钢混课程设计单层单跨钢筋混凝土厂房设计.doc

第一章 设计任务书1.1设计题目某锻工车间，根据工艺要求为一单层单跨钢筋混凝土厂房，设有两台中级工作制A5的软钩吊车，建筑平、剖面图如图1、图2。图 1 建 筑 平 面 图图 2 建 筑 剖 面 图1.2设计题号纵墙上窗洞高：轨顶标高9.3m以内为1800mm；12m以上为2400mm。基本风压为0.3kN/m2，基本雪压为0.25kN/m2,屋面积灰荷载0.5kN/m2。表1 单层单跨工业厂房课程设计题号跨度L（m）1518吊车吨位Q（t）1016/3.220/51016/3.220/5轨顶标高（m）9.31234569.9789101.3设计资料1、荷载：不上人屋面活荷载为0.5kN/ m2。2、材料：混凝土：C20，C25，C30。钢筋：纵向受力钢筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。型钢及预埋件采用HRB335，HPB235。3、建筑构造：屋面：卷材防水屋面，其做法如下：两毡三油防水层上铺小石子： 0.35kN/ m220mm厚水泥砂浆找平层： 0.4kN/ m2100mm厚水泥珍珠岩制品保温层： 0.5kN/ m2一毡两油隔气层： 0.05kN/ m220mm厚水泥砂浆找平层： 0.4kN/ m2预应力混凝土大型屋面板： 墙体：用240mm厚清水砖墙，钢门窗。地面：室内混凝土地面，室内外高差150mm。4、工程地质及水文条件：由勘察报告提供的资料，天然地面下0.8内为填土，填土下层3.5内为粉质粘土，地基承载力设计值f=200 kN/ m2。地下水位很低，设计时不考虑地下水的影响。5、吊车数据，见表2表2 吊 车 数 据起重量Q（t）跨度Lk（mm）最大轮压（kN）小车重g（t）吊车总重（t）吊车宽度B（mm）大车轮距K（mm）轨顶至吊车顶面距离H（mm）轨道中心至吊车外缘距离B1（mm）1013.51153.4611758404050187620016.51231919.512921598023016/3.213.51556.3262159554000209720016.51632319.51852760554100218720/513.51766.9772259554000209916.51852419.5207296055410021891.4设计要求（1） 选择屋面板、屋架、天沟板、基础梁、吊车梁及轨道联接件。（2） 确定上、下柱的高度及截面尺寸。（3） 计算排架所承受的各项荷载。（4） 计算各种荷载作用下的排架内力。（5） 柱、牛腿、柱下独立基础的设计。（6） 绘制图纸。1） 基础施工图（基础平面布置及配筋图）。2） 柱施工图（配筋图）1.5主要参考文献1、吴培明主编 混凝土结构（上） 第二版 武汉 武汉理工大学出版社 2003 2、彭少民主编 混凝土结构（下） 第二版 武汉 武汉理工大学出版社 2004 3、周俐俐 陈小川等编 土木工程专业 钢筋混凝土及砌体结构课程设计指南 北京 中国水利水电出版社 2006 4、GB500092001 建筑结构荷载规范 北京 中国建筑工业出版社 20025、GB500102002 混凝土结构设计规范 北京 中国建筑工业出版社 20026、GB500112001 建筑抗震设计规范 北京 中国建筑工业出版社 20027、GB500072002 建筑地基基础设计规范 北京 中国建筑工业出版社 20028、GB500832002 建筑结构设计通用符号、计量单位、基本术语 北京中国建筑工业出版社 20029、GB500012002 房屋建筑制图统一标准 北京 中国建筑工业出版社 200210、 结构设计资料编委会 建筑结构常用数据手册 北京 中国建筑工业出版社 200511、结构设计资料编委会 建筑结构设计手册 北京 中国建筑工业出版社 200412、全国通用工业厂房结构构件标准图集 中国建筑标准设计研究院 20001.6资料的整理装订编写设计计算说明书，内容包括设计资料以及设计内容。第二章 排架柱高与截面计算2.1 柱高的确定（1）柱高根据资料可查的：轨顶垫块高度为200mm，净空为220mm牛腿顶面标高=轨顶标高-吊车梁高-轨顶垫块高度 =9.30-1.200-0.200=7.900m (取8.100m)柱顶标高=轨顶标高+吊车梁高+轨顶垫块高+H+0.200 =8.100+1.500+0.200+2.099+0.220 =11.819m(取12.000m)上柱高Hu=柱顶标高-牛腿顶面标高 =12.000-8.100 =3.900m全柱高H=柱顶标高-地基顶面标高 =12.000-(-0.500) =12.500m下柱高Hl=全柱高-上柱高 =12.500-3.900 =8.600m实际轨顶标高=牛腿顶面标高+吊车梁高+轨顶垫块高度 =8.100+1.500+0.200 =9.500m则 （9.500-9.300）/9.300=0.022<0.200满足要求。