单层单跨工业厂房-设计.doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录1477专心-专注-专业1 设计条件与资料某金工车间为单跨厂房，跨度为18m，柱距均为9m，车间总长度45m。该跨设有150/50kN吊车1台，吊车工作等级为A5级，轨顶标高为12.25m。采用卷材防水屋面，240mm厚双面清水围护砖墙，钢窗宽度6m，室内外高差为150mm，素混凝土地面，厂房建筑剖面如图1所示。厂房所在地点的基本风压0.45kN/m2，地面粗糙度为B类；修正后的地基承载力特征值为200kN/m2。活荷载组合值系数；风荷载组合值系数取0.6。要求进行排架结构设计（不考虑抗震设防）。2 结构构件选型与截面尺寸确定因该厂房跨度在1536m之间，且柱顶

2、标高大于8m，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁，厂房各主要构件选型见表1。表1 主要承重构件选型表构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值屋面板G410（一）1.5m6m预应力混凝土屋面板YWB-2s1.40kN/m2(包括灌缝重)天沟板G410（三）1.5m6m预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）TGB68-11.91kN/m2屋架G415（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度24m）YWJA-24-1Aa80.00kN/榀0.05kN/m2（屋盖钢支撑）吊车梁G323（二）钢筋混凝土吊车梁（吊车工作级别

3、A1A5）DL-9B40.80kN/根轨道连接G325（二）吊车轨道连接详图0.80kN/根基础梁G320钢筋混凝土基础梁JL-316.70kN/根注：本表图集均按TJ 10-1974钢筋混凝土结构设计规范设计，重力荷载已换算为法定计量单位。图1 厂房剖面图由图1可知柱顶标高为14.3m，牛腿顶面标高为10.4m，设室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H，下柱和上柱高度分别为： 根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱截面尺寸，见表2。表2 柱截面尺寸及相应的计算参数柱号计算参数截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/（kN/m）A,B上柱矩 500600

4、3.010590.01097.5下柱I 50012001502003.375105125.110108.44本例仅取1榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2所示。图2 计算单元和计算简图3 荷载计算3.1 恒载（1） 屋盖恒载 SBS防水层 0.45kN/m2 20mm厚水泥砂浆找平层 20kN/m30.02m=0.40kN/m2 100mm厚水泥蛭石保温层 5kN/m30.1m=0.50kN/m2 一毡两油隔气层 0.05kN/m2 20mm厚水泥砂浆找平层 20kN/m30.02m=0.40kN/m2 预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 1.40kN/m2 屋盖钢支撑 0.05kN/m2 合

5、计 3.25kN/m2 屋架重力荷载为80kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值 （2） 吊车梁及轨道重力荷载设计值 （3） 柱自重重力荷载设计值 上柱 下柱 各项恒载作用位置如图3所示图3 荷载作用位置图（单位：kN）3.2 屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值为0.54kN/m2，后者小于前者，故仅按前者计算，作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：的作用位置与作用位置相同，如图3所示。3.3 风荷载风荷载标准值按式计算，其中，根据厂房各部分标高（图1）及B类地面粗糙度由混凝土结构设计附表5.1确定如下：柱顶（标高13.00m） 檐口（标高15.50m） 屋顶（标高1

6、7.00m） 如图4a所示，由式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：图4 风荷载体型系数及排架计算简图作用于排架计算简图4b上的风荷载设计值为：3.4 吊车荷载由混凝土结构设计表2.5.1可得500/50kN吊车的参数为： 根据及，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值，如图5所示。图5 吊车荷载下支座反力影响线（1） 吊车竖向荷载 由公式 可得吊车竖向荷载设计值为： （2） 吊车横向水平荷载 作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力按公式计算 作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值 4 排架内力分析该厂房为单跨排架，可用剪力分配法进行排架内力分析，其中柱的剪力分配系数按公

7、式计算，结果见表3。表3 柱剪力分配系数柱别A,B柱4.1 恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图6a所示。图中的重力荷载及力矩M是根据图3确定的，即：; 由于图6a所示排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力可根据混凝土结构设计表2.5.2所列的相应公式计算。对于A,B柱， ，则 求得后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力，柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图6b,c。图6d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。 图6 恒载作用下排架内力图4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析A,B跨作用屋面活荷载，排

8、架计算简图如图7所示。其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为，对于A,B柱，,则 () ()图7 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图4.3 风荷载作用下排架内力分析（仅考虑左吹风）计算简图如图8所示。对于A,B柱，由混凝土结构设计表2.5.2所得：（）（）（）各项顶剪力分别为：()()图8 左吹风时排架内力图4.4 吊车荷载作用下排架内力分析（1） 作用于A柱 计算简图如图9所示，其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力 对于A柱，则（）对于B柱()排架各柱剪力分别为（）() 图9 Dmax作用在A柱时排架内力图排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图9所示。（2） 作用在B柱计算简图如图10a所示，

