21M钢筋混凝土单层厂房结构设计计算书

1、页眉内容钢筋混凝土结构 -2 课程设计任务书一、题目： 钢筋混凝土单层厂房结构设计二、目的与要求 ：了解单层厂房结构设计的全过程，培养单层厂房结构设计的 工作能力。要求：（1）、掌握单层厂房结构布置和结构选型的一般原则和 方法；（2）、综合运用以往所学的力学及钢筋混凝土结构的知识，掌握排 架内力分析方法以及构件截面设计方法； （3）、掌握单层厂房结构施工图 的表达方法。三、设计内容： 1、完成计算书一份，内容包括： （ 1）设计资料；（2）结构布 置与选型；（ 3）排架内力分析及柱、 基础的配筋计算。 2、绘制施工图：（ 1） 柱子模板图及配筋图； （2）基础平面布置图及配筋图。四、设计资料：

2、1、厂房跨度 21 米，总长 108米，中间设伸缩缝一道，柱距 9米。2、车间内设有两台软钩 20050kN 中级工作制吊车，轨顶设计标高 12米。3、建筑场地地质情况：地面下 0.8米范围内为杂填土，杂填土下面 3.5 米内为均匀粉土，其承载力标准值fk=200kPa地下水位为地面下4.50米， 无腐蚀性。4、基本风压 W=0.4kN/m2;基本雪压 S=0.35kN/m2。5、屋面是不上人的钢筋混凝土屋面，屋面均布可变荷载标准值为0.7/m2。6、建议采用材料：（1）、柱：混凝土 C25，纵向受力钢筋II级，箍筋I级。（2）、基础：混凝土 C30， II 级钢筋。7、选用的标准图集：（1）

3、、屋面板：G410 （一）标准图集，预应力混凝土大型屋面板，板重 标准值（包括灌缝在内） 1.4KN/m2。（2）、天沟板：G410（三）标准图集，JGB77-1天沟板，板重标准值2.02kN m。（3）、屋架：G415 （三）标准图集中预应力混凝土折线形屋架，屋架自 重标准值 106kN 。（4）、吊车梁：G323-12标准图集DLZ-4，梁高1200毫米，翼缘宽600 毫米，腹板宽300毫米，梁自重标准值44.2kN/根，轨道及零件重1kN/米， 轨道及垫板高度 200 毫米。8、建议采用的柱截面尺寸：上柱为矩形bxh=400x400mm,下柱为I形bf=400mm， h=800mm， b

4、=100mm， hf=150170mm。9、屋面做法：15.9902124000剖面图5500吊车尺寸图结构计算书一、 结构的计算1、计算简图的确定(1) 计算上柱高及柱全高根据图2.107及有关设计资料：上柱高Hu二柱顶标高-轨顶标高+吊车梁高+轨道构造高= 12.4-10.0+1.2+0.20=3.8m全柱高H=ft顶标高-基顶标高=12.4- (-0.5)=12.9m故下柱高 H二H-Hu=12.9-3.8=9.1m上柱与全柱高的比值3.80.295(2) 初步确定柱12.9截面尺寸 根据表2.9 (A)的参考数据，上柱采用矩形截面，bx h=400mrH 400mm下柱选用I 形,b

5、x hx hf =400mrX800mrX 150mm(其余尺寸见图 2.108)，根据表 2.8 关于下柱截面宽度和高度的限值，验算初步确定的截面尺寸，对于下柱截面宽度 对于下柱截面高度，有吊车 无吊车时(3) 上、下柱截面惯性与其比值排架平面内:上柱下柱比值1u12400400 32.339410 mm1l400800 32 1150483 .431.4210 10 mm 41212排架平面外:上柱 lu 2.133109 mm 4下柱 排架计算简图(几何尺寸及截面惯性矩)如图 2.109所示2、荷载计算(1)恒荷载(a)房屋结构自重预应力混凝土大型屋1.21 .51 .8 KN.m2面板

6、20mm水泥沙浆找平1.2200.020.48 KN , m2层一毡二油隔气层1 .20.050.06KN m2100mm水泥珍珠岩制1 .240.1 0.48 KN m2品保温层20mn水泥沙浆找平层天沟板天窗端壁屋架自重天窗架1.2X 40=48KN则作用于横向水平面排架一端柱顶的屋盖结构自重(b) 柱自重上柱下柱(c) 吊车梁与轨道自重(2 )屋 G41 .2(4516)61 .2KN 面活荷载由荷载规范可知,屋面均匀活荷载标准值为0.7 KN/m2,大于该厂房所在地区的基本雪压 So=O.3O KN/m2,故屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为,Q 1=1.4 X 0.7 X 6X 12=