2.2 排架截面尺寸计算截面尺寸需要满足的条件为： : bHl/25=344mm hHl/12=717mm则柱的截面尺寸如下表：柱截面尺寸（mm）自重（kN）惯性矩I（m4）上柱：（b*h）=400*400G2=18.72I1=0.0021下柱：（bf*h*b*hf）=400*900*100*150G4=48.38I2=0.0195第三章 排架柱上的荷载计算3.1 屋盖自重计算G1=1.2×(g1k +g2k+ g3k) ×柱高×厂房跨度/2+1.2×g4k×0.5 =1.2×(1.7+1.3+0.1) ×6×15/2+1.2×60.5×0.5=203.7kN (作用在柱顶)e1=h上/2150=400/2150=50mm (与上柱中心线的偏心矩)3.2 柱自重计算 上柱：G2=1.2×25×0.4×0.4×3.9=18.72kN e2=hl/2hu/2=900/2400/2=250mm(作用于上柱中心线) 下柱：G4=1.2×25×(0.4×0.90.6×0.15+0.55×0.15) ×8.4=48.38kN(作用于下柱中心线)3.3 吊车.吊车梁及轨道自重计算G3=1.2×(g5kg6k×柱距)=1.2×40.8+0.8×6）=54.72kN(作用于牛腿顶)e3=750hf/2=750900/2=300mm(与下柱中心线偏心矩)3.4 屋面活荷载计算 Q1=1.4×0.5×厂房跨度2×柱距 =1.4×0.5×15/2×6=31.5kN(作用位置同G1)3.5 吊车荷载计算1955图42 影响线图0.6751.0000.0080.33340004000 竖向荷载：P max,k =176kN,Pmin,k=59KN, k=4000mm,B=5955mm, Qk=250kN ,gk=69.77kN根据B与K，由影响线可以求得 y1=0.008 y2=0.675 y3=1.000 y4=0.333由上求得 Dmax=0.9QP max,kyi=0.9×1.4×176×2.016=447.07kN Dmin =0.9QPmin,kyi=0.9×1.4×59×2.016=106.69kN吊车水平荷载为 则Tmax,= Dmax×Tk/P max=447.07×8.63/176=21.92kN3.6 风荷载计算 基本风压：=0.3KN/m2风压高度变化系数z按B类地区考虑，根据柱顶标高11.700m，查看荷载规范用内插法得, z1=1.056按檐口标高14.60m, 用内插法得z2=1.1241，风载体型系数，。q 1 =1.4×z1s1×0.3×6=2.13kN/m q 2=1.4×s2z1×0.3×6=1.33kN/m柱顶风荷载集中力设计值：Fw=1.4 (0.8+0.5)z2×0.3×6×2.1(0.60.5)z2×0.3×6×1.2 =(1.82×2.10.14×1.2) ×1.24×0.3×6=8.40kN第四章 内力计算4.1 Gx 作用力计算4.1.1 G1 作用（排架无侧移） M11 = G1e1=203.7×0.05=10.19kN·m M12 = G1e2=203.7×0.25=50.93kN·m由= hu/h=3.9/12.5=0.312 n= Iu/ Il=0.1077则: 故作用下不动铰承的柱顶反力为 同时有 故在作用下不动铰承的柱顶反力为 故在共同作用下（即在G作用下）不动铰支承的柱顶反力为R1= R11+R12=-6.17kN()相应的计算简图及内力图G1(e2)G1(e1)V=6.17kNN图M图图5-1 相应的计算简图及内力图4.1.2 G2,G3,G4 作用计算简图及内力值G2=18.72kN, G3=54.72kN, G4=48.38kN, e2=250mm, e3=300mm.M2=- G2 e2=-4.68kN·m() M3=G3e3=16.42kN·m()相应的计算简图及内力图M2M3G2(e2)G3(e3)G311.736kN·mMN18.72kN73.44kN图5-2 G2 G3 G4内力图121.82kN (a) G、G、G作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图(kN)4.2屋面活荷载内力计算对于单跨排架，Q1与G1一样为对称荷载，且作用位置相同，但数值大小不同。