畢業(yè)設計(論文)單層雙跨工業(yè)廠房結構設計

1、混凝土單層工業(yè)廠房結構設計學生XX：XXXXXX學號：XXXXXXXXXXX班級：XXXXXX專業(yè)：土木工程指導教師：XXXXXX概述單層廠房指層數僅為一層的工業(yè)廠房，適用于生產工藝流程以水平運輸為主，有大型起重運輸設備及較大動荷載的廠房，如機械制造工業(yè)、冶金工業(yè)和其他工業(yè)等。單層廠房的骨架結構，由支撐各種豎向的與水平的荷載作用的構件所組成。廠房依靠各種結構構件合理連接為一整體，組成一個完整的結構空間以保證廠房的堅固、耐久。我國廣泛采用鋼筋混凝土排架結構和鋼架結構，通常由橫向排架、縱向聯(lián)系構件、支撐系統(tǒng)構件和圍護結構等幾部分組成。單層磚柱廠房具有選價低廉、構造簡單、施工方便等優(yōu)點，在中小型工業(yè)

2、廠肩中得到廣泛應用，但單層廠房的端墻(山墻)受風面積較大，內部空間要求、廠房屋頂面積、荷載等均較大，構造復雜，如何進行有效的荷載效應組合、選取最不利內力組合，作為柱及基礎的設計依據，將是本文要重點解決的問題。關鍵詞：內力組合；偏心受壓；鋼筋；混凝土目錄前言1設計條件與資料121.1建筑物基本條件21.2設計資料21.3設計要求32.確定柱的截面尺寸33.荷載計算44.排架的內力分析75.排架的內力組合166.柱的截面設計167.柱的吊裝驗算208.基礎的設計229.繪制施工圖28參考文獻32致謝33北華航天工業(yè)學院課程設計單層工業(yè)廠房前言單層廠房的結構特點大致可分為砌體結構、混凝土結構和鋼結構

3、。一般情況下，無吊車或吊車噸位不超過5t，其跨度在15m以內，柱頂標高在8m以下，無特殊工藝要求的小型廠房，可采用由磚柱、鋼筋混凝土屋架或木屋架或輕鋼屋架組成的砌體結構；當吊車噸位在250t以上或跨度大于36m的大型廠房，或有特殊工藝要求的廠房（如設有10t以上鍛錘的車間以及高溫車間的特殊部位等），一般采用鋼屋架、鋼筋混凝土柱或者是全鋼結構，其他大部分廠房均可采用混凝土結構。單層廠房結構一般由屋蓋結構、排架結構、支撐系統(tǒng)、吊車梁、圍護結構和基礎等組成。它比較容易組織生產工藝流程和車間內部運輸，地面上能夠放置較重的機器設備和產品，所以其在工業(yè)建筑設計中得到廣泛的應用。近年來，單層廠房的設計越來越

4、重視設備節(jié)能,充分利用自然通風,利用自然采光,發(fā)展節(jié)能省地型工業(yè)廠房；運用生態(tài)學中的共生與再生原則，結合自然，保護環(huán)境，防止污染，發(fā)展具有良好生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)的現(xiàn)代工業(yè)廠房；利用高科技材料，發(fā)展更具靈活性、通用性和多樣化的工業(yè)廠房。由于水平所限，時間倉促，文中一定存在缺點和不足，甚至錯誤，懇請老師批評指正。1北華航天工業(yè)學院課程設計設計條件與資料1.1建筑物基本條件某金工車間為兩跨等高廠房，跨度均為24m，柱距均為6m，車間總長度66m。每跨設有20/5t吊車各兩臺，吊車工作級別為中制，軌頂標高為9.6m，基礎頂面標高為-0.8m，廠房無天窗，建筑剖面簡圖如圖1所示。圖1廠房剖面示意圖1.2設計資

