單層工業(yè)房的設(shè)計(jì)例題

1、單層工業(yè)房設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)資料：1. 工程概況某造紙車間為一單跨單層鋼筋混凝土廠房， 廠房總長66m 跨度27m 柱距6m廠房平面圖如圖（ 1）:4000mmX 5100mm和設(shè)有 20/5t 、10t 各一臺中級工作級別吊車，軌頂標(biāo)高 +。2. 設(shè)計(jì)資料屋面構(gòu)造：二氈三油防水層 （上鋪綠豆砂 ）；20mn厚水泥砂漿找平層;100mn水泥膨脹珍珠巖保溫層;一氈二油隔氣層;20mn厚水泥砂漿找平層;預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板。圍護(hù)結(jié)構(gòu)：ZAOmm厚普通 磚墻，雙面抹 灰；鋼框玻璃窗寬X高4OOOmmX 18OOlmm。地面:鋼筋混凝土地面 , 室內(nèi)外高差 150mm。3設(shè)計(jì)基本原始資料自然條件：基本風(fēng)壓

2、為m2，地面按B類，基本雪壓為m2,屋面活荷載為m2。 地質(zhì)條件： 場地地面以下內(nèi)為填土，填土下層內(nèi)為粉質(zhì)粘土，地基承載力特征值 為240kN/m2,地下水位為。該工程位于非地震區(qū)，不考慮抗震設(shè)計(jì)。4. 材料鋼筋：箍筋為HPB235級鋼筋、受力鋼筋HRB335級鋼筋。混凝土：柱采用C40,基礎(chǔ)采用C20。5設(shè)計(jì)要求1）初步確定排架結(jié)構(gòu)布置方案；2）對結(jié)構(gòu)上部的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件進(jìn)行選型，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置；3）排架的荷載計(jì)算和內(nèi)力分析；4）排架柱的設(shè)計(jì)；5）柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)二、構(gòu)件選型及屋蓋布置 根據(jù)廠房的跨度、吊車起重量的大小、軌頂標(biāo)高，吊車的運(yùn)行空間等初步確定出排 架結(jié)構(gòu)的剖面如圖（ 2）所示。為了保

3、證屋蓋的整體性，屋蓋采用無檁體系。1.屋面板采用X 6m預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板，根據(jù)屋面做法求得屋面荷載，采用標(biāo)準(zhǔn)圖集92G410 （一）中的丫一WB 2,屋面板自重標(biāo)準(zhǔn)值為m2 （包括灌縫自重）。2天溝板 （外天溝排水 ）選用92G410（三）標(biāo)準(zhǔn)圖集中的JGB77 1,自重標(biāo)準(zhǔn)值/ m。3.屋架采用預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架，選用標(biāo)準(zhǔn)圖集 95G415（三），每榀屋架自重 標(biāo)準(zhǔn)值為 120kN。4. 屋蓋支撐 在端部第二開間的屋架端部和跨中設(shè)三道垂直支撐、其他跨相應(yīng)部位設(shè)下弦系桿，端頭第二開間設(shè)下弦橫向水平支撐。5. 吊車梁選用95G425標(biāo)準(zhǔn)圖集中的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土吊車梁， 梁高1200mm,

4、 每根自重標(biāo)準(zhǔn)值，軌道及墊層構(gòu)造高度 200mm,軌道及連接重I kN/m。6. 排架柱排架的上柱截面為矩形 , 下柱采用工字形截面。7. 支撐布置 設(shè)計(jì)采用大型屋面板，可以不設(shè)屋架上弦支撐。根據(jù)構(gòu)造要求，設(shè)置相應(yīng)的屋架下弦支撐，并在跨度中點(diǎn)處布置一道垂直支撐。見 圖（3）本設(shè)計(jì)跨度27m,大于18m，因此需要布置支撐。柱截面高度h>600mm, 下部柱間支撐做成雙片，其間距為柱截面高減去 200mm,見圖（4）。圖（3） 屋架下弦支撐 圖（4）柱的支撐布置三、排架的荷載計(jì)算1. 排架計(jì)算簡圖的確定(1) 確定柱高。吊車梁頂標(biāo)咼=軌頂標(biāo)咼一軌道構(gòu)造咼度=牛腿標(biāo)高二吊車梁頂標(biāo)高一吊車梁高二

