单层工业厂房课程设计计算书

1、下载可编辑单层工业厂房结构课程设计计算书学号 :学院：水利与建筑专业：土木工程班级： 1103：.专业 .整理 .下载可编辑一设计资料1. 某金工车间，单跨无天窗厂房，厂房跨度 L=24m，柱距为 6m，车间总长度为 120m，中间设一道温度缝，厂房剖面图如图所示：2.车间设有两台双钩桥式起重机，吊车起重量为200/50kN。3. 吊车轨顶标高为 9.6m。4. 建筑地点：。25.地基：地基持力层为亚粘性层， 地基承载力特征值为f ak=180kN/m。最高地下水位在地表15m。26.材料：混凝土强度等级为C30，纵向钢筋采用HRB400级， (360N/mm)2箍筋采用 HPB235级。 (

2、300N/mm)二.选用结构形式1.钢屋盖，采用 24 米钢桁架，桁架端部高度为1.2m, 中央高度为 2.4m，1屋面坡度为2 ，屋面板采用彩色钢板，厚4mm。2. 预制钢筋混凝土吊车梁和轨道采用标准图 G325，中间跨 DL-9Z，边跨 DL-9B，梁高 hb1.2m 。轨道连接采用标准图集G3253. 预制钢筋混凝土取轨道顶面至吊车梁顶面的距离 ha 0.2m ， 故牛腿顶面标高 =轨顶标高 - ha - hb =9.6-1.2-0.2=8.2查附录 12 得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为 2.7m, 考虑屋架下弦至吊车顶部所需空间高度为 220mm,故柱顶标高 =9.6+2.7+0.22

3、=13.52m ，.专业 .整理 .下载可编辑三柱的各部分尺寸及几何参数上柱b h=400mm 400mm(g 1=4.0kN/m)52Ai =bh=1.6 10 mI3941=bh /12=2.1310 mm图 1 厂房计算简图及柱截面尺寸下柱bf h b hf =400mm800mm 100mm100mm（ g2=3.69kN/m）A2=100 400 2+ （ 800-2 100 ） 100+2 25 15052=1.475 10 mmI2=5003 100/12+2 (400 1003/12+400 100 3002)+4 32104（25 150/36+343.75 1/2 100

4、25）=8.78 10 mmn=I1/I2=2.13 109/(8.78109)=0.248H1 =3.6m；H2=3.6+8.6=12.2m 。=H1 /H2=3.6/12.2=0.295四荷载计算1. 恒荷载（ 1）屋盖自重SBS防水层1.2 0.1=0.12kN/m 220mm厚水泥砂浆找平层1.2 0.02 20=0.48kN/m2大型预应力屋面板（包括灌缝重） 1.2 1.4=1.68kN/m 2总 1g1=3.3kN/m2屋架1.260.5=72.6kN则作用屋架一段作用于柱顶的自重为：G1=6 9 3.3+0.5 72.6=214.5kN（2）柱自重上柱：G 2=1.2 3.6

5、4.0=17.28kN下柱：G 3=1.2 8.6 3.69=38.08kN（3）吊车梁及轨道自重： G4=1.2 （ 30.4+0.8 6） =42.2kN2. 屋面活荷载由荷载规查得屋面活荷载标准值为0.5kN/m2 ，因屋面活荷载大于雪荷载.专业 .整理 .下载可编辑0.4kN （50 年一遇），故不考虑雪荷载。Q1=1.4 0.5 6 12=50.4kN3. 风荷载由荷载规查得地区基本风压为 0=0.45kN 风压高度变化系数 （按 B 类地面粗糙度取）为柱顶：（按 H2=11.5m） z=1.04檐口处：（按 H2=13.8m） z=1.11屋顶：（按 H2=15.4m） z=1.1

6、5风荷载标准值：1k= zs1z 0=1.0 0.8 1.04 0.45=0.37kN/m 2 2k= zs2z 0=1.0 0.5 1.04 0.45=0.23kN/m 2 则作用于排架上的风荷载设计值为： q1=1.4 0.37 6=3.15kN/mq2=1.4 0.23 6=1.97kN/mF w= Q( s1+s2) z0h1+( s3+ s4)z 0h2 B=1.4 （ 0.8+0.5 ）1.11 0.45 2.3+（-0.6+0.5 ）1.15 0.45 1.6 6=11.85kN（屋面坡度为 1/8 ）风荷载作用下的计算简图如下图：图 2 风荷载作用下计算简图4. 吊车荷载=18

