毕业设计（论文）单层单跨工业厂房设计.doc

网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：单层单跨工业厂房设计学习中心： 辽宁本溪奥鹏学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 土木工程 年 级： 09年 秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 2011年 9 月 21 日 内容摘要单层工业厂房是形式简单的建筑结构物之一。单层工业厂房设计的主要任务是排架主的和基础设计及配筋计算。首先要充分了解设计任务，并根据相关资料选择合适的构件和确定柱网、基础的平面布置，然后对构件进行内力分析、内力组合进而设计截面、选择配筋并学出计算书，最后根据规范绘制施工图和注写图纸说明。主要计算内容是排架内力的分析计算与组合。关键词：排架；柱；基础目 录内容摘要I引 言31 设计资料41.1 基本要求41.2 计算简图62 荷载计算72.1 排架上的荷载72.2 吊车荷载计算73 内力计算93.1 屋盖自重作用下内力计算（排架无侧移）93.2 上、下柱荷载、吊车、吊车梁及轨道自重作用下的内力计算93.3 屋面活荷载作用下的内力计算103.4 吊车竖向荷载作用下的内力计算113.5 吊车水平荷载作用下的内力计算123.6 风荷载作用下的内力计算134 内力组合表155 排架柱设计175.1 柱截面配筋计算175.2 柱牛腿设计186 柱吊装验算206.1 设计吊装方案206.2 荷载计算206.3 内力计算206.4 截面承载力计算207 施工图绘制22参考文献23引 言单层工业厂房是我国面积最大、覆盖资产最多的结构形式之一，随着时间的推移，现存的工业建筑由于自然老化、积累损伤，缺乏维护保养等原因，大批厂房需要鉴定、修复和加固。单层工业厂房作为一个多层次、多关联的复杂系统，存在着大量的不确定因素，随着我国工业水平的不断提高,工业厂房的型式由单层单跨向着多层多跨发展,逐渐脱离刚性低矮建筑的范畴,不断体现出跨度大、重量轻和体型复杂等特点。大型工业钢结构厂房对风荷载比较敏感,不利于结构抗风,特别是一些大型的工业厂房。工艺不断更新的要求，过去那种单一功能，单一建筑形式已经不适应生产方式改变的需要，联合车间、灵活车间、工业大厦等多功能厂房应运而生。另外，建设用地的紧张以及工艺流程的需要，越来越多地多层厂房甚至高层厂房出现。多层厂房的特点是跨度大、荷载大 、开洞多 、有多层吊车，在设计过程中，有些问题值得总结和探讨。1 设计资料1.1 基本要求 厂房柱网布置1.设计基本资料（1）工程名称：大连理工大学结构实验室。（2）建筑地点：大连理工大学校区内。（本设计不作基础设计）（3）自然条件：基本风压；基本雪压。（4）剖面、建筑平面图如下所示：图1.1 厂房剖面图 图1.2 建筑布置平面图2.厂房中标准构件的选用情况 （1）屋面荷载屋面恒荷载：屋面活荷载：（2）屋面板板自重：灌缝重：（3）檐口板板自重：灌缝重：（4）屋架屋架自重：榀（5）天沟板构件自重：3.吊车梁及吊车轨道吊车选用：中级工作制，两台起重量为15t的吊车，吊车自重，吊车轨道：中级吊车自重：4.排架柱材料选用（1）混凝土：采用C30（2）钢筋：纵向受力钢筋采用HRB335级，（3）箍筋：采用HPB235级（4）型钢及预埋件均采用级1.2 计算简图1.柱高已知：轨道顶面至吊车顶面的距离，轨顶垫块高为。由图可知轨顶标高为9.3m，轨顶至柱顶的高度为2.7m，牛腿顶面标高为8.1m，室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H、下柱高度H1和上柱高度Hu分别为：H =9.3 m +2.7 m +0.5 m =12.5mH1=8.1 m +0.5 m =8.6mHu=12.5m -8.6=3.9m2柱截面尺寸材料选用： 混凝土：C30 钢筋：纵向受力钢筋采用HRB335级，箍筋：采用HRB235级 型钢及预埋件均采用级柱截面尺寸及相应的参数 表1.2计算参数柱号截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/（kN/m）A上柱矩500×5002.5×1055.2×1096.25下柱I 500×1000×200×1202.815×1053.58×10106.75图1.2柱截面尺寸简图2 荷载计算2.1 排架上的荷载1.