單層混凝土結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)

1、A Desig n of Exa mp le for Mill Ben ts of On e-story In dustrial Worksho ps設(shè)計(jì)資料及要求1工程概況某機(jī)修車間為單跨廠房，跨度為24m,柱距均為6m,車間總長度為66m）每跨設(shè)有起重量為20/5t吊車各2臺，吊車工作級別為A5級，軌頂標(biāo)高不小于。廠房無天窗，采用卷材防水屋面，圍護(hù)墻為厚雙面清水磚墻，采用鋼門窗，鋼窗寬度為 面分別如圖3-76和圖3-77所示。圖3-76圖3-772.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原始資料_ 2 2廠房所在地點(diǎn)的基本風(fēng)壓為0.35kN/m，地面粗糙度為B類；基本雪壓為。.0.30kN/m。風(fēng)荷載的組合值系數(shù)為，其

2、余可變荷載的組合值系數(shù)均為07。土壤凍結(jié)深度為，建筑場地為I級非自重濕陷性黃土，地基承載力特征值為l65kN/m :,地下水位于地面以下7m,不考慮抗震設(shè)防。3.材料基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級為C20;柱混凝土強(qiáng)度等級為C3a縱向受力鋼筋采用HRB335級、HRB4O0級；箍 筋和分布鋼筋采用HP B235級。4.設(shè)計(jì)要求分析廠房排架內(nèi)力，并進(jìn)行排架柱和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì);構(gòu)件選型及柱截面尺寸確定因該廠房跨度在l5-36m之間，且柱頂標(biāo)高大于8m故采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。為了保證屋蓋的整體性和剛度，屋蓋采用無檁體系。由于廠房屋面采用卷材防水做法，故選用屋面坡度較小而經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好 的預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架及預(yù)應(yīng)

3、力混凝土屋面板。普通鋼筋混凝土吊車粱制作方便，當(dāng)?shù)踯嚻鹬亓坎淮?時(shí)，有較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，故選用普通鋼筋混凝土吊車粱。廠房各主要構(gòu)件造型見表由設(shè)計(jì)資料可知，吊車軌頂標(biāo)高為9. 80m。對起重量為20/5t、工作級別為A5的吊車，當(dāng)廠房跨度為24m時(shí)，可求得吊車的跨度Lk=24- 0. 75X2=22. 5m由附表4可查得吊車軌頂以上高度為；選定吊車梁的高度hb=,暫取軌道頂面至吊車梁頂面的距離ha=，則牛腿頂面標(biāo)高可按下式計(jì)算:牛腿頂面標(biāo)高=軌頂標(biāo)高-hb-ha=由建筑模數(shù)的要求，故牛腿頂面標(biāo)高取為8. 40m。實(shí)際軌頂標(biāo)高=8. 40+1.20+=9. 80m9. 60m?？紤]吊車行駛所需空隙尺

4、寸h7=220mm柱頂標(biāo)高可按下式計(jì)算:240mm3. 6m，室內(nèi)外高差為150mm,素混凝土地面。建筑平面及剖3-16。柱頂標(biāo)高=牛腿頂面標(biāo)高+ h +吊車高度+ ha，=8. 40+1.20+0. 20+2. 30+0. 22=則作用于排架計(jì)算簡圖（圖3-81b）上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為下柱bfh b hf400mm 900mm 100mm 150mm定位軸線橫向定位軸線除端柱外，均通過柱截面幾何中心。對起重量為20/5t、工作級別為A5的吊車，由附表4可查得軌道中心至吊車端部距離B1260mm；吊車橋架外邊緣至上柱內(nèi)邊緣的凈空寬度，一般取B280mm。對邊柱，取封閉式定位軸線，即縱向定位軸線與

5、縱墻內(nèi)皮重合，則B3400mm，故B2e B1B3750 260 400 90mm 80mm亦符合要求。計(jì)算簡圖確定由于該機(jī)修車間廠房，工藝無特殊要求，且結(jié)構(gòu)布置及荷載分布（除吊車荷載外）均勻，故可取一榀 橫向排架作為基本的計(jì)算單元，單元的寬度為兩相鄰柱間中心線之間的距離，所示；計(jì)算簡圖如圖3-78（a）所示。即B 6.0m，如圖3-78(b)荷載計(jì)算（a）（b）圖3-781.永久荷載（l）屋蓋恒載為了簡化計(jì)算，天溝板及相應(yīng)構(gòu)造層的恒載，取與一般屋面恒載相同。兩氈三油防水層0.35kN /m220mm厚水泥砂漿找平層200.0220.40kN/m2100mm厚水泥蛭石保溫層0.120.50kN

