混凝土结构设计2gang6

1、 内容摘要在给定的工业厂房设计的空间尺寸、基本风压值、吊车选用及其它相关构件的荷载值。画出计算简图，确定上、下柱的高度及截面尺寸。通过对排架上的荷载、吊车荷载计算确定，计算包括屋盖自重作用下内力，柱荷载、吊车、吊车梁及轨道自重作用下的内力， 屋面活荷载作用下的内力， 吊车竖向荷载作用下的内力，吊车水平荷载作用下的内力，风荷载作用下的内力。考虑排架的各种荷载，对不同荷载下的内力计算进行组合，通过对内力的组合，确定最不利的排架柱受力位置，对柱截面配筋计算及柱牛腿设计。为了满足吊装过程中的安全，对柱吊装验算，确定柱的吊装位置。经过以上内容计算，绘制出结构施工图。通过计算与绘图，掌握简单的单层单跨工业

2、厂房设计。关键词：单层单跨工业厂房；吊车梁；牛腿柱；排架结构引 言单层厂房是指工业厂房中，层数为一层的厂房。使用于大型机器设备或有重型起重运输设备的工厂。一般来说，单层厂房属于特殊厂房，只有一些特殊的行业才需要实用单层厂房，比如说，五金塑胶，机械设备，印刷纸品，模具等行业。它们要求的共同特点是：1.从建筑上讲，要求构成较大的空间。单层厂房是冶金、机械等车间的主要型式之一。为了满足在车间中放置尺寸大、较重型的设备生产重型产品，要求单层厂房适应不同类型生产的需要，构成较大的空间。2.从结构上讲，要求单层厂房的结构构件要有足够的承载能力。由于产品较重且外形尺寸较大。因此作用在单层厂房结构上的荷载、厂

3、房的跨度和高度都往往比较大，并且常受到来自吊车、动力机械设备的荷载的作用，要求单层厂房的结构构件要有足够的承载能力。3.为了便于定型设计，单层厂房常采用构配件标准化、系列化、通用化、生产工厂化和便于机械化施工的建造方式。此外，单层厂房具有以下结构特点：跨度大，高度大，承受的荷载大，因而构件的内力大，截面尺寸大，用料多；荷载形式多样，并且常承受动力荷载和移动荷载（如吊车荷载、动力设备荷载等）。单层厂房的分类1. 从高度上：单层厂房高度很重要，有的厂房高4-5米，有的6-7米，有个可高达11-12米或更高。一般越高的厂房建筑起来会越困难，所需材料成本等也会越贵。2. 从外部建筑结构上：简易铁皮：就

4、是最简单的，用铁皮比较随意搭建的厂房。钢结构厂房：钢结构厂房又分为彩钢结构或普通钢结构。3.从内部结构上：分为有牛腿和没有牛腿的，有牛腿的车间才可以装天车（也称行车），这在工业生产中是很重要的一环，如果有机器设备要装天车的，就一定要有牛腿才能使用。单层厂房的结构型式：单层厂房的结构型式主要有排架结构和刚架结构两种。 排架结构有屋面（或屋面梁），柱和基础组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。根据生产工艺和使用要求的不同，排架结构可做成等高，不等高和锯齿形等多种形式。 排架结构其跨度可超过30m，高度可达2030m或者更高，吊车吨位可达150t甚至更大。排架结构传力明确，构造简单，施工亦较方便。 刚架结

5、构是柱与横梁刚体接成一个构件，柱与基础通常为铰接。刚架的优点是梁柱合一，构件种类少，制作较简单，且结构轻巧。当跨度和高度较小时，其经济指标稍优于排架结构。刚架的缺点是刚架较差，承载后会产生跨变，梁柱转角处易产生早期裂缝，所以对于有较大吨位吊车的厂房，刚架的应用受到一定的限制。本次任务是设计结合混凝土结构设计下册例题，有15t的吊车，为了长远考虑，按照现场的条件，选用结构传力明确，构造简单的排架结构，满足厂房的结构要求。1 设计资料1.1 基本要求 厂房柱网布置1.设计基本资料（1）工程名称：某厂房结构设计。（2）自然条件：基本风压,；基本雪压。（3）剖面、建筑平面图如下所示： 厂房剖面图 厂房

