单层厂房课程设计例题-20146

1、2.7单层厂房结构设计实例2.7.1设计任务某厂金工车间的等高排架。该金工车间平、立面布置如图2-53所示。柱距除端部为，其余均为，跨度；每跨设有两台吊车，吊车工作制级别为级，轨顶标高为，吊车起重量左右跨相同，具体见表2-15。外墙无连续梁，墙厚,每开间侧窗面积，钢窗，无天窗。图2-53(a) 厂房立面图1211660005001800018000ABCQ=20t/5tQ=20t/5tQ=20t/5tQ=20t/5t500图2-53(b) 平面图屋面做法：绿豆砂保护层二毡三油防水层20厚水泥砂浆找平层80厚泡沫砼保温层预应力砼大型屋面板 2.7.2设计参考资料1. 荷载资料,见表2-15： 表

2、 2-15 荷载资料基本雪压基本风压吊车起重量地面粗糙度类型屋面活载标准值2吊车起重量及其数据，见表2-16。表2-16 吊车起重量及其数据起重量桥跨轮距吊车宽起重机总量小车重最大轮压吊车顶至轨顶轨顶至吊车梁顶轨中至车外端最小轮压20/5t16.54000520022368.6174209418223037.53 地质资料，见表2-17。表2-17 地质资料层次地层描述状态湿度厚度()层底深度()地基承载力标准值容重1回填土1.41.4162棕黄粘土硬塑稍湿3.54.9200173棕红粘土可塑湿1.86.7250174.预应力屋面板、嵌板及天沟板选用，见表2-18。 表2-18 预应力屋面板、

3、嵌板及天沟板名称标准图号选用型号允许荷载kN/m2自重kN/m2备注预应力面 板G410(一)YWB-22.461.40自重包括灌缝重嵌 版G410(二)KWB-12.51.75同上天沟板G410(三)TGB68-13.051.91同上5.屋架选用图集,见表2-19。表2-19 屋架选用图集跨度(m)标准图号选用型号允许荷载kN/m2自 重屋架边缘高度G415(一)YWJA-18-2Aa榀屋盖钢支撑6 吊车梁选用图集，见表2-20。表2-20 吊车梁选用图集标准图号选用型号起重量Lk(m)自 重(kN)梁高(mm)G425YXDL6-620/5t10.522.544.2/根1200注:轨道连结

4、件重:7.基础梁：选用标准图号 ，/根。8.钢窗重：。9.常用材料自重，见表2-21。表2-21 常用材料自重 名称单位自重(kN/m2) 二毡三油绿豆砂面层0.35水泥砂浆20泡沫混凝土8240厚砖墙4.752.7.3 结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在之间，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2-54可知柱顶标高为，牛腿顶面标高为7.2-1.2-0.182=5.818m，（按要求实取6.0m） ；设室内地面至基础顶面的距离为，则计算简图中柱的总高度H，下柱高度，和上柱

5、高度分别为：安全行驶高度220mm+6.000 图2-54 厂房剖面图 19.600m； 7.2+2.094+220/1000=9.514m9.6m（mm是吊车的安全行驶高度） 211.750m；9.6+2.15=11.75m 312.800m；11.75+1.05=12.8m根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表2-22。表2-22 柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面尺寸/面积/惯性矩/自重/A，C上柱矩 4004001.610521.31084.0下柱I 4009001501001.875105195.381084.69B上柱矩 4006002.4105

6、721086.0下柱I 40010001501001.975105256.341084.94本设计仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2-55所示。12180001800055005500600060006000600060006000600060006000A11BCABC360010100400400150400900100252515040060015040010001002525150A柱B柱 图2-55 计算单元和计算简图2.7.4荷载计算1. 永久荷载屋盖永久荷载 20厚水泥砂浆找平层 80厚泡沫混凝土保温层 预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 屋盖钢支撑 总计 屋架重力荷

7、载为60.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载标准值为： (2) 吊车梁及轨道重力荷载标准值： (3)柱自重重力荷载标准值 A、C柱: 上柱： 下柱: B柱: 上柱: 下柱: 各项永久荷载作用位置如图2-56所示。(Qk1=27.00)Gk1=183.61Gk3=49.0075050250900Gk5A=30.49Gk4A=14.4A400B300300(Qk1=27.00)Gk4B=21.6150150Gk1=183.61Gk3=49.00500500750750Gk3=49.00(Qk1=27.00)Gk1=183.61Gk5B=32.11Gk4C=14.4Gk5C=30.4950