7、0kN；由附表 16-2 查得 Pk， maxPk， min=1/2(G+g+Q)- P k， max=1/2(228+200)-180=46.5kNB=5600mm，K=4400mm则根据支座反力影响线求出作用于柱上的吊车竖向荷载为：Dmax=c* Q* P k ，max* yi =0.9 1.4 180（ 1+0.267+0.8+0.067）=483.99kNDmin=c* Q* P k ，min* yi =0.9 1.4 46.5 （ 1+0.267+0.8+0.067）=125.03kN作用于每一轮子上的吊车横向水平刹车力Fh1= Q* /4(Q+g)=1.4 0.1/4 （ 200+

8、77.2）=9.702kN则两台吊车作用于排架柱顶上的吊车横向水平荷载为Fh=c * F h1* yi =0.9 9.702 （ 1+0.267+0.8+0.067）=18.63kN.专业 .整理 .下载可编辑五力计算1恒荷载（ 1）屋盖自重作用因为屋盖自重是对称荷载，排架无侧移，故按柱顶为不动铰支座计算。由厂房计算简图及柱截面尺寸图取用计算截面图图 3 取用计算截面e1=0.05m,e 0=0.15m,G1=214.5kN, 根据 n=0.248 ， =0.295 查表得 C1=1.760 ， C3=1.268 ，则可得R=-G1/H2(e 1*C1 +e0*C3)=-214.5/12.2

9、(0.05 1.760+0.151.268)=-4.97kN()计算时对弯矩和剪力的符号规定为：弯矩图绘在受拉一边； 剪力对杆端而言，顺时针方向为正（V），剪力图可绘在杆件的任意一侧，但必须注明正负号，亦即取结构力学的符号。这样，由屋盖自重对柱产生的力如下图：.专业 .整理 .下载可编辑图 4 恒荷载力图M =-214.50.05+4.97 3.6=7.17kN mM =-214.50.15+4.97 3.6=-14.28kN mM =-214.50.15+4.97 12.2=28.46kN mN = N =N =214.5kN，V=4.97kN（ 2）柱及吊车梁自重作用由于在安装柱子时尚未吊

10、装屋架，此时柱顶之间无连系，没有形成排架，故不产生柱顶反力；因吊车梁自重作用点距离柱外边缘不少于 750mm，则力如下图 4 所示：M =0， M =M =+42.2 0.50-17.28 0.15=18.51kN mN =17.28kNN =17.28+42.2=59.48kNN =59.48+35.50=94.98kN2. 屋面活荷载作用因屋面活荷载与屋盖自重对柱的作用点相同，故可将屋盖自重的力乘以下列系数，即得屋面活荷载力分布图如图 4 所示，其轴向压力及剪力为：Q1/G1=50.4/214.5=0.235N = N = N=50.4kN，V=0.235 4.97=1.168kN3. 风

11、荷载作用为计算方便，可将风荷载分解为对称及反对称两组荷载。在对称荷载作用下，排架无侧移，则可按上端为不动铰支座进行计算；在反对称荷载作用下，横梁力等于零，则可按单根悬臂柱进行计算。.专业 .整理 .下载可编辑图 5 柱作用正风压图当柱顶作用集中风荷载 Fw时， R11 Fw1 11.85 5.93kN当墙面作用均布风荷载时，查表得22C =0.355 ，则得11R3= C11H2 1/2(q1-q 2)=0.355 12.2 1/2 (3.15-1.97)=2.56kN当正风压力作用在A 柱时横梁反力 R：R=R1+R3=8.49kNA 柱力图如图 6 所示，其力为M=(Fw-R)x+1/2q

