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1、单层工业厂房结构课程设计一、设计条件 1.1 工程概况某厂装配车间为一双跨钢筋混凝土厂房，跨度为24米，长度为90.48米，柱顶标高为13.5米，轨顶标高为9.8米，厂房设有天窗，采用两台20t和一台30/5t的A4工作制吊车。屋面防水层采用二毡三油，维护墙采用240mm厚的转砌体，钢门窗，混凝土地面，室内外高差为150mm，建筑剖面图详见图1. 11.2 结构设设计资料料 自然条件件：基本本风压值值为0.35KKN/mm2，基本本雪压值值为0.45 KN/m2 地地质条件件：厂区区自然地地坪以下下为0.8m厚厚填土，填填土一下下为3.5m厚厚中层中中密粗砂砂土（地地基承载载力特征征值为225
2、0 KN/m2），再再下层为为粗砂土土（地基基承载力力特征值值为3550 KN/m2），地下下水位在在地面下下2.55米，无腐腐蚀性。 1.33 吊车车使用情情况车间设有两两台200t和一一台300/5tt的A44工作制制吊车，轨轨顶标高高为9.8米，吊吊车的主主要参数数如下表表：起重吊车宽度轮距吊车总重小车重（KN）最大轮压最小轮压300/550 6.115 4.88 365117 2880 665 11.4 厂房标标准构件件选用情情况 1.44.1 屋面板板 采用11.5XX6m预预应力钢钢筋混凝凝土屋面面板，板板自重标标准值为为1.44kN/m2。 1.4.22 天沟沟板 天沟板板自重标
3、标准值为为12.1KNN/块，积积水荷载载以0.6KNN/m计计 天窗架架 门窗钢钢筋混凝凝土天窗窗架，每每根天窗窗架支柱柱传到屋屋架的自自重荷载载标准 值为227.22 1.4.33 屋架架 采用预预应力钢钢筋混凝凝土折线线型屋架架，自重重标准值值为1006KNN/榀。 1.4.44 屋架架支撑 屋架支支撑的自自重标准准值为00.055kN/m2 1.4.55 吊车车梁 吊车梁梁为先张张法预应应力钢筋筋混凝土土吊车梁梁，吊车车梁的高高度为 12200mmm，自自重标准准值为444.22kN/根。轨轨道及零零件重标标准值为为1kN/mm， 轨道道及垫层层高度为为2000mm。 11.4.6 基
4、基础梁 基础础梁尺寸寸；基础础梁为梯梯形截面面，上顶顶面宽3300mmm，下下底面宽宽 2000mmm，高度度4500.每根根重166.7KKN。 11.5 材料选选用 1.5.11柱 混凝土：采用440 钢筋：纵纵向受力力钢筋采采用HRRB4000，箍箍筋采用用HRBB3355. 1.5.2 基基础 混凝土：采用CC40 钢筋：采采用HRRB3335级钢钢。 11.5.3 屋面做做法 220厚1：3水泥砂砂浆找平平层（重重力密度度为200 KN/m3） 冷冷底子油油两道隔隔气层00.055 KN/m2 1100厚厚泡沫混混凝土隔隔热层（抗抗压强度度4MPPa，重重力密度度5 KN/m3） 1
5、15厚11:3水水泥砂浆浆找平层层（重力力密度220 KN/m3） 11.6 屋面或或则在标标准值的的取值 11.7 相关建建筑材料料的基本本数据 钢钢筋混凝凝土容重重 水水泥砂浆浆容重 石石灰水泥泥混合砂砂浆容重重 2240厚厚双面粉粉刷机制制砖墙重重 钢钢门窗自自重 防防水层自自重 0.35 KN/m2 找找平层自自重 图1.1 建筑剖剖面图二、计算简简图的确确定 22.1 计算上上柱高及及柱全高高 根据任任务书的的建筑剖剖面图： 上柱高高=柱顶顶标高-轨顶标标高+轨轨道构造造高度+吊车梁梁高 =133.5-9.88+1.2+.02=5.11m 标高=吊车梁梁顶标高高-吊车车梁高=13.5
6、-00.2-1.22=122.1mm 全柱高高H=柱柱顶标高高基顶标标高=113.55-（-0.55）=114.00m 下柱高高=H-=14.0-55.1=8.99m = /H=5.11/144=0.3644 22.2 初步确确定柱截截面尺寸寸 根据柱的的高度、吊吊车起重重量及工工作级别别等条件件，可确确定柱的的截面尺尺寸，见见表2.1。表2.1 柱柱截面尺尺寸及相相应的计计算参数数排架计算单单元和计计算简图图如下图图所示。计算参数柱号截面尺寸/面积/惯性矩/自重/ A，C 上柱矩40055002.0100541.711085.0 下柱 I400010000*1100*1500 1.98801
