单层工业厂房结构课程设计

一、设计条件

1.1工程概况

某厂装配车间为一双跨钢筋混凝土厂房，跨度为24米，长度为90.48

米，柱顶标高为13.5米，轨顶标高为9.8米，厂房设有天窗，采用两台

2Ut和一台30/5t的A4工作制吊车。屋面防水层采用一毡三油，维护墙采

用240mm厚的转砌体，钢门窗，混凝土地面，室内外高差为150mm,

建筑剖面图详见图1.

1.2结构设计资料

自然条件：基本风压值为o.35KN/m2,基本雪压值为0.45KN/m2

地质条件：厂区自然地坪以下为0.8m厚填土，填土一下为3.5m厚中层

中密粗砂十(地基承载力特征值为250|<N/m2)，再下层为

粗砂土(地基承载力特征值为350|(N/m2)，地下水位在地

面下2.5米，无腐蚀性。

13吊车使用情况

车间设有两台20t和一台30/5t的A4工作制吊车，轨顶标高为9.8米，吊

车的主要参数如下表：

起重吊车宽轮距吊车总小车重最大轮压最小轮压

度重

Q(KN)KQn)g«N)PZ(KN)Pm<KN)

B(m)G(KN)

300/506.154.836511728065

1.4厂房标准构件选用情况

1.4.1屋面板

采用1.5X6m预应力钢筋混凝土屋面板，板自重标准值为1.4kN/m2o

1.4.2天沟板

天沟板自重标准值为12.1KN/块，积水荷载以0.6KN/m计

天窗架

门窗钢筋混凝土天窗架，每根天窗架支柱传到屋架的自重荷载标准

值为27.2

1.4.3屋架

采用预应力钢筋混凝土折线型屋架，自重标准值为106KN/根。

1.4.4屋架支撑

屋架支撑的自重标准值为0.05kN/m2

1.4.5吊车梁

吊车梁为先张法预应力钢筋混凝土吊车梁，吊车梁的高度为

1200mm,自重标准值为44.2kN/根。轨道及零件重标准值为lkN/m,

轨道及垫层高度为200mm。

1.4.6基础梁

基础梁尺寸；基础梁为梯形截面，上顶面宽300mm,下底面宽

200mm,高度450.每根重16.7KN。

1.5材料选用

1.5.1柱

混凝土：采用40

钢筋：纵向受力钢筋采用HRB400,箍筋采用HRB335.

