单层厂房设计图文并茂.doc

第4章 单层厂房设计车间平面布置示例厂房剖面图4.1计算简图本车间为机修车间，工艺无特殊要求，结构布置均匀，荷载分布均匀，故可以从整个房中选择具有代表性的排架作为计算单元，如图所示计算单元宽度为。由设计资料可知柱顶标高，轨顶标高为，设室内地面至基础顶面的距离为，则计算简图和吊车梁的高度求总高度H=11.9+0.5=12.4m根据建筑剖面及其构造，确定厂房计算简图如图所示其，下柱高，上柱高柱截面几何参数 参数柱号截面尺寸面积惯性矩自重A ,C上柱 下柱B上柱下柱I4.944.2荷载的计算4.2.1恒载（1）屋面恒载：两毡三油防水层： 20mm厚水泥砂浆找平层： 厚水泥砾石保温层：一毡两油隔气层： 厚水泥砂浆找平层： 预应力混凝土屋面板： 屋盖钢支撑： 合计： 屋架自重YWJA24AB跨 1.2×(10626.95.94×2)KN=173.7 KN/榀BC跨 1.2×106KN=127.2 KN/榀天沟板 1.2×2.02=2.424 KN/m故作用于AB跨两端柱顶的屋盖结构自重为作用于BC跨两端柱顶的屋盖结构自重为(2)柱自重重力荷载设计值：A、C柱：上柱： 下柱： B柱: 上柱： 下柱：（3）吊车梁及轨道自重AB跨： BC跨： 各恒载作用位置如图所示。 4.2.2屋面活荷载由荷载规范差得，屋面活荷载的标准值为0.5（可作0.2的增减），本处取0.7，雪荷载的标准值为0.45，故仅按屋面活荷载计算。AB跨：BC跨：屋面活荷载在每侧柱上的作用点位子与屋盖结构自重相同。4.2.3.吊车荷载本车间选用的吊车主要参数如下：吊车的参数为：， ，。根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值，如图所示（1） 吊车竖向荷载 BC跨同AB跨一样（2） 吊车横向水平荷载 BC跨同AB跨一样作用于每一个轮子上的吊车荷载水平制动力计算公式： （）式中 每一个轮子作用在轨道上的横向水平制动力；横向水平制动系数； 吊车的额定起重量的重力荷载；小车的重力荷载。作用于拍架上的吊车横向的水平荷载设计值计算公式： （）式中 第个大车轮子的横向水平制动力；吊车梁传给柱的最大横向反力的标准值； 影响线数值。 活荷载分项系数（1）.风荷载由荷载规范查得，该地区基本风压，风压高度系数按B类地面取值：柱顶（标高） 檐口（标高）屋顶：AB跨 标高BC跨 标高15.8m，风荷载体型系数如图所示。故风荷载标准值为作用于排架上的风荷载的设计值为右来风时：所以风荷载作用如图所示4.3 内力分析本厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行内力分析。4.3.1剪力分配系数的计算该厂房为一跨等高排架，可用剪力分配法进行内力分析。其柱的剪力分配系数见下表：柱剪力分配系数柱号A 、C柱0.286B柱0.4284.3.2恒载作用下的内力分析A柱列：B柱列：C柱列： 柱列所受弯矩如图所示。各柱不动铰支承反力分别为：A柱列：，则B列柱：，则同理可得：，C列柱：，则同理可得：，故假设在排架柱顶不动铰支的总反力为各柱柱顶最后剪力分别为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负规定故恒载作用下排架柱的弯矩图和轴力图如图所示。恒载作用轴力图4.3.3屋面活荷载作用下的内力分析（1） AB跨作用有屋面活荷载时由屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为，其中在A列柱、B列柱柱顶及变阶处引起的弯矩分别为各柱不动铰支座反力分别为A列柱：，B列柱：， 假象排架柱顶下动铰支座的总反力为各柱柱顶最后剪力分别为AB跨作用有屋面活荷载时排架柱的弯矩图和轴力图如图所示。（2） BC跨作用有屋面荷载时与AB跨对称BC跨作用有屋面活荷载时排架柱的弯矩图和轴力图如图所示。4.3.4吊车竖向荷载作用下的内力分析（考虑厂房整体空间工作，）（1）AB跨作用于A列柱，由AB跨和的偏心作用而在柱中引起的弯矩为各柱不动铰支座反力分别为：A列柱：，B列柱：， 假想排架柱顶不动铰支座的总反力为各柱柱顶最后剪力分别为AB跨作用在A柱时排架柱的弯矩图和轴力图如图所示。（2）AB跨作用在B柱左侧由AB跨和的偏心作用而在柱中引起的弯矩为各柱不动铰支座反力分别为：A列柱：，B列柱：， 假想排架柱顶不动铰支座的总反力为各柱柱顶最后剪力分别为AB跨作用在B柱时排架柱的弯矩图和轴力图如图所示。（3）BC跨作用在B柱右侧由于排架结构和吊车荷载均匀对称于第（2）种情况，所以计算结果对称，故BC跨作用于B柱右侧时，排架柱的弯矩图和轴力图如图所示。（4）BC跨作用在C柱由于排架结构和吊车荷载均匀对称于第（1）种情况，所以计算结果为对称，故BC跨作用于C柱时，排架柱的弯矩图和轴力图如图所示。4.3.5.吊车水平荷载作用下的内力分析（考虑厂房整体空间工作，）（1）当AB跨作用由吊车横向水平荷载时各柱不动铰支座反力分别为：A列柱：，B列柱：，假想排架柱顶不动铰支座的总反力为各柱柱顶最后剪力分别为排架柱的弯矩图如图所示。 AB跨作用有吊车荷载的弯矩图（2）当BC跨作用有吊车横向水平荷载时，由于排架结构对称，荷载反对称，所以计算简图和弯矩分别如图所示。4.3.6.风荷载作用下的内力分析右来风时，计算简图如图所示。各柱不动铰支座反力分别为：A列柱：， C列柱：， 假想排架柱顶不动铰支座的总反力为各柱柱顶最后剪力分别为右来风时排架柱的弯矩图如图所示，左来风时排架柱内力近似地按右来风时的反对称荷载取值。4.4.