6、 /m一氈兩油隔氣層20.05kN /m20mm厚水泥砂漿找平層200.0220.40kN/m2故柱頂（或屋架下弦底面）標(biāo)高取為12. 30m。H=+0. 5=12. 8mHl=+0. 5=Hu取室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離為，則計(jì)算簡圖中柱的總高度H、下柱高度H|和上柱高度Hu分別為根據(jù)柱的高度吊車起重量及工作級別等條件，可由表上柱 口b h 400mm 400mm3-5并參考表3-7確定柱截面尺寸為A、B軸則作用于排架計(jì)算簡圖（圖3-81b）上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.屋面可變荷載由荷載規(guī)范查得，屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為怦,屋面雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為rf,由于后者小于前者，故僅按屋面均布活荷載計(jì)算。作用于柱頂?shù)奈?/p>

7、面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為Qi的作用位置與Gi作用位置相同，如圖3-79所示。3.吊車荷載對起重量為20/5t的吊車，查附表4并將吊車的起重量、最大輪壓和最小輪壓進(jìn)行單位換算，可得：根據(jù)B及K,可算得吊車梁支座反力影響線各輪壓對應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)值，如圖3-80所示，據(jù)此可求得吊車作用于柱上的吊車荷載。圖3-80（1）吊車豎向荷裁吊車豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值為（2）吊車橫向水下荷藏作用于每一個(gè)輪子上的吊車橫向水平制動力為同時(shí)作用于吊車兩端每排架柱上的吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為4.風(fēng)荷載312）計(jì)算，其中基本風(fēng)壓00.35kN/mm2按B類地面粗糙度，根據(jù)廠房各預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板（包括灌縫）21.40kN /m屋蓋鋼支撐

8、20.05kN /m223.15kN /m2圖3-79 A、B柱永久荷載作用位置相同屋架自重重力荷載為IO6kN/榀,（2）吊車梁及軌道自重標(biāo)準(zhǔn)值（3）柱自重標(biāo)準(zhǔn)值則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值為A、B軸上柱G4AG4B4 3.915.60kN下柱G5AG5B4.69 8.941.74kN各項(xiàng)永久荷載作用位置如圖3-79所示。風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按式（部分標(biāo)高（圖377）,由附表3-1可查得風(fēng)壓高度變化系數(shù)柱頂（標(biāo)高）1.064檐口（標(biāo)高）1.129屋頂（標(biāo)高）z1.170風(fēng)荷載體型系數(shù)s如圖3-81（a）所示，則由式（3-12）可求得排架迎風(fēng)面及背風(fēng)面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別為則作用于排架計(jì)算簡圖（圖3

9、-81b）上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為排架內(nèi)力分析有關(guān)系數(shù)廠房為等高排架可用剪力分配法進(jìn)行排架內(nèi)力分析。由于該廠房的 相同，故這兩柱的有關(guān)參數(shù)相同。1.柱頂剪力分配系數(shù)柱頂位移系數(shù)和柱的剪力分配系數(shù)分別計(jì)算，結(jié)果見下表柱號AB柱由上表可知，A B1.0。2.單階變截面柱柱頂反力系數(shù)由表3-9中給出的公式可分別計(jì)算不同荷載作用下單階變截面柱的柱頂反力系數(shù),計(jì)算結(jié)果見表3-19。表3-19簡圖柱頂反力系數(shù)A柱和B柱圖3-81A柱和B柱的柱高、截面尺寸等均本例題中，排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負(fù)號規(guī)定如圖3-82所示，后面的各彎矩圖和柱底剪力均未標(biāo)出正負(fù)號，彎矩圖畫在受拉一側(cè)，柱底剪力按實(shí)際方向標(biāo)出。r圖3-

10、82排架內(nèi)力分析1永久荷載作用下排架內(nèi)力分析3.內(nèi)力正負(fù)號規(guī)定柱頂不動鉸支座反力RA、RB及總反力R分別為永久荷載作用下排架的計(jì)算簡圖如圖3-83(a)所示。圖中的重力荷載及力矩 根據(jù)圖3-79確定，即由于圖3-83(a)所示排架為對稱結(jié)構(gòu)且作用對稱荷載，排架結(jié)構(gòu)無側(cè)移，故各柱可按頂為不動鉸支座計(jì)算內(nèi)力。按照表3-19計(jì)算的柱頂反力系數(shù)，柱頂不動鉸支座反力R可根據(jù)表3-9所列的相應(yīng)公式計(jì)算求得，即求得柱頂反力R后，可根據(jù)平衡條件求得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(jié)構(gòu)的彎矩圖、軸力圖和柱底剪力分別見圖3-83(b)、(c)。圖3-832.屋面可變荷載