7、005 256.3411084.95B 上柱矩50066003.010059010887.5 下柱 I500012000*1100*1500 2.50001005 496.5111086.25图2.1 计算单单元和计计算简图图三、荷载计计算 33.1 恒载 3.11.1 屋盖结结构自重重二毡三油防防水层 0.335 KN/m2100厚泡泡沫混凝凝土隔热热层 0.5 KN/m220m厚11：3水泥砂砂浆找平平层 冷底子油两两道隔气气层 00.055 KN/m2预应力混凝凝土屋面面板（包包括灌缝缝） 15厚1:3水泥泥砂浆找找平层 00.3 KN/m2屋盖支撑 3.005 KKN/mm2G1=1.
8、2*（33.055*6*24/2+1106/2）=3277.122Kn 3.1.2 柱柱自重A、C柱上柱 G44A= G4CC =11.255.11=30.60kkN 下下柱 G5A= G5CC =11.24.9958.99=52.87kkN B柱柱 上柱柱 G4B=11.27.55*5.1=227.336KNN 下柱柱 GG5B=11.26.2258.99=52.887kNN 3.1.3 吊吊车梁及及轨道自自重 G3=11.2*(455.5+1*66)=661.88KN 各项恒荷载载作用位位置如图图3.11所示。图3.1 荷载作作用位置置图(单单位:kkN） 33.2 屋面活活荷载标标准值
9、屋面活荷荷载标准准值为00.5 KN/m2，雪荷荷载标准准值为00.455 KN/m2，后者者小于前前者，故故仅按前前者计算算。作用用于柱顶顶的屋面面活荷载载设计值值为Q1=1.4*00.5*6*224/22=500.400KN的作用位置置与作用用位置相相同，如如图3.1所示示。 33.3 风荷载载 某地地区的基基本风压压，对按柱柱顶标高高13.5m考考虑，查查规范得得，对按天天窗檐口口标高114.88m考虑虑，查规规范得。屋屋顶标高高15.80mm考虑，查查规范得得。天窗窗标高220.112m考考虑，查查规范得得。风载载体型系系数的分分布如图图下 图33.2 风荷载载体型系系数及排排架计算算
10、简图则作用于排排架计算算简图(图3.2）上上的风荷荷载设计计值为： 3.4 吊吊车荷载载根据B与KK及支座座反力影影响线，可可求得图3.3 吊车荷荷载作用用下支座座反力影影响线3.4.11 吊车车竖向荷荷载由公式求得得吊车竖竖向荷载载设计值值为： =11.42800（1+0.2267+0.88+0.0677）=8836.5KNN3.4.22 吊车车横向水水平荷载载作用于每一一个轮子子上的吊吊车横向向水平制制动力为为：作用于排架架柱上的的吊车横横向水平平荷载设设计值为为： 其其作用点点到柱顶顶的距离离 yy=四、内力计计算 4.11 恒载载作用下下排架内内力分析析 该厂房为为两跨等等高排架架，可
11、用用剪力分分配法进进行排架架内力分分析。其其中柱的的剪力分分配系数数计算，见见表4.1。表4.1 柱剪力力分配系系数柱别A、C 柱柱B 柱在G1作用用下： 对AA、C柱柱，已知知由规范范公式：2.3211因此，在共共同作用用（即在在G1作作用下）柱柱顶不动动铰支承承的反力力图4.1 恒载作作用下排排架内力力图 4.22 在屋屋面活荷荷载作用用下排架架内力分分析4.2.11 ABB跨作用用屋面活活荷载 排架计算简简图如图图2.11所示，其其中Q11=400.322KN，它它在柱顶顶及变阶阶处引引引起的力力矩为： 对A柱，=2.3321，=0.9934 对B柱，=1.7721则排架柱顶顶不动铰铰支