内力组合考虑厂房整体空间工作，对A柱进行最不利内力组合，组合结果如表所示，表4-4 A柱内力设计值汇总表柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载作用在AB跨作用在BC跨作用在A柱作用在B柱左作用在B柱右作用在C柱作用在AB跨作用在BC跨左风右风序号M15.630.7163.39-52.67-46.7037.39-7.75±0.55±22.6424.46-28.98N 323.2559.92000000000M-47.24-14.263.39123.42-19.6137.39-7.75±0.55±22.6424.46-28.98N383.9959.920586.9590.30000000M26.30-5.8511.07-4.23-125.31122.02-25.3±123.52±73.90209.91-172.20N433.859.920586.9590.30000000V7.950.980.893-13.86-12.299.84-2.04±14.3±5.9632.06-23.90注：1.2.表中恒载内力系数按所得。如取时，则恒载内力须乘以；如取时，则恒载内力须乘以。表4-5 A柱控制截面组合的内力设计值截面备注80.76-53.6144.0177.99389.76269.38405.60269.38111.62-110.3171.25-82.01789.55476.5954.19319.99387.74-311.14222.17363.01762.50460.331003.50361.5047.39-33.3424.4149.26280.09-215.98161.82265.55596.28432.10768.79361.5034.80-21.9218.3831.72B柱和C柱内力组合及截面设计，可按同理进行。4.5柱截面设计 以A柱为例。混凝土强度等级为C30，；采用HRB400级钢筋，。上、下柱 均采用对称配筋。（1）选取控制截面最不利内力对上柱，截面有效高度取，则大偏心受压和小偏心受压界限破坏时对应的轴向压力为 由表可见，上柱截面共有4组不利内力，4组内力均满足，故均为大偏压。对这4组内力，按照“弯矩相差不多时，轴力越小越不安全；轴力相差不多时，弯矩越大越不安全”的原则，可确定上柱的最不利内力为， 对下柱，截面有效高度取，则大、小偏心受压界限破坏时对应的轴向压力为由表可见，下柱和截面有8组最不利内力，均满足对这8组内力采用也上柱截面一样的分析方法，可得下柱的最不利内力为截面 ，截面 ，（2）上柱配筋计算 上柱最不利内力为 ， 查表可得有吊车厂房排架方向柱的计算长度为 （取） 故取进行计算。选318，则满足要求查表可得垂直于排架方向住的计算长度则 满足弯矩作用平面外的承载力要求。（3）下柱配筋计算 由分析结果可知，下柱去下列两组为最不利内力进行配筋计算： ，按，计算 查表得下柱的计算长度为 截面尺寸 （取） 先假定中和轴在受压翼缘内，则且，为大偏心受压构件，受压区在受压翼缘内，则按，计算（取） 先假定中和轴在受压翼缘内，则且，为大偏心受压构件，受压区在受压翼缘内，取。选418。验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力 查表得垂直排架方向的计算长度 满足条件（4）柱箍筋配置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、下柱均选用箍筋。（5）牛腿设计根据吊车梁支承位置，截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，其中牛腿截面宽度与柱宽相等，牛腿截面高度，牛腿截面高度验算按式 进行验算，其中，取。故牛腿截面高度满足要求。牛腿配筋计算由于，因而该牛腿可按构造配筋。根据构造要求，。实际选用414（）。水平箍筋选用。（6）柱的吊装验算内力计算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。由混凝土结构设计表2.4.6可得拄插入杯口深度为，取，则柱吊装时总长度为，计算简图如图所示图4-6 柱吊装计算简图柱吊装阶段的荷载为柱的自重重力荷载（考虑动力系数）即 由得：，令得，则下柱段最大弯矩为：承载力和裂缝宽度验算上柱配筋为（318），其受弯承载力按下式进行验算：满足要求下柱配筋（418），其受弯承载力按下式进行验算：满足要求4.6基础设计GB50007-2002建筑地基基础设计规范规定，对于6m柱距的单层多跨厂房，其地基承载力特征值为、吊车起重、厂房跨度、设计等级为丙级时，可不做地基变形验算。本例满足上述要求，故不需做地基变形验算。基础混凝土强度等级采用，下设厚的素混凝土垫层（1）作用于基础顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（-截面）传给基础的M，N，V以及外墙自重重力荷载。前者可由表 中的-截面选取，见表4-6，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和板底配筋计算。表4-6 基础设计的不利荷载组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第1组387.74762.5047.39280.09596.2834.80第2组-311.14460.33-33.34-215.98432.10-21.92第3组222.171003.5024.41161.82768.7918.38由下图可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0。