12、 1x2M=M=(11.85-8.49) 3.6+1/2 3.15 3.6 2=36.07kNmM=(11.85-8.49) 12.2+1/2 3.15 12.2 2=275.42kNmN=N=N=0w1x=(11.85-8.49)+3.1512.2=42.14kNV =(F -R)+q图柱作用正风压图柱作用负风压.专业 .整理 .下载可编辑当负风压力作用在柱时（如图所示），其力为M=-Rx 1/2q x2M=M=-8.49 3.6 1/2 1.97 3.6 2=-43.33kN mM=-8.49 12.2 1/2 1.97 12.2 2=-250.19kN mN=N=N=0V=-R-q 2x

13、=-8.49-3.1512.2=-32.52kN4吊车荷载(1) 当 Dmax值作用于 A 柱 （如图 8-a 所示）根据 n=0.248 ，=0.295 查表得 C3=1.268 。吊车轮压与下柱中心线距离按构造要求取 e4=0.35m，则得排架柱上端为不动铰支座时的反力值为：R=-D e C /H =-483.990.351.268/12.2=-25.15kN( )1max432R2=-Dmine4 C3/H2=-125.030.351.268/12.2=6.50kN( )故 R=R1+R2=-25.15+6.50=-18.65kN( )再将 R值反向作用于排架柱顶，按剪力分配进行计算。由

14、于结构对称，故各柱剪力分配系数相等，即 A=B=0.5 。（如图 8-b 所示）各柱的分配剪力为：V=- V= R=0.518.65=9.33kN( )ABA最后各柱顶总剪力为：VA= V A-R1=9.33-25.15=-15.82kN( )VB = V B-R2=9.33+6.50=-15.83kN()图 8 吊车竖向荷载作用时柱顶剪力(a)上端为不动铰支座时(b)柱顶作用 R 时则 A 柱的力为：（如图 9-a 所示）M=-VAx=-15.82 3.6=-56.95kN mM =-VA x+Dmaxe4=-56.95+483.99 0.35=185.05kN mM =-15.82 12.

15、2+483.99 0.5=48.99kN mN =0kN.专业 .整理 .下载可编辑N =N =483.99kNV =VA=-15.82kN( )图 9 吊车竖向荷载对A 柱力图(a)当 Dmax 作用于 A 柱时(b)当 Dmin 作用于 A 柱时(2) 当 Dmin 值作用于 A 柱时（如图 9-b 所示）M =-VAx=-15.82 3.6=-56.95kN mM =-VA x+Dmine4=-56.95+125.03 0.35=5.57kN m M =-15.82 12.2+125.03 0.35=-130.49kN mN =0kNN =N =125.03kNV =VA=-15.82k

16、N( )(3) 当 Fh 值自左向右作用时 ( )由于 Fh 值同向作用在 A、B 柱上，因此排架的横梁力为零，则得 A 柱的力：（如图 10 所示）图 10 吊车横向水平作用（a）吊车横向水平作用于排架（ b）横向水平作用时M =M =Fhx=18.63 1.0=18.63kNM =18.63 (9+0.6)=178.8kN mN =N =N =0.专业 .整理 .下载可编辑V =Fh=18.63kN( )(4) 当 Fh 值自右向左作用时 ( )其力值与当 Fh 值自左向右作用时相同，但方向相反。六力组合单跨排架的 A 柱与 B 柱承受荷载的情况相同，故仅对 A 柱在各种荷载作用下的力进行

17、组合。表 1 为 A 柱在各种荷载作用下力汇总表， 表 2 为 A 柱承载力极限状态荷载效应的基本组合，表 3 为 A 柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合及准永久组合。表 1 为 A 柱在各种荷载作用下力汇总表荷载种类荷载编号MN - M kN kMN- M kN kMN - VM kN k恒荷屋面活荷载载127.171.68231.750.485.981.4193.136.054.23-3.54274.950.43.53-2.53229.036.0846.976.69273.950.484.971.16839.144.78228.336 02风荷载吊车荷载左风右风DmaxDminFh (

18、)Fh ( )34567836.07-43.33-56.9-56.9518.63-18.635-40.625.76-30.95-40.6813.31-13.318185.05.5736.07518.63-18.63-43.33483.9125.039132.13.99825.7613.31-13.31-30.95345.789.311275.4-250.1-130.4178.85-178.8248.99959483.9125.03942.14-15.8-15.8218.63-18.63-32.522194.1-175.9-93.21127.75-127.7934.9956345.789.311