5、柱頂標(biāo)高二軌頂標(biāo)高+吊車高度H+上部運(yùn)行尺寸，取為上柱高Hu二柱頂標(biāo)高-牛腿標(biāo)高二一二全柱高H二柱頂標(biāo)高一基頂標(biāo)高=()=下柱高 Hi=H-Hu二 Hu/H=(2) 初步擬訂柱尺寸根據(jù)表一的參考尺寸，取上柱 bx h=400mm： 450mm,下柱bx hx hf=400mM 850mrK200mm截面尺寸如圖( 圖(5)下柱截面尺寸 參數(shù)計(jì)算 丄 12(3)上柱下柱比值luluT?排架計(jì)算簡圖如圖(6)2. 荷載計(jì)算(1)恒載計(jì)算。1) 屋蓋結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值：m220 x = KN/m2 4X = KN/m2KN/m220 X = KN/m2KN/m2 gk= KN/m 2二氈三油防水層20m

6、m厚水泥砂漿找平層；100mm水泥膨脹珍珠巖保溫層;一氈二油隔氣層；20mm厚水泥砂漿找平層； 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板。天溝板X 6= KN屋架自重120KN則作用在一榀橫向平面排架一端柱頂?shù)奈萆w自重標(biāo)準(zhǔn)值為2) 柱自重標(biāo)準(zhǔn)值：上柱G2k=25 XXX =下柱G3k=25 XX XX 2+X +2X注(為考慮下柱仍有部分矩形截面而乘的增大系數(shù))e3=03)吊車梁及軌道自重標(biāo)準(zhǔn)值：G4k = +1 X 6=e4 =800 850 十 2=375mm（2）屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值KN/m2,不大于基本由荷載規(guī)范可知，不上人屋面均不活荷載為 雪壓，屋面活荷載在每側(cè)柱頂產(chǎn)生的壓力為Qik= X 6x 27*

7、2= KN（3）吊車荷載標(biāo)準(zhǔn)值由DSQD型其參數(shù)如下吊車噸位（t）Q1k (kN)Q2k(kN)吊車寬度B（mm）輪距K (mm)P maxk (kN)P mink (kN)20/53206055410021679102405980405013651根據(jù)B與K及支座反力影響線圖（7），可求得圖（7） 求Dmax時(shí)的吊車位置圖其作用點(diǎn)到柱頂?shù)木嚯x2.7y= Hu he 3.9 1.22.7m,y/Hu 一 0.693.9（4）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。計(jì)算qi、q2時(shí)風(fēng)壓高度變化系數(shù)按柱頂離室外天然地坪的高度 +=12.75m取值，計(jì)算Wk時(shí)風(fēng)壓高度變化系數(shù)按檐口標(biāo)高14.9m取值圖（8）風(fēng)載體型系數(shù)（長度

8、單位：mm）排架受荷總圖如圖（9）圖（9）排架受荷總圖3. 內(nèi)力計(jì)算（1）恒載作用下。在柱、吊車由于單層廠房多屬于裝配式結(jié)構(gòu)，柱、吊車梁及軌道的自重，是在預(yù)制柱吊裝 就位完畢而屋架尚未安裝時(shí)施加在柱子上的，此時(shí)尚未構(gòu)成排架結(jié)構(gòu)。但在設(shè)計(jì)中, 為了與其他荷載項(xiàng)計(jì)算方法一致，并考慮到使用過程的實(shí)際受力情況， 梁及軌道的自重作用下，仍按排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。由于結(jié)構(gòu)對稱、荷載在屋蓋自重G1k、上柱自重G2k、吊車軌道及連接G4k作用下，對稱，故可簡化為如圖（10）的計(jì)算簡圖圖（10）恒荷載作用下計(jì)算簡圖1）在G1k作用下M12k = G1ke1 = -315.12 X0.075 = -23.63（k

9、N2）在G2k作用下M 22k = G2ke2 = -17.55 X0.2 = -3.51（kN m ）3）在G4k作用下M 42k = G4ke4 = 50.2 X0.375 = 18.83（ kN m）疊加以上彎矩M1k= M 11k=( kN m )M2k= M 12k +M22k +M42k= kN m 已知 n 0.181,0.295,由規(guī)范公式:在M1k作用下由規(guī)范公式在M2k作用下（11）圖（12）屋面活荷載作用下的計(jì)算簡圖在G1k、G2k、G3k、G4k共同作用下的彎矩圖和軸力圖如圖 圖（11）恒荷載作用下內(nèi)力圖（2）活荷載作用。1）屋面活荷載作用下：由于Q1k作用位置與G1k