屋盖自重二毡三油防水层：0.35kN/20mm水泥砂浆找平层：20kN/×0.02m=0.4kN/预应力混凝土大型屋面板：1.4kN/2030mm厚水泥珍珠岩保温层：0.1kN/屋架钢支撑：0.05N/g=2.3kN/屋架自重荷载为60.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为： G1=1.2×（2.3kN/×6m×18m/2+60.5kN/2）=185.34kN2.柱自重上柱自重设计值：G4=1.2×6.25 kN/m×3.9m=29.25kN下柱自重设计值：G5=1.2×6.75 kN/m×8.6m=69.66kN 3.吊车、吊车梁及轨道自重 G3=1.2×（40kN +0.8kN/m×6m）=53.76kN4.屋面活荷载屋面活荷载标准值是为0.5kN/，雪荷载标准值为0.250.5kN/，后者小于前者，故按屋面活荷载计算作用于柱顶的屋面活荷载设计值： Q1=1.4×0.5kN/×6m×18/2=37.8kNQ1的作用位置与G1作用位置相同。2.2 吊车荷载计算由已知条件可知吊车的参数为：B=5.66m，K=4.4m，gk=73kN，Qk=150kN，Pmax,k=155kN，Pmin,k=42kN。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。图2.2吊车各轮压布置图（1）吊车的竖向荷载参照书上公式（2.5.4）和（2.5.5）可得吊车竖向荷载设计值为a） y1=1200/6000=0.2 y2=6000/6000=1 y3=380/6000=0.063 y4=4430/6000=0.74 Dmax=QPmax,kyi=1.4×155kN×(0.2+1+0.063+0.74)=434.651kNDmin=QPmin,kyi=1.4×42kN×(0.2+1+0.063+0.74)=117.78kNb） y1=0 y2=4430/6000=0.74 y3=1950/6000=0.325 y4=6000/6000=1 Dmax=QPmax,kyi=1.4×155kN×(0+0.74+0.325+1)=448.105kNDmin=QPmin,kyi=1.4×42kN×(0+0.74+0.325+1)=121.422kN设计时采用b中的荷载。吊车竖载作用位置同吊车梁自重作用位置，对下柱产生偏心距e2=350mm Mmax= Dmax e2=448.105×0.35=156.84kNMmin= Dmin e2=121.422×0.35=42.50kN（2）吊车的横向荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力参照式（2.5.6）计算（由于软钩吊车起重量在160500kN时，=0.10）：T=1/4（Q+g）=1/4×0.1×(150kN+73kN)=5.575kN作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值参照式（2.5.7）计算：TmaxQTyi=1.4×5.575kN×2.069=16.15kN3 内力计算3.1 屋盖自重作用下内力计算（排架无侧移）由于恒载为对称荷载，故结构可取半边计算，上端为不动铰支座由n=Iu/I1=5.2×109/3.49×1010=0.149 = Hu /H=3.9/12.5=0.312 =2 = 1.15在柱顶及变阶处引起的力矩为：M1K=Q1×e1=37.8kN×0.1m=3.78 kN·mM2K=Q1×e0=37.8kN×0.25m=9.45kN·m则R=(M1/H) ×C1+(M2/H) ×C3=（3.78×2+9.45×1.15）/12.5=1.4742（） 图3.1 恒载G1作用下内力图3.2 上、下柱荷载、吊车、吊车梁及轨道自重作用下的内力计算M4K=G4Ke4- G4Ke4=60.24×0.25-31.5×0.25=7.2 kN·mNk=G2+G3+G4=31.5+53.76+29.25=114.52 kN图3.2上下柱荷载、吊车、吊车梁及轨道内力图3.3 