1.5.2基础

混凝土：采用C40

钢筋：采用HRB335级钢。

1.5.3屋面做法

20厚1：3水泥砂浆找平层（重力密度为20KN/m3）

冷底子油两道隔气层0.05KN/m2

100厚泡沫混凝土隔热层（抗压强度4MPa,重力密度5KN/n?）

15厚1:3水泥砂浆找平层（重力密度20KN/m3）

1.6屋面或则在标准值的取值

q=OAkN/in2

1.7相关建筑材料的基本数据

钢筋混凝土容重25kN/m3

水泥砂浆容重20kNI而

石灰水泥混合砂浆容重19kN/田

240厚双面粉刷机制砖墙重19kN/府

钢门窗自重640kNI病

防水层自重（）-35KN/m2

找平层自重0.40AN/〃J

图1.1建筑剖面图

二、计算简图的确定

2.1计算上柱高及柱全高

根据任务书的建筑剖面图：

上柱高乩尸柱顶标高-轨顶标高+轨道构造高度+吊车梁高

=13.5-9.8+1.2+.02=5.1m

标高二吊车梁顶标高.吊车梁高=13.5-0.2-1.2=12.1m

全柱高H二柱顶标高一基顶标高=13.5-(-0.5)=14.0m

下柱高H,=H-H„=14.0-5.1=8.9m

入二Hzz/H=5.1/14=0.364

2.2初步确定柱截面尺寸

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2.1。

三、荷载计算

3.1恒载

3.1.1屋盖结构自重

二毡三油防水层035KN/m2

100厚泡沫混凝土隔热层0・5KN/m2

20m厚1：3水泥砂浆找平层OAkN/m2

冷底子油两道隔气层005KN/m2

预应力混凝土屋面板（包括灌缝）\AkNInr

15厚1:3水泥砂浆找平层03KN/m2

屋盖支撑0.05kN/m2

305KN/m2

Gi=1.2*(3.05*6*24/2+106/2)=327.12Kn

3.1.2柱自重

A、C柱

上柱G4A=G4c=1.2X5X5.1=30.60kN

下柱G5A=G5c=1.2X4.95X8.9=52.87kN

B柱

上柱G4B=1.2X7.5*5.1=27.36KN

下柱G5B=1.2X6.25X8.9=52.87kN

3.1.3吊车梁及轨道自重

G3=1.2*(45.5+l*6)=61.8KN

各项恒荷载作用位置如图3.1所示。

图3.1荷载作用位置图(单位:kN)

3.2屋面活荷载标准值

屋面活荷载标准值为0.5KN/m2,雪荷载标准值为().45KN/m2,后者小

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

Qi=1.4*0.5*6*24/2=50.40KN

。的作用位置与作用位置相同，如图3.1所示。

3.3风荷载

某地区的基本风压叱,=0.35AN/〃J,对名,%按柱顶标高13.5m考虑,查规

范得〃,=1.098,对五“.按天窗檐口标高14.8m考虑，查规范得〃_=1.1340屋顶

标高15.80m考虑，查规范得〃二=1.158。天窗标高20.12m考虑，查规范得

p.=1.252o风载体型系数〃$的分布如图下

图3.2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3.2)上的风荷载设计值为：

q、k=%从^=1.4x0.8x1.098x0.35x6=2.58kN/)

q2k=几区也w0B=1.4x0.4x1.098x().35x6=1.29AN/〃?(今)

.=+〃s2)/力+(43+M、4)4九班”a

=1.4x[(0.8+0.4)x1.134x(14.8-13.5)m+(-0.2+0.4)xl,158x(15.8-14.8)m

+(0.6+0.5+0.6+0.2)x1.252x(20.12-15.l8)m]xI.Ox0.35KN/m2x6.0m

=25.58KN

3.4吊车荷载

根据B与K及支座反力影响线，可求得

图3.3吊车荷载作用下支座反力影响线

3.4.1吊车竖向荷载

由公式求得吊车竖向荷载设计值为:

Dma、,k=r(?^nax(>l+必+%+%)

=1.4X280X(1+0.267+0.8+0.067)=836.5KN

Diiniiini=—niiktx=65/280x836.5=194.2/C.V

「max

3.4.2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：

T=-a(Q+g)=-x0Ax(300kN+117kN)=10.43城

44

作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：

工…="过，=1.4x10.43x2.134=31.2/GV

其作用点到柱顶的距离

y=Hu-hc=5.1-1.2=3.9〃?,)，/Hit=3.9/5.1=0.765

四、内力计算

4.1恒载作用下排架内力分析

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4.10

表4,1柱剪力分配系数

C=3/[1-23(V/7-D]

柱别O

"H」HS=H3/GM

A/3

A.Cn=0.109,2=0.364Co=2.48,5=2.06x10-"——

Erj=0.286

柱

LJ3

n=0.281,2=0.364G=2.815,3=1.38x1。-”——

B柱E〃=0.428

在G1作用下：

G.=G,=327.\2KNG9=G.+G..=92.40KN

G3=G-A=52.81KNG.,=2a=654.24腑

G5=G、B+2G3=169.50仙G3=%=66.75KN

对A、C柱，已知〃=0.109,4=0.295由规范公式:

1-22(1--)1-0.3642(1——!_)