6、中标准构建的选用情况： (1)屋面板采用04G410-12标准图集中的预应力混凝土大型屋面板，板重（包括灌缝值在内）标准值为1.4。 (2)屋架采用04G415-1预应力混凝土折线型屋架（预应力筋为钢绞线跨度1832m），屋架自重标准值91 (3)吊车梁采用04G323-12标准图集中的先张法预应力混凝土吊车梁Y-WB1-4，吊车梁高1200mm，自重标准值45，轨道及零件重1，轨道及垫层构造高度170mm。吊车轨道和中级吊车自重：4.排架柱材料选用（1）混凝土：采用C30（2）钢筋：纵向受力钢筋采用HRB335级，（3）箍筋：采用HPB235级（4）型钢及预埋件均采用级1.2 计算简图1.柱

7、高已知：柱顶至檐口的竖向高度为2.1m，檐口至屋脊的竖向高度为1.2m,轨顶标高设为7.5m,可知柱顶标高为10.97m。柱子尺寸：上柱高Hu=10.97-7.5+1.2+0.17=4.84m 全柱高H=H-Hu=10.97-(-0.15)=11.12m 下柱高Hl=H-Hu=6.28m 上柱与全柱高的比值=4.84/11.12=0.4352柱截面尺寸柱截面尺寸：建议上柱为方形截面，b×h1=400×400mm，下柱截面，b×h×hf=400mm×800mm×150mm，柱截面几何特征值为：排架平面内：上柱：Iu=1/12×

8、400×4003=2.133×109mm4下柱：Il=1/12×400××300×25×(225+25/3)2=1.44×109mm4排架平面外：上柱：Iu=2.133×109mm4下柱：Il=1/12×150×4003×21/12×450×1003+2×(1/2)×300 ×25×（50+150/3）2=1.713×109mm4 n=IU/IL=1.252 荷载计算2.1 排架上的荷载1.屋盖自重屋面恒荷

9、载 1.2×2.4=2.88KN/m2 预预应力混凝土大型屋面板 1.2×1.4=1.68KN/m2天沟板、 1.2×2.02×6=14.54kN屋架重力荷载为，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值：G1=4.56×6kN=27.36KN/m22.柱自重上柱G2=1.2×25×0.4×0.4×4.84=23.23 kNe2=200mm下柱G3=1.2×25×6.28×（0.15×0.4×2+0.45×0.1+2×0.5/2×0

10、.025）×1.1=36.79 kNe3=03.吊车、吊车梁及轨道自重G4=1.2×（45+1×6）=61.2 kN4.屋面活荷载Q1=1.4×0.7×6×12=70.56kN E1=50mm 2.2 吊车荷载计算由软钩桥式吊车数据查得：Pmax.k=205kN,Pmin.k=72.5kN,B=5550mm,K=4400mm,G小.K=50kN根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮对应点的竖向坐标，如图：图2.2吊车轮压计算图1.吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为：Dmax=1.4×205×(1+0.808+0

11、.267+0.075)×0.9=555.35kNDmin=Dmax.Pmin.k/Pmax.k=555.35×72.5÷205=196.4kNE3=750-hl/2=750-800/2=350mm2.吊车横向水平荷载作用于的吊车横向水平荷载计算：T=1/4(m2Q)g=1/4×0.1×0.9×(7.5+50)×10=12.94kNTmax=T/QPmax.k.Dmax=12.94÷1.4÷205×555.35=25.04kN 2.3 风荷载该地区的基本风压，风压高度系数按B类地区考虑，高度的取值