19、.专业 .整理 .下载可编辑Vk4.140.8329.66-23.06-11.3-11.313.31-13.31注：（1）力的单位是 kNm，轴力的单位是 kN，剪力的单位是 kN；（2）表中弯矩和剪力符号对杆端以顺时针为正，轴向力以压为正；（3）表中第 1 项恒荷载包括屋盖自重、柱自重、吊车梁及轨道自重；（4）组合时第 3 项与第 4 项、第 5 项与第 6 项、第 7 项与第八项二者不能同时组合；（5）有 Fh 作用时候必须有 Dmax或 Dmin 同时作用。表 2 为 A 柱承载力极限状态荷载效应的基本组合组合组合 - - - 荷载力名称MNMNMNV1+0.9(2+3)1+0.9(3+

20、5+7)1+0.9(2+3+5+7)M max32.62277.1220.0710.4505.93754.946.484093由可变荷载效应控1+0.9(4+6+8)1+0.9(2+4+6+81+0.9(4+6+8)制的组合M max-99.8231.7-49.7432.7-456.6386.5-55.3（简化规则）5819110G SGK 0.91+0.9(2+4+6+1+0.9(2+3+5+71+0.9(2+3+5+ 7)n8)Qi SQiKN max-98.3277.1216.8755.8754.9i 1505.9346.48442531+0.9(4+6+8)1+0.9(4+6+8)1+

21、0.9(4+6+8)Nmin-99.8231.7-46.5387.4-456.6386.5-55.35823110注：由永久荷载效应控制的组合：其组合值不是最不利，计算从略。表 3 A 柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合组合组合- - - 荷载力名称M kN kM kN kM kN kVk由可变荷载效应1+3+0.7 21+5+0.6 3+0.71+3+0.7(2+5+7) 7控制的组合M max, k218.3495.5（简化规则）32.725160.48574.79350.59235.791+4+0.7(6+8)1+4+0.7(2+6+8)1+4+0.7(6+8)SGK SQ 1KM m

22、ax, k -76.8193.1-291.4290.8-36.1n95-35.72316.80945ci SQiKci1+5+0.6 3+0.7i 21+3+0.7 21+5+0.6 3+0.7(2+7)N max, k（ 2+7）值：活： 0.7 ；32.72218.3158.71599.99283.42599.220.35.专业 .整理 .下载可编辑风： 0.6 ；吊车：530.71+4+0.7(6+8)1+4+0.7(6+8)1+4+0.7(6+8)N min, k193.1-291.4290.8-36.1-76.895-33.94291.60945注：对准永久组合计算， 其值要小于标准

23、组合时的相应对应计算值， 故在表中从略。七柱子设计1. 上柱配筋计算从表 2 中选取两组最不利的力M1=-99.85kN m； N1 =231.78kN。M2=-98.34kN m； N2 =277.14kN。(1) 先按 M1，N1 计算l 0/h=2 3600/400=185, 故需要考虑纵向弯曲影响， 其截面按对称配筋计算，偏心距为：e0=M1/N1=99.85/231.78=0.431mea=h/30=400/30=13.33mm 20mm，取20mmei =e0+ea=431+20=451mm 1=0.5f c A/N=0.5 14.3 1.6 105/(231.78 103)=4.

24、91.0取 1=1.0又 l 0/h=1815，故取 2=1.15-0.01 l 0/h=1.15-0.01 18=0.97=1+ 1 =1+1.0 0.97=1.1992 ei =1.199 451=532.75mm0.3h0=109.5mm故按大偏心受压计算则 e=ei +h/2-a s=532.75+400/2-35=697.75mm b=0.482N 1f c bh0 =N/( 1f c bh0)=231.78 103 /(1.0 14.3 400365)=0.111 bh0=0.111 365=40.5mm2as =70mm不满足=70mm，则/h 0 =70/365=0.192取

