单层厂房排架结构设计说明

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\h学号2012021129混凝土结构课程设计单层厂房排架结构设计院（系）名称：航天与建筑工程学院专业名称：土木工程学生姓名：浩指导教师：郭庆勇2014年6月

目录1.设计资料及要求 ③柱自重重力荷载设计值A，C柱×4kN/m×3.6m=17.82kN（上柱）×4.69kN/m×8.6m=48.40kN（下柱）B柱×6kN/m×3.6m=25.92kN（上柱）×4.94kN/m×8.6m=50.98kN（下柱）各项恒载作用位置如图6所示。图6荷载作用位置图（单位：kN）5.2屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5kN/，雪荷载标准值为0.5kN/，后者等于前者，故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为×0.5×6m×18m/2=37.80kNQ1的作用位置与作用的位置相同，如图6所示。5.3风荷载风荷载标准值按下式计算，其中ω0=0.4kN/m2，，根据厂房各部分标高（图4）及B类地面粗糙度确定如下：柱顶（标高11.70m）=1.048檐口（标高13.00m）=1.084屋顶（标高10.00m）=1.112如图7所示，可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为ω1k=βzμzμs1ω0=1.0×0.8×1.048×0.4kN/m2=0.335kN/m2ω1k=βzμzμs1ω0=1.0×0.8×1.048×0.4kN/m2=0.335kN/m2图7风荷载体型系数及排架计算简图则作用于排架计算简图（图7）上的风荷载设计值为：q1=1.4×0.335kN/m2×6m=2.81kN/m2q2=1.4×0.168kN/m2×6m=1.41kN/m2Fw=γQ[(μs1+μs1)μzh1+(μs3+μs4)μzh2]βzω0B=1.4×[(0.8+0.4)×1.129×2.3+(-0.6+0.5)×1.17×1.0]×1.00.4kN/m2×6.0m=9.68kN图8吊车荷载作用下支座反力影响线5.4吊车荷载由给定吊车150/30t，可知吊车参数为：对于AB跨：B=5.65m,K=4.40m,g=53.0kN,Q=150kN,Fp,max=165kN,Fp,min=34kN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8所示。①吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值：Dmax=γQFp,maxΣyi=1.4×165kN×(1+0.792+0.267+0.058)=489.03kNDmin=γQFp,minΣyi=1.4×34kN×(1+0.792+0.267+0.058)=100.77kN②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为：T=1/4α(Q+g)=1/4×0.1×(150kN+53kN)=5.075kN作用于排架柱上吊车横向水平荷载设计值为：Tmax=γQTΣyi=1.4×5.075kN×2.117=15.04kN6.排架力分析该厂房为单跨等高排架，可用剪力分配法进行排架力分析。其中柱的剪力分配系数按下式计算：式中：——第i根排架的抗侧移刚度。其结果见表3。表3柱剪力分配系数柱别A，C柱n=0.109λ=0.295C0=2.480δA=δC=0.206×10-10H3/EηA=ηC=0.287B柱n=0.281λ=0.295C0=2.815δA=0.139×10-10H3/EηB=0.4266.1恒载作用下排架力分析恒载作用下排架的计算简图如图9(a)所示。；;；如图9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力。柱顶不动铰支座反力计算如下：对于A，C柱，，则： ，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，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图9（b）、（c）。图9（d）为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。图9恒载作用下排架的力计算简图及力图6.2屋面活荷载作用下排架力分析（1）AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图10（a）所示其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为：对于A柱，则对于B柱，，，则排架柱顶不动铰支座总反力为：将R反向作用于排架柱顶，用下式计算相应的柱顶剪力，并于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：排架结构的弯矩图和轴力图分别见图10（b）、（c）。图10AB跨作用屋面活荷载时排架的计算简图及力图（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10中各力图的位置及方向调整一下即可，如图11所示。图11BC跨作用屋面活荷载时排架的计算简图及力图6.3风荷载作用下排架力分析（1）左吹风时排架计算简图如图12（a）所示对于A，C柱，已知，则：各柱顶剪力分别为：排架弯矩图如图12（b）所示：图12左吹风时排架的计算简图及力图（）(2)右吹风时计算简图如图13（a）所示。将图12所示A，C柱力图对换且改变力符号后可得，如图13（b）所示。图13右吹风时排架的计算简图及力图（）6.4吊车荷载作用下排架力分析（1）作用于A柱计算简图如图14（a）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B柱，，则：排架各柱剪力为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图14（b）、（c）所示：图14作用在A柱时排架计算简图及力图（2）作用于B柱左计算简图如图15所示其中，吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起，为：柱顶不动铰支反力，及总反力分别为：排架各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图15（b）、（c）所示。