12、查表得：柱顶（标高11.55m）=1.12檐口（标高13.65m）=1.13屋顶（标高14.75m）=1.14排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：+0.8-0.5-0.6-0.5Fwq1q2图2.3风荷载体系系数及计算简图则作用于排架上的风荷载的标准值为：Fw=1.4×【（0.8+0.5）×1.13×2.1+（-0.6+0.5）×1.14×1.2】×1×0.45×6=11.13 q1=1.4×0.8×1.07×0.25×6=1.08kN/mq2=1.4×0.5&

13、#215;1.07×0.25×6=1.12kN/m 3 内力计算3.1 屋盖自重作用下内力计算（排架无侧移）恒载作用下的排架内力分析，计算简图如图M11=G1e1=27.36×0.05=1.37(kN·m）M12= G1e2=359.92×0.2=71.98·m3.2 上、下柱荷载、吊车、吊车梁及轨道自重作用下的内力计算排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。对于A、B柱。n=1.25， =0.44C2=1.5×【1-2（1-1/n）】/【1+3（1/n-1）】=1.47在M11作用

14、下柱顶不懂铰支的柱顶反力：R11=- C2×M11/Hl=-2.01×1.37÷11.12=-0.25kN（）C3=1.5×（1-2)/【1+3（1/n-1）】=1.23R12=- C3×M12/H=-1.23×71.98÷11.12=-7.96kN（）因此，在M11，M12共同作用下柱顶不动铰支撑的反力：R1= R11+ R12=-（0.25+7.96）=-8.21kN（）1.5.2在G2作用下：M22=- G2e2=-23.23×0.2=-4.646kN·m1.5.3在G3作用下：M33=- G3e3

15、=0求得后，由于平衡条件可得各柱截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该界面以上重力荷载之和，恒载作用下的轴力弯矩见3.2节叠加后所得的恒荷载作用下的弯矩图、轴力图。3.3 屋面活荷载作用下的内力计算对于单跨排架，Q1与G1一样为对称荷载，且作用位置相同，仅数值大小不同，故由G1的内力图按比例可求得Q1的内力图，如柱顶不动铰支撑反力：RQ1=Q1/G1.R1=-21.17kN（）屋面活荷载作用下的弯矩和轴力图如下图所示：3.4 吊车竖向荷载作用下的内力计算1.作用于A柱排架各柱顶剪力分别为：VAmax=-0.5×【（2-0.9）×555.35×0.35+0.9

16、5;196.4×0.35】×1.23/11.12=-15.25 （绕杆端逆时针转为负） VBmax =0.5×0.9×555.35×0.35+(2-0.9)×196.4×0.35×1.23/11.12=20.57(绕杆端顺时针转为正)排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图： 3.5 吊车水平荷载作用下的内力计算不考虑厂房整体空间工作，当作用吊车横向水平荷载Tmax时各柱顶剪力为：柱顶的剪力按下列公式计算：VAT=VBT=-(1-)C5Tmax 当y=0.6Hl时，可按下面公式计算C5=2-1.8+3（0.416/n

17、-0.2）/2×1+3（1/n-1）=0.62当y=0.7Hl时，可按下列公式计算：C5=2-2.1+3（0.243/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.56当y=0.62Hl时，用内插法求得：C5=0.62-（）×0.019÷0.1=0.61VAT=VBT(1-)C5Tmax=-（1-0.9）×0.56×25.04=-1.4kN（）排架各柱的弯矩图及柱底剪力如图：3.6 风荷载作用下的内力计算1.左风吹时A,B柱有表得： C11=31+4（1/n-1）/81+3（1/n-1）=0.38各柱顶剪力分别为：VA=0.5Fw-C11H(q1q

18、28×11.12×()=5.65kN（）Vb=.5Fw+C11H(q1q2)= 0.511.13+0.38×11.12×()=5.48kN（）4 内力组合表柱号截面永久荷载屋面活荷载吊车荷载风荷载内力组合A柱G1G2G3G4Q1DmaxDminTmax左风右风Nmax及MVNmin及MVMmax及NV项目组合值项目组合值项目组合值1-1M17.993.4748.18-75.4±20.6935.66-45.42+0.9×（+）-39.608+0.9×（+）83.61+0.9×(+)-83.61N37861.74000

