单层单跨工业厂房课程设计改

1、设计任务某车间为宜单层单跨钢筋混凝土装配结构，跨度为27m柱距6m不抽柱，纵向总长度为66m拟选用两台桥式起重机，A5级（中级）工作制，额定起重量15/3t,轨顶标高8.4m,室内外高差150mm选用预应力混凝土折线形屋架，1.5X6.0m预应力混凝土屋面板，无天窗,屋面活荷载为0.5/m2。屋面构造采用外天沟排水，三毡四油防水层，20mmK泥砂浆找平层；维护砖墙240mnB（容重为16/m3）,外侧贴浅色釉面瓷砖，内侧20mnB混合砂浆抹灰，刷白色涂料；由勘察报告提供的资料可知：天然地面下1.2m处为老土层，修正后的地基承载力为150/m2,地下水位在地面下1.3m（标高-1.45m）。Ml

2、IT图1-1建筑平面布置图-1-/35国广瘠剖面网图1-2I-I剖面图-2-/35二、确定做法和相应荷载标准值1、屋面板：选自G410,板重：1.3kN/m2嵌缝重：0.1kN/m2（2）天沟板：选自G4102、天沟重（包括水重）：17.4kN/根3、预应力钢混筋凝土折线形屋架选自G415,屋架轴线图尺寸如图所示。每根屋架重60.5kNo4、屋盖支撑：选自G415重量为：0.05kN/m2（沿水平面）5、基础梁：选自G320,bXh=250X450mm每根自重：16.90kN6、吊车梁：选自G323,每根自重：50kN,轨道及垫层重：0.6kN/m7、连系梁与过梁，截面与尺寸见剖面图。8、柱间

3、支撑：选自G142.1三、柱截面尺寸与高度的确定基础采用单独杯形基础，基础顶面标高为-0.6m柱顶标高为11.4m,牛腿顶面标高为7.8m。柱子尺寸：1、柱子高度：上柱高HU11.4m7.8m3.6m下柱高Hl7.8m0.6m8.4m柱总高H11.4m0.6m12.0m-3-/3540011.40L2-2252、柱截面尺寸：建议上柱为方形截面，bXh=400X400mm下柱为工字形截面,bxhxhf=400X800x150mm牛腿尺寸、柱下端矩形截面部分高度尺寸见图25。柱截面几何特征值为：A11.6105mm252A21.775105mm2四、荷载计算1、包载(1)屋盖包载屋面板永久荷载标准

4、值三毡四油防水层20mm厚水泥砂浆找平层小计屋面可变荷载标准值I12.13109mm2I214.38109mm20.4kN/m320kN/m30.8kN/m-4-/35g14.0kN/mg24.44kN/m2_30.02m0.40kN/m320.5kN/m21.40kN/m20.05kN/m37.7kN17.4kN/根屋面均布活荷载（不上人屋面）预应力混凝土屋面板（包括灌缝）屋盖钢支撑天窗架天沟重（包括水重）屋架重力荷载为60.5kN/板,则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值:_一,一一2_G11.2(2.2kN/m6m18m/260.5kN/237.7kN17.4kN)244.98kN(2)

5、吊车梁及轨道重力荷载设计值：G31.2(50kN0.8kN/m6m)65.76kN(3)柱自重重力荷载设计值：上柱G4AG4B1.24kN/m3.6m17.28kN下柱G5AG5B1.24.44kN/m8.4m44.76kN-5-/359C0上。Fal-Hl/V11S26.作用位直2、屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5kN/m2屋面积灰荷载为(0.3kN/m23m0.75kN/m23m0.3kN/m23m)6m24.3kN作用于柱顶屋面活荷载设计值为：Q11.4(0.5kN/m26m18m/224.3kN)71.82kNQ1作用位置与G/乍用位置相同。如图26。3、风荷载按kzszo计算，其中