3

0.109=2.321

21

1+23(--1)1+0.364%-1)

n0.109

3

X1-0.3642

2-=0.934

1+0.364%

0.109

因此，在共同作用（即在G1作用下）柱顶不动钱支承的反力

+R2=C—+C1=827kN

HH

Rc=-8.27ZN

图4.1恒载作用下排架内力图

4.2在屋面活荷载作用下排架内力分析

4.2.1AB跨作用屋面活荷载

排架计算简图如图2.1。所示，其中QL40.32KN,它在柱顶及变阶处引引起

的力矩为：

九=50.4x0.05=2.52mr♦/〃

/=50.4x0.25=12.6kN♦m

=50.4x0.15=6.048%•m

对A柱，G=2.321,C3=0.934

口M,2.52x2.321+12.6x0.934

/?.=—G+—26^=-------------------------1.26%V

〃〃14

对B柱，C,=1.721

〃J?「6.048x1.721-M

K=-C,=-----------=0.743ZrA

8NH'14

则排架柱顶不动较支座总反力为：

R=RA+RB=1.26+0.743=2.003例

将R反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动较支座反

力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即

匕=R、-77/=1.26-0.286x2.003=0.687—

VB=RB-nsR=0.743-0.428x2.003=-0.114A；V

Vc=_%R=-0.286x2.003=-0.573%V

图4.2AB跨作用屋面活荷载时排架内力图

4.2.2BC跨作用屋面活荷载

由于结构对称，且BC跨与AB跨作用的荷载相同，故只需将图4.2中个内力

图的位置及方向调整一下即可，如图4.3所示。

AA

图4.3BC跨作用屋面活荷载时排架内力图

4.3吊车荷载作用下排架内力分析

4.3.lDmax作用在A柱

A柱：限.=°皿/3=603.5x0.3=181.05ZN•加

B柱：%»=/»%=179.3x0.75=134.48AM〃z

对A柱C.=1.132R、=一%G=-⑻05KN”'i132=-15.89KN

3八H12.9/w

a1_J2

对B柱G=±x——=1.285

2l+/l3(--l)

n

cMR「134.45/CN.w…”八〃、

RB=—^G=----------------x1.285=13.4()KN(—►)

H129"

R=R\+品=-15.89KN+13.40KN=-249KN(—

排架各柱顶剪力分别为:

匕=R\F.R=-15.89KN+0.286X2.49KN=-15.18KN(一)

Vlf=R(L/R=13.40KN+0.429x2.49KN=14.47KN(一)

%=-rlcR=0.286x2.49KN=0.71KN(—►)

排架各柱的弯矩图，轴力图和柱底剪力值如图4.4所示。

图4.4。皿作用A柱时排架内力图

4.3.22皿作用在B柱左

M,、=Dinine3=179.26kNx0.3旭=53.78MN.m

MOR=IllDUAJe.=6O3.5OWxO.75zw=452.63ZN.加

柱顶不动较支座反力&,凡及总反力R分别为：

八MA-53.78KN刀z—八一、

R、=——=-----------------xl.l32=-4.72KN(<—)

H12.9m

%&C=X1.285=45.09KN(—►)

H'12.9"?

R=R、+RH=一4.72KN+45.09KN=40.37KN(—►)

各柱顶剪力分别为：

匕二R「%R=-4.72KN—0.286X40.37KN=-16.27KN(<一)

匕=hfR=45.09KN—0.429x40.37KN=27.77KN(—►)

匕.=F(.R=—0.286x40.37KN=—11.55KN(3)

排架各柱的弯矩图，轴力图及柱底剪力值如图4.5所示

图4.50g作用B柱左时排架内力图

4.3.3Dmax作用在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°皿作用于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4.6所示。

图4.60max作用B柱右时排架内力图

4.3.4作用于C柱

同理，将作用于力柱情况的4C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各

柱的内力，如图4.7所示。

◊

图4.7作用c柱时排架内力图

4.3.5Tmax作用在AB跨柱

对A柱w=0.109,2=0.287a=(3.8-1.2)/3.8=0.632

对A柱。5=0.629,贝IJ

RA=-7；naxC5=-20.7X0.629=-13.02AN

对B柱。5=0.69,则

%=-%—=-20.7x0.69=-14.3^

排架柱顶总反力R为：

R=+=-13.02—14.3=-27.32AN

各柱顶剪力为：

VA=RA-f]AR=-13.02+0.286x27.32=—5.23ZN

VB=R1{-J1I{R=-14.3+0.428x2732=-2.55kN

Vc=-ricR=0.286x27.32=7.79^

Tmax作用在AB跨的M图、N图如图4.8所示。

图4.8Tmax作用于AB跨时排架内力图

4.3.6Tmax作用在BC跨

由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计算与（皿作用AB跨情况相同,

仅需将A柱与C柱的内力对换，如图4.9所示。

图4.9Tmax作用于BC跨时排架内力图

4.4风荷载作用下排架内力分析

4.4.1左吹风时

对A、C柱w=0.109,2=0.287

+公[1+0.2874(——-1)]

