单层单跨工业厂房课程设计.docx

混凝土与砌体结构课程设计计算说明书设计题目：单层单跨工业厂房课程设计2011年 06 月 15日一经设计确定以下做法和相应荷载的标准值：1本工程为某单层单跨工业产房，无抗震设防要求。跨度为24m，长度为66m，柱距为6 m。 选用二台Q=10t的中级工作制A5桥式吊车，吊车轨顶标高为9.2 m，厂房采用钢筋混凝土 装配式结构。2(1)屋面板：选自G410，板重：1.3kN/ m2嵌缝重：0.1kN/ m2 (2)天沟板：选自G410(3)天沟重(包括水重)：17.4kN/根 (4)天窗架：n形钢筋混凝土天窗架选自G316。天窗架及挡风板传到屋架上的重量(5) 预应力钢混筋凝土折线形屋架选自G415，屋架轴线图尺寸如图23所示。每棉屋架 重 60.5kN。(6) 屋盖支撑：选自G415重量为：0.05kN/ m2 (沿水平面)(7) 基础梁：选自G320，bXh=250X450mm，每根自重：16.90kN(8) 吊车梁：选自G323，见图24每根自重：50kN轨道及垫层重：0.6kN/ m9)连系梁与过梁，截面与尺寸见剖面图。(10)柱间支撑：选自G142.1二 柱截面尺寸与高度的确定基础采用单独杯形基础，基础顶面标高为-0.6m柱顶标高为11.4m，牛腿顶面标高为7.8m。 柱子尺寸：a)、柱子高度：上柱高Hu = 11.4m - 7.8m = 3.6m下柱高 H = 7.8m + 0.6m = 8.4m柱总高 H = 11.4m + 0.6m = 12.0m25 25b）、柱截面尺寸：建议上柱为方形截面，bXh=400X400mm,下柱为工字形截面，bXhX hf=400X 800X 150mm,牛腿尺寸、柱下端矩形截面部分高度尺寸见图25。柱截面几 何特征值为：24017508002-2A - 1.6 x 105 mm2I = 2.13 x 109 mm 2g = 4.0kN / mA2 = 1.775 x 105 mm 212 = 14.38 x 109 mm 2g = 4.44kN / m三荷载计算1、恒载（1）屋盖恒载（防水层+隔气层）自重0.35kN / m 220mm厚水泥砂浆找平层20kN / m3 x 0.02m = 0.40kN / m3预应力混凝土屋面板（包括灌缝）1.40kN / m 2屋盖钢支撑天窗架天沟重（包括水重）0.05kN / m 22.2kN / m237.7kN17.4kN / 根屋架重力荷载为60.5kN/棉，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值：G1 = 1.2x (2.2kN/m2 x 6m x 18m/2 + 60.5kN/2 + 37.7kN + 17.4kN) = 244.98kN(2) 吊车梁及轨道重力荷载设计值：G3 = 1.2 x (50kN + 0.8kN/m x 6m)= 65.76kN(3) 柱自重重力荷载设计值：上柱 G 4 = 6藉=1.2 x 4kN / m x 3.6m = 17.28kN下柱 G5a = G5BB = 1.2 x 4.44kN / m x 8.4m = 44.76kN2、屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5kN/m2,学荷载标准值为0.2kN/m2，后者大于前者，故仅按前者计算。屋面积灰荷载为(0.3kN / m2 x 3m + 0.75kN / m2 x 3m + 0.3kN / m2 x 3m) x 6m - 24.3kN作用于柱顶屋面活荷载设计值为：Q1 - 1.4x （0.5kN/m2 x 6mx 18m/2 + 24.3kN） - 71.82kN作用位置与作用位置相同。如图26。-P 日尸-1.0 x 0.8 x 1.039 x 0.55kN / m 2 - 0.457kN / m 21k=。日日-1.0 x 0.4 x 1.039 x 0.55kN / m 2 - 0.286kN / m 23、风荷载按-P日日计算，其中-0.55kN / m2, P - 1.0，日根据厂房各部分标高kz s z oozz及B类地面粗糙度确定:柱顶（标高11.4m）日-1.039檐口（标高13.5m）日-1.098屋顶（标高16.92m）日-1.182排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为:纺?麻辎繇to洞算诈则作用于排架计算简图（图27）上的风荷载设计值为：q - 1.4x 0.457kN/m2 x 6m - 3.84kN/mq - 1.4 x 0.286kN / m2 x 6m - 2.40kN / m屋架各点处的日:标高(m)Rz13.951.11116.621.17614.551.12716.591.175FW =y尸 R R h)P %B0 = (0.8 + 0.5) X 2.1X 1.098 + (0.3 + 0.6) x 0.45 x 1.111 n =1+1.4 x 2.67 x 1.176 + (- 0.8 + 0.6) x 2.04 x 1.175 + 0 = 33.40kN4、吊车荷载150/30kN 吊车的参数为：B = 5.2m, K = 4.1m, g = 66.1kN, Q = 150kN, F,响=183kN。根据重力荷载之间的平衡关系：2(Fp max + Fp min) = G + Q + g得：Fp min = 33kN。