單層雙跨工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).doc

北京城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單層雙跨工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 姚志遠(yuǎn) 學(xué) 號(hào)： 08120206106 班 級(jí)： 08土木升 專 業(yè)： 土木工程 學(xué) 部： 城市建設(shè)學(xué)部 指導(dǎo)教師： 董曉麗 2010年5月 單層雙跨工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Single pair of inter-industrial building design學(xué)生： 姚志遠(yuǎn) 班級(jí)： 08土木升 學(xué)號(hào)： 08120206104 學(xué)部： 城市建設(shè)學(xué)部 專業(yè)： 土木工程 指導(dǎo)教師： 董曉麗 職稱： 副教授 工作單位： 湖南先導(dǎo)建筑工程有限公司 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成時(shí)間： 自 2009 年 11 月 至 2010 年 5 月 【摘 要】單層廠房指層數(shù)僅為一層的工業(yè)廠房，適用于生產(chǎn)工藝流程以水平運(yùn)輸為主，有大型起重運(yùn)輸設(shè)備及較大動(dòng)荷載的廠房，如機(jī)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(jié)構(gòu)，由支撐各種豎向的與水平的荷載作用的構(gòu)件所組成。廠房依靠各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件合理連接為一整體，組成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)空間以保證廠房的堅(jiān)固、耐久。我國(guó)廣泛采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)和鋼架結(jié)構(gòu)，通常由橫向排架、縱向聯(lián)系構(gòu)件、支撐系統(tǒng)構(gòu)件和圍護(hù)結(jié)構(gòu)等幾部分組成。單層磚柱廠房具有選價(jià)低廉、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，在中小型工業(yè)廠肩中得到廣泛應(yīng)用，但單層廠房的端墻(山墻)受風(fēng)面積較大，內(nèi)部空間要求、廠房屋頂面積、荷載等均較大，構(gòu)造復(fù)雜，如何進(jìn)行有效的荷載效應(yīng)組合、選取最不利內(nèi)力組合，作為柱及基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)依據(jù)，將是本文要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：內(nèi)力組合；偏心受壓；鋼筋；混凝土【Abstract】Single plant means the layer is only a layer of industrial plant, applied to the production process to the level of transport-based, large material handling equipment and large dynamic load plants, such as machinery manufacturing industry, metallurgical industry and other industries . Single plant of the skeleton structure, the support of various vertical and horizontal loads consisting of components. Plants rely on a variety of structural components as a whole a reasonable connection to form a complete structure of space to ensure the plants strong, durable. Chinas extensive use of reinforced concrete and steel structure, bent structure, usually bent from the horizontal, vertical linkages component, support systems and building envelope components such as a few parts. Single brick column with the selected plants are cheap, simple structure, convenient for construction, the shoulder in the small and medium industrial plants has been widely