屋面活荷载作用下的内力计算Q1内力图与G1内力图成比例，比例系数Q1= Q1/ G1=37.8/185.34=0.204轴力N=50.4 kN，剪力V=1.233 kN，弯矩如图所示图3.3活荷载作用下内力图3.4 吊车竖向荷载作用下的内力计算Dmax作用于A柱时，如图所示图3.4.1吊车竖向荷载作用下计算简图其中吊车竖向荷载Dmax，Dmax在牛腿顶面处引起的力矩为： MA=Dmaxe3=448.105kN×0.25m=112.03kN·mMB=Dmine3=121.422kN×0.25m=30.36kN·mC3=1.15，查表得空间分配系数=0.8，则 RA=C3×MA/H=1.15×112.03÷12.5=10.31kN RB=C3×MB/H=1.15×30.36÷12.5=2.79kN R= RA- RB =7.52kNA柱与B柱柱顶剪力为 VA=RA+A（RA+RB）=-10.31+0.5×0.8×7.52=-7.302kN（）VB= RB+A（RA+RB）=2.79+0.5×0.8×7.52=5.798kN（）把排架转化为各自独立的悬臂柱A柱： M=-VAHu=7.302×3.9=28.48kN·mM= M- Mmax=28.48-156.84=-128.36kN·mM=-VAH- Mmax=7.302×12.5-156.84=-65.57kN·mN=0N= N=Dmax=448.105kNV= V= V= VA=-7.302kN（）B柱： M=-VBHu=-5.798×3.9=-22.61kN·m M= M+ Mmin=-22.61+42.50=19.89kN·mM=-VBH+ Mmin=-5.798×12.5+42.50=-29.98kN·mN=0N= N=Dmin=121.422kNV= V= V= VB=5.798kN（）图3.4.2 吊车竖向荷载作用下（Dmax在A柱）M、N图Dmax作用于B柱时，计算方法同第一种情况，仅将A、B柱内力互换并改变符号即得。3.5 吊车水平荷载作用下的内力计算Tmax作用于AB柱，方向向左：n= 0.149，=0.312用插入法查得C5=0.596，得RA=TmaxC5=14.21×0.596=8.475kN（）RB= RA=8.475kN（）R= RA+RB =16.95kN柱顶剪力：VA=RA+AR =8.475-0.5×0.8×16.95=1.695kN（）VB=RB+BR =8.475-0.5×0.8×16.95=1.695kN（）A柱： M=-VAHu+Tmax（Hu-Y）=-1.695×3.9+14.21×1.5=14.70kN·m M= M=14.70kN·m M=-VAH+ Tmax（H-Y）=-1.695×12.5+14.21×10.1=122.33kN·mN= N= N=0V= V= V= VA- Tmax =1.695-14.21=-12.515kN（）B柱内力同A柱。Tmax方向向右时，计算方法同第一种情况，内力只需改变正负号即可。图3.5吊车水平荷载作用下的内力3.6 风荷载作用下的内力计算（1）左风由n, 查表得C6=0.335，则 RA=q1HC6=1.75×12.5×0.335=7.33kNRB=q2HC6=1.1×12.5×0.335=4.61kN R= RA+ RB+P =7.33+4.61+6.61=18.55 kN柱顶剪力： VA=-RA+AR =-7.33+0.5×18.55=1.945kN（）VB=-RB+B R =-4.61+0.5×18.55=4.665kN（）A柱：M=-VAHu-0.5q1Hu2=-1.945×3.9-0.5×1.75×3.92=-20.89 kN·mM= M=-20.89 kN·mM=-VAH-0.5q1H2=-1.945×12.5-0.5×1.75×12.52=-161.03 kN·mN= N= N=0V= V= VA+ q1Hu =1.945+1.75×3.9=8.77kN（）V= VA+ q1H =1.945+1.75×12.5=23.82 kN（）B柱：M= M=-VBHu-0.5q2Hu2=-4.665×3.9-0.5×1.1×3.92=-26.56kN·mM=-VBH-0.5q1H2=-4.665×12.5-0.5×1.1×12.52=-144.25kN·mN= N= N=0V= V= VB+ q2Hu =4.665+1.1×3.9=8.955kN（）V= VB+ q2H =4.665+1.1×12.5=18.415kN（）（2）右风内力计算同左风，只需将A、B柱内力互换，并改变正负号，如图所示。