单层厂房结构课程设计

1、单层厂房结构课程设计一、结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在1536m之间，且柱顶标高大于 8m,故采用钢筋混凝土排架结构。为 了使屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线型屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋 混凝土吊车梁及基础梁。如图1所示，根据工艺要求，确定柱顶标高为9.6m，牛腿顶面标高为6m；设室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H，下柱高度Hi，和上柱高度 Hu分别为：H 10.2m 0.5m 10.7mH l 6m 0.5m6.5mH u 10.7m6.5m4.2m+12.800. 11b 丄也、二工! 0.000-0.150r图1厂房剖面图根据柱的高度、

2、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表表1柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面尺寸/mm2面积/mm4惯性矩/ mm自重/KN/mA，C柱矩 4004001.6 10521.31084.0柱I4009001001501.875105195.381084.69B上柱矩 400 6002.4105721086.0下柱I4001000100 1501.975105256.341084.94本设计仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2所示。图2计算单元和计算简图二、荷载计算1.恒载(1 )屋盖恒载绿豆砂浆保护层二毡三油防水层20厚水泥砂浆找平层80厚泡沫混凝土保温层预应力混

3、凝土大型屋面板(包括灌缝)屋盖钢支撑总计20.35kN/m3220kN/m 0.02m0.40kN/m 2328kN/m 0.08m0.64kN/m1.4kN/m0.05kN/m2.84kN/m屋架重力荷载为60.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为:Gi 1.2 (2.84kN/m 6m 18/2m 60.5/2kN) 220.33kN(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值：G3 1.2 (44.2kN 0.8kN/m 6m) 58.8kN柱自重重力荷载设计值A、C 柱：上柱：G4A G4C 1.2 4.0kN/m3.6m17.28kN下柱：G5AG5C 1.2 4.69kN/m

4、6.5m 36.58kN上柱：G4B 1.2 6.0kN/m 3.6m25.92kN下柱：G5b1.2 4.94kN/m 6.5m 38.53kN各项 恒载作 用位置 如图3所示。B图3荷载作用位置图（单位：kN）2.屋面活荷载2屋面活荷载标准值为.5kN/m ，雪荷载标准值为故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：Q11.4 0.5kN/m2 6m 18/2m37.8kNQi的作用位置与0.4kN/m 2，后者小于前者,3.风荷载风荷载的标准值按2w00.5kN/mGi作用位置相同，如图3所示。Wk zz sW0计算，其中1.0z根据厂房各部分标高（图1）及B类地面粗糙度确定如下：柱

5、顶（标高9.6m）z1.000檐口（标高11.75m）z1.049屋顶（标高12.80m）z1.078s如图4所示，y由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：kz z s1W0O0.81.00.5kN/m 20.4kN/m22kz zs2 W01.00.41.020.5kN/m0.2 kN / mzWw-0.5-.4+0.8-0.4-0.6图4 风荷载体型系数及计算简图qi 1.4 0.4kN/m26.0m3.36kN/mq2 1.4 0.2kN/m2 6.0m 1.68kN/mF wQ( sis2) zhi ( s3s4) zhz z 0B1.40.8 0.4 1.049 2.15

6、m -0.6 0.5 1.078 1.05m21.0 0.5kN/m6.0m10.89kN4.吊车荷载由表可得20/5t吊车的参数为：B 5.2 m， K 4.0m， g 68.6kN， Q 200kNPmax 174kN37.5kN?JJ根据B 5.2m及K可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值如图5所示。(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为：DmaxQPmaxy1.4 174kN10.80.133 0.333551.998kNDminQPminyi1.4 37.5kN10.80.133 0.333118.965kN(2)吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力

7、为：11T a(Q g) 0.1 (200kN68.6kN)6.715kN44作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：TmaxqTy 1.4 6.715kN 2.15 21.30kN图5 吊车荷载作用下支座反力影响线3aoo三、排架内力分析该厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。其中柱的剪力分配系数i计算，见表2。柱剪力分配系数柱别n lu /I lHJH3C03/1(1 n 1)3 .H /C。Ell1 ii1iA、C柱n 0.1090.356C02.192ac 2.406 10 8 /Eac 0.277B柱n 0.2810.356C02.690B 1.494 10 8/ E

