《單層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)計(jì)算書》

一．結(jié)構(gòu)選型該廠房是廣州市的一個(gè)高雙跨（18m+18m）的機(jī)械加工車間。車間長90m,柱矩6米，在車間中部，有溫度伸縮逢一道，廠房兩端設(shè)有山墻。拄高大于8米，故采納鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。為了使屋架有較大的剛度，采納預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架及預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板。采納鋼筋混凝土吊車梁及基礎(chǔ)梁。廠房的各構(gòu)選型見表表主要構(gòu)件選型結(jié)構(gòu)的名稱標(biāo)準(zhǔn)圖集采納型號(hào)重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面板G410(一),1.5m×6m預(yù)應(yīng)力1.4KN/m混凝土板天溝板G410(三),1.5m×6m預(yù)應(yīng)力外天溝2.02KN/M混凝土板(卷材防水天溝)內(nèi)天溝1.83KN/M屋架G314(二),預(yù)應(yīng)力混凝土折線53.5KN每榀型屋架(跨度18)吊車梁G323(二),鋼筋混凝土吊車梁27.5KN每榀(中輕級(jí)工作制)軌道連結(jié)0.8KN/m基礎(chǔ)梁由圖1可知柱頂標(biāo)高是米，牛腿的頂面標(biāo)高是米，室內(nèi)陸面至基礎(chǔ)頂面的距離米，則計(jì)算簡圖中柱的總高度H,下柱高度Hl和上柱的高度Hu分別為：H=+=H=+=Hu=依據(jù)柱的高度，吊車起重量及工作級(jí)別等條件，確立柱截l面尺寸，見表。見表柱截面尺寸及相應(yīng)的參數(shù)柱計(jì)算參截面尺寸/mm面積慣性矩/mm4自重/(KN/m)號(hào)/mm2A,C上柱矩400×40016000000下柱I400×800×100×150177500B上柱矩400×400160000004下柱I400×800×100×150177500二．荷載計(jì)算1．恒載(1)屋蓋橫載屋面板KN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.420mm厚1:3水泥砂漿找平層和防水成上鋪石子0.75KN/m2總:2.15KN/m2外天溝外天溝板2.02KN/m找平層1.6KN/m總:3.62KN/m內(nèi)天溝1.83KN/m內(nèi)天溝板找平層1.6KN/m總:3.43KN/m嵌板KN/m2嵌板1.65灌縫0.1KN/m2總21.75KN/m屋架屋架53.5KN/榀屋架預(yù)埋件鋼筋混凝土系桿5.94KN/榀屋架預(yù)埋件件0.4KN/榀總59.84KN/榀3.62KN/m12.9KN/m15KN/m3.43KN/m圖1求反力：F1=F2=屋架重力荷載為，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)的重力荷載設(shè)計(jì)值：GA1=×+2)=GB1=××6+2)=KN(2)吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計(jì)值GA3=×（+×6）=GB3=×（+×6）=(3)柱重力荷載的設(shè)計(jì)值A(chǔ),C柱上柱G4A＝G4C=1.2×4×3.6=17.28KN下柱G5A＝G5C=1.2×4.43×7.2=38.28KNB柱上柱G4A＝G4C=1.2×4×3.6=17.28KN下柱G5A＝G5C=1.2×4.43×7.2=38.28KN2．屋面活荷載屋面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值是m2，作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計(jì)值：Q1=××6×18/2=KN3，風(fēng)荷載風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按ωk=βzμsμzω0計(jì)算此中ω0=m2,βz=1,μz依據(jù)廠房各部分及B類地面粗拙度表確立。