设计计算说明书

混凝土单层厂房课程设计设计及计算说明书课程名称：混凝土结构设计考籍号：报考地区：姓名：专业：建筑工程工作单位：一、设计资料车间形式：不抗虑抗震设防，采用装配式混凝土等高排架结构，不设天窗。车间长度60m，柱距6m。车间跨数和跨度：单跨18m吊车台数起重量及工作制：2台15t中级工作制吊车（软钩）吊车轨顶标高：+7.80m荷载数据：采用卷材防水屋面，屋面恒荷载(包括卷材、20mm找平层、大型屋面板、屋架或屋面梁等)为1.4kN/m2，屋面活荷载0.7kN/m2，屋面无积灰荷载，雪荷载标准值0.40kN/m2，基本风压为0.35kN/m2，屋面坡度角α=11。21，。地基承载力：180kN/m2。围护墙采用在基础梁上砌筑的承自重的砖墙，在柱距6m范围内，包括基础梁、砖墙、窗、圈梁等传至基础顶面的竖向集中力标准值为300~350kN，此竖向集中力与柱外侧的水平距离为0.24m。室内地坪标高为±0.000，室外地坪标高为－0.300。柱顶至檐口顶的竖向高度h1=2.1m，檐口顶至屋脊的竖向距离h1=1.2m。混凝土强度等级：排架柱用C30，柱下扩展基础用C20。排架柱主筋及柱下扩展基础内钢筋用Ⅱ级钢筋，柱箍筋用Ⅰ级钢筋。二、厂房平面、剖面结构布置及主要构件选型1、柱标高计算：由吊车资料可查得：H=2047mm，轨顶垫块高为200mm。牛腿顶面标高=轨顶标高－吊车梁高－轨顶垫块高=7.80－0.9－0.2=6.7m（取6.6m）柱顶标高=牛腿顶面标高＋吊车梁高＋轨顶垫块高＋H＋0.22=6.6＋0.9＋0.2＋2.047＋0.220=9.97m(取10.2m)上柱高Hu=柱顶标高－牛腿顶面标高=10.2-6.6=3.6m全柱高H=柱顶标高－基顶标高=10.2-(-0.900)=11.1m下柱高HL=全柱高－上柱高=11.1－3.6=7.5m实际轨顶标高=牛腿顶面标高＋吊车梁高＋轨顶垫块高=6.6＋0.9＋0.2=7.7m2、主要构件选型：根据车间跨度、柱顶高度及吊车起重量大小本厂房采用钢筋混凝土排架结构。为保证屋盖的整体性及空间刚度、屋盖采用无檩体系。(1)屋面板：采用标准图集中1.5m×6.0m的预应力钢筋混凝土屋面板。(2)屋架：采用预应力混凝土折线形屋架。(3)吊车梁：采用钢筋混凝土吊车梁，吊车梁高度为0.9m。构件自重g5k=40kN/根，中级吊车自重g6k=0.8kN/m。(4)柱间支撑：柱间支撑采用钢支撑。支撑布置详见厂房平面图。(5)排架柱：采用钢筋混凝土阶形柱，上柱为矩形截面，下柱为工形截面。截面尺寸需要满足的条件为：b≥Hu/25=300mm，h≥Hu/12=625mm，则柱的截面尺寸如表2-2所示。柱截面尺寸(mmm)自重(kN)惯性矩I(m44)上柱矩形b×h=4000×400014.40.0021下柱工形bf×h×b××hf=4400×9900×1100×115040.310.01953、厂房平面、剖面布置图分别见图2-3-1、2-3-2。三、排架内力分析1、排架计算简图根据建筑剖面及其构造，确定厂房计算简图如图3-1所示2、荷载计算(1)屋盖自重G1=1.2×1.4×柱距×厂房跨度/2=1.2×1.4×6×18/2=90.72kNe1=h上/2－150=400/2－150=50mm(2)柱自重上柱：G2=14.1kN(作用于上柱中心线)下柱：G4=40.31kN(作用于下柱中心线)(3)吊车、吊车梁有轨道自重G3=1.2×(g5k＋g6k×柱距)=1.2×(40＋0.8×6)=53.76kN(作用于牛腿顶)e3=750－h下/2=750－900/4=300mm(与下柱中心线的偏心距)(4)屋面活荷载Q1=1.4×0.7×厂房跨度×柱距/2=1.4×0.7×18×6/2=52.92kN(作用位置同G1)(5)吊车荷载竖向荷载：Pmax,k=155kN，Pmin,k=42kN，K=4400mm，B=5660mm，Qk=150kN，gk=73kN根据B与K，由影响线（见图3-2-5），可以求得：由上求得Dmax=0.9=0.9×1.4×155×2.117=413.45kN（作用位置同G3）Dmin=0.9=0.9×1.4×42×2.117=112.03kN（作用位置同G3）吊车水平荷载为Tk===5.58kN则Tmax=1.4×Tk×=16.54kN(6)风荷载基本风压