8、B 0.4461、屋面恒载作用下的内力计算G1G1220.33kN;G2G3G4A58.8kN17.28kN76.08kNG3G5A36.58kN.G42G12220.33kN440.66kNG6G5B 38.53kN .G5G4B2G325.92kN2 58.8kN143.52kNMiGiei 220.33kN 0.05m 11.02kN mM 2 (Gi G4A)eo G3e3(220.33kN17.28)0.25m-58.8kN0.3m41.76kN m由于图6a所示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。柱顶不动铰支座反力对于C1Ra 罟 c1

9、本例中Rbc 柱 n 0.109，1 2 1 1 n 巧 n %H0。求得0.356 则:2.231 C311.02kN m轴力为该截面以上重力荷载之和,Ri可根据相应公式计算6.39 (0.957m 0.9576.39kN2.231 41.76kN10.1mRi后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图6b、c。图6d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同图6220.33Q-i237.61-*-296.41ol332.99+M+M恒载作用下排架内力图440.66466.58*-1584.18+V37.8kN，它在柱顶及变阶处引引起的力

10、矩为:M 1A37.8kN0.05m1.89kNmM 2A37.8kN0.25m9.45kNmM 1B37.8kN0.15m5.67kNm7a所示,2 屋面活荷载作用下排架内力分析(1)AB跨作用屋面活荷载 排架计算简图如图其中Q1C3 O957,则对于A柱，C12.231RaM 1AHCi对于H0.281M2A 1.89kN m 2.231 9.45kN m 0.957C10.356，则10.1m31Rb220.33Q-i237.61-*-1296.41+N+N332.991.31kNM 1B CHRaRb1.7815.67kN m1.00kN10.11.31kN 1.00kN2.31kN

11、()R将R反作用于柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与相应的柱顶不动铰支座反力 叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即0.67kN ()0.03kN ()VaRaaR1.31kN0.2772.31kNVbRbbR1.00kN0.4462.31kNVccR0.277 2.31kN0.64kN (图7 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图5.67i5.78/Z.B5.980.642.306.46(2) BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨与AB跨作用荷载相同，故只需将图7中内力图的位置及方向调整一下即可, 如图8所示。图8 BC跨作用屋面活荷载时的排架内力图3风荷载作用下排架内力分析(1)左

12、吹风时计算简图如图9a所示。对于a , C柱，n 0.109,0.356得1 1 4 1 1nC110.310318 1 1nRaqCn -3.36kN/m 10.1m 0.3110.52kN ()RCq2HC11kN/m 10.1m 0.3110.52kN ()26.67kN ()R RARC FW10.52kN 5.26kN 10.89kN各柱顶的剪力分别为VARAAR10.52kN0.277 26.67kN3.13kN ()VBBR 0.446 26.67kN 11.89kN ()VcRccR 5.26kN 0.277 26.67kN2.13kN ()排架内力如图9b所示qf 5139.

13、76(a)(b)图9左吹风时排架内力图(2)右吹风时计算简图如图10a所示。将图9b所示A, C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图10b所示二rj-三e图10右吹风时排架内力图4.吊车荷载作用下排架内力分析(1) Dmax作用于A柱计算简图如图11a所示。其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin。在牛腿顶面处引起的力矩为MaD maxe3552.00kN0.3m165.6kNmMbD min e3118.97kN0.75m89.23kNm对于A柱，C30.957，则RA对于B 柱,C3Ma小H C3n 0.2812RBBC3165.6kNm0.95710.1m0.356，得1.17410.1m1

14、5.69kN10.37kN15.69vaRAAR15.69kN0.277 5.32kN14.22kN ()vbRBBR10.37kN0.446 5.32kN12.74kN ()VccR0.277 5.32kN1.47kN ()R排架各柱顶的剪力分别为:HRARB5.32kN ()QQmaxjLxMAinMB773114.4121.9851.1914.2245.8639.4443.375.2912.7414.851.47(1) Dmax作用于B柱左计算简图如图12a所示M a, M b计算如下：M ADmine3 118.97kN 0.3m35.69kN mMBDmaxe3 552.00kN 0

