單層廠房結構課程計算書

1、單層廠房課程設計設計1 設計資料2 設計題目：某金屬裝配車間雙跨等高廠房3 設計內(nèi)容：4 計算排架所受的各項荷載。5 計算各種荷載作用下的排架內(nèi)力（對于吊車荷載不考慮廠房的空間作用）6 柱及牛腿設計，柱下單獨基礎設計。7 繪施工圖：柱模板圖和配筋圖，基礎模板和配筋圖。8 設計資料：9 金屬結構車間為兩跨廠房，跨度均為24m，廠房總長60m，柱距6m。廠房剖面如例圖-1。10 廠房每跨內(nèi)設兩臺吊車，A5級工作制，吊車的有關參數(shù)見例表-1。11  吊車的有關參數(shù)參數(shù)表 例表-1起重量橋跨輪距吊車寬起重機總量小車重最大輪壓吊車頂至軌頂軌中至車外端最小輪壓20/5t16.5400052002

2、2368.6174209423037.5建設地基本雪壓0.4KN/m2,基本風壓0.4KN/m2。廠區(qū)自然地坪下1.4m為回填土，土的天然重度為16KN/m2，回填土的下層3.5m為棕黃粘土，地基承載力特征值fa=200，土的天然重度為17KN/m2，棕黃粘土的下層1.8m為棕紅粘土，土的天然重度為17KN/m。 廠房標準構件選用及荷載標準值屋架采用24m預應力折線型屋架，自重標準值95屋架。吊車梁選用鋼筋混凝土等截面吊車梁，梁高900mm，自重標準值39KN/ 根，軌道及零件自重0.8KN/m，軌道及墊層構造高度200mm。鋼窗，無天窗。維護墻采用240mm厚面粉刷墻，自重4.75KN/m2

3、。鋼窗：自重0.45KN/m2，每開間側窗面積，維護墻直接支撐與基礎梁上，基礎梁截面240*450mm。基礎梁自重2.7KN/m材料：混凝土強度等級為C30，柱的縱向鋼筋采用HRB335級，其余鋼筋采用I級。屋面卷材防水做法及荷載標準值如下：綠豆砂保護層 二氈三油放水層：0.35KN/m2 20厚水泥砂漿找平層：20 KN/m2 80厚泡沫砼保溫層：8KN/m2預應力砼大型屋面板：1.40KN KN/m2.1、結構構件選型及柱截面尺寸確定因該廠房跨度為24m，且柱頂標高大于8m，故采用鋼筋混凝土排架結構。為了使屋蓋具有較大剛度，選用預應力混凝土折線型屋架及預應力混凝土屋面板。選用鋼筋混凝土吊車

4、梁及基礎梁。由圖1可知柱頂標高為9.6m，牛腿頂面標高為6m；設室內(nèi)地面至基礎頂面的距離為0.5m，則計算簡圖中柱的總高度H，下柱高度Hl，和上柱高度Hu分別為：10.1m0.5mm.9.6=+=Hm6.3.5m6m1.10u=-=H圖1 廠房剖面圖根據(jù)柱的高度、吊車起重量及工作級別等條件，可確定柱的截面尺寸，見表1。表1 柱截面尺寸及相應的計算參數(shù)計算參數(shù) 柱號截面尺寸/面積/慣性矩/自重/A，C上柱矩4004001.610521.31084.0下柱I4009001001501.875105195.381084.69B上柱矩4006002.4105721086.0下柱I400100

5、01001501.975105256.341084.94 本設計僅取一榀排架進行計算，計算單元和計算簡圖如圖2所示。 圖2 計算單元和計算簡圖 2.荷載計算1.恒載屋蓋恒載 綠豆沙漿保護層 二氈三油防水層 20厚水泥砂漿找平層 80厚泡沫混凝土保溫層 預應力混凝土大型屋面板（包括灌縫） 屋蓋鋼支撐 總計 屋架重力荷載為80kN/榀，則作用于柱頂?shù)奈萆w結構的重力荷載設計值為：.38kN29380/2kN)24/2m6mkN/m84.2(2.11=+´´´=G (2) 吊車梁及軌道重力荷載設計值： (3)柱自重重力荷載設計值 A、C柱: 上柱： 下柱: B柱