9、将“作用在A柱”的情况的A,B柱内力对换，并注意改变符号，渴求的作用于B柱时各柱的内力。排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图10b,c所示。图10 Dmax作用在B柱时排架内力图（3） 作用于AB跨柱 当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图11所示。对于A柱，由混凝土结构设计表2.5.3得，则（）排架柱顶总反力R为：排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图11b所示。当方向相反时弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。图11 Tmax作用在AB柱时排架内力图5 内力组合由于排架单元为对称结构，可仅考虑A柱截面，表4为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表，表5为A柱内力组合表。表4 A柱内力设计值

10、汇总表柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载Dmax作用在A柱Dmax作用在B柱序号-M17.78-1.54-21.37-21.375.4455.09N39961.240000-M-90.40-16.8395.6434.165.4455.09N456.661.24390.0474.0400-M61.00-7.1035.91-25.57165.02618.76N566.9961.20390.0474.0400V6.941.18-8.08-8.5214.6479.40注：M（单位为），N（单位为kN），V（单位为kN）表5 A柱内力组合表截面+Mmax及相应的N,V-Mm

11、ax及相应的N,VNmax及相应的M,VNmin及相应的M,V备注-M+0.7（+）54.642+0.7*+*1.0+*0.7-8.4761.35/1.2+0.718.925+0.7*16.70217.35kNm=441.868kNN339441.868491.743411.868-M+0.7*+*0.642.102+0.7*+0.7*-105.989+0.7+-6.541+0.7*+0.7-78.269N846.64499.468889.508551.296-M+0.7(+)+*0.6831.184+0.7（+）+-85.054+0.7+91.94+0.7*+0.7*38.13149.34k

12、Nm=661.686kNN957.03683.898999.898661.686V109.01834.58824.3422.696600.965-53.49172.93334.498751.092555.997781.712540.13279.52426.35919.03917.865注：M（单位为），N（单位为kN），V（单位为kN）6 柱截面设计以A柱为例，混凝土强度等级为，采用HRB400级钢筋，上下柱均采用对称配筋。（1）选取控制截面最不利内力 对上柱，截面有效高度取,则大偏心和小偏心受压界限破坏时对应的轴向压力为 由表5可见，上柱-截面共有4组不利组合，4组内力均满足=2398.7k

13、N，故均为大偏心受压。对这4组内力，按照“弯矩相差不多时，轴力越小越不利；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则，可确定上柱的最不利内力为 对下柱，截面的有效高度取,则大偏心和小偏心受压界限破坏时对应的轴向压力为 由表5可见，下柱-和-有8组不利内力，均满足=2536.9kN。对这8组内力采用与上柱-截面相同的分析方法，可得下柱的最不利内力为 （2）上柱配筋计算 上柱的最不利内力为 查由附表11.1，可得有吊车厂房排架方向柱的计算长度为 （取） 故取进行计算 选用()，则 由混凝土结构设计附表11.1查得垂直排架柱计算长度则，满足弯矩作用平面外的承载力要求。 （3） 下柱配筋计算取，与上柱分析

14、方法类似，在表5的8组内力中，选取最不利内力组为：，下柱计算长度取，截面尺寸:b=150mm,。 （取） 且，为大偏心受压构件，受压区在受压翼缘内，则 选用()，则 （4）柱的裂缝宽度验算 规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。由表5可知，按荷载准永久组合计算时，上柱及下柱的偏心距分别为 故不需要进行裂缝宽度验算。 （5）柱箍筋配置非抗震地区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求，上下柱均选用箍筋，加密区为。 （6）牛腿设计根据吊车梁支撑位置，截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图12所示。其中牛腿截面宽度b=500mm，牛腿截面高度h=800mm,h0=760mm （1）

15、牛腿截面高度验算按式验算，其中,(牛腿顶面无水平荷载)，取；按下式确定： 故牛腿截面高度满足要求。 图12 牛腿尺寸简图 （2）牛腿配筋计算由于,因此该牛腿可按构造要求配筋，根据构造要求，。实际选用（）。水平箍筋选用。 （7）柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。由混凝土结构设计表2.4.6可得柱插入杯口深度为，取，则吊装时总长度为，计算简图如图13所示。图13 柱吊装计算简图 柱吊装阶段的荷载为柱自重荷载（应考虑动力系数），即在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为：由得：令 ，则下柱段最大弯矩为：承载力和裂缝宽度验算上柱裂缝宽度验算如下： （取） 满足要求。下

16、柱裂缝宽度验算如下： （取） （取） 满足要求。7 基础设计GB50007-2002建筑地基基础设计规范规定，对于9柱距的单层多跨厂房，地基承载力特征值160，吊车起重量150300,厂房跨度,设计等级为两级时，可不做地基变形验算。本例满足上述要求，故不做地基变形验算。混凝土强度等级采用C35，下设100mm厚C10的素混凝土垫层。7.1 作用于地基顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（-截面）传给基础的,及外墙自重重力荷载，前者可有表5中的-截面选取，见表7，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算，内力的正负号规定见图14b所示。表6 基