7、70.56KNe1=50mm(3) 吊车荷载由电动双钩桥式吊车数据查得PmaxK=200KN. Pmin.k=50KN, B=5000mm. k=4000mm Q2.k=75KN根据B与K及反力影响线，可算得与各轮对应的反力影响线竖标(图 2.110 ), 于是可求的作用与上柱的吊车垂直荷载 作用于每个轮子上的吊车水平制动设计值则作用于排架上的吊车 T ( qQ c.kgQ2.k) 0.1 (20075) 6.875 KN水平荷载，按比例关系44由求得Dnax其作用点到柱顶的垂直距离(4) 风荷载*地区的基本风 W。0.35 KN m2 ,压 对于大城市市郊，风压高度变化系数 按B类地区考虑，

8、高度的取qi,q2值，对按柱顶标高12.4m考虑，查荷载规范得z 1 .08;z 1 .26 .按天窗 z檐口标高19.86m考虑，查荷载规范得风荷 载体型系数的分布图2.111所示。故集中风荷载 Fw为 排架受荷总图如图2.112所示。3、内力计算（1）恒荷载作用下如前所述，根据恒荷载的对称性和考虑施工过程中的实际受力情况，可将图G G及G 2.112中的恒载G1、G 2 及 G 4 的作用简化为图2.113a、b、c所示的计算简图。（a）在G1作用下已知n=0.151，入=0.295，由附图2.2中的公式故在M11作用下不动铰支承的柱顶反力C1121丄3nnRn1.952 11 0.295

9、 2 1 31 .952 11 0.295 31M 11C1H 2中的公式0.15由附图2.3故在M12作用下不动铰支承的柱顶反力因此，在M11和M12共同作用下（即在G1作用下）不动铰支承的柱顶反力R1 R11 R123.5 10.7514.25 kN相应的弯矩图如图2.113a所示（b）在G2的作用下M22G?e2 18.24 0.2 3.65kN?M相应的弯矩图如图2.113b所示。（c）在G4的作用下M 44G4e4 61.2 0.3521.42kN?MRqiQi?Ri14.25 70.562.18kNG2462.24相应的弯矩图如图2.113c所示。将图2.113a、b、c的弯矩图叠

10、加，得在 G1、 G2 G3和G共同作用下的恒荷载弯矩图（2.113d ）,相应的轴力N图如图2.113e 所示。（2）屋面活荷载作用下对于单跨排架，Q与G一样为对称荷载，且作用位置相同，仅数值大小不同。 故由G的内力图按比例可求得 Q的内力图。如：柱顶不动铰支承反力相应的M图如图2.114a,b所示。（3）吊车荷载（考虑厂房整体空间工作）厂房总长102m中间设一道伸缩缝，跨度为24m吊车起重量为20t，由表2.13 可查得无檩屋盖的单跨厂房空间作用分配系数=0.9（a）吊车垂直荷载作用下Dmax作用在A柱的情况图2.122中吊车垂直荷载作用下的内力，可按如图 2.115所示的简图进行计算。

11、因此，A、B柱顶剪力按图2.115a所示简图推导的下列公式进行计算：=-12.68KN（绕杆端反时针转）=0.50.9 588 0.3520.9147 0.35 竺12.9= 11.25KN（绕杆端顺时针转为正）相应的弯矩如图2.115b所示。Dmin在A柱的情况： 由于结构对称，故只需将 A柱与B柱的内力对换，并注意内力变号即可。（b）吊车水平荷载作用下Dmin从左向右作用在A B柱的情况（图2.112中吊车水平荷载作用下）的内力， 可按如图2.116a所示简图推导的下列公式计算：1.41.6的公式计算:Tta = Vtb =（1）C5Tmax由式中C5可按附录I的附图 当y=0.6 Hl时

12、，由附图1.4中的公式C52 1.83 0.416n0.22 1.8 0.295 0.295304160.2n0.672 10.29510.15当y=0.7Hl时，由附图1.5中的公式当y=0.684HI时，用内插法求得相应的弯矩图如图2.116a所示。Tmax从右向左作用在 A, B柱的情况：在这种情况下，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯 矩图的方向与之相反（图2.116b ）。（4）风荷载（a）风从左向右吹（图2.117a）先求柱顶反力系数C11,当风荷载沿柱高均匀分布时，由附图1.8中的公式 对于单跨排架，A, B柱顶剪力（b）风从右向左吹（2.117b）在这种情况下，