图15作用在B柱左时排架计算简图及力图（3）作用于B柱右根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，力计算与“作用于B柱左”的情况相同，只需将A，C柱力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图16所示图16作用在B柱右时排架计算简图及力图（4）作用于C柱同理，将“作用于A柱”的情况的A，C柱力对换，并注意改变符号，可求得各柱的力，如图17所示图17作用在C柱时排架计算简图及力图（5）作用于AB跨柱计算简图如图18（a）所示对于A柱，，，查表得，则同理，对于B柱，，，查表得，则排架柱顶总反力为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图18（b）所示。图18作用在AB跨时排架计算简图及力图（6）作用于BC跨柱由于结构对称性及吊车吨位相等，故排架力计算与“作用于AB跨柱”的情况相同，只需将A，C柱力对换，如图19（b）所示。图19作用在BC跨时排架计算简图及力图7.力组合由于排架单元为对称结构，可仅考虑A柱截面，荷载力汇总表见表4，力组合见表5，这些表中的控制截面及正号力方向如表4中的例图所示。对主进行裂缝宽度验算时，力采用准永久值，同时只需要对的柱进行验算。表4A柱力设计值汇总表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跨左风右风序号①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪Ⅰ－ⅠM10.740.382.09－43.16－47.0937.08－5.83±1.30±22.615.10-16.26N257.9837.8000000000Ⅱ－ⅡM-37.84-9.072.34103.55－16.3637.08－5.83±1.30±22.615.10-16.26N311.1437.80489.03100.77000000Ⅲ－ⅢM16.51-3.657.08-0.43－129.35125.42－19.76±90.76±76.62164.71-129.09N359.9837.80489.03100.77000000V6.820.630.58－11.99－13.0810.28－1.62±10.39±6.2630.64-19.18注：M（单位为kN·m），N（单位为kN），V（单位为kN）表5A柱力组合表截面＋Mmax及相应N，V－Mmax及相应N，VNmax及相应M，VNmin及相应M，VMq，NqⅠ－ⅠM①＋0.9×⑥+(②+③)×0.7+0.9×0.7×⑨＋⑩×0.663.16/1.2＋0.8×⑤+0.8×0.7×⑦+0.7×0.9×eq\o\ac(○,9)+⑪×0.6-55.991.35①/1.2＋(②+③)×0.7+0.9×0.7×⑥+0.6×eq\o\ac(○,10)54.47/1.2+0.9×⑥+③×0.7+0.9×0.7×⑨+⑩×0.661.10Mq=31.97Nq=214.98N284.44214.98316.69214.98Ⅱ－ⅡMeq\o\ac(○,1)/1.2+0.8×eq\o\ac(○,4)+0.7×eq\o\ac(○,3)+0.7×0.8×eq\o\ac(○,6)+0.7×0.9×eq\o\ac(○,9)+0.6×eq\o\ac(○,10)90.841.35eq\o\ac(○,1)/1.2+0.9×eq\o\ac(○,9)+0.7×eq\o\ac(○,2)+0.7×0.8×（eq\o\ac(○,5)+eq\o\ac(○,7)）+0.6×eq\o\ac(○,10)-91.73eq\o\ac(○,1)+0.9×eq\o\ac(○,4)+0.7×(eq\o\ac(○,2)+eq\o\ac(○,3))+0.7×0.9×eq\o\ac(○,8)+0.6×eq\o\ac(○,10)54.35eq\o\ac(○,1)/1.2+0.9×eq\o\ac(○,9)+0.7×0.9×eq\o\ac(○,7)+0.6×eq\o\ac(○,10)-65.31N259.28432.92773.53259.28Ⅲ－ⅢMeq\o\ac(○,1)+eq\o\ac(○,10)+eq\o\ac(○,3)×0.7+0.7×0.8×（eq\o\ac(○,4)+eq\o\ac(○,6)）+0.7×0.9×eq\o\ac(○,8)313.83eq\o\ac(○,1)/1.2+⑪+0.7×eq\o\ac(○,2)+0.7×0.9×eq\o\ac(○,5)+0.7×0.9×eq\o\ac(○,8)-256.56+0.9×eq\o\ac(○,4)+0.7×eq\o\ac(○,2)+0.7×0.9×eq\o\ac(○,8)+0.6×eq\o\ac(○,10)170.35eq\o\ac(○,1)/1.2+eq\o\ac(○,10)+0.7×eq\o\ac(○,3)+0.7×0.9×eq\o\ac(○,6)+0.9×0.7×⑨310.71Mq=91.69Nq=299.98N633.84389.93826.57299.98V43.41-27.8418.7947.15MK226.13-179.32123.64225.87NK495.60364.23633.26299.98VK30.81-18.2614.2435.30注：M（单位为kN·m），N（单位为kN），V（单位为kN）8.柱截面设计A柱，混凝土强度等级为C30，14.3N/，N/；纵向钢筋采用HRB335级钢筋，，。上、下柱均采用对称配筋。8.1选取控制截面最不利力A柱：取。则大偏心；两组大偏心受压和小偏心受压界限破坏时对应的轴向力为：由表5可见，上柱I-I柱底截面共有4组不利力，4组力均满足，故均为大偏心受压。