根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮对应点的竖向坐标，如图28。I I 心 |F| T != ' L .吊车荷觥用T支座反力仰影楸(1) 吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为：D =y(F £ y = 1.4x183kN(1 + 0.808 + 0.267 + 0.075) = 550.83kND . =yqF2y = 1.4x33x2.15 = 99.33kN(2) 吊车横向水平荷载作用于每个轮子上的吊车横向水平制动力计算：T =1 a (Q + g) =1 x 0.1x(150kN + 66.1kN)= 5.403kN 44作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值计算T =y T2y. = 1.4x5.403x2.15 = 16.3kN四排架内力分析柱剪力分配系数柱子n = I /1人=H / HC = 3/1 +人3(1/n -1) o6 = H 3 /C EI1/6n =' £ 1/6iA，Bn = 0.148人=0.300C。= 2.5966A =6b = 0.268 x 10-10 牛n =n = 0.51、恒载作用下的排架内力分析，计算简图如图29 (a)G1 = q = 244.98kN, G2 = G3 + G = 62.32kN + 17.28kN = 81.60kNG =G = 44.76kN.3 工M1 = Ge = 244.98kN x 0.05m = 12.25kN / mM = (G + G)e - G e=(244.98kN + 17.28kN) x 0.2m - 64.32kN x 0.35m = 29.94kN排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。3 1-此(1 1)G = = 1.971，C2 1 + 人3(4 - 1)3nM八 M八t C +a C=-4.96kN对于 A、B 柱 n = 0.148,人=0.300。31一九2=1.1812 1 +人 3 ( 一 1)n12.25kNm x 1.971 + 29.94kNm x 1.184RARB=4.96kN12瓯9恒重作机的髀以毓求得矿后，I荷载之和，恒载作用下的轴力弯矩如图29（b）（c）。由于平衡条件可得各柱截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该界面以上重力2、屋面活荷载作用下的排架内力分析排架计算简图如图30（a）。其中Q = 71.82kN，它在柱顶及变阶处引起的力矩为：M = 71.82kN x 0.05m = 3.59kNm, M = 71.82 x 0.20 = 14.36kNm, C = 1.971,C =1.181则R = MZ C + MZ C = 359kNm x L971 + 4.36kW x=H 1 H 312排架各柱的弯矩轴力图如图30（b）（c）。 样黜川下脚架诚为布3、风荷载作用下的排架内力分析(1)左风吹时计算简图如图31 (a)。A,B 柱 n = 0.148,人=0.300有表 2.5.2 得31 + X4 (1 -1)C =n=0.3401181+ 人3(上-1)nR =-q HC =-3.84kN/m x 12mx 0.34 = -15.7kN()R =-q HC = -2.4kN / m x 12m x 0.34 =-9.792kN()R = Ra + Rb + Fw = 15.7kN - 9.79kN - 33.43kN = -58.92kN () 各柱顶剪力分别为：V = R -n R = -15.7kN + 0.5 x 58.92kN = 17.36kN(一)匕=Rb -nbR = -9.79kN + 0.5 x 58.92kN = 19.67kN(r) 排架内力如图31(b)L?左欧k楠架蛎航与左风吹情况相同，内力反向，（2）右风吹时由于死单跨计算简图和内力图如图32。 I风灶的排架帆分析4、吊车荷载作用下排架内力分析（1）Dmax作用于A柱计算简图如图33（a），其中吊车竖向荷载。或',Dm_n在牛腿顶面处引起的力矩为M = D e = 457.52W x 0.35m = 160.13WmM = 2二=197.16kN x 0.35m = 69kNm 对于人柱？ C 3 = 1.18例RA =-MCH 3160.13kNm12mx 1.18 = 15.7kN ()69kN m12mx 1.18 = 6.79kN ()R = Ra + Rb = 15.7kN + 6.79kN = 8.91kN ()排架各柱顶剪力分别为:V = R -n R = 15.7kN + 0.5 x 8.91kN = 11.25kN(一) 匕=Rb n bR = 6.79kN + 0.5 x 8.91kN = 6.79kN (r)排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图33 (b) (c)。£33扃的'仙枇的梆颇分而(1) max作用于B柱由同理可得，内力图如图34。S34(3)密作用下当作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图35(b)。