13、荷载方向相反，弯矩图的方向与风从左向右吹的方向相反（图 2.117b）4、最不利内力组合由于结构对称，只需对A （或B）柱进行最不利内力组合，其步骤如下： 确定需要单独考虑的荷载项目。本设计为不考虑地震作用的单跨排架，共有八种需单独考虑的荷载项目，由于小轮无论向右或向左运行中刹车时，A，B柱在Tmax的作用下，其内力大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。因此，单独考虑的荷载项目共七项。 将各种荷载作用下设计控制截面（1-1，2-2，3-3）的内力M N（3-3截面还有剪力V）填入组合表（表2.30 ）。填表时要注意有关内力符号的规定。 根据最不利又最可能的原则，确定每一内力组的组合项目，并算

14、出相应 的组合值。计算中，当风荷载与活荷载（包括吊车荷载）同时考虑时，除恒荷 载外，其余荷载作用下的内力均乘以 0.85的组合系数。排架柱全部内力组合计算结果列入表 2.30 。表1。排架柱内力组合表柱口 号:截面荷载项恒荷载屋面 活荷 载吊车何载风荷载内力组合G1G2G3G4Q1Dmax在A柱Dmin在A柱T max左 风右风Nmax 及M,VNmin 及M,VM max 及N,V项目组合 值项目组合 值项目组合值M(KN m)30.93.5-48-43士19.464.3-74.2-33+0.!-89.5+0）（-89柱:1-1N(KN)451.770.600000)522.3厂)451.7

15、厂452-2M-66.8-10.61588士19.564.3-74.2100-141+0J)x(N480.570. 65881470001139)480.598(M62.96.142-93士191.7370-345.1302.74331+0x.83-3N593.270. 65881470001251.8593.11V14.31.8-12.7-11.3士19.045.1-3122.159.4595、排架柱设计(1)柱截面配筋计算(a)最不利内力组合的选用由于截面3-3的弯矩和轴向力设计值均比截面 2-2的大，故下柱配筋由截面3-3的最不利内力组合确定，而上柱配筋由截面1-1的最不利内力组合确定。

16、 经比较，用于上，下柱截面配筋计算的最不利内力组合列入表2.31 o(b)确定柱在排架方向的初始偏心距u、计算厂I。及偏心距增大系数(表 2.31)表2.31柱在排架方向ei、I截 面内力组(mm)(mm )(mm)(mm)(mm)2 (mm)1-1M(Kn m)-3363365830.8176004000.9600000N (Kn)522.28M-89.5198365218176004000.9601.414N451.683-3M4337307657561193508000.9081.384N593.18M581.25504765530191008001.0001.133N1153表中：eo

17、=M/N eieea ；ea取20mm和h/30的较大值;i1 .0；e0.22.7 二，i 1.0 时，取ho2柱）,1。=1.0 Hu (下c m1Kl 02,ase ih1 2m14001-h 0MS O01肚15时，2仇，考虑吊车荷载l0=2.0Hu （上柱）， 不考虑吊车荷载l0=1.5 H ；0 . 70 .3（C）柱在排架平面内的配筋计算（表 2.32）表2.32柱在排架平面内的截面配筋计算截 面内力组ei (mm)ne(mm)x(mm)Z bh0 (mm)偏 心 情 况As二As (mn?)计算 值实配值1-1M (kN - M)-33831.882321910.55 x365

18、=201大 偏 心13.6N(kN)522.28M89.52181.41447379201大 偏 心672.3763(318N451.683-3M4337561.38414111040.55 X765=421大 偏 心18851964 (425)N593.18M581.255301 偏 心1240N1153表中：ei、 eei 2 x,上柱x当 N bfhf见表2.31 ;as ；Nb 1fc时，当 N bfhfifc 时,-N i400Nbf iN14.3 -,下柱5720N5720 bhf 1NebxAs、As,上柱xb ho ,AsN 400 100158 1

19、1.43100 1 1.43h0 2N e 5720x h。N474 ； 1430x2AsAsNe hfX h0Nef y h0sbh x hf 时fy hx hf 时x5720x h0221900099000取35mm )Ne bf b hfx2I y hshobxhox1 fc2xNe 310500001430x 765 -2 .219000Ne,e300 h035上柱或下柱当x 2 s时，As aS恥fy（d）柱在排架平面外承载力计算上柱Nmax=494.5kN当不考虑吊车荷载时，按表 2.22l0=1.2H=1.2 X 12900=154800mm,l0/b=15480/400=38.