：根据柱顶标高10.20m，查《荷载规范》得=1.006，檐口标高12.3m，=1.064，屋顶标高13.50m，=1.098，则=1.4×=1.4×0.8×1.006×0.35×6=2.37kN/m=1.4×=1.4×0.5×1.006×0.35×6=1.48kN/m柱顶风荷载集中中力设计值值：Fw=11.4=1..4×[11.3×11.0644×2.11－0.1××1.0998×1..2]×00.35××6=8..15kNN3、内力计算(1)屋盖自重重G1作用(排架无侧侧移)M11=G1e1=990.722×0.005=4..54kNN.mM12=GG1e2=900.72××0.255=22..68kNN.m由n=Iu/ILL=0.11077，=Hu//H=36600/1111000=0.3324，则CC1==2.199故在M11作用下不动动铰支承的的柱顶反力力为R111=－C1=－2.199×4.554/111.1=00.90kkN())同时有C2==1..047故在M12作用下不动铰支支承的柱顶顶反力为R12=－C2=－1.0447×222.68//11.11=2.114kN()因此，在M111和M12共同作用用下（即在在G1作用下）不不动铰支承承的柱顶反反力为RR1=R11+R12=3..04kNN()相应的计算简图图及内力图图如图3--3-1所所示。(2)柱、吊车车梁自重G2、G3、G4作用G2=144.1kNN，G4=440.311kN，G3=553.766kN，e3=3000mm相应的计算简图图及内力图图如图3--3-2所所示。(3)屋面活荷荷载Q1作用对于单跨排架，Q1与G1一样为对对称荷载，且且作用位置置相同，但但数值大小小不同，故故由G1的内力计计算过程可可得到Q1的内力计计算数值：：M11=Q11e1=552.922×0.005=2..65kNN.mM12=QQ1e2=552.922×0.225=133.23kkN.mR111=－C1=－0.522kNR12=－C2=－1.255kNR1=R11+R12=－1.777kN(()相应的计算简图图及内力图图如图3--3-3所所示。(4)吊车竖向向荷载作用用Dmax作用于AA柱，Dmin作用用于B柱，其内内力为=Dmaxxe3=4113.455×0.33=1244.04kkN.m=Dminne3=1112.003×0..3=333.61kkN.m则不动铰支承反反力RA、RB分别为RA=－=－1.047×==－11.770kN()RB==1.047××=3.117kN()因A柱与B柱相同，故剪力力分配系数数==0.5，于是在在－RA和－RB作用下，各各分配到的的柱顶剪力力=0..5×(111.700-3.117)=44.2655kN())总的柱顶剪力则则为；==－11.770+4..265=－7.444kN(())==3.117+4..265=－7.444kN(()相应的计算简图图及内力图图如图3--3-4所所示。(5)吊车水平平荷载作用用当Tmax向左时时，A、B柱的柱顶顶剪力按推推导公式计计算：y=0.775HL，利用内内插法求得得C5=0.5211。另有Tmmax=116.544kN，所以VA=C5Tmaxx=00.5211×16..54==8.662KN()相应的计算简图图及内力图图如图3--3-5所所示。当Tmmax向右时，仅仅荷载方向向相反，故故弯矩值仍仍可利用上上述计算结结果，但弯弯矩图方向向与之相反反。(6)风荷载作作用风从左向右吹时时，先求柱柱顶反力系系数C11=0..319，对于单单跨排架，A、B柱顶剪力力分别为VAA=00.5[FFW－C11H()]=00.5×[[8.155－0.3119×111.1×((2.377－1.488)]=22.50kkN())VBB=00.5[FFW＋C11H()]=0..5×[88.15＋0.3119×111.1×((2.377－1.488)]=5..65kNN()相应的计算简图图及内力图图如图3--3-6所所示。风从右向左吹时时，仅荷载载方向相反反，故弯矩矩值仍可利利用上述计计算结果，但但弯矩图的的方向与之之相反。4、最不利荷载组合合由于本例结构对对称，故只只需对A柱(或B柱)进行最不不利组合，柱内力的控制截面如图3-4所示。其内力组合详见表3-4。表3-4排架柱内力组合表柱

