单层工业厂房排架结构的设计复习课程

1、单层工业厂房排架结构的设计【结构设计：】.结构选型和结构布置(1) 屋面板：采用1.5mx 6m预应力钢筋混凝土屋面板G410 ()、(二), 板自重1.3KN/m2，嵌缝重0.1KN/m2 (均沿屋架斜面方向)。(2) 天沟板：天沟板的截面尺寸见图，重17.4KN/块()包括积水重)。-H寸OI k-770-(3) 天窗架：门型钢筋混凝土天窗架的示意图如上所示，每根天窗架支柱传 到屋架的重力荷载为26.2KN。(4) 屋架：采用预应力钢筋混凝土折线型屋架，屋架尺寸线如图下弦杆：b x h=240mrH 220mm腹杆：b x h=120mX 240mmbx h=200mX 220mmbx h

2、=120mX 120mm屋架自重为60.5KN/mf(5) 屋盖支撑屋盖支撑自重0.05KN/m2 (沿水平面方向)(6) 吊车梁自重44.2KN/每根，吊车梁的截面高度为1200mm(7) 联系梁、过梁均为矩形截面尺寸。(8) 排架柱上柱：矩形 400mm x 400mm下柱：工字型400mnX 800mm400(9) 基础米用单独杯形基础，基础顶部标咼-0.6m。二、结构平面布置横向定位轴线均通过柱子截面几何中心， 但在两端与山墙的内皮重合，并将山墙内侧第一排柱子中心线内移 600mm纵向定位轴线，可以有结构平面布置图所知三、排架荷载计算I.恒荷载A.屋盖部分传来的P1P天窗重26.2X

3、2+11.5 X 2=75.4 KN屋面板重1.3X 6X 18=140.4 KN嵌缝重0.1X 6X 18=10.8 KN防水层重0.35X 6X 18=37.8 KN找平层重0.4X 6X 18=43.2 KN屋盖支撑重0.05X 6X 18=5.4 KN屋架重60.5 KN总重373.5 KN每块天沟积水重17.4 KNP 仲=373.5/2+17.4=204.15 KNB. 柱自重F2p和P3P上柱重 P2f=25X 0.4 X 0.4 X 3.6=14.4 KN下柱重：柱身25 X 0.187 X 7.2+0.4 X 0.8 X (0.2+0.4+0.6)=43.26 KN 牛腿25

4、 X (0.8+2 ) /2 X 0.2+1 X 4X 0.4 ) =5.8 KNP 3p=49.06 KNC. 混凝土吊车梁以及轨道重 P4FP 4p=44.2+0.6 X 6=47.8 KNII.活荷载A. 屋面活荷载Piq基本雪压0.7KN/m2,屋面积灰荷载0.5KN/m2,屋面活荷载0.5KN/m2 排架计算时，屋面积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载的较大值同时 考虑。P 1q= (0.7 X 1+0.5) X 6X 18/2=64.8 KNB. 吊车荷载采用两台中级工作制的吊车，起重量分别为q=5t, 15t/3t。吊车具体参数见表吊车跨度Lk=16.5m吊车轮距吊车总最大轮压额定起

5、重量q宽度k重G小车重gPmax5 (49KN4.3m3.4m134KN22.8KN74KN15t/3t5.16m4.1m215KN66.1KN148KN(147/29.4KN)Pmi n=(G+q)/2-Pmaxi.)竖向吊车荷载a160034.00.1.00041仃门 1©仃仃i?nnn如情况a所示Dmax=0.9(74X 1.65+148X( 1+1.9/6 ) =248.64 KN61.6 5Dmin=0.9X( 18X+33X( 1+1.9/6 ) =57 KN6如情况b所示0.9 5Dmax=0.9( 148X+74X( 1+2.6/6 ) =226.44 KN60 9