6、o0.55kN/m2,z1.0,z根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度确定:-6-/35（标图11.4m)z1.039（标图13.5m)z1.098（标图16.92m)z1.182柱顶檐口屋顶排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为:1.00.81.0391k1.00.41.0392k|0.55kN/m20.286kN/m20.55kN/m20.457kN/m2跖一楙.悌"荀F则作用于排架计算简图(图27)上的风荷载设计值为：q11.40.457kN/m26m3.84kN/m2_q21.40.286kN/m6m2.40kN/m屋架各点处的z:标高(m>z13.951.11116.6

7、21.17614.551.12716.591.175nFWQ(szh)z0B0(0.80.5)2.11.098(0.30.6)0.451.111n11.42.671.176(0.80.6)2.041.175033.40kN-7-/354、吊车荷载152kN015/3kN吊车的参数为：B5.5m,K4,4m,g71.9kN,Q150kN,Fp,max根据重力荷载之间的平衡关系：2(Fp,maxFp,min)GQg得：Fp,min65.5kN。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'15。11b彳裱作好支座反力的影响28。(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为:

8、DmaxQFp,maxyi1.4152kN(10.8080.2670.075)457.52kNDminQFp,minV1.465.52.15197.155kN(2)吊车横向水平荷载作用于每个轮子上的吊车横向水平制动力计算：1-1,、T-(Qg)-0.1(150kN71.9kN)5.548kN44作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值计算TmaxqTyi1.45.5482.1516.7kNmaxqi-8-/35五、排架内力分析柱剪力分配系数柱子nIu/IiH/HCo3/13(1/n1)H3/CoEIl1/ii1/iA,Bn0.1480.300CO2.59610H3ab0.26810AB0.51、

9、包载作用下的排架内力分析，计算简图如图29(a)GiG1244.98kN,G7G3G±162.32kN17.28kN81.60kNg3G下144.76kN.M1G1e244.98kN0.05m12.25kN/mM2(G1GT；)eoG303(244.98kN17.28kN)0.2m64.32kN0.35m29.94kN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。对于A、B柱n0.148,0.300n1.971,C3M1HC1M2HC31n1.18112.25kNm1.97129.94kNm1.184124.96kNRB4.96kN-9-/35.&

10、#39;1J9:恒麟用m油求得R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262.265s262.26b.61面以上重力荷载之和，包载作用下的轴力弯矩如图29(b)(c)02、屋面活荷载作用下的排架内力分析排架计算简图如图30(a)。其中Qi71.82kN,它在柱顶及变阶处引起的力矩为：M1A,71.82kN0.05mC31.181则MiArM2ArRAC1C3HH3.59kNm,M2A71.820.2014.36kNm,C11.971,3.59kNm1.97114.36kNm1.181122.00kN()排架各柱的弯矩轴力图如图30(b)(c)-10-/353、风荷载作用下

11、的排架内力分析(1) 左风吹时计算简图如图31(a)。A,B柱n0.148,0.300有表2.5.2得314(11)Ciin0.3408113(-1)nRaq1HC113.84kN/m12m0.3415.7kN()Rbq2HC112.4kN/m12m0.349.792kN()RRaRbFW15.7kN9.79kN33.43kN58.92kN()各柱顶剪力分别为：VaRaaR15.7kN0.558.92kN17.36kN()VbRbbR9.79kN0.558.92kN19.67kN()排架内力如图31(b)-11-/35(2) 右风吹时由于死单跨，与左风吹情况相同，内力反向，计算简图和内力图如图

12、324、吊车荷载作用下排架内力分析(DDmax作用于A柱计算简图如图33(a),其中吊车竖向荷载Dmax,Dmin在牛腿顶面处引起的力矩为MADmaxe3457.52kN0.35m160.13kNmMbDmine3197.16kN0.35m69kNm对于A柱,C31.18,则Ra"c3160.13kMm1.1815.7kN()H12mcMb69kNm。xRbC31.186.79kN()H12mRRaRb15.7kN6.79kN8.91kN()排架各柱顶剪力分别为：-12-/35VARaaR15.7kN0.58.91kN11.25kN()VBRbbR6.79kN0.58.91kN6.7

