《混凝土结构与砌体结构设计》-单层工业厂房计算书

《混凝土结构与砌体结构设计》单层工业厂房计算书学生姓名学号专业名称班级指导教师

目录TOC\o"1-4"\h\z\u1设计资料 31-1工程概况 31-2结构设计资料 32设计内容及要求 42-1确定剖面尺寸和结构布置 42-2构件选型吊车梁、柱截面、吊车型号 42-2-1钢屋盖 42-2-2预制钢筋混凝士吊车梁和轨道连接 42-2-3预制钢筋混凝土柱 52-2-4定位轴线 52-2-5计算单元 52-2-6柱下独立 62-2-7荷载计算 62-2-8吊车荷载 62-2-9风荷载 72-3排架内力分析，可参考PK二维设计数据 72-3-1屋盖荷载作用下的内力分析 72-3-2吊车荷载作用下的内力分析 82-3-3风荷载作用下内力分析 82-3-4柱顶水平剪力 82-3-5上柱截面配筋设计 92-3-6下柱截面配筋设计 102-3-7牛腿设计 103参考资料 11 1设计资料1-1工程概况某金工装配车间为两跨等高厂房，跨度18m和轨顶标高10.8m，柱距均为6m，车间总长度为60m。每跨设有吊车各2台，Q=10t，吊车工作级别为A5级。1-2结构设计资料厂房所在地点的基本风压为0.3kN/m2，地面粗糙度为B类；基本雪压为0.30kN/m2。风荷载组合值系数为0.6，其余可变荷载的组合值系数均为0.7。室内地坪标高为±0.000m，室外地坪标高为-0.150m，基础顶面离室外地坪为1.0m。吊车，吊车梁高度取1.2m，轨道及零件重1kN/m，轨道及垫板高度200mm。（1）屋架采用梯形钢屋架（参考《05G511梯形钢屋架图集》），无天窗。（2）围护结构围护墙为240mm厚双面清水砖墙，采用钢门窗，钢窗宽度3.6m，室内外高差为150mm，素混凝土地面。材料排架柱混凝土强度等级为C30。柱纵向受力钢筋采用HRB400级，其他钢筋采用HPB300级或者HRB400。2设计内容及要求2-1确定剖面尺寸和结构布置2-2构件选型吊车梁、柱截面、吊车型号2-2-1钢屋盖

采用的

18m

钢桁架，桁架端部高度为

1.2m,中央高度为

2.4m,屋面坡度为1/12.钢檩条长

6m,屋面板采用彩色钢板，厚4mm。2-2-2预制钢筋混凝士吊车梁和轨道连接采用标准图C323（二），中间跨DL—9Z，边跨DL-9B，梁高h6=1.2m。轨道连接采用标准图集G325（二）。2-2-3预制钢筋混凝土柱取轨道顶面至吊车梁顶面的距离ha=0.2m，故牛腿顶面标高=轨顶标高-hb-ha=10.8-1.2-0.2=9.4m由附录12查得，吊车红项至吊车顶部的高度为2.14m，考虑屋架下弦至吊车顶部所需隙高度为220mm，故柱顶标高=10.8+2.14+0.22=13.16基础顶面至室外地坪的距离为1.0m，则基础顶面至室内地坪的高度为1.0+0.15=1.15m，故从基础顶面算起的柱高H=13.16+1.15=14.31m上部柱高Hu=13.16-9.4=3.76m下部柱高Hl=14.31-3.76=10.55m.参考表12-3，选择柱截面形式和尺寸：边柱上柱采用矩形截面b×h=400mm×400mm;下柱采用I形截面b1×h×b×hf=400mm×900mm×100mm×150mm.中柱上柱采用矩形截面b×h=400mm×600mm;下柱采用I形截面b1×h×b×hf=400mm×1000mm×100mm×150mm.2-2-4定位轴线由附表12可查得轨道中心线至吊车端部的距离B1=230mmB2：吊车桥架至上柱内边缘的距离，一般取B2≥80mm：B3：封闭的纵向定位轴线至上柱内边缘的距离，B3=400mmB1+B2+B3=230+80+400=710mm<750mm，可以。故取封闭的定位轴线④、固都分别与左、右外纵墙内皮重合。2-2-5计算单元由于该金工车间厂房在工艺上没有特殊要求，结构布置均匀，除吊车荷载外，荷载在纵向的分布是均匀的，故可取一榀横向排架为计算单元，计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离，即B=6.0m2-2-6柱下独立基础基础采用锥形杯口基础2-2-7荷载计算（1）屋盖恒荷载近似取屋盖恒荷载标准值为1.2kN/m2，故由屋盖传给排架柱的集中恒荷载设计值F1=1.3X1.2X9X6=84.24kN作用于上部柱中心线外侧e1=50mm处（2）屋面活荷载《荷载规范》规定，屋面均布活荷载标准值为0.5KN/m2，比屋面雪荷载标准值0.3kN/m2大，故仅按屋面均布活荷载计算。于是由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值F6=1.5X0.5X6X9=40.5kN作用手上部柱中心线外侧e1=50mm处（3）柱和吊车梁等恒荷载边柱上柱自重标准值为4.0kN/m，F2=1.3×3.76×4=19.552Kn下柱下部柱自重标准值为4.69kN/m，F3=1.3×10.55×4.69=64.32Kn中柱上柱F4=1.3×6×3.76=29.32Kn下柱F5=1.3×4.94×10.55=67.75Kn（4）吊车梁自重吊车梁自重标准值为39.5kN/根，轨道连接自重标准值为0.80kN/m，故作用在牛腿顶截面处的吊车染和轨道连接的恒荷载设计值F6=1.3X(39.5+6X0.8)=57.59kN2-2-8吊车荷载吊车跨度L=18-2X0.75=16.5查附录12，得Q=10t，Lk=16.5m时的吊车最大轮压标准值Pmax,k最小轮压标准值Pmin,k小车自重标准值G2,k以及与吊车额度起重相对应的重力标准值G3,kPmax,k=115KNPmin,k=25KNG2,k=38KNG3,k=100KN并查得吊车宽度B和轮距KB=5.55mK=4.40m吊车坚向荷载设计值Dmax、Dmin由吊车梁支座反力影响线知Dmax,k=βPmax,Σyi=0.9*115*(1+0.808+0.267+0.075)=222.52KNDmax=γQDmax,k=1.5*222.52=333.79KNDmin=Dmax(Pmin,k/Dmax,k)=333.79*(25/115)=72.5吊车横向水平荷载设计值