5、料2（1）荷載:屋面均布活荷載標準值為0.7KN/m。柱:混凝土C30;縱筋HRB335級;箍筋采用HPB235級?；A:混凝土C30;鋼筋HPB235級。型鋼及預埋件鐵板用HRB335、HPB235級鋼筋。（3）建筑構造屋面:卷材防水屋面,其做法如下:兩氈三油防水層上鋪小石子:0.35KN/m2。20mm厚水泥砂漿找平層:200.02=0.4KN/m2。100mm厚水泥珍珠巖制品保溫層:50.1=0.5KN/m2。一氈兩油隔氣層:0.05KN/m2。20mm厚水泥砂漿找平層:200.02=0.4KN/m2。預應力混凝土大型屋面板(包括灌縫)荷載標準值1.4KN/m2。屋蓋鋼支撐荷載標準值為0

6、.05KN/m2,屋架自重標準值106KN/榀,坡度:1:6。墻體用240mm厚雙面清水維護磚墻;鋼窗寬度3.6m,縱墻上窗洞高2400mm。地面:室內素混凝土地面,室內外高差150mm。（4）吊車:Q20/5t橋式吊車,軟鉤,中級工作制。吊車梁:先X法預應力混凝土吊車梁,梁高1.2m,自重44.2kN個。吊車軌道聯(lián)結:軌道及連接件自重1KN/m2。2北華航天工業(yè)學院課程設計吊車荷載:最大輪壓pkmax=215KN。最小輪壓pkmin=45KN。小車總重g=75KN。大車寬B=5550mm。輪距K=4400mm。（5）工程地質及水文條件該場地地面粗糙度為B類，地形平整,無滑坡,無液化土層等不良

7、地質現(xiàn)象。地層自上而下為填土層:厚度約為0.5m。砂質粘土:厚度約為2.0m,f=200KN/m2。卵石:中密,厚度約為57m,f=600KN/m2。基巖:表層中度風化。地下水位在地面7m以下,設計時不考慮地下水的影響，也不考慮抗震設防。（6）氣象資料:基本風壓為0.35KN/m2,基本雪壓為0.2KN/m2。1.3設計要求（1）確定柱截面尺寸；（2）荷載計算；（3）分析排架內力；（4）柱、牛腿配筋計算；（5）編制荷載、內力計算說明書；（6）根據計算結果繪制排架柱結構施工圖；（7）柱下基礎的設計及其配筋；（8）繪制柱下基礎施工圖；確定柱的截面尺寸Q=（1520）t,中級工作制，Hk=9.6+0

8、.8=10.5m。上柱:矩形:500mm500mm面積:Au2.5105mm2慣性矩:Iu150050035.2109mm412下柱高：h0.95HK10.50.950.83m，取h900mm1212寬：bH10.959.30.950.44m,取b500mm2020下柱:工字型bfhhfb500900150150Al150900(175150)17542.487105mm222Il150090031350550321350255502252.481010mm41212223柱截面尺寸見圖2。排架計算簡圖見圖3。3北華航天工業(yè)學院課程設計下柱上柱圖2柱截面尺寸圖排架計算簡圖注：下柱的高度取牛腿頂

9、至基礎頂面處8.4荷載計算恒載屋蓋自重:兩氈三油防水層上鋪小石子:0.352（KN/m）20mm厚水泥砂漿找平層:200.02=0.4（KN/m2）100mm厚水泥珍珠巖制品保溫層:50.1=0.5（KN/m2）一氈兩油隔氣層:0.05（KN/m2）20mm厚水泥砂漿找平層:200.02=0.4（KN/m2）預應力大型屋面板1.4（KN/m2）合計3.1（KN/m2）屋架自重:106（KN/榀）則作用于屋頂的屋蓋結構自重為4北華航天工業(yè)學院課程設計GA1GB1GC11.23.11246106331.44KN22柱自重：上柱：GA2GB2GC21.2253.90.2529.25KN下柱：GA3G