8、750(Qk1=27.00)Gk3=49.00Gk1=183.61400900C150250 图2-56 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，雪荷载标准值为，后者小于前者，故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载标准值为： 的作用位置与作用位置相同，如图2-56所示。3.风荷载风荷载的标准值按计算，其中,根据厂房各部分标高(图2-54)及B类地面粗糙度确定如下： 柱顶(标高+0.15=9.75) （计算时，其高度应该从室外地面算起） 檐口(标高+0.15=11.9) 屋顶(标高+0.15=12.95) 如图2-57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

9、为： +0.8-0.6-0.5-0.4-0.4-0.4ABCBACqk1kkk1qk2Fkw 图2-57 风荷载体型系数及计算简图则作用于排架计算简图(图2-57)上的风荷载标准值为: 1. 1.053标高11.75m处的z 2. 1.083标高12.80m处的z 3.计算Fw时，应该都按标高11.75m处距室外地面的高度的z2=1.053计算 4.吊车荷载 由表2-16可得吊车的参数为：，,根据及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2-58所示。12004000400060006000PmaxPmaxPmaxPmax=174KN0.1331.00.3330.8图2-58

10、吊车荷载作用下支座反力影响线(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载标准值为： (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：作用于排架柱上的吊车横向水平荷载标准值为： 2.7.5 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计算，见表2-23。表2-23 柱剪力分配系数柱别A、C 柱B 柱1.永久荷载作用下的内力分析永久荷载作用下排架的计算简图如图2-59（a）所示。图中的重力荷载及力矩是根据图2-56确定的，即; ; ; 1. 0.25m=(450-200)×10-3 2. 0.3m=(750-450)×10-3由于图2

11、-59a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可根据相应公式计算。对于A，C柱， 则： 本例中。求得后，可用平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，永久荷载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图2-59、。 图2-59d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同BAC .BAC18.985.9.8.2433.533.585.98.24.10弯矩图10BAC轴力图 图2-59 永久荷载作用下排架内力图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2-60所示，其中，

12、它在柱顶及变阶处引引起的力矩为： 1. 0.15m见图2-56对于A柱，,则 对于B柱,，则 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 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图2-60b，c所示。 BAC BAC弯矩图 图2-60 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图BAC轴力图（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2-60中内力图的位置及方向调整一下即可，如图2-61所示。 BAC BAC弯矩图BAC轴力图图2-61 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）

13、左吹风时计算简图如图2-62a所示。对于A，C柱, ，得各柱顶的剪力分别为排架内力如图2-62b所示BAC3.610.1 BAC弯矩图 图2-62 左吹风时排架内力图(2)右吹风时 计算简图如图2-63a所示。将图2-62b所示A，C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图2-63b所示。BAC BAC56.795.8566.7628.1365.1351.864.30弯矩图 图2-63 右吹风时排架内力图4.吊车荷载作用下排架内力分析(1)作用于A柱 计算简图如图2-64a所示。其中吊车竖向荷载，。在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A柱，则对于柱，得排架各柱顶的剪力分别为：排架各柱弯矩图、轴力图及柱

14、底剪力值如图264b,c所示。BAC 71.81.16.1058.3667.1510.905.178.3BAC18.2897.3061.1076.32弯矩图 BAC轴力图图2-64 作用在A柱时排架内力图 (2) 作用于B柱左计算简图如图2-65a所示,计算如下：柱顶不动铰支反力，及总反力分别为：各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2-65b，c所示BAC 57.40BAC弯矩图BAC轴力图 图2-65 作用于B柱左时排架内力图（3）作用于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2-6

15、6所示。弯矩图BAC BAC轴力图BAC图2-66 作用于B柱右时排架内力图（4）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2-67所示。BACBAC弯矩图ABC轴力图图2-67 作用在C柱右时排架内力图 （5）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2-68a所示，对于A柱，得，则 同理，对于B柱，,，则：排架柱顶总反力R为：各柱顶剪力为： 排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图2-68b所示。当方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，大小不变。CBACHu BAC弯矩图 图2-68 作用于AB跨时排架内力图(6) 作用于BC跨