对于人柱，n = 0.148,人=0.300,a = (3.6m 1.2m)/3.6m = 0.670,贝Q2 3a 人 + 人 3 (1* a)(1- a)2 (2 3a)C 5 =n= 0.627R =-TC =16.70kN x 0.627 = 10.48kN ()同理，对于8柱，n = 0.148, X = 0.305, a = 0.670, C = 0.627则R =T C =16.70kN x 0.627 = 10.48kN ()排架柱顶总反力R为：R = Ra + R = 10.48kN + (10.48kN) = 20.96kN ()各柱顶剪力为：V = R n R = 10.48kN + 0.5 x (20.96)kN = 0匕=Rb n bR = 10.48kN + 0.5 x (20.96)kN = 0排架各柱的弯矩图及柱底剪力如图35 (a)。5扁作矿5糅内力分析五、内力组合表1A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Dma x作用在A柱Dma x作用在B柱序号I IM5.613.61-40.57-40.57土1N262.2671.8200iinM-24.33-10.75119.5628.43土1N326.5871.82457.52197.16mmM17.336.0524.89-66.24土N371.3171.82457.52197.16Ny HV4.962.00-11.27-11.27土注：M（单位为kN-m）, V（单位为kN）。表2A柱内力设计值组合表截面+ M max及相应M, N-M 及相应N ,VmaxNmax及相应M, VN min及 相应 M ,VI IM+0.9(+)75.83+0.90.9(+)+-123.82+0.9 +0.9 (+ )+-82.02+0.90.9(+)+-123.8N326.90262.26345.32262.26iinM+0.90.9(+)+158.42+0.9(+)-111.64+0.9 +0.9 ( +)+152.84+0.9-101.9N697.17391.22761.81326.58mmM+0.9+0.9(+)+572.94+0.90.9(+)+-536.52+0.9 +0.9 ( +)+572.94+0.9414.77N806.54531.01806.54371.31V65.01-61.2965.0158.82Mk411.31-381.17411.31298.33Nk620.30423.50620.30309.42Vk47.03- 43.1947.0342.60注：M（单位为kNm）, N（单位为kN）, V（单位为kN）六、柱截面设计混凝土强度等级为 C30, f = 14.3N/mm2,/ = 2.01N/mm2 ；采用 HRB335 级钢筋，fy = fy = 300N/mm2,&广0.518。上下枉均米用对称钢筋。1、上柱配筋计算有内力组合表可见，上柱截面共有4组内力取« = 400mm - 40mm = 360mm,经判 别，均为大偏压，选取一组最不利荷载组合。M =-123.82, N = 262.26由附表11.1查的有吊车厂房排架方向上柱的计算长度/0 = 2x3.6m = 7.2m。附加偏心距 e 取 20mm (大于 400mm/30 )。=472.1mm + 20mm = 270mmM 123.82 x 106 NmmN =262260N= 472.1mm, e = e + e由10/h = 7200mm /400mm = 18 > 5，故应考虑偏心距增大系切。262260N=0.5 f A = 0.5 x 14.3N / mm2 x 4002 mm2 = 4 362 > 1 0° 1 N.> .取 * = 1.0。h00.01 x( 7800mm ) = 0.97400mm17800mm=1 + () x 1.0 x 0.97 = 1.164270mm、400mm1400 x()360mm262260N-， 2a80mm=0.127 < =0.222以 f bh1.0 x 14.3N / mm2 x 400mm x 360mmh360mm一，取x = 2as进行计算。,e = e h/2 + a = 1.164 x 270mm - 400mm/2 + 40mm = 412.8mmiA = AssNe'262260N x 412.8mmt= 1127.7 mm 2)300N / mm 2 (360mm 40mm)f (h a y 0选用 4 20(A = 1256mm2)，则 p= A /(bh) = 1256mm2 /(400mm + 400mm)- S一=0.785% > 0.2%，满足要求由附表U.L得垂直于排架方向柱的计算长度10 = 1-25 x 3.6m =项，则"b =4500mm /400mm = 11.25,中=0.961。 . 一 ' ' 一一 _ .N = 0.9中(f A + f A ) = 0.9 x 0.961 x(14.3N / mm2 x 400mm x 400mm +300N /mm2 x 1256mm2 x 2) = 2630.94RN > N= 345.32kN满足弯矩作用平面外的承载力要求。"3"2、下柱的配筋计算取h0 = 800mm - 40mm = 760mm，与上柱分析方法类似，在内力组合表的8组内力 中选取下列2组最不利内力。M = 414.77 kN-m, N = 371.31kN.M =-536.52kNm, N = 531.01kN.(1)按 M = 414.77kNm, N = 371.31kN.