《单层工业厂房》课程设计

1、单层工业厂房课程设计姓 名：班级： 学号：一 结构选型该厂房是广州市的一个高双跨（18m+18m）的机械加工车间。车间长90m,柱矩6米，在车间中部，有温度伸缩逢一道，厂房两头设有山墙。柱高大于8米，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋架有较大的刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房的各构选型见表1.1表1.1主要构件选型由图1可知柱顶标高是10.20米，牛腿的顶面标高是6.60米 ，室内地面至基础顶面的距离0.5米，则计算简图中柱的总高度h,下柱高度hl和上柱的高度hu分别为：h=10.2m+0.6m=10.8m hl=6.60m+0.6m=7

2、.2m hu=10.8m-7.2m=3.6m根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表1.2。见表1.2 柱截面尺寸及相应的参数计算参柱号截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/(kn/m)a,c上柱矩40040016000021300000004.0下柱i400800100150177500143870000004.43b上柱矩40040016000021300000004下柱i400800100150177500143870000004.43二 荷载计算 1恒载图1求反力： f1=116.92 f2=111.90 屋架重力荷载为59.84，则作用于柱顶的屋盖结构的

3、重力荷载设计值： ga1=1.2(116.92+59.84/2)=176.81kn gb1=1.2(111.906+59.84/2)=170.18 kn (2)吊车梁及轨道重力荷载设计值 ga3=1.2（27.5+0.86）=38.76kn gb3=1.2（27.5+0.86）=38.76kn (3)柱重力荷载的设计值 a,c柱 b柱 2屋面活荷载 屋面活荷载的标准值是0.5kn/m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值： q1=1.40.5618/2=37.8 kn3，风荷载 风荷载标准值按k=zsz0计算其中0=0.5kn/m2, z=1, z根据厂房各部分 及b类地面粗糙度表2.5.1确定。

4、柱顶（标高10.20m） z=1.01 橼口（标高12.20m） z=1.06 屋顶（标高13.20m） z=1.09 s如图3所示，由式k=zsz0可得排架的风荷载的标准值： k1=zs1z0=1.00.81.010.5=0.404 kn/m2 k2=zs2z0=1.00.41.010.5=0.202 kn/m2图2 荷载作用位置图图3 风荷载体型系数和排架计算简 q1=1.40.4046=3.39kn/m q1=1.40.2026=1.70kn/m fw=q(s1+s2)zh1+(s3+s4)zh2 z0b =1.4(0.8+0.4)1.01(12.2-10.2)+(-0.6+0.5)1.

5、01(13.2-12.2) 10.56 =10.23kn4吊车荷载 吊车的参数：b=5.55米，轮矩k=4.4，pmax=215kn, pmin=25kn,g=38kn。根据b和k，可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图所示：图吊车荷载作用下支座反力的影响线（） 吊车的竖向荷载dmax=qfpmaxyi=1.4115(1+0.075+0.808+0.267)=346.15kndmin=qfpminyi=1.425(1+0.075+0.808+0.267)=75.25kn（） 吊车的横向荷载t=1/4（q+g）=1/40.12(100+38)=4.14kn吊车横向荷载设计值

6、：tmaxqtyi=1.44.142.15=12.46kn三 排架内力分析 恒荷载作用下排架内力分析图5恒荷载作用的计算简图g1=ga1=176.81kn; g2=g3+g4a=38.76+17.28=56.04kn; g3=g5a=38.28kn;g4=2gb1=340.361kn; g5=g3+2g4b=238.76+17.28=94.8kn;g6=g5b=38.28kn;m1= g1e1=171.810.05=8.60kn.m;m2=( g1+ g4a)e0- g3e3=(176.81+17.28) 0.2-38.280.35=25.42c1=2.03; c1=1.099;ra=c1+c

7、3=(8.602.03+25.421.099)/10.8=4.20kn()rc=-4.20kn(); rb=0kn;内力图：图6 恒荷载内力图 活荷载作用下排架内力分析(1)ab跨作用屋面活荷载 图7 ab跨作用活荷载作用简图q=37.8kn，则在柱顶和变阶处的力矩为：m1a=37.80.05=1.89kn.m，m2a=37.80.25=7.56kn.m，m1b=37.80.15=5.67kn.mra=c1+c3=(1.892.03+7.561.099)/10.8=1.124kn()rb=c1 =5.672.03/10.8=1.07kn()则排架柱顶不动铰支座总的反力为：r= ra+ rb=1

8、.124+1.07=2.19kn()va= rara=1.32-0.332.19=0.40kn()vb= rbrb=1.07-0.332.19=0.35kn()vc= rc=-0.332.19=0.72kn()排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图8所示:图8 ab跨作用屋面活荷载内力图(2)bc跨作用屋面活荷载由于结构对称,且bc跨的作用荷载与ab跨的荷载相同,故只需叫图8的各内力图位置及方向调一 即可,如图10所示:图9 ab跨作用活荷载作用简图图10 bc跨作用屋面活荷载内力图 风荷载作用下排架内力分析(1) 左吹风时c=0.33ra=-q1hc11=-3.3910.80.33=-12.

