单厂结构课程设计(宁波大学)上课讲义

1、宁波大学课程设计计算书（混凝土单层工业厂房结构设计）指导教师 李辉班级 土木081姓名 张成初学号 0847741352011年04月混凝土单厂结构设计一、设计任务及资料本工程为一工业厂房，根据工艺要求，该车间为单跨，跨度为24米，柱距6米，长60米，跨内设有10吨，中级工作制吊车（A4 ） 一台，轨顶标高须不低于8.1米，采用纵墙开窗方案。该厂房所在地区基本风压 0.6 KN/怦，地面粗糙度 B类；基本雪压 0.6 KN/怦。该地区 工程地质条件良好， 地面下1.5米左右为中密粗砂层， 层厚6米，地基承载力特征值 200KN/ 血2,常年地下水位-5米以下。抗震设防烈度为6度，不进行抗震计算

2、，按构造设防。建筑平剖面图如下：、确定做法并选型:1、 屋面为二毡三油防水层上铺小豆石作法(0.35KN/m 2)，下为20mm厚水泥砂浆找平层(0.4KN/m 2)，80mm 厚加气混凝土保温层(0.65KN/m 2)，6m预应力混凝土大型屋面板(1.5KN/m 2)，算得包括屋盖支撑(0.07KN/m2)在内的屋面死载为 2.97KN/m 2。可变荷载的标准 值为基本雪压0.6KN/m 2。2、屋面荷载设计值q=1.35 X2.97+1.4 x 0.6x 0.7=4.6KN/m 2,q=1.2 x 2.97+1.4 x 0.6=4.404KN/m 2,故取 q=4.6KN/m 2。由于跨度

3、为24m,可考虑不设天窗，排水方式选择两端外天沟排水，故采用24m跨折线形预应力混凝土屋架，屋架型号为YWJ24-1Ba。每榀屋架重力荷载为121.7 KN/m 2。3、 根据轨顶标高要求选择柱子，采用上柱buhu=400mm x 400mm, 下柱 bx h x bfx hf= 400mm x 800mm x 162.5mm x 100mmITnn柱子有关参数如下表:柱子参数(H=11.5m , Hu=3.6m, Hi=7.9m)参数A(B)柱Au(mm2)1.6x 105Iu(mm4)2.13 x 109Al(mm2)1.775 x 105Il(mm4)14.38 x 109启 H u/H

4、0.313>0.3n= 1 u/Il0.148n0.5自重重力荷载(KN)(包括牛腿)上柱 P2a=P2b=14.40KN下柱 P3a=P3b=48.22KN三、荷载计算1、屋面死载上柱 Pia=Pib=2.97 x 6x (12+0.77)+121.7/2=288.41KNM ia=M ib= Pia eiA =288.41 x 0.05 =14.42KN mM2a=M 2b= P1A e2=288.41 x 0.20=57.68KN m2、屋面可变荷载(取0.06 KN/m2作用于一跨)P1a=P1b=0.6 x 6 x (12+0.77)=45.97KNM 1a=M 1b= P1a

5、 e1A =45.97 x 0.05 =2.30KN mM2a=M 2b= P1a e2=45.97 x 0.20 =9.19KN m3、柱自重重力荷载柱选用 BZ624 c-4A，自重6.39tP2a=P2b=0.16 x 3.6x 25=14.40KNM2a=M 2b= P2a e2=14.40 x 0.20 =2.88KN m P3a=P3b=63.90 14.40=45.25KN4、吊车梁及轨道连接重力荷载吊车梁选用 DL-6B,自重2.82tP4a=P4b=28.20+0.81 x 6=33.06KN ,M4a=M 4b= P4a e4=33.06 x 0.35 =11.57KN m

6、5、吊车荷载1)吊车主要参数吊车吨位Q(KN)吊车宽度B(mm)轮距K(mm)P max(KN)Pmin(KN)Q1(KN)101005550440012547392)吊车竖向荷载的标准值Dmax= 125 x (1+0.267)=158.33KND min= 47 x (1+0.267)=59.55KNa. 当D max在A柱：施加于 A 柱的 P4a=N=158.33KN , M4a=M=158.33 x 0.35=55.42 KN m施加于 B 柱的 P4a=N=59.55KN , M4a=M=59.55 x 0.35=20.84KN mb. 当Dmin在A柱：施加于 A 柱的 P4a=

