单层厂房结构课程设计计算书

1、课程设计专业：土木工程（本科）学号: 姓名：杨树国日期：2008年4月16日一、设计资料1、白银有色（集团）公司某单层车间建筑平面图。2、钢筋混凝土结构设计手册。二、计算简图的确定2.1计算上柱高及全柱高：室外地坪为-0.15 m基础梁高o.6m高出地面o.im放置于基础顶面, 故基础顶面标高-0.65 m根据设计资料得：上柱高Hu二吊车梁高+ 轨道构造高度+吊车高度+安全距离=900+200+2734+166=4000=4m全柱高H二轨顶标高-（吊车梁高+轨道构造高）+上柱高-基顶标高=6.8-（0.9+0.2）+4+0.65=10.35故下柱高 Hi 二 H - Hu =10.35-4.0

2、=6.35 m上柱与全柱高的比值4.0二 0.386H 10.352.2柱截面尺寸：因电车工作级别为A5，故根据书表2.9 （A）的参考数据，上柱采用矩形截面 A C列柱：b h = 500mm 500mmB 列柱：b h = 500mm 700mm下柱选用 I 型 A C列柱：b h hf = 500mm 1200mm 200mmB列柱：b h hf = 500mm 1600mm 200mm（其余尺寸见图），根据书表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A、C列柱：也 6350 = 254mm ： b = 500mm （符合）2525B 列柱：也 63

3、50 = 254mm ： b = 500mm （符合）2525对于下柱截面高度：A、C及 B 列柱皆有：也 6350 = 529mm ： h = 1200mm （符合）12 122.3上、下柱截面惯性及其比值排架A C列柱上柱 lu 二丄 500 5003 =5.208 109mm412下柱 I,二丄 500 12003 -2 丄 200 800312 12+ 4 一 200 503（- 50 ）2 - 200 50 = 7.067 1010mm436322比值： =5 二 5.208 10：二 0.074I,7.067X10排架B列柱1上柱 lu 500 7003 =1.429 1010mm

4、412下柱 L.l 500 16。3-2 i1 200 1200121100i+ 4 36200 503（350 ）2勺200 50"91011 mm4比值:1.429 1010111.199 1011= 0.119c_ 80。2.4校核C:对于边列柱A、C,吊车桥架外边缘至上柱的边缘的净空宽度应满足查表 B = 300mm，取 e = 750mm所以将A C列柱向外移动150mm此时c = 100mm 80mm满足要求。对于中列柱 Be =e_B 一0 =750 一300 _350 =100mm . 80mm，满足要求。三、荷载计算3.1屋盖结构自重预应力大形屋面板1.4KN/m2

5、25mn厚水泥砂浆找平层0.5KN/m2一毡而油隔气层0.5KN /m2100mn厚珍珠岩制品保湿层0.4KN /m225mri水泥砂浆找平层0.5KN /m2三毡四油防水层上铺小石子0.4KN/m2天沟板' 9 WKN/m22.02 汉 6=12.12KN每榀天窗架每侧传致屋架的荷载34KN屋架自重122KN则作用于横向平面排架边柱柱顶屋盖结构自重为hed二eAi二(-u -150) 一 150 = 50mm作用点在上柱中线右23.2柱自重上柱：GA2 =GC2 =25 0.5 0.5 4 =25KN下柱：GA3 =Gc3 =25 6.35 0.5 0.2 2 0.7 0.1 2 0

6、.1 q0" 0.05 1.13.3吊车梁及轨道自重3.4屋面活荷载由荷载规范可知，对于不上人的钢筋混凝土屋面，其均匀活荷载的标准值为0.7KN /m2，大于该厂房所在地区的基本雪压S°=0.45KN/m。故屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为：3.5吊车荷载AB跨：由任务书表格查得，Pmax,k = 230KN ， B=6390mm，K = 5000mmQ2,k =69.77KN，吊车总重：370KN 小车重 69.77KN根据B与K及反力影响，可算得与各轮对应的反力影响线竖标如图，于是求得作用于柱上的吊车垂直荷载：作用于每个轮子的吊车水平制动力标准值：对硬钩吊车：=0.20