12、座总总反力为为： 将R反反向作用用于排架架柱顶，计计算相应应的柱顶顶剪力，并并与柱顶顶不动铰铰支座反反力叠加加，可得得屋面活活荷载作作用于AAB跨时时的柱顶顶剪力，即即 图图4.22 ABB跨作用用屋面活活荷载时时排架内内力图4.2.22 BCC跨作用用屋面活活荷载由于结构对对称，且且BC跨与与AB跨作作用的荷荷载相同同，故只只需将图图4.22中个内内力图的的位置及及方向调调整一下下即可，如如图4.3所示示。 图44.3 BC跨跨作用屋屋面活荷荷载时排排架内力力图 4.33 吊车车荷载作作用下排排架内力力分析 44.3.1 DDmaxx作用在在A柱 A柱： B柱柱： 对A柱柱 对B柱柱 ( )
13、( ) 排架各各柱顶剪剪力分别别为：( )( )( ) 排架架各柱的的弯矩图图，轴力力图和柱柱底剪力力值如图图4.44所示。 图4.4 作用AA柱时排排架内力力图4.3.22 作用用在B柱柱左 柱柱顶不动动铰支座座反力，及总反反力分别别为：( )( )( ) 各柱顶顶剪力分分别为：( )( )( )排架各柱的的弯矩图图，轴力力图及柱柱底剪力力值如图图4.55所示 图4.5 作作用B柱柱左时排排架内力力图 4.33.3 Dmaax作用用在B柱柱右根据结构对对称性及及吊车吨吨位相等等的条件件，内力力计算与与作用于于B柱左左的情况况相同，只只需将AA，C柱柱内力对对换并改改变全部部弯矩及及剪力符符号
14、，如如图4.6所示示。 图44.6 作用BB柱右时时排架内内力图 4.33.4 作用于于C柱 同理，将将作用于于A柱情况况的A，C柱内力力对换，并并注意改改变符号号，可求求得各柱柱的内力力，如图图4.77所示。 图图4.77 作用用C柱时时排架内内力图 4.33.5 Tmaax作用用在ABB跨柱 对对A柱 aa=（33.8-1.22）/33.8=0.6632 对A柱柱，则 对对B柱，则则 排排架柱顶顶总反力力R为： 各各柱顶剪剪力为：Tmax作作用在AAB跨的的M图、NN图如图图4.88所示。 图图4.88 Tmmax作作用于AAB跨时时排架内内力图4.3.66 Tmaxx作用在在BC跨跨 由
15、于结构构对称及及吊车吨吨位相等等，故排排架内力力计算与与作用AAB跨情情况相同同，仅需需将A柱柱与C柱柱的内力力对换，如如图4.9所示示。图4.9 Tmaax作用用于BCC跨时排排架内力力图 4.44 风荷荷载作用用下排架架内力分分析 4.4.1 左左吹风时时 对A、CC柱 各柱柱顶剪力力分别为为: 风从从左向右右吹风荷荷载作用用下的MM、N图图如图 图4.10 左吹风风时排架架内力图图 4.4.22 右吹吹风时 计算简简图如44.111a所示示。将图图4.110b所所示A,C柱内内力图对对换且改改变内力力符号后后可得，如如图4.11bb所示。 图44.111 右吹吹风时排排架内力力图五、最不
16、利利荷载组组合 内内力组合合按式（22.5.19）式（22.5.21）进进行。除除及相应应的M和和N一项项外，其其他三项项均按式式（2.5.119）和和式（22.5.20）求求得最不不利内力力值；对对于及相相应的MM和N一一项，和和截面均均按（）求求得最不不利内力力值，而而截面则则是按式式（2.5.221）即即（）求求得最不不利内力力。 对对柱进行行裂缝宽宽度验算算时，内内力采用用标准值值。66表5.1 柱内力力设计值值汇总表表柱号及正向向内力荷载类别 恒载屋面活载吊车竖向荷荷载吊车水平荷荷载风荷载 AB跨 BC跨Dmax在在柱Dmax在在B柱左左Dmax在在B柱右右Dmax在在柱Tmax在在
17、AB跨Tmax在在BC跨跨左风右风序号M 15.886 0.5226 2.2442 -57.49 -61.6 43.774 -2.666 9.111 29.6 52.999 -70.26N 331.68 40.332 0 0 0 0 0 0 0 0 0M -49.17 -112.11 2.744 123.56 -7.882 43.774 -2.666 9.111 29.6 52.999 -70.26N 391.92 50.44 0 603.5 179.26 0 0 0 0 0 0M 25.991 -4.88 9.299 -14.13 -1533.333 148.5 -9.003 1499.88