10、相同所示在Q1k作用下的M圖和N如圖（12）2）吊車豎向荷載作用下：當(dāng)Dmax,k作用在A柱時(shí)A柱B柱與恒載計(jì)算方法相同，可得C2=A柱B柱0.5A柱與B柱相同，剪力分配系數(shù)A內(nèi)力圖如圖（13）圖（13）吊車豎向荷載作用下內(nèi)力圖3）吊車水平荷載作用下： 當(dāng)Tmax向左作用時(shí)n 0.181,0.295由規(guī)范公式可得0.2)0.6742 1.83譽(yù)，y 0.6Hu時(shí)，Csn213（- 1）n2.10.1)0.627y 0.7Hu時(shí)，Cs3（0.243n3 1213 （- 1）n考慮空間作用分配系數(shù)，由表12-16可以查得0.85Tmax向左作用的M圖、N圖如圖（14）所示。Tmax向右作用的M圖、

11、N圖于上述情況相反。圖（14）吊車水平荷載作用下內(nèi)力圖4）風(fēng)荷載作用下：風(fēng)從左向右作用，在q1和q2作用下，由規(guī)范公式：風(fēng)荷載作用下的M、N圖如圖（15）當(dāng)風(fēng)從右向左吹時(shí)，其M、N圖與上述情況相反。圖（15）風(fēng)荷載作用下內(nèi)力圖四、最不利內(nèi)力組合由于排架單元為對稱結(jié)構(gòu)，可僅考慮 A柱截面，荷載內(nèi)力匯總表見表一，內(nèi)力 組合見表二表A柱內(nèi)力匯總表柱 號截 面荷載項(xiàng) 內(nèi)力恒荷載屋面活荷 載吊車豎向荷載吊車水平何載風(fēng)荷載G1kG2kG3kG4kQ1kDmax,k在A柱Dmin,k在A柱Tmax,k向左Tmax,k向右左風(fēng)右風(fēng)(1)2345678A 柱1-1MN0000002-2MN12500003-3M

12、N1250000V內(nèi)力 截面由可變荷載效應(yīng)控制的組合恒載+任一活載組合項(xiàng)Mmax相應(yīng)組合 項(xiàng)Mmin相應(yīng)N、V組合項(xiàng)Nmax相應(yīng)M、V組合項(xiàng)Nmin相應(yīng)M、VN、V1-1111178272-2111138383-311117837-360內(nèi)力由可變荷載效應(yīng)控制的組合截面恒載+*任意兩個(gè)或兩個(gè)以上活載)組合項(xiàng)Mmax相應(yīng)組合項(xiàng)Mmin相應(yīng)組合項(xiàng)Nmax相應(yīng)組合項(xiàng)Nmin相應(yīng)N、VN、VM、VM、V1-111112323763686882-211113228583773-311112427厶35厶3P68677內(nèi)力由永久荷載效應(yīng)控制的組合截面組合項(xiàng)Mmax相應(yīng)組合Mmin相應(yīng)組合項(xiàng)Nmax相應(yīng)組合

13、Nmin相應(yīng)項(xiàng)項(xiàng)N、VN、VM、VM、V表二A柱內(nèi)力組合表1-112123124182-213121233-312314963注qi為活荷載組合系數(shù)，見荷載規(guī)范。五、排架柱的設(shè)計(jì)1. 柱在排架平面內(nèi)的配筋計(jì)算(1) 截面尺寸。(2) 材料等級?；炷粒?C40, fc 19.1N /mm2鋼筋：受力筋為 HRB335, fy fy '300N/mm2箍筋為：HPB235, fy 210N / mm2柱在排架平面內(nèi)的計(jì)算參數(shù)(3) 截面最不利內(nèi)力。由于截面3 3的彎矩和軸向力均比截面2 2的大，故 下柱配筋由截面33的最不利內(nèi)力確定。經(jīng)比較，用于上下柱截面配筋的最不 利內(nèi)力及柱在排架方向

14、的初始偏心距 ei、計(jì)算長度1。偏心距增大系數(shù) 列于表 三中 表三截面內(nèi)力組1-1M( kN m)61415817800450N( kN)M15441517417800450N3-3M704815724119800850NM513815533193008501注1. eo M/Ne e。ea© 20、h/30的較大者，考慮吊車荷載時(shí),M(hN - m)14. 6333365530. 5978004000. 9551 . 896M76. 77216365236178004000. 9551 . 341N355.58截面內(nèi)力組x偏心 情況計(jì)算實(shí)配1-1M(kN m)8133564228大