柱頂（標(biāo)高）μz=櫞口（標(biāo)高）μz=屋頂（標(biāo)高13..20m）μz=s如圖3所示，由式ωk=βzμsμzω0可得排架的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值：ωk1=βzμs1μzω0=×××=KN/m2ωk2=βzμs2μzω0=×××=KN/m2G=176.81KNG=176.81KNQ=37.8KNQ=37.8KNG=170.18KNG=170.18KNQ=37.8KNQ=37.8KNG=17.28KNG=38.76KNG=38.76KNG=17.28KNG=38.76KNG=38.28KNG=38.28KN圖2荷載作用地點(diǎn)圖風(fēng)向Fwq1q2圖3風(fēng)荷載體型系數(shù)和排架計(jì)算簡q1=××6=mq1=××6=mFw=γQ[(μs1+μs2)×μzh1+(μs3+μs4)×μzh2]βzω0B=[+×××1××6=4．吊車荷載吊車的參數(shù)：B=米，輪矩K=，pmax=215KN,pmin=25KN,g=38KN。依據(jù)B和K，可算出出吊車梁支座反力影響線中個(gè)輪壓對應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)值，如圖４所示：Pmax=115KNPmin=25KNPmaxPmin圖４吊車荷載作用下支座反力的影響線（１）吊車的豎向荷載Dmax=γQFpmax∑yi=×115×(1+++=Dmin=γQFpmin∑yi=×25×(1+++=（２）吊車的橫向荷載T=1/4α（Q+g）=1/4××(100+38)=吊車橫向荷載設(shè)計(jì)值：Tmax＝γQT∑yi=××=三．排架內(nèi)力剖析柱別n=Iu/Ilλ=Hu/HC0=3/[1+δ=H/C0EIηi=1/ηi3/∑1/ηiλ(1/n-1)]A,C柱0.150.332.47δA=δB=ηA=ηB=B柱0.150.332.47δcηc１．恒荷載作用下排架內(nèi)力剖析圖5恒荷載作用的計(jì)算簡圖G1=GA1=;G2=G3+G4A=+=;G3=G5A=;G4=2GB1=;G5=G3+2G4B=2×+=;G6=G5B=;3121M=G×e=×=G+G)e-Ge（1n)11114A033213(11)n12=;3(1H1)nAM11M23R=HC+HC=×+×/=(→)RC=(←);RB=0KN;內(nèi)力爭：

C1=3×2M圖(KN.m)圖(KN)圖6恒荷載內(nèi)力爭２．恒荷載作用下排架內(nèi)力剖析(1)AB跨作用屋面活荷載MQ1MQ11A1B2AM圖7AB跨作用活荷載作用簡圖Q=，則在柱頂和變階處的力矩為：1A2A1BM1AM2AM1BHHH則排架柱頂不動(dòng)鉸支座總的反力為：R=RA+RB=+=(→)VA=RA－RηA=RB－RηB=－RηC=×=－(←)排架各柱的彎矩圖,軸力爭,柱底剪力如圖8所示:M(KN.m)N圖(kN)圖8AB跨作用屋面活荷載內(nèi)力爭(2)BC跨作用屋面活荷載因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)對稱,且BC跨的作用荷載與AB跨的荷載相同,故只要叫圖8的各內(nèi)力爭地點(diǎn)及方向調(diào)一即可,如圖10所示:圖9AB跨作用活荷載作用簡圖(圖(圖10BC跨作用屋面活荷載內(nèi)力爭３．風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力剖析左吹風(fēng)時(shí)4(11)]3[1nC==13(1)]8[1nRA=-q1HC11=××=(←)RC=-q1HC11=××=(←)R=RA+RC+Fw=++=(←)各柱的剪力分別為:VA=RA-RηA=+×=-2..72KN(←)VB=RB-RηB=+×=(→)VC=-RηC=×=(→)左風(fēng)計(jì)算圖M（KNm)圖11左風(fēng)內(nèi)力爭右風(fēng)吹時(shí)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)對稱，不過內(nèi)力方向相反,，因此右風(fēng)吹時(shí)，內(nèi)力爭改變一下符號(hào)就行，如圖12所示；左風(fēng)計(jì)算圖M（KNm)圖11左風(fēng)內(nèi)力爭４．吊車荷載作用下排架內(nèi)力剖析（１）Dmax作用于A柱計(jì)算簡圖如圖１２所示，此中吊車豎向荷載Dmax，Dmin在牛腿頂面惹起的力矩為：MAMBRA+RB=+=(←)MA=Dmax×e3=×=Dmin×e3=×=HH各柱的剪力分別為:VA=RA-RηA=+×=(←)BBBV=R-Rη=+×=(→)CCV=-Rη=×=(→)DmaxMAMBDminM（KNm)N（KN)圖１２Dmax作用在A柱時(shí)排架的內(nèi)力（２）Dmax作用于B柱左計(jì)算簡圖如圖１２所示，此中吊車豎向荷載Dmaxmin在牛腿頂面惹起的，D力矩為：MA=Dmax×e3=７５.２５×=２６.３３MB=Dmin×e3=×=２５９.