9、08kn()rc=-q1hc11=-1.7010.80.33=-6.06kn()r= ra+ rc+fw=12.08+6.06+10.23=28.37kn()各柱的剪力分别为:va= ra-ra=-12.08+0.3328.37=-2.72kn()vb= rb-rb=-6.06+0.3328.37=3.30kn()vc= -rc=-0.33-28.37=9.36n()图11 左风内力图(2) 右风吹时因为结构对称，只是内力方向相反,，所以右风吹时，内力图改变一下符号就行，如图12所示；图11 左风内力图 吊车荷载作用下排架内力分析（） dmax作用于a柱计算简图如图所示，其中吊车竖向荷载dma

10、x，dmin在牛腿顶面引起的力矩为：ma= dmaxe3=346.150.35=121.15kn.mmb= dmine3=75.250.75=56.44kn.mra=-c3=-121.151.099/10.8=-12.33kn()rb=c3=-56.441.099/10.8=5.74kn()r= ra+ rb=-12.33+5.74=-6.59n()各柱的剪力分别为:va= ra-ra=-12.33+0.336.59=-10.16()vb= rb-rb=5.74+0.336.59=7.91kn()vc= -rc=0.336.59=2.17n()图dmax作用在a柱时排架的内力（） dmax作用

11、于b柱左计算简图如图所示，其中吊车竖向荷载dmax，dmin在牛腿顶面引起的力矩为：ma= dmaxe3=.0.35=.kn.mmb= dmine3=346.150.75=.kn.mra=c3=-.1.099/10.8=-.kn()rb=c3=.1.099/10.8=.kn()r= ra+ rb=.+.=.n()各柱的剪力分别为:va= ra-ra=.0.33.=.kn()vb= rb-rb=.0.33.=.kn()vc= -rc=0.33.=.n()图dmax作用在b柱左时排架的内力（） dmax作用于b柱左根据结构对称和吊车吨位相等的条件，内力计算与dma作用于b柱左情况相同，只需将a，c

12、柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号：如图（） dmax作用于c柱同理，将dmax作用于a柱的情况的a，c柱的内力对换，且注意改变符号，可求得各柱的内力，如图5（） tmax作用于ab跨柱当ab跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图16-a所示。对于a柱，n=0.15，=0.33，得a=(3.6-0.9)/3.6=0.75.，tmax=12.46knc5=0.54ra=tmaxc5=.=6.73kn()rb=tmaxc5=.=6.73kn()图dmax作用在b柱右时排架的内力图5dmax作用在c柱时排架的内力排架柱顶总反力r：r= ra+ rb=.kn各柱的简力：va= ra-ra=.0.33.

13、=.kn()vb= rb-rb=.0.33.=.kn ()vc=rc=0.3313.46=4.44n()图16tmax作用在ab跨时排架的内力（） tmax作用于bc跨柱由于结构对称及吊车的吨位相等，故排架内力计算与“tmax作用于ab跨柱”的情况相同，只需将a柱与c柱的对换，如图17图17tmax作用bc跨时排架的内五柱截面设计（中柱） 混凝土强度等级c20，fc=9.6n/mm2，ftk=1.54n/mm2采用hrb335级钢筋，fy= fy 300 n/mm2,b=0.55，上下柱采用对称配筋 上柱的配筋计算由内力组合表可见，上柱截面有四组内力，取h0mm，附加弯矩ea=20mm（大于）

14、，判断大小偏心：从中看出组内力为大偏心，只有一组为小偏心，而且：n=429.kn5应考虑偏心矩增大系数1=0.59.6160000/357640=2.151，取2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.017200/400=0.97, l0/h15，取2=0.97图=1+12=1+10.97=1.31=357640/19.6400360=0.262s/h0=240/360=0.22所以x=h0=0.26360=93.6e=ei-h/2+s=1.31263.40-185.05mmn.e=fyas(h0-as)-1fcbx(x/2-as)as=as=715mm选用（as=763mm2）验算最小

15、配筋率：as/bh=763/400400=0.47%0.2%平面外承载力验算：l0=1.5hu=1.53.6=5.4ml0/b=5400/400=13.5，查表得，ac=a-aa=4002-7632=158474mmnu=0.9(fyas+ fcas)=0.90.93(3007632+9.6158474)= 1656.55kn 下柱配筋计算取h0=800-40=760mm，与上柱分析办法相识，选择两组最不利内力：m=217.96 kn.m m=152.69 kn.mn=810.94 kn n=473.44 kn(1) 按m=217.96 kn.m，n=810.94 kn计算l0=hu=7.2=

16、7.2m，附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mm e0=m/n=217960/810.94=268.77mm ei= e0+ ea=295.77mm l0/h=7200/800=95而且应考虑偏心矩增大系数，取2=11=0.59.6160000/810940=1.051，取图=1+12=1+11=1.15ei=1.15295.77=340.140.3760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则x= =810940/19.6400=211.18hf=150mm说明中和轴位于板内，应重新计算受压区的高度：x=

17、=394.72mme=ei+h/2+s=1.15295.77 -8002-407005mmas=as=272.87mm2(2) 按m=152.69 kn.m，n=473.44 kn计算l0=hu=7.2=7.2m，附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mm e0=m/n=152690/473.44=322.51mm ei= e0+ ea=349.51mm l0/h=7200/800=95而且应考虑偏心矩增大系数，取2=11=0.59.6160000/810940=1.051，取图=1+12=1+11=1.15ei=1.15295.