7、N=59.55KN , M4a=M=59.55 x 0.35=20.84KN m施加于 B 柱的 P4a=N=158.33KN , M4a=M=158.33 x 0.35=55.42 KN mc. 吊车横向水平荷载一台 10t 吊车作用时， T=0.12 x (100+39)/4=4.17KNTmax=4.17 x (1+0.267)=5.28KN6、风荷载占兰壬壬壬三qq1q2q3q4q5q6p1.02241.063981.063981.063981.063981.06398p0.80.50.80.50.60.5qik2.941.843.061.922.301.92作用长度1.181.181

8、.791.79方向*1）求 pz柱顶处（按离地面10.8m计），求得 吟1.0224。檐口处（柱顶及以上各部分风荷载均可近似以平均离地高度2）求p和各部分的qikqik=Dw k=D p pzw0=6 x 0.6 p pz=3.6qik值计算12.285m 计),p=1.06398。3)求q1、q2和Fw的设计值q1= y q1k =1.4 x 2.94=4.12KN/mq2= y q2k =1.4 x 1.84=2.58KN/mFw= y 1.18(q 3k+ q4k)+1.79(-q5k+ q6k)= 1.4 x 1.18(3.06+ 1.92)+1.79(-2.30+ 1.92)=7.2

9、7KN荷载汇总表荷载类型简图A(B)柱N(KN)M(KN m)Pia= 288.41KNP2a=14.40KN(上柱)P2A + P4A=47.46KN(下柱)P3A= 49.50KNM 1a=14.42KN mM2a=57.68+2.88 11.57=48.99KN m屋面活载Pia=45.97KNMia=2.30KN mM2a=9.19KN m吊车竖向荷载D max在A柱P4A= 158.33KND min在A柱P4A= 59.55KNM4a=55.42 KN mM4a=20.84KN m吊车横向荷载T max=5.28KNqi=4.12KN/m q2=2.58KN/m Fw= 7.27K

10、NA柱内力汇总表何载类型序 号简图M(KN m)V (KN)N (KN)I In nmmM(KN m)N(KN)M(KN m)N(KN)M(KN m)N(KN)V(KN)死载112.22302.81-36.77335.8721.69385.377.40屋面 活载22.4545.97-6.7445.973.6945.971.32吊 车 竖 向 荷 载Dmax在A柱3a-19.94035.48158.33-8.29158.33-5.54D min在A柱3b-7.49013.3559.55-3.0859.55-2.08吊车横 向水平 何载4± 4.750± 4.750±

11、 46.460± 5.28风荷载向 右 吹5a28.93028.930279.57048.00向 左 吹5b-46.390-46.390-247.080-36.32A柱内力组合表截面组合目的被组合内力项序号M(KN m)N(KN)V(KN)I I+ M max,相应 N1.2(1)+0.9 x 1.4 x (2)+(5a)54.20421.29-M max,相应 N1.2(1)+0.9 x 1.4 x (3a)+(4)+(5b)-74.90363.37Nmax，相应 ± M max1.2(1)+0.9 x 1.4x (2)+(3a)+(4)+(5b)-71.81421.29

12、Nmin，相应 ± M max1.2(1)+0.9 x 1.4 x (3b)+(4)+(5b)-74.90363.37n n+ M max,相应 N1.2(1)+0.9 x 1.4x (3a)+(4)+(5a)43.02602.54-M max,相应 N1.2(1)+0.9 x 1.4 x (2)+(5b)-111.07460.97Nmax，相应 ± M max1.2(1)+0.9 x 1.4 x (2)+(3a)+(4)+(5a)34.53660.46Nmin，相应 ± M max1.2(1)+0.9 x 1.4x(5b)-102.58344.59mm+ M m

13、ax,相应 N1.2(1)+0.9 x 1.4x (2)+(3b)+(4)+(5a)437.59595.4075.06-M max,相应 N1.2(1)+0.9 x 1.4 x (3a)+(4)+(5b)-354.28661.94-50.52Nmax，相应 ± M max1.2(1)+0.9 x 1.4 x (2)+(3a)+(4)+(5a)431.03719.8670.70Nmin，相应 ± M max1.2(1)+0.9 x 1.4x(5a)378.29462.4469.36四、柱的配筋计算材料：混凝土 C30, fc=14.3N/mm2, ftk=2.01N/mm2,

14、 ft=1.43N/mm2钢筋(HRB335) f y= f y=300N/mm 2箍筋(HPB235) f y =210N/mm 2, Es=2.0 x 105N/mm 2(HRB335)柱截面参数：上柱 I I 截面： bx h=400mm x 400mm, A=1.6 x 105mm2, a=a =45mm , ho=355mm ； 下柱 n n,川一川截面： bf=400mm , b=100mm , h '=162.5mm , h=800mm。 A=bh+2(b f - b) hf =1.775x 105mm2, a=a =45mm , ho=755mm截面界相对限受压区高度帛