15、.75m 414.00kN m柱顶不动铰支反力 Ra，RB及总反力R分别为：Ma-35.69kN mRaA C30.9573.38kNH 310.1mMB c414.00kN m /Rb-C31.174 48.12kNH 310.1mRRaRb3.38kN48.12kN44.74kN ()各柱顶剪力分别为:VaRaaR3.38kN0.277 44.74kN15.77kN ()VbRbbR48.12kN0.446 44.74kN28.17kN ()VccR0.277 44.74kN12.39kN ()图12 Dmax作用于b柱左时排架内力图(3) Dmax作用于b柱右根据结构对称性及吊车吨位相等

16、的条件，内力计算与Dmax作用于b柱左的情况相同，只需将 A , C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图13所示。(4) Dmax作用于C柱同理，将作用于 A柱情况的A，C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图14所示OCT118.97018.977Z 1552552图14 Dmax作用在c柱右时排架内力图+（5）Tmax作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图 对于 a 柱，n 0.109，0.356，得 a36m3 2 a 1 a 215a所示，1.2m /3.6m0.667，则C5Ra同理,2 3aTmax C 5对于B柱,0.51521.30kN0

17、.51510.97kNT maxC 5排架柱顶总反力R为:Rb0.281，0.356，a 0.66721.30kN0.59812.74kNC50.598，则:R RA Rb10.97kN 12.74kN23.71kN ()各柱顶剪力为：VaRaaR10.97kN 0.277 23.71kN4.40kN ()Vb RbbR12.74kN0.446 23.71kN2.17kN ()cR0.27723.71kN6.57kN ()排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图15b所示。当Tmax方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。c-_|maxOTmax9.72*0.5617.7552123.65Z7：

18、7C119.57/n16.9 142.09B66.36719713m6.57图15 Tmax作用于AB跨时排架内力图(6) Tmax作用于BC跨柱由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计算与Tmax作用AB跨情况相同，仅需将 A柱与C柱的内力对换，如图16所示。图16 Tmax作用于BC跨时排架内力图5.内力组合以A柱内力组合为例。表 3为各种荷载作用下 A柱内力标准值汇总表，表4表12、表3为A柱内力组合表，这两表中的控制截面及正号内力方向如表3中的例 图所示。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对 eo/ho 0.55的柱进行验算。为此，表3 中亦给出了 Mk和Nk的组合值，它

19、们均满足eo/ho 0.55的条件，对设计来说，这些值均取自Nmin 及相应的M和V 项。屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载DD1maxmaxDTm ax柱作作nmaxT rnax号及正荷载类别恒用在用在max作用作作作用作用左右载作用在用在在冋内力AB用在在风风在A柱B 柱B柱BCB跨C跨C柱AB跨左右跨序号1234567891110I-IM10.2.-51.19-56.7744.6-5.29.7223.651nH111.985230090.5018.55IIN23000000000id37.617.8- 1M-2-82.114.4-21.0844.6-5.29.7223.651-18.

20、hIIII9.78.93301090.50551IIIIN230552118.9700000096.417.8M1-46.21.98-123.5125.-14.119.5766.361-1071.76.58469148539.76.20IIIIIN330552118.9700000032.997.8V/6.0.0.-14.22-15.7712.3-1.416.96.573396764970.8119.10I11*4111弯矩图f1F/1T|1_1J/11f1f1i11111/1111 t1/11f/1 J注：M单位（kN m）, N单位kN , V单位kN截面组 组合项的M max相应N、V组

21、M max合及相应的N max组交相应的合纟及合合勺 项V-N-1 N min相应M 、项N、V项/M、II1O14.811.98114.8114.8II4-3275.411237.6123275.413237.61II I1-27.481-38.711-38.71-29.783296.412334.212334.211296.41IIIII118.2217.18113.64118.223332.992370.7923370.793332.991Vmax相应的M相应的N237.713.64370.79注：M单位（kN m）, N单位kN , V单位kN表5恒载+1.4吊车荷载截面Mma组及相应

