混凝土结构单层工业厂房设计.doc

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1、 15 届课程设计钢筋混凝土厂房设计说明书学生姓名 郭超群 学 号 3041211325 所属学院 水利与建筑工程学院 专 业 土木工程 班 级 15-3 指导教师 李林 日 期 2014.4 塔里木大学教务处制前 言此次设计的主要内容是为了使我们对混凝土的利用更加的熟悉，使我们更加熟悉的了解混凝土的诸多性能及诸多优点，并且让我们知道以混凝土为主的工程结构具有的优势。 此次对混凝土结构的课程设计，也让我知道了做好混凝土工程的施工，及其对其各个方面的强度，裂缝验算，稳定性的检验的重要性，并且也使我更好的了解这个课程的重要性，望在以后的工作中能更加合理的利用及保证其安全可靠。 目 录1工程概况-

2、1 -2结构构件选型及柱截面尺寸确定- 1 -3荷载计算- 3 -3.1恒载- 3 -3.2屋面活荷载- 4 -3.3风荷载- 4 -3.4吊车荷载- 5 -4排架内力分析 - 6 -4.1恒载作用下排架内力分析- 6 -4.2屋面活荷载作用下排架内力分析- 8 -4.3风荷载作用下排架内力分析- 9 -4.4吊车荷载作用下排架内力分析- 10 -5内力组合- 14 -6柱截面设计- 17 -6.1选取控制截面最不利内力- 17 -6.2 上柱配筋计算- 17 -6.3下柱配筋计算- 18 -6.4柱的裂缝宽度验算- 20 -6.5柱的箍筋配置- 20 -6.6牛腿设计- 20 -6.7柱的吊

3、装验算- 21 -7基础设计- 22 -7.1作用于基础顶面上的荷载计算- 22 -7.2基础尺寸及埋置深度- 24 -7.3基础高度验算- 25 -7.4基础底板配筋计算- 25 -致 谢- 29 -参考文献- 30 -塔里木大学混凝土结构课程设计1工程概况某金工车间为一跨等高厂房，跨度均为20m，柱距均为6m，车间总长度为60m。每跨设有300/50KN吊车2台，吊车工作级别为级，轨顶的标高为13.1m，采用防水卷材屋面。屋面为不上人屋面，屋面板为，屋架板为，厚双面清水维护砖墙，钢窗宽度，室内外的高差为，素混凝土地面，厂房建筑剖面如下图1所示。厂房所在地点的基本风压为，左吹风。地面粗糙度为

4、类；基本雪压为，修正后的地基承载力特征值为。活荷载组合系数；风荷载组合系数取。吊车荷载准永久值系数，活荷载和风荷载准永久值系数均为。环境类别为一类。要求进行排架结构设计。图1 厂房剖面尺寸图2结构构件选型及柱截面尺寸确定因为该厂房跨度为及在之间，且柱顶标高大于，故采钢筋混凝土排架结构。为了使屋盖具有较大刚度，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。受力钢筋选用级，箍筋用级，柱的混凝土选用C35级，梁的混凝土选用C30，基础C40。厂房各主要构件选型见表1。表1 主要承重构件选型表构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值屋面板G410（一）预应力混凝土屋面板Y

5、WB-2II天沟板G410（三）预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）TGB68-1屋架G415（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度21m）YWJA-24-1Aa(屋盖钢支撑)吊车梁G323（二）钢筋混凝土吊车梁（吊车工作级别为A1-A5）DL-9B轨道连接G325（二）吊车轨道联结详图基础梁G320钢筋混凝土基础梁JL-3注：本表图集均按TJ10-74钢筋混凝土结构设计规范设计，重力荷载已换算为法定计量单位。由图1 可知柱顶标高15.8m，牛腿顶面标高为11.9m，设室内地面至基础顶面的距离为，则计算简图中柱的总高度、下柱高度和上柱高度分别为： 根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可由附表

6、1并参考附表2确定柱截面尺寸，见表2。表2 柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面尺寸/ 面积/ 惯性矩/自重/ A,C上柱矩600500下柱I6001200120200B上柱矩6006009.0下柱I60012001202008.7本题仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2所示。图2 计算单元和计算简图3荷载计算3.1恒载(1)恒载：SBS防水层 厚水泥砂浆找平层 厚水泥蛭石保温层 一毡两油隔气层 厚水泥砂浆找平层 预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 屋架重力荷载为/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值：(3)柱自重重力荷载设计值：A,C柱：上