故由G1的内力计算过程可得到Q1的内力计算数值；M11=Q1e1=31.5×0.05=1.58kN·mM12=Q1e2=31.5×0.25=7.88kN·mR11=-0.27kNR12=-1.36kN R1= R11+R12=-1.63kN()相应的计算简图及内力图Q1(e2)Q1(e1)R=1.63kNN图M图图5-3 相应的计算简图及内力图Q作用计算简图及内力图 (a)Q的作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图(kN)4.3吊车竖向荷载作用力内力计算Dmax作用于A柱，Dmin作用于B柱，其内力为MD,max=Dmaxe3=447.07×0.3=134.12kN·mMD,min=Dmine3=-149.87×0.3=-44.96kN·m厂房总长72m,跨度为18m，吊车其重量为24t,则查得有檩条屋盖的单跨厂房空间作用分配系数0.85。 相应的计算简图及内力图如图 5-4 所示。VbVaDmaxDmaxMAMB17.00VA=8.33VB=7.1727.9632.4944.6630.00101.33ABM图447.07kN149.87kNN图5-4 相应的计算简图及内力图 D作用于A柱时，由于结构对称，故只需A柱与B柱的内力对换，并注意内力变即可4.4吊车水平荷载作用内力计算 当Tmax向左时，A，B柱的柱顶剪力按推导公式计算： 由= hu/h=3.9/12.5=0.312 n= Iu/ Il=0.1077 Y=0.692Hu,利用内插法求得C5=0.57，Tmax=21.92kN, =0.85VTA=VTB= -(1 -)C5Tmax= -1.87kN()VTTmax4.68Tmax1.87kN20.05kN2200140083005-5 相应的计算简图及内力图当Tmax向右时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反。（a）T的作用；(b)M图(kN·m)；(c)V图(kN)当T向右时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反。4.5 风荷载作用 风从左向右吹时，先求柱顶反力系数C11为0.323对于单跨排架，A，B柱顶剪力分别为VA=0.5 FWC11H(q1q2)=2.08kNVB=0.5 FWC11H(q1q2)=5.35kN153.92137.23Fwq12.085.1421.0826.99q2图5-6 相应的计算简图及内力图风荷载作用计算简图及内力图(a)风荷载的作用； (b)M图（kN·m）风从右向左吹时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反。4.6最不利荷载组合。由于本例结构对称，故只需对A柱（或B柱）进行最不利内力组合，其步骤如下：（1）确定需要单独考虑的荷载项目。本工程为不考虑地震作用的单跨排架，共有9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中刹车时，A、B柱在T作用下，其内力大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。因此，单独考虑的荷载项目共有8项。（2）将各种荷载作用下设计控制截面（II、IIII、IIIIII）的内力M、N（IIIIII截面还有剪力V）填入组合附表一 。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以0.85的组合系数。排架柱全部内力组合计算结果列入附表一中。第五章 排架柱设计5.1 柱截面配筋设计:最不利内力组的选用：由于截面33的弯矩和轴向力设计值均比截面22的大，故下柱配筋由截面33的最不利内力组确定，而上柱配筋由截面11的最不利内力组确定。 柱截面配筋计算结果列入附表二中。5. 2柱牛腿设计:5.2.1牛腿几何尺寸的验算：由于吊车垂直荷载作用下柱截面内，a=750-1000=-250mm,即取a=0,则 Fvk=Dmax+G3k=447.07+54.72=510.79kN Fhk=Tmax k=21.92/1.4=15.66kN56015.66709.14501.79 >Fvk=356.86kN所以截面尺寸满足要求5.2.2 牛腿配筋： 由于吊车垂直荷载作用下柱截面内，故该牛腿可按构造要求配筋： 作用在牛腿上的荷载有Dmax,G3,Tmax Fvk=Dmax+G3=447.07+54.72=510.79kN Fh=Tmax=21.92kN =678mm2选418 （763mm2） 箍筋要求：在上部2h0/3范围内的水平箍筋总截面面积不应少于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/2。