used, but the single plant of the side wall (gable) larger by the wind, internal space requirements, plant roof area, load large and complex structures, how to effectively load effect combination, select the most unfavorable combination of internal forces, as the pillar and foundation of the design basis, will be the focus of this paper to solve the problem.Keywords：Combination of internal forces; Concrete; Eccentric compression; Reinforced 目錄 前言 11.設(shè)計(jì)條件與資料 2 1.1建筑物基本條件 2 1.2設(shè)計(jì)資料 2 1.3設(shè)計(jì)要求 32.確定柱的截面尺寸 33.荷載計(jì)算 44.排架的內(nèi)力分析 75.排架的內(nèi)力組合 166.柱的截面設(shè)計(jì) 167.柱的吊裝驗(yàn)算 208.基礎(chǔ)的設(shè)計(jì) 229.繪制施工圖 28參考文獻(xiàn) 32致謝 33 前言單層廠房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)大致可分為砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。一般情況下，無(wú)吊車或吊車噸位不超過(guò)5t，其跨度在15m以內(nèi)，柱頂標(biāo)高在8m以下，無(wú)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(jié)構(gòu)；當(dāng)?shù)踯噰嵨辉?50t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(shè)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(jié)構(gòu)，其他大部分廠房均可采用混凝土結(jié)構(gòu)。單層廠房結(jié)構(gòu)一般由屋蓋結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、支撐系統(tǒng)、吊車梁、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)等組成。它比較容易組織生產(chǎn)工藝流程和車間內(nèi)部運(yùn)輸，地面上能夠放置較重的機(jī)器設(shè)備和產(chǎn)品，所以其在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，單層廠房的設(shè)計(jì)越來(lái)越重視設(shè)備節(jié)能,充分利用自然通風(fēng),利用自然采光,發(fā)展節(jié)能省地型工業(yè)廠房；運(yùn)用生態(tài)學(xué)中的共生與再生原則，結(jié)合自然，保護(hù)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(shí)間倉(cāng)促，文中一定存在缺點(diǎn)和不足，甚至錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。 1.設(shè)計(jì)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(zhǎng)度66m。每跨設(shè)有20/5t吊車各兩臺(tái)，吊車工作級(jí)別為中制，軌頂標(biāo)高為9.6m，基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為-0.8m，廠房無(wú)天窗，建筑剖面簡(jiǎn)圖如圖1所示。 圖1 廠房剖面示意圖 1.2設(shè)計(jì)資料 （1）荷載: 屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7KN/m。 （2）材料: 柱: 混凝土C30;縱筋HRB335級(jí); 箍筋采用HPB235級(jí)。 基礎(chǔ): 混凝土C30;鋼筋HPB235級(jí)。 型鋼及預(yù)埋件鐵板用HRB335、HPB235級(jí)鋼筋。 （3）建筑構(gòu)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: 0.35 KN/m。 20mm厚水泥砂漿找平層: 200.02=0.4 KN/m。 100mm厚水泥珍珠巖制品保溫層: 50.1=0.5 KN/m。 一氈兩油隔氣層: 0.05 KN/m。 20mm厚水泥砂漿找平層: 200.02=0.4 KN/m。 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板(包括灌縫)荷載標(biāo)準(zhǔn)值1.4KN/m。 屋蓋鋼支撐荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.05 KN/m,屋架自重標(biāo)準(zhǔn)值106KN/榀,坡度:1:6。 