11、作用下排架內(nèi)力分析排架計(jì)算簡圖如圖3-84(a)所示。屋架傳至柱頂?shù)募泻奢d36kN,它在柱頂及變階處引起的力矩分別為柱頂不動鉸支座反力RA、RB及總反力R分別為按照表3-19計(jì)算的柱頂反力系數(shù)和表3-9所列的相應(yīng)公式可求得柱頂不動鉸支座反力Ri即則排架柱頂不動鉸支座總反力為：圖3-843屋面可變荷載作用下排架內(nèi)力分析（1）Dmax作用于A柱計(jì)算簡圖如圖3-86（a）所示。其中吊車豎向荷載Dmax、Dmin在牛腿頂面處引起的力矩分別為：按照表3-19計(jì)算的柱頂反力系數(shù)和表3-9所列的相應(yīng)公式可求得柱頂不動鉸支座反力Ri分別為排架各柱頂剪力分別為排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力如圖3-86（b

12、）、（c）所示。圖3-862）Dmax作用于B柱同理，將 作用于A柱情況的A、B柱內(nèi)力對換，并改變內(nèi)力符號可求得各柱的內(nèi)力。（3）Tmax作用于AB跨柱排架柱頂總反力R為 各柱頂剪力分別為3-90（b）所示。當(dāng)Tmax方向相反時(shí)，彎矩圖和剪力圖只改變符號,數(shù)值不變。圖3-904風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析1） 左吹風(fēng)時(shí)計(jì)算簡圖如圖3-92（a）所示。排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力如圖3-84（b）、（c）所示。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3-90(a)所示。由表3-9得,a (3.9 1.2)/3.90.692則柱頂不動鉸支座反力RA、RB分別為排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值

13、如圖各柱頂剪力分別為排架內(nèi)力圖如圖3-92(b)所示。(2)右吹風(fēng)時(shí)將圖3-92(b)所示A、B柱內(nèi)力圖對換，并改變內(nèi)力符號后即可。圖3-92內(nèi)力組合以A柱內(nèi)力組合為例。 控制截面分別取上柱底部截面1-1、牛腿頂截面nn和下柱底截面川3-53所示。表3-20為各種荷戴作用下A柱各控制截面的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值匯總表。Nmax及相應(yīng)的M、VNmin及相應(yīng)的M、V表3-20控制 截面 及正向內(nèi) 力荷載類別永久荷載效應(yīng)SGK屋面可變荷載效應(yīng)SGK吊車豎向荷載效應(yīng)SGK吊車水 平何載 效應(yīng)SQK風(fēng)荷載效應(yīng)SQKDmax作用在A柱Dmax作用在B柱Tmax作用在AB跨左風(fēng)右風(fēng)彎矩 圖及 柱底截面 剪力序號I-IM

14、K0200000-川，如圖行計(jì)算。表中控制截面及正號內(nèi)力方向如表在每種荷載效應(yīng)組合中，3-20中的例圖所示。荷載效應(yīng)的奉基本組合設(shè)計(jì)值按式 對矩形和I形截面柱均應(yīng)考慮以下四種組合，即(3-24)進(jìn)(1)Mmax及相應(yīng)的N、Mmax及相應(yīng)的N、V;對柱進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算和基礎(chǔ)地基承載力計(jì)算時(shí)，需采用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久組合的效應(yīng)設(shè) 計(jì)值。表3-21和表3-22為A柱荷載效應(yīng)的基本組合和標(biāo)準(zhǔn)組合。II-IIMK02000IIIIIIMK+N （GB50007-2011）的規(guī)定，基礎(chǔ)的地基承載力驗(yàn)算取用荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合，基礎(chǔ)的受沖切承載力驗(yàn)算和底板配筋計(jì)算取用荷載效應(yīng)基本組臺。由于圍護(hù)墻自重重力

15、荷 載大小、方向和作用位置均不變，故基礎(chǔ)最不利內(nèi)力主要取決于柱底(川一川截面)的不利內(nèi)力，應(yīng)選 取軸力為最大的不利內(nèi)力組合以及正負(fù)彎矩為最大的不利內(nèi)力組合。經(jīng)對表3-20-表3-22中的柱底截面不利內(nèi)力進(jìn)行分析可知，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)的不利內(nèi)力如表3-23。表3-23組別荷載標(biāo)準(zhǔn)組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值何載基本組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值第一組第二組第三組2.圍護(hù)墻自重重力荷載計(jì)算如圖3-97所示,每個(gè)基礎(chǔ)承受的圍護(hù)墻總寬度為6m，總高度為14.65m,墻體為32240mn厚燒結(jié)普通黏土磚砌筑，重度為19kN/m;鋼框玻璃窗自重，按0.45kN /m計(jì)算,每根基礎(chǔ)梁自重為16kN,則每個(gè)基礎(chǔ)承受的由墻體傳來的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)