6、: 上柱: 下柱: 各項恒載作用位置如圖3所示。 圖3 荷載作用位置圖 （單位：kN） 2.屋面活荷載 屋面活荷載標準值為，雪荷載標準值為，后者小于前者，故僅按前者計算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設計值為： .4kN5024/2m6mkN/m5.04.121=´´´=Q 的作用位置與作用位置相同，如圖2-56所示。3.風荷載風荷載的標準值按計算，其中根據(jù)廠房各部分標高(圖2-54)及B類地面粗糙度確定如下： 柱頂(標高) 檐口(標高) 屋頂(標高) 如圖4所示，則由上式可得排架迎風面及背風面的風荷載標準值分別為：  圖4 風荷載體型系數(shù)及計算簡圖&

7、#160; 則作用于排架計算簡圖(圖4)上的風荷載設計值為: 4.吊車荷載 由任務書可得吊車的參數(shù)為, 根據(jù)及可算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對應點的豎向坐標值如圖5所示。 (1)吊車豎向荷載吊車豎向荷載設計值為：Dmax=0.9×maxyi=0.9×1.4×174kN×(10.80.1330.333)=496.798kNDmin=0.9×minyi=0.9×1.4×37.5kN×(10.80.1330.333)=107.069kN(2)吊車橫向水平荷載作用于每一個輪子上的吊車橫向水平制動力為：作用于排架柱上的吊

8、車橫向水平荷載設計值為： Tmax=0.9×Tyi=0.9×1.4×6.715kN×(10.80.1330.333)=19.17kN 圖5 吊車荷載作用下支座反力影響線 3.排架內(nèi)力分析該廠房為兩跨等高排架，可用剪力分配法進行排架內(nèi)力分析。其中柱的剪力分配系數(shù)計算，見表2。表2 柱剪力分配系數(shù)柱別A、C 柱B 柱kN38.29311=GG;76.08kN17.28kNkN8.58432=+=+=AGGGkN58.3653=AGG; .76kN586kN38.2932214=´=GG kN53.3856=BGG; 143.52kN58.

9、8kN2kN92.252345=´+=GGGB m14.67kNm05.0kN38.293111×=´=eGM m60.03kN0.3m58.8kN-0.25m17.28)kN38.293(×=´´+=由于圖6a所示排架為對稱結構且作用對稱荷載，排架結構無側移，故各柱可按柱頂為不動鉸支座計算內(nèi)力。柱頂不動鉸支座反力可根據(jù)相應公式計算。對于A，C柱，則： 本例中。求得后，可用平衡條件求出柱各截面的彎矩和剪力。柱各截面的軸力為該截面以上重力荷載之和，恒載作用下排架結構的彎矩圖和軸力圖分別見圖6。圖6d為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負號規(guī)定

10、，下同。 圖6 恒載作用下排架內(nèi)力圖 2屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析 (1)AB跨作用屋面活荷載 排架計算簡圖如圖7所示，其中，它在柱頂及變階處引引起的力矩為：mkN52.20.05mkN4.501A×=´=MmkN.6.120.25mkN4.50.2A×=´=MmkN56.70.15mkN4.501B×=´=M對于A柱，,則 對于B柱,，則 ()®»´×=kN33.110.11.781mkN56.711BBCHMR )( 3.08kN1.33kNkN75.1BA®=+=+=

11、RRR將R反作用于柱頂，計算相應的柱頂剪力，并與相應的柱頂不動鉸支座反力疊加，可得屋面活荷載作用于AB跨時的柱頂剪力，即 )( 0.90kNkN08.3277.0kN75.1AAA®=´-=-=RRVh)( 0.04kNkN08.3446.0kN33.1BBB®-=´-=-=RRVh)( kN85.0kN08.3277.0CC¬-=´-=RVh排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力如圖7b，c所示。 圖7 AB跨作用屋面活荷載時排架內(nèi)力圖 （2）BC跨作用屋面活荷載由于結構對稱，且BC跨與AB跨作用荷載相同，故只需將圖2-60中