6、5Dmin二0.9 (33X+18X( 1+2.6/6 ) =52.425 KN6经过比较，设计时采用a中情况作用位置同P4P。ii)水平吊车荷载每个轮子水平刹车力 15t 吊车，T仁(q+g) =0.25 X 0.12 x( 49+22.8) =2.15 KN4亠 115t 吊车，T2=(q+g) =0.25 X 0.1 X( 147+66.1) =5.33 KN4产生Tmax时吊车的作用位置与竖向荷载时相同，于是有1.6 5Tmax=0.9(2.15 X+5.53 X( 1+1.9/6 ) )=8.68 KN6Tmax作用点位置标高为9 . 7m(通过连接件传递)iii)风荷载单层工业厂房

7、风荷载体型系数如图所示，计算简化为柱身的均布荷载和屋架的集中荷载。(1)求均布风荷载q柱顶离室外地坪高度为 12.0+0.15=12.15m，贝S z = 1.06 ,q 1=0.8 X 1.06 X 0.55 X 6=2.8 KN/m (->)q 2=0.5 X 1.06 X 0.55 X 6=1.75 KN/m (->)(2)求集中风荷载屋架檐口离室外地坪高度 14.5-0.4+0.15=14.25m ,z = 1.12挡风板与屋架交接处14.55+0.15=14.7m,z=1.1316天窗屋架交界处距地坪15.15+0.15=15.3m , z = 1.147天窗檐口离室外地

8、坪高度 17.22+0.15=17.37m ,z = 1.2天窗顶离室外地坪高度17.52+0.15=17.67m， z=1.2如图q8q9q3=0.8 x 1.12 x 0.55 x 6=2.96 (->), q4=0.3 x 1.13 x 0.55 x 6=1.12(->)q5=1.4 x 1.2 x 0.55 x 6=5.544 (-> ), q6=0.8 x 1.147 x 0.55 x 6=3.03(<-)q7=0.8 x 1.2 x 0.55 x 6=3.168 (<-), q8 与 q9 抵消掉。q10=0.6 x 1.2 x 0.55 x 6=2.

9、376 (-> ) , q11=0.6 x 1.147 x 0.55 x6=2.27 (->)q12=0.6 x 1.13 x 0.55 x 6=2.24 (-> ) , q13=0.5 x 1.12 x 0.55 x6=1.848 (->)W=(q3+q13)x( 14.25-12.15 ) + (q4+q12)x( 14.70-14.25 ) +(q6+q11)x( 15314.7 ) + (q7+q10)x( 17.37-15.30 ) +q5X(17.37-14.7 ) =24.23 KN作用点标高12.0m。排架荷载作用简图qi四、内力计算（1）恒载作用下的排

10、架内力1.由Rp产生的弯矩和轴力Pip=204.15N, Mi二RrXei=204.15x0.05=10.21 KN m （逆时针）M12二PpX e2=204.15 x 0.2=40.83 KN m （逆时针）u= 2.13 10=0.146, 二也二空=0.286I 1.456 10H 12.6由附录中的力学方法计算柱顶反力:2(1)J =1.9513C 1)nRn =C xPp ® =1.581KN(->)g=32R|2 = G X普=3.924KN(->)HN二Pp=204.15KN, R 1二Fl+R2=5.505KN (->)2.由柱自重产生的弯矩和轴力

11、a. 上柱重P2p=14.4KN, M 22二RpX e2=14.4 x 0.2=2.88 KN m (逆时针)P2p e?2.88R2=G x 隹 2=1.211 x =0.277 KN (-> )H12.6N 2=14.4KNb. 下柱重P 3p=49.06KN, M=49.06KN,只产生轴力而不产生弯矩。c. 由Rp产生的弯矩和轴力P 4p=47.8KN, M 44二RpX e4=47.8 x 0.35=16.73 KN m (顺时针)R4=G xe4 =1.211 x 1673=1.608 KN (<-)H12.6N 4=47.8KN荷载作用下计算简图和内力图分别为10.

12、21M (KX+m)31E.41(2) 屋面活荷载作用下的排架内力P 1Q和PlP作用位置相同，即成比例。Piq=64.8KN,R=5.505X 64.8 =1.747KN204.15M 11=10.21 x 64.8 =3.241 KN m (逆时针)204.15M2=40.83 x-648 =12.96 KN m (逆时针)204.15N=64.8KN3,24164.82 niR /F9. 912fM(K、和)N(KX)(3) 吊车竖向荷载作用下的排架内力1.最大轮压作用于A柱时A 柱，M二4=248.64 X 0.35=87.024 KN m (顺时针)B 柱，M=Dna4=57X 0.

