單層廠房計(jì)算書

1、單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書1. 設(shè)計(jì)資料本設(shè)計(jì)方案為左跨吊車C2,右跨吊車C1，牛腿頂標(biāo)高m，跨度27m，柱距6m2. 柱截面尺寸確定確定柱高度估計(jì)根底埋深m，根底咼m，室外地坪標(biāo)咼m。A,C柱頂標(biāo)咼 += m中柱總高 H =+= m下柱高H | =+=m上柱高Hu =m確定柱截面尺寸根據(jù)柱的高度、吊車起重量及工作級(jí)別等條件，由混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，6m柱距單層廠房矩形、工字形截面柱截面尺寸限值并參考廠房柱截面形式和尺寸參考表確定柱截面尺寸，見表1確定柱截面慣性距排架平面內(nèi)慣性矩A柱、C柱上柱:Iubh3140034003 21.33 108 4 mm1212下柱:I|丄400800313300 450

2、4 115025(450今212122(23B柱上柱:Iubh3丄400600372.00 108mm 41212下柱:I|14008003131300 45034 -15025 (450今21212223表1柱截面計(jì)算參數(shù)7十算 參數(shù)柱號(hào)截面尺寸/ mm面積/ mm2慣性矩 / mm4自重/ ( kN/m)A C上柱矩 400 400下柱B上柱矩 400 600下柱本案僅取一榀排架進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算單元和計(jì)算簡圖如圖1所示。圖1計(jì)算單元和計(jì)算簡圖3. 荷載計(jì)算恒荷載20.4kN /m0.4kN /m220.4kN /m20.05kN /m0.75kN /m21.4kN /m22.02kN/m 6

3、m 12.12kN38.30kN / 榀122kN/ 榀3.1.1 屋蓋恒載防水層20mn厚水泥砂漿找平層100mn厚珍珠巖制品保溫層隔氣層30mn厚細(xì)石混凝土面層預(yù)應(yīng)力大型屋面板天溝板天窗屋架自重那么作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)重力荷載設(shè)計(jì)值為:3.1.2 吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計(jì)值3.1.3 柱自重重力荷載設(shè)計(jì)值A(chǔ)柱、C柱上柱G 4A G 4C i.2 4.0 2.45ii.76kN下柱G 5A G5C i.2 4.44 i0.354.88kNB柱上柱G 4Bi.2 6.0 2.45 i7.64kN下柱G5Bi.2 4.44 i0.3 54 .88kN各項(xiàng)恒載作用位置如圖 2 所示圖2 恒荷載作用

4、位置圖單位： kN屋面活荷載屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 0.7kN / m2 ，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 0.4kN / m2 ，后者小于前者，故僅按 前者計(jì)算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計(jì)值為：Qi的作用位置與Gi作用位置相同，如圖2所示。風(fēng)荷載風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按式 wk z s Zw0 計(jì)算，其中 w0 0.50kN/m2， z i.0 ， Z 根據(jù)廠 房各局部標(biāo)高及 B 類地面粗糙度由查表確定如下：柱頂標(biāo)高 m Zi.000檐口標(biāo)高 m Zi.0i7屋頂標(biāo)高 m Zi.045s如圖3a所示，由式Wk z s zWo可得排架迎風(fēng)面及背風(fēng)面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別 為：當(dāng)a 4h時(shí)， 取Ms 0.2當(dāng)a 4h時(shí)， 取蟲

5、0.6圖 3 風(fēng)荷載體型系數(shù)及排架計(jì)算簡圖那么作用于排架計(jì)算簡圖圖3b上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為：吊車荷載 200/50 kN 吊車參數(shù)：B 6.39m, K 5.0m, g 69.77kN, Q 200kN,Fp,max 230kN, Fp,min 60kN ； 160/32 kN 吊車參數(shù)：B 6.39m, K 5.0m,g 63.26kN, Q 160kN, Fp,max 205kN, Fp,min 91kN ；根據(jù) B 及 K,可算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對(duì)應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)值。如圖4所示。3.4.1 吊車豎向荷載A柱C柱圖4吊車荷載作用下支座反力影響線A柱與C柱的吊車荷載作用下的支座反力影