墻體用240mm厚雙面清水維護(hù)磚墻;鋼窗寬度3.6m,縱墻上窗洞高2400mm。 地面:室內(nèi)素混凝土地面,室內(nèi)外高差150mm。 （4）吊車: 橋式吊車,軟鉤,中級(jí)工作制。吊車梁:先張法預(yù)應(yīng)力混凝土吊車梁,梁高1.2m, 自重。吊車軌道聯(lián)結(jié):軌道及連接件自重1 KN/m。吊車荷載:最大輪壓=215KN。 最小輪壓=45KN。 小車總重g=75KN。 大車寬B=5550mm。 輪距K=4400mm。 （5）工程地質(zhì)及水文條件該場(chǎng)地地面粗糙度為B類，地形平整,無(wú)滑坡,無(wú)液化土層等不良地質(zhì)現(xiàn)象。 地層自上而下為 填土層: 厚度約為0.5m。 砂質(zhì)粘土: 厚度約為2.0m,f=200 KN/m。 卵石: 中密,厚度約為57m, f=600 KN/m。 基巖: 表層中度風(fēng)化。 地下水位在地面7m以下,設(shè)計(jì)時(shí)不考慮地下水的影響，也不考慮抗震設(shè)防。 （6）氣象資料:基本風(fēng)壓為0.35 KN/m,基本雪壓為0.2 KN/m。 1.3設(shè)計(jì)要求 （1）確定柱截面尺寸； （2）荷載計(jì)算； （3）分析排架內(nèi)力； （4）柱、牛腿配筋計(jì)算；（5）編制荷載、內(nèi)力計(jì)算說(shuō)明書(shū)； （6）根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制排架柱結(jié)構(gòu)施工圖； （7）柱下基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)及其配筋； （8）繪制柱下基礎(chǔ)施工圖； 2.確定柱的截面尺寸 Q=（1520）t,中級(jí)工作制，=9.6+0.8=10.5m。 上柱:矩形:500mm500mm 面積: 慣性矩: 下柱:工字型 柱截面尺寸見(jiàn)圖2。 排架計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3。 3.荷載計(jì)算 恒載 屋蓋自重: 兩氈三油防水層上鋪小石子: 0.35 （KN/m） 20mm厚水泥砂漿找平層: 200.02=0.4 （KN/m） 100mm厚水泥珍珠巖制品保溫層: 50.1=0.5 （KN/m）一氈兩油隔氣層: 0.05 （KN/m） 20mm厚水泥砂漿找平層: 200.02=0.4 （KN/m）預(yù)應(yīng)力大型屋面板 1.4 （KN/m）合計(jì) 3.1 （KN/m）屋架自重: 106 （KN/榀）則作用于屋頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)自重為 上式中的系數(shù)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(jié)件自重: 各柱恒載的作用位置見(jiàn)圖4。 屋面活荷載 屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7KN/m。 雪荷載 屋面均布活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮.故屋面荷載為 其作用位置與屋蓋自重的位置同。 吊車荷載 每跨設(shè)20t的吊車各2臺(tái),中級(jí)工作制,吊車的主要參數(shù)如下: 輪距:K=4.44m;大車寬:B=5.55m；小車重:g=75KN； 最大輪壓: =215KN；最小輪壓: =45KN 圖5是在2臺(tái)10t吊車作用下,吊車梁的支座反力影響線。 吊車的豎向荷載 = = ,的作用位置同吊車梁軌道及軌道聯(lián)結(jié)件自重的作用點(diǎn)。 吊車的橫向水平荷載 由于額定起重量在1650t之間,取=10%,則 其作用位置在吊車梁的頂面處。 風(fēng)荷載 基本風(fēng)壓:= 0.35KN/m,市郊地面粗糙度按B類考慮,查得風(fēng)壓高度變化系數(shù): 查得風(fēng)荷載體型系數(shù),如圖6所示,則作用于排架上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為: 其中B為排架的計(jì)算寬度.風(fēng)荷載作用的示意圖及排架計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖7(a)、(b)。 作用在柱頂處的風(fēng)荷載集中力: 4.排架的內(nèi)力分析 剪力分配系數(shù)的確定 因邊柱和中柱的截面相同,則 因各柱的抗側(cè)移剛度相同,則各柱的剪力分配系數(shù)相同 恒載作用下排架的內(nèi)力 恒載作用下排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖8。 n=0.21,=0.3查單階柱柱頂反力系數(shù)表得,各柱不動(dòng)鉸支承的支反力為 A列柱: C列柱:柱頂不動(dòng)鉸支反力同A柱,方向相反 B列柱: 則排架柱柱頂不動(dòng)鉸支座的總反力為 最終分配到各柱柱頂?shù)募袅Ψ謩e為： 恒載作用下排架彎矩圖、軸力圖,如圖9所示。 屋面活荷載作用下排架的內(nèi)力 屋面活荷載作用于AB跨時(shí)的計(jì)算簡(jiǎn)圖(作用于BC跨時(shí)與其對(duì)稱),見(jiàn)圖10。 