米单层工业两跨厂房设计

1、. 南华大学 城市建设学院目 录设计任务书一 设计资料二 设计要求三 设计期限四 参考资料计算书内容一 结构方案及主要承重构件二 计算简图三 荷载计算四 内力计算 1柱的剪力分配系数计算2恒荷载作用下的内力分析3屋面活荷载作用下的内力分析 4吊车竖向荷载作用下的内力分析 5吊车水平荷载作用下的内力分析6风荷载作用下的内力分析五内力组合六.B柱的截面计算七.B轴排架柱基础设计八.抗风柱设计及抗风柱基础设计九.其它混凝土结构课程设计任务书单层厂房设计1. 设计资料1、平面图和剖面图某装配车间，根据工艺和建筑设计要求，确定本车间为两跨等高厂房，车间长度为72m,跨度为18+18m，各跨设有两台中级工

2、作制吊车，轨顶标高及柱顶标高见任务分配表。车间剖面图、平面图分别见图1和图2.2、 建筑构造屋盖：APP卷材防水保温屋面维护结构：240mm厚，MU10，M5混合砂浆砌筑门窗：山墙门5.6m×6.0m,纵横窗4.2m×4.8m（低窗），4.2m×2.1m（高窗）3、 自然条件： 建筑地点：衡阳郊区，无抗震设防要求 基本风压：0.4KN/m² 基本雪压：0.35KN/m² 地质条件：地基持力层为粉质黏土层，修正后承载力特征值取200KN/m²300KN/m².基顶标高-0.5-1.5m4、 材料： 混凝土：基础C25，柱C30

3、 钢筋 ：HPB235级、HRB335级、HRB400级各种直径钢筋2、 设计要求： 1、分析厂房排架内力，设计柱子及基础，整理并打印计算书一份。 2、绘制结构施工图一份（结构设计说明，屋盖、柱网及基础布置图，柱及基础等配筋图。）3、 设计期限 ：两周4、 参考资料 1、混凝土结构设计规范(GB50010-2002) 2、建筑结构荷载规范(GB50009-2001) 3、建筑地基基础设计规范 (GB50007-2002) 4、教材：混凝土结构设计原理 5、标准图集： 屋面板（G410）、吊车梁（G426）、基础梁（G320)、柱间支撑(G336) 6、课程设计任务分配表班级跨度吊车吨位轨、柱顶

4、高空间作用地基承载基顶标高计算部位材料等级备注 一 班18m+18m 10t中级工作制7.2/9.6m1#-24#1#-12# Y学号单数A柱、基础双数为BC25级钢数字带符号#为学号空间作用一栏Y为考虑N为不 考虑200KPa-0.5-1.5m13#-24#N6.6/9.0m25#-4825#-36#YC30级钢37#-48#N 二 班18m+18m32/5t中级工作制7.2/9.6m1#-24#1#-12# Y250KPa-0.5-1.5m学号单数A柱、基础双数为BC25级钢13#-24#N6.6/9.0m25#-48#25#-36#YC30级钢37#-48#N计算书内容1、 结构方案及主

5、要承重构件根据厂房跨度、柱顶高度及吊车起重量大小，本车间采取钢筋混凝土排架结构，结构平面图如下： 为了保证屋盖的整体性和空间刚度,屋盖采用无檩体系,根据厂房具体条件柱间支撑设置见图2： 厂房主要承重构件选型如下表构件名称 标准图重力荷载标准允许荷载 型号预应力钢筋屋面板G410(一）1.5×6m1.5KN/m²(包括灌缝）3.65KN/m²Y-WB-3(s)预应力钢筋混凝土折线型屋95G415(一）69.0KN/榀4.5KN/m²YJB18-2-Aa吊车轨道及轨道联构件95G3250.8KN/m /OGL-1钢筋混凝土基础梁04G32016.1KN/根