18、8 1000.499 246.45 -3544.399N 443.13 50.44 0 603.5 179.26 0 0 0 0 0 0 8.277 0.8 0.722 -15.18 -16.27 11.555 -0.771 15.47 7.779 44.557 400.2注：单位()，单位位，单位。表5.2 柱内力力组合表表截面+Mmaxx及相应应的N,V-Mmaxx及相应应的N,VNmax及及相应的的M,VVNmin及及相应的的M,VVMK, NNK备注M+0.99+0.9(+)+125.77+0.990.8(+)+00.9+-117.8+0.99+0.954.044+0.99+0.9(+
19、)+125.22491.333N377.004331.668377.004331.668276.44M+0.99+0.8(+)+00.9+145.442+0.99+0.8(+)+00.9+-154.8+0.9962.033+0.990.9(+)+-138.53N826.444566.335935.007391.992M+0.99+0.8（+）+00.9+474.221+0.99+0.8(+)+00.9+-537.1+0.9913.199+0.99+0.9(+)+457.774N877.665617.556986.228443.113V58.955-53.339-5.39964.7MK341.8
20、81-380.5612.511330.004NK679.66493.887757.224369.228VK43.099-36.112-2.87747.2表5.3 B柱内内力设计计值汇总总表柱号及正向向内力荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷荷载吊车水平荷荷载风荷载作用在跨作用在跨作用在柱作用在B柱左作用在B柱右作用在柱作用在跨作用在BC跨左风右风 序号M 00 -7.86 7.866 54.887 105.34 -1055.344 -54.87 119.229 119.229 132.54 -1132.54N 654.24 500.4 50.44 0 0 0 0 0 0 0 0M 00 -7.86
21、7.866 -79.58 -3477.299 347.2 79.558 119.229 119.229 132.54 -1322.544N 774.72 500.4 50.4 179.26 603.5 603.5 179.26 0 0 0 0M 00 -8.46 8.466 51.883 -95.04 95.004 -51 .833 449.95 -4499.955N 828.66 500.4 50.44 179.26 603.5 603.5 179.26 0 00 0 0 00 -0.0733 0.0773 14.444 27.772 -27.72 -14.44 34.888 -344.88
22、8注：单位()，单位位，单位。表5.4 B柱内内力组合合表截面+Mmaxx及相应应的N,V-Mmaxx及相应应的N,VNmax及及相应的的M,VVNmin及及相应的的M,VVMK, NNK备注M+0.99+0.9(+)+ 2227.31+0.99+0.9(+)+-227.31+0.77+0.9(+) +171.229+0.990.9(+)+ 210.004N699.66699.66724.88654.224M+0.99+0.9(+) + 423.29+0.99+0.9(+)+-423.29+0.88 (+)0+0.990.9+134.991N 13088.9221308.921740.3277
23、4.7724M+0.99+0.8（+）+00.9+667.773+0.99+0.8(+)+00.9+-667.73+0.88 (+)0+0.99(0.9+)554.337N1437.611437.611794.26828.666V36.6-36.66046.099MK476.995-476.950395.997NK1125.511125.511380.26690.555VK26.144-26.114032.922注：单位()，单位位，单位六、柱截面面设计 6.11 AA柱的截截面设计计6.1.11 柱在在排架平平面内的的配筋计计算表6.1 柱在排排架平面面内的计计算参数数截面内力组 1-11M