６１RA=－MAC3=-２６.３３×=-－２.６８KN(←)HRB=－MBC3=２５９.６１×=２６.４２KN(→)HR=RA+RB=－２.６８+２６.４２=２３.７４N(→)各柱的剪力分別為:VA=RA-RηA=－２.６８－×２３.７４=－１０.５１KN(←)VB=RB-RηB=２６.４２－×２３.７４=１８.５９KN(→)VC=-RηC=－×２３.７４=－７.８３N(←)DminMAMBDmaxM（KNm)N（KN)圖１３Dmax作用在B柱左時(shí)排架的內(nèi)力（３）Dmax作用于B柱左依據(jù)結(jié)構(gòu)對稱和吊車噸位相等的條件，內(nèi)力計(jì)算與Dma作用于B柱左狀況相同，只要將A，C柱內(nèi)力對調(diào)和改變所有彎矩及剪力符號(hào)：如圖１４（４）Dmax作用于C柱同理，將Dmax作用于A柱的狀況的A，C柱的內(nèi)力對調(diào)，且注意改變符號(hào)，可求得各柱的內(nèi)力，如圖１5（５）Tmax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16-a所示。關(guān)于A柱，n=，λ=，得a=，Tmax=223a3[(2a)(1a)(23a)]nC5==312[1(1)]RA=－TmaxC5=－１２.４６×０.５４=－(←)RB=－TmaxC5=－１２.４６×０.５４=－(←)MBDmaxMCDminM（KNm)N（KN)圖１４Dmax作用在B柱右時(shí)排架的內(nèi)力DminMBMcDmaxM（KNm)N（KN)圖１5Dmax作用在C柱時(shí)排架的內(nèi)力排架柱頂總反力R：R=RA+RB=－６.７３－６.７３＝－１３.４６KN各柱的簡力：VA=RA-RηA=－６.７３＋×１３.４６=－２.２９KN(←)VB=RB-RηB=－６.７３＋×１３.４６=－２.２９KN(←)VC=－RηC=×=(→)DminTmaxTmaxM（KNm)圖16Tmax作用在AB跨時(shí)排架的內(nèi)力（６）Tmax作用于BC跨柱因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)對稱及吊車的噸位相等，故排架內(nèi)力計(jì)算與“Tmax作用于AB跨柱”的情況相同，只要將A柱與C柱的對調(diào)，如圖17（圖17Tmax作用BC跨時(shí)排架的內(nèi)五．柱截面設(shè)計(jì)（中柱）混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，fc=mm2，ftk=mm2．采納HRB335級(jí)鋼筋，fy=fy`300N/mm2,ζb=，上下柱采納對稱配筋．１．上柱的配筋計(jì)算由內(nèi)力組合表可見，上柱截面有四組內(nèi)力，取h0＝４００－４０＝３６０mm，附帶彎矩ea=20mm（大于４００／３０），判斷大小偏愛：MNM/N+ea0.3ho判斷大小偏愛91124391.66252.66108大偏愛3179429.3527.40108小偏愛87119357.64263.59108大偏愛從中看出３組內(nèi)力為大偏愛，只有一組為小偏愛，并且：N=<ζbαfcbh0=０.５５０×１×９.６×４００×３６０＝因此按這個(gè)內(nèi)力來計(jì)算時(shí)為結(jié)構(gòu)配筋．對三組大偏愛的，取偏愛矩較大的的一組．即：M=N=上柱的計(jì)算長度：L0=2HU=2×=e0=M/N=ei=e0+ea=l0/h=7200/400=18>5．應(yīng)試慮偏愛矩增大系數(shù)ηζ1=0.5fcA=××160000/357640=>1，取ζ１＝１N2=l0/h>15，取ζ2=1(l02ζ1ζ2=1+17200002×1×=η=1+h)()1400ei263.40400h01400360ηN=357640/1××400×360=ζ=fcbh0>2αs/h0=2×40/360=as因此x=ζ×h0=×360=e`=ηei-h/2+αs=×４００／２＋４０＝`=fyAs(h0-as)-α1fcbx(x/2-as)fyAsxfyAs圖１８｀xNe＋a1fcbx(as)ss`2=as)fy(h0357640１８５０.５＋１９６.４００９３６.(93.640)2300(36040)=715mm采納３φ１８（As=763mm2）．驗(yàn)算最小配筋率：ρ＝As/bh=763/400×400=%>%平面外承載力驗(yàn)算：l0==×=l/b=5400/400=，查表得ψ＝０９３，20caNu=ψ(fy`As`+fcAs)=××(300×763×2+×158474)=２．