25、x=2as=2as.专业 .整理 .下载可编辑A =A=Ne- f2(1-0.5 )/f(h -a)cbhyss100se=ei +h/2-a s=532.75+400/2-35=697.75mmAs=231.78 103697.75-1.0 14.3 4003652 0.192 (1-0.5 0.192)/360 (365-35)=247.96mm 222因 As=247.96mm1.0 取 1=1.0又 l 0/h=1815，故取 2=1.15-0.01 l 0/h=1.15-0.01 18=0.97=1+ 1 2=1+1.0 0.97=1.233 ei =1.233 378=466.07

26、mm0.3h0=109.5mm故按大偏心受压计算则 e=ei +h/2-a s=466.07+400/2-35=631.07mm b=0.482N 1f c bh0 =N/( 1f c bh0)=277.14 103 /(1.0 14.3 400365)=0.133 bh0=0.133 365=48.5mmminbh=0.002 400400=320mm2取 As=358.82mm2配置 220（As=628mm）2综合两组计算结果，最后上柱钢筋截面面积每侧选用(2 20（As=628mm）)2. 下柱配筋计算.专业 .整理 .下载可编辑从表 2 中选取两组最不利的力M1=-456.61kN

27、m；N1=386.51kN。M2=505.93kN m； N2 =754.93kN。(1) 先按 M1，N1 计算l 0/h=8600/800=10.755, 故需要考虑纵向弯曲影响， 其截面按对称配筋计算，其偏心距为：e011=456.61/386.51=1.181m=M/Nea=h/30=800/30=26.67mm20mmei = e 0 +ea=1181+26.67=1207.67mm1=0.5fcA/N=0.5 14.3 1.475 105/(386.51 103)=2.731.0 取 1=1.0又 l 0/h=10.7515 ，故取 2=1.0 =1+1=1+1.0 1.0=1.2

28、则 e=ei +h/2-a s=1278.92+800/2-35=1643.92mm先按大偏心受压计算相对受压区高度 x，并假定中和轴通过翼缘，则有， xhf =112.5mm,b=0.550,x=N/( 1f cbf )=386.51 103/(1.0 14.3 400)=67.57mm522 minA=0.0021.475 10 mm=295mm(2) 再按 M2，N2 计算（ M2=505.93kNm；N2=754.93kN）e0=M2/N2=505.93/754.93=0.670mea=h/30=800/30=26.67mm20mmei = e 0 +ea=670+26.67=696.

29、67mm 1=0.5f cA/N=0.5 14.3 1.475 105/(754.93 103)=1.3971.0 取 1=1.0 2=1.0.专业 .整理 .下载可编辑=1+ 12=1+1.0 1.0=1.102则 e=ei +h/2-a s=1.102 696.67+800/2-35=1133mm先按大偏心受压计算相对受压区高度 x，并假定中和轴通过翼缘，则有， x hf=112.5mmx2as =70mm，按中和轴在腹板的大偏心受压对称配筋计算。x=N- f (b-b)h3 (400-100)f/( f b) =754.93 10 -1.0 14.31 cf1 c 100/(1.0 14

30、.3 100)=227.92mmAs=As =Ne- 1f c bf x(h 0 -0.5x) - 1f c(b f -b)h f (h 0- h f )/fy (h 0-a s )=754.93 1031133-1.0 14.3 40067.57 (765-0.567.57)- 14.3 (400-100) 100(765-100)/360(765-35)=1093mm2522minA=0.0021.475 10 mm=295mm综合两组计算结果，最后上柱钢筋截面面积每侧选用2(4 22（ As=1520mm）)3. 柱裂缝宽度验算(1) 上柱从表 -3 中取一组正常使用极限状态荷载效应的组

31、合值进行裂缝宽度验算：M=,N =k 76.89kN mk 193.15kNe0=Mk/Nk=0.398m因为 l te =As/A te =As/(0.5bh)=628/(0.5400400)=0.0078514；=1.0 ； =0.9712s=1+1.0 0.97=1.157则 e= se0+h/2-a s=1.157 398+400/2-35=625mmf=0，z=0.87-0.12(1-f)(h /e)2h00=0.87-0.12(1-0) (365/625) 2 365=303mm按荷载标准组合计算的纵向受拉钢筋应力 sk =Nk(e-z)/(zAs )=193.15 103(625