24、125.224 377.59 360 397.59 11 7.6 400 0.966 1.222N331.668 3-33M474.221 540.32 860 570.32 11 9.1 900 1.055 1.122N877.665M-537.1 869.7 860 899.7 11 9.1 900 1.055 1.077N617.556注 1. 2. 截面 内内力组 eeO 九九o ee 邑邑 o 丘丘 (2 叮叮 M(hhNm) 一14463 333 3365 553 0059 778000 4400 09955 18896 11 N(kkN) 44228 MM 一76677 2216
25、 3365 2236 11 78000 4000 09955 13341 NN 355558 MM 318854 6679 7765 7706 11 19助助0 8800 009033 113644 33 NN 44691 MM 44412 4468 7765 4461 11 93000 8000 11000 111277 NN 94226 33. 表6.2 柱在排排架平面面内的配配筋计算算 截面 内力组组 x 偏心情况况计算实配 1-1M125.224 397.59 1.222 6455.1 58 198 大偏压 10700.1322（11400）N331.668 3-3M474.221 5
26、70.32 1.122 10488.8 139.7 473 大偏压 13200422（15200）N877.665M-537.1 899.7 1.077 13722.7 108 473 大偏压 15977.3522（19000）N617.556综上所述:下柱截截面选用用522（119000） 6.1.2 柱柱在排架架平面外外的承载载力验算算 上柱柱，Nmmax =3331.668kNN,考虑虑吊车荷荷载时，按按规范有有 由由规范知知 下柱柱Nmaax=8877.65,当考虑虑吊车荷荷载时，按按规范有有 故承承载力满满足要求求。6.1.33 裂缝缝宽度验验算；构件受力力特征系系数；混混凝土保保护
27、层厚厚度取225mmm。验算算过程见见表6.3。相应于控制制上、下下柱配筋筋的最不不利内力力组合的的荷载效效应标准准组合为为：表6.3 柱的裂裂缝宽度度验算表表柱截面上柱下柱内力标准值91.333341.881276.44679.66330.445030.01440.02111.11523.44491300.5233292.775704.77191.11105.773=0.610.51110.2100.3 满足要要求0.0700.3满满足要求求 6.1.44 柱箍箍筋配置置 非地震震区的单单层厂房房柱,其其箍筋数数量一般般由构造造要求控控制.根根据构造造要求,上、下下柱均选选用82200箍箍筋
28、。 6.22 BB柱截面面设计 6.2.11上柱配配筋计算算由内力组合合表可见见，上柱柱截面有有四组内内力，取取h060004405560mmm，附附加弯矩矩ea=200mm（等等于60003300），四四组内力力都为大大偏心，取取偏心矩矩较大的的的一组组即：M=2277.311 N=6699.6吊车厂房排排架方向向上柱的的计算长长度 =2XX3.88m=77.6m。eo=M/N=2227.31/6999.6=3255mm,ei=e0+ea=3225+220=3345mmm 由=76000mm/6000mm=12.675，故故应考虑虑偏心距距增大系系数=2.45331.0 取=1.0.=1.0