16、柱 由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计算与作用AB跨情况相同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图2-69所示。弯矩图BAC BAC图2-69 作用于BC跨时排架内力图2.7.6内力组合以柱内力组合为例。表2-24为各种荷载作用下柱内力标准值汇总表，表2-25表2-32、表2-33为柱内力组合表，这两表中的控制截面及正号内力方向如表2-24中的例图所示。 对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对的柱进行验算。为此，表2-33中亦给出了和的组合值，它们均满足的条件，对设计来说，这些值均取自及相应的和一项。 27表2-24 柱内力标准值汇总表柱号及正向内力荷载类别永久荷载屋面活载吊车竖

17、向荷载吊车水平荷载风荷载作用在跨作用在跨作用在柱作用在B柱左作用在B柱右作用在柱作用在跨作用在BC跨左风右风 序号100.381.66-36.58-40.5731.86-3.787.5613.28198.0127.00000000000-24.8-6.371.6681.71-15.0831.86-3.787.5613.28247.0127.000394.2884.980000009.85-3.254.6515.67-88.3489.39-10.6199.99-76.66277.527.000 394.2884.980000005.330.480.46-10.16-11.278.85-1.052

18、2.02-13.65109.85弯矩图3.250.389.1824.84.651.666.371.3581.7115.6736.58331.8688.3415.0840.5789.393.7810.6116.8885.386.927.5699.9947.377.5676.6613.28注：单位()， 单位，单位截面内力组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、M1.2×+1.4×(+)+1.4×0.7×0.9(+)+0.664.201.0×+1.4×+1.40.7×0.8(+)+0.7×0.9

19、+0.6-50.281.2×+1.4×(+)+1.4×0.7×0.9(+)+0.664.201.0×+1.4×+1.4×0.7×0.9(+)+0.661.76N275.41235.81275.41198.01M1.0×+1.4×+1.40.7×0.8（+）+0.7×0.9+0.687.801.2×+1.4×+1.40.7×0.8(+)+0.7×0.9+0.6-79.511.2×+1.4×（+）1.4×0.7

20、×0.9(+)+0.661.361.0×+1.4+1.4×0.7×0.9(+)+0.627.00N556.13400.84681.97247.01M1.2×+1.4×+1.40.7×0.8（+）+0.7×0.9+0.6260.001.0×+1.4×+1.40.7×0.9(+)+0.6-212.301.2×+1.4×(+)+1.4×0.7×0.9(+)+0.6186.901.0×+1.4×+1.4×0.7×0

21、.9(+)+0.6220.97N642.12390.25718.56277.535.16-26.0527.8936.46表2-25 1.2（1.0）永久荷载+1.4屋面活荷载+1.4（0.7吊车荷载+0.6风荷载）（单位： ()， （）， （）。）表2-26 1.2(1.0)永久荷载+1.4吊车荷载+1.4(0.7屋面活荷载+0.6风荷载)截面内力组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、M1.2×+1.4×0.9(+)+ 1.4×0.7× (+)+0.681.761.0×+1.4×0.8×(+)+0.

22、9×+1.4×(0.7+0.6-71.721.2×+1.4×0.9(+)+1.4×0.7(+)+0.681.761.0×+1.4×0.9(+)+1.4×(0.7+0.6)79.39N264.07224.47264.07198.01M1.0×+1.4×0.8×(+)+0.9+1.4×(0.7+0.6)131.641.2×+1.4×0.8×(+)+0.9×+1.4×(0.7+0.6-89.551.2×+1.4×

23、0.9×(+)+1.4×0.7(+)+0.682.021.0×+1.4×0.9(+)+1.4×(0.7+0.644.59N688.60418.05819.66247.01M1.2×+1.4×0.8×(+)+0.9×)+1.4×(0.7+0.6)325611.0×+1.4×0.8(+)+0.9×+1.4×(0.7+0.6-276.131.2×+1.4×0.9×(+)+1.4×0.7+0.6219.951.0×

24、+1.4×0.9(+)+1.4×(0.7+0.6)270.72N774.59399.14856.25277.539.08-34.6727.7741.37注：单位()，单位，单位。表2-27 1.2(1.0)永久荷载+1.4风荷载+1.4(0.7屋面活荷载+0.7吊车荷载)截面内力组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、M1.2×+1.4×+1.4×0.7×0.9(+)+ 0.7× (+)67.571.0×+1.4× 0.7+0.7×0.9(+)+ 1.4-58.891.2