13、9kN()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图33(b)(c)0"r1H於忙i的败内力分析(2) Dmax作用于B柱由同理可得，内力图如图34(b)S31匕口|北社代闿|架机；"|-13-/35(3) Tmax作用下当作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图35(b)对于A柱，n0.148,0,300,a(3.6m1.2m)/3,6m0.670，则3(1a)(1a)223a-(23a)C5n0.627nRaTmaxC516.70kN0.62710.48kN()同理，对于B柱，n0.148,0.305,a0.670,C50.627则RbTmaxC516.70kN0.6271

14、0.48kN()排架柱顶总反力R为：RRaRb10.48kN(10.48kN)20.96kN()各柱顶剪力为：VARaaR10.48kN0.5(20.96)kN0VBRbbR10.48kN0.5(20.96)kN0排架各柱的弯矩图及柱底剪力如图35(a)。-14-/35六、内力组合表1A柱内力设计值汇总表柱号及正向内力荷我类别屋面活载吊车竖向荷载吊车水平柚鼓风柿栽Dmax作用在A柱Dmax作用在B柱左风右风J*六丁pII1nIIM5.613.61-40.57-40.57±23.3874.41-86.26N262.2671.8200000J1nnM-24.33-10.75119.562

15、8.43±23.3874.41-86.26N326.5871.82457.52197.16000mmM17.336.0524.89-66.24±163.66441.6-408.48N371.3171.82457.52197.16000-15-/35V4.962.00-11.27-11.27士16.7059.84-48.44注：M（单位为kNm）,V（单位为kN）表2A柱内力设计值组合表截面Mmax及相应M,NMmax及相应N,VNmax及相应M,VNmin及相应M,VMk,Nk备注I-IM+0.9(+)75.83+0.90.9(+)+一123.82+0.9+0.9(+)+-

16、82.02+0.90.9(+)+一123.82-87.78Nmax一项取1.35Sgk0.71.4SqkN326.90262.26345.32262.26218.55n-nM+0.90.9(+)+158.42+0.9(+)一111.64+0.9+0.9(+)+152.84+0.9一101.96N697.17391.22761.81326.58-16-/35m-mM+0.9+0.9(+)+©572.94+0.90.9(+)+一536.52+0.9+0.9(+)+572.94+0.9414.77N806.54531.01806.54371.31V65.01-61.2965.0158.82

17、Mk411.31一381.17411.31298.33Nk620.30423.50620.30309.42Vk47.03-43.1947.0342.60注：M（单位为kNm）,N（单位为kN）,V（单位为kN）-17-/35七、柱截面设计混凝土强度等级为C30,fc14.3N/mm2,均2.01N/mm2;采用HRB335级钢筋，fyfy300N/mm2,b0.518。上下柱均采用对称钢筋。1、上柱配筋计算有内力组合表可见，上柱截面共有4组内力取h0400mm40mm360mm,经判别，均为大偏压，选取一组最不利荷载组合。M123.82,N262.26由附表11.1查的有吊车厂房排架方向上柱的

18、计算长度l023.6m7.2m0附加偏心距ea取20mm（大于400mm/30）。M123.82106Nmmeo472.1mm,eie0ea472.1mm20mm270mmN262260N由l0/h7200mm/400mm185,故应考虑偏心距增大系数0.5fcAc0.514.3N/mm24002mm24.362262260N1.0取11.0。21.150.0也h1.150.01(幽吗0.97400mm1400且h011400(270mm)(360mm7800mm)1.0400mm0.971.1641fcbh01.0262260N214.3N/mm400mm360mm0.1272ash080m