29、233,取= =1.1866= ，取x=2aas进行计计算 选选3 200 As=9442mmm2 则则，满足足要求垂直于排架架方向柱柱的计算算长度=1.225X33.8m=44.75m，则 =满足弯矩作作用平面面外的承承载力要要求。 6.2.22 下柱柱的配筋筋计算 取取，与上上柱分析析方法类类似，选选择下列列两组不不利内力力： M=6667.73kkN*mm M=5544.377kN*m N=114377.611kN N=8288.666kN（1） 按M=6667.773kNN*m，NN=14437.6kNN计算下柱计算长长度loo=1.0 HHc=9.1m,附加偏偏心距eea=10000
30、/30=33mmm(20mmm)B=1000mm, bff=4000mmm, hhf=1550mmm Eoo=M/N= 故故应考虑虑偏心距距增大系系数，取取2=1.0=故为大偏心心受压。 x= =112388mm22（2）按MM=5554.337kNN*m,N=8828.66kkN 计算算方法与与上述相相同，计计算过程程从路，AAs=AAs=9300mm22 综合合上述计计算结果果，下柱柱截面选选用4 200(Ass=12256mmm2)6.2.33 柱裂裂缝宽度度验算 方法法同A柱柱，经验验算表明明裂缝宽宽度合格格。6.2.44 柱箍箍筋配置置非地震区的的单层厂厂房柱，其其箍筋数数量一般般由
31、构造造要求控控制。根根据构造造要求，上上下柱均均选用 2000箍筋。七、牛腿设设计 7.1 A柱牛牛腿设计计根据吊车梁梁支承位位置、截截面尺寸寸及构造造要求，初初步拟定定牛腿尺尺寸，如如图7.1所示示。其中中牛腿截截面宽度度=4000mmm，牛腿腿截面高高度=6600mmm, =5665mmm。 图7.1 牛腿尺尺寸简图图 7.1.11 牛腿腿截面高高度验算算 =0.65, ，(牛腿腿顶面无无水平荷荷载), ，取，按下式式确定： 则： 故牛牛腿截面面高度满满足要求求。 7.11.2 牛腿配配筋计算算由于, 因因而该牛牛腿可按按构造要要求配筋筋。根据据构造要要求，实实际纵向向钢筋取取416由于，
32、则可可以不设设置弯起起钢筋，箍箍筋按构构造配置置，牛腿腿上部 范范围内水水平箍筋筋的总截截面面积积不应小小于承受受的受拉拉纵筋总总面积的的。箍筋为为81100。 7.11.3 牛腿局局部承压压验算设垫板尺寸寸为40004000mm,局部压压力标准准值：故局部压应应力满足要求。 7.22 B柱柱牛腿设设计对于B柱牛牛腿根据据吊车梁梁支承位位置，截截面尺寸寸及构造造要求，初初步拟定定牛腿尺尺寸，如如图7.2所示示。其中中牛腿截截面宽度度b=4400mmm，牛牛腿截面面高度hh=10050mmm， 图图7.22 牛腿腿尺寸简简图 7.22.1 牛腿截截面高度度验算 其其中 a=250mmm+220m
33、mm=2770，FFtk按下下式确定定： 故牛腿截面面高度满满足要求求 7.2.22 牛腿腿配筋计计算As=mminbbh=00.0002400010550=8840mmm2按840mmm2配筋，选选用4 18（AAs=110177mm22），水水平箍筋筋选用81100.八、柱的吊吊装验算算8.1 AA柱的吊吊装验算算 8.11.1 柱的吊吊装参数数采用翻身起起吊。吊吊点设在在牛腿下下部，混混凝土达达到设计计强度后后起吊。柱柱插入杯杯口深度度为,取取,则柱柱吊装时时总长度度为5.1+88.9+0.885=114.885m，计计算简图图如图88.1所所示。图8.1 柱吊装装计算简简图 8.1.2 内内力计算算 柱吊装阶阶段的荷荷载为柱柱自重重重力荷载载（应考考虑动力力系数），即即 在上述荷荷载作用用下，柱柱各控制制截面的的弯矩为为： 由由得:RA=M3= RRAx-令 得,则则下柱段段最大弯弯矩为： 柱截面受弯弯承载力力及裂缝缝宽度验验算过程程见表88.1表8.1 柱吊装装阶段承承载力及及裂缝宽宽度验算算表 柱截面面 上上柱 下柱柱 522.499（39.25） 73.63（54.54）90.4330.9X552.449=447.22455600.9XX73.63=66.27 1333.004 488.899 00.266-0.4880.2，取取0.