7、柱：下柱：B柱：上柱：下柱：各项恒载作用位置如图3所示： 图3 荷载作用位置图（单位：KN）3.2屋面活荷载屋面活荷载标准值为，雪荷载标准值为。后者小于前者，故仅按照前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：的作用位置与作用位置相同，如图3所示。3.3风荷载风荷载标准值按式计算，其中，根据厂房各部分标高及地面B类粗糙度由附表 5.1确定如下：柱顶(标高15.8m) 檐口(标高18.1m) 屋顶(标高19.5m) 如图6所示，由式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：图4 风荷载体型系数及排架计算简图则作用于排架计算简图4上的风荷载设计值：3.4吊车荷载由书中查表可知300/50KN吊车参

8、数为B=6.15m，K=4.80 m，g=117kN，Q=300kN，。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5所示。 图5 吊车荷载作用下支座反力影响线吊车竖向荷载设计值为：吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力按式计算,即作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值计算如下：4排架内力分析该厂房为单跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。其中柱的剪力分配系数按下式计算：式中：第i根排架的抗侧移刚度。其结果见表3。表3 柱剪力分配系数柱别A， C柱B柱4.1恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图6a所示。图中的重力荷载及力矩M是根据图

9、3确定的，即:如图6所示，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。柱顶不动铰支座反力计算如下：对于A，C柱，则：求得后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图6（b）、（c）。图6（d）为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。 图6 恒载作用下排架的内力图4.2屋面活荷载作用下排架内力分析（1）AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图7所示其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为:对于A柱,则,，则对于B柱, 则,则排架柱顶不动铰支座总反力为：将R反向作用于排架柱顶，用下式计算相应

10、的柱顶剪力，并于柱顶不动绞支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即：排架结构的弯矩图和轴力图分别见图12（b）、（c）。 图7 AB跨作用屋面活荷载时排架的弯矩及剪力图（2）BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨与AB跨作用荷载相同，故只需将图7中各内力图的位置及方向调整一下即可，如图8所示。图8 BC跨作用屋面活荷载时排架的弯矩及剪力图4.3风荷载作用下排架内力分析（1）左吹风时排架计算简图如图9a所示对于A，C柱，已知，, 则：各柱顶剪力分别为：排架弯矩图如图9 b所示： 图9 b左吹风作用下排架的弯矩图（）（1）左吹风时计算简图10a所示。将图中9b所示A,C柱内力图

11、对换且改变内力付好后可得，如图10b所示。图10 右吹风作用下排架的弯矩图（）4.4吊车荷载作用下排架内力分析（1）作用于A柱计算简图如图11a所示其中，吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A柱，则：对于B柱, ，则：排架各柱剪力为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图11所示： 图11 作用于A柱时排架内力图 （2）作用于B柱左计算简图如图12a所示 其中，吊车竖向荷载,在牛腿顶面处引起,为：柱顶不动铰支反力，及总反力R分别为：排架各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图12 b c所示：图12 作用于B柱时排架的内力图（3）作用于B柱右根据结构对称性及吊车吨位相等

12、的条件，内力计算与“作用于B柱左”的情况相同，只需将A,C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图13所示图13 作用于B柱右时排架的内力图（4）作用于C柱同理，将“作用于A柱”的情况的A,C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图14所示图14 作用于C柱时排架的内力图（5）作用于AB跨柱计算简图如图22a所示对于A柱，查表得，则同理，对于B柱，查表得，则排架柱顶总反力为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图15b所示。（a） （b）图15 作用于AB跨时排架内力图（5）作用于BC跨柱由于结构对称性及吊车吨位相等，故排架内力计算与“作用于AB跨柱”的情况相同，只需将A,C

13、柱内力对换，如图16所示。（a） （b）图16 作用于BC跨时排架内力图5内力组合由于排架单元为对称结构，可仅考虑A柱截面，荷载内力汇总表见表4，内力组合见表5，这两个表中的控制截面及正号内力方向如表4中的例图所示。表5中列出的组合的内力设计值，已分别是4项组合中最不利的情况。对主进行裂缝宽度验算时，内力采用准永久值，同时只需要对的柱进行验算。表4 A柱内力设计值汇总表风荷载左风4.3104.310309.08042.43吊车水平荷载Tmax作用在BC跨56.04056.040234.23014.37Tmax作用在AB跨5.8105.810271.73021.44吊车竖向荷载Dmax作用在C柱

14、3.6903.69011.2500.69Dmax作用在B柱右59.59059.590249.06012.70Dmax作用在B柱左-67.630-40.67179.73-255.68179.73-17.34Dmax作用在A柱-37.32078.81774.2-39.86774.2-9.57屋面活载作用在BC跨12.52012.52052.3203.21作用在AB跨-3.50168-62.3168-3.4116820.02恒载28.46540.3-152.68593.4698.43722.9220.25荷载类别序号MNMNMNV-柱号及正向内力表5 A柱内力组合表备注M =86.16N =450.