7、则作用于排架上的吊车水平荷载，其作用点到柱顶的垂直距离y =Hu -he =4.0 -0.9 =3.1m ( he为吊车梁高)BC跨:由任务书表格查得：Q2,k =155KN，吊车总重：580KN 小车重 155KN作用于每个轮子的吊车水平制动力标准值：则作用于排架上的吊车水平荷载，其作用点到柱顶的垂直距离y31y = Hu -he =4.0 一0.9 = 3.1m （ he为吊车梁高）0.775Hu 4.03.6风荷载XX地区的基本风压w。=0.55KN/m2，对于城市地区，风压高度变化系数 按B类地区考虑高度取值。对q1,q2按柱顶标高9.7 mJ =1.00，对Fw4=1.14。 风荷载

8、体型系数b的分布如图4所示。a s=0.6所以综上所述，有排架受荷总图如下四、排架内力计算4.1恒荷载作用下排架的内力将图5中的恒荷载G1,G2及G4的作用简化为图6中的a,b,c所示的计算简图 在G1作用下，规定弯矩顺时针为正，逆时针为负，简力向右为正，向左为负。已知n=0.074，一 0.386，由附图1.2中的公式得，故在Mu作用下不动铰支承的柱顶反力故附图1.3中公式故在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相应的弯矩图如图所示。G2的作用下相应的弯矩图如图所示。G4的作用下G2，G4作用下的恒相应的弯矩如图所示，将图的弯矩

9、图叠加，得在G1 ,荷载弯矩图，相应的轴力N如图，所示因恒荷载对称，Rb =04.2屋面活荷载作用A柱（Q柱n=0.074， = 0.386，由附图 1.1 得B柱n=0.119，上.-0.386，由附图 1.1 得简力分配系数A柱.=QA1 沢G =56.7x0.05 = 2.84KN ，m甘）:M12 =QA1= 56.7 0.35 =19.85KNB柱：M 二Qb左 0.15 =56.7 0.15 =8.51KN当作用与柱顶弯矩时，A柱：n=0.074，怎=0.386， ° =2.49，C2 =0.74，所以 RA 二入 R2 二 -0.68 -1.42 二-2.1KNB柱：n

10、=0.119，=0.386各柱顶剪力AB跨由吊车Dmax在A柱 计算各柱顶剪力。按图11所示先求AB柱上的吊车竖向荷载对下柱轴线产生 的弯矩为A柱：n=0.074，- =0.386 c3 =0.74 RA =12.03KNB柱：n=0.119， =0.386 C3 二 0.89 Rb = 8.65KN求各柱总的柱顶剪力其内力图如图12AB跨有吊车Dmax在B柱计算各柱顶剪力。按图13所示先求出AB柱上的吊车竖向荷载对下柱轴线产 生的弯矩为A柱：n=0.074 , 0.386 c3 =0.74B柱：n=0.119 , =0.386 C3 =0.89，求各柱总的柱顶剪力其内力图如图BC跨有吊车Dm

11、ax在C柱计算各柱顶剪力。按图15所示先求出BC柱上的吊车竖向荷载对下柱轴线产 生的弯矩为C柱：n=0.074 , =0.386 c3 =0.74B柱：n=0.119 , =0.386 c3 =0.89，求各柱总的柱顶剪力其内力图如图BC跨有吊车Dmax在B柱计算各柱顶剪力。按图17所示先求出BC柱上的吊车竖向荷载对下柱轴线产 生的弯矩为C柱：n=0.074 , =0.386 c3 =0.74B柱：n=0.119 , =0.386 C3 =0.89 ,求各柱总的柱顶剪力其内力图4.3吊车横向水平荷载作用在排架的内力吊车横向水平荷载Tmax是作用于吊车梁顶面。铆焊车间的吊车梁高度为故Tmax的作

