单层工业厂房结构设计课程设计

单层工业厂房结构设计课程设

计

目录

1单层工业厂房结构设计任务书.1..........

1.11计鹦直.1.......................

L2设计任务.1.......................

1.3设计内容.............1...........

L4................1................................

2.单层厂房结构设计5

mW5

2.L1屋面结构5

2.1.2排架柱及基础材料选用情况..错

误!未定义书签。

2.L3梁柱的结构布置6

2.1.4基础平遭错误！未定义书

签。

2.2排架结构计算..7

2.2.1计:「图及柱的计算参数..7

2.2.2荷载计..9

2.2.3内力分析14

2.2.4最不利丙力组合31

2.3口40

2.3.1A(C)；E40

2.3.2B46

2.4基础设计......................53

2.4.1A(C)柱..................53

2.4・2B柱.二..................62

3施工图................错误!未定义书签。

3.1细沟布置图.....................69

3.2桂丁工图二:......错误!未定义书签。

3:3篁础施工图......错误!未定义书签。

4参考文献二二……二.....................77

单层工业厂房结构设计

1单层工业厂房结构设计任务书

1.1设计题目

装配车间双跨等高厂房.

1.2设计任务

1.2.1单层厂房结构布置.

1.2.2选用标准构件.

1.2.3排架柱及柱下基础设计.

1.3设计内容

①确定上、下柱的高度及截面尺寸.

②选用屋面板，屋架，基础梁，吊车梁及轨道

车接件.

③计算排架所承受的各项荷载.

④计算各种荷载作用下排架的内力.

⑤排架的内力组合.

⑥柱及牛腿的设计，柱下单独基础设计.

⑦绘制施工图

1.4设计资料

该车间为双跨等高无天窗厂房，柱距为6m,

车间总长为72m,中间不设伸缩缝，厂房跨为/（见

下表）。

组别跨度/轨顶标高吊车起重量

(m)（m）（KN）

2007465020721.07.2150

每跨设二台中级工作制软钩桥式吊车（150KN）o

建设地点:某市郊区（基本风压Wo=O.4OKN/m2）.

工程地质及水文地质条件:地基土为均匀粘性

±,地基承载力特征值/=200KN/ni2,可作持力

层，厂区地层地下水位较低，且无腐蚀性。基础

顶面至室内地面为1.0米。

材料:柱混凝土强度等级C30；基础混凝土强度

等级C25；

柱纵向钢筋用HRB400；柱箍筋及基础钢筋

用HPB235；

建筑构造：

屋面：SBS卷材防水层（标准值）

0.20KN/m2

20mm水泥砂浆找平层（标准值）

0.4KN/m2

100mm挤塑板保温层（标准值）

0.4KN/m2

20mm水泥砂浆找平层（标准值）

0.4KN/m2

2

预应力混凝土大型屋面板

1.4KN/m2

墙体：240mm厚双面清水砖墙（标准值）

0.4KN/m2

钢门窗（标准值）

0.4KN/m2

地面：混凝土地面，室内外高差150m

（a）结构平面布置图

12X6000=78000

3

4

2,单层厂房结构设计

2.1屋面结构

1屋面结构选型如下表:

构件重力荷载

标准图集选用型号

名称标准值

1.4KN/m2

屋面G410（-）1.5mX6m预应力YWB-2

（包括灌

板混凝土屋面板n

缝重）

G410（H）1.5mX6m预应力

天沟1.91KN/

混凝土屋面板（卷材防水天TGB68-1

板ma

沟板）

88.8KN/

福

屋G415（三）预应力钢筋混凝YWJA-

0.05KN/

架土折线形屋架（跨度24m）18-1

ma

（支撑）

吊车G323（二）钢筋混凝土吊28.2KN/

DL—11

梁车梁（中级工作制）根

轨道G325（二）吊车轨道联结

0.8KN/m

连接详图

基础16.7KN/

G320钢筋混凝土基础梁JL-3

梁根

5

2梁柱的结构布置

排架柱尺寸的选定：

柱顶标高=7.2+2.8=10.0m,牛腿顶面标高

=7.2-1.2=6.0m

全柱高H二柱顶标高-基顶标高=10.0-(-1.0)