10、B3GC31.2259.30.2467KN上式中的系數1.05為考慮柱牛腿處及柱根部矩形部分的重量。吊車梁、軌道及軌道聯(lián)結件自重:GA4GB4GC41.244.21660.24KN各柱恒載的作用位置見圖4。屋面活荷載屋面均布活荷載標準值為0.7KN/m2。雪荷載SS1.40.20.28KN/m20.5KN/m2rr0屋面均布活荷載與雪荷載不同時考慮.故屋面荷載為QAQBQC1.40.7124670.56KN2其作用位置與屋蓋自重的位置同。吊車荷載每跨設20t的吊車各2臺,中級工作制,吊車的主要參數如下:輪距:K=4.44m;大車寬:B=5.55m；小車重:g=75KN；最大輪壓:pkmax=2

11、15KN；最小輪壓:pkmin=45KN圖5是在2臺10t吊車作用下,吊車梁的支座反力影響線。圖4柱恒載的作用位置5北華航天工業(yè)學院課程設計圖5吊車梁的支座反力影響線吊車的豎向荷載DmaxQPimaxKyi=0.91.4215(0.26710.8080.075)582.4KNDminQPimaxKyi=0.91.445(0.26710.8080.075)121.9KNDmax,Dmin的作用位置同吊車梁軌道及軌道聯(lián)結件自重的作用點。吊車的橫向水平荷載由于額定起重量在1650t之間,取=10%,則1(Qg)10.1(20075)6.88KNTK44TmaxQTiKyI0.91.46.88(10.

12、2670.8080.075)18.6KN其作用位置在吊車梁的頂面處。風荷載基本風壓:0=0.35KN/m2,市郊地面粗糙度按B類考慮,查得風壓高度變化系數:柱頂標高12.3m處：檐口標高15.2m處：zz1.061.14查得風荷載體型系數s,如圖6所示,則作用于排架上的風荷載設計值為:左風圖6風載體型系數6北華航天工業(yè)學院課程設計q1QZSZ0B1.41.00.81.060.3563.23KN/m()q2QZSZ0B1.41.00.41.060.3561.25KN/m()其中B為排架的計算寬度.風荷載作用的示意圖及排架計算簡圖見圖7(a)、(b)。作用在柱頂處的風荷載集中力:FWQZZ0Bsi

13、hi1.41.01.140.356(0.80.4)2.9(0.60.50.40.4)2.210.9KN左風檐口標高15.2m柱頂標高12.3m（）)7（a）風載作用下的示意圖；（b）風載作用下的計算簡圖排架的內力分析剪力分配系數的確定因邊柱和中柱的截面相同,則IU5.2109Hu3.9nIl2.4810100.21H13.20.3因各柱的抗側移剛度相同,則各柱的剪力分配系數相同1ABCui113ui恒載作用下排架的內力恒載作用下排架的計算簡圖見圖8。MA1MC1GA10.1331.440.133.14(KNm)MA2MC2(GA1GA2)0.2GA40.3(331.4429.25)0.260.

14、240.354KNmn=0.21,=0.3查單階柱柱頂反力系數表得,各柱不動鉸支承的支反力為A列柱:RCMA11.8333.144.6KN()11H13.2R2C3MA21.25545.1KN()H13.27北華航天工業(yè)學院課程設計RAR1R24.65.19.7KN()圖8恒載作用下排架的計算簡圖列柱:柱頂不動鉸支反力同A柱,方向相反RC9.7()列柱:RB0則排架柱柱頂不動鉸支座的總反力為RRARBRC0最終分配到各柱柱頂的剪力分別為：VB0VARA09.7KN()VCRC09.7KN()(a)M圖（KNm),柱底V/(KN)(b)N圖(KN)圖9恒載作用下排架內力圖恒載作用下排架彎矩圖、軸