12、用点离柱顶的高度为：y =已 一0.9 =4.0 一0.9 =3.1m，上=31 = 0.7775，即 八 0.775比，TmaxH 4.0跨有吊车，Tmax在AB柱0.9m,=23.49计算各柱顶剪力A柱：n=0.074， - =0.386 由附图 1.5 中得,22.1丸+汕 对于 y =°.7Hu， C5 :2卩+ 0丄一 1 1 :5刀2-2.4 丸 + 丸3 对于 y = 0.8 H u ， C5 :2 1 +川一1 1 :5丿空2 0.4h： -0.34而y =0.775Hu，利用线性内插得，C 0.355所以 RA 二Tmax C5 =23.49 0.355 =8.34

13、KNB柱：n=0.119，- =0.386 由附图 1.5 中得,2 - 2.1人+冲0.243.h0.121 31-1n11= 0.46对于y = 0.7比，C5二21寺竺0.4h0.422.4 九对于 y = 0.8H u , C5 =而y =0.775比，利用线性内插得，C 0.4015所以 Rb =Tmax C5 =23.49 0.4015 =9.43KN求各柱总的柱顶剪力各柱弯矩、剪力计算如下:A柱：VA =23.49 -1.23 =22.26KN同理可得B、C柱弯矩、剪力内力图如下：跨有吊车，Tmax在BC柱计算各柱顶剪力C柱：n=0.074，- =0.386 由附图 1.5 中得

14、，对于 y=0.7Hu，C 0.4对于y=0.8Hu，C5 =0.34而厂0.775肌，利用线性内插得，C 0.355所以 RC 二Tmax C5 =54.17 0.355 =19.23KNB柱：n=0.119，兔-0.386 由附图 1.5 中得，对于 y=0.7Hu， C5 -0.46对于 y=0.8Hu，C5 =0.4而 y=0.775Hu，利用线性内插得，C5 =0.4015所以 R -Tmax C5 =54.170.4015 =21.75KN求各柱总的柱顶剪力内力图如下：4.4风荷载作用下排架的内力A柱：n=0.074， 一0.386，由附图 1.8 得, 求各柱顶总的剪力其内力图如

15、图:横墙的最大间距S=54, 32<54<72,所以由砌体结构表4.2得，为刚性 方案墙高：H=6.8+2.734+0.1+1.7+0.15+0.15=11.63 m计算连系梁自重及所承担的墙自重：五. 内力组合5.1按周期等效集中于屋盖处的重力荷载代表值载荷类别跨别AB跨BC跨屋面自重807.58雪何载72.9吊车梁，轨道及轨道连接的自重87.6柱自重A 柱：25+52.4=77.4B 柱：35+61.仁96.1C 柱：77.4外墙自重5.2按地震作用等效集中于屋盖处的重力荷载代表值：5.3集中吊车梁顶面处的重力荷载GcriA, B跨无吊重时吊车最大轮压：B, C跨无吊重时吊车最

16、大轮压：根据吊车梁支座反力影响线计算一台吊车重力荷载在柱上产生的最大反力A,B 跨：Gcri 二巳ax 寺=109.95 0.167 1 =128.31KNC,C跨：Gcri 二 Pmax lyi =183.75 0.167 1 = 214.44KN混凝土强度等级 C30 ( Ec =3.0 107KN /m2)因为=1.23 10J1= 2.52 10J1所以沖=-1.83 10，1X i所以结构基本周期为 T； -2K G1-2 0.8 .1923.81.83 10 -0.95s5.5排架底部总水平地震作用标准值采用底部剪力法计算横向水平地震作用，厂房所在地的特征周期0.4s，地震影响系数