=11.0m,

下柱高Hi=6.0+1.0=7.0m,

上柱高Hu=lL0-7.0=4.0mo

上柱与全柱高的比值人=粤=黑364

H11.()

边柱A.C轴：

上柱：□bXh=400mmX400mm

下柱：lbXhXbiXh^OOmmX800mmX100mmX

150mm

中柱B轴：

上柱：□bXh=400mmX600mm

下柱：lbXhXbiXh^OOmmX800mmX100mmX

150mm

I字形截面其余尺寸如下图

6

1501112525HI150

800

3

边柱上柱：lu=—X400X400=1.6X103〃/

I=J-x400x8OO3-L300x45()3-2/x300x25x(225+”

下柱:112122I3

=1.438xl010mm4

3

中柱上柱：Iu=^x400x600=7.2xl()9m机4

IiiA25、

灶.I,=—x400x8003——X300X4503-2X-X300X25X225+—

rtt：z12122<3J

=1.438xl(y°〃?一

2.2排架结构计算

计算简图及柱的计算参数

计算简图见下图.

7

0

0

。

寸o

o

0o

0n

0

Z

21000，21000

ABC

柱的计算参数：根据柱子的截面尺寸，可列出计

算参数如下表.

柱截面尺面积惯性矩自重

7寸(mm2)(mm4)(kN/m)

:参(mm

成)

上2.13X

矩400X4001.6X1054.0

A、柱109

C下1400X800X1.775X14.38X

4.438

柱100X150105109

上

矩400X6002.4X1058.1X1096.0

B柱

下1400X800X1.775X14.38X4.438

8

柱100X150l(fl(f

2.2荷载计算

1、恒载

⑴屋盖恒载

SBS卷材防水层

0.20KN/m2

20mm水泥砂浆找平层

0.40KN/m2

100mm挤塑板保温层

0.20KN/m2

20mm水泥砂浆找平层

0.40KN/m2

预应力混凝土大型屋面板

1.40KN/m2

屋盖钢支撑

0.050KN/m2

=2.65KN/m2

屋架重力荷载为88.8kN/板，则作用于柱顶的

屋盖结构重力荷载设计值为：

9

&=1.2X(2.65X6X21/2+88.8/2)=253.62kN

e^hu/2-150=400/2-150=50mm

⑵柱自重

A、C轴上柱：G2A=G2C=YGgkHu=l.2X4.0X

4.0=19.20kN.

e2A=ec=^-^=—=200nun

22222

下柱：G3A=G3C=YGgkHu=l.2X4.438X7X

1.l=41kN(考虑下柱仍有部分400mmX800mm的

矩形截面而乘的增大的系数1.1).

B轴上柱：G2B=1.2X6X4.0=28.8kN.

下柱:G3B=1.2X4.438X7X1.l=41kN

⑶吊车梁及轨道自重

G4=1.2X(28.2+0.8X6.0)=39.6kN.

各项永久荷载及其作用位置见图2-7.

10

2屋面活荷载

由《荷载规范》查得屋面活荷载标准值为

0.5KN/m2.

Q=l.4X0.5X6X21/2=44.IkN

活荷载作用位置于屋盖自重作用位置相同，

如图2-7括号所示.

3、吊车荷载

⑴吊车参数查书本表2.5.1,则吊车计算参

数见下表，并将吊车吨位换算为kN.

跨度起重跨度最大轮最小轮大车吊车吊车小z

(m)量Lk(m)压压轮距最大总重重

Q(kN)Pmax(kN)Pmin(kN)K(mm)宽度G(kN)g(kN

B(mm)

11

21.0150.019.5170484400555025553

根据B与K,算得吊车梁支座反力影响线中

各轮压对应点的坐标值如图2-8所示，依据该图

求得作用于柱上的吊车竖向荷载.