15、25M =144.47N =602.43Nmin及相应的M，V124.08450.25-59.71494.55732.2602.4378.61534.72480.6558.56/1.2+0.9+0.7+0.70.9+0.6/1.2+0.9+0.70.9+0.6/1.2+0.7+0.70.9+0.70.9Nmax及相应的M，V75.87725.44-118.35872.82490.171537.3196.53361.841184.13142.79+0.7+0.7+0.7+0.6+0.7+0.7+0.6Mmax及相应的M，V-87.22450.25-287.11824.29-500.61833.2

16、6-20.46-345.86681.25-12.2/1.2+0.9+0.70.9+0.6+0.9+0.7+0.70.9+0.6/1.2+0.7+0.70.9+0.70.9Mmax及相应的M，V127.73540.330.971113.91772.23 772.9286.44563.31602.4364.15+0.9+0.70.9+0.7+0.6/1.2+0.8+0.7+0.70.8+0.9+0.6+0.7+0.70.9+0.70.9截面MNMNMNVMKNKVK-6柱截面设计A柱，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。6.1选取控制截面最不利内力由表4-2可

17、见，上柱截面共有组内力，取。则大偏心；两组大偏心受压和小偏心受压界限破坏是对应的轴向力为：由表5可见，上柱I-I截面共有四组不利内力吗，4组内力均满足,故均为大偏心受压，对这4组内力按照“弯矩相差不多时，轴力越小越不利，轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则，可确定上柱的最不利内力为：M=124.08，N=450.25KN 对下柱，截面的有效高度取则大偏心受压与小偏心受压界限破坏是对应的轴向压力为: 对下柱，截面-和-截面有8组不利内力，均满足，对这8组内力采用和上柱I-I截面相同的分析方法，可得下柱的最不利内力为： -截面： M=287.11, -截面： M=732.2,N=602.43KN

18、 6.2 上柱配筋计算上柱最不利内力为： 由附表11.1查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心距取20mm（大于500mm/30=17mm）。(取=1.0)由，故应考虑偏心距增大系数。故取进行计算： 选416（）,满足要求。由得垂直于排架方向的计算长度，则，则 满足弯矩作用平面外的承载力要求。6.3下柱配筋计算有分析结果可知，与上柱分析方法类似，由上表4-2选取下列两组不利内力：， , （1）按计算查表得，截面尺寸：(取=1.0)附加偏心距（取）， 先假定中和轴位于翼缘内，则且为大偏心受压构件受压区在受压翼缘内，则：（2）按，计算，（取）先假定中和轴位于翼缘内，则且为大偏心受压构件受压

19、区在受压翼缘内，取，则：选518（）（3 ）验算垂直于平面的受压承载力,（满足要求）6.4柱的裂缝宽度验算规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。本例值出现下柱的内力，故应进行裂缝宽度验算。验算过程见表4-2，按准永久组合计算时，上柱及下柱的偏心距分别为： 故不需要进行裂缝宽度验算。6.5柱的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。6.6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26所示。其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度，。图17 牛腿尺寸简图（1）牛腿截面高度验算已知,（牛腿顶面无水平荷载），取，故牛腿截面高度满足要

20、求。（2）牛腿配筋计算由于，因而牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，。实际选用614（）。水平箍筋选用。6.7柱的吊装验算（1）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。由附表查得柱插入杯口深度为，取，则柱吊装时的总长度为，计算简图如图18所示。图18 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：在上述荷载作用下，各柱控制截面的弯矩为： 由得：令，得，则下柱段最大弯矩为： （2）承载力和裂缝宽度验算柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表28表6 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱102.67140.58118.670.9102.67

21、=92.484508.290.9140.58=126.52225.694.190.52-0.290.2130.3（满足要求）0.0370.2（满足要求）7基础设计因为修正后的地基承载力特征值为，在单层排架结构，柱距为8m，吊车起重量为200-300KN，厂房跨度为，设计等级为丙级时，要进行地基变形验算，但该单层排架的吊车起重量为300KN，不再500-1000KN之间，故不作变形验算。则，基础混凝土强度等级采用C30，下设100mm厚C10混凝土垫层。7.1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。前者由表5中的截面选取，见表7，