15、力圖,如圖9所示。屋面活荷載作用下排架的內力8北華航天工業(yè)學院課程設計屋面活荷載作用于AB跨時的計算簡圖(作用于BC跨時與其對稱),見圖10。MMMA1QA0.170.560.17.06KNmA2QA0.270.560.214.1KNmB1QB0.170.560.1510.6KNm圖10屋面活載作用于AB跨排架的計算簡圖n=0.21,=0.3查單階柱柱頂反力系數表得,各柱不動鉸支承的支反力為A列柱:RCMA11.837.060.98KN()11H13.2R2C3MA21.2514.11.34KN()H13.2RAR1R22.32KN()B柱列:R1C1MB11.8310.61.47KN()H1

16、3.2RBR11.47KN()排架柱頂不動鉸支座總反力為RARB2.321.473.79KN()反方向作用于柱頂最終分配到各柱柱頂剪力分別為VA2.3213.791.06KN()VB1.4713.790.2KN()133VC3.791.26KN()Vi003屋面活荷載作用于AB跨時排架的彎矩、軸力圖見圖11。其他荷載作用下排架的內力同理可得其他荷載作用下排架的內力,計算結果列于表1。9北華航天工業(yè)學院課程設計(a)M圖(kNm),柱底V(kN)(b)N圖(kN)圖11屋面活載作用于AB跨排架的內力圖其余荷載作用下的計算簡圖及排架的彎矩、軸力圖見圖1221。表1荷載作用下排架的內力分析結果柱上力

17、矩各柱柱頂不動鉸支總反分配到各柱頂最后荷載承力反力/KN力/KN剪力/KN/(KNm)RARBRCRVAVBVC吊車豎向荷載作MA2=174.7(12.71.9用于AB跨Dmax作)16.58.75.614.60（用于A列柱MB2=91.4()（）()()）(BC跨與其對稱)吊車豎向荷載作MA2=36.6(28.7用于AB跨Dmin作)3.541.437.916.112.60（用于A列柱MB2=436.8()（）（）()()）(BC跨與其對稱)吊車水平荷Tmax作Tmax=18.6KN(11.911.923.8448用于AB跨向右(向吊車梁取0（()()()()()左時與其對稱)1.2m)）風

18、荷載作用下左Fw=10.9KN155.831.74.410.64.5來風(右來風時與q1=2.3KN/m0(（()()()其對稱)q2=1.25KN/m)）注:RRARBRC在各種荷載作用之下,A柱和B柱的內力圖及控制截面內力匯總于表2和表3。10北華航天工業(yè)學院課程設計單層工業(yè)廠房MA1=174.7MB2圖12吊車豎向荷載作用于AB跨，Dmax作用于A列柱排架的計算簡圖（單位：kNm)（BC跨與其對稱）117.856.949.580.67.4582.4121.932.737.525.114.612.71.9(a)M圖(kNm),柱底V(kN)(b)N圖(kN)圖13吊車豎向荷載作用于Dmax

19、作用于A列柱排架內力圖AB跨，A2=36.6MB2=436.8M14吊車豎向荷載作用于AB跨，Dmin作用于A列柱排架的計算簡圖（單位：kNm)（BC跨與其對稱）11北華航天工業(yè)學院課程設計62.8111.9258.249.126.2121.9582.4175.98.7166.316.128.712.6(a)M圖(kNm),柱底V(kN)(b)N圖(kN)圖15吊車豎向荷載作用于AB跨，Dmin作用于A列柱排架的內力圖（單位：kNm)（BC跨與其對稱）吊車梁頂面TmaxTmax=18.6kN圖16吊車水平荷載Tmax作用于AB跨向右時柱排架的計算簡圖（向左時與其對稱）10.810.86.76.