22、的x组 合应的 项V及相N、组 合应的 项VN max及相M、组 合 项N1 - min及相应的M、V合项/N、73.40173.401-58.951173.4051 1555I I237.67237.669237.6199237.611911118.71-72.161118.711-55.826II I413514367738.07391.586738.09999296.411611237.0-207.01237.011184.11IIIII46984469656774.5440.066774.58889332.9993916Vmax相应的M相 应的N923.454184.11332.99注

23、：M单位（kN m）, N单位kN , V单位kN截面组 组合项Mmax相应的N、V组 组合项Mmax相应的N、V组及项N max相应的组及厶合的 项VN 1 N min相应M、M、V122.481-6.57122.48122.48I I11111 10237.611237.610237.610237.611-19.281-48.331-48.331-48.3II I111130296.411296.411296.411296.411151.521-95.441151.521151.5IIIII011112332.991332.990332.990332.991Vmax相应的M相应的N0137

24、.2151.52332.99注：M单位（kN m）, N单位kN , V单位kN表7 1.2恒载+ 0.9 1.4（屋面活荷载+吊车荷载+风载）MmaxMmaxnax及组及纟1及相组及组相截面合相应的合应的合相应的合应的页N项N、项M项M、VV、V、V79.-68.5179.178,2251,5155,23251,3.783I It7,66,6271,9237.9271,923().63C6101.6317.61,100II II,3384115.，2155-92.6,21.347107,71-69.9164r5j39,6,4()693,7416.6727129,10.85c08,9.8716

25、.41,1110346-285.13421291,2,3I，.136,28023 .104,38.473III II5j,46,6730,8463.6764,93311,8,10.4313761 .4512.9900ivmar相应的M相应的N,2t1,6(）50.656294.351367.01,10注：M单位（kN m） N单位kN , V单位kNMmaxNmaxN1 N min,及Mmax及及组组组组截人相应及相应相应合，合，合，合面古的相应的的的项N、项N、V项M、项M、VVV169.801169.8069.39-51.8601,215,21333I I336,6271.67,6271.

26、6237.99237.6193361”105.91197.89-53.2175.960,2,334，237121II II45,47,6693.8，7426.086727.89296.9 598,97411220.3-189.321216.2172.11，21,3522233O689IIIII64730.45 J5463.37，4764.436332.693 3，86，859921Vmax相应的M相应的N?厶322.927168.567367.01,6注：M单位（kN m）, N单位kN , V单位kN表9 1.2恒载+ 0.9 1.4（屋面活荷载+风载）截面组合项-应的V及相N、x纟合项11

27、应的V及相N、IX纟合项1N max及相M、组 合 项的V-N- 1 N min及相应M 、5应的V123.96-4.71111Z-23.96823.528523I I31V311271.61237.610310271.630237.611-18.21-54.51-54.511-46.475II II36212/2211296.41330.4101131330.431296.41IIIII013158143.311/2142-88.80*23*139.2361310143.3589332.91367.0367.01332.991Vmax相应的M相应的N,2335.298139.236367.0

28、1,10注：M单位（kN m）, N单位kN , V单位kN表101.2恒载+ 0.91.4 （吊车荷载+风载）MnaxmaxNmIXN min截组及纟1及组及相组及面合相应的合相应的合应的合相应的项N、项N、项M、项MVVV、V76.7*-68.76.7176.113,55551137136，6-6I I99,109237.,9237.01237.123611*616107.61113.*-84.1113.-6911，4314,5618,43147.916II I，96693.,97382.,96693.929110851068018516.411340.-281340.29,4322*1.

29、680,432212.659III6，5656II,81730.8429.,8730.933043，1135601435102.99，61Vmax相应的M相应的N9,1049.477292.659332.99注：M单位（kN m）, N单位kN , V单位kN表111.35恒载+0.71.4 屋面活荷载+0.71.4吊车竖向荷载MMnaxNmaxmnIVI max组卡拉组及纟1及纟a及截及相合合相应的合1相应的合争相应的面应的项N、V项N、项M项页MV、V、V1-22.143.543.143.550I I,21 288,2501861 13293.775267.3293.3267,661311,6771.311454.5133.9-36.157.1531III,3,221