17、最大值:-max =0.08，取结构的阻尼比.=0.05，所以有-0.9, 1 702, 2 =1因为 T1 =0 =2.375，所以 Tg : T ：5Tg Tg 0.4gg仃 Yf 0 4 f9所以 a max = I -.- t 汇1 汇 0.08 =0.037 s J丿10.95丿排架底部总水平地震作用标准值：Fek =-G =0.037 2047.19 =75.19 KN5.6排架质点横向水平地震作用标准值吊车梁顶面处由吊车桥架引起的横向水平地震作用标准值：各质点水平地震如图：5.7横向水平地震作用效应及组合的荷载计算在 F 作用下柱顶剪力 VA =VC = aF =0.4 75.1

18、9 = 30.08 >根据建筑抗震设计规范的规定，考虑空间工作和扭转影像调整排架柱的地震剪力和弯矩，各柱内力均乘以调整系数0.75，内力图如图30所示AB跨吊车顶面Fcr1作用于A柱和B柱将AB跨吊车水平荷载作用下排架内力乘以系数0.146，得到排架在AB跨Fcri作用下的内力。根据抗震规范，对于A柱，B柱上柱内力应乘以吊车桥 架引起的地震剪力和弯矩增大系数， A柱上柱内力增大系数2.0, B柱上柱内 力增大系数3.0，得到其内力如图31。BC跨吊车梁顶面Fcr2作用于C柱和B柱将BC跨吊车水平荷载作用下排架内力乘以系数0.105。根据抗震规范，对于B柱，C柱上柱内力应乘以吊车桥架引起的

19、地震剪力和弯矩增大系数，C柱上柱内力增大系数2.0，B柱上柱内力增大系数3.0，得到Fcr2作用时的排架 内力如图。与横向水平作用效应组合的荷载效应计算雪荷重力荷载效应50%屋面雪荷载与屋面活荷载比值为 0.5 X 0.45/0.7=0.321所以50%屋面雪荷载作用于AB,BC跨时所产生的排架柱内力可以利用叠加原理计算，即由屋面活荷载分别作用于AB, BC跨时乘以0.45进行相加，从而得到屋面雪荷载作用下的内力。跨有吊车min, k=D -Pminmax,kPmax77-338.280.87 KN322D min, k 338.2Dmax,k 560.76-0.603当Dmax'作用

20、在A柱时，其内力图为 当Dmax'作用在B柱时，其内力图为跨有吊车rDmin,k = Dmax,k=697 92497.05KN , D6970.635Rnax663.6Dmaxk 1097.7当Dmax'作用在B柱时，其内力图为 当Dmax'作用在C柱时，其内力图为六. 柱设计6.1柱纵向受力钢筋计算无地震作用和有地震作用时所得到内力组合是纵向受力钢筋计算的依据。为便于比较将有地震作用得到的内力组合值乘以抗震调整系数RE，查得re=0.8，A柱的内力组合汇表如下表：截面无地震作用有地震作用MNV丫 reM?RE N?reV1-1217.07583212.18441.7

21、6-161.59638.5-116.36441.76324.8518.8212.18441.76-88.78583-73.94441.762-2224.121135.99107.28808.42-355.96802.79-265.68560.96459.841207.4107.28808.42-210.45570.74-244.34483.83-38941199100.9528.42858.754.23-450.12873.53-34.53-354.14611.74-26851.91270.399.62528.42858.754.23-326.52712.83-23.89-256.5534.1

22、1-23.276.2选取控制截面最不利内力混凝土等级强度 C30 ( Ec =3.0 104N/mm2,fc =14.3N/mm2)纵向受力钢筋采用HRB33嗽。由混凝土结构(上)式4.6得，相对界限受压区高度为：b A =0.55上下柱采用对称配筋，其截面有效高度分别是465和1165mm1 cu Es对上下柱进行大小偏心受压判断：上柱：Nb = ： ifcb bho =1.0 14.3 500 0.55 465 =1828.6KNNb uG/cIb-ho +（b一b ）hf =1.0如4.3 汇500 汉0.55疋 1165下柱：+ （500 100 尸150 =5439.4 KN所以对于