Tmax

由式（12-6）知T=1/4α（G2,k+G3,k）=0.25*0.1*（38+100）=3.45KNTmax=Dmax(Tk/Dmax,k)+=333.79*3.45/115=10.1KN2-2-9风荷载（1）作用在柱顶处的集中风荷载设计值W这时风荷载的高度变化系数μz按擔口离室外地坪的高度0.15+13.16+1.2（屋架端部高度）=14.51（来计算。查表10-4，得离地面10m时，μz取1.0，离地面15m时，μz取1.14，用内插法，知μz=1+（1.14-1.0）/(15-5)*(14.51-10)=1.12Wk==[(0.8+0.4)h1+(0.4-0.6)h2]*μzWoB=[(0.8+0.4)*1.2-0.1X1.2]X1.12X0.6X5.55=4.92kNW=γ*Wk=1.5*4.92=7.38KN沿排架柱高度作用的均布风荷载设计值去q1,q2这时风压高度变化系数μz按柱顶离室外地坪的高度0.15+13.16=13.31mμz=1+（1.14-1.0）/(15-5)*(13.31-10)=1.09q1=γq*μs*μz*W0*B=1.5*0.8*1.09*0.6*5.55=4.35KN/Mq2=γq*μs*μz*W0*B=1.5*0.4*1.09*0.6*5.55=2.17KN/M2-3排架内力分析2-3-1屋盖荷载作用下的内力分析(1)屋盖集中恒荷载F1作用下的内力分析柱顶不动支点应反力R=(M1/H)*C1计算出截面柱柱顶反力系数，边柱c1=2.143中柱c1=1.731M1=F1*e0=82.24*0.05=4.112KN·mR=M/H*C1=4.112/14.31*2.143=0.615KN(2)屋盖集中恒荷载F6作用下的内力分析M6=F6*e0=40.5*0.05=2.025KN·mR=M/H*C1=0.303KN2-3-2吊车荷载作用下的内力分析Dmax作用在边柱上，Dmin作用在中柱，边柱的内力分析Mmax=Dmax*e=333.79*(0.75-0.45)=100.37KN·mDmin=Dmin*e=72.5*(0.75-0.45)=21.75KN·mRA=Mmax/H*C1=100.37/14.31*1.09=7.64KNRB=Mmin/H*C1=21.75/14.31*1.09=1.605KNVA=RA+0.5(-RA-RB)=4.62KNVB=VB+0.5(-RA-RB)=-4.62KN(2)在Tmax作用下的内力分析Tmax至牛腿顶面的距离为10.8-9.4=1.4mTmax至柱底的距离为10.8+0.15+0.1=11.05m2-3-3风荷载作用下内力分析左风时，在q1，q2的作用下，不动铰支座反力RA=q1HC11=4.35*14.31*0.325=-20.23KNRB=q2HC11=2.17*14.31*0.325=-9.76KN2-3-4柱顶水平剪力VA=RA+0.25(W-RA-RB)=-20.23+0.5(7.38+20.23+9.76)=-1.545KNVB=RB+0.25(W-RA-RB=-9.76+0.5(7.38+20.23+9.76)=8.925KN