12、內(nèi)力圖的位置及方向調(diào)整一下即可，如圖8所示。 圖8 BC跨作用屋面活荷載時的排架內(nèi)力圖 3風荷載作用下排架內(nèi)力分析(1）左吹風時計算簡圖如圖9a所示。對于A，C柱, ，得310.0111811133411=úûùêëé÷øöçèæ-+úûùêëé÷øöçèæ-+=nnCll )( kN8.42 0.31 10.1m-2.688kN/m111A

13、72;- = ´ ´=-=HCqR 各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為 (a) (b) 圖9 左吹風時排架內(nèi)力圖(2)右吹風時 計算簡圖如圖10a所示。將圖10b所示A，C柱內(nèi)力圖對換且改變內(nèi)力符號后可得，如圖2-63b所示。 圖10 右吹風時排架內(nèi)力圖4.吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)作用于A柱 計算簡圖如圖11a所示。其中吊車豎向荷載。在牛腿頂面處引起的力矩為：m149.04kN0.3mkN80.4963maxA×=´=eDMm.30kN800.75mkN09.1073minB×=´=eDM對于A柱，則()¬-=´×

14、;-=-=12.14957.01.1004.1493mmkN CHMRAA對于柱，得 )( kN79.4kN33.9kN12.14BA¬-=+-=+=RRR排架各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為：)( 12.79kN4.79kN0.277kN12.14AAA¬-=´+-=-=RRVh)( 11.47kN4.79kN0.446kN33.9BBB®=´+=-=RRVh)( 1.33kN4.79kN0.277CC®=´=RVh排架各柱彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖11b,c所示。圖11 作用在A柱時排架內(nèi)力圖 (1) 作用于B柱左計算簡

15、圖如圖12a所示,計算如下：mkN12.32m3.0kN07.1073minA×=´=eDMmkN60.372m75.0kN80.4963maxB×=´=eDM柱頂不動鉸支反力及總反力分別為：()¬-=´×-=-=kN04.3957.010.1mmkN12.323AACHMR()¬=´×=-=kN30.43174.110.1mmkN60.3723BBCHMR)( kN27.40kN31.43kN04.3BA®=+-=+=RRR各柱頂剪力分別為：)( 14.19kN40.27kN0.27

16、7kN04.3AAA¬-=´-=-=RRVh)( 25.35kN.27kN400.446kN31.43BBB®=´-=-=RRVh)( .15kN1140.27kN0.277CC¬-=´-=RVh排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖12b，c所示 圖12 作用于B柱左時排架內(nèi)力圖（3）作用于B柱右根據(jù)結構對稱性及吊車噸位相等的條件，內(nèi)力計算與作用于B柱左的情況相同，只需將A，C柱內(nèi)力對換并改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ?，如圖13所示。 圖13 作用于B柱右時排架內(nèi)力圖（4）作用于C柱 同理，將作用于A柱情況的A，C柱內(nèi)力對換，并注意改變符

17、號，可求得各柱的內(nèi)力，如圖14所示。 圖14 作用在C柱右時排架內(nèi)力圖 （5）作用于AB跨柱 當AB跨作用吊車橫向水平荷載時，排架計算簡圖如圖15a所示，對于A柱，得，則 ()¬=´-=-=9.87kN0.515kN17.195maxACTR 同理，對于B柱，則：()¬=´-=-=11.46kN0.598kN17.195maxBCTR排架柱頂總反力R為：)( kN33.21kN46.11kN87.9BA¬-=-=+=RRR各柱頂剪力為：)( .96kN321.33kN0.277kN87.9AAA¬-=´-=-=RRVh )(

18、 1.95kN.33kN210.446kN46.11BBB¬-=´+-=-=RRVh )( .91kN521.331kN0.277CC®=´=-=RVh排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖15b所示。當方向相反時，彎矩圖和剪力只改變符號，方向不變。圖15 作用于AB跨時排架內(nèi)力圖(6) 作用于BC跨柱 由于結構對稱及吊車噸位相等，故排架內(nèi)力計算與作用AB跨情況相同，僅需將A柱與C柱的內(nèi)力對換，如圖16所示。 圖16 作用于BC跨時排架內(nèi)力圖 5.內(nèi)力組合以柱內(nèi)力組合為例。表2-24為各種荷載作用下柱內(nèi)力標準值匯總表，表為柱內(nèi)力組合表，這兩表中的控制