19、m0.222360mm取x2as进行计算。eeih/2as1.164270mm400mm/240mm412.8mmNe262260N412.8mmfy(h°as)2,300N/mm(360mm40mm)1127.7mm2选用420(AS1256mm2),AS/(bh)1256mm2/(400mm400mm)0.785%0.2%,满足要求18/35由附表11.1,得垂直于排架方向柱的计算长度lo1.253.6m4.5m,则10/b4500mm/400mm11.25,0.961。Nu0.9(fcAfyAS)0.90.961(14.3N/mm371310N3.421.0取11.0。,860

20、0mm、,()1.01.01400(1143.7mm)800mm760mm400mm400mm300N/mm21256mm22)2630.94kNNmax345.32kN满足弯矩作用平面外的承载力要求。2、下柱的配筋计算取h0800mm40mm760mm,与上柱分析方法类似，在内力组合表的8组内力中选取下列2组最不利内力。M414.77kNm,N371.31kN.M536.52kNm,N531.01kN.(1)按M414.77kNm,N371.31kN.计算下柱计算长度取l01.0,Hl8.6m,附加偏心距ea800mm/3026.67mm(大于20mm),b100mm,bf400mm,hf1

21、50mm。M414.77106Nmmeo一1117mm,eie0ea1117mm26.67mm1143.7mmN371310N5由l0/h8600mm/800mm10.7555,故应考虑偏心距增大系数。且取151.00.5fcAc1N-(r)11400曳hh01.055ei1.0551143.7mm1206.6mm0.3h00.3760mm228mm0.514.3N/mm2400mm800mm300mm(800mm2150mm25mm)19/35故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则Nifcbf371310N264.9mm150mm1.014.3N/mm400mmAAsNe1fcbfx(h

22、0x/2)-as1206.6mm800mm40mm1566.6mm222371310N1566.6mm1.014.3N/mm2fy(h°as)2400mm64.9mm(760mm64.9mm/2)/300N/mm(760mm40mm)1442.6mm2(2)按M536.52kNm,N531.01kN.计算计算方法同上述相同。计算过程从略，计算结果AAS1833.6mm2。综合上述计算结果，下柱截面选用425(As1964mm2)按此配筋，经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦，满足要求。3、柱的裂缝宽度验算规范规定，又teQ/h00.55的柱应进行裂缝宽度验算。上柱及下住均出现e0/%0.

23、55的内力。故应进行裂缝宽度验算。验算过程见表3,其中上柱A1256mm2,下柱As1964mm2,Es2.0105N/mm2；构件特征系数cr2.1,混凝土保护层厚度c取25mm0表3柱的裂缝宽度验算表柱截回上柱下柱内力标准值Mk/(kNm)88.78381.17Nk/kN218.55423.50e0Mk/Nk/mm406.20.55h09000.55h0Aste_0.5bh(Bfb)hf0.01570.01，取te0.010.023111/l。2s1()4000e0/h0h1.0721.0(114)h20/35eeh/2as/mm595.41260fhf(bfb)/bh000.592h0z

24、0.870.12(1f)()h0/mme297.4647.7Nez)z/2.sk/(N/mm)Asz174.4203.8ftk1.10.65tesk0.620.82sk,一deq、，maxcr(1.9c0.08)/mmEste0.17<0.3（满足要求）0.24<0.3（满足要求）4、柱的箍筋配置非地震区的单层厂房柱，具箍筋数量一般有构造要求，上、下柱均选用8200箍筋。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36.o其中牛腿截面宽度b400mm,牛腿截面高度h600mm,h0565mm0（1）牛腿截面高度验算其中0.65,ftk2.01N/mm2

25、,Fhk0（牛柱腿顶面没水平荷载），a150mm20mm130mm0,取a0,FVK按下式确定：FvkDmaxG3457.53kNmax1.4整N380.41kN(10.5%0.65Fvk0.5-h022.01N/mm400mm565mm0.5590.54kNFvk故牛腿截面高度满足要求21/35(2)牛腿配筋计算由于a150mm20mm据构造要求,AsmiM实际选用414(As图牛脚尺寸简图130mm0,因而该牛腿可按构造要求配筋。根0.02400mm600mm480mm2。616mm2)o水平箍筋选用8100。6、柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到强度后起吊。由表3可得