25、+1.4×+1.4× 0.7×0.8(+)+0.9+0.7(+) 67.571.0×+1.4×0.7+0.7×0.9(+)+1.465.20N264.07224.47264.07198.01M1.0×+1.4×+1.4×0.7×0.8(+)+ 0.7×0.9+0.791.341.2×+1.4×+1.4×0.7×0.8(+)+ 0.7×0.9 +0.7)-84.271.2+1.4×0.7×+0.7×0.9(+

26、)+ 1.452.751.0×+1.4×+1.4×0.7×0.9(+)+0.730.40N556.13389.50644.17247.01M1.2×+1.4×+1.4×0.7×0.8(+)+ 0.7×0.9+0.7314.041.0×+1.4× 0.7+0.7×0.9(+)+ 1.4-253.891.2+1.4×0.7×+0.7×0.9(+)+ 1.4237.751.0×+1.4×+1.4×0.7×0.9(

27、+)+0.7275.02N642.12378.91707.2277.547.29-33.9039.3848.58注：单位()， 单位，单位。表2-28 1.35永久荷载+1.4（0.7屋面活荷载+0.7吊车荷载+0.6风荷载）截面内力组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、M1.35×+1.4×0.7×（+）+0.7×0.9(+)+0.664841.35×+1.4×0.7×+0.7×0.8(+)+0.7×0.9×+ 0.6 -46.941.35×+1.4

28、5;0.7×（+）+0.7×0.9(+)+0.664.841.35×+1.4×0.7×+0.7×0.8(+)+0.9+0.664.47N29377293.77293.77267.31M1.35×+1.4×0.7×+0.7×0.8(+)+0.9+0.678.421.35×+1.4×0.7×+0.7×0.8(+)+0.7×0.9×+ 0.6 -80.551.35×+1.4×0.7×+0.7×0.9(+

29、)+0.644.801.35×+1.4×0.7×+0.7×0.9×(+)+ 0.617.49N642.58426.55707.68333.46M1.35×+1.4×0.7×+0.8(+)+0.9×+0.6259.521.35×+1.4×0.7×+0.7×0.8(+)+0.7×0.9×+ 0.6 -207.501.35×+1.4×0.7×+0.7×0.9(+)+0.6183.231.35×+1.4&

30、#215;0.7×+0.7×0.9×(+)+ 0.6222.47N683.74476.04748.84374.6335.76-24.3927.8538.11注：单位()， 单位，单位表2-33 柱内力组合表(设计值)截面内力组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、1.2×+1.4×0.9（+）+1.4×0.7（+）+0.679.367161.0×+1.4×0.8(+)+0.9×+1.4×（0.7+0.6）11.20961.35×+1.4×0.7（+）+

31、0.7×0.9（+）+0.6×59.411.0×+1.4×0.9(+)+1.4 （0.7+0.6）76.88836271.632198.01293.77198.011.0×+1.4×0.8(+)+0.9×+1.4×（0.7+0.6）123.66721.2×+1.4×0.8(+)+0.9×+1.4×（0.7+0.6）-92.67181.2×+1.4×0.9（+）+1.40.7×（+）+0.6118.70721.0×+1.4×0.

32、9(+)+1.4 （0.7+0.6）-64.96124688.6036416.09184738.0056247.011.2×+1.4×0.8(+)+0.9×+1.4×（0.7+0.6）343.72381.0×+1.4×0.8(+) +0.9 +1.4×（0.7+0.6）-290.05511.2×+1.4×0.9×(+)+1.4×（0.7×0.6)234.4021.0×+1.4×+1.4×0.7×0.9(+)+0.7294.5622473

33、0.4342407.88732774.5936277.547.0877-37.7317620.13749.00916注：单位()， 单位，单位表33 柱内力组合表(标准值)截面内力组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、备注+ 0.9×（+）+0.7×（+)+0.659.83+0.8(+)+0.9+0.7+0.6-48.37+ 0.9×(+)+0.7×（+）+0.631.50+ 0.9×(+)+0.7×+0.659.56标准值取自及相应的,项216.91216.91216.91198.01+ 0.8×