6、/JL-1(5.5m14.5m)JL-3(5.5m18.0m）混凝土吊车梁04G426(二）41.3KN/根(10t)46.0KN/根(32t) / YDL-柱间支撑05G336 / /详见施工图预埋件04G3625.24KN/m²详见施工图2、 计算简图 本车间为装配车间，工艺无特殊要求，计算单元的宽度为B=6m。根据建筑剖面图及其构造确定排架计算简图如图3示其中上柱高度Hu=柱顶标高轨顶标高吊车梁高轨道高3.8 m柱总高度H=柱顶标高+基顶标高9.6 m3、 荷载计算1、 恒荷载计算（1） 屋面恒载 APP卷材防水层 0.3kN 20厚的水泥沙浆找平层 0.02×20=

7、0.4kN/ 100200厚的珍珠粉保温层 0.3 kN/ 20mm厚水泥沙浆找平层 0.4kN/ 支撑系统 0.05kN/ 屋面板 1.5kN/（包括灌缝） 屋面恒荷载总和 =2.95kN/ 屋架自重（AB跨=BC跨) 69.0KN/榀 故作用于AB跨两端柱顶的屋盖结构自重为：G2AB=0.5×69.0+0.5×18×6×2.95=34.5+164.7=193.8kNe2AB=15mme2A=e2C=(400/2)-150=50mm(2) 柱的截面尺寸及其自重 柱 列截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4A,C上柱矩400×40016000

8、02130000000下柱I400×800×100×15017750014387000000B上柱矩400×6001600002130000000下柱I400×800×100×15017750014387000000(3) 吊车梁轨道自重:BC跨: G3466×0.8=50.8kN e3AB=750mm e3A =750-800/2=350mm、屋面活荷计算由荷载规范查得屋面活荷载的标准值为0.5KN/m2,而雪荷载的标准值为0.35 kN/m2故仅按屋面活载计算：AB跨：QAB=QBC=0.5×6

9、15;18×0.5=27kN eAB=150mm e4A=400/2-150=50mm屋面活载计算简图见图53.吊车荷载 (1) 吊车资料本车间选用的吊车主要参数选自大连重工起重集团有限公司OQQP型（2003年6月样本） 32/5t吊车A级中级工作制 B=6.474m 轮距K=4.65m吊车总重G=321.2kN（含小车）小车重g=108.77kN最大轮压Pmax=262kN最小轮压Pmin=58.5kN(2)吊车竖向荷载 故作用于排架柱上的吊车竖向荷载分别为：AB跨：Dmax=Pmaxyi=117×(1+0.225+0.696)=503.3kN Dmin=Pminyi=

10、58.5×1.921=112.38kN吊车竖向荷载简图见图7(3)吊车水平荷载 作用于每一个轮子上的吊车横向水平荷载标准值： TQ=a(Q+g)/4 对于32/5t的软钩吊车：a=0.10, TQ=1/4×0.1×(108.77+320)=10.72kN 故作用于排架柱上的吊车横向水平荷载为： AB跨：Tmax,k=Tyi=10.72×1.921=20.59kN吊车横向水平荷载计算简图见图84.风荷载由荷载规范查得该地区基本风压为W0=0.4KN/m2,风压高度系数按B类地取：柱顶：H=12.545，z=1.65檐口：H=11.25， z=1.04风荷载

11、体型系数如图9所示：故风荷载标准值为： 1=ZUS1UZ0=1.0×0.8×0.98×0.40=0.3136kN/m2 2=ZUS2UZ0=1.0×0.4×1.05×0.40=0.1568kN/m2作用于排架上的风荷载的标准值:q1=1×B=1.882 kN/m2q2=2×B=0.941 kN/m2左风吹时: Fw= (s1+s2)×zh1+(s3+s4)×zh20B =(0.8+0.4) ×1.65×0.824+(0.6+0.5) ×1.295×0.4

12、×1.04×6 =0.77×6=4.62kN风荷载作用简图见图10.四、内力分析本厂房为两跨等高排架，可用剪力分配系数法进行分析1.B柱的剪力分配系数计算n=I/ I =H/H =H/CEI 它的剪力分配系数=/柱列惯性矩（）nC柱A上2.130.1480.402.202.20×0.305下14.38柱B上7.20.5012.822.82×0.39下14.38柱C上2.130.1482.202.20×0.305下14.382.恒荷载作用下的内力分析由实际恒荷载作用下排架计算简图如图11所示各柱的不动铰支承反力分别为:A柱列: n=0.

