單層廠房課程設(shè)計(jì)

1、 單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一 設(shè)計(jì)資料1. 某金工車間，單跨無(wú)天窗廠房，廠房跨度L=21m，柱距為6m，車間總長(zhǎng)度為150m，中間設(shè)一道溫度縫，廠房剖面圖如圖所示：2. 車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)中級(jí)工作制吊車，吊車起重量為200/50kN。3. 吊車軌頂標(biāo)高為9.0m。4. 建筑地點(diǎn)：哈爾濱市郊。5. 地基：地基持力層為e及IL均小于0.85的粘性層（弱凍脹土），地基承載力特征值為fak=180kN/m2。標(biāo)準(zhǔn)凍深為：-2.0m。6. 材料：混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，縱向鋼筋采用HRB400級(jí)，(360N/mm2)箍筋采用HPB300級(jí)。(270N/mm2)二. 選用結(jié)構(gòu)形式1. 屋面板采用大型預(yù)應(yīng)

2、力屋面板，其自重標(biāo)準(zhǔn)值（包括灌縫在內(nèi)）為1.4kN/m2。2. 屋架采用G415（二）折線型預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架，跨度為21m，端部高度為2.3m，跨中高度為33.5m，自重標(biāo)準(zhǔn)值為83.0kN。3. 吊車梁高度為0.9m，自重30.4kN；軌道與墊層墊板總高度為184mm，自重0.8kN/m。4. 柱下獨(dú)立基礎(chǔ):采用錐形杯口基礎(chǔ)。三、柱的各部分尺寸及幾何參數(shù) 采用預(yù)制鋼筋混凝土柱 軌道與墊層墊板總高 ， 吊車梁高 ， 故牛腿頂面標(biāo)高=軌頂標(biāo)高由附錄12查得，吊車軌頂只吊車頂部的高度為，考慮屋架下弦至吊車頂部所需空隙高度為，故柱頂標(biāo)高=基礎(chǔ)頂面至室外地坪的距離取，則基礎(chǔ)頂面至室內(nèi)地坪的高度為，

3、故從基礎(chǔ)頂面算起的柱高， 上部柱高 下部柱高上部柱采用矩形截面；下部柱采用型截面。上柱： () 下柱： 上柱： 下柱： 圖1廠房計(jì)算簡(jiǎn)圖及柱截面尺寸四荷載計(jì)算 1. 恒荷載（1）屋蓋恒荷載 SBS防水層 20mm厚水泥砂漿找平層 100mm厚水泥珍珠巖保溫層 隔氣層 20mm厚水泥砂漿找平層 大型預(yù)應(yīng)力屋面板（包括灌縫重） 總1 屋架 則作用屋架一段作用于柱頂?shù)淖灾貫椋?作用于上部柱中心線外側(cè)處。（2）柱和吊車梁等恒荷載 上柱： 作用在牛腿頂截面處; 下柱： 作用在基礎(chǔ)頂截面處； 吊車梁及軌道自重：2.屋面活荷載 由荷載規(guī)范查得屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2，雪荷載0.75kN/m2（50

4、年一遇），故考慮雪荷載。 作用于上部柱中心線外側(cè)e0=50mm處。3.風(fēng)荷載 由荷載規(guī)范查得哈爾濱地區(qū)基本風(fēng)壓為 0=0.50kN 柱頂處集中風(fēng)荷載風(fēng)壓高度變化系數(shù) （按B類地面粗糙度?。┌撮芸陔x室外地坪的高度來(lái)計(jì)算。查表可得離地面時(shí)，離地面時(shí)，用插入法，可得 柱頂處均布風(fēng)荷載風(fēng)壓高度變化系數(shù) （按B類地面粗糙度?。┌粗旊x室外地坪的高度來(lái)計(jì)算。同理可得 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 則作用于排架上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為： （屋面坡度為1/10）故 風(fēng)荷載作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖： 圖2風(fēng)荷載作用下計(jì)算簡(jiǎn)圖4.吊車荷載 吊車跨度 查附錄12，得Q=20/5t,Lk=19.5m時(shí)的吊車最大輪壓標(biāo)準(zhǔn)值Pmax，k、最小

