淮阴工学院钢结构原理课程设计汇总

1、单层厂房结构课程设计计算书1.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。由图1可知柱顶标高为 12.6m ,牛腿 的距离为0.5m ,则计算简图中柱的总高度 H = 12,6m 0.5m =13.1mHl =8.7m 0.5m =9.2mHu -13.1m-9.2m-3.9m件，可确定柱的截面尺寸，见表 1。表1柱截面尺寸及相应的计算参数顶面标高为 8.7m；设室内地面至基础顶面H,下柱高度 Hl,和上柱高度 Hu分别为:根据柱的高

2、度、吊车起重量及工作级别等条图1厂房剖面图算参数柱号截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/(kN/m)A,C上柱矩400M4001.6父10521.3父1084.0下柱1400M900M100M1501.875M105195.38父1084.69B上柱矩400M6002.4X10572M1086.0下柱1400M1000M100M1501.975X105256.34父1084.94本设计仅取一根排架进行计算，计算单元和计算简图如图2所示。一片厂匚-H-F-1-1-一厂工-二一二二卷）TJH旺壬Arj.,6000.g口口,也m口,6303JtocoJ&03C,60CO,£

3、;000.6000,cDDc»CDC3J006006nQO918001800QU6On8006OQOOQOQyu2.荷载计算1 .恒载屋盖恒载三毡四油加绿豆砂防水层20mm厚水泥砂浆找平层0.4kN/m巾0.4kN/mBC100mm水泥珍珠岩制品保温层0.4kN/mBft£0C图2计算单元和计算简图900180018001000一毡二油隔气层0.05kN/m220mm水涵浆找平层C0.4kN/mg22顶应力混僦土屋面板1.4kN/m2屋上钢支撑0.15kN/m2总计3.2kN/m屋架重力荷载为112.8kN/根，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为:G1=1.2(3.2

4、kN/m26m24/2m112.8/2kN)=344.16kN(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值：G3=1.2(44.2kN0.8kN/m6m)=58.8kN(3)柱自重重力荷载设计值A、C柱：上柱：G4A=G4c=1.24.0kN/m3.9m=18.72kN下柱：G5A=G5c=1.24.69kN/m9.2m=51.78kN5A5CB柱：上柱：G4B=1.26.0kN/m3.9m=28.08kN下柱：G5b=1.24.94kN/m9.2m=54.54kN各项恒载作用位置如图3所示。图3荷载作用位置图(单位：kN)2.屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.7kN/m2,雪荷载标准值为值为：Q1=1.4

5、0.7kN/m26m24/2m=70.56kN,后者小于前者，故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计Qi的作用位置与Gi作用位置相同，如图3所示。3.风荷载风荷载的标准值按Wk=BzNz£w。计算，其中co0=0.5kN/m2柱顶（标高12.6m）±=1.073檐口（标高14.75m）巴=1.133屋顶（标高15.80m）巴-1.158口z=1.0,七根据厂房各部分标高（图1）及B类地面粗糙度确定如下:,如图4所示，则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为:k=：z/z,s10=1.00.81.0730.5=0.43kN/m2kzzsi02k=：Jzs20=1

6、.00.41.0730.5=0.21kN/m2zzs图4风荷载体型系数及计算简图则作用于排架计算简图（图4）上的风荷载设计值为q1=1.40.436.0=3.612kN/mq2=1.40.216.0=1.76kN/mFw=q(%s2)zh1(s3-s4)zhz，z-0B=1.41-0.80.41.1332.15-0.60.51.1621.05】1.00.56.0=11.76kN4.吊车荷载由附录12可得20/5t吊车的参数为：B=5.55m,K=4.4m,g=53kN,Q=150kN,Pmax=185kN,Pmin=58kN,根据B=5.55m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

7、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：Dmax=YQPmax"yi=1.418510.8080.0750.267=556.85kNDmin=QPmin"Vi=1.45810.8080.0750.267=174.58kNHimQHim(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为：_1_1TaQg=-0.115053=5.075kN44作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：Tmax=yi=1.45.0752.15=15.28kN400012004000kFpmaxFpmaxFpmaxFpma)=174KN图5吊车何载作用下支座反力影响线

