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1、单层工业厂房课程设计单层工业厂房课程设计姓姓名：名：班班级：级：学学号：号：一一结构选型结构选型该厂房是广州市的一个高双跨（18m+18m）的机械加工车间。车间长90m,柱矩 6 米，在车间中部，有温度伸缩逢一道，厂房两头设有山墙。柱高大于8 米，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋架有较大的刚度，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。厂房的各构选型见表表主要构件选型结构的名称 标准图集选用型号G410(一),1.5m6m预应力屋面板混凝土板G410(三),1.5m6m预应力天沟板混凝土板(卷材防水天沟)G314(二),预应力混凝土折线屋架型屋架(跨度18
2、)G323(二),钢筋混凝土吊车梁吊车梁(中轻级工作制)轨道连接基础梁重力荷载标准值1.4KN/m外天沟2.02KN/M内天沟1.83KN/M53.5KN每榀27.5KN每榀0.8KN/m由图 1 可知柱顶标高是米，牛腿的顶面标高是米，室内地面至基础顶面的距离米，则计算简图中柱的总高度 H,下柱高度 Hl和上柱的高度 Hu 分别为：H=+=Hl=+=Hu=根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表。见表 柱截面尺寸及相应的参数柱号计算参上柱下柱B上柱下柱二二荷载计算荷载计算1恒载截面尺寸/mm矩 400400I400800100150矩 400400I40080010015
3、0面积/mm1600001775001600001775002惯性矩/mm00004自重/(KN/m)4A,C(1)屋盖横载屋面板预应力混凝土屋面板20mm厚1:3水泥沙浆找平层和防水成上铺石子总:外天沟外天沟板找平层总:内天沟内天沟板找平层总:嵌板嵌板灌缝1.4KN/m20.75KN/m22.15KN/m22.02 KN/m1.6 KN/m3.62 KN/m1.83 KN/m1.6 KN/m3.43 KN/m1.65KN/m20.1KN/m2总屋架屋架屋架预埋件钢筋混凝土系杆屋架预埋件件总3.62KN/m12.9KN/m1.75KN/m253.55.940.459.84KN/榀KN/榀KN/
4、榀KN/榀15KN/m3.43KN/m图 1求反力：F1=F2=屋架重力荷载为，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值：GA1=+2)=GB1=6+2)=KN (2)吊车梁及轨道重力荷载设计值 GA3=（+6）=GB3=（+6）=(3)柱重力荷载的设计值 A,C 柱上柱G4AG4C=1.243.6=下柱G5AG5C=1.24.437.2=B 柱17.28KN38.28KN上柱G4AG4C=1.243.6=下柱G5AG5C=1.24.437.2=17.28KN38.28KN2屋面活荷载2屋面活荷载的标准值是m，作用于柱顶的屋面活荷载设计值：Q1=618/2=KN3，风荷载2风荷载标准值按k=zs
5、z0计算其中0=m,z=1,z根据厂房各部分及 B 类地面粗糙度表确定。柱顶（标高）z=橼口（标高）z=屋顶（标高 13.20m）z=s如图 3 所示，由式k=zsz0可得排架的风荷载的标准值：2k1=zs1z0=KN/m2k2=zs2z0=KN/mGA1=176.81KNQ1=37.8KNGB1=170.18 KNQ1=37.8KNGB1=170.18KNQ1=37.8KNGA1=176.81KNQ1=37.8KNG4A=17.28KNG3=38.76KNG3=38.76KNG3=38.76KNG4A=17.28KNG5A=38.28KNG5A=38.28KN图 2 荷载作用位置图风向Fwq
6、1q2图 3风荷载体型系数和排架计算简 q1=6=m q1=6=m Fw=Q(s1+s2)zh1+(s3+s4)zh2 z0B =+16 =4吊车荷载吊车的参数：B=米，轮矩 K=，pmax=215KN,pmin=25KN,g=38KN。根据 B 和 K，可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图所示：Pmax=115KNPmin=25KNPmaxPmin图吊车荷载作用下支座反力的影响线（）吊车的竖向荷载Dmax=QFpmaxyi=115(1+=Dmin=QFpminyi=25(1+=（）吊车的横向荷载T=1/4（Q+g）=1/4(100+38)=吊车横向荷载设计值：Tmax
7、QTyi=三三排架内力分析排架内力分析柱别A,C柱B柱n=Iu/Il0.150.15=Hu/HC0=3/1+3(1/n-1)0.332.47A=B=0.332.47c=H/C0EIi=1/i /1/iA=B=c恒荷载作用下排架内力分析图 5恒荷载作用的计算简图G1=GA1=;G2=G3+G4A=+=;G3=G5A=;G4=2GB1=;G5=G3+2G4B=2+=;G6=G5B=;121（1)2133nM1=G1e1=G1+G4A)e0-G3e3=+C1=;112233H(1)1(1)nnRA=M1MC1+2C3=+/=()HHRC=();RB=0KN;内力图：M图(KN.m)图(KN)图 6恒