5、輪壓標(biāo)準(zhǔn)值Pmin，k、小車自重標(biāo)準(zhǔn)值G2，k以及吊車額定起重量相對(duì)應(yīng)的重力標(biāo)準(zhǔn)值G3，k：Pmax，k =205kN ， Pmin，k=45kN ，G2，k=75kN ，G3，k=200kN并查得吊車寬度B和輪距K：B=5.55m，K=4.40m（1） 吊車豎向荷載設(shè)計(jì)值Dmax、Dmin 由圖所示的吊車梁支座影響線知（2） 吊車橫向水平荷載設(shè)計(jì)值Tmax五內(nèi)力分析 1、屋蓋荷載作用下的內(nèi)力分析（1）屋蓋集中恒荷載F1作用下的內(nèi)力分析 柱頂不動(dòng)點(diǎn)反力 由于n=0.109，=0.284則代入公式 則（2） 屋蓋集中活荷載F6作用下的內(nèi)力分析 在F1、F6分別作用下的排架柱彎矩圖、軸向力圖和柱底

6、剪力圖如下，圖中標(biāo)注出的內(nèi)力值是指控制截面-、-和-截面的內(nèi)力設(shè)計(jì)值。彎矩以使排架柱外側(cè)受拉為正，反之為負(fù)；柱底剪力以向左為正、向右為負(fù)。 <1>屋蓋恒荷載作用下的內(nèi)力圖 <2>屋蓋活荷載作用下的內(nèi)力圖 2、柱自重、吊車梁及軌道連接等自重作用下的內(nèi)力分析。不作排架分析，其對(duì)排架產(chǎn)生的彎矩和軸向力如下圖所示： 3、 吊車荷載作用下的內(nèi)力分 (1)Dmax作用在A柱，Dmin作用在B柱時(shí)，A柱的內(nèi)力分析 Mmax=Dmaxe=555.345×（0.75-0.45）=166.6kNm Mmin=Dmine=121.91×（0.75-0.45）=36.57k

7、Nm 這里的偏心距e是指吊車軌道中心至下部柱截面形心的水平距離。A柱頂?shù)牟粍?dòng)支點(diǎn)反力，代入公式得：A柱頂不動(dòng)支點(diǎn)反力A柱頂不動(dòng)支點(diǎn)反力A柱頂水平剪力:A柱頂水平剪力:內(nèi)力圖示如下圖（a）（2） Dmin作用在A柱，Dmax作用在B柱時(shí)的內(nèi)力分析此時(shí)，A柱頂剪力與Dmax作用在A柱時(shí)相同，也是VA=9.31kN（）故可得內(nèi)力值，示于下圖（b）（3） 在Tmax作用下的內(nèi)力分析Tmax至牛腿頂面的距離0.9+0.184=1.084m；Tmax至柱底的距離為9+0.15+1.0=10.15。因A柱和B柱相同，受力也相同，故柱頂位移相同，沒(méi)有柱頂剪力，故A柱的內(nèi)力如下圖（c） 4、 風(fēng)荷載作用下A柱的

8、內(nèi)力分析左風(fēng)時(shí)，在q1、q2作用下的柱頂不動(dòng)鉸支座反力，代入計(jì)算公式：不動(dòng)鉸支座反力：（）（）A柱頂水平剪力：（）（）故左風(fēng)和右風(fēng)是，A柱的內(nèi)力圖分別示于下圖（a）和（b） 六內(nèi)力組合 單跨排架的A柱與B柱承受荷載的情況相同，故僅對(duì)A柱在各種荷載作用下的內(nèi)力進(jìn)行組合。表1為A柱在各種荷載作用下內(nèi)力匯總表，表2為A柱承載力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的基本組合，表3為A柱正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合及準(zhǔn)永久組合。 表1為A柱在各種荷載作用下內(nèi)力匯總表荷載種類恒荷載屋面活荷載風(fēng)荷載吊車荷載左風(fēng)右風(fēng)T()T()荷載編號(hào)12345678-5.135-1.5136.93-48.43-33.52-33.5220

9、.18-20.18272.9875.6-4.28-1.0826.38-34.59-23.94-23.9414.42-14.42227.4854.0-3.205-1.5136.93-48.43133.080.00420.18-20.18297.975.6555.35121.912.67-1.0826.38-34.5995.06014.42-14.42248.2554.0396.6987.08-22.424.20332.81-297.4348.6-81.9188.99-188.99366.2375.6555.35121.912.120.6348.63-37.48-9.31-9.3118.62-18