8、3.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3计算，见表2。表2柱剪力分配系数柱另n=Iu/li九=Hu/HC0=31+九3(1n-1)H=H3/CoEIitbn=1ii£I6iA、C柱n=0.109儿=0.298C0=2.4666A=6C=4.666M10"/EnA=nc=0.286B柱n=0.281九=0.298Co=2.8106b=3.12俨10*止”=0.428G1=G1=344.16kN;G2G4A=58.818.72=77.52kNG3=G5A=51.78kN;或=2G1=2344.16=688.32kNG6=G5B

9、=54.54kN;G5=G4B2G3=28.08258.8=145.68kNM?=G?e=344.160.05=17.21kNmM?=(G?G4A)e。334=344.1618.720.25-58.80.3=73.08kNm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钱支座计算内力。柱顶不动较支座反力根据相应公式计算。对于A ,C 柱 n =0.109,人= 0.298 则:C1i= 2.128_ M M2cRa七 2 c3 =H H13= 1.1 2413.117.2082.12873.081.124-八，=9.07kN一本例中Rb=0o求得Ri后，可用平

10、衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图6b、Co图6d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。220.33237.61,296.41332.99440.66466.58584.18+:220.33/237.61,296.41332.997"+M+M图6恒载作用下排架内力图+V+N"+N2.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7a所示，其中Qi=70.56kN,M1A=70.560.05=3.528kNmM2A=70.560.25=17.64kNmMb=70.5

11、60.15=10.584kNm对于A柱，C1=2.128,C3=1.124，则它在柱顶及变阶处引引起的力矩为:M1AM2A3.5282.12817.641.124Ra=C1+AC3=2.09kN(T)对于b柱n=0.281，九13.1=0.298,则1-九2f1-iCiRbM1b丁 C1=1.7231 -1 I<n10.584 1.72413.1= 1.392kNR = RaRb= 2.09 1.39 =3.482kNAB跨时的柱顶剪力，即将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较支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于Va=Ra-aR-2.09-0.2863.48=1.09k

12、N>V"RB_BR-1.39-0.4283.48=-0.1kN，：VC二%R=0.2863.48=0.996kN'排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图7b,c所示。37.8 QI0.521.895.6737.837.837.8JT77图7AB跨作用屋面活荷载时排架内力图2 2)BC跨作用屋面活荷载7中内力图的位置及方向调整一下即可，如图8所示。由于结构对称，且BC跨与AB跨作用荷载相同，故只需将图5.671.8937.837.8*>O口37.837.87ZVB图8BC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)左吹风时计算简图如图9a所示。

13、对于A,C柱，n=0.109,儿=0.298得Ra=-5HC11=-3.61213.10.109=-5.16kNRc二一q2HC11-1.7613.10.109=2.51kNR=RaRcFW-5.16-2.51-11.76-19.43kN，各柱顶的剪力分别为VA=RA-AR=-5.160.28619.43=-0.40kNVB=BR=0.42819.43=8.32kN>VC=RC-CR=-2.510.42819.43=5.81kN>排架内力如图9b所示(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

14、所示。：j一42.80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:Ma=Dmaxe3=556.850.3=167.055kNmMb=DminQ=174.580.75=130.935kNmM A cRaC3H对于A柱，C3=1.124,则167.0551.124=14.3313.1对于B柱,n=0.281,人=0.298,得= 1.28C3=2BC3R = RaRb=-14.3312.79=-1.54kN.排架各柱顶的剪力分别为：Va=Ra-aR=74.340.2861.55=

15、T3.9kN，VB=Rb-BR=12.790.4281.55=13.45kN>VCiCR=0.2861.55-0.44kN排架各柱弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图11b,c所示。DnuxnF”产WFT1o55包"丁55(2)Dmax作用于B柱左计算简图如图12a所示Ma,Mb计算如下：MA=Dmine3=174.58M0.3=52.37kNmMB=Dmaxe3=556.85父0.75=417.64kNmmax柱顶不动较支反力Ra,RB及总反力R分别为：=_以=5237x1.124=4.49kN()H13.1/7tiin/114工好一8E1乙$叫11?211S.3T62“，/11$

16、.97fTT7®©图11Dmax作用在A柱时排架内力图Mb_417.64Rb=-pB-C3=31.124-35.83kNR=rarb=4.49-35.83=40.32kN>各柱顶剪力分别为：Va=Ra-aR=-4.49-0.28640.32=-7.04kNVb=Rb-bR=-35.83-0.42840.32=-18.57kN>VC=CR=-0.28640.32=71.53kN,排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图12b,c所示r说9?U& 97Dmax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3 3)Dmax作用于