6、響線圖形相同3.4.2 吊車橫向水平荷載作用于每一個(gè)輪子上的吊車橫向水平制動(dòng)力作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設(shè)計(jì)值4. 內(nèi)力分析該廠房為兩跨等高排架，可用剪力分配法進(jìn)行排架內(nèi)力分析。其中柱的剪力分配系數(shù)i結(jié)果如表2。表2柱剪力分配系數(shù)柱別A、C柱B柱恒載作用下排架內(nèi)力分析恒載作用下排架的計(jì)算簡圖如圖 5a所示。圖中的重力荷載G及力矩M是根據(jù)圖2確定的，即A柱、C柱GiG1441.20kN ； G2 G3A G4A 55.56 11.76 67.32kNG3G5A54.88kN ; M1G1e1A 441.2 0.05 20.06kNB柱G5G4BG317.64 55.56 2 128.76k

7、N由于圖5a所示排架為對(duì)稱結(jié)構(gòu)且作用對(duì)稱荷載，排架結(jié)構(gòu)無側(cè)移，故各柱可按柱頂為不動(dòng)鉸支座計(jì)算內(nèi)力柱頂不動(dòng)鉸支座反力Rj可根據(jù)教材表所列的相應(yīng)公式計(jì)算。對(duì)于A柱、C 柱,nA 0.149,0.203 那么A柱、C柱C121 丄31.768，C3313丄 12nA1 21.3733 11 1本例中Rb0。求得Ri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5b，c。力為該截面以上重力荷載之和，恒載作用下排架結(jié)構(gòu)的彎矩圖和軸力圖分別見圖圖5d為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負(fù)號(hào)規(guī)定。圖5恒載作用下排架內(nèi)力圖屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析4.2.1 AB跨作用屋面活荷載排架計(jì)算簡圖如圖6a所示

8、。其中Q179.38kN，它在柱頂及變階處引起的力矩為M1A 79.38 0.05 3.97kN m對(duì)于 A柱，G 1.768，C31.544，貝U對(duì)于 B柱，n 0.513，0.192，貝U那么排架柱頂不動(dòng)鉸支座總反力為：將R反向作用于排架柱頂，用式 V RaaR 1.79 0.270 0.81 1.03kN()計(jì)算相應(yīng)的柱頂剪力，并與柱頂不動(dòng)鉸支座反力疊加，可得屋面活荷載作用于AB跨時(shí)的柱頂剪力，即圖6AB跨作用屋面活荷載時(shí)排架內(nèi)力圖422BC 跨 作 用 屋 面 活 荷 載3.971.60715.8812.161.1840.1031.2863.68B13.22C3.1516.1879.3

9、879.3879.3879.3811.91由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱AB BC跨相同，將圖位置和方向調(diào)整一下即可。圖7BC跨作用屋面活荷載時(shí)排架內(nèi)力圖風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析4.3.1 左吹風(fēng)時(shí)計(jì)算簡圖如圖8a所示。對(duì)于A C柱，門人0.149，0.203，由表得:314丄 1A 柱 C11 n0.3613 181 1n各柱頂剪力分別為：排架內(nèi)力圖如圖8b所示。a圖8 左吹風(fēng)時(shí)排架內(nèi)力圖4.3.2 右吹風(fēng)時(shí)將 A、 C 柱內(nèi)力符號(hào)對(duì)換，且內(nèi)力符號(hào)改變即可。排架內(nèi)力圖如圖 9b 所示。a圖9 右吹風(fēng)時(shí)排架內(nèi)力圖 吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析441dU乍用于A柱計(jì)算簡圖如圖10a所示。其中吊車豎向荷載Dmax ,