10、.6218.683.0237.72-212.4534.71-58.5134.99-134.99305.1954.0396.6887.081.770.4534.74-26.77-6.65-6.6513.3-13.3 注：（1）內(nèi)力的單位是kN·m，軸力的單位是kN，剪力的單位是kN；（2）表中彎矩和剪力符號(hào)對(duì)桿端以順時(shí)針為正，軸向力以壓為正；（3）表中第1項(xiàng)恒荷載包括屋蓋自重、柱自重、吊車梁及軌道自重；（4）組合時(shí)第3項(xiàng)與第4項(xiàng)、第5項(xiàng)與第6項(xiàng)、第7項(xiàng)與第八項(xiàng)二者不能同時(shí)組合；（5）有T作用時(shí)候必須有Dmax或Dmin同時(shí)作用。表2為A柱承載力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的基本組合組合荷載組合內(nèi)力

11、名稱-由可變荷載效應(yīng)控制的組合（簡(jiǎn)化規(guī)則）1+0.9(2+3)1+0.9(3+5+7)1+0.9(2+3+5+7)26.74341.02174.38797.72539.56934.0954.831+0.9(4+6+8)1+0.9(2+4+6+8)1+0.9(4+6+8)-97.05272.98-59.91475.66-489.67475.92-56.751+0.9(2+4+6+8)1+0.9(2+3+5+7)1+0.9(2+3+5+7)-98.41341.02172.84865.76539.56934.0954.831+0.9(4+6+8)1+0.9(4+6+8)1+0.9(4+6+8)-97

12、.05272.98-58.84407.62-489.07475.95-56.75注：由永久荷載效應(yīng)控制的組合：其組合值不是最不利，計(jì)算從略。七柱子設(shè)計(jì) 1.上柱配筋計(jì)算 從表2中選取兩組最不利的內(nèi)力 M1=-97.05kN·m；N1=272.98kN。 M2=-98.41N·m；N2=341.02kN。(1) 先按M1，N1計(jì)算l0/h=2×3600/400=18>5,故需要考慮縱向彎曲影響，其截面按對(duì)稱配筋計(jì)算，偏心距為： e0=M1/N1=97.05/272.98=0.356m ea=h/30=400/30=13.33mm20mm，取20mm ei=e0

13、+ea=356+20=376mm c=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.6×105/(272.98×103)=4.19>1.0 取c=1.0 則e=sei+h/2-as=1.21×376+400/2-40=614.96mm b=0.518 N1fcbh0=N/(1fcbh0)=272.98×103/(1.0×14.3×400×360)=0.132<b h0=0.132×360=47.52mm<2as=80mm 不滿足 則取x=2as=80mm來(lái)計(jì)算，e=sei-h/2+a

14、s=1.21×376-400/2+40=294.96mm選用320，,故截面一側(cè)鋼筋截面面積；同時(shí)柱截面總配筋。 (2)再按M2，N2計(jì)算（M2=-98.41N·m；N2=341.02kN） e0=M2/N2=98.41/341.02=0.289m ea=h/30=400/30=13.33mm20mm，取20mm ei= e0+ea=289+20=309mm c=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.6×105/(341.02×103)=3.35>1.0 取c=1.0 則e=sei+h/2-as=1.25×309+4

15、00/2-40=546.25mm b=0.518 N1fcbh0=N/(1fcbh0)=341.02×103/(1.0×14.3×400×360)=0.167<b h0=0.167×360=59.62mm<2as=80mm 不滿足 則取x=2as=80mm來(lái)計(jì)算，e=sei-h/2+as=1.25×309-400/2+40=226.25mm <320， （3） 垂直于排架方向的截面承載力驗(yàn)算 查表知垂直于排架方向的上柱計(jì)算長(zhǎng)度 2.下柱配筋計(jì)算 從表2中選取兩組最不利的內(nèi)力 M1=539.56N·m；N1=

16、934.09kN。 M2=-489.67kN·m；N2=475.92kN。(1) 先按M1，N1計(jì)算l0/h=9070/900=10.08>5,故需要考慮縱向彎曲影響，其截面按對(duì)稱配筋計(jì)算，其偏心距為： e0=M1/N1=539.56/934.09=0.578m ea=h/30=900/30=30mm>20mm ei= e0+ea=578+30=608mm c=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.875×105/(934.09×103)=1.44>1.0 取c=1.0 先按大偏心受壓計(jì)算相對(duì)受壓區(qū)高度x，并假定中和軸通過(guò)翼