17、B柱右根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与13所示。图13Dmax作用于B柱右时排架内力图并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图14所示。4 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,卜feDmUlVY7iss«.37S6L11Y®F51.1412.71H.K3/be31nHw%“"VTVA=RA一AR-9.260.28619.48-3.69kNVB=RB-BR=-10.220.42819.48=-1.88kNVc=_cr=0.286(-19.48)=5.57kN>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

18、时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。T maxTmax9.72A10.5617.75 15.2123.65Jf119.5716.9 142.09-77：719.1366.36(方6.57BTmax作用于AB跨时排架内力图C16所示。B图155 .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11、表12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e0/h0>0.55的柱进行验算。为此，表2-33中亦给出了Mk和Nk的组合值，它们均满足ec/hoQ.55的条件，对设计来说，这些值均取

19、自Nmin及相应的M和V一项。表3A柱内力设计值汇总表柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载作用在AB跨作用在BC跨Dmax作用在A柱Dmax作用在B柱左Dmax作用在B柱右Dmax作用在C柱Tmax作用在AB跨Tmax作用在BC跨左风右风L._J卜序号1234567891011IIM18.172.1582.30-46.8-53.5737.44-1.584山.692i20.5221.92.49N273.6170.56000000000II-IIIm-35.97-10.5682.30120.241.19837.44-9.584山.692i20.5221.92.49N42

20、0.2470.560556.85174.58000000III-IIIrm17.95-6.21812.8877.96135.1278.545.54±107.18i58.14223.2213.5N456.5270.560556.85174.58000000V9.071.090.9813.89-14.8810.390.44±19.49i5.719.0313.62弯矩图,1.111/1/fV/11jf/L111i/1111111I1fI11i111111111/If11tI注：M单位（kN/m）,N单位kN,V单位kN。单层工业厂房课程设计指导书表4A柱内力组合表截面组合项+Mm

21、ax及相应的N、V组合项-Mmax及相应的N、V组合项+Nmax及相应的M、V组合项Nmin及相应的M、VMr,nr备注IM1+0.9*2+3+(6+9)+1079.621+0.9(5+7)+0.99+11-50.71,23,657.451+0.93+(6+9)+1076.1257.699Nmax一项1.35SGK+0.7标准值取自及相应的MN426.114362.61426.11362.61198.008IIM1+0.9*3*(4+6)+9+1075.571+0.92+0.8(5+7)+0.99+11-73.611,46,9表1293.271+0.9(7+9)+11-20.19N781.85

22、591.57872.06421.01IIIM1+0.9*3+*(4+6)+8+10409.391+0.92+0.8(5+7)+0.98+11-308.291,46,8表12225.771+0.93+(6+9)+10397.62214.595N833.63643.35923.84472.79277.49V13.50-1.4218.91MkNkVk6 .柱截面设计22以A柱为例。混凝土强度等级为C25,fc=14.3N/mm2,加=2.01N/mm2；采用2HRB400级钢筋，与=fy=360N/mm，飞=0.518。上、下柱均采用对称配筋。1.上柱配筋计算。上柱截面共有4组内力。取h0=400m

23、m-40mm=360mmNbfcbh0b=1.014.3N/mm2400mm360mm0.51=81066.67k而I-I截面的内力均小于Nb,则都属于大偏心受压，所以选取偏心距较大的一组内力作为最不利内力。即取M=76.12kNm,N=3kN;l0=23.76=77.52m吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心矩G取20mm（大于400mm/30）34e076.12106Nmm362.61103N二210mme=ee=210mm20mm=230mmi0a,7200mm彳10h=18、5400mm0.5f AcN0.5 11.9N/mm2 4002 mm22.63 1.0362610取 1

24、= 1.0二1i500e/h (hj暂号.37c36261076.18mmfb 1.0 11.9 400 cx<-bhc=186.48mm且x<2a'=80mmhsSas=155.12认二Nefy h0- as362610N 155.1 mm360N mm2 360mm -40mm488.2 mm2(As = 603mm2 )p = & _760mm2bh 400mm 400mm= 0.38% 0.2%选3 16满足要求。而垂直于排架方向柱的计算长度l =1.25 3.76 m =4.700,则l0 b4700mm.11.75400mm=0.95(内插)mm2 40