8、荷载内力图活荷载作用下排架内力分析(1)AB 跨作用屋面活荷载M1AM2AQ1M1BQ1图 7 AB 跨作用活荷载作用简图Q=，则在柱顶和变阶处的力矩为：M1A=，M2A=，M1B=M1AM2 AHHM1B=()H则排架柱顶不动铰支座总的反力为：R=RA+RB=+=()VA=RARA=RBRB=RC=()排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图 8 所示:M(KN.m)N图(kN)图 8 AB 跨作用屋面活荷载内力图(2)BC 跨作用屋面活荷载由于结构对称,且BC跨的作用荷载与AB跨的荷载相同,故只需叫图8的各内力图位置及方向调一 即可,如图 10 所示:图 9 AB 跨作用活荷载作用简图(图(
9、图 10 BC 跨作用屋面活荷载内力图风荷载作用下排架内力分析(1)左吹风时4131(1)nC=3181(1)nRA=-q1HC11=()RC=-q1HC11=()R=RA+RC+Fw=+=()各柱的剪力分别为:VA=RA-RA=+=-2.72KN()VB=RB-RB=+=()VC=-RC=()左风计算图M（KNm)图 11 左风内力图(2)右风吹时因为结构对称，只是内力方向相反,，所以右风吹时，内力图改变一下符号就行，如图 12 所示；左风计算图M（KNm)图 11 左风内力图吊车荷载作用下排架内力分析（）Dmax作用于 A 柱计算简图如图所示，其中吊车竖向荷载 Dmax，Dmin在牛腿顶面
10、引起的力矩为：MA=Dmaxe3=Dmine3=MAHMB RA+RB=+=()H各柱的剪力分别为:VA=RA-RA=+=()VB=RB-RB=+=()VC=-RC=()DmaxMAMBDminM（KNm)N（KN)图Dmax作用在 A 柱时排架的内力（）Dmax作用于 B 柱左计算简图如图所示，其中吊车竖向荷载 Dmax，Dmin在牛腿顶面引起的力矩为：MA=Dmaxe3=.=.MB=Dmine3=.RA=MAC3=-.=-.KN()HMBC3=.=.KN()HRB=R=RA+RB=.+.=.N()各柱的剪力分别为:VA=RA-RA=.=.KN()VB=RB-RB=.=.KN()VC=-RC
11、=.=.N()DminMAMBDmaxM（KNm)N（KN)图Dmax作用在 B 柱左时排架的内力（）Dmax作用于 B 柱左根据结构对称和吊车吨位相等的条件，内力计算与 Dma作用于 B 柱左情况相同，只需将 A，C 柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号：如图（）Dmax作用于 C 柱同理，将 Dmax作用于 A 柱的情况的 A，C 柱的内力对换，且注意改变符号，可求得各柱的内力，如图5（）Tmax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16-a 所示。对于 A 柱，n=，=，得 a=，Tmax=(2 a)(1 a)223a(23a)nC5=3121(1)n3RA=T
12、maxC5=.=()RB=TmaxC5=.=()MBDmaxMCDminM（KNm)N（KN)图Dmax作用在 B 柱右时排架的内力DminMBMcDmaxM（KN m)N（KN)图5Dmax作用在 C 柱时排架的内力排架柱顶总反力 R：R=RA+RB=.KN各柱的简力：VA=RA-RA=.=.KN()VB=RB-RB=.=.KN()VC=RC=()DminTmaxTmaxM（KNm)图 16Tmax作用在 AB 跨时排架的内力（）Tmax作用于 BC 跨柱由于结构对称及吊车的吨位相等，故排架内力计算与“Tmax作用于 AB 跨柱”的情况相同，只需将 A 柱与 C 柱的对换，如图 17（图 1
13、7Tmax作用 BC 跨时排架的内五柱截面设计（中柱）222混凝土强度等级 C20，fc=mm，ftk=mm 采用 HRB335 级钢筋，fy=fy 300 N/mm,b=，上下柱采用对称配筋上柱的配筋计算由内力组合表可见，上柱截面有四组内力，取h0mm，附加弯矩 ea=20mm（大于），判断大小偏心：MNM/N+ea0.3ho91124 391.66252.661083179 429.3527.4010887119 357.64263.59108判断大小偏心大偏心小偏心大偏心从中看出组内力为大偏心，只有一组为小偏心，而且：N=5应考虑偏心矩增大系数1=0.5fcA=160000/357640