,44004400,

co

⑵吊车竖向荷载

Dmax=yQPk>max2yi=l.4X170X2.15=511.7kN

Dmi产YQPk,min2yi=l.4X48X2.15=144.5kN

⑶吊车横向水平刹车力

1）当吊车起重量在Q=150s500kN时，a=0.10

TQ=^（e+g）=.yx（294+53）=8.68kN

12

2)当两台吊车同时作用时，

Tmax=TSyi=8.68X2.15X1.4=26.llkN

4、风荷载

由设计资料该地区基本风压为3

o=O.40KN/m2,按B类地面粗糙度，从《荷载规范》

查得风压高度变化系数人为：

柱顶标高10.0m,查得〃=1.000,

檐口标高12.0m,查得〃=1.056,

屋顶标高13.3m,查得〃尸1.0924,

风荷载标准值为：

31二〃8]3o=O.8X1.0X0.40—0.32kPa.

32=4,2凡3o=O.4X1.0X0.40=0.16kPa.

则作用在排架计算简图的风荷载设计值为：

夕1=YQA5=1.4x0.32x6=2.690kN/m

q2=YQCO2B=1.4x0.16x6=1.344kN/m

Fw=YQ[(〃s+〃,2)+(“jG〃二h2[°oB

=8.33kN

风荷载作用下的计算简图如下图所示.

13

Fw

z

b

2100021000

BC

2.3内力分析

1、剪力分配系数□的计算

A、C轴柱:

/,2.13xl09H4.0

n=—=-----—=0.15,=0.36

9TH)

I214.38xl0瓦

3

=2.37

=%=0.293x1()7°j

EI2coE

14

B轴柱：

n——-=0.501,A,=--=0.36,

I2H2

3

C=——-----------=2.87,

o°1+23(1/»-1)

贝!J3==0.242x10-10区

BEI2coE

各柱的剪力分配系数：

1

…c告=0.3114=1-…—.378

y1

乙4

2、恒载作用下排架内力分析

恒载作用下排架的计算简图如下图所示

GIAGIBGIC

ABC

计算简图

其中Gl=Gi=253.62KN;G2=G2A+G4=58.8

KN;G3=G3A=41KN;G4=2G[=507.24KN;G5

=G2b+G4=68.4KN;G6=G3B=41KN;

Ml=G1el=253.62X0.05=12.68KN•m；

15

M2=(G1+G2A)eO-G4e3=40.7KN•m；

由A、C柱：n=0.15,入=0.36,

查表或计算得G=1=2.058,

1+4(1/〃-1)

AJ1QZ：Q

凡=G—1=2.058x—=2.37攵N(->)

11H11

查表或计算得，G=芹产^1.033,

l+23(l/n-l)

M407

R=G4=1.033x—=3.82ZN(f

3H11

则

RA=RI+R2=2.37+3.82=6.19kN(->),Rc=-RA=-6.19k

N(一)

B柱：n=0.51,X=0.36,查得Ci=l.62,C3=l.25,

本例中RB=0

在R、G与M共同作用下，可以作出排架的

弯矩图、轴力图及柱底剪力图，如下图所示.

16

12.6812.68

//

12.0828.62

28.6212.08

'、

14.716.19.1A71

/14.11

6.19

ABc

253.62507.24253.62

272.82536.04272.82

311.42615.24311.42

352.42656.24352.42

ABc

N

3、屋面活荷载作用下排架内力分析

⑴AB跨作用有屋面活荷载

由屋架传至柱顶的压力为Q=44.lkN,由它

在A、B柱柱顶及变阶处引起的弯矩分别为：

MiA=Qie0=44,1X0.05=2.205kN・m,

M2A=Qiel=44.1X0.25=8.82kN.m,

17

M1B=Qie=44.1X0.15=6.615kN.m,

计算简图如下图所示.

计算简图

计算不动较支座反力

A柱：

由前知G=2.058,C3=l.033,

=G久=2.058X=0.4UN(f)

H11

AJQOO

R2A=C3=1.033x昔=0.83%N(一)

则RA=RIA+R2A=0.41+0.83=1.24kN(f)

B柱：

由前知CM62,

M

&=GU=0・97AN(f

H

则排架柱顶不动钱支座总反力为：

R=RA+RB=1.24+0.97=2.214kN(f)

将R反作用于排架柱顶，按分配系数求得排架各

18

柱顶剪力(UA=UB=0.311,UC=0.378)

VA=RA-UAR=l.24-0.311X2.214=0.552kN(—)

VB=RB-UBR=o.97-0.378X2.214=0.133kN(-)

Vc=R-ucR=0-0.311X2.214=-0.69kN(+)

排架各柱的弯矩图、轴力图如图2-12(b)、

(c)所示.