20、731.2142.5142.5105.64.04.08.0圖17吊車水平荷載Tmax作用于AB跨向右時柱排架的M圖（向左時與其對稱）（單位：kNm)柱底V（kN）12北華航天工業(yè)學院課程設計10.810.831.26.76.7105.6142.5142.58.04.04.0圖19吊車水平荷載Tmax作用于BC跨向右時柱排架的M圖柱底V（kN）Fw=10.9KNmm/NNKK5322.13=12qq圖20左來風時排架的計算簡圖（右來風時與其對稱）7.441.314.4223.3139.9168.34.410.64.5圖21左來風時排架的M圖（kNm）柱底V（kN）（右來風時與其對稱）13北華航天

21、工業(yè)學院課程設計單層工業(yè)廠房14北華航天工業(yè)學院課程設計15北華航天工業(yè)學院課程設計排架的內力組合在各種荷載作用下,對邊柱和中柱進行最不利內力組合.其中未考慮廠房的整體空間的作用.A柱加B柱的內力組合結果見表4和表5。表4A柱的內力組合+Mmax及相應-Mmax及相應的Nmax及相應的Nmin及相應截內的N、V、V、的M、VNMV面力組合項數組合項數組合項數值組合數值值值項M88-28-28.88.5+0.95+0.9+0.9-+0.9+0.8(+0.8(+306424+424.306.N+)+.7.2)+27+M110-35+0.9.9-+0.9+0.9+0.8(+0.8(+0.8(8405

22、72+)+)+N.2.2)+M501-14.57-+0.9487+0.9+661+0.9N+.9+.1+V+28.+-11+6.590.329.6+0.9+420.7+98.86501.5+0.9487.1076+9+-10.28.61表5B柱的內力組合+Mmax及相應-Mmax及相應的Nmax及相應的Nmin及相應截面內的N、VN、VM、V的M、V力數組合組合項組合項數值組合項數值數值值項M152-152143.143.-+0.9.8+0.9+.8+0.9+9+0.99+726+726.+662.N+.4+4+790+9M284-284275.41.3-+0.9.4+0.9+.4+0.9+6

23、+134+752.N13401404+0+316北華航天工業(yè)學院課程設計M294-294287.140+0.9.6.64+0.9139+0.9+819.-N13901453+0.8(0+0.8(+3+)+0.8(+-5.)+V)+5.810.68-5.6+注:1）組合Nmax及Nmin中,M的絕對值相等.因柱為對稱配筋,所以表中的M只取了正.2）表中0.8為參與組合的吊車豎向荷載為4臺時的荷載折減系數。根據荷載規(guī)X,荷載效應的基本組合有兩種.一種由可變荷載效應控制的組合;一種由永久荷載效應控制的組合.單層廠房中排架的內力通常由第一種組合控制。柱的截面設計選取控制截面的最不利內力大偏心受壓和小偏

24、心受壓界限破壞時的軸壓Nb力為:A、B柱:上柱:Nb1fcbbh0114.35000.554601809KN下柱:Nb1fcbbh0(bfb)hf1.014.31500.55860(500150)1765.3KN(取s=40mm)柱組合后的內力值均為大偏心受壓對大偏經比較,A、B柱的所有N510.2515.6510.2515151.03.641.02.71.01.281.0取1.0取1.0取1.0取1.00.991.050.991.052.51.232.71.35977.51711.3850736.718北華航天工業(yè)學院課程設計N42.82as68.22as(mm)1fcbf取80hfAsAs

25、(mm2)13573)17683)22623)02)實配鋼筋/(mmmm)422522428422(1520)(1900)(2463)(1520)側0.20.610.760.990.61配筋率/%0.6全部1.221.531.971.22注:1)N190.9(mm)hfN1fc(bfb)hf286.4(mm).1fcbf,則1fcbN(hN)ei2)AsAS22fcbfy(h0as)N(has)ei3)AsAS2fy(h0as)矩形截面:形截面:側As%,全部AsAs%bhbhAsAsAs%側%,全部bh2(bfb)hfbh2(bfb)hf吊車梁墊板A柱牛腿的配筋圖19牛腿截面尺寸的驗算10.