26、柱850mm,则柱吊装时总长度为插入杯口深度为h0.9800mm720mm,取h1图柱吊装计算简图22/35柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载(应考虑动力系数)，即q1Gq1k1,51.3525kN/m30.16m28.1kN/mq2Gq2k1,51.3525kN/m30.4m1,0m20.25kN/mq3Gq3k1,51.3525kN/m30,1775m28.99kN/m在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为：1 2122M1-q1Hu8.1kN/m3.62m252.49kNm2 212122M1-8.1kN/m(3.6m0.6m)2-(20.25kN/m8.1kN/m)0.62m273.63

27、kNm1由MbRaI3q313M207f寸：1 M2173.63kNmRa-q3l328.99kN/m8.65m一29.82kN2 I328.65m1一2M3RaX-q3x令dMAraq3x0,得xRA/q329.82kN/8.99kN/m3.32m,则下柱最大弯dx矩1 22M3为：M329.82kN3.32m8.99kN/m3.322m249.46kNm2柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表4,0表4柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱M(Mk)/(kNm)52.49(38.88)73.63(54.54)MufyAs(h°as)/(kNm)120,58>0.9义

28、52.49=47.24424,22>0.9义84.20=66.27skMk/(0.87h0Ac)/(N/mm2)98.8442.001.10.65tktesk0.26-0.25<0,2,取0.2maxcrsk(1.9c0.08eq)/mmmaxciESte0.04<0.2（满足要求）0.012<0.2（满足要求）23/35八、基础设计1 .设计条件根据建筑地基基础设计规范(GB500072011)规定，对地基承载力特征值在160&fk<200kN/m2,单程排架结构、6m柱间的多层厂房，起重机额定重量不超过300kN的二级建筑物，设计时可不作地基变形计算。

29、基础采用C20混凝土，抗拉强度九1.1N/mm2;HPB300级钢筋，抗拉强度2fy270N/mm。2 .初定基础的几何尺寸基础采用平板式锥形基础，柱子插入基础杯口深度应满足三个条件：吊装时的稳定性，大于5%的柱长；大于纵向钢筋的锚固长度；由表4-9知：hi=0.9h=0.9900mm=810mm>800mmo因止匕初选=900mm。根据柱截面边长尺寸，查表4-11得：杯底厚度1>200mm,选用1=250mm,杯口底垫层为50mm。因杯壁厚度t>300mm,且大于基础梁宽，故取t=375mm。杯口顶部尺寸：宽=400mm+275mm=500mm；长=900mm+275mm=

30、1050mm杯口底部尺寸：宽=400mm+250mm=500mm；长=900mm+250mm=1000mm基础总高度：h>h1a1+50mm=900mm+250+50=1200mm基础埋深：d=1200mm+500mm=1700mm3 .地基计算基础梁传来墙体荷载(圈梁自重近似按墙体计算)：钢窗自重0.45kN/m2240清水墙自重0.2418kN/m24.32kN/m2外贴浅色釉面瓷砖0.5kN/m25.16kN/m22220厚混合砂浆抹面0.2017kN/m0.34kN/m基础梁自重16.10kNNwk16.105.1614.75648.40.4548.4kN314.50kNew24

31、0mm900mm/2570mm24/35基础顶面(即排架柱3-3截面)内力组合表列于表4-21.柱传来的内力Nmax,k=632.82kN+314.50kN=947.32kN表5A柱杯口顶面内力组合组号基本组合标准组合M/(kN-m)N/kNV/kNMk/(kNm)Nk/kNkVk/kNk1454.02P926.04165.88238.47632.8227.642313.31426.0648.77144.26355.0524.08先按轴压基础估算基底尺寸_22A>Nmax,k/(faksd)947.32/(200201.7)m5.71m偏心受压基础取1.4A1.45.71m27.994m