总高度为13.3，墙体为240实心墙（），钢框玻璃窗（），基础梁重量为根。计算范围见下图每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：240mm厚砖墙：钢框玻璃窗： 基础梁： 合计： 距基础形心的偏心距为：（2）基础尺寸及埋置深度按构造要求拟定高度h由表2.4.6得柱的插入深度，取。由表2.4.7得杯底厚度应大于，取，则基础顶面标高为，故基础埋置深度为：由表4-7得杯壁厚度，取；基础边缘高度取，台阶高度取，见下图。表4-7 基础杯底厚度和杯壁厚度柱截面高度杯底厚度杯壁厚度t拟定基础底面尺寸适当放大，取。计算基底压力及验算地基承载力： 基础底面压力计算及地基承载力验算见表4-8表4-8 基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第1组第2组第3组280.09596.2834.80-215.98432.10-21.92161.82768.7918.381188.091023.911360.60158.84-402.4621.69155.22103.08181.0637.72149.23141.50129.15200155.22240109.39200181.06240145.37200149.23240注：（3）基础高度验算采用基底净反力设计值，和。计算结果见表4-9表4-9 基础底面净反力设计值计算表类别第1组第2组第3组387.74762.5047.39-311.14460.33-33.34222.171003.5024.411102.02 799.851343.02248.71-543.0156.71162.0273.45182.140153.58133.39因台阶高度与台阶宽度相等（均为），所以只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶受冲切承载力计算截面如下图所示。变阶处截面有效高度。因为，即：，因，所以取，则，取；，则故基础高度满足要求。（4）基础底板配筋计算柱边及变阶处基底反力计算基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如下图所示。图4三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表4-10表4-10 柱边及变阶处基底净反力计算公式第1组第2组第3组128.81113.83146.01138.65134.08148.25145.42147.99149.80150.34158.11150.92117.7491.07143.49柱边及弯阶处弯矩计算：配筋计算 基础底板受力钢筋采用HPB300级（）。长边方向钢筋面积为：选用。基础底板短边方向钢筋面积为：选用（）。由于，所以杯壁不需要配筋。基础底板配筋图见结构施工配筋图。结 论本次设计共有三个设计组成，分别为混凝土结构单向板肋梁楼盖设计、现浇钢筋混凝土梁式楼梯设计和某金加工车间厂房设计在老师的耐心的指导和同学的帮助下，我成功地完成了这次的课程设计。虽然成果不够令人满意，可能只能以合格来形容，但终究是自己动脑动手一步一步扎扎实实做出来的，因此，我觉得我还是成功了。同时我发现受限于自己的知识水平、思维方式和经验等等，在设计过程中鲜有创新之举，未能自如的选择最优的设计方案；因此我觉得自己须更加努力的学习专业知识和积累经验。在这三周中，我能根据计划进度的安排，在老师的指导和与同学的相互讨论下，按时按量的完成自己的设计任务。贯穿于整个设计过程中，我重新温习了钢筋混凝土结构设计、钢筋混凝土结构设计原理、混凝土结构基本原理和建筑混凝土结构设计等相关优秀教材，并研读了GB50010-2010混凝土结构设计规范、GB5009-2001荷载规范等规范。在设计中，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能并严格遵循规范要求进行了单向板肋梁楼盖，现浇整体式梁式楼梯和单层工业厂房的施工设计。 课程设计是对混凝土结构专业知识的一次综合应用、深化和提高，也是将学到理论运用于设计的一次锻炼。通过这次对规范的学习和了解，深知自己的不足，但只要通过自己的努力及老师的艰辛指导，在设计中严格依照规范，我认为自己一定能把这次设计做得更好！通过这次课程设计，增强了我对各科专业知识的综合运用能力，也发现了自己的不足之处，在老师和同学的帮助下，获得了很大的收获。我相信通过自己的努力学习、刻苦钻研，在以后的工作中一定能成为一名优秀的工程师。致谢本课程设计是在蒋隆敏教授的亲切关怀和悉心指导下完成的，她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到设计的最终完成，蒋老师都始终给予我们细心的指导和不懈的支持。在此谨向蒋老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我还要感谢在一起愉快的度过此次课程设计的各位同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本课程设计的顺利完成。在课程设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 谢谢你们！ 学生签名： 日 期：2013年7月8日