26、5FhKftKbh0FVKa0.5h0北華航天工業(yè)學院課程設計FVGA4Dmax60.24582.4642.64KNFVKGA4Dmax60.2582.4466.2KN1.21.41.21.4FhTmax18.6KNFhKTmax18.613.3KN1.41.40.65113.32.01500860（a=0)0.50.5978.78KN466.2FVK10.5FhKftKbh0FVKa0.5h0牛腿的截面尺寸滿足要求。牛腿頂面局部受壓驗算取吊車梁的墊板尺寸為500mm250mm,則FVK466.21033.73N/mm20.75fc0.7514.310.7(N/mm2)A500250牛腿頂面的

27、局壓滿足要求。牛腿縱向受拉鋼筋的計算因為a0.3h0,取a0.3h0=0.3760=228mmASFVa1.2Fh642.642281031.218.61031070.4(mm2)0.85fyh0fy0.85300760300選取420(As1256mm2)min0.45ft0.2%AS12560.314%0.6%fybh500800牛腿的箍筋牛腿的水平箍筋選用10100,牛腿2h0的X圍有,箍筋的總截面面積為32A25478.51570mmS628(mm)故箍筋的設置滿足構造要求。牛腿的a=01410.214h1(l0)2s11.11.04000e0hh0eSe0yS(mm)5351438(

28、bfb)hf00.41fbh021北華航天工業(yè)學院課程設計h02Z0.870.12(1f)h0(mm)360726eSKNK(ez)(N/mm2)75.5194ASZteAS0.010.1480.56bh(bfb)hf1.10.65ftK-0.630.2取0.20.64teSKWmaxcrSK1.9C0.08deq(mm)0.036mm0.3mm0.23mm2100mm,取ab=2100mm26北華航天工業(yè)學院課程設計amatab125021001675(mm)22FlpjmaxAl252.20.3152.1166.8(KN)0.7hpftamh00.71.01.4316756601106.6

29、(KN)Fl0.7hpftamh0B柱：a375=1250mmt=500+2ab=1250+2660=2570mm2700mm,取ab=2570mmamatab125025701910mm22FlpjmaxAl1660.7652.57326kN0.7hpftamh00.71.01.4319106601262kNFl0.7hpftamh0基礎的高度滿足受沖切承載力要求。A柱基礎底板的配筋計算取組的最不利基底凈反力計算配筋,見圖28。沿基礎長邊方向,柱邊-截面處的彎矩為M1pfmaxpj(bhc)2(2lbc)1252.2186.83.60.922.10.5313.4(KMm)2242242ASM

30、313.41061569(mm2)0.9h0fy0.91060210變階處截面處的彎矩為M1252.22053.61.65222.11.25197.4KNm242ASM197.41061582mm20.9h0fy0.9660210基礎長邊按構造配筋為12250As1218mm2。沿基礎短邊方向,柱-截面處的彎矩為1pfmaxpjmin(l2(2bhc)1252.277.92.10.5223.60.9142.6KNmM2bc)24224M142.6106711.8mm2AS0.9h0fy0.91060210M1252.277.9223.61.6544KNm，2422.11.25M44106352

31、.7mm2AS0.9h0fy0.9210660基礎短邊按構造配筋為10250As659mm2。B柱基礎底板的配筋計算取組的最不利基底凈反力計算配筋,見圖28。沿基礎長邊方向,柱邊-截面處的彎矩為27北華航天工業(yè)學院課程設計1pfmaxpj(b2(2lbc11661124.50.922.570.5423kNmM2hc)222424ASM4231062111mm20.9h0fy0.91060210變階處截面處的彎矩為M1166123.34.5-1.65222.571.25313kNm242ASM31310620.9h0fy0.96602102509(mm)基礎長邊配12200As2543mm2。沿基礎短邊方向,柱-截面處的彎矩為M1pfmaxpjmin(lb)2(2bh)242cc1166312.570.5224.50.9174kNm242ASM174106869mm20.9h0fy0.91060210MAS1166311.25222.5724.51.6576kNm24M76106609mm20.9h0fy0.9660210基礎短邊按構造配筋為10200As1413mm2。28,北華航天工業(yè)學院課程設計,3600258.20652821（a）A柱,9.77,661,4500321.331211b）B柱2