有 ×h×A×2/100587mm2>As/2=452/2=226mm2 5.2.3局部承压强度验算： 0.75fcA=0.75×14.3×400×400=1716kN>Fvk=501.79kN 所以满足要求。5.3 柱的吊装验算:5.3.1 吊装方案： 采用一点翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处，动力系数取1.5.5.3.2 荷载计算： 上柱自重：g1=1.2×1.5×25×0.4×0.4=7.2kN·m 牛腿自重： g2=1.2×1.5×25×0.4×(1.0×0.61/2×0.32)/0.6=10.87kN·m下柱自重：g3=1.2×1.5×25×0.1876=8.44kN·m5.3.3 内力计算：M1=×7.2×3.92=54.75 kN·mM2=×7.2×4.52+×10.877.2×0.62=73.56kN·mM3=×8.44×82=30.74 kN·m柱的吊装验算简图如图所示5.3.4 截面承载力计算： 截面1-1：b×h=400mm×400mm h0=360mm As=As=634.6mm2 故截面承载力为 Mu=Asfy(h0as)=634.6×300×(36040)=60.92kN·mM1=54.75kN·m 截面2-2：b×h=400mm×800mm h0=860mmAs=As=1256mm2 Mu=Asfy(h0as)=1256×300×86040=308.98kN·m> M2=73.56kN·m故满足要求。第六章 基础设计6.1 荷载计算:由柱子传至基顶的荷载。由排架柱内力组合表可得设计者如下：第一组：Mmax=421.45kN·m N =488.75kN V=21.1kN第二组：Mmin=-301.27kN N= 488.75kN·m V=-13.37kN第三组：Nmax=772.59kN M=57.75kN·m V=-2.16kN由基底梁传至基顶的荷载：墙重（含两面刷灰）：1.2×14.420.50.45×64×4.81.8 ×5.24=380kN窗重（钢框玻璃窗）：1.2×4×4.84×1.8）×0.45=14.3kN基础梁：1.2×0.2×0.45×6×25÷2=20.25kN由基础梁传至基础顶面荷载设计值：e5=0.2÷20.9÷2=0.55m G5=414.55kN相应的偏心弯矩设计值：G5 e5=414.55×0.55=228.00kN·m作用于基底的弯矩和响应基顶的轴向设计值。假定基础高度为 800+50+250=1100m，则作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值为:第一组： Mbol=421.451.1×21.1228=216.66kN·m N=448.75+414.55=903.3kN第二组： Mbol=-301.271.1×13.37228=-543.98kN·m N=488.75+414.55=903.3kN第三组： Mbol=57.75+1.1×-2.61228=-172.63kN·m N=772.59+414.55=1187.14kN6.2基底尺寸的确定:由第二组荷载确定l和b： 取l/b=1.5 ，则取 b=2.4m,l=3.6m 验算e0l/6 的条件： 验算其他两组荷载设计值作用下的基底应力：第一组： 第二组： ）所以最后确定基底尺寸为2.4m×3.6m ，如图7-1所示。6.3确定基底高度:前面已初步假定基础的高度为1.1m，若采用锥形杯口基础，根据构造要求，初步确定的基础剖面尺寸如图7.2 所示。由于上阶底面落在柱边破坏锥面之内，故该基础只需进行变阶处的抗切验算。在各组荷载设计值作用下的地基最大净反力：第一组： 第二组： 第三组： 抗冲切计算按第二组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算。在第二荷载作用下的冲切力。冲切力近似按最大低级净反力计算，即取 ,由于基础宽度b=2.4m，小于冲切锥体底边宽 。故 变阶处的抗冲切力。由于基础宽度小于冲切锥体底边宽，故 （满足要求）因此，基础的高度及分阶可按图7-2所示的尺寸采用。6.4 基底配筋计算: 沿长边方向的配筋计算.由上述三组荷载设计值作用下最大地基净反力的分可知，应按第二组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算，：则选用812(12200),则沿短边方向的配筋计算。由于沿短边方向为轴心受压，其钢筋用量应按第三组荷载设计值作用下的平均地基净反力进行计算。选用612（12200），则） 基础底面沿两个方向的配筋如图7-3所示，由于长边大于3，其钢筋长度可切断10，若钢筋交错布置，则可选用同一编号。