下柱配筋計(jì)算取h0=800-40=760mm，與上柱剖析方法認(rèn)識(shí)，選擇兩組最不利內(nèi)力：M=M=N=KNN=KN(1)按M=，N=KN計(jì)算L0=１HU=１×=，附帶偏愛矩ea=800/30=(大于２０mm),b=100mm,bf`=400mm,hf=150mme0=M/N=217960/=ei=e0+ea=l0/h=7200/800=9>5并且＜１５．應(yīng)試慮偏愛矩增大系數(shù)η，取ζ2=1ζ1=0.5fcA=××160000/810940=>1，取ζ１＝１N1l0)2ζ1ζ2=1+17200002×1×1=η=1+(()eih296.7776014001400h0760ei=×=>×760=228，因此為大偏愛η受壓，應(yīng)從頭假設(shè)中和軸位于翼緣內(nèi)，則α1x=N`=810940/1××400=>hf=150mm1fcbf說明中和軸位于板內(nèi)，應(yīng)從頭計(jì)算受壓區(qū)的高度：Na1fc(bfb)hfx=a1fcb810940１９６.150(400100)==19.6100e=ηei+h/2+αs=×-800／2-40＝7005mm｀`b)hf(h0hfa1fcbx(h0xNea1fc(bf))ss`=22=A=Afy(h0as`)810940700.5１９６.(４００1006100394.72(760394.72)22300(76040)=(2)按M=，N=KN計(jì)算L0=１HU=１×=，附帶偏愛矩ea=800/30=(大于２０mm),b=100mm,bf`=400mm,hf=150mme0=M/N=152690/=ei=e0+ea=l0/h=7200/800=9>5并且＜１５．應(yīng)試慮偏愛矩增大系數(shù)η，取ζ2=10.5fcA１＝１ζ1==××160000/810940=>1，取ζNη=1+1(l0)2ζ1ζ2=1+1(720000)2×1×1=eih296.7776014001400h0760ei=×=>×760=228，因此為大偏愛η受壓，應(yīng)從頭假設(shè)中和軸位于翼緣內(nèi)，則Nx=1fcbf`=473440/1××400=>hf=150mmfy

fα1xfy圖２０說明中和軸位于翼緣內(nèi)：e=ηei+h/2-αs=×-800／2-40＝｀x(h0xNea1fcbf)`=2=As=Asfy(h0as`)473440761.9319.6400123.29(760123.3)300(76040)2=最小配筋βminA=%×177500=355mm2因此選３φ１４（As=461mm2）知足要求查附表１１.１的無柱間支撐垂直排架方向柱的計(jì)算長度，l0=1Hl=l0/b=7200/400=18，查表得ψ＝，Ac=A-Aa=177500-461×2=176578mmNu=ψ(fy`As`+fcAs)=××(300×461×2+×176578)=>Nmax因此知足彎矩作用平面外的承載力要求３．柱裂痕寬度驗(yàn)算《規(guī)范》中規(guī)定，對e0/h0>的柱要進(jìn)行裂痕寬度驗(yàn)算，本例的上柱出現(xiàn)e0/h0=>,所以應(yīng)當(dāng)進(jìn)行裂痕驗(yàn)算。驗(yàn)算過程見下表２１。此中上柱的As=763mm2；s2；構(gòu)件的受力特點(diǎn)系數(shù)acrc=25mm,ftk=mm2。E=200000N/mm=，混凝土的保護(hù)層厚度４．柱裂痕寬度驗(yàn)算非地震區(qū)的單層廠房柱，其箍筋數(shù)目一般由結(jié)構(gòu)要求控制。依據(jù)結(jié)構(gòu)要求，上下柱均采納φ８@200箍筋。５．牛腿設(shè)計(jì)依據(jù)吊車支承的地點(diǎn)，截面的尺寸及結(jié)構(gòu)要求，確立牛腿的尺寸如圖２２所示，其中牛腿的截面寬度b=400mm，牛腿截面高度h=1050mm，h0=1015mm.牛腿腿截面高度驗(yàn)算柱截面上柱內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值Mk/(KN.m)62.23Nk/(KN)296.19e0=Mk/Nk/mm0.21ρtk=As/(0.5bh+(bf-b)hf)0.0094<0.01,取0.01ηs=1+1(l0/h)2/(400(e0/h0))1.15e=ηse0+h/2-as/mm401.50γf=hf`(hf`-b)hf/mm0.00z=[0.87-0.12(1-γf`)(h0/e)2]h0/mm278.47σsk=Nk(e-z)/AsZ171.51ψtk/ρteσsk0.52ω=acrψσsk/Es(1.9C+0.08dep/ρet)0.17表２１柱的寬度驗(yàn)算表１７<，因此知足要求Fv≤β（１－０.５Fhk/Fvk）ftkbh0驗(yàn)算a0.5h0β＝０.