13、148 =0.40 =2.12 =0.92 R=CM/H=2.12×9.69/9.6=2.14kN（） R=CM/H=0.92×24.02/9.6=2.30kN（） R= R+ R=2.14+2.30=4.44kN（）各柱顶最后剪力分别为: V=R·R=4.44kN（） V=0V=R·R=4.44kN（）恒载作用下排架柱内力如图12所示 3.屋面活荷载作用下的内力分析AB跨作用有屋面活荷载时计算简图见图13 由屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为： Q=Q=27kN其在A柱列、B柱列柱顶及变阶处引起的弯矩分别为: M=27×0.05=1.35kN&

14、#183;m M=27×0.2=5.4kN·m M=27×0.15=4.05kN·m M=0各柱不动铰支座反力分别为 A柱列：n=0.148 =0.40 查表得C=2.12 C=0.92 R=CM/H=2.12×1.35/9.6=0.298kN（） R=CM/H=0.92×5.4/9.6=0.518kN（） R= R+ R=0.518+0.298=0.816kN（） B柱列：n=0.501 =0.40 查表得C=1.69 R=CM/H=2.03×4.05/9.6=0.717kN（） 排架柱顶不动铰支座的总反力为： R= RR

15、=0.816+0.717=1.529kN（） 排架柱顶最后剪力分别为： V=R·R=0.8160.305×1.529=0.35kN（） V=R·R=0.7170.39×1.533=0.119kN（） V=R·R=0-0.305×1.533=-0.468kN（） =0 AB跨作用有屋面活荷载时，排架柱的弯矩和轴力如图14所示BC跨作用有屋面活荷载时,因为BC与AB对称则将上面的剪力、弯矩及内力换个方向其排架柱的弯矩图和轴力图如图15所示吊车竖向荷载作用下的内力分析（考虑厂房整体空间工作）（1）AB跨D作用于A列柱时吊车竖向荷载D与D的偏

16、心作用在柱中引起弯矩为 =503.3×0.35=176.15 kN·m=112.38×0.75=84.285 kN·m其计算简图如图16所示各柱列不动铰支座反力分别为：A柱列：n=0.148 =0.40 C3=0.92 R=CM/H=0.92×176.15/9.6=16.88kN（）B柱列：n=0.501 =0.40 C3=1.15 R=CM/H=1.15×84.285/9.6=10.09kN（）排架柱顶不动铰支座总反力为： R= RRR=16.88-10.09=6.8（）故排架柱顶最后剪力为： V=R·R×0.8

17、=6.88-0.8×0.305×6.8=15.22kN（） V=R·R×0.8=-10.09-0.39×6.8×0.8=-12.21 kN（） V=R·R×0.8=0-0.305×6.8×0.8=-1.66 kN（）计算排架各柱的弯矩图和轴力图见图17所示 (2) AB跨D作用于B柱列左侧时如图18所示由AB跨和的偏心作用而在柱中引起的弯矩为=112.38×0.35=39.33 kN·m=503.3×0.75=377.475 kN·m各柱不动铰支座反力分别

18、为：A柱列：n=0.148 =0.40 C3=0.92 =0.92×39.33/9.6=3.77 kN （）B柱列：n=0.501 =0.40 C3=1.15 =1.15×377.475/9.6=45.218 kN （）排架柱顶不动铰支座总反力为：R= RA+ RB =-3.77+45.218=41.448 kN （）最后剪力为：×0.8=3.77+3.05×41.448×0.8=13.883 kN （）×0.8=45.218-0.39×41.448×0.8=32.286 kN （）×0.8=0.305&