3〃=g*().109

=0.329

3

W1+万仁一1)]8[1+O287(———1)]

0.109

RA=-=-3.94x12.9x0.329=-16.72KN

Rc=~C/2HC}]=-1.97x12.9x0.329=-S36KN

R=RA+RH+FW=-16.72-8.36-55.98=-81,06kN

各柱顶剪力分别为：

匕=RA-T1AR=-16.72+0.286x81.06=6.46^

Vc=Rc-rjcR=-8.36+0.286x81.06=14.82ZN

%=FBR=-0.428x81.06=-34.69左N

风从左向右吹风荷载作用下的M、N图如图

图4.10左吹风时排架内力图

4.4.2右吹风时

计算简图如4.11a所示。将图4.10b所示A,C柱内力图对换且改变内

力符号后可得，如图4.11b所示。

w

图4.11右吹风时排架内力图

五、最不利荷载组合

内力组合按式(2519)〜式(2.5.21)进行。除及相应的M和N一项外，

其他三项均按式(2.5.19)和式(2.5.20)求得最不利内力值；对于Ng及相应的

M和N一项，n-n和ni-in截面均按(I.2SG*+I.4SQA)求得最不利内力值，

而1-1截面则是按式(2.5.21)即(L35SG*+SQ/求得最不利内力。

对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值。

表5.1人柱内力设计值汇总表

柱吊车竖向荷我

及屋。活我吊车水平荷载风荷我

号U

向

正D„,x

荷载类别限在DM在DaT-在ABL在

力

内恒载在B柱左风右风

跨跨柱左跨BC跨

ABBC4柱B左在“’柱

序号①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪

M

15.860.5262.242-57.49-61.643.74-2.66±9.11±29.652.99-70.26

I-I

N000

331.6840.32000000

M-49.17-12.12.74123.56-7.8243.74-2.6652.99-70.26

II-H±9.11±29.6

N000

391.9250.4603.5179.260000

M

25.91-4.89.29-14.13-153.33148.5-9.03±149.88±100.49246.45-354.39

N0（）0

443.1350.4603.5179.260000

V

8.270.80.72-15.18-16.2711.33-0.71±15.47+7.7944.57-40.2

注：M单位（kN.m）,N单位kN,丫单位kN。

表5.2人柱内力组合表

截面+Mmax及相应的N,V-Mmax及相应的N,VNmax及相亘的M,vNmin及相应的M,VMK.NK备注

①

M①+0.9[②+125.7+0.9[0.8(⑤-117.854.04①+0.9[③125.2491.33

①+09②+

I-I③+0.9(⑥++⑦)+0.9⑨+0.9(@+

频

⑨胸]③+0.

N377.04+⑪]331.68377.04331.68276.4

①+0.9[②

M①+09③145.42-154.862.03①-138.53

+0.8®

+0.8(@+(D+0.9X+0.9[0.9(⑦

II-II⑦)+0.9⑨

@)+0.9@+④

N826.44566.35935.07+⑨)+0]391.92

⑩]+⑪]