６５，ftk=mm2，F(xiàn)hk=0，a=650-175-250/2=350mmFvk=Dmax/γQ+G3/γG=+=ftkbh0β（１－０.５Fhk/Fvk）=a0.5h0×1.544001015=>Fvk0.5350201015圖２２因此所選的尺寸知足要求（２）牛腿配筋計(jì)算縱向受拉鋼筋總截面面積As：AsFva(34615038760)（35020）２mm2≥=0.853001015=550.0.85fyh0依據(jù)規(guī)定，縱向受拉鋼筋A(yù)s的最小配筋率為=×400×1050=840mm2mm2。因此要按８４０mm2配筋。此刻采納５φ１６（As=1005mm2）水平箍筋采納φ８@100的雙肢筋。牛腿的剪跨比a/h0=370/1050=>，因此應(yīng)當(dāng)設(shè)置彎起鋼筋A(yù)≥０.５A(chǔ)s==，且A≥=×400×1015=609mm2應(yīng)采納４φ１４（As=６１５mm2）６．牛腿設(shè)計(jì)采納翻身起吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿下部，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后起吊。插入杯口深度為800mm,則柱吊裝時(shí)的總長度為++=.。柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載（應(yīng)試慮動(dòng)力系數(shù)）即q1=μυGq1k=××=mq2=μυGq1k=××××25)=mq3=μυGq1k=××=mq2q1q3ABRA6950RB10503600M2M1M3圖２３在上述荷載的作用下，柱的控制截面的彎矩為：M1=q1Hu2=××=q1Hu2=××（+）2+×由∑MB=+M2=0解得：RA=3AX32dM3A3得x=則下柱段最大彎矩3為：dxM3=×柱的截面上柱下柱M(Mk)/(KNm)46.66(38.88)94.71(78.93)Mu=fyAs(h0-as`)/(KN.m)73.25>0.9×46.6697.63>0.9×94.71σsk=Mk/(0.87h0As)/(N/mm2)162.7264.1ψtk/fteσsk0.4850.72ωmax=acrψσsk(1.9c+0.080.16<0.20.09<0.2deq/ρte)/Es表２４吊裝時(shí)柱的寬度驗(yàn)算表六．基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（B柱下基礎(chǔ)）１．初步確立杯口尺寸及基礎(chǔ)埋深（１）杯口尺寸-0.0007575350350-0.600h105805a22a1052圖２5基礎(chǔ)截面尺寸杯口的深度：柱子的插入深度H1=800mm，因此杯口深度為800+50=850mm杯口頂部尺寸：寬為400+2×75=550mm，長為800+2×75=950mm杯口底部尺寸：寬為400+2×50=500mm，長為800+2×50=900mm杯口厚度：因?yàn)?00<hc<1000，因此杯壁的厚度取t=350mm杯壁高度：h1≤t/=350/=466mm，取h1=350mm杯底厚度；a1=250mm，依據(jù)a2≥a1原則，取a2為250mm依據(jù)以上尺寸，確立基礎(chǔ)總高度H1+a1+50=800+250+50=1100mm基礎(chǔ)的埋置深度：1100+600=1700mm地基承載里設(shè)計(jì)值：fa=200KN/m2(2)基礎(chǔ)面積計(jì)算計(jì)算公式+Mmax組合Nmax組合Nmin組合Fd=N(KN)810.941006.06473.44Md=M+Vh(KN.m)227.49172.48171.02表２６B柱在基礎(chǔ)地面的荷栽估量基礎(chǔ)底面積：A≥N=(200-20×=fr0D考慮偏愛受壓，將基礎(chǔ)的面積增大２０％=×=G=γGγyDA=×20××8=326..4KN計(jì)算公式+Mmax組合Nmax組合Nmin組合N+G/(KN)1137.341332.46799.84e=Md/N+G0.200.130.21ρmax=(N+G)/A(1+6e/l)/(KN/m2)184.82198.90132.05ρmin=(N+G)/A(1-6e/l)/(KN/m2)99.51134.2267.91表２７基礎(chǔ)底面壓應(yīng)力計(jì)算取基礎(chǔ)地面長邊與短邊的比為２，則l=，b=，取l=４m，b=２m校核基礎(chǔ)底面積能否知足要求：（１）校核(Pmax+Pmin)≤f(Pmax+Pmin)=×+=<f=200(２）校核Pmax≤Pmax=<=×200=240KN（３）校核Pmin≥０Pmin=>0由以上得悉，基礎(chǔ)的地面尺寸４×２＝８m2，