14、=1，取N2=l0/h15，取2=1+l17200002()1=(0)212=1+263.40400eih14001400360h01=N=357640/1400360=fcbh0as2s/h0=240/360=所以 x=h0=360=e=ei-h/2+s=fyAs(h0-as)-1fcbx(x/2-as)xNea1fcbx(as)2As=As=fy(h0 as)fyAsxfyAs图93.6357640.(40)2300(360 40)=715mm2选用（As=763mm）验算最小配筋率：As/bh=763/400400=%平面外承载力验算：l0=2l0/b=5400/400=，查表得，Ac=
15、A-Aa=400-7632=158474mmNu=(fyAs+fcAs)=(3007632+158474)=下柱配筋计算取 h0=800-40=760mm，与上柱分析办法相识，选择两组最不利内力：M=M=N=KN N=KN(1)按 M=，N=KN 计算L0=HU=，附加偏心矩 ea=800/30=(大于mm),b=100mm,bf=400mm,hf=150mm e0=M/N=217960/=ei=e0+ea=l0/h=7200/800=95 而且应考虑偏心矩增大系数，取2=11=0.5fcA=160000/810940=1，取N=1+l17200002()11=(0)212=1+296.777
16、60eih14001400760h01ei=760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则x=N1fcbf=810940/1400=hf=150mm说明中和轴位于板内，应重新计算受压区的高度：x=N a1fc(bfb)hfa1fcbf 1fyxfy=810940 .150(400 100)=19.6100图e=ei+h/2+s=-8002-407005mmAs=As=Ne a1fc(bf b)hf(h0 x)a1fcbx(h0)22=fy(h0 as)hf150394.72810940700.5.(100)150760)19.6100394.72(760 22300(760
17、40)=(2)按 M=，N=KN 计算L0=HU=，附加偏心矩 ea=800/30=(大于mm),b=100mm,bf=400mm,hf=150mm e0=M/N=152690/=ei=e0+ea=l0/h=7200/800=95 而且应考虑偏心矩增大系数，取2=11=0.5fcA=160000/810940=1，取N=1+l17200002()11=(0)212=1+296.77760eih14001400760h01ei=760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则x=N1fcbf=473440/1400=hf=150mm说明中和轴位于翼缘内：e=ei+h/2-s=-8
18、002-40f 1fyxxNe a1fcbfx(h0)2=As=As=fy(h0 as)fy图473440761.9319.6 400123.29(760 300(760 40)123.3)2=2最小配筋minA=%177500=355mm2所以选（As=461mm）满足要求查附表.的无柱间支撑垂直排架方向柱的计算长度，l0=1Hl=l0/b=7200/400=18，查表得，Ac=A-Aa=177500-4612=176578mmNu=(fyAs+fcAs)=(3004612+176578)=Nmax所以满足弯矩作用平面外的承载力要求柱裂缝宽度验算规范中规定，对 e0/h0的柱要进行裂缝宽度验
19、算，本例的上柱出现e0/h0=,所2以应该进行裂缝验算。验算过程见下表。其中上柱的 As=763mm；22Es=200000N/mm；构件的受力特征系数acr=，混凝土的保护层厚度 c=25mm,ftk=mm。柱裂缝宽度验算非地震区的单层厂房柱，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200 箍筋。牛腿设计根据吊车支承的位置，截面的尺寸及构造要求，确定牛腿的尺寸如图所示，其中牛腿的截面宽度 b=400mm，牛腿截面高度 h=1050mm，h0=1015mm.(1)牛腿腿截面高度验算柱截面内力标准值Mk/(KN.m)Nk/(KN)e0=Mk/Nk /mm上柱62.23296.19
20、0.210.00940.01,取0.011.15401.500.00278.47171.510.520.17tk=As/(0.5bh+(bf-b)hf)s=1+1(l0/h)2/(400(e0/h0)e=se0+h/2-as/mmf=hf(hf-b)hf/mmz=0.87-0.12(1-f)(h0/e)2h0/mmsk=Nk(e-z)/AsZ=1.1-0.65ftk/tesk=acrsk/Es(1.9C+0.08dep/et)表柱的宽度验算表 Fvk350 200.51015图所以所选的尺寸满足要求（）牛腿配筋计算纵向受拉钢筋总截面面积As：AsFva(346150 38760)（350 20