19、00433.573783782-2M-51.75-11.97155.6732.74±20.6935.66-45.42+0.9×（+）96.20+-97.17+0.9×(+)160.27N423.5761.74582.44121.90001003.33423.57947.773-3M27.141.5856.24-122.86171.44261.58234.39+0.9×（+）233.47+288.72+0.9×(+)468.89N484.7761.74582.14121.90001064.53484.771064.53V10.41.79-13.1

20、2-20.57±19.5+42.22-32.536-17.7652.6255.76 5 排架柱设计5.1 柱截面配筋计算截面内力组e0H0ei1L0h21-1M-39.608903651101.076004000.961.92N433.57M-83.612203652502501.076004000.961.39N3783-3M288.725957656151.078008000.9551.08N484.477M468.894407654601.078008000.9551.1NA柱截面配筋计算表 表中： ；e0=M/N ；ei=eo+ea 取20mm和h/30的较大值； 1=0.5

21、fcA/N. 1>1.0 时，取 1=1.0; 1lo/h, lo/h<15时，取2=1.0 考虑吊车荷载 lo=2.0Hu（上柱）， lo =1.0hl （下柱）不考虑吊车荷载lo =1.5H； =1+1/1400ei/ho (lo/h)212。柱在排架平面内的截面配筋计算截面内力组合eiixbh0偏心情况AS=AS计算值实配值1-1N-9.6081101.9237675201大偏心230M433.57N83.612501.3951366201大偏心676763（3根18）M3783-3M288.726151.0883085421大偏心1366.5388（2根20和2根22）N4

22、84.77M468.894601.1670271421大偏心1217.2N1064.53 ei.参见表 e=ei+h/2-as x，上柱 x=N/ba1fc=N/400×1×14.3=N/5720 ；下柱 当 Nb'fh'fa1fc x=N/a1fcb'f=N/5720 当N>a1fcb'ff'f 时x=【N-（b'f-b）h'fa1fc】=N/1430-434AS,As，上柱x<bho, AS=As=【Ne-bx（ho-x/2）a1fc】/f'y（h0-a's）=【Ne-5720x（ho-

23、x/2）】/99000;下柱，当 2a'sxh'f时 (取as=a's=35mm) AS=As=【Ne-5720x（h0-x/2）】/219000当bho>x>h'f时,AS=As=Ne-【(b'f-b)h'f（ho-h'f/2）+bx（ho-x/2）】a1fc/f'y（ho-a's）上柱或者下柱，当X<2a's时 , AS=As=Ne'/fy（ho-a's） e'=e'-h/2+a's1. 上柱配筋计算上柱Nmax=433.57，当考虑吊车荷载时，查表得l

24、o=1.5Hu=5700mm,lo/b=5700/400=14.25,查混凝土结构设计规范表知：=0.91，AS=As=763mm2.Nu=（fcAc+2f'yA's）=0.91×(14.3×400×400+2×300×763)2498.68>Nmax=487.44下柱Nmax=1064.3，当考虑吊车荷载时，查表知：lo=1.0Hl=9450mm,I=It=1.729×109mm4,A=400×800-2×(450+500)×150/2=177500mm2 lo/i=95.5，查混

25、凝土规范得=0.569As=A's=1388mm4,所以：Nu=0.569×（14.3×177500+2×300×1388）=1919.13>Nmax=1089.74kN根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如下图。其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度。1.牛腿截面高度验算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，吊车梁端部宽为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+340/2+80=600mm，相应牛腿水平截面高度为600=400=100

26、0mm，牛腿外缘高度,倾角a=45°，于是牛腿的故牛腿截面高度满足要求。2.牛腿配筋计算由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，即a=750-800=-50mm<0，故该牛腿可按构造要求配筋，bh=0.002×400×600=480mm2，纵向钢筋取4根直径18的钢筋（AS=As=1017,mm2）水平箍筋采用直径为8间距100mm。6 柱吊装验算6.1 设计吊装方案由于柱自重大，采用翻身吊，吊点设在牛腿下部，起吊时混凝土达到设计强度的100%，计算简图如下图。6.2 荷载计算吊装方案：一点翻身起吊，掉电设在牛腿与下柱交接处（如图）荷载计算：上柱自重：g1=1.2