10、 Dmin在牛腿頂面處引起的力矩為:對(duì)于 A 柱， C3 1.373 ，那么對(duì)于 B柱，n 0.503，0.192，由表 2.5.2 得:排架各柱頂剪力分別為 :排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖10b、c 所示。圖10 Dmax作用在A柱時(shí)排架內(nèi)力圖4.4.2 Dmax作用于B柱左計(jì)算簡圖如圖11a所示，Ma，Mb計(jì)算如下：柱頂不動(dòng)鉸支座反力RA，RB及總反力R分別為： 各柱頂剪力分別為:排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖11b、c 所示。圖11 Dmax作用在B柱左時(shí)排架內(nèi)力圖4.4.3 Dmax作用于B柱右計(jì)算簡圖如圖12a所示，Mb, Mc計(jì)算如下：柱頂不動(dòng)鉸支座反力Rb,

11、Rc及總反力R分別為：各柱頂剪力分別為：排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖12a、b、c所示圖12 Dmax作用在B柱右時(shí)排架內(nèi)力圖444Dmax作用于C柱計(jì)算簡圖如圖13a所示，Mb, Me計(jì)算如下：柱頂不動(dòng)鉸支座反力Rb,Rc及總反力R分別為：各柱頂剪力分別為：排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖13b、c所示。圖13 Dmax作用在C柱時(shí)排架內(nèi)力圖4.4.5Tmax作用于AB跨柱當(dāng)AB跨作用吊車橫向水平荷載時(shí)，排架計(jì)算簡圖如圖14a所示。對(duì)于n 0.149,0.203,由表 得 a(2.45 1.2/2.45 0.510 ;對(duì)于 B 柱，n 0.503,A柱，0.192 ,2

12、3a3 (2a)(1)(23a)C5n312 1(-1)n0.758C52 3a23(2a)(1 a )(23a)0.783排架柱頂總反力R為:各柱頂剪力為:排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖14b所示。圖14 Tmax作用于AB跨時(shí)排架內(nèi)力圖446Tmax作用于BC跨柱當(dāng)BC跨作用吊車橫向水平荷載時(shí)，排架計(jì)算簡圖如圖15a所示。對(duì)于 B柱,n 0.503,0.192，由表 得 a (2.45 1.2) 2.45 0.510； 對(duì) 于 C 柱：n 0.149,0.203，貝U22 3a 3(2 律1 a)(2 3a)B 柱 C5 n0.783312 13( 1)n22 3a 3 (2a)(1 a

13、)(23a)丄、nC 柱 C50.758312 1 3( 1)n排架柱頂總反力R為：各柱頂剪力為：排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖15b所示。圖15 Tmax作用于BC跨時(shí)排架內(nèi)力圖5. 內(nèi)力組合控制截面分別取上柱底部截面1-1 ,牛腿頂截面11-11 和下柱底截面山-山，按公 式求得最不利的內(nèi)力值，見表3, 4。在每種荷載效應(yīng)組合中，對(duì)矩形和工字型截面柱均應(yīng)考慮以下四種不利內(nèi)力組合：(1) +Mmax及相應(yīng)的N, V；-M max 及相應(yīng)的N, V;(3)Nmax及相應(yīng)的M V；(4) Nmin及相應(yīng)的M V對(duì)柱進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)，內(nèi)力采用標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)只需對(duì)e°/h0>0.5

14、5的柱進(jìn)行驗(yàn)算柱號(hào)及 正向內(nèi) 力何載類別恒載屋面活荷載吊車豎向荷載吊車水平荷載風(fēng)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(fēng)右風(fēng)序號(hào)?I -I士士II -士士II士士皿-皿士士表4A柱內(nèi)力組合表內(nèi)力組合 截面+ M max及相應(yīng)的N , V-Mmax及相應(yīng)的N , VN max及相應(yīng)的M , VN min及相應(yīng)的M , Vi -1+ + (+)+ +?+ + +n - n+ + + + +?+ +?山-山+ + + + +?+X+X +?6. 柱截面設(shè)計(jì)混凝土等級(jí)強(qiáng)度為C30, fc 14.3N/mm2 ,仏 2.01N/mm2