22、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地板配筋计算，内力的正号规定见图19（b）。表7 基础设计的不利内力组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第1组772.23722.9286.44563.31602.4264.15第2组-500.61833.26-20.46-345.86681.25-12.2第3组490.171537.3196.53361.841184.13142.79（a） (b)图19 基础荷载示意图由图6-2(a)可见，每个基础承受的外墙总宽度为，总高度为，墙体为厚双面清水砖墙厚（）。钢框玻璃窗（）基础梁重量为16.7KN/根。每个基础承受的由墙体传来

23、的重力荷载为：厚砖墙 钢框玻璃窗 基础梁 距基础形心的偏心距为：7.2基础尺寸及埋置深度（1）按构造要求拟定高度h柱的插入深度800mm，取。杯底厚度应大于，取，则基础顶面标高为-0.500m，故基础埋置深度d为：杯壁厚度，取；基础边缘高度取，台阶高度取350mm，见图19（b）。（2）拟定基础地面尺寸适当放大，取（3）计算基底压力及验算地基承载力验算地基承载力，其中验算结果见下表8。可见，基础底面尺寸满足要求。表9 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563.31602.4264.15-345.86681.25-12.2361.841184.13142.791447.89

24、1526.722029.6347.45-660.97248.21121.3462.52152.8940.98149.88107.8591.93170121.3421696.935170152.89204128.87170149.882047.3基础高度验算这时采用基地净反力设计值和计算，结果见表32。对于第2组内力，按式（2.7.3）计算时，故对该组内力按式（2.7.7）计算基底净反力。表10 基础底面净反力设计值计算表类别第1组第2组第3组772.23722.9286.44-500.61833.26-20.46490.171537.3196.531221.681332.022036.0652

25、5.49-886.32386.55122.0533.08159.69.54162.096.55因台阶高度与台阶宽度相等（均为400mm），所以只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力截面如图33所示。变阶处截面有效高度。因为，所以应按式（2.7.12）计算即：由式（2.7.10）；因，所以取由式（2.7.9）得：，取；则由式（2.7.9）得故基础高度满足要求。7.4基础底板配筋计算(1)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简图如图21所示。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10。其中第1、3组内力产生的基底反力见图20所示。图20 变阶处

26、的冲切破坏截面用表列公式计算第2组内力产生的和。 图21基础底板配筋计算截面表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144.4992.36163.61158.75123.14165.26165.87138.23166.08173.00153.62166.90130.2492.05161.97（2）柱边及变阶弯距计算 （3）配筋计算基础底板受力钢筋采用HPB400级（）基础底板长边方向钢筋面积为：选用12100（）.基础底板短边方向钢筋面积为：选用12110（）.基础底板配筋见图36。由于，所以杯壁不需要配筋。图22 基础地板配筋图- 29 -致 谢在这次课程设计中， 通过一周来

27、的忙碌和学习，本次混凝土结构设计设计已接近尾声，作为一个大三学生的课程设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，在这里衷心感谢指导李老师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持，让我按时完成了这次课程设计。这次课程设计中不仅体验了我所学的知识，也培养了我如何去把我一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中遇到困难我学会了查阅有关资料，学会了自学。同时也和同学们探讨，互相帮助。 在课程设计过程中，我遇到了许许多多的困难。在此我要感谢我的指导老师李老师给我悉心的帮助和对我耐心而细致的指导，我的课程设计较为复杂烦琐，但是李老师仍然细心地纠正图中的错误。除了敬佩李老师的专业水平

28、以外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作，我才得以解决课程设计中遇到的种种问题。同时感谢大学传授我们专业知识的所有老师。还有谢谢我周围的同窗朋友，他们给了我无数的关心和鼓励，也让我的大学生活充满了温暖和欢乐。他们在我设计中给了我许多宝贵的意见和建议。- 29 -参考文献1 沈蒲生，梁兴文编.混凝土结构设计（第四版）M.北京：高等教育出版社，2011.2 沈蒲生，罗国强.混凝土结构疑难释义M.4版.北京：中国建筑工业出版社，2011.3 沈蒲生，梁兴文，等.混凝土结构设计原理M.4版.北京：高等教育出版社，2012.4 GB50010-2010混凝土结构设计规范S.北京：中国建筑工业出版社，2010.- 1 -