32、-303)/(303628)=326.8N/mm2裂缝间钢筋应变不均匀系数为 :=1.1-0.65ftk /(te sk ).专业 .整理 .下载可编辑=1.1-0.652.01/(0.01 326.8)=0.7max=2.1 ( sk/E s) (1.9c+0.08d eq/p te )=2.1 0.7 (326.8/200000)(1.9 25+0.08 20/0.001)=0.498mm0.3mm2不满足要求，故重新配置钢筋：420（ As=1256mm）2则 te =0.0157； sk =163.42N/mm=1.1-0.65ftk /( te sk )=1.1-0.652.01/(

33、0.01 163.42)=0.591故 max=2.1 ( sk /E s) (1.9c+0.08deq/p te )=2.10.591 (163.8/200000) (1.9 25+0.08 20/0.001)=0.21mm0.3mm满足要求。(2) 下柱从表 -3 中取一组正常使用极限状态荷载效应的组合值进行裂缝宽度验算：Mk=350.59kN m,Nk=495.52kNe0=Mk/Nk=0.708m te =As/A te =As/(0.5bh)=628/(0.5400400)=0.0238因为l0/h=10.7514 ； 1 =1.0 ； s=1.0则 e= se0+h/2-a s=1

34、.0 708+400/2-35=1073mm f =(b f -b)h f /(bh 0)=(400-100) 112.5/(100 765)=0.441z=0.87-0.12(1-f )(h 0 /e) 2h 0=0.87-0.12(1-0.441)(765/1073) 2 765=639.5mm按荷载标准组合计算的纵向受拉钢筋应力 sk =Nk(e-z)/(zAs )=495520 (1073-639.5)/(639.5 1520)2=354.78N/mm裂缝间钢筋应变不均匀系数为: =1.1-0.65f tk /( te sk )=1.1-0.652.01/(0.0206 354.78)

35、=0.917max=2.1 ( sk/E s) (1.9c+0.08deq/p te )=2.10.917 (354.78/200000) (1.9 25+0.08 22/0.0206)=0.287mm0.3mm满足要求。4. 运输、吊装阶段验算(1) 荷载计算上柱矩形截面面积 0.16m 2 下柱矩形截面面积 0.32m 2下柱工字形截面面积 0.1475m 2上柱线荷载 q 3=0.16 25=4kN/m下柱平均线荷载 q 1=0.32 (0.6+1.5)+0.1475 6 25/8.1=4.8kN/m 牛腿部分线荷载 q2=0.24+0.4 (0.25 0.3+0.5 0.25 0.3)

36、/0.5/25=10.25kN/m(2) 弯矩计算.专业 .整理 .下载可编辑l 1=0.6+6+1.5=8.1ml =0.5m；l3=3.6m2则： MC=-0.5 4 3.6 2=25.92kN mMB=-4 3.6 (0.5+0.53.6)-0.5 10.25 0.5 2 =-33.28kN m求 AB跨最大弯矩，先求反力RA：MB=0R A=(0.5 4.8 8.1 2-33.28)/8.1=15.33kN令 V=RA-q 1X=0； X=RA/q 1=15.33/4.8=3.19m则 AB跨最大弯矩为：M AB=15.33 3.19-0.5 4.8 3.19 2=24.48kN故最不

37、利截面为 B 及 C 截面(3) 配筋验算对 B截面荷载分享系数为1.2 ，动力系数为 1.5 ，对一般建筑物，构件的重要性系数取 0 =0.9 ，则其弯矩设计值为M=-1.2 1.5 0.9 33.28=-53.91kN mB受拉钢筋截面面积：（为偏于安全，下柱取工形截面计算）s=M/( f bh22)=53910000/(1.0 14.3 200365 )=0.14151c0查表得 s=0.928A= M/(f2y h )=53910000/(360 0.928 365)=422mmss02下柱原配受拉钢筋 422（ As =1520mm），故安全对 C截面其弯矩设计值为： MB=-1.2 1.5 0.9 25.92=-41.99kN m受拉钢筋截面面积s=M/( 1f cbh02)=41990000/(1.0 14.3 4003652 )=0.查表得 =0.972s.专业 .整理 .下载可编辑A= M/(f2y h )=41990