17、緣，則有， x=N/(1fcbf)=934.09×103/(1.0×14.3×400) =163.30mm>2as=80mm >hf=162.5mm,說(shuō)明中和軸不在翼緣內(nèi)。e=sei+h/2-as=1.10×608+900/2-40=1078.8mm采用518， (2)再按M2，N2計(jì)算（M2=-496.74kN·m；N2=475.92kN） e0=M2/N2=496.74/475.92=1.044m ea=h/30=900/30=30mm>20mm ei= e0+ea=1044+30=1074mmc=0.5fcA/N=0.5

18、×14.3×1.875×105/(519.65×103)=2.58>1.0 取c=1.0x=N/(1fcbf)=475.92×103/(1.0×14.3×400)=83.20mm>2as=80mm e=sei+h/2-as=1.05×1074+900/2-40=1537.7mm >518，采用722， 綜合兩組計(jì)算結(jié)果，最后下柱鋼筋截面面積每側(cè)選用(722，) （3）垂直于排架方向的截面承載力驗(yàn)算 查表知，有柱間支撐時(shí)，垂直于排架方向的下柱計(jì)算長(zhǎng)度 3.柱裂縫寬度驗(yàn)算 裂縫寬度按內(nèi)力的準(zhǔn)永久組合值

19、進(jìn)行驗(yàn)算。風(fēng)荷載的故不考慮風(fēng)荷載。(1)上柱裂縫寬度驗(yàn)算控制截面-的準(zhǔn)永久內(nèi)力值： e0=Mq/Nq=96mm,因此可知裂縫寬度較小不必驗(yàn)算裂縫寬度。 (2)下柱裂縫寬度驗(yàn)算 對(duì)-截面內(nèi)力組合+Mmax及相應(yīng)的N的情況進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。 e0=Mq/Nq=0.457m te=As/Ate=As/0.5bh+（bf-b）hf =2661/0.5×100×900+(400-100)×162.5=0.028因?yàn)?l0/h=10.75<14；s=1.0則e=se0+h/2-as=1.0×457+900/2-40=867mmf=(bf-b)hf/(bh0)=

20、(400-100)×162.5/(100×900)=0.542z=0.87-0.12(1-f)(h0/e)2h0 =0.87-0.12(1-0.542)×(860/867)2×860 =701.69mm 按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的縱向受拉鋼筋應(yīng)力 sq=Nq(e-z)/(zAs)=579620×(867-701.69)/(701.69×2661)=51.32N/mm2裂縫間鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)為: =1.1-0.65ftk/(te·sk) =1.1-0.65×2.01/(0.028×51.32)=0.1914.

21、箍筋配置 由于該廠房處于非地震區(qū)，故對(duì)上、下柱均采用8200，在牛腿處箍筋加密為8100. 5.柱的牛腿設(shè)計(jì)(1)荷載計(jì)算 (2)截面尺寸驗(yàn)算 h1=100mm, h=600mm,b=400mm, 則h0=600-40=560mm， a=-150+20=-130mm<0，故取a=0，ftk=2.01N/mm2，F(xiàn)hk=0,=0.65。 (1-0.5Fhk/Fvk)ftkbh0/(0.5+a/h0) =0.65×2.01×400×560/0.5 =585.31kN>Fvk=451.20kN <450,故滿足要求。(3)配筋計(jì)算 由于a=-130mm

22、，故可按構(gòu)造要求配筋。水平縱向受拉鋼筋截面面積 ，采用514，As=769mm2， 其中214是彎起鋼筋。 6.柱的吊裝驗(yàn)算 (1)計(jì)算簡(jiǎn)圖 查表知排架柱插入基礎(chǔ)杯口內(nèi)的高度h1=0.9×900=810mm，取h1=850mm，故柱總長(zhǎng)為3.60+9.07+0.85=13.52m。 采用就地翻身起吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿下部處，因此起吊的支點(diǎn)有兩個(gè)：柱底和牛腿底，上柱和牛腿是懸臂的，計(jì)算簡(jiǎn)圖如左圖所示。 （2）荷載計(jì)算 吊裝時(shí)，應(yīng)考慮動(dòng)力系數(shù)=1.5，柱自重的重力荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.35。 （3）彎矩計(jì)算 由MB=0知， 令 M3=36.37×3.83-0.5×9.5

23、15;3.832=69.62kNm （4）截面受彎承載力及裂縫寬度驗(yàn)算 上柱： 裂縫寬度驗(yàn)算： =1.1-0.65ftk/(te·sk) =1.1-0.65×2.01/(0.01×162.70)=0.297 下柱： 裂縫寬度驗(yàn)算： (前面已計(jì)算) =1.1-0.65ftk/(te·sk) =1.1-0.65×2.01/(0.028×57.31)=0.29 八基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 1.作用在基礎(chǔ)底面的內(nèi)力 （1）基礎(chǔ)梁、過(guò)梁和圍護(hù)墻的重力荷載 每個(gè)基礎(chǔ)承受的圍護(hù)墻寬度為計(jì)算單元的寬度B=6m，墻高 11.52+2.3+1.15-0.5×3