对这4组力，按照“弯矩相差不多时，轴力越小越不利；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则，可确定上柱的最不利力为对下柱，截面的有效高度取，则大偏心受压与小偏心受压界限破坏是对应的轴向压力为：对下柱，截面Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面有8组不利力，均满足，对这8组力采用和上柱I-I截面相同的分析方法，可得下柱的最不利力为：Ⅱ-Ⅱ截面：Ⅲ-Ⅲ截面：8.2上柱配筋计算上柱最不利力为：由附表查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心距取20mm（大于400mm/30=13.3mm）。由，故应考虑偏心距增大系数。，取。 M=故取进行计算：选318（），则，满足要求。由得垂直于排架方向的计算长度，则满足弯矩作用平面外的承载力要求。8.3下柱配筋计算由分析结果可知，与上柱分析方法类似，选取下列两组不利力：（1）按计算查表得，截面尺寸：附加偏心距，取。先假定中和轴位于翼缘，则且，为大偏心受压构件受压区在受压翼缘，则：（2）按计算，取。先假定中和轴位于翼缘，则且，为大偏心受压构件受压区在受压翼缘，则：选418（）（3）验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力（满足要求）8.4柱的裂缝宽度验算《规》规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。本例对各控制截面荷载按准永久组合计算时，上柱及下柱的偏心距都有，故不需要进行裂缝宽度验算。8.5柱的箍筋配置非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求，上、下柱均选用箍筋。8.6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20所示。其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度，。图20牛腿尺寸简图（1）牛腿截面高度验算已知，，（牛腿顶面无水平荷载），，取，故牛腿截面高度满足要求。（2）牛腿配筋计算由于，因而牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，。实际选用414（）。水平箍筋选用。8.7柱的吊装验算（1）力计算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。由附表查得柱插入杯口深度为，取，则柱吊装时的总长度为，计算简图如图21所示。图21柱吊装计算简图柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（吊装时，应考虑动力系数=1.5，柱自重的重力荷载分项系数取1.2），即：在上述荷载作用下，各柱控制截面的弯矩为：由得：令，得，则下柱段最大弯矩为：（2）承载力和裂缝宽度验算柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表7表7柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱46.66（38.88）65.45（54.54）50.68>0.9×46.66=41.99247>0.9×65.45=58.91208.7772.030.00754<0.1取0.10.01130.46-0.37<0.2取0.230301.91.90.14＜0.2（满足要求）0.07＜0.2（满足要求）9.基础设计因为修正后的地基承载力特征值为，在单层排架结构，柱距为6m，吊车起重量为500-1000KN，厂房跨度为，设计等级为丙级时，要进行地基变形验算，但该单层排架的吊车起重量为150kN，不在500-1000kN之间，故不作变形验算。则基础混凝土强度等级采用C20，下设100mm厚C10混凝土垫层。9.1作用于基础顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（Ⅲ—Ⅲ截面）传给基础的M，N，V以及外墙自重重力荷载。前者由表5中的Ⅲ—Ⅲ截面选取，见表8，其中力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和地板配筋计算，力的正号规定见图22（b）。表8基础设计的不利力组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第1组313.83633.8443.41226.13495.6030.81第2组-256.56389.93-27.84-179.32364.23-18.26第3组170.35826.5718.79123.64633.26-14.24由图22(a)可见，每个基础承受的外墙总宽度为，总高度为，墙体为厚双面清水砖墙厚（）。钢框玻璃窗（）基础梁重量为16.7KN/根。每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：厚砖墙钢框玻璃窗基础梁距基础形心的偏心距为：图22基础荷载示意图9.2基础尺寸及埋置深度（1）基础埋置深度d为-2.00m杯底厚度应大于，取，基础顶面标高为-0.500m，故：杯壁厚度，取；基础边缘高度取，台阶高度取，见图22（b）。（2）拟定基础地面尺寸适当放大，取（3）计算基底压力及验算地基承载力验算地基承载力，其中验算结果见下表9。可见，基础底面尺寸满足要求。表9基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第1组第2组第3组226.13-179.32-123.64495.60364.23633.2630.81-18.26-14.241115.66984.291253.32108.61-296.84-86.31158.56185.16170.08109.7351.45131.20134.15<180118.31<180150.64<180158.56<216185.16<216170.08<2169.3基础高度验算这时采用基地净反力设计值和计算，结果见表10。对于第2组力，计算时，，故对该组力计算基底净反力。表10基础底面净反力设计值计算表类别第1组第2组第3组313.83633.8443.41-256.56389.93-27.84170.35826.5714.24921.