19、截面及正號內(nèi)力方向如表2-24中的例圖所示。 對柱進行裂縫寬度驗算時，內(nèi)力采用標準值，同時只需對的柱進行驗算。為此，表2-33中亦給出了和的組合值，它們均滿足的條件，對設計來說，這些值均取自及相應的和一項。 荷載類別恒載屋面活載吊車豎向荷載吊車水平荷載風荷載作用在AB跨作用在BC跨作用在A柱作用在B柱左作用在B柱右作用在C柱作用在AB跨作用在BC跨左風右風 序號123456789101117.480.723.06-46.04-51.0840.14-4.79±8.75±21.2810.5018.55310.6650.4000000000-42.55-11.883.0

20、6103.00-18.9640.14-4.79±8.75±21.2810.50-18.55369.4650.40496.798107.0700000015.49-6.038.5919.86-111.20112.62-13.43±107.61±59.69139.76-107.20406.0450.40496.798107.070000008.930.900.85-12.79-14.1911.15-1.33±15.21±5.9130.8119.10彎矩圖注：單位()，單位，單位。表1.2恒載+1.4屋面活荷載截面組合項及相應的組合項及相應

21、的組合項及相應的組合項及相應的12321.28117.4812321.281320.54361.06310.66361.06310.6613-39.4912-54.4312-54.431-42.55369.46419.86419.86369.461324.08129.4612318.051324.08406.04456.44456.44406.04 123 相應的相應的10.6818.05456.44           注：單位()，單位，單位。  表1

22、.2恒載+1.4吊車荷載截面組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的16978.901579-53.46216978.9016978.90310.66310.66310.66310.661469105.9661579-84.9411469105.966179-68.62811.06464.633811.06369.461468240.86158-203.321468240.86169187.8847.64513.17847.64406.04 169相應的相應的25.99187.8406.04注：單位()，單位，單位。  1.2恒載+1.4風荷載截面組合項及相

23、應的組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的11027.98111-1.0711027.9811027.98310.66310.66310.66310.66110-32.05111-60.50111-60.50111-60.50369.46369.46369.46369.46110155.25111-91.81110155.25110155.25406.04406.04406.04406.04 110相應的相應的39.74155.25406.04           注：單

24、位()，單位，單位。 表2-28 1.2恒載0.91.4（屋面活荷載吊車荷載風載）截面組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的1,23,69,1085.611,57,911-58.0971,23,691085.611,36,91084.962361.06310.66361.06310.661,34,69,10103.3181，25，79，11-108.0891,23,46,91092.6261,7911-82.708766.90500.476812.26369.461,34,68,10351.8381，25，811-283.3461,23,46,810346.4111

25、,36,910304.084803.48547.763848.84406.04 1,23,69,10相應的相應的53.588298.657451.40          注：單位()，單位，單位表2-29 1.2恒載0.91.4（屋面活荷載吊車荷載）截面組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的1,23,6976.161579-41.4021,23,6976.16136976.16361.06310.66361.06310.661,34,6993.8681，25，79-9

26、1.3941,23,46,9 83.176179-66.013766.90500.476812.26369.461,34,68226.0541，25，8-186.8661，23，46，8220.6271369178.3803.48547.763848.84406.04 1，23，6 相應的相應的20.54119.152451.40           注：單位()，單位，單位。  表2-30 1.2恒載0.91.4（屋面活荷載風載）截面

27、組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的1231030.2691110.7851231030.269131029.684361.06310.66361.06310.661310-30.3461211-72.4041211-72.404111-72.404369.46414.82414.82369.461310149.0051211-86.41712310143.5781310149.005406.04451.40451.40406.04 1,23,10相應的相應的38.234143.578451.40     

28、0;     注：單位()，單位，單位。 表2-31 1.2恒載0.91.4（吊車荷載風載）截面組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的1，69，1082.2081,57,911-58.0971691082.2081691082.208310.66310.66310.66310.661，46，910100.5641,57,911-97.3971,46,910100.56417911-82.708766.90455.116766.90369.461,46,810344.1071，58，11-277.9191,46,810