13、35=19.95 KN m (逆时针)A柱，Ra=C3X Dmax e4 =1.211 X 87.024 =-8.364KN (<-) H12.6丄、Dmin e419.95B柱，Rb=C34=1.211 X =1.917KN(-> )H12.6由于AB两柱相同，剪力分配系数A= B=0.5，则AB柱顶剪力为A柱，VA=FA- A (R+RB)=-5.1405KN (<-)B柱，Vb=FB- b (R+FB) =5.1405KN (->)内力图如下所示詛51Bkwk1.4441L4E 4(4) 吊车水平制动力作用下的排架内力A.Tmax向左作用柱中轴力为零。I u2.1

14、3 忖门 Hu 3.6 cc"由刖所述可知门二口=0.146，=一 =0.286|i 1.456 1010H12.6A 柱 Ta二TmaX=8.68KN (<-)B 柱 T B=TmaX=8.68KN (<-)v 12 9 7 又有丄二 =0.639，查附录3-2可知Hu 3.62 / 0.4162 1.8 2( 0.2)C 5=n=0.5762 1212(- 1)nR A=FB=TnaxX G=8.68 X 0.576=5KN(->)考虑空间作用分配系数 m由表3-5 (书)得到m=0.8,而且AB两柱相同，剪力分配系数A= B=0.5，计算简图容易得知，则 AB

15、柱柱顶剪力为A柱，Va=RA- Am (RA+RB) =1 KN(->)B柱，Vb=RB- Bm(RA+Rj)=1 KN(->)左右对称的弯矩图，实线为向左的TmaX乍用，虚线为向右的Tmax 作用B.Tmax向右作用如上图虚线(5) 风荷载作用下的排架内力A.左来风情况q i=2.8 KN/m, q2=1.75 KN/m ,W=24.23 KN314(- 1)Oi=n=0.3433 181 3(- 1) nR=-CiqH=-12.1KN (<-)R2=-Ciiq2H=-7.56KN (<-)排架单元为对称结构，柱中的轴力为零，计算简图=0.5V=R+ (-R i-R2

16、+W)=9.845KN(->)V=R+ (-R 1-R2+W)=14.385KN(->)风荷载作用下M图(包括了右风作用的M图)五、内力组合排架为对称单元，可以仅仅考虑 A柱的截面，具体组合见表M 4.8163.08-18-18-7.7.53 -6竖向吊车水平吊何载车何载风荷载最大轮压水平作左右恒载 活载作用于用力方来来内向风风截面力向向AB左右123456784.50 .50 584 58 .5 3.664 86 12218.5N64.85-22.1-9.9M661211-11266.3N64.855.81M 15.41III-II315.4I N64.811.74V 7.495

17、7000000-67.5368.1.4-7.3.58.5518458412486624852.0000.64834-322.-6161-446.20253.53.5.8231.1563616624852.0000.648-5.-5.47-3-7.7.140140.48.686855172组合内力1.2恒载+1.4 X 0.85 （其他活载+风载）组合Mmax组合Mmin组合Nmax组合Nmin,项N,V项N,V项M,V项M V73.78-101.-97.5-101.328828340.0262.21, 2,430.0262.21,2,1, 3,1, 3,263, 5,2675, 85, 881

18、29.0-121.117.1266232617.91, 2,460.71, 2,695.71,3,884, 5,43, 6,486, 7871,2,541.51, 4,-493.1, 2,540.53,6,745, 8353, 6,8N7754.62V71.03441.87754.6522-52.870.995541.2恒载+1.4其他活载组合Mmax组合Mmin组合Nmax组合Nmin,项N,V项N,V项M,V项M V-30.7-26.4-30.710.147347352.9262.2352.9262.21, 3,1, 2,1, 3,1，2 868653，5579.94-49.066.061