15、=31/1+ f y /( Es &u)=0.8/1+300/(2.0 x 105x 0.0033)=0.550I I 截面： Nb= f c $ b ho=14.3 x 0.550 x 400 x 355=1116.83KNn n,n山截面：Nb= fc $ b h0+ fc (b'f-b) hf =14.3 x 0.550 x 100x 755+(400-100) x 162.5=1290.93KN由内力组合结果看各组轴力 N均小于Nb,故各控制截面为大偏心受压情况，均可用 N 小M大的内力组合作为截面配筋计算的依据。故I I截面以 M= 74.90 KN -m, N=36

16、3.37KN计算配筋；n n,川一川截面：以M=437.59 KN - m, N=595.40 KN 计算配筋。A柱截面配筋计算表截面I Imm内力M(KN - m)74.90437.59N(KN)363.37595.40e0= M/N (mm)A206.13734.95ea (mm)20800/30=26.67ei= e0+ ea (mm)226.13761.62l0=2Hu； b=Hi (mm)72007900Z=0.5 fc Ac/N w 1.01.01.0Z=1.15-0.01l0/hw 1.00.9701.0n=1+(l0/h)2Z Z/1400(ei/h0)1.35241.0690

17、x=N/f cb 或 x=N/f c b f (mm)63.53<2 a =902 a 'w 104.09W h fx w 2 a 时，As=A s=N( n 卜0.5h+a )/f y(h0-a )589.282(mm )当 2 a < x w h '时，As=A s=N( n &0.5h+0.5x)/f y(h°-a ) (mm2)1303.22pmin Ac （mm 2）（一侧纵向钢筋）320355一侧被选受拉钢筋及面积 （mm2）4 16(804)3 18, 320 (1705)五、牛腿设计计算1、荷载计算及截面选型Fvk=P4A(吊车梁及

18、轨道)+P4A(Dmax)=33.06+158.33=191.39KNFv=1.2 x 33.06+1.4 x 158.33=261.33KNFhk=T max =5.28KNFh=1.4 X 5.28=7.39KN牛腿截面及外形尺寸b=400mm , h=600mm, h1=400mm>h/3 , c=200mm ,a=arctan(200/200)=45 ° ， ho=h1-as- ctan a=400-45+200 tan45 ° =555mm， a=0， B取 0.65阳-O.5Fhk/Fvk)Ftkbho/(O.5+a/ho)=O.65 x (1-0.5x

19、5.28/191.39) x 2.01 x 400x 555/(0.5+0)=572.08KN>F vk，满足要求2、计算纵向受力筋a=0<0.3h 0,取 a=0.3h0=0.3 x 555=166.5mm ,As=Fva/(0.85h0fy)+1.2Fh/fy=261.33 x 103 x 166.5/(0.85 x 555 x 300)+1.2 x 7.39 x 103/300=337.01mm 2选用 2 12214 (534mm2)另选212作为锚筋焊在牛腿顶面与吊车梁连接的钢板下。3、验算纵筋配筋率p=534/(400 x 600)=0.22 % >0.2 % ,

20、 且 >0. 45ft/fy=0.45 x 1.27/300=0.21 %4、验算牛腿顶面局部承压近似取 A=400 x 380=152000mm2, 0.75fcA=0.75 x 14.3 x 152000=1630.2 x 103n=1630.2KN> Fvk。5、 按构造要求布置水平箍筋，取坏100，上部2h0/3(=2 x 555/3=370mm)范围内水平箍筋 总面积为 2x 50.3x 370/100=372.22 mm2>A s/2=534/2=267 mm2因为a/h0=0<0.3，可以不设弯筋。六、柱的吊装验算起吊点q3=(0.8+0.2) x X 0

21、.2/2 x 0.4 x 25/0.6=9.67KN/mqi=(48.22-0.6 x 9.67)/ (7.9-0.6)=5.81KN/mq2=1.6 x 105 x 25/106=4.0KN/m按悬臂梁算得 Md=-25.92KN m, Mb=-36.30 KN mD截面：os=M/(0.87h 0As) =1.5 x 25.92x 106/(0.87 x 355 x 804)=156.58 N/mm 2D 截面 pe=804/(0.5 x 400 x 400)=0.01005oss=195N/mm 2> cs,满足要求B截面：cs=M/(0.87h 0As) =1.5 x 36.30