19、#215;41.448×0.8=10.11 kN （） AB跨D作用于B柱左侧时, 排架柱的弯矩图和轴力图如图19所示(4) D作用于BC跨同D作用于AB跨. (略)4、吊车水平荷载作用下的内力分析（考虑厂房整体空间作用）（1）当AB跨作用有吊车横向水平荷载T时 计算简图如图20所示 T=20.59 kN 各柱不动铰支座反力分别为：A柱列：n=0.148 =0.40 X/H=（3.8-1.2）/3.8=0.684 C=0.461 R= CT=0.461×20.59=9.492 kN（）B柱列：n=0.501 =0.40 X/H=2.6/3.8=0.684 查表得C=0.55

20、9 R= CT=0.559×20.59=11.51 kN（） 排架柱顶不动铰支座总反力为： R=RRR=11.51+9.49=21 kN（） 故排架柱顶最后剪力为： V=R·R×0.8=9.49-0.8×0.305×21=4.368 kN（） V=R·R×0.8=11.51-0.39×21×0.8=4.958 kN（） V=R·R×0.8=0-0.305×0.8×21=-5.124 kN（） 5、 风荷载作用下的内力分析左风吹时：计算简图如图22所示各柱不动较支座反

21、力分别为：A柱列： n=0.48 =0.40 C11=0.315 = C11qH=0.315×1.882×9.6=5.691 kN （）C柱列： n=0.48 =0.40 C11=0.315 = C11qH=0.315×0.941×9.6=2.846 kN （） 排架柱顶不动铰支座的总反力分别为： =+ + RB +=4.62+5.691+2.846=13.16 kN （）排架柱顶最后剪力分布为： =5.691-0.305×13.16=1.677 kN （）=0-0.39×13.16=-5.132 kN （）=2.846-0.305&

22、#215;13.16=-1.168 kN （）=1.677-5.132-1.168=-4.623 kN （）排架各柱的弯矩图见图23所示右风吹时的计算简图，剪力和弯矩图等都与左风吹时关于B列柱对称（计算过程略）五、内力组合对B柱进行最不利内力组合。表一 内力计算值截面内力恒载屋面活荷载吊车荷载(两台Q=32/5t)作用在AB跨作用在BC跨D作用在B柱D作用在B柱T作用在AB柱D作用在B柱D作用在B柱T作用在BC柱左风右风项目-M0-3.63.6122.6946.45.86-122.7-46.45.8619.5-19.5N410.4272700000000-M0-3.63.6-254.8-37.

23、895.86254.7937.895.8619.5-19.5N5122727503.3112.380503.3112.38000 -M0-2.912.91-67.5332.9396.567.53-32.9396.5149.27-49.27N537.742727503.3112.380503.3112.38000V00.12-0.1232.2912.2115.6-32.29-12.2115.635.13-5.13表二 内力组合值截面内力项内力组合+及相应N，V-及相应N，V及相应M，V及相应M，V组合项内力组合项内力组合项内力组合项内力-M×1.2+1.4×0.9×

24、+0.9×(+)174.88×1.2+1.4×0.9×+0.9×(+)-174.88×1.2+1.4×0.9×+0.9×(+)-174.88×1.2+1.4×0.9×+0.9×(+)170.35N526.5526.5526.5492.8-M×1.2+1.4×0.9×+0.9 ×(+)324.68×1.2+1.4×0.9×+0.9×(+)-324.68×1.2+1.4×

25、0.9×+0.9×+0.8×(+)-35.75×1.2+1.4×27.3N1219.161219.161663.07614.4-M×1.2+1.4×0.9×+0.9× +0.8×(+)276.45×1.2+1.4×0.9×+0.9×+0.8×(+)-276.45×1.2+1.4×0.9×+0.9×+0.8×(+)-175.9×1.2+1.4×-68.98N1299.921299