19、,3,41,2,781,2,76667.74,5484.23,6758.416636143.9-130.143.9214221817.3452.4817.31,2,081， 4,121, 2,083，629.385-8.953，614.998551.2恒载+1.4风载组合MmaxMmin组合项项N,VN,VM80.8-82.6N262.26262.261, 71, 8M1, 748.4211, 8-114.98N319.62319.62503.31-429.7M55378.49378.49N221, 71, 8-45.21 V75.3684六、排架柱设计A柱和B柱相同，故只考虑A轴的配筋，B轴

20、的与之相同（1）设计资料（A轴）截面尺寸：上柱：400mrH 400mm 矩形。下柱：b=120mm h=800mmbf=bf'=400mm,hf=hf'=150mm，工字型。材料： 混凝土 C30（fc=14.3 N/mm2）钢筋 HRB335 (fy=fy'=300 N/mm2)计算长度：柱高大于8m设柱间支撑。排架平面内-上柱2 x 3.6=7.2m，下柱1 x 9=9m排架平面外-上柱1.25 x 3.6=4.5m，下柱0.8 x 9=7.2m<(2) 内力(A轴)I)上柱：b08=0.551 fy/( cuEs)Nbfc b h) b = 1148.3

21、KN内力表中I-I截面控制内力均小于Nb所以属于大偏心受压。故选取弯矩较大而轴力较小的情况，经过比较，可以选择出下面的内力组合：M101.28KN mN 262.26KNII)下柱由于下柱在长度范围内配筋相同，比较11-11截面和III-III 截 面可知III-III截面起控制作用，可以令Nbfc(bfbf)h'f+ fc b h) b=1322.6 KN则由表可知，IIIJII截面控制的内力均小于Nb,则都属于大偏心受压，所以选取弯矩较大而轴力较小的情况， 经过比较选取出下面的内力组合:M 541.574KN mM 503.315KN m N 754.62KNV 71.03KN,

22、N 378.492 KNV 75.368KN（3）配筋计算（采用对称配筋）I）上柱M=-101.28 KN*mN=262.26 KNNx=45.85mm<2a(=70mm,取 x=70mmMeo=Nfcb=386.18mm,e=maxh/30,20=20mm,ei 二eo+ea=4O6.18mm10/h=7200/400=18>15>8讦0.2+2.7 9=0.2+2.7 X 1.1128>1,故取.=1.01h)12=1.150.01*10/h=0.97排架属于有侧移结构，C=1.0, K=0.85 e= *ei+h/2-a s=640.83mm=Cm1 +1400

23、比h02=1.171e'=e-h o+as'=310.83mmNe'2A=A匕=823.4169mmfy(h° as')选配 320(As=942.478m垂直弯矩平面承载力计算：10/b=4500/400=11.25,=0.961,N二(f cA+fy'As')=2470KN>Nmax,满足要求。配筋图/ g 9£0刊1d/ 0400II)下柱N f'=f c*bf'*h f'=14.3 X400X 150=858 KN所有组合中，N<N，故而中和轴在翼缘，而且为大偏心受压。M内力组合NV

24、541.574KN m754.62KN71.03KNx=131.926mm, e 0=717.678mmea二maxh/30,20=26.667mm, e i =ea+eo=744.345mmlo/h=11.25>8，则 1=1.0，2 = 1.0( l 0/h<15),Cm=1.0,K=0.85=Cm1A2ho1 2】=1.°79 ,e= *ei+h/2-a s=1168.148mmNe f4'x(ho 0.5x)2As=As'=1616.112mmfy(h° as')同理可得M内力组合NV503.315KN m378.492KN75.

25、368KNNMx=66.17mm e°=1329.79mm ea=maxh/30,20=26.667mmfcbf'Nei =ea+e0=1356.457mm e= *ei+h/2-a s=1779.785mm=C7和21h02=1.043Ne fcbf'x(h0 0.5x)2As=As'=口 0=1811mmfy(h° as')选用配筋4 25( 1902mrh,箍筋选用 6200.垂直弯矩平面的承载力计算：5294心A=1.87 x 10 mm I y=1.759 x 10mmi y=96.987mmV A10/i y=7200/97=74