22、x 106/(0.87 x 755x 1705)=48.63N/mm 2D 截面 pe=1705/(0.5 x 400 x 800)=0.0106ccs=178N/mm 2> c,满足要求七、基础设计计算设计资料：地下水位标高为-5米，承载力特征值fa=200KN/m 2，地面下1.5米左右为中密粗砂层，层厚 6米，基础梁按照 GB04320选用JL-1，自重1.61t，顶面标高为-0.25m。 基础用 C20 混凝土，fc=9.6 N/mm2，ft=1.1 N/mm2，钢筋用HRB235，fy=210 N/mm 2，钢筋的保护层厚度为40mm，垫层采用C10混凝土，厚100mm。e1、

23、荷载计算：基础梁传来的荷载：梁自重16.1KN窗重(0.9+3.6) x 3.6 x 0.45=7.29 KN墙(圈梁)(1.2+10.8+0.15) x 6-(0.9+3.6) x 3.6 x 0.24 x 19=258.55KNPk=16.1+7.29+258.55=281.94KNP=1.2Pk=1.2 x 281.94=338.33KNPk、P对基底的偏心距ew=120+400=520mmMk= Pk ew=281.94 x 520/1000=146.61 KN mM= P ew=338.33 x 520/1000=175.93 KN m2、荷载组合柱传来的荷载与基础梁传来荷载效应标准

24、组合内力种类+ M max, 相应N-M max,相应NN max,相应 ± M maxNmin ,相应土 M max轴向力柱传来(N K)490.89543.20589.67385.37基础梁传来(Pk)281.94281.94281.94281.94合计(Ndk)772.83825.64871.61667.31弯矩柱传来348.33-280.14343.12310.26柱剪力产生(1.05VK)62.92-41.7359.2858.17基础梁传来(Mk)-146.61-146.61-146.61-146.61合计(M dk)264.64-468.48255.79221.823、底

25、面尺寸选取与地基承载力验算底面尺寸，先按 Nmax考虑，取丫 m=20KN/m 3A 0= N k /(fa- 丫 m x d)=877.61/(200-20 x 1.9)=5.38m 2按(1.11.4)A 0估计偏心受压基础底面积A，并求出基底面积抵抗弯矩W及基底以上基础及土自重标准值Gk:(1.11.4) x5.38=5.927.53m取 A=L 1L2=3.2m x2.2mW=3.75m 3, Gk =24 x (2.5 x 3.5x 1.2)+17 x 2.5x 3.5 x (1.9-1.2)=305.25KN 地基承载力：Pkmax = (N K+Gk)/A+|M dk|/W Pk

26、min = (N k+G k)/A-|M dk|/W地基反力标准值计算+ M max,相应 N-M max,相应 NN max ,相应土 M maxNmin ,相应土 M maxNk/A109.78117.28123.8194.79Gk/A43.3643.3643.3643.36± |Mdk|/W± 70.57± 124.93± 68.21± 59.15Pkmax KN/m 2223.71239.58235.38197.30Pkmin KN/m 282.5735.7198.9679.00因 1.2 fa=1.2X 200=240 N/m 2&g

27、t; Pkmax, Pkmin >0 , （Pkmax+Pkmin ）/2< f a 均满足条件，故上述假设的基础底面尺寸合理。4、基础咼度验算基础边缘最大地基静反力设计值计算表+ M max，相应 N(1)-M max,相应 N(2)Nmax，相应 ± M max(3)N min，相应 ± M max(4)柱传来轴力（N）595.40661.94719.86462.44基础梁传来轴力（P）338.33338.33338.33338.33Nd933.731000.271058.19800.77Nd /A106.71114.32120.9491.52柱传来的弯矩（

28、M ）437.59-354.28431.03378.29柱剪力产生（1.05V k）78.81-53.0574.2472.83基础梁产生弯矩-175.93-175.93-175.93-175.93Md340.47-583.26329.34275.73ed= M d/ Nd0.3650.5830.3110.344合力到Pmax的 距离 a= L1/2- ed1.1350.9171.1891.156Pn max =Nd/A+|M d|/W182.37243.93194.13152.79Pn min =Nd/A-|M d|/W31.05-15.0947.7530.251）以-M max的基底反力验算，根据比例关系，得到:pnii=137.87KN/m 2Pni2=173.23KN/m 2Pni208.58KN/m 22)按构造要求假定基础尺寸：H=1050mm，分三个阶梯，每阶梯高度350mm ,杯底厚度ai=350mm，杯壁最小厚