26、.921693.96645.29V3.25）-3.25-19.08-7.185六、B柱的截面设计（混凝土C30，主筋采用RRB400级钢筋）B柱的纵向钢筋计算（1）上柱由表2 内力组合值可见，上柱-截面共有7组内力组合。本例采用绝对配筋，不考虑由弯矩的正负号而取其绝对值，经过分析比较，最不利内力为：M=170.35kN·m N=492.8kN由表查得有吊车厂房上柱排架方向的计算高度为： L0=2HU =2×3800=7600mm(a) e0=M/N=170.35/492.8=345.7 附加偏心矩取20和h/30=600/30=20中的较大值，故 ea =20 ei= e0

27、+ ea =345.7+20=365.7=0.2+2.7/=0.2+2.7×365.7/565=1.95，取=1.0/ h=7600/600=12.6715，取=1.0=1+12=1+×1×1=1.18=492.8×10/1.0×14.3×400=72.49mm=310.75mm属于大偏心受压取X=70As=As=<min=0.2%bh=500mm2上柱按构造92.814.7shangzhu 上柱 配筋，选用418，=509mm(b)垂直弯矩作用平面承载力验算查表得，有吊车厂房上柱，有柱间支撑时在垂直排架方向的计算高度为：L0=

28、1.25×3800=4750mmL0/h=11.875,查得轴心受压稳定系数=0.951Nu=0.9a1fcbh+fy(AS+AS1)=0.9×0.951×(1.0×14.3×400×600+2×360×509)=3115 KN > Nmax=492KN选用418，=509mm(2)下柱下柱的可控制截面，由内力组合表可知，经过分析比较，最不利内力组合为：M=324.68kN.m N=1219.16kN有吊车厂房下柱排架方向的计算高度为： =1.0H=1.0×5.8=5.8m截面面积A=1.775&#

29、215;10=M/N=324.68×106/1219.16×103=266.3mm =h/30=800/30=26.720 =+=266.3+26.7=293 =0.2+2.7/=0.2+2.7×293/765=1.2341.0, 取=1.0 / h=5.8/0.8=7.2515, 取=1.0 =1+12 =×1×1 =1.1 =1219.16×10/1.0×14.3×400=213.14h=150此时中和轴在腹板内，重新求X =585.7mm按大偏心受压计算： =1.1×293+800/2-35=687

30、.5mm=251mm2ASmin=0.2×1.715×10=355mm2故按构造配筋,配418， =509mm对非地震区的单层工业厂房柱无特殊要求，一般柱内箍筋均由构造要求确定，选择8200的箍筋进行加密。 （3）、B柱的吊装验算：采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，起吊时混凝土达到强度设计值的100%。计算简图如图24所示（1）荷载计算：自重线荷载（KN/m）,考虑动力系数=1.5，各段荷载标准值为：上柱：g=1.5×1.2×0.9×0.24×25=9.72kN/m牛腿：g=1.5×1.2×0.9×25&#

31、215;（0.8+0.6×2）×0.4+2×0.5×0.62×0.4/1=26.57kN/m下柱：g=1.5×1.2×0.9×1.775×25=7.69kN/m(2)分析:由图24可知 M=g/2=6.48×3.8/2=46.78kN·mM=g(+)/2+(g-g)/2=120.4 kN·m M=g/8-M/2=7.19×5.6/8-120.4/2=32.01 kN·m(3) 承载力验算：上柱： =0.0384 =0.98 =352 mm2 配218， =