27、×1.5×25×0.4×0.4=7.20kN/m牛腿自重：g2=1.2×1.5×25×0.4（1.0×0.7-1/2×0.22）/0.7=17.49下柱自重：g3=1.2×1.5×25×0.1775=7.99kN/m计算简图 内力计算：M1=1/2×7.2×3.82=52 ·mM2=1/2×7.2×4.52+1/2×(17.49-7.2)×0.72=75.42 ·mM3=1/8×8.0&

28、#215;6.112=37.32kN ·m弯矩图如图：截面承载力计算：截面1-1： b×h=400mm×400mm,HO=365mm,As=A's =603mm2,fy=300N/mm2故截面承载力：Mu=Asfy（ho-a's）=59.7kN,m=M>52·m(可以)截面2-2 b×h=400mm×800mm,ho=765mm,AsA's =1256mm2, 故截面承载力：Mu=1256×300×(765-35)=275.06·m>75.4·m (可以) 基

29、础设计荷载计算：由柱传至基顶的荷载由表 可得荷载设计值如下：第一组：Mmax=468.89·m N=1064.53 V=56.9第二组：-Mmax=-435.85·m N=682.40 V=-45.59第三组：Nmax=1064.53·m M=233.47 V=-18.01由基础梁传至基顶的荷载：墙重（含两面墙刷灰）1.2(13.35+0.15)×6-4×(5.1+1.8)×5.24=335.8窗重（刚框玻璃窗） 1.2×4×(5.1+1.8)×0.45=14.90基础梁自重 1.2×0.2&#

30、215;0.3×6×25=15.75 G5=366由基础梁传至基础顶面荷载设计值为：G5对于基础底面中心的偏心距 e5=0.24/2+0.8/2=0.52m，相应的偏心力矩设计值为：G5 e5=-366×0.52=191·m作用于基地的弯矩和相应基顶的轴力设计值分别为：假定基础高度为800+50+250=1100mm ， 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：Mbot=468.89+1.1×56.9-191=340kN·mN=1064.53+366=1430.53kN第二组Mbot×45.59-191=688

31、k·mN=682.4+366=1048.4kN第三组：Mbot×18.01-191=22.7kN·mN=1064.53+366=1430.53kN基础的受力情况基底尺寸的确定确定l和bA=1.4×1097.88/1.25×（240-22×1.6）=6m2取l/b=1.5, A =l/b=6.0m2 解得b=2.0m 取b=2.3m；l=1.5×2.3=3.5m 取l=3.7m验算eo l/6的条件eo=702.05/1097.88+22×2.3×3.7×1.6=0.502<l/b=3.7/

32、6=0.617验算其他两组荷载效应标准组合时的基底应力：第一组：Pmax=Nbot/A+Mbot=N/A+G+Mbot/W=134+35.2+71.8=241kN/m2<1.2fa=1.2×240=228kN/m2（可以）Pmin=134+35.2-71.8=97.4>0Pm=134+35.2=176.7kN/m2<fa=240kN/m2(可以)第三组：Pmax=134+35.2+3.46=172.66(可以)Pmin=134+35.2-3.46=166(可以)Pm=134+35.2=169.2 <fa=240kN/m2因为该车间属于可不做地基变形计算的二级建筑所以最后确定基地尺寸为2.3m×3.7m. 确定基础的高度采用锥形杯口基础，根据构造要求，初步确定的基础剖面尺寸 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得抗切承载力计算。在各组荷载设计值作用下的地基最大净反力：第一组：Ps,max=1430.53/8.51+340/5.248=232.89kN/m2第二组：Ps,max=1048.4/8.51+688/5.248=254.30kN/m2第三组：Ps,ma