34、（+）+0.9+0.7+0.686.95+0.8(+)+0.9+0.7+0.6-67.51+ 0.9×(+)+0.7×+0.681.248+ 0.9×(+)+0.7×+0.676标准值取自及相应的,项562.43333.89562.434247.01+0.8(+)+0.9×+0.70.6233.99+0.8(+)+0.9+0.7+0.6-194.42+ 0.7+0.9×(+)+168.52+0.7××0.9（+)+0.7199.25标准值取自及相应的,项592.92364.38592.924277.5-23.241

35、5.14536.20注：单位()， 单位，单位2.7.7 柱截面设计以柱为例。混凝土强度等级为,，；采用HRB400级钢筋，。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。取而截面的内力均小于，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 =79.39,= 198.01； 吊车厂房排架方向上柱的计算长度，附加偏心矩取（大于）排架结构柱考虑二阶效应的弯矩设计值可按下列公式计算： ， 且 选3 16则 满足要求。 上柱纵筋深入牛腿的锚固长度：，取2.下柱配筋计算取与上柱分析方法类似。 而，截面的内力均小于，则都属于大偏心受压。所以选取偏心距最大的一组内力作为

36、最不利内力。按截面，计算下柱计算长度取，附加偏心距（大于20）。，排架结构柱考虑二阶效应的弯矩设计值可按下列公式计算： ， 先假定中和轴位于翼缘内，则 即中和轴位于翼缘内 且 选用4 16，则 满足要求。3柱箍筋配置由内力组合表，相应的，验算截面尺寸是否满足要求。 截面满足要求。 计算是否需要配箍筋： 取 可按构造配箍筋，上下柱均选用箍筋。 4柱的裂缝宽度验算混凝土结构设计规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。本设计的上柱和下柱标准值均出现的内力，故可能要进行裂缝宽度验算。相应于控制上、下柱配筋的最不利内力组合的荷载效应标准组合为： 上柱-： 相对 “ +0.9×(+)+0.7+0.6

37、”内力组合，求相应的准永久组合：Mq=+ 0×+0.6(+)+0×=10+0.6（31.8+16.88）=39.208kN.mNq=+ 0×+0.6(+)+0×= 198.01kN可不用验算上柱的裂缝宽度下柱-：相对“ +0.7×0.9×(+)+0.7+” 内力组合，求相应的准永久组合:Mq=+ 0×+0.6(+)+ 0×=9.85+0.6(89.39+47.37)=91.906 kN.mNq=+ 0×+0.6(+)+ 0×= 277.5 kN可不用验算下柱的裂缝宽度（如果需要验算，按下述步骤进

38、行）上柱=603，下柱=804,；构件受力特征系数；混凝土保护层厚度取20mm， ，验算过程见表2-34。表2-34 柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱(h0=360mm) 下柱(h0=860mm) 内力标准值39.20889.686198.01277.5198=0.55 h0=198323.1<0.55 h0=4730.0075<0.01取0.0064<0.01取1.151.0387.7733.100.523=275.95680.46132.9826.70.12<0.2取为0.2-3.92<0.2取为0.20.0460.3 满足要求0.010.3满足要求5牛腿设计 根

39、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2-70所示。其中牛腿截面宽度=400mm，牛腿截面高度=600mm, =565mm。 100A750500100Fvk(Fv)150图2-70 牛腿尺寸简图 (1)牛腿截面高度验算 =0.65, ，(牛腿顶面无水平荷载), , 取 。 按下式确定。 故截面高度满足要求。2)牛腿配筋计算。由于, 因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求， 且纵筋不宜少于4根，直径不宜少于12，所以选用4 16。牛腿纵筋的锚固长度：，取由于，则可以不设置弯起钢筋，箍筋按构造配置，牛腿上部范围内水平箍筋的总截面面积不应小于承受的受拉纵筋总面积的，箍筋选用。局部承压面积近似按柱宽乘以吊车梁承压板宽度取用：满足要求。6柱的吊装验算 采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。柱插入杯口深度为,取,则柱吊装时总长度为 ,计算简图如图2-71所示。36009004002227图2-71 柱吊装计算简图柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载(应考虑动力系数)，即： 在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为： 由,得： 令，得，则下柱段最大弯矩为： 柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表2-35。表2-35 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表 柱截面上柱(h0=360mm)下柱(h0=860mm)46.66 （38.88）65.45