26、.2 ,=0.713Nc= (f cA+fy'As')=2720KN>Nmax 满足要求。配筋图(4) 牛腿计算吊车梁与牛腿的关系如图，牛腿面上无水平力+9. 6-25Q200.作用于牛腿面的竖向荷载:F w=1.2P4P+1.4Dmax=1.2 X 47.8+1.4 X 226.44=374.376KNF vk二Rp+Bax=274.24KN牛腿咼度验算:ftkbhoF tk=2 N/mm2, a=0, b=400mm, h o=4OO-35+2OOtan( 1)=565mm0.8 心0 =723.2KN>Fk=272.2KN,满足要求0.5 h0纵向受拉钢筋配置

27、:由于竖向作用力在下柱截面边缘内，则可以按构造配筋As max minbh, 0.45卫 bh二max0.002bh,0.002145bh=514.8mm fy纵筋不应该少于412.故选用512 （As=565mrm .又由于a/h 0<0.3,则可以不设置弯起钢筋，箍筋按构造配置，牛腿上部2ho/3范围内水平箍筋总截面面积不应小于承受Fv的受拉纵筋总面积的1/2，箍筋选用 8100z 22 50.3代 ccc 2h°378.9-308mm ）3 01002局部承受压力面积近似按柱宽乘以吊车梁端承压板宽度取用:F.2A= 丄=25566.43mm0.75fcA2承压板宽 b&#

28、39;=63.916mm,b取 b'=80mnm。牛腿节点配筋图0纲五、吊装阶段验算采用平吊方式，吊装简图如图所示LCA Bq4r仃山lmRARB3, 6m12. 6mA. 荷载考虑荷载系数1.2，动力系数1.5，重要度0.9q ik=1.5 x 0.9 x 25 x 0.4 x 0.8=10.8 KN/mq2k=1.5 x 0.9 x 25x 0.187=6.32 KN/mq 3k=1.5 x 0.9 x 25 x 0.4 x 1二 13.5 KN/mq 4k=1.5 x 0.9 x 25 x 0.4 x 0.4=5.4 KN/mq 1=1.2q1k=12.96 KN/mq2=1.2

29、q2k=12.96 KN/mq 3=1.2q3k=12.96 KN/mq4=1.2q4k=12.96 KN/mB. 内力Rak=24.91 KN , Rck=24.91 KN ,Mfk=35.27 KN m, Mck=49.09 KN mMdk=34.99 KN mRa=29.88 KN , Rc=72.22 KNMf=42.29 KN m, Mc=58.9 KN mMd=41.99 KN mC. 配筋检验2 按平吊，双筋截面检验 max=0.3mm, s=240 N/mm下柱跨中 Mf=42.29 KN m Mfk=35.27 KN m h0=365mm=427.2 mmf，已配筋(225+

30、212,fy(h° as')2As=1458mrj)M fkrce2s=78N/mm0.85Ash)满足m Mc=58.9 KN m， h0=365mmMc=595 as')mm,已配筋（225+212,下柱牛腿处，Mck=49.09 KNMck2As=1458mms=108.5mrh,满足s 0.85Ash0h0=365mmAsfy(h叫=424.2m血已配筋（20 as'）25+212,上柱牛腿处 Mdk=34.99 KN m Md=41.99 KN m2As=1458mmMdk =92.9mm，满足 s 0.85Ash)六、注重吊环设计Rak=24.91

31、 KN,NakRak =18.45 KN1.5 0.9Rck=60.19 KN，Nck1.5 0.9=44.58 KN吊环用I级钢筋，取s=50 N/mm2在A和C处安装七、抗风柱设计抗风柱主要承受山墙风荷载，其竖向位移简单考虑只有其自重， 设计时可以近似按照受弯构件计算。抗风柱柱顶应该低于屋架上弦中 心线50mm上下柱交界处应该低于边柱柱顶 100mn或屋架下弦底 200mm所以可得抗风柱的上柱Hu 2.3m，Hl 12.5m，H=14.8mH山墙重量由基础梁传递给基础。柱截面宽度400mm> =370mm,40H(下柱截面高度550mm =500mm252m11- 9m-0. 6m荷