21、）2=550.mm0.85fyh00.8530010152根据规定，纵向受拉钢筋As的最小配筋率为=4001050=840mm222 mm。所以要按mm 配筋。现在选用（As=1005mm）水平箍筋选用100 的双肢筋。牛腿的剪跨比 a/h0=370/1050=，所以应该设置弯起钢筋2A.As=，且 A=4001015=609 mm故选用（As=mm）牛腿设计采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。插入杯口深度为800mm,则柱吊装时的总长度为+=.。柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数）即q1=Gq1k=mq2=Gq1k=25)=mq3=Gq1k=m2q2q3A
22、BRBq1RA695010503600M2M3M1图在上述荷载的作用下，柱的控制截面的弯矩为：222M1=q1Hu=q1Hu=（+）+由MB=+M2=0解得：RA=M3=RAX-q3x令2dM3=RA-q3x=0得 x=则下柱段最大弯矩 M3为：dxM3=柱的截面M(Mk)/(KNm)Mu=fyAs(h0-as)/(KN.m)sk=Mk/(0.87h0As)/(N/mm2)=1.1-0.65ftk/fteskmax=acrsk(1.9c+0.08 deq/te)/Es六基础设计（六基础设计（B B 柱下基础柱下基础）初步确定杯口尺寸及基础埋深（）杯口尺寸上柱46.66(38.88)162.70
23、.4850.160.2下柱94.71(78.93)264.10.720.090.946.6697.630.994.71表吊装时柱的宽度验算表-0.0007535075350h1-0.600850250a1a2250图5 基础截面尺寸杯口的深度：柱子的插入深度H1=800mm，所以杯口深度为 800+50=850mm杯口顶部尺寸：宽为 400+275=550mm，长为 800+275=950mm杯口底部尺寸：宽为 400+250=500mm，长为 800+250=900mm杯口厚度：因为 800hc1000，所以杯壁的厚度取 t=350mm杯壁高度：h1t/=350/=466mm，取 h1=35
24、0mm杯底厚度；a1=250mm，根据 a2a1原则，取 a2为 250mm根据以上尺寸，确定基础总高度H1+a1+50=800+250+50=1100mm基础的埋置深度：1100+600=1700mm2地基承载里设计值：fa=200KN/m (2)基础面积计算计算公式Fd=N(KN)Md=M+Vh(KN.m)估算基础底面积：A+Mmax组合Nmax组合Nmin组合810.941006.06473.44227.49172.48171.02表 B 柱在基础地面的荷栽N=(200-20=fr0D考虑偏心受压，将基础的面积增大=G=GyDA=208=326.4KN计算公式N+G/(KN)e=Md/N
25、+Gmax=(N+G)/A(1+6e/l)/(KN/m2)+Mmax组合Nmax组合Nmin组合1137.340.20184.821332.460.13198.90134.22799.840.21132.0567.91299.51min=(N+G)/A(1-6e/l)/(KN/m)表 基础底面压应力计算取基础地面长边与短边的比为，则l=，b=，取 l=m，b=m校核基础底面积是否满足要求：（）校核(Pmax+Pmin)f (Pmax+Pmin)=+=f=200 (）校核 Pmax Pmax=02由以上得知，基础的地面尺寸m，满足要求640106040020001000A1A21160200图基
26、础截面尺寸地基净反力计算：计算公式e0=Md/N /(cm)Pj=N/A /(KN/m2)max=N/A(1+6e/l)/(KN/m2)+Mmax组合Nmax组合Nmin组合0.280.170.36101.37144.02125.76158.1059.1391.19258.7193.4227.06min=N/A(1-6e/l)/(KN/m)表地基净反力由表可以看出 Nmax最不利。（Pjmax=,Pjmin=）冲剪强度验算0从杯口顶面柱边开始的 斜拉裂面与基础底面交界处（截面）的净反力Pj1。基础的有效高度 h0=1100-40=1060mm Pj1=+/4同理按比例算得：Pj=+(2+/4
27、Pj=+(2+/4因为 b=PjmaxA1=满足要求（）变阶截面；算法同上面的一样，同样满足要求。.配筋验算截面：2MI=1/48(Pjmax+Pj)(2b+bc)+(Pjmax-Pj)b(l-hc)2 =1/48+(22+2 =AsI=MI/=210000=截面：2MI=1/48(Pjmax+Pj)(2b+b1)+(Pjmax-Pj)b(l-l1)2 =1/48+(22+2 =190 AsI=MI/=190/210000=比较 AsI和 AsI，应该按 AsI来配筋，取(As=1538)截面M=122Pj(b-bc)(2l+hc)=1/24(24+=As=M/=21000024122Pj(b-b1)(2l+l1)=1/24(24+=As=M/=210000242截面 M=按构造配筋取（As=1963mm）满足要求