图3.6风荷载作用下的计算简图4 内力组合表考虑的是以下四种内力组合（1）+Mmax及相应的N，V；（2）- Mmax及相应的N，V；（3）Mmax及相应的N，V；（4）Mmin及相应的N，V；由于本厂房结构对称，故只需对A柱或者B柱其中之一进行最不利内力组合即可。基本步骤如下：1）确定需要单独考虑的荷载项目。共有八种需要单独考虑的荷载项目。由于小车无论向右或向左运行刹车时，A，B柱在Tmax作用下，其内力的大小相等，符号相反。可列为一项。因此单独考虑的荷载项目共7项。2）将各种荷载作用下设计的内力M、N、V填入组合表，见下表。填表时要注意有关内力符号的规定。3）根据最不利又最可能的原则，确定每一内力组的组合项目，并算出相应的组合值。计算中，当风荷载与活荷载（包括吊车荷载）同时考虑时，除恒荷载外，其余荷载作用下的内力均应乘0.9的组合系数。排架柱内力表 表4.1.1柱号截面内力组恒荷载屋面活载吊车荷载风荷载G1,G2,G3,G4Q1Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax左风右风A柱1-1M/kN·m17.482.15-21.8-21.8±17.7262.26-73.57N/kN440.850.40.00.00.00.00.02-2M/kN·m-57.18-7.9378.723.62±17.7262.26-73.57N/kN529.550.4402.1101.70.00.00.03-3M/kN·m47.935.0224.28-50.82±172.76505.0-401.03N/kN589.7450.4402.1101.70.00.00.0V/kN+10.01+1.233-5.185-5.185±14.77+61.7-40.95排架柱内力组合表 表4.1.2截面内力组合Nmax及M，VNmin及M，VMmax及N，V项目组合值项目组合值项目组合值1-1+-19.4+0.9×（+）-84.3+0.9×（+）-84.3491.2440.8440.82-2+31.3+-130.8+0.9×（+）85.7982529.5891.43-3+250+552.9+0.9×（+）684.31042.2589.799720.871.775.35 排架柱设计5.1 柱截面配筋计算1）最不利内力组合的选用根据内力组合表可知，截面3-3的弯矩和轴力的设计值比截面2-2的大，故下柱的配筋由截面3-3的最不利组合控制，而上柱的配筋由截面1-1的最不利组合控制。经比较，用于上下柱截面配筋计算的最不利组合列入下表：上下柱截面配筋最不利组合表 表5.1.1截面内力组合e0/mmh0/mmei/mm1l0/mmh21-1M/ kN·m-19.439.546059.51.084005000.9822.53N/ kN491.2M/ kN·m-84.31914602111.084005000.9821.43N/ kN440.83-3M/ kN·m552.99839609711.01050010001.01.08N/ kN589.7M/ kN·m684.36869607191.01050010001.01.11N/ kN991注：（1）e0=M/N，ei= e0+ ea，ea=（200mm，h/90）较大者。（2）1=0.5fcA/N，11时，取1=1.0（3）2=1.15-0.01l0/h，l0/h15时，取2=1.0，考虑吊车荷载l0=2.0Hu（上柱），l0=1.0H1（下柱），不考虑吊车荷载时取l0=1.5Hu（4） 2）初始偏心距确定柱排架方向的初始偏心距e1、计算长度l0及偏心距增大系数，其计算公式参见书本。计算结果见下表。