29、344.1071，69，10296.353803.48502.403803.48406.04 1，69，10相應的相應的52.013296.353406.04           注：單位()，單位，單位。  表2-32 1.35恒載+0.71.4屋面活荷載+0.71.4吊車豎向荷載截面組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的組合項及相應的1，23，650.41015-16.0921，23，650.41013649.910384.77349.493384

30、.77349.4931，34，643.3381，25，7-70.9621，23，418.05817-51.221724.76517.544798.68415.6441，34，6105.871125-64.6351，23，46101.65136102.273758.670567.025793.980456.786 1，23，6相應的相應的19.07798.052492.076           注：單位()，單位，單位。 表33 柱內(nèi)力組合表截面組合項及相應的組合項

31、及相應的組合項及相應的組合項及相應的,備注1,2,36,910表1485.611,5,79,11表14-58.0971,23,6表1850.4101,3,69,10表1484.96262.768標準值取自及相應的,項361.06310.66384.77310.66258.8831,4,69表12105.9661,2,57,911表14-108.0891,46,9表12105.9661,79,11表14-82.708 標準值取自及相應的,項811.06500.476811.06369.46 1,3,46,810表14351.8381,2,58,11表14-283.3461,4

32、6,8表12240.861,3,69,10表14304.084219.047標準值取自及相應的,項803.48547.763847.64406.04338.367 1,2,36,910相應的相應的  53.588298.657451.40              注：單位()，單位，單位 6. 柱截面設計以柱為例。混凝土強度等級為,，；采用HRB335級鋼筋，。上、下柱均采用對稱配筋。1上柱配筋計算。 上柱截面共有

33、4組內(nèi)力。取 而截面的內(nèi)力均小于，則都屬于大偏心受壓，所以選取偏心距較大的一組內(nèi)力作為最不利內(nèi)力。即取 ； 吊車廠房排架方向上柱的計算長度。附加偏心矩?。ù笥冢?mm276N10310.7mmN1061.85360=´×´=NMe，296mm20mmmm2760i=+=+=aeee 應考慮偏心距增大系數(shù)。 ， 取 273.197.00.1400mm7200360mmmm296140011140011221200i=´´÷øöçèæ´+=÷øö&#

34、231;èæ+=xxhhlhe mm31.544003.140.1310660c1=´´=bfNxa 且 mm81.1762400mmmm296273.12i=-´=¢+-=¢aheeh ()()220ysmm57240mmmm360mm300mm81.176310660=-´´=¢-¢=¢=NNahfeNAAsS選318，則 滿足要求。 而垂直于排架方向柱的計算長度，則，（內(nèi)插） 滿足彎矩作用平面外的承載力要求。2.下柱配筋計算取與上柱分析方法類似。 而截面的內(nèi)力均小于，則

35、都屬于大偏心受壓。所以選取偏心距最大的一組內(nèi)力作為最不利內(nèi)力。按 計算下柱計算長度取，附加偏心距（大于20）。， mm90.748406040NmmN10084.30460=×´=NMe778.90mm30mmmm90.7480i=+=+=aeee 應考慮偏心距增大系數(shù)且取 , 取 10.10.1900mm6500mm860mm90.778140011140011221200i=´´÷øöçèæ´+=÷øöçèæ+=xxhhl

36、he 先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則 mm15099.70mm400mm3.140.1406040f2fc1=¢<=´´=¢=hNNbfNxa 即中和軸過翼緣 且 ()()mm 1171400mmmm860mmN30040mm450mmmm85.817.4060402=-´+-´=N 選用420 垂直于彎矩作用面的承載力計算： ， 3柱箍筋配置 由內(nèi)力組合表，相應的 驗算截面尺寸是否滿足要求。 kN588.53VkN8.122912298008604003.140.125.025.0max0cc=>=´´´´=Nbhfb 截面滿足要求。 計算是否需要配箍筋： 取 kN40.451kN8041004.810875.13.143.03.055c=>=´=´´´=NAf 30t1058.43607.086010043.10.10.375.107.00.175.1´´+´´´+=+Nbhfl kN588.53kN4.8575.85401max=>=VN可按構造配箍筋，上下柱均選用箍筋。 滿足彎矩作用面的承載力要求。 4柱的裂縫寬度驗算相應于控制上、下柱配筋的最不利內(nèi)力