15、 ；采用HRB40(級(jí)鋼筋， fy fy' 360N/mm2, b 0.518。上下柱均采用對(duì)稱配筋。上柱配筋計(jì)算由表7可見，上柱截面共有4組內(nèi)力。取h0400 40360mm。軸力較小的一組，即由標(biāo)準(zhǔn)查得有吊車廠房排架方向上柱的計(jì)算長度I。 2 2.45 4.9m。附加偏心距ea 取 20 mm (大于 400/30 mm)。由|°h 4900 40012.25> 5,故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù) 小由|° ：h 4900 40012.25>5,故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù) 耳取x 2as'進(jìn)行計(jì)算。按構(gòu)造配筋，選 316 (As 603mm2。，貝U A

16、s/(bh)603 /(400 400)0.37%> 0.2% ,滿足要求。由標(biāo)準(zhǔn)得垂直于排架方向柱的計(jì)算長度I。1.25 2.45 3.063m,那么l°/b3063/4007.66,1.0。Nu 0.9 (fcA fy'As') 0.9 1.0 (14.3 400 400 360 603 2) 3352.10kN > N max 滿足彎矩作用平面外的承載力要求。下柱配筋計(jì)算取h0800 40760mm。與上柱分析方法類似，在表 7的8組內(nèi)力中，選取以下兩組不利內(nèi)力：(1。按 M 591.19kN m，N 1029.74kN 計(jì)算下柱計(jì)算長度取丨01.0

17、H|10.3m。附加偏心距ea 800/30 27mm (大于20mm。b 100mm , bf' 400mm , hf' 150mm。由10 ：h 10300 800 12.88眾，故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù) n。> 5由l°h 10300 80012.88<，故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù) n故為大偏心受壓。先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，那么(2)按 M 90.90kN m，N 563.4kN 計(jì)算下柱計(jì)算長度取l01.0Hl 10.3m。附加偏心距ea 800/30 27mm (大于20mm )。b 100mm,bf' 400 mm , hf' 150

18、 mm。由l°fh 10300 80012.88:，故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù) n。由l.'h 10300 800 12.88:；5，故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù) n故為大偏心受壓。先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，那么綜合上述計(jì)算結(jié)果，下柱截面選用 618 ( As 1527mm2)。按此配筋，經(jīng)驗(yàn)算柱彎矩 作用平面外的承載力亦滿足要求。柱的裂縫寬度驗(yàn)算?標(biāo)準(zhǔn)?規(guī)定，對(duì)e°/ho 0.55的柱進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算，本設(shè)計(jì)中下柱未出現(xiàn)e°/ho 0.55的內(nèi)力，故不需進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。柱箍筋配置箍筋數(shù)量由構(gòu)造要求控制。根據(jù)構(gòu)造要求，上、下柱均選用8200箍筋。牛腿設(shè)計(jì)根據(jù)吊車梁支

19、承位置、截面尺寸及構(gòu)造要求，初步擬定牛腿尺寸，如圖16所示。其中牛腿截面寬度b 500mm，牛腿截面高度h 600mm,h。565mm。6.5.1 牛腿截面高度驗(yàn)算20.65，ftk 2.01N/mm ,冠 0 (牛腿頂面無水平荷載)a 50 2030mmv0，取a=0，F(xiàn)vk按下式確定:故牛腿截面高度滿足要求圖16牛腿尺寸簡圖6.5.2 牛腿配筋計(jì)算由于a 30mmv0 ,因而該牛腿按構(gòu)造要求配筋，根據(jù)構(gòu)造要求，Asminbh 0.002 500 600 600mm2。實(shí)際選用 4 14(As 616mm2)。水平箍筋選用8100 o柱的吊裝驗(yàn)算采用翻身起吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿下部，混凝土到達(dá)設(shè)計(jì)