3）柱在排架平面内的截面配筋计算柱在排架平面内的截面配筋计算结果见下表：柱在排架平面内的截面配筋表 表5.1.2截面内力组e0/mmx/mmbh0/mme/mm偏心情况AS=AS计算实配1-1M/ kN·m-19.459.52.5368.7253360.54大偏心853.8942.6(320)N/ kN491.2M/ kN·m-84.32111.4361.7253511.73大偏心287.7N/ kN440.83-3M/ kN·m552.99711.0882.55281508.68大偏心1259.91388(220+22)N/ kN589.7M/ kN·m684.37191.11139.45281258.09大偏心1329.5N/ kN997注：表中公式应用：，=0.55，,按构造要求上下柱箍筋均选用82004）柱在排架平面外承载力验算上柱：Nmax=491.2kN当不考虑吊车荷载时，l0=1.2H=1.2×14700=17640mm，l0/ b=17640/500=35.28，查上册书表6-1，得=0.4144，As=As=339.3(mm×mm)下柱：Nu=997kN，当考虑吊车荷载时，查规范相关表，l0=1.0 h1=10500mm，I=I2=4.56 ，A=500×1000-2×（550+600）×190/2=281500（mm×mm），查表6-1得：=0.6536，=1388（mm×mm），故故承载力满足要求。5.2 柱牛腿设计1确定牛腿尺寸如图所示，吊车梁中线距厂房轴线为500mm，取吊车梁外侧到牛腿外边缘距离为130mm，吊车梁端宽度340mm，吊车梁轴线到柱外侧的距离为900mm，则牛腿顶面的长度为900-500+340/2+130=700mm，相应的牛腿水平截面高伟700+500=1200mm，牛腿外边缘高度h1=400mm，倾角=45°，如图所示。2牛腿纵筋配置因a=900-1000=-1000，故按构造配筋，取纵向筋416，不配弯筋，水平箍筋选双肢8100。图5.2 牛腿几何尺寸及配筋示意图6 柱吊装验算6.1 设计吊装方案材料选择混凝土：采用C30 钢筋：纵向受力钢筋采用HRB335级 箍筋：采用HPB235级吊装方案：排架柱平放制作就地翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处，简图如图6.2 荷载计算荷载计算：（动力系数为1.5）g1=1.2×1.5×25×0.5×0.5=11.25kN/mg2=1.2×1.5×25×0.5×1.2-（0.2/0.6）×0.5×0.2/2=26.25kN/mg3=1.2×1.5×25×0.2815=12.67kN/m6.3 内力计算由MB=0得R1l1=0.5 q1l12-0.5 q3l32- q2l22（l2/2+ l3）R1=0.5×4.44×8.32-0.5×9.98×0.62-4×3.8×(0.5×3.8+0.6)/8.3=13.63 kNR2= q1l1+ q2l2+ q3l3- RA=4.44×8.3+4×3.8+9.98×0.6-13.63=44.41 kNx=RA/q1=13.63/4.44=3.07mM1=0.5 g1l12=0.5×11.25×4.22=99.225 kN·mM2=0.5 g1l22+0.5(g2- g3)l22=0.5×11.25×4.82+0.5×(26.25-11.25)×0.62=141.75kN·mM3=0.125g3l32-0.5M2=0.125×12.67×10.72-0.5×141.75=110.45kN·m6.4 截面承载力计算对于截面1-1 b×h=500mm×500mm，h0=460mm，As=As=942.6mm2，fy=300N/ mm2，则截面承载力为：Mu=Asfy(h0-s)=946.2×300×(460-40)=118.8M1=99.225 kN·m对于截面2-2 b×h=500mm×1000mm，h0=960mm，As=As=1388mm2，fy=300N/ mm2，则截面承载力为：Mu=Asfy(h0-s)=1388×300×(960-40)=383.1M2=141.75 kN·m故两个截面均满足要求。图6.1柱吊装阶段的验算简图7 施工图绘制图7.1 柱配筋图参考文献1 刘声扬，王汝恒钢结构原理与设计武汉：武汉理工大学出版社，2010年7月第2版2 洪范文结构力学第五版北京：高等教育出版社2005年7月第5版3 王文艳等单层工业厂房钢筋溷凝土柱05G335北京：中国建筑标准设计研究院2005年3月1日第1版4 刘大海等单层与多层房屋抗震设计西安：西科学技术出版社1987