18、77=340.140.3760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则x= =473440/19.6400=123.29hf=150mm说明中和轴位于翼缘内：e=ei+h/2-s=1.15349.51 -8002-40761.93mmas=as=139.38mm2最小配筋mina=0.2%177500=355mm2所以选（as=461mm2）满足要求查附表.的无柱间支撑垂直排架方向柱的计算长度，l0=1hl=7.2ml0/b=7200/400=18，查表得0.81，ac=a-aa=177500-4612=176578mmnu=0.9(fyas+ fcas)=0.90.81(3

19、004612+9.6176578)= 1437.40knnmax所以满足弯矩作用平面外的承载力要求 柱裂缝宽度验算规范中规定，对e0/h00.55的柱要进行裂缝宽度验算，本例的上柱出现e0/h0=0.55,所以应该进行裂缝验算。验算过程见下表。其中上柱的as=763mm2；es=200000n/mm2；构件的受力特征系数acr=2.1，混凝土的保护层厚度c=25mm,ftk=1.54n/mm2。 柱裂缝宽度验算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200箍筋。 牛腿设计根据吊车支承的位置，截面的尺寸及构造要求，确定牛腿的尺寸如图所示，其中牛腿的截面宽度b

20、=400mm，牛腿截面高度h=1050mm，h0=1015mm.(1) 牛腿腿截面高度验算表柱的宽度验算表图 fvk所以所选的尺寸满足要求（） 牛腿配筋计算纵向受拉钢筋总截面面积as：as=550.mm2 根据规定，纵向受拉钢筋as的最小配筋率为0.002bh=0.0024001050=840mm2 550.2 mm2。所以要按mm2配筋。现在选用（as=1005mm2） 水平箍筋选用100的双肢筋。牛腿的剪跨比a/h0=370/1050=0.350.3，所以应该设置弯起钢筋a.as=0.5c1005=502.5mm2，且a0.0015bh=0.00154001015=609 mm2 故选用（

21、as=mm2） 牛腿设计采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。插入杯口深度为800mm,则柱吊装时的总长度为3.6+7.2+0.8=11.6m.。柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数）即q1=gq1k=1.51.24.0=7.2kn/mq2=gq1k=1.51.2(0.42.125)=37.8kn/mq3=gq1k=1.51.24.44=7.99kn/m图在上述荷载的作用下， 柱的控制截面的弯矩为：m1=0.5 q1hu2=0.57.23.62=46.66kn.mm2=0.5 q1hu2=0.57.2（3.6+1.05）2+0.5(37.8-7.2)1.052=

22、94.71kn.m由mb=ral3-0.5q3l32+m2=0解得：ra=14.17kn m3=rax- q3x2 令=ra-q3x=0 得x=1.77m 则下柱段最大弯矩m3为：m3=14.171.77-0.57.991.772=12.55kn.m 表吊装时柱的宽度验算表六基础设计（b柱下基础） 初步确定杯口尺寸及基础埋深（）杯口尺寸 图5 基础截面尺寸杯口的深度：柱子的插入深度h1=800mm，所以杯口深度为800+50=850mm 杯口顶部尺寸：宽为400+275=550mm，长为800+275=950mm 杯口底部尺寸：宽为400+250=500mm，长为800+250=900mm杯口

23、厚度：因为800hc1000，所以杯壁的厚度取t=350mm 杯壁高度：h1t/0.75=350/0.75=466mm，取h1=350mm 杯底厚度；a1=250mm，根据a2a1原则，取a2为250mm 根据以上尺寸，确定基础总高度h1+a1+50=800+250+50=1100mm 基础的埋置深度：1100+600=1700mm 地基承载里设计值：fa=200kn/m2 (2)基础面积计算表b柱在基础地面的荷栽估算基础底面积：a=1006.06/(200-201.7)=6.06m2 考虑偏心受压，将基础的面积增大1.2a=1.26.06=7.27m2 g=gyda=1.2201.78=32

24、6.4kn 表 基础底面压应力计算 取基础地面长边与短边的比为，则l=3.8m，b=1.9m，取l=m，b=m校核基础底面积是否满足要求： （）校核0.5(pmax+pmin)f 0.5(pmax+pmin)=0.5(198.90+134.22)=166.56knf=200 (）校核pmax1.2f pmax=198.90kn0 由以上得知，基础的地面尺寸m2，满足要求图基础截面尺寸地基净反力计算：表地基净反力由表可以看出nmax最不利。（pjmax=158.10,pjmin=93.42） 冲剪强度验算从杯口顶面柱边开始的0斜拉裂面与基础底面交界处（截面）的净反力pj1。基础的有效高度h0=1100-40=1060mm pj1=9