20、強(qiáng)度后起吊，柱插入杯口深度為hi 0.9 800720mm, 取 hi 750mm, 那么柱的吊裝時(shí)總長度為2.45 10.3 0.72 13.47m。計(jì)算簡圖如圖17所示。1 1 1ii M MM IJl.*9900*6002450T1MLM1M3圖17柱吊裝計(jì)算簡圖柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載(應(yīng)考慮動(dòng)力系數(shù))，即 在上述荷載作用下，柱各控制截面的彎矩為：1 2由 Mb Ra13 q33 M20 得；2令dM2 RA q3x 0，得 x RA/q3 31.02/8.99 3.45m,那么下柱最大彎矩 M3 為: dx柱截面受彎承載力及裂縫寬度驗(yàn)算過程見表9。表9柱吊裝階段承載力及裂縫寬

21、度驗(yàn)算表柱截面上柱下柱>x =>x =7. 根底設(shè)計(jì)GB50007-2002?建筑地基根底設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?規(guī)定，對(duì)于 6m柱距的單層多跨廠房，其地 基承載力特征值160kN/m2 fkv200kN/m2、吊車起重量160200kN、廠房跨度I 30m、 設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)時(shí)，可不做地基變形驗(yàn)算。本案滿足上述要求，故可不做地基變形驗(yàn)算。根底混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用 C30,下設(shè)100 mm厚C10的混凝土墊層。作用于根底頂面上的荷載計(jì)算作用于根底頂面上的荷載包括柱底(川-川截面)傳給根底的 M N, V以及外墻自重 重力荷載，前者可由表8中的川-川截面選取，見表10，其中內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)組合值用于地基承 載

22、力驗(yàn)算，根本組合值用于受沖切承載力驗(yàn)算和底板配筋計(jì)算，內(nèi)力的正負(fù)號(hào)見圖18b。表10根底設(shè)計(jì)的不利內(nèi)力組別何載效應(yīng)根本組合荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合第一 組第二 組第三 組圖18根底荷載示意圖由圖18a可見，每個(gè)根底承受的外墻總寬度為 6.0m，總高度為14.65m，墻體為240mm 雙面粉刷墻(5.24kN/m2 )塑鋼窗(0.45kN/m2 )，根底梁截面為250mm 600mm(4.2kN / m)，每個(gè)根底承受的自由墻體傳來的重力荷載為:240m m厚雙面粉刷墻5.246 14.65 (4.8 1.8) 4.2315.34kN塑鋼窗0.45 (4.8 1.8) 4.2 12.47kN根底梁6 4

23、.2 25.2kNN wk距根底形心的偏心距ew為:7.2 基底尺寸及埋置深度7.2.1 按構(gòu)造要求擬定高度柱的插入深度h10.9hc0.9800mm720mm800mm，取 h1800mm。杯底厚度 ai 應(yīng)大于 200 mm，取 ai 250mm，貝U h 850 250 50 1100mm。根底頂面標(biāo)高為m ,故根底埋置深度d為：杯壁厚度t 300mm ,取325mm ;根底邊緣高度a2取400mm，臺(tái)階高度取500mm，見 圖 18b。7.2.2 擬定根底底面尺寸適當(dāng)放大，取 A bl 4.2 2.5 10.50m2。7.2.3 計(jì)算基底壓力及驗(yàn)算地基承載力基地壓力按式k"aX血皿計(jì)算，結(jié)果見表11；按p匹竺仏fa且A W2Pk.minPk,max 1.2fa驗(yàn)算地基承載力，其中1耳 1.2 190 228kN/m2，驗(yàn)算結(jié)果見表11?？梢姡?/p>