计算下柱计算长度取10 = 1.0, H = 8.6m，附加偏心距e = 800mm/30 = 26.67mm''(大于 20mm), b = 100mm, b = 400mm, h = 150mm。M414.77 x 106 Nmm e =1117 mm, eo N 371310 Ni371310N=e + e = 1117 mm + 26.67mm = 1143.7mm/L > 5故应考虑偏心距增大系数门。且取由 l / h = 8600mm /800mm = 10.75 > 5 任° 2 = 1.0。0.5 f A0.5 x 14.3N / mm2 x 400mm x 800mm 一 300mm x (800mm 一 2 x 150mm 一 25mm)371310N=3.42 > 1.0=1 +1(L)° ° = 1 +裒(8600mm) x 1.0 x 1.0 = 1.0551400土 h 1 21400 xl1143")800mmh760mm0ne. = 1.055 x 1143.7mm = 1206.6mm > 0.3h0 = 0.3x 760mm = 228mm故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则371310NNX = f = I。x 14.3N/mm2 x 400mm = 64" < 150mme =门 e + a = 1206.6mm +°mm - 40mm = 1566.6mm，2 s2，A = A ' = = 371310N x 1566.6mm 1.0 x 14.3N / mm2s '/ a、)x 400mm x 64.9mm (760mm 64.9mm /2)/300N / mm2 x (760mm 40mm)=1442.6mm 2(2)按M = 536.52kNm,N = 531.01kN.计算'计算方法同上述相同。计算过程从略，计算结果A = As =1833.6mm2。综合上述计算结果，下柱截面选用引25(A = 1964mm2)按此配筋，经验算柱弯矩作用平 S面外的承载力亦，满足要求。3、柱的裂缝宽度验算规范规定，对e0/h0 > 0.55的柱应进行裂缝宽度验算。上柱及下住均出现 e0 /h0 > 0.55的内力。故应进行裂缝宽度验算。验算过程见表3,其中上柱A、= 1256mm2， 下柱A = 1964mm2,气=2.0x 105N /mm2 ；构件特征系数或=2.1，混凝土保护层厚 度c取25mm。表3主的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力标准值M 人 /(kN-m)88.78381.17N / kN218.55423.50e = M / N / mm406.2 > 0.55h0900 > 0.55h0P =t 0.5bh + (B b)h ff0.0157 < 0.01,取P 位=0.010.0231ns - 1 + 4000e /h 寸)2001.0721.0( < 14) he =门 e + h / 2 a / mm595.41260y = h (b b)/ bhff f000.592"'h ， z = 0.87 0.12(1 y f )()h0/mm297.4647.7b =_ /(N / mm 2)skA z174.4203.8，一 fW = 1.1 - 0.65tkPte气0.620.82=a w k(1.9c + 0.08-)/mmmaxcr EpSte0.17<0.3（满足要求）0.24<0.3（满足要求）4、柱的箍筋配置非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般有构造要求，上、下柱均选用48200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，如图36.。其中牛腿截 面宽度b = 400mm，牛腿截面高度h = 600mm, h0 = 565mm。（1）牛腿截面高度验算其中p = 0.65, f k = 2.01N /mm2, F = 0（牛柱腿顶面没水平荷载），a =-150mm + 20mm = -130mm < 0,取a = 0, F 按下式确定：F = maxvk y Q+ G = *N + 竺理=380.41kNy 1.41.2F p (1 0.5 hkFvk)5 = 0.65x 2.01N/mm2 x400mmx565mm = 590.54kN >fa0.5 + h00.5vkG故牛腿截面高度满足要求。图36牛脚尺寸简图（2） 牛腿配筋计算由于a = T50mm + 20mm = -130mm < 0,因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，A > p . bh = 0.02 x 400mm x 600mm = 480mm2。实际选用4414（A, = 616mm2）。水平箍筋选用48 100。6、柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到强度后起吊。由表3可得柱插入杯口深 度为h = 0.9 x 800mm = 720mm，取七=850mm，则柱吊装时总长度为 3.6m + 8.4m + 0.85m = 12.85m，计算简图如图 37.。图37柱吊装计算简图柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即q =阿 q = 1.5 x 1.35 x 25kN /m3 x 0.16m2 = 8.1kN /m