17、础设计的不利组合组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第1组831.184957.03109.018600.695751.09279.524第2组-85.054683.89834.588-53.491555.99726.359第3组91.94999.89824.3472.933781.71219.039图14 基础荷载示意图由图14a可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0m，总高度为15.50m，墙体为240mm实心砖墙（），钢框玻璃窗（），基础梁重量为16.7kN/根。每个基础承受的由墙体传来的荷载为：240mm厚砖墙 钢框玻璃窗 基础梁 合计 距基础形心的偏心距为：7.2 基础尺寸及埋置深度

18、（1） 按构造要求拟定高度h由混凝土结构设计表2.4.6得柱的插入深度，取，由混凝土结构设计表2.4.7得柱底厚度应大于250mm，取，则基础顶面标高-0.500m，故基础埋置深度d为：由混凝土结构设计表2.4.7得杯壁厚度，取400mm；基础边缘高度取350mm，台阶高度取450mm，见图14b。（2） 拟定基础底面尺寸由式得：适当放大，取（3） 计算基地压力及验算地基承载力基地压力按式计算，结果见表8；按式验算地基承载力，其中，验算结果见表8。可见，基础底面尺寸满足要求。表7 基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第1组第2组第3组600.96-53.4972.93751.09555.99

19、781.7179.5226.3619.041905.91710.81936.5270.64-452.92-336.02192.96199.18203.38124.99585.885119.375158.98200142.53200161.38200192.96240199.18240203.382407.3 基础高度验算这时应采用基地净反力设计值和可按式计算，结构见表9。对于第2组内力，按式计算时，0，故对该组内力应按式计算基地净反力，即：表8 基础底面净反力设计值计算表类别第1组第2组第3组831.181-85.05491.94957.03683.818999.898109.01834.58

20、824.341679.861406.651722.73452.41-560.53-396.86196.55187.29193.1783.4347.1593.95由式得，因台阶高度与台阶宽度相等（均为320mm），所以只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力计算截面如图15所示。变阶处截面有效高度因为，所以：由式得；因为，取，则由式得 故基础高度满足要求。图15 变阶处的冲切破坏截面7.4 基础底板配筋计算（1） 柱边及变阶处基地反力计算基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如图16所示。三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表10。其中第1,3组内力产生的基地反力示意图

21、见图16，第2组内力产生的基底反力示意图见图15；用表列公式计算第2组内力产生的和时，相应的2.6/4和3.24/4分别用2.56/3.938和3.2/3.938代替，且pj,min=0。（2） 柱边及变阶处弯矩计算 图16 基础底板配筋计算截面表9 柱边及变阶处基底净反力计算公式第1组第2组第3组152.72132.99154.72165.44148.75165.88174.64160.14173.95181.00168.02179.53139.99117.22143.56（3） 配筋计算基础底板受力钢筋采用HPB400级（）。长边方向钢筋面积为：选用（）基础底边短边方向钢筋面积为：选用（）

22、。基础底板配筋图见图17所示。由于，所以杯壁不需要配筋。图17 基础底板配筋图致 谢 “工欲善其事，必先利其器”，本次课程设计我做的非常开心，很少有什么事让我非常开心的，因为我又重新温习了结构力学、钢筋混凝土设计原理等课程，从中又有了更深的理解，当然了，每一次的工程设计都离不开规范，我又细心地查阅了混凝土规范、荷载规范等资料，在经历了近一个月的课程设计中，不仅使我对课本上的理论知识有了新的感官的认识，还培养了我们综合分析问题和解决问题的能力，熟悉了钢筋混凝土结构设计的方法和步骤，为我们走向工作岗位打下了坚实的基础，在这方面，李林老师对我们的指导和帮助更加使我有了新的进步，其次同学之间的相互帮助

23、也让我少犯了一些不必要的错误。总之，我诚挚的感谢老师，各位同学及学院的大力支持，使我顺利的完成了此次的课程设计。参考文献1 沈蒲生，梁兴文编.混凝土结构设计（第三版）M.北京：高等教育出版社，2007.2 徐有邻，周氏.混凝土结构设计规范理解与应用M.北京：中国建筑工业出版社，2002.3 东南大学，天津大学，同济大学.混凝土结构设计原理M.3版.北京：中国建筑工业出 版社，2005.4 沈蒲生，罗国强.混凝土结构疑难释义M.3版.北京：中国建筑工业出版社，2003.5 林同炎，NED H BURNS.预应力混凝土结构设计M.路谌沁，黄棠，马誉美，译.3版.北京：中国铁道出版社，1984.6 童岳生.钢筋混凝土基本构建M.西安：陕西科学技术出版社，1989.7 童岳生，梁兴文，等.钢筋混凝土构件设计M.北京：科学技术文献出版社，1995.8 李国平.预应力混凝土结构设计原理M.北京：人民交通出版社，2000.9 王有志，等.预应力混凝土结构设计原理M.北京：中国水利水电出版社，1999.10 王铁成，等.混凝土结构基本构件设计原理M.北京：中国建材工业出版社，2002.11 叶见曙，等.结构设计原理M.北京：人民交通出版社，1998.12 混凝土基本力学性能研究组.混凝土的几个基本力学指标C./钢筋混凝土结构研究 报告选集.北京：中国建筑工业出版社，1997.