当墙面作用均布风荷载时，查表得 C尸，则得R 3= C1 代 1/2(q 1-q2)= X X 1/2 X当正风压力作用在 A柱时横梁内反力R:R=R1+R3=A 柱内力图如图6所示，其内力为M=(FvR)x+1/2q 仅2M=M图6 A柱作用正风压图7 A柱作用负风压当负风压力作用在A柱时(如图7所示)，其内力为_2M=-Rx- 1/2q2xM尸 M = x- 1/2 X x = mMn =x 1/2 x x = mNii =Nn=M=0V产虫毛2乂二吊车荷载(1)当Dnax值作用于A柱(如图8-a所示

10、)根据n二,入=查表得G=。吊车轮压与下柱中心线距离按构造要求取e4=,则得排架柱上端为不动较支座时的反力值为：R1=-Dmax- 64 - G/H2=X X =（一）R2=-Dmin e4 G/H2=X X =（ 一）故 R=R+R= + = （一）再将R值反向作用于排架柱顶，按剪力分配进行计算。由于结构对称，故各柱剪力分配系数相等，即N a=n打。（如图8-b所示）各柱的分配 剪力为：V A二-V B= 1 aR=X =（）最后各柱顶总剪力为：V A= V A-Rl=V B = V B-R2= + = （ 一）图8吊车竖向荷载作用时柱顶剪力（a）上端为不动较支座时（b）柱顶作用R时则A柱的

11、内力为：（如图9-a所示）M i=-Va x= X = mMi =-Va - x+dax - e4=+x = - mMt = x +x = mNJ： =0kNV =V=(一)v= IE ?hi图9吊车竖向荷载对 A柱内力图（a）当EU作用于A柱时（b）当D作用于A柱时（2）当Dnin值作用于A柱时（如图9-b所示）M i=-Va x= X = mMl =-Va X+Dnin - 04= + X = - mML = x +x = mNJ： =0kNNn = Nh =Vrn =V=( )当Fh值自左向右作用时（一）由于Fh值同向作用在A、B柱上，因此排架的横梁内力为零，则得 A柱 的内力：（如图1

12、0所示）S)(b)图10吊车横向水平作用（a）吊车横向水平作用于排架（b）横向水平作用时MI =M =FhX= X =M = x （9+= mNi =Ni =NJn =0& =R=（一）（4）当Fh值自右向左作用时（一）其内力值与当Fh值自左向右作用时相同，但方向相反。六.内力组合单跨排架的A柱与B柱承受荷载的情况相同，故仅对 A柱在各种荷载作用下的内力进行组合。表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表，表2为A柱承载力极限状态荷 载效应的基本组合，表3为A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合及 准永久组合。表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表荷载种类恒荷 载屋囿 活荷 载风荷载吊车仅1载

13、左风右风DmaxDminFh()Fh()荷载编号12345678I - IMNMkNkn - nMNMkNkm- mMNVMkNk36. 0Vk注：(1)内力的单位是kN - mi轴力的单位是kN,剪力的单位是kN；(2)表中弯矩和剪力符号对杆端以顺时针为正，轴向力以压为正；(3)表中第1项包荷载包括屋盖自重、柱自重、吊车梁及轨道自重；(4)组合时第3项与第4项、第5项与第6项、第7项与第八项二者不 能同时组合；(5)有Fh作用时候必须有Dmax或Dmin同时作用。表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合组合组合内I - In - nm- m何载力名称MNMNMNV由口变荷载效应控 制的组合

14、（简化规则）gSgk 0.9nQi SQiKi 1M max1+(2+3)1+(3+5+7)1+(2+3+5+7)M max1+(4+6+8)1+(2+4+6+8)1+(4+6+8)N max1+(2+4+6+8)1+(2+3+5+7)1+(2+3+5+ 7)Nmin1+(4+6+8)1+(4+6+8)1+(4+6+8)注：由永久荷载效应控制的组合：具组合值不是最不利，计算从略表3A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合组合组合内1-In-nm- m何载力名称MkNkMkNkMkNkVkM max,k1+3+X 21+5+X 3+X71+3+(2+5+7)由口变荷载效应 控制的组合（简化规则）S

15、GKSQ1KnM max,k1+4+(6+8)1+4+(2+6+8)1+4+(6+8)N max,k1+3+X 21+5+X 3+ (2+7)1+5+X 3+(2+7)ci SQiKci值：活：；风：；N min, k1+4+(6+8)1+4+(6+8)1+4+(6+8)吊车：注：对准永久组合计算，其值要小于标准组合时的相应对应计算值，故在表中从略。七.柱子设计1.上柱配筋计算从表2中选取两组最不利的内力M 1= R Ni=oM 2= , R N?=o(1)先按M, N计算其截面按对称配筋l o/h=2 X 3600/400=18>5,故需要考虑纵向弯曲影响, 计算，偏心距为：e0=M/