号截

面荷载

项目恒荷载屋面活荷载吊车荷载风荷载内力组合G1、G2

G3、G4Q1Dmax

在A柱柱Dmin

在A柱柱Tmax左风右风Nmax及M、VNmin及M、V│M│max及N、VV内力①②③④⑤⑥⑦项目组合值项目组合值项目组合值A

柱1-1M

(kN.m)6.43.72-26.78-26.78±16.1424.36-29.93①+②+

③+⑤-32.8①+0.85×((③+⑤+⑦)-55.52①+0.85×((③+⑤+⑦)-55.52N

(kN)104.8252.9200000157.74104.82104.822-2M

(kN.m)-3.68-9.5197.266.83-16.1424.36-29.93①+②+

③+⑤67.93①+⑦-33.61①+0.85×((③+⑤+⑥)85.978N

(kN)158.5852.92413.45112.03000624.95158.58510.013-3M

(kN.m)19.123.7741.46-48.97-43.25173.75-153.9①+②+

③+⑤21.1①+⑥192.87①+0.85×((②+③+⑤+⑥)168.49N

(kN)198.8952.92413.45112.03000665.26198.89595.3V

(kN)3.041.77-7.44-7.447.9228.8122.085.2931.8529.441四、排架柱设计计1、柱截面配筋计计算按照最不利组合合的选用，由由于3-3截面的弯弯矩和轴向向力设计值值均比截面面2-2的大，故故下柱配筋筋由截面3-3的最不利利内力组确确定，而上上柱配筋由由截面1-1的最不利利内力组确确定。经过过比较，用用于上、下下柱截面配配筋计算的的最不利内内力组列于于表4-1。同时，柱柱的截面配配筋计算也也列于表4-1中。计算公公式说明如如下：1、2、取20mm和h//30的较大值值3、4、，当>1时，取取=1。5、≤1.0。6、。7、。8、上柱：下下柱：当，；当，。9、上柱：，；下柱：，下柱或下柱：，，表4-1AA柱截面配筋计算表截面1-13-3最不利内力M((kN.mm)