15、偏壓0N( kN )偏壓218236310N3-3M724140469448大偏壓137215204 022NM533993125448大偏壓99312564.020N注1.表四柱在排架平面內(nèi)的配筋計(jì)算2.2. 柱在排架平面外的承載力驗(yàn)算上柱，Nmax =,考慮吊車荷載時(shí)，按規(guī)范有由規(guī)范知 0.935下柱Nmax=當(dāng)考慮吊車荷載時(shí)，按規(guī)范有故承載力滿足要求。3. 裂縫寬度驗(yàn)算(1)1 1 截面:下柱33截面驗(yàn)算裂縫寬度的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合值，按 GB50009 2001荷載規(guī)范有=+ ( X+X+X) =kN m裂縫間縱向鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)cr 訐1.9cEsdeq0.08

16、)te4. 柱牛腿設(shè)計(jì)(1)牛腿幾何尺寸的設(shè)計(jì)。牛腿寬b=400,若取吊車梁外側(cè)至牛腿外邊緣的距離C1=80mm,吊車梁下部尺寸為340mm,則牛腿水平截面高度800竺80 1050mm,牛腿外邊緣 2高度h1=500mm,傾角a=45，牛腿高度h=500+200=700mm。牛腿配筋。由于吊車垂直荷載作用于下柱截面內(nèi),故 a=800-850=-50mmv0,故該牛腿可按構(gòu)造配筋，縱向鋼筋取4創(chuàng)6,箍筋為 8100。(3) 牛腿局部承壓驗(yàn)算設(shè)墊板尺寸為400X 400mm局部壓力標(biāo)準(zhǔn)值F VKsk故局部壓應(yīng)力3900002.44N / mm20.75 fc 14.33N/mm2A 400 40

17、0圖(16)牛腿詳圖(mm)5. 柱的吊裝驗(yàn)算采用翻身吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿與下柱交接處。(1) 荷載計(jì)算上柱自重g11.2 1.5 25 0.4 0.458.1kN /m牛腿自重g21.2 1.5 25 (1.0 0.70.5 0.2 0.2)0.418.4kN /m0.7下柱自重g31.2 1.5 25 0.255 0.411.5kN/m計(jì)算簡圖如下(2)內(nèi)力計(jì)算。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取彎矩圖如圖(17)圖(17)柱吊裝驗(yàn)算圖(單位 mm)(3)截面承載力計(jì)算。1 1截面：M UA fy(hoas)236 300 (415 35)26.9kN m22截面： MuA fy(hoas)1520 300 (

18、815 35)355.7kN m第一組Mbot 491.33 57.07 1.1 238.3 310.1kN m1-1截面承載力不滿足要求，需加筋。加為3016 , As=603mm2,Mu二kN m>kN m。滿足要求。(4) 裂縫寬度驗(yàn)算。由承載力計(jì)算可知，只驗(yàn)算1 1截面即可。鋼筋應(yīng)力如下裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù) 故最大裂縫寬度為 排架柱施工圖見附錄 六、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)1.由柱傳至基頂?shù)暮奢d(1)由表11 7選出兩組最不利內(nèi)力(2) 由基礎(chǔ)梁傳至基礎(chǔ)頂面的荷載:鋼框玻璃窗1.2 (4 5.1 4 1.8) 0.45 14.9kN基礎(chǔ)梁1.2 (0.20.3) 0.45 2 6 2

19、520.3kNG5 =(3) 由基礎(chǔ)梁傳來的荷載G5對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的偏心彎矩設(shè)計(jì)值為(4) 作用于基底的總彎矩和軸向力設(shè)計(jì)值為(假定基礎(chǔ)高度H=1100mm)第二組M bot 477.08 50.28 1.1238.3770.7kN m基底受力情況如圖2. 基底尺寸的確定由第二組確定b和I: 取 b=2.5m,l=4.0m,A=10m2第一組基底尺寸驗(yàn)算第二組基底尺寸驗(yàn)算1097.14 222.5 4.01.7770.71 2-2.5 4.02666=< f = X 240=288kN/mm2Pmin=>0（可以）；Pm二 kN/mm2<240 kN/mm2該房屋是可不作地基變形的二級建