20、7,查混凝土规范知 =0.35 , As=As =763mi?i下柱Nmax 1059KN,当考虑吊车荷载时，查表2 .22,max101.0H9100mm,IA 4008002 (450仏迴92.0i 9962.921.23701.4316.7 KN- mNk593.181.2494.3KN页眉内容9411 1.729 1 0 mm，1502500)飞 177500 mmx 974099 mm查表混凝土规范表7 . 3 . 1,0.588, As As 1964 mm2，故(2) 裂缝宽度验算截面3 3，当M=321. 3KNm,N=537. 5 KN，相应的e0598 mm,598 0.7

21、8 0.55，故应作裂缝宽度验算。1-1截面因e 0.55, h。765h。因而不作此项验算。由内力组合表可知，验算裂缝宽度的荷载标准组合值 则纵向受拉钢筋 As合力点至受压区合力作用点间的距离为 纵向受拉钢筋As的应力裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数故最大裂缝开展宽度为(3) 柱牛腿设计(a) 牛腿几何尺寸的确定牛腿截面宽度与柱宽相等，为400mm若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离C1 80mm吊车梁端部为340mm吊车梁轴线到柱外侧的距离为 750mm则牛腿顶 面的长度为750-400+C1 80mm相应牛腿水平截面高为600+400=1000mm牛腿外边缘高度h1 500mm , 倾角a

22、=4弓，于是牛腿的几何尺寸如图2.118所示。(b) 牛腿配筋由于吊车垂直荷载于下柱截面内，即 a=750 800= 50 0,故该牛腿可按构造 要求来配筋纵向钢筋取4_16 ,箍筋取8100 (图2.118)(c) 牛腿局部挤压验算设垫板的长和宽为400mM 400mm局部压力标准组合植故局部压应力为(4) 柱的吊装演算 吊装方案：一点翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处(图 2.119 )(b)荷载计算页眉内容上柱自重g 1.2 1.5 25 0.4 0.4 7.2KN mm牛腿自重下柱自重g3 1.2 1.5 25 0.1775 8.0KN/mm计算简图如图2.119b所示。(c) 内力计

23、 1算弯矩图如M1 2 72 382 52KN m 2.119所示。(d) 截面承载力计算截面1-1 : b h 400mm 400mm,怖 365mm, As A 763mm2, f y 300 N/mm2故截面承载力截面2-2 :故截面承载力(e) 裂缝宽度演算故承载力计算可知，裂缝宽度演算截面1-1即可。钢筋应力如下:按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率1.1.56ftk1.1te sk0.65 2.00.01 1790.374故maxcr0.08也)te2.1 0.37417922云市9 25 .8而)0.157mm0.3mm(可以)实际上吊装阶段荷载为短期作用，最大裂缝宽度应为0

24、.252/1.5=1.168mm，满足要求，对柱若采用平卧起吊，承载力和裂缝宽度将均不满足要求。6、基础设计(1) 荷载计算(a) 由柱传至基顶的荷载由表2.30可得荷载设计植如下：第一组M581.25KN m, N 1153KN,V 59.4KNmax第二组M 433KN m,N 5938KN,V 59.35KNmax第三组 M 1251.78KN m, N 302.7 KN ,V 22.27KN max(b) 由基础梁传至基顶的荷载墙重(含两面刷灰) 1.214.30.45 0.356 45.1 1.85.24 367.9 KN窗重(钢框玻璃窗)1.24 5.14 1 .80.516.56

25、 KN25基础梁1.20.20.3 0.45 620.3KN2由基础梁传至基础顶面荷载设计值为：G5对基础地面中心的偏心距 & 也 080.55m2 2(C)作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值分别为假定基础高度为800+50+250=1100mni则作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力页眉内容设计值：第一组 Mbot 581.251.1 59.4 222.6423.99KN m N 1153404.761557.76 KN第一组 Mbot 433 1.1 59.35 222627569KN m一N 5938 40476 99856KN第三组 Mbot 302.7 1.1 22.27104.

26、6KN m一 N 1251.78 404.761656.54 KN基础的受力情况如图2.120所示。基底尺寸的确定由第二组荷载确定I和bl演算e0的条件6验算其他两组荷载设计值作用下的基底应力 第一组(可以)第三组 因为该车间属于可不作地基变形计算的二级建筑物，所以最后确定基底尺寸为2.3mX3.7m (图 2.120)。(2) 确定基底的高度前面已初步确定基础的高度为1.1m，如采用锥形杯口基础，根据构造要求，初 步确定的基础剖面尺寸如图2.121所示。由于上阶底面落在柱 边破坏锥面之内, 故该基础只须进行变阶处的抗冲击切力验算。(a)在个组荷载设计值作用下的地基最大净反力第一组psmax 1558371.6KN/m2Ps,8