23、上柱，N ： Nb "828.6KN属于大偏心受压对于下柱，N : Nb =5439.4KN属于大偏心受压按照“弯矩相差不多时，轴力越小越好；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则确定以下最不利内力：上柱：M=324.8KN.mN=518.8KN下柱：M=894KN.mN=1199KN6.3柱长度计算由表2.22得，排架方向，上柱：l°=2.0Hu=2.0 4.0 =8m下柱：l0 =1.0h =1.06.35 =6.35m垂直排架方向：上柱：10 =1.25匕=1.25 4 =5.0m下柱：l0 =0.8h =0.8 6.35 =5.08m6.4上柱配筋e二仓ea =62

24、6.06 20 = 646mm， 5 = 8000 =16 5故应考虑结构侧移和 h 500构件绕曲引起的二阶弯矩对轴向压力偏心距的影响，压力偏心距的影响：选用622 As二民=2280mm2，全部纵向钢筋的配筋率，二丝0/ = 1.8%>0.6%500/ N =1199 ： :, fcbf hf =1430KNN*二 x167.69mm . 2a$ = 235 = 70mm且:：:hf =200mm：i f4选用 4：20 As = As = 1256mm2， 1256 2 =O.8%>0.6%3000006.6柱平面外受压承载力验算上柱平面外受压承载力验算时，最大内力为N=63

25、8.5KN10 =5000 =10，由混凝土结构（上）表6.1得，=0.98 b 500所以平面外受压承载力满足要求，下柱平面外受压承载力验算时，最不利内力为Nu =0.9fcA fy As = 2940.08KN 1270.3KN，故平面外受压承载力满足要求。6.7裂缝宽度验算：上柱：M =324.8KN m,N =518.8KN下柱：M =894 KN m，N =1199 KN根据以上两组内力组合项次，可计算与该两组内力对应的弯矩和轴力标准值为：上柱： M =283.74KN m，N =356.83KN下柱： M =785.76KN m，N =984.77KNMkNk=283.74 107

26、95.17mm，356.83因为辭霊"1 g，故应做裂缝宽度验算故最大裂缝宽度：wmax-叫理 sk 1.9c*0.08j - 0.28mm< Wmax】0.3m m，满足要求。Es Ihe >AdWmax耳 1.9。+0.08=0.27m lwma= 0.3mm，满足要求Es IHe j所以下柱配筋选为4门20甩=As =1256mm2 。6.8柱牛腿设计牛腿几何尺寸的确定牛腿截面宽度与柱宽度相等为500mm取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离G =80 ,吊车梁端部宽为340mm吊车梁轴线到柱面外侧的距离为 750mm则牛 腿顶面的长度为750-500+340/2+80=5

27、00mm 相应牛腿水平截面高度为 500+900=1400mm牛腿外边缘高度h1 =500mm，倾角:-450，于是牛腿的几何尺寸如图所示：牛腿配筋由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，即：一 750-800 - -50mm： 0，故该牛腿可按构造要求配筋纵向钢筋取4 16，箍筋取12100牛腿局部挤压验算设垫板的长度和宽度为500x 500mm局部压力标准组合值:故局部挤压应力为：-sk3Fvk604.56 103A 500 5002 2= 2.42N/mm ： 0.75fc =0.75 143 = 10.73N/mm(满足要)6.9柱的吊装验算吊装方案：一点翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处，

28、如图所示上柱自重：gi =1.2 1.5 25 0.5 0.5 =11.25KN /m20.5(1.4 0.7 -1/2 0.2)牛腿自重：gi =1.2 1.5 2530.86KN /m0.7下柱自重：g1.2 1.5 25 0.39 =17.55KN /m，计算简图如图所示。内力计算M"1 17.55 6.32 一948 =40KN.m，弯矩图如图所示。8 2柱吊装简易图截面承载力计算截面 1-1 : b h = 500 500mm,h0= 465mm,As=As= 2082.64mm2，fy=300N/mm2故截面承载力：截面 2-2 : b h=500 1200mm, h0