16、N=ea=h/30=400/30= 020mrp 取 20mmei =e0+ea=431+20=451mm(1=n=x x x 105/ x 103)=>取(尸又lJh=18>15 ,故取(2=1 +12X 1相2=1 +4 e=x 451=>=故按大偏心受压计算贝U e=" ei +h/2-a s=+400/2-35=(b=N&qfcbh0( 一 一_ _3 _ _ _ _ _(=N/( afcbh0)= X 10/ X X 400 X 365)=< 工 b. (h0=X365=<2a =70mm取 x=2as =70mm 贝U( =2as /

17、h 0=70/365=A s=A =Ne- Qf cbho2 ( )/f y(h 0-a s)e=T e+h/2-a s =+400/2-35=A=X103xg| A=<p minbh=x 400X400=320mm取 A=320mm配置 2 1 20 (A=628mm再按M, N计算(M= m； N，=)e0=M/N2=ea=h/30=400/30= 0 20mm 取 20mmei= e 0+ea=358+20=378mm(i=n=x 义义 105/ 义 103)=>取(尸又lJh=18>15 ,故取(2=1 +X 18之2=1 +e e尸 x 378=>=故按大偏心

18、受压计算贝U e=" ei +h/2-a s=+400/2-35=(b=N &qfcbh0( 一 一_ _3 _ _ _(=N/( afcbh0)= X 10/ X X 400 X 365)=< b(h0=X365=<2a =70mm不满足取 x=2as =70mrn 则 (=2as /h o=7O/365=，2A S=A =Ne- af cbho ( )/f y(h era s)e=r ei+h/2-a s =+400/2-35=A=x 1(fx 因 A=>p minbh=x 400X400=320mm取A=配置 2(l)20 (A=628mn)综合两组计

19、算结果，最后上柱钢筋截面面积每侧选用(2小20 (A=628mn)2.下柱配筋计算从表2中选取两组最不利的内力M 1= rn Ni=oM 2= rr| F4=o(1)先按M, Ni计算I o/h=86OO/8OO=>5,故需要考虑纵向弯曲影响，其截面按对称配筋计算， 其偏心距为：e o=M/N i=e a=h/30=800/30=>20mme i= eo+a=1181+=i=N=x x x 105/ x 10)=>又 I 7h=<15,故取(2=2=1 +X 10.7S2贝U e=" ei+h/2-a s=+800/2-35=先按大偏心受压计算相对受压区高度x

20、,并假定中和轴通过翼缘,则有，x<hf =, ( b=,x=N/( af cbf )= X103/ xx 400)=< ( b h0=X765=x 2as 70 mm ;属于大偏心受压情况，则A s=As =Ne- afcbf x/f y(h0-as)= X103X(2)再按 M, N计算(M= mN2=e0=M/N2=ea=h/30=800/30=>20mmei= e0+ea=670+=(i=n=x 义 x 105/ x 103)=>取(尸(2=1+(1?X 10-75 已(2=1+XX =则 e=T ei+h/2-a s=x+800/2-35=1133mm先按大偏心

21、受压计算相对受压区高度x,并假定中和轴通过翼缘，则有，x<hf =, ( b=,x=N/( af cbf )= X103/X .义 400)=> h f =x>2as=70mm按中和轴在腹板内的大偏心受压对称配筋计算。x=N- of c(bf -b)h f /( afcb) = x x x (400-100) x 100/ x x 100)=A=A =Ne-df cbf x - dfc(bf -b)hf (h0- h f )/f y(h 0-as)= x 103x x x 400x XX- X (400-100) X 100X (765-100)/360乂 (765-35)=

22、1093mm2>p minA=x x 10 s=1 +则 e=T se0+h/2-a s=x 398+400/2-35=625mmY f =0, z=303mm按荷载标准组合计算的纵向受拉钢筋应力(T sk=N(e-z)/(zA s)= x 103(625-303)/(303 乂 628)=mrn裂缝间钢筋应变不均匀系数为：巾= XX 200000) X X 25+X 20/=>不满足要求，故重新配置钢筋：4(|)20 (A=1256mm2 te = ; o- sk=mm 巾=故 3 ma=3(T sk/E s) X +pte )X X 200000) X X 25+X 20/=&

23、lt;mm=295mm综合两组计算结果，最后上柱钢筋截面面积每侧选用(4小22 (A=1520mm )3 .柱裂缝宽度验算(1)上柱从表-3中取一组正常使用极限状态荷载效应的组合值进行裂缝宽度验算：M k= m,Nk=e(=M/Nk=p te=AAte=A/=628/ X400X 400)=<,取因为 l 0/h=18>14;(尸；>=才两足要求。(2)下柱从表-3中取一组正常使用极限状态荷载效应的组合值进行裂缝宽度验算:Mk= - Nk=e(=M/Nk=p te=A/Ate=A/=628/ X400X 400)=因为 l 0/h=<14;工尸；“s=贝U e=T se

24、°+h/2-a s=x 708+400/2-35=1073mmT f =(bf -b)h f /(bh 0)=(400-100) X (100 X 765)=z=按荷载标准组合计算的纵向受拉钢筋应力er sk=N(e-z)/(zA s)=495520X / 义 1520)2=mm裂缝间钢筋应变不均匀系数为：巾= XX 200000) X X 25+X 22/=<满足要求。4 .运输、吊装阶段验算(1)荷载计算上柱矩形截面面积下柱矩形截面面积下柱工字形截面面积上柱线荷载q 3=x 25=4kN/m下柱平均线荷载q 1= x +X 6 x 25/=m牛腿部分线荷载q2=+ X X