32、509mm下柱：=0.036 =0.98 =446mm2 配318， =763mm（4）裂缝宽度验算： 上柱吊装验算：上柱配筋 =509mm 0.01取 裂缝控制等级为三级，环境类别为一类，查表得，故裂缝宽度满足。下柱吊装验算：下柱配筋=763mm 0.01取 0.2，取故裂缝宽度满足要求。（5）牛腿设计设牛腿的高度h=1000mm ,根据吊车梁支撑位置，截面尺寸如图25所示、牛腿高度验算作用于牛腿顶部荷载标准组合竖向力值为： 牛腿顶部水平荷载标准值为： （吊车梁顶与上柱相连）牛腿有效高度=1000-35=965mm裂缝控制系数=0.65（考虑疲劳验算）竖向力F作用点与下柱水平距离a=750-

33、400+20=370mm =571.1kNF=554.10kN， 牛腿高度满足要求、牛腿局压验算取吊车梁垫板尺寸为400×400mmF/A=571.10×10/400×400=N/0.75f=0.75×14.3=10.725 N/、牛腿配筋计算： 牛腿纵向钢筋计算 作用于牛腿顶部的竖向设计值和水平设计值分别为： a=3700.3h=0.3×765=229.5mm选用418，A=1018mm 牛腿弯起钢筋选用218，A= A/2=509 mm 牛腿箍筋选用22/3h高度处ASV=2×78.5×5=785> A/2=509

34、 mm七、B轴排架柱基础设计（混凝土用C25,钢筋HPB235级）1. 荷载(1) 由截面的基本组合值计算，根据B轴排架柱内力组合表中，选择最不利内力对基础进行设计： M=175.19 kN·m，N=1693.96kN按构造要求拟定基础高度h=h1+a1+50,柱插入杯中的高度h1=800mm.杯底的厚度a1=250mm,所以h=800+250+50=1100mm基础顶面标高为0.6m(2) 按轴心受压Nmax估算基础底面尺寸 放大20%40%后，取，基础底面截面抵抗矩基础及台阶上土重标准值为：20×3.6×2.4×1.7=293.8kN2地基承载力验算

35、： Mk=175.19/1.35=129.8 kN·m Nk=1693.96/1.35=1254.8kN Vk=19.08/1.35=14.1kNMb,k= Mk+ Vkh=129.814.1×1.1=145.31 kN·mNb,k= Nk+Gk=1254.8+293.8=1548.6kN基础外形尺寸的确定杯壁厚度t,由表得t=300mm则基础顶面突出柱边宽度 b1=300+75=375mm杯壁高度h2=400mm,杯底厚度a1=300mm t/h=1>0.65杯壁可不配筋底面尺寸如图26所示。基础底面设置C10砼垫层。基础高度的验算由地基承载力验算，采用净

36、反力，按其对基础高度进行验算 M=175.19 kN·m N=1693.96kN V=19.08kNMb= M+ Vh=175.1919.08×1.1=196.18 kN·mNb= N=1693.96kN验算台阶截面处的冲切力h0=70040=660mmat=375×2+400=1150mmab= at+2 h0=1150+2×660=2470mmmm =0.876m2因为变阶处h=700<800mm.故=1.0Fl=jmaxAl=233.9×0.876=204.9kN0.7hpfcamh0=0.7×1.27×

37、;10-3×1810×660=1059KN>204.9kN受冲切承载力满足要求基础底板配筋1.基础长边方向配筋由三角比例关系算得柱边净反力Pn1=158.3+2.2×(233.9-158.3)/3.6=204.5kN 台阶边缘净反力Pn2=158.3+2.575×(233.9-158.3)/3.6=212.4kN控制截面边:=372.3 kN·m台阶截面处 =232.9 kN·m2.基础短边方向配筋计算按轴心受力计算,平均净反力柱边缘处：kN·m台阶截面处 KN·m 3基础底板钢筋的配置长边方向：选用2012，AS=2260mm2,均放置于基础底面短边方向：选用1510，AS=1177.5mm2,均放置于基础长边方向钢筋的内侧八、抗风柱设计及抗风柱基础设计抗风柱设计（砼C25,钢筋HRB335）上柱