2-3-5上柱截面配筋设计排架柱混凝土强度等级为C30。柱纵向受力钢筋采用HRB400级，其他钢筋采用HPB300级或者HRB400。柱截面拟定为400X400mm，由内力组合表12-7知道（1）考虑二阶效应M=67.34KN·MN=127.2KN·Me0=M/N=67.34/127.2=0.529m；ea=0.02m；ei=e0+ea=0.529+0.02=0.549mA=bh=400*400=160000mm2ζ1=0.5fcA/N=0.5×14.3×160000/127.2=8.9>1,取ζ1=1.0。l0=2Hu=2*3.76=7.52所以：η=1.15（2）截面设计X=N/α1*fc*bf=22.23mm<80取x=80计算e=h/2+ηei-as=1.15*549-200=40=471.35mm2As=AS'=Ne/fy(h0-as)=520.44mm2选用2Φ18（As=AS'=509mm2>ρminbh=320mm2）同时柱截面总配筋2*509=1018mm2垂直于排架方向的截面承载力验算l0=1.25Ha=1.25*3.76=4.7mL0/b=4.7/0.4=11.75N0=0.9*0.95*（14.3*400*400=360*1018）=2549KN>172.2KN，承载力满足箍筋按构造确定。箍筋间距不应大于400mm及截面的短边尺寸，且不大于15d；箍筋直径不应小于d/4，且不应小于6mm。现配置Ф6@200。2-3-6下柱截面配筋设计查课本表12-7，计算最不利内力，有两组（a）M=375.42KNN=689.74KN（b）M=342.56KNN=287.46KN柱截面按I形截面，采用对称配筋，沿柱全长各截面配筋相同。I形截面大小偏心受压可用下式判别：当x=N/α1fcbf'<hf'时，中和轴在受压翼缘内，按第一类I截面的大偏心受压截面计算；当hf'<X=[N-α1fc(bf'-b)hf']/α1fcb<ξbh0时，中和轴通过腹板，按第二类I截面的大偏心受压截面计算；当ξbh0<X<h-hf时，中和轴通过腹板，按小偏心受压截面计算；当h-hf<X<h时，中和轴在受拉翼缘内，按小大偏心受压截面计算。按照（a）组内力进行截面设计e0=375.42/689.74=544MMea=h/30=900/30=30mmei=e0+ea=544+30=574mmA=bh+2（bf+b）hf=100*900+2（400-100）（150-12.5）=187500mm2ξc=0.5fcA/N=0.5*14.3*187500/689740=1.9>1,则ξc取1.0ηc=1+(1/1500ei/h0)*(l0/h)2=1.36假设为大偏压，且中和轴在翼缘内X=N/α1fcb=689.74/14.3*1*400=126mm>2a,s=80mm2说明中和轴确实在翼缘内e'=ηs*ei-h/2+a,S=1.36*544-450+40=330mmAs=A,s=Ne'-α1fcbf，*x（x/2-a,S）/fy（h0-a,S）=707mm2选用5Φ14（As=AS'=769mm2>ρminbh=480mm2）（2）按照（a）组内力进行截面设计e0=324.56/287.46=1191mmea=30mmei=1191+30=1221mmξc=0.5fcA/N=4.66>1则ξc取1.0ηc=1+(1/1500ei/h0)*(l0/h)2=1.07X=N/α1fcb=50.25<2a,s=80mm2按照x=2a,s=80mm2计算e'=ηs*ei-h/2+a,S=896mmAs=A,s=Ne'-α1fcbf，*x（x/2-a,S）/fy（h0-a,S）=851mm26Φ14（As=AS'=851mm2>ρminbh=480mm2）2-3-7牛腿设计（1）截面尺寸验算牛腿宽度取与排架柱同宽，即400mm；牛腿长度应满足吊车梁的搁置要求；牛腿高度初选600。牛腿高度应满足斜截面抗裂的要求：Fvk=Dmax+G3=333.79+100=433.79KNβ——裂缝控制系数，支承吊车梁的牛腿取=0.65；a——竖向力作用点至下柱边缘的水平距离，-150+20<0,取a=0 h0——牛腿截面有效高度1000-40=960mm； b——牛腿宽度，为400mm； ftk——混凝土抗拉强度标准值，对于C30混凝土ftk=2.01N/mm2。计算出0.65*（2.01*400*555）/0.5=580.09KN>433.79K