M474.21-537.113.19457.74

N877.65617.56986.28443.13

①+0.9[②

①+09③

V58.95+0.8(®+-53.39-5.39①+0.9[③64.7

+0.8X(⑥+(D+0.9X

⑦)+0.9⑧+0.9(@+

④)+0.9@+-380.5④

HI-IIIMK341.8112.51⑨胸]330.04

⑩]+⑪]6

NK679.6493.87757.24369.28

VK43.09-36.12-2.8747.2

表6.3B柱内力设计值汇总表

屋也活载吊车）是向荷载吊车水平荷载风荷载

〃

("小

柱

M“'max

作

作

作

及

号作Dz作

用

用

用

月

月

向

正作

荷教类别恒教作用在作用一左

用在在用右

在

在

力

内

柱

柱用

跨BC在A在

BB在A8风风

跨柱左

跨

右BC

C柱跨

序号①②③@⑤⑥⑦⑧⑨⑩O

M0

+19.29

-7.867.8654.87105.34-105.34-54.87±19.29132.54-132.54

I-I

N

654.2450.450.400000000

M0

-7.867.86-79.58-347.29347.279.58±19.29±19.29132.54-132.54

II-H

N

774.7250.450.4179.26603.5603.5179.260000

M0

-8.468.4651.83-95.0495.04-51.83±184.46±184.46449.95-449.95

N

828.6650.450.4179.26603.5603.5179.260000

V0

-0.0730.07314.4427.72-27.72-14.44±18.15±18.1534.88-34.88

注：M单位（kNm）,N单位kN,V单位kN。

表5.4B柱内力组合表

截面+Mmax及相应的N,V-Mmax及相应的N,VNmax及相应的M,VNmin及相应的M,VMK,NK备注

I-TM①+0.9[③①①①

-227.31171.29210.04

+0.9(@+227.31+0.9[②+0.7+0.9[0.9(

⑧)淘]

N+0.9(@+[②+⑤+⑩)+

③⑧]

⑥)+。)

+0.9

699.6699.6724.8654.24

(⑤+

⑨)+

⑩]

II-IIM①+0.9[③①①①

-423.290134.91

+0.9(@+©)423.29+0.9(@+0.8+0,9[0.9

N+0.9(⑤+X⑧+⑩]

1308.92(⑤+1740.32774.72

1308.92⑨⑪

)+]⑥)

M①+09③667.73①-667.73①0①554.27

+0.8X((§)++0.9[(2)+0.8+0.9(0.9

N

④)+0.9⑧+1437.61+0.8(⑤+1437.61X1794.26⑨+⑩)828.66

⑩】

V36.6⑦)+0.9-36.6(⑤+046.09

⑥)

MK⑧+⑪]

476.95-476.950395.97

II1-III,N

K1125.511125.511380.26690.55

VK26.14-26.14032.92

注；M单位（kN-m）,N单位kN,V单位kN

编号：

时间：2021年X月X日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第23页共46页

六、柱截面设计

6.1A柱的截面设计

6.1.1柱在排架平面内的配筋计算

表6.1柱在排架平面内的计算参数

内力组

%

面qhn

%1。

M125.24

1-1N331.68377.59360397.5917.64000.961.22

M474.21

3-3N877.65540.32860570.3219.19001.051.12

M-537.1

N617.56869.7860899.719.19001.051.07

注1.e0=M小,必=%+〃,〃=20、/?/30的较大者，考虑吊车荷载

2./。=2.0”.(上柱)，%=1。”,，不考虑吊车荷载时，h=15H。

1.7=n+——自评点对于单厂为有侧移结构

1400c/鼠h

表6.2柱在排架平面内的配筋计算

截6A=As(mnr)

内力组eX。偏心

面

情况计算实配

M125.243022

1-1397.591.22645.1581981070.1(1140)

N331.68

M474.214022

33N877.65570.321.121048.8139.4731320(1520)

7

M-537.15022

N617.56899.71.071372.71084731597.3(1900)

综上所述：下柱截面选用5022(1900〃〃/)

6.1.2柱在排架平面外的承载力验算

上柱，Nmax=331.68kN,考虑吊车荷载时，按规范有

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编号：

时间：2021年X月X日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第24页共46页

/o_=7600

J-Too-

由规范知0=0.78

N“=。(工A,+2fvAs)=0.78x(14.3x400x400+2x300x1140)=2318.16kN>=33168kN

下柱Nmax=877.65,当考虑吊车荷载时，按规范有

/=/,=19.538x103〃/

A=1.875xl()5〃〃〃2