24、=13.47m。墻上有上、下單框雙玻璃塑鋼窗，窗寬 4.8m，上、下窗高分別為2.0m和4.8m，窗自重0.45kN/m2，故由墻體和基礎(chǔ)梁傳來(lái)的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值Nwk和設(shè)計(jì)值Nw： 基礎(chǔ)梁和過(guò)梁自重 （0.3×0.5+0.2×0.5×2）×6×25=52.5kN 圍護(hù)墻自重 12×0.3×6×13.47-（2.0+4.8）×4.8=173.45kN 窗戶自重 0.45×4.8×（4.8+2.0）=14.69kN Nwk=240.64kN Nw=1.2×240.64=288.7

25、7kN Nwk或Nw對(duì)基礎(chǔ)的偏心距 eW=150+450=600mm 對(duì)基礎(chǔ)底面的偏心彎矩 （2）柱傳來(lái)的第組內(nèi)力 控制截面的內(nèi)力組合-Mmax及相應(yīng)的N、V為 N=519.65kN（） V=+56.72kN（） 對(duì)基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的內(nèi)力設(shè)計(jì)值為 Mb=-489.07-56.72×1.1（基礎(chǔ)高度）=-551.46kNm（逆時(shí)針） Nb=519.65kN（） Vb=56.72kN（） 這組內(nèi)力的標(biāo)準(zhǔn)值為 （） （） 對(duì)基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值為： Mbk=-329.213-38.965×1.1（基礎(chǔ)高度）=-372.07kNm（逆時(shí)針） Nbk=392.27kN（） Vbk=3

26、8.965kN（） （3）柱傳來(lái)的第組內(nèi)力 N=934.09kN（） V=54.83kN（） 對(duì)基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的內(nèi)力設(shè)計(jì)值為 Mb=539.56+54.83×1.1（基礎(chǔ)高度）=599.873kNm（順時(shí)針） Nb=934.09kN（） Vb=54.83kN（） 這組內(nèi)力的標(biāo)準(zhǔn)值為 （） （） 對(duì)基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值為： Mbk=377.29+41.48×1.1（基礎(chǔ)高度）=422.918kNm（順時(shí)針） Nbk=739.67kN（） Vbk=41.48kN（） 2.初步確定基礎(chǔ)尺寸 （1）基礎(chǔ)高度和杯口尺寸 已知柱插入深度為850mm，故杯口深度為850+50=900m

27、m。杯口頂部尺寸：寬為400+2×75=550，長(zhǎng)為900+2×75=1050mm；杯口底部尺寸：寬為 400+2×50=500mm，長(zhǎng)為900+2×50=1000mm。 查表取杯壁厚度t=300mm，杯底厚度a1=200mm。 據(jù)此，初步確定基礎(chǔ)高度為900+200=1100mm。 （2）確定基礎(chǔ)底面尺寸 基礎(chǔ)埋深為d=0.15+1.0+1.10=2.25m>d凍深=2m，取基礎(chǔ)底面以上土的平均重度，d=1.6，則修正后的地基承載力特征值為 控制截面-的最大軸向力標(biāo)準(zhǔn)值 按軸心受壓估算基礎(chǔ)底面尺寸 考慮到偏心等影響，將基礎(chǔ)再放大30%左右，取l=

28、2.6m，b=3.4m。 基礎(chǔ)底面積 A=l×b=2.6×3.4=8.84m2 基礎(chǔ)底面彈性抵抗拒 W=1/6×l×b2=1/6×2.6×3.42=5.01m2。 3.地基承載力驗(yàn)算 基礎(chǔ)及上方土的重力標(biāo)準(zhǔn)值 Gk=m·A·H=20×2.6×3.4×2.25=397.8kN (1)按第組內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值驗(yàn)算 軸向力 NWk+Nbk+Gk=240.60+392.27+397.8=1030.67kN 彎矩 MWk+Mbk=144.38+372.07=516.45kNm 偏心距 則 ，均滿足。 (1)按第組內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值驗(yàn)算 軸向力 NWk+Nbk+Gk=240.64+739.67+397