16、值為基礎(chǔ)梁自重16.70kN墻體自重19 0.24 6 14.65 (4.8 1.8) 3.6292.48kN鋼窗自重0.45 3.6 (4.8 1.8)10.69kN3-9圍護(hù)墻對基礎(chǔ)產(chǎn)生的偏心距為3.基礎(chǔ)地面尺寸及地基承載力驗(yàn)算(I)基礎(chǔ)高度和埋置深度確定由構(gòu)造要求可知，基礎(chǔ)高度為h h1a150mm，其中h為柱插入杯口深度，由表3-13可知h-i0.9h0.9 900810800mm取h,850mm；a1為杯底厚度，由表3-14可知a1200mm取a1250mm;故基礎(chǔ)高度為因基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為0.50m，室內(nèi)外高差為150mm，則基礎(chǔ)埋置深度為(2)基礎(chǔ)底面尺寸擬定基礎(chǔ)底面面積按地基承載力

17、計(jì)算確定，并取用荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。由建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50007-2011)可查得d1.0，b0(黏性土)，取基礎(chǔ)底面以上土及3基礎(chǔ)的平均重度為m20kN /m，則深度修正后的地基承載力特征值fafakd m(d 0.5) 165 1.0 20 (1.5 0.5)由式(3-31)按軸心受壓估算基礎(chǔ)底面尺寸，取考慮到偏心的影響，將基礎(chǔ)的底面尺寸再增加30%，基礎(chǔ)底面的彈性抵抗矩為(3)地基承載力驗(yàn)算由表3-23可知，選取以下三組不利內(nèi)力進(jìn)行基礎(chǔ)底面積計(jì)算：先按第一組不利內(nèi)力計(jì)算，基礎(chǔ)底面相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)的豎向壓力值和力矩值分別為(圖3-98a)NbkNkGkNwk730.22

18、291.60 319.87 1341.68kNm由式(3-32)可得基礎(chǔ)底面邊緣的壓力為由式(3-35a)和式(3-35b)進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算滿足要求。取第二組不利內(nèi)力計(jì)算，基礎(chǔ)底面相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)的豎向壓力值和力矩值分別為(圖3-98b)NbkNkGkNwk435.62 291.60 319.87 1047.09kNm由式(3-32)可得基礎(chǔ)底面邊緣的壓力為由式(3-35a)和式(3-35b)進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算滿足要求。取第三組不利內(nèi)力計(jì)算，基礎(chǔ)底面相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)的豎向壓力值和力矩值分別為(圖3-98c)由式(3-32)可得基礎(chǔ)底面邊緣的壓力為185kN / m2基礎(chǔ)自重和

19、土重為(基礎(chǔ)及其上填土的平均自重取m20kN /m3) )由式（3-35a）和式（3-35b）進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算滿足要求。圖3-984基礎(chǔ)受沖切承載力驗(yàn)算基礎(chǔ)受沖切承載力計(jì)算時(shí)采用荷載效應(yīng)的基本組合，并采用基底凈反力。由表列三組不利內(nèi)力；先按第一組不利內(nèi)力計(jì)算,該組內(nèi)力組合時(shí)，取G1.2，不考慮基礎(chǔ)自重及其上土重后相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的地基凈反力計(jì)算如下（圖3-99b）:按第二組不利內(nèi)力計(jì)算,該組內(nèi)力組合時(shí)，取G1.0，不考慮基礎(chǔ)自重及其上土重后相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的地基凈反力計(jì)算如下（圖3-99c）:因最小凈反力為負(fù)值，故基礎(chǔ)底面凈反力應(yīng)按式（3-34）計(jì)算（圖3-99c）最后按第三組不利內(nèi)力計(jì)算,該組內(nèi)力組合時(shí)，取G1.2，不考慮基礎(chǔ)自重及其上土重后相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的地基凈反力計(jì)算如下（圖3-99d）:基礎(chǔ)各細(xì)部尺寸如圖3-99（a）、（e）所示。其中基礎(chǔ)頂面突出柱邊的寬度主要取決于杯壁厚度t，由表3-14查得t 300mm，取t 325mm，則基礎(chǔ)頂面突出柱邊的寬度為t 75mm 325 75 400mm。杯壁高度取為h2500mm。根據(jù)所確定的尺寸可知，變階處的沖切破壞錐面比較危險(xiǎn)，故只須對變階處進(jìn)行受沖切承載力驗(yàn)算。沖切破壞錐面如圖3-99中的虛線所示。取