2.2056.615

0.0038.8236.0832.76

4.96〜5.1527.59

ABC

MV

⑵BC跨作用有屋面活荷载

由于结构对称，故只需将AB跨作用有屋面

19

活荷载情况的A柱与C柱的内力对换并将内力变

号即可，其排架各柱内力见下图.

ABC

计算简图

6.6152.205

2.766.0838.823ri10°3

7-59“695.152「气鬻

u・口70.552

ABC

MV

20

44.144.1

-44.1■44.1

ABC

N

4、风荷载作用

⑴风自左向右吹时，计算简图如下图所示.

A柱：

n=0.15,X=0.36,查表得Cn=0.325,

RA=-qi.H.Cn=-2.69X11X0.325=~9.62kN（一）

C柱：

同A柱,Cn=0.325

21

Rc=-q2.H.Cn=-1.344X11X0.325=-4.8kN(一)

贝!JR=RA+RC+FW=-9.26-4.8-8.33=-22.75kN(一)

将R反作用于排架柱顶，按分配系数求得排

架各柱顶剪力(UA=UC=0.311,UB=0.378)

VA=RA-UAR=-9.62+0.311X22.75=-2.545kN(一)

VB=RB-UBR=0+0.378X22.75=8.60kN(—)

Vc=R-ucR=-4.8+0.311X22.75=2.275kN(—)

排架各柱的内力如下图所示.

11.3434.419.852

134.7527.04594.68.6106.3417.059

ABC

MV

②风自右向左吹时，此种荷载情况的排架内

力与“风自左向右吹”的情况相同，仅需将A、

C柱的内力对换，并改变其内力的符号即可.

排架各柱的内力如下图所示.

22

19.85234.411.34

17.059106.348.694.627.045134.75

4V

(5)吊车荷载作用(不考虑厂房整体空间工作)

①口皿作用于A柱

由前，Dmax=511.70kN(Dmin=144.50kN),由吊车

竖向荷载、在柱中引起的弯矩为：

MA=Dmax•e=511.70X0.3=153.50kN•m,

MB=Dmin.e=144.50X0.75=108.375kN.m,

计算简图如下图所示.

计算不动较支座反力

A柱：n=0.15,入=0.36,查表得C3=l.033,

B柱：n=0.501,入=0.36,查表得C3=l.250,

RA=—G鲁=-LO33X=—14.42女M-)

八八MB…108.375、

RB—GH=L25x———=12.32ZN(f)

23

则不动较支座总反力为：

R=RA+RB=-14.42+12.32=-2.10kN(*-)

将R反作用于排架柱顶，按分配系数求得排

架各柱顶剪力(UA=UC=0.311,UB=0.378)

VA=RA-UAR=-14.42+0.311X2.1=-13.77kN(一)

VB=RB-UBR=12.32+0.378X2.1=13.llkN(-*)

Vc=R-ucR=0+0.311X2.1=0.66kN(—)

排架各柱的弯矩图、轴力图如下图所示.

98.2455.94

2.64

55.0852.44~

35.83为人一7.26一

2.0313.7713.110.66

ABC

MV

24

511.7144.5

ABC

N

⑵Dmax作用于B柱左

由吊车竖向荷载，

Dmax=511.7kN(Dmin=144.5kN),在柱中引起的弯矩

为：

MA=口加壮•e=144.5X0.3=43.35kN•m,

MB=Dmax•e=511.7X0.75=383.8kN•m,

计算简图如下图所示.

计算简图

计算不动较支座反力

A柱:n=0,150,入二0・36,查表得C3=l.033,

25

B柱：n=0.501,入=0.36,查表得C3=l.250,

M4335

RA=七寸=-1.033X—^-=-4.07kN(<~)

&=G务=L25x等=43.6blN(f)

则不动较支座总反力为：

R=RA+RB=-4.07+43.6=39.54kN(-*)

将R反作用于排架柱顶，按分配系数求得排

架各柱顶剪力(UA=UC=0.311,IIB=0.378)

VA=RA-UAR=-4.07-0.311X39.54=-16.34kN(一)

VB=RB-UBR=43.61-0.378X39.54=28.66kN(-*)

Vc=R-uCR=o-o.311X3954=-12.32kN(一)

排架各柱的弯矩图、轴力图如下图所示.