29、= 1165mm ,As = As = 1256mm2， f y =300N/mm 。故截面承载力：Mu Sfy(h0 -as，所以符合要求。裂缝宽度验算由承载力计算可知，裂缝宽度验算截面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：匚=0.43:te 二280 =0.018，.: =1.10.65 bh2Wmaxcr ?(1.9c 0.08)二 0.27m： WmaxP 0.3mm ,满足要求。Es：te七、基础设计由柱传致基顶的荷载由表6可知荷载值如下:第一组：Mmax =894KN.m , N =1199KN , V =100.9KN ；第二组：Mmin 二-450

30、.12KN .m , N = 873.53KN , V = -34.53KN ；第三组：Mmax =1270.3KN.m , M -851.9KN , V -99.62KN ；第四组：Mmin =534.11KN.m , M =-256.5KN , V-23.27KN。由基础梁传致基顶的荷载(G5)墙重(含两面抹灰)：(11.63 0.9 一0.6) 6一4.2 (4.8 1.8) 5.24 =229.83KN ；窗重：(4.8 4.2+1.84.2)0.45=12.47KN;基础梁：6 4.2=25.2KN所以荷载设计值为267.50 1.2=321KN由基础梁传致基础顶面荷载标准值为：G5

31、对基础底面中心的偏心作用 e5 =0.25/2 1.2/2 = 0.75m偏心弯矩： M5 二 G5e5 =321 0.75 = 作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力假定基础高度为800+50+250=1100mm(800为柱插入深度，由表2.25查得)则作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值为：第一组： M1 =894 1.1 71.32 240.75 =731.70KNm，第二组： M2 二450.12 -1.1 34.53 -240.75 728.85KNm，N2 =321873.53 =1194.63KN第三组： M 3 =851.9 99.62 1.1 - 240.75 = 479.

32、98KNm，第四组： M4 - -256.5 -1.1 23.27 -240.75 - -522.85KNm，7.2基底尺寸的确定基底尺寸的确定，应由标准值计算，故由表 5得，A =（1.11.4）F/（f _rGd） =1 m2,因为 1/b=1.52.0 ,由 1/b=1.5 和 A=（5.777.34 ） itf,解得，b=（1.962.3）m，取 b=2.3m; l=1.5b=1.52.3=3.5m,取 l=4m验算e _1/6的条件eg =M /N =731.70心079.83 22 2.3 4 2） =0.23 ： 1/6 =4/6 =0.67m （可以） 验算其它三组荷载标准值作

33、用下的基底应力第一组：NM22PmaxrGd212.92KN /m2 ：1.2f =300KN/m2 ；AwPminGd =96.14KN /m2>0AwP =电 皿=154.53KN /m2 ： f = 250KN /m2。2第三组：NM22PmaxrGd273.11KN/m2 ：1.2f =300KN/m2 ；AwPmin = N Gd-M=116.5KN/m2>0AwP =弘 皿 =194.81KN /m2 ： f 二 250KN /m2。2第四组：NIM22PmaxrGd209.31KN /m2 : 1.2f = 300KN /m2 ；AwPmin = N rGd=38.7

34、3KN/m2>0;AwP 二血 皿=124.02KN /m2 ： f 二 250KN /m2。2所以均可以。因为该车间属于可不做地基变形计算的二级建筑结构，所以最后确定基底尺寸为2.6mX 4m基础受离图40所示。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41所示。由于上阶底面落在柱边破坏锥面内， 故该基础只须进行变阶处的抗冲切力验算。731在各组荷载设计值作用下的低级最大净反力N M2第一组：Ps,max A W 二 265.51KN /m2 ；第二组：Ps,max 鈴二 233.76KN /m2 ；第三组：Ps,max 沦 M =213.31KN /m2 ；A第四组：Psmax=167.5