25、0mm 400mm 360N mm2 603mm2 2=0.9fAfAcys=0.90.95511.9N=2009.7kNN=362.611kNmax满足弯矩作用平面外的承载力要求。2 .下柱配筋计算取h0=900mm40mm=860mm与上柱分析方法类似。Nb=:ifcbf-bhf:1fcbhgb=1.014.3Nmm2400mm-100mm150mm1.014.3Nmm2100mm860mm0.518=1280.536kN而n-ii,m-in截面的内力均小于Nb,则都属于大偏心受压。所以选取偏心距g最大的一组内力作为最不利内力。M=397.62kNmN=472.69kN计算下柱计算长度取l

26、0= 1.0H = 9.2ml,附加偏心距0 = 900mm/ 30 = 30mm (大于20mm )。b =100mm ,bf = 400mm hf = 150mm397.462 106N mm472790N=841.01mme -en e -841.01mm 30mm -871.01mm i 0 anns=1 +1''lKc =1.06915000/h0 lhN 1fcbf472690N1.0 11.9N mm2 400mm=82.64 <h； = 150mm即中和轴过翼缘x 21二80mm. s'h '_且，e = seias =521.112AsA

27、sN e -h 2 afy h -a=1427 mmi195.38 1081.875 105、二 7360mmI 322.804mm=22.8二 28472690N871.01mm-450mm40mm360Nmm2860mm-400mm'As=(1519mm2)选用422垂直于弯矩作用面的承载力计算：l0=0.8Hl=0.89200=7360mm84A=1.875M105mm2,Iy=195.38><10mm=322.804mm=1.03 .柱箍筋配置N =426.14kNM = 79.621kN mV=31.944kNmax由内力组合表，相应的验算截面尺寸是否满足要求。h

28、w=900-2150=600mm600hwb=4000.25fbh=0.251.014.3400860=1229800N=1229.8kNV=31.944kNcc0max截面满足要求。计算是否需要配箍筋：7962106=MVh102.89二3取=2现031.9441038600.3fA=0.314.31.875105=8.04105=804kNN=424.14kNc1.75 1.0175fbh0.07N,1.431008600.07426.14103t02.8910=8515.5N=85.2kNV=31.944kNmax可按构造配箍筋，上下柱均选用O8200箍筋。Nu=0.9fcAfcA=0.

29、91.014.3Nmm21.875105mm2360Nmm221487mm2=3376.7kNN=774.59kNmax满足弯矩作用面的承载力要求。4.柱的裂缝宽度验算表13柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力标准值Mk(kNm)41.568165.76NjkN)380.79592.515e0=Mk/Nk(mm)209.9>0.55h0=198280Pte:-As-0.5bh+(bf-bhf0.00750.01取四=0.010.01“s=1+伍：4000e0h0VhJ1.151.02e=nse0+h/2-a(mm)424.5705.6；?=h/(b/-b)/bh00.5z=1.870.1

30、2(1篇色：儿(mm)feeJ283.8485ffsk=Nk'z)(N/mm2)Asz126177中=1.10.65Pte仃sk0.650.36仙6sk,deqI©max="cr中1.9c+0.08(mm)Estte/0.23<0.3满足要求0.22<0.3满足要求上柱As=603mm2,下柱A=i5i9mm2Es=2.0父102mm；构件受力特征系数一=1.9cr;混凝土保护层厚度C取30mmo验算过程见表13。5.牛腿设计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，如图17所示。其中牛腿截面宽度b=400mm,牛腿截面高度h=600mm

31、,ho=565mm。（1）牛腿截面高度验算=0.65,ftk=2.01N/mm2,Fhk=°（牛腿顶面无水平荷载）,a=-150mm20mm130mm：0取a0oDFmaxvkQG3VG501.165kN1.458.8kN= 406.98 kN1.2诽-0.5FhkI Fvkftkbh。= 0.6522.01N/mm400mm 565mm0.5= 590.538kNFvkFvk按下式确定。故截面高度满足要求。2）牛腿配筋计算。由于a=-150mm+20mm=-130mm<0,因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，As - ： min bh2=0.002400mm600mm=480mm_2且As至0.45ft/fybh=400父600M0.45父1.43/360=429mm纵筋不宜少于4根,22hO/3范围内直径不宜少于12mm,所以选用4盘16(As=804mm)。由于a/h0<0.