?6916

65.36:49,28

22,01114.64

bJ

2866图•58.54135.52

16.3428.66■L乙.O乙

ABC

MV

26

144.5511.7

144.5'511.7

ABC

N

⑶Dmax作用于B柱右

根据结构的对称性，其内力计算同作

用于B柱左”情况，只需将A、C柱内力对换一

下，并全部改变弯矩及剪力符号即可，其结果如

下图所示.

4928269.16114.6465.36

22.01

136.4

135.5212.3268.5416.34

ABC

MV

27

511.7144.5

511.7144.5

ABc

N

⑷Dmax作用于C柱

同理，将“D皿作用于A柱”情况的A、C柱

内力对换，并注意改变符号，得出各柱的内力，

如下图所示.

N

28

⑸：Tmax作用于AB跨

计算简图如下图所示.

Tmax

7r7

BC

N

A柱：

由a=亲=中=0.7及n=0.15,人=0.36,查教程表

2.5.2并算得C5=0.524,

RA=-Tmax.C5=-26.11X0.524=-13.67kN(+)

B柱：

由a=2=空=o.7及n=0.501,入=0.36查教程表

*4

2.5.2并算得C5=0.610

RB=-Tmax.C5=-26.11X0.610=-15.86kN(-)

则R=RA+RB=-15.86-13.67=-29.53kN(一)

各柱顶剪力为：

29

VA=RA-UAR=-13.67+0.311X29.53=-4.49kN(一)

VB=RB-UBR=-15.86+0.378X29.53=-4.70kN(*-)

Vc=R-ucR=0+0.311X29.53=9.19kN(->)

排架各柱的内力如下图所示.

12.5713.16

12.5336.76

162.4

164.7121.6221.41101.19.19

ABC

M.V

(6)：Tmax作用于BC跨

根据结构的对称性，内力计算同“AB跨的

二台吊车刹车”情况，仅需将A柱和C柱的内力

30

对换.

排架各柱的内力如下图所示:

AB

M.V

2.4最不利内力组合

首先，取控制截面，对单阶柱，上柱为1-

I截面，下柱为n-n、HI截面.

考虑各种荷载同时作用时出现最不利内力的

可能性，进行荷载组合。

《荷载规范》，本设计应从下列组合值中取最

不利值：

S=1.2SGK+/Q1SQIK

31

S=1.2SGK+0.9t/QiSQiK

/=1

S=1.35SGK+£/Qi¥QiSQiK

i=\

本设计考虑以下四种内力组合：

+M*及相应的N、V；

-MLx及相应的N、V；

Nm及相应的M、V；

Nmax及相应的M、V.

在这四种内力组合中，前三种组合主要是考

虑柱可能出现大偏心受压破坏的情况；第四种组

合考虑柱可能出现小偏心受压破坏的情况；从而

使柱能够避免任何一种形式的破坏.

分A(C)柱和B柱，组合其最不利内力，在各

种荷载作用下A(C)柱内力设计值汇总见表

2-4；B柱内力设计值汇总见表2-5.

A(C)柱内力设计值组合表见表，B柱设

计值组合表见表

32

A(C)柱在各种荷载作用下内力设计值汇总表

截面内力值

I-III-IIin-in

荷载类别M(kM(kM(k

号N(kN(kN(kV(k

N.N.N.

N)N)N)N)

m)m)m)

12.0272.-28.311.14.7352

恒载错6.19

88262421.42

AB跨0.00-8.8-4.944.0.52

屋面错44.144.1

有323612

活荷

BC跨-2.7-2.7-7.5

载错0000.69

有669

AB跨-55.098.4511.511.-13.

错02.03

A柱827777

吊车

AB跨-65.3-22.144.-136144-16.

竖向错0

B柱左6015.4.534

荷载

BC跨49.249.2135.12.3

Dmax作错000

B柱右88522

用于

BC跨-2.6-7.2-0.6

错-2.64000

C柱466

吊车作用于±±±±

错000

横向AB跨13.313.3164.21.6

33

荷载77712

T

max±土土

作用于