32、载计算：1. 风荷载由表中数据，标高14.2m出的z=1.126，体型系数0.8,基本风压值为0=0.55 KN/mmi，每根柱的受风宽度6mqk =0.8 x 1.126 x 0.55 x 6=2.97 KN/mq =1.4 qk =4.16 KN/m2. 柱自重上柱：Gu=1.2 x 25x 0.4 x 0.4 x 2.3=11.04 KN下柱：G|=1.2 x 25x 0.4 x 0.55 x 12.5=82.5 KN内力分析:上柱截面Iu丄bh3=2.133 X 109,12Hu 2.3m下柱截面Il丄 bh3=5.546 X 109,12H l 12.5mu1l=0.385 ,Hu

33、=0.1554H31C114(!_n31813(- 1)n1) =0.373R=GqH=0.373X4.16 X 14.8=22.96 KN(v-)38. 6KX配筋计算(采用对称配筋)1.上柱截面(按近似受弯计算)M=41.8 KN m，N=13.36KNM2As二As'二 =422.22 mmi,fy(ho as')选用 2 20( As=628mr)，箍筋选用6200.2.下柱截面(按近似受弯计算)(采用通长配筋)M=115.8 KN m，N=38.6KNAs=As'= M=804.6 mm2,考虑到轴力的存在，选用 3 20fy(h0 as')(As=9

34、42.5mm),箍筋选用6200另外配加2 12钢筋作为腰筋。吊装阶段验算考虑到柱身自重比较大，而且跨度比较大，所以采用翻身吊。并适 当将吊点下移一段距离，如图qiB c q2AE1 "I ' ° o q10. 3Y£14, 81.荷载上柱：25 x 0.4 x 0.4=4 KN/m下柱：25 x 0.4 x 0.55=5.5 KN/m考虑到荷载系数1.2，动力系数1.5，结构重要性系数0.9，则q1k =7.425 KN/mq1 =8.91 KN/mq2k =5.4 KN/m2.内力q2=6.48 KN/mR a=38.947 KNRak=32.456

35、KNR b=87.326 KNRbk=72.77 KNMe=85.12 KN mMek=70.93 KN mMB=71.476KNmMbk=59.56KN mM=17.14KNmMck=14.28KN m3. 配筋验算按照翻身吊验算，截面按双筋截面计算，裂缝允许宽度max=0.3mm和排架柱的相同，这时候，s一般为240 N/mn。(1) 下柱跨中M=85.12 KN m M ek=70.93 KN m hQ=515mmAsM =591.111 mm 已有钢筋 3 20 ( As=942.5mrf|,fy(h。as')满足要求。k =167.966 N/mm2< s,满足要求.0

36、.87h0As下柱B吊点处M b=71.476 KN m M bk=59.56 KN m h)=515mm=496.361 mm，已有钢筋 320fy(h° as')(As=942.5mrf),满足要求。业=141 N/mnm< s,满足要求.0.87h°Ass(3)上柱C处M c=17.14KN m M ck=14.28 KN mh0=365mm=173.3 mm 已有钢筋 220 ( As=648.6mrr|，fy(ho as')满足要求。k=69.4 N/mm2v s,满足要求.0.87h°AsS4. 柱中吊环设计（每处设置两个吊环）R

37、 ak=32.456 KN，N AKRak =24.0 KNAK 1.5 0.9Rbk=72.77 KN，NbkRbk=53.9 KNBK 1.5 0.9吊环选用I级钢，在AB处布置吊环，则每个吊环承受的力为NbNbk2AsANa2 sAsBNb2 s26.95KN ,Na2 120mm2269.5mm导 12KN,在A处可以选用114( As=153.93mr做成一个吊环，在 C处可以选用120做成一个吊环O柱下单独基础基础顶部标高-0.6m，基础底部标高-1.8m，柱截面400X 800mm天然地面下1.2m处（标高-1.35m ）为老土层，修正后地基承载力为120KN/m,基础采用C30, HRB335钢筋，基地用100mr素混凝土垫层(2) 荷载M1541.574KN m取III-III截面荷载组合 弘 754.62KN 为荷载1V171.03KN则荷载2为基础梁、墙、窗自重设计值。基础梁自重 1.2 X 15.7=18.84KN钢门窗重