32、2,初步选2lb2.8m3.8m10.64m。则基础底面积：A2.8m3.8m10.64m2截面抵抗矩：Wlb2/62.83.82/66.379m3基础及覆土自重：GksAd2010.641.7kN361.76kN基础各部分尺寸详见图4-66.当基础宽度大于3m或埋深大于0.5m时，地基承载力特征值需按下式进行修正：fafakb(b3)dm(d0.5)式中fak地基承载力特征值，根据地质报告fak=200kN/m2基础底面以下土的重度，取=18kN/m3;m基础底面以上图的重度，取m=17kN/m3;b、d基础宽度和埋深对地基承载力的修正系数根据表4-8可查得b=0、d=1.1.fa2001.

33、117(1.70.5)kN/m2222.44kN/m2地基承载力计算采用荷载标准值。作用于基础底面的力矩和轴力标准值，地基承载力计算采用荷载的标准组合，盐酸过程见表4-22。基础底弯矩标准值：MdkMkNwkewVkh25/35基础底轴力标准值：NdkNkNwkGkPkNdk/APk,maxPkMd/W表6地基承载力计算计算项目Mk/(kN-m)Nk/kNVk/kNNwk/kNGk/kNMdk/(kN-m)Ndk/kNpk/(kN/m2)pk,max/(kN/m2)组合1238.47632.8227.64314.50361.7692.371309.08123.03<fa137.5K1.2

34、fa组合2144.26355.0524.08314.50361.76-6.111031.3196.93<fa97.89<1.2fa4.基础承载力计算基础的承载力计算包括受冲切承载力和底板受弯承载力。基础承载力计算采用荷载的基本组合。对于两种基本组合，地基净反力分别为/.max(N1.2NwK)/A(M1.2NwK0wVh)/W(926.041.2314.50)10.06(454.021.2314.500.5765.881.2)/6.3792169.83(kN/m)pn.min(N1.2Nwk)/A(M1.2N6Vh)/W(926.041.2314.50)10.06(454.021.

35、2314.500.5765.881.2)/6.3792172.66(kN/m)pn.max(N1.2Nwk)/A(M1.2Nwk0wVh)/W(426.061.2314.50)10.06(313.311.2314.500.5748.771.2)/6.3792100.08(kN/m)pn.min(N1.2Nwk)/A(M1.2N6Vh)/W(426.061.2314.50)10.06(313.311.2314.500.5748.771.2)/6.379250.95(kN/m)2抗冲切承载力计算近似取6.max169.83(kN/m)1)柱根截面处(图4-67)b=2.8>bc+2h0=(0

36、.4+21.16)m=2.72mA=(l/2-bc/2-h0)-(b/2-bc/2-h。)2=(3.8/2-0.9/2-1.16)2.8-(2.8/2-0.4/2-1.16)20.8104(m2)Flpn.maxA=1690830.8104=137.63KN冲切面水平投影面积为A=(bc+h0)h0(0.41.16)1.161.8096m226/35匚iiinid则冲切承载力:0.7hftA10.70.9671.11.80961061347.41>Fi=137.26KN/m2满足要求。2)变阶处冲切面与柱边冲切破坏重合，故其变阶处冲切面承载力可不用验算。(2)基础底板受弯承载力计算1)柱

37、边(11)截面。柱边截面(11)处的地基净反力pni=121.25+(169.83-121.25)450/1900=132.76kN/m2沿地基长边方向的弯矩：M1h0)2(2bbc)(Pn.maX2Pn1)27/3512169.86132.76(3.80.9)2(22.80.4)(-)318.10kN需要配筋量：AS1M1/(0.9fy、)318.10106/(0.92701160)1128.49mm2台阶(22)截面。台阶处(22)的地基净反力_-2Pn2121.25(169.83121.25)900/1900144.26kN/m沿基础长边方向的弯矩：M3(lh0')2(2bbc')(Pn.ma