N（kN）│M│maxNmaxNmin│M│maxNmaxNminMNMNMNMNMNMN-55.52104.82-32.80157.74-55.52104.82168.49595.3021.10665.26192.87198.89e0(mm)529.69207.94529.69283.0331.72969.73截面尺寸(mmm)b×h=4000×4000bf×h×b×hff=4000×9000×1000×1500H0(mm)360860ea(mm)202020303030ei(mm)549.69227.94549.69313.0361.72999.73L0(mm)72007500ξ11.01.01.01.01.01.0ξ20.970.970.971.01.01.0η1.1471.3551.1471.1361.6911.043x(mm)17261799.22110.8833.15As(mm2))497.16236.53497.16104.682201688759.438803122690.396612455ξbh0198>x（大大偏心）473>x（大大偏心）实配值(mm22)2φ18(509mmm2)满足最小小配筋率要要求4φ18(10177mm2)满足最小小配筋率要要求说明：实配钢筋筋值的选用用要满足构构造要求，即即满足最小小配筋率的的要求，故故3-3截面实配配钢筋值按按4φ18选取。2、柱牛腿设计(1)牛腿几何何尺寸的确确定：牛腿截面尺寸与与柱宽相等等，为4000mm，牛牛腿顶面的的长度为8800mmm，相应牛牛腿水平截截面长度为为12000mm。取取牛腿外边边缘高度为为h1=3000mm，倾倾角=455o，于是牛牛腿的几何何尺寸如图图4-2所示。(2)牛腿几何何尺寸的验验算：由于吊车垂直荷荷载作用下下柱截面内内，a=750－900=－150mmm，即取a=0,,对不需做做疲劳验算算的牛腿，裂裂缝控制系系数取0.8，则4133.45++53.776=467..21kNN16.554/1..4=111.81kkN=0.8××(1-00.5×))×==7077.74kkN>=4677.21kkN所以截面尺寸满满足要求。(3)牛腿配筋筋：由于吊车垂直荷荷载作用下下柱截面内内，故该牛牛腿可按构构造要求配配筋。纵向向钢筋取4Φ14，有：箍筋取Φ8@1100，有=3775.6mmm2>AAs/2==307..5mm2同时，因为剪跨跨比a/hh0=1500/5600=0.227<0..3，故牛腿内内可不设弯弯起钢筋。牛牛腿配筋如如图4-2所示。(4)局部承压压强度验算算：=0.755×15××400××400=18800kNN>4677.21kkN所以满足要求。3、柱的吊装验算算(1)吊装方案案：采用一点翻身起起吊，吊点点设在牛腿腿与下柱交交接处，动动力系数取取1.5。起吊时，混混凝土达到到强度设计计值的100%。(2)荷载计算算：上柱自重：=11.2×11.5×225×0..4×0..4=7.2kkN/m牛腿自重：=220.255kN/mm下柱自重：==1.22×1.55×25××0.18876==8.444kN/mm(3)内力计算算：MM1=11/2×77.2×33.62=446.666kN.mmM22=11/2×77.2×44.22＋1/2××(20..25－7.2))×0.662=665.855kN.mmMM3=1//8×8..44×66.92－65.885/2=177.30kN.mm柱的吊装验算简简图如图4-3所示。(4)截面承载载力计算：：截面1-1:b×h=4000mm×400mmm，h0=365mmm，，,故截面承承载力为：：=509×3110×(3365-335)=52.007kN..m>M1故截面1-1满满足要求。截面2-2：b×hh=4000mm×900mmm，h0=865mmm，，,故截面承承载力为：：=1017×3310×((865--35)==2611.67kkN.m>M22故满足要求。4、吊车梁与边柱柱相连的预预埋件设计计吊车梁上翼缘与与柱间用钢钢板焊接；；吊车梁底底部安装前前应焊接上上一块垫板板与柱牛腿腿顶面预埋埋钢板焊接接牢；吊车车梁的对接接头以及吊吊车梁与柱柱之间的缝缝隙用C220混凝土土填实，如如下图所示示：吊车梁与与边柱连接接构造五、边柱下扩展展基础的设设计1、荷载计算(1)由柱子子传至基顶顶的荷载。由由表3-4可得荷载载设计值如如下：第一组：Mmaxx=1168.669kN..m，N=5995.3kkN，V=299.44kkN第二组：Mminn=--190..1kN..m，N=2994.122kN，V=222.22kkN第三组：Nmaxx=6665.226kN，M=211.1kNN.m，V=5..29kNN(2)由基础梁梁传至基顶顶的荷载根据已知资料，由由基础梁传传至基础顶顶面荷载设设计值：G5=1.22×3000=3360kNNG5对基础底面中心心的偏心距距：=0.699m相应的偏心弯矩矩设计值：：G5－360××0.699=－－248..4kN..m(3)作用于基基底的弯矩矩和相应基基顶的轴向向力设计值值基础高度假定为为1.1mm，则作用用于基底的的弯矩和相相应基顶的的轴向力设设计值为第一组：Mboot=168..69＋1.1××29.444－248..4=－47.333kN..mN=595.33＋360=9555.3kkN第二组：Mboot=－190..1＋1.1××22.222－248..4=－414..06kNN.mN=294.112＋360=6554.122kN第三组：Mboot=21.11＋1.1××5.299－248..4=－221..48kNN.mN=665.226＋360=10025.226kN基础受力情况如如图5-1所示。2、基底尺寸的确确定由第二组荷载确确定L和b：A=((1.1～1.4))=(1..1～1.4))=(5.229～6.73)m2取L/b=1.55，则取b=2.3m，L=3.66m验算的条件：==0.407<L/6==0.6mm(满足要求)验算其他两组荷荷载设计值值作用下的的基底应力力：第一组：==1115.337＋44＋9.533=1168.99kN/mm2<1..2f==1.22×1800=2166kN//m2(满足要求)=115..37＋44－9.533=1149.884kN/mm2>00((满足要求)=115..37＋44=159..37kN/mm2<ff(满足要求)第三组：==123.882＋44＋44.558=2212.44kN/mm2<1..2f==1.22×1800=2166kN//m2(满足要求)==1233.82＋＋44－44.558=123..24kN/mm2>00((满足要求)==1233.82＋44=167..82kN/mm2<ff(满足要求)所以最后确定基基底尺寸为为2.3m×3.6mm，如图5-1所示。图5-1基础底面面尺寸图3、确定基底的高高度前面已已初步假定定基础的高高度为1..1m，采采用锥形杯杯口基础，根根据构造要要求，初步步确定基础础剖面尺寸寸如图5-2所示。图5-2基础抗冲冲切验算简简图(1)各组荷载载设计值作作用下的地地基最大净净反力：第一组：：=124.990kN//m2第二组组：=1162.335kN//m2第三组：==168.440kN//m2抗冲切计算按第第三组荷载载设计值作作用下的地地基净反力力进行计算算。(2)在第三组组荷载作用用下