25、+ x X /25=m(2)弯矩计算I 1=+6+=I 2=；I 3=则：Mc=X 4X = ' mM 尸-4 x x +x x x = ' m求AB跨最大弯矩，先求反力 R:2 WO R a二 X X 令 V=R-q iX=O; X=R/q 1=则AB跨最大弯矩为:M AE=X故最不利截面为B及C截面配筋验算对B截面荷载分享系数为，动力系数为，对一般建筑物，构件的重要性系数取丫 。=,则其弯矩设计值为M e=x x X = m受拉钢筋截面面积：(为偏于安全，下柱取工形截面计算)q=M/( afcbho2)=Z X X200X 3652)=查表得 Y s=A s= M/(f y

26、 T sho)=/(36O 义 3 365)=422mrm 下柱原配受拉钢筋4(|)22 (A=1520mm,故安全对C截面其弯矩设计值为：M=x X X = m受拉钢筋截面面积斫M/( af cbho2)=Z 义义 400 X 3652)=查表得 Y s= 2A s= M/(f y T sh0)=/(360 x x 365)=329mm 下柱原配受拉钢筋4(|)20 (A=1256mm,故安全(4)裂缝宽度验算对B截面p te=A/=1520/ X400X 200)=MBk= X = ' m20=/=/ x 1520X 365)=mm巾=Cl) ma=山(T sk/E s) X +p

27、te)= XX 200000) X X 25+X 22/ =<故满足要求对C截面p te=A/=1256/ X 400 X 200)=M Bk= X = ' m9o- sk=M/=/ x 1256X 365)=mm-Cl) ma尸山(T sk/E s) X +|Jte)= X X 200000) X X 25+X 20/故满足要求综上所述，既可以采用平吊，也可以采用翻身吊，建议采用翻身吊5.柱的牛腿设计 (1)荷载计算D kmak X 180X(1+=G 4=+x 6=共计(2)截面尺寸验算h i=250mm, h=500mm, C=350mm® ho=5OO-35=4

28、65mnn2a=750-800=-50mm , f tk=mn Fhk=0, 0 =0B Rk)f tk bhJ+a/h o)= x x 400X465/465) =762kN>Fvk=cK45°,故满足要求。(3) 配筋计算纵筋截面面积Fv=X+X=513kN32As=50X 513X 10/ X300X 465)=216mm2 < p minbh=x 350 x 500=280mm选用 46 16 (A=402mmi箍筋选用小8100m由2(|)8, Ash=101mm,则在上部2/3ho处实配箍筋截 面面积为 A sh=101/100 X2/3 X402=271mr

29、>1/2As=1/2 X402=201m2n满足要求a/h0=50/465=<，故不需设置弯起钢筋。八基础设计1.荷载按地基规范规定，对地基承载力特征值为 160-200kN/m2,单跨厂房的 跨度10 30ml吊车起重量不超过 30-50t的丙级建筑物，设计时可不做 地基变形验算。当地基按承载力确定基础底面面积时，应按荷载效应标准值进行计算。这样，可从表3 中选取以下两组控制内力进行基础底面计算：M住二m；Nik=;V1k=M2k=m；N?k=;V1k=初步估算基础底面尺寸为 :A=l- b=X =,W=1/6X x=,取基础高度为，基础埋深为，则基础自重和土重为： ( 取基础与

30、土的平均自重为20kN/m3)Gk= 丫 m lb H=20X 义义=294kN由基础梁传至基础顶面的外墙重：Gwk= X2.地基承载力验算型=，取基础底面以上土的平均自重丫 m=20kN/m,则:a=180+X 20 X(1)按第一组荷载验算，其基础底面荷载效应标准值为Mbot, 1 k =Mk+Zk ' h+Gk ' Qw=+ X X 2+2)Nbot.ik =Nk+G+Gvk=+299+378=P1k,max=Not,ik/(I- b) ± l4ot,ik/WP1k,min=X ± =±22m <=x =m2 mp k=1/2 x +=

31、m<f a=m(2)按第二组荷载验算，其基础底面荷载效应标准值为Mbot,2k 二 Mk+Mkh+GkewNbot,2k =Mk+G+G/k=+294+378=P2k, max=Not,2k /(I- b) ± M°t,2k /WP2k,min=X ± =±2 2m<=x =m2 m oopk=1/2 x (218+=m<f a=m故满足要求。3 .基础抗冲切验算从表2中取用第一组荷载效应设计值，(其产生的Pmax较大者)进行抗 冲切验算，M= ' m, Ni=, Vi=其基础底面的相应荷载效应设计值为：基础自重(不考虑)外墙传至基础顶面重 Gw g Gwk 12 378 453.6 KNM bot,i =M+V , h+G/k , 6w基础底面净反力为：Pn,max= Mot,n/(l - b) ± Mot,n /WPn,min=X ± =±2 2m<=x =mm2因最小净反力为负值，故其底面净反力应为e