n=0.21,=0.3查單階柱柱頂反力系數(shù)表得,各柱不動(dòng)鉸支承的支反力為 A列柱: B柱列: 排架柱頂不動(dòng)鉸支座總反力為 最終分配到各柱柱頂剪力分別為 屋面活荷載作用于AB跨時(shí)排架的彎矩、軸力圖見(jiàn)圖11。 其他荷載作用下排架的內(nèi)力 同理可得其他荷載作用下排架的內(nèi)力,計(jì)算結(jié)果列于表1。 其余荷載作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖及排架的彎矩、軸力圖見(jiàn)圖1221。表1荷載作用下排架的內(nèi)力分析結(jié)果荷載柱上力矩/(KNm)各柱柱頂不動(dòng)鉸支承力反力/KN總反力/KN分配到各柱頂最后剪力/KN吊車豎向荷載作用于AB跨作用于A列柱(BC跨與其對(duì)稱)=174.7()=91.4()16.5()8.7（）05.6()14.6()12.7（）1.9（）吊車豎向荷載作用于AB跨作用于A列柱(BC跨與其對(duì)稱)=36.6()=436.8()3.5()41.4（）037.9（）16.1()28.7（）12.6()吊車水平荷作用于AB跨向右(向左時(shí)與其對(duì)稱)=18.6KN(吊車梁取1.2m)11.9()11.9()023.8()4()4()8（）風(fēng)荷載作用下左來(lái)風(fēng)(右來(lái)風(fēng)時(shí)與其對(duì)稱)=10.9KN=2.3KN/m=1.25KN/m15()05.8()31.7()4.4()10.6（）4.5（）注: 在各種荷載作用之下,A柱和B柱的內(nèi)力圖及控制截面內(nèi)力匯總于表2和表3。 5.排架的內(nèi)力組合 在各種荷載作用下,對(duì)邊柱和中柱進(jìn)行最不利內(nèi)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(nèi)力組合結(jié)果見(jiàn)表4和表5。 表4 A柱的內(nèi)力組合截面內(nèi)力+及相應(yīng)的N、V-及相應(yīng)的N、V及相應(yīng)的M、V及相應(yīng)的M、V組合項(xiàng)數(shù)值組合項(xiàng)數(shù)值組合項(xiàng)數(shù)值組合項(xiàng)數(shù)值-M+0.9+88+0.9+0.8(+)+ +-28.5+0.9+0.8(+)+ +-28.5+0.9+88N306.7424.2424.2306.7-M+0.9+0.8(+)+110+0.9+0.8(+)+ +-35.9+0.9+0.8(+)+ +90.3+0.9+29.6N840.2572.2903.7420.9-M+0.9+501.5+0.9+ +-147+0.9+8.86+0.9+501.5N487.9661.11076487.9V28.6-11.5-10.128.6 表5 B柱的內(nèi)力組合截面內(nèi)力+及相應(yīng)的N、V-及相應(yīng)的N、V及相應(yīng)的M、V及相應(yīng)的M、V組合項(xiàng)數(shù)值組合項(xiàng)數(shù)值組合項(xiàng)數(shù)值組合項(xiàng)數(shù)值-M+0.9+152.8+0.9+-152.8+0.9+143.9+0.9+143.9N726.4726.4790662.9-M+0.9+284.4+0.9+-284.4+0.9+275.6+41.3N134013401404752.3-M+0.9+0.8(+)+294.6+0.9+0.8(+)+ +-294.6+0.9+0.8(+)+287.4+140N139013901453819.3V-5.85.8-5.610.6 注: 1）組合及中,M的絕對(duì)值相等.因柱為對(duì)稱配筋,所以表中的M只取了正值. 2）表中0.8為參與組合的吊車豎向荷載為4臺(tái)時(shí)的荷載折減系數(shù)。 根據(jù)荷載規(guī)范,荷載效應(yīng)的基本組合有兩種.一種由可變荷載效應(yīng)控制的組合;一種由永久荷載效應(yīng)控制的組合.單層廠房中排架的內(nèi)力通常由第一種組合控制。 6.柱的截面設(shè)計(jì) 選取控制截面的最不利內(nèi)力 大偏心受壓和小偏心受壓界限破壞時(shí)的軸壓力為: A、B柱: 上柱: 下柱: (取=40mm)經(jīng)比較,A、B柱的所有51510.2551510.251.0取1.03.641.0取1.02.71.0取1.01.281.0取1.00.991.050.991.052.51.232.71.35977.51711.3850736.742.8取8068.21357 3)1768 3)2262 3)0 2)實(shí)配鋼筋/(mmmm)422(1520)522(1900)428(2463)422(1520)配筋率/%0.610.760.990.611.221.531.971.22 注:1) ,則. 2) 3) 4)矩形截面: , 5)形截面: , 牛腿截面尺寸的驗(yàn)算 牛腿的截面尺寸滿足要求。 牛腿頂面局部受壓驗(yàn)算 取吊車梁的墊板尺寸為500mm250mm,則 牛腿頂面的局壓滿足要求。 牛腿縱向受拉鋼筋的計(jì)算 因?yàn)?取=0.3760=228mm 牛腿的箍筋 牛腿的水平箍筋選用10100,牛腿的范圍有,箍筋的總截面面積為 故箍筋的設(shè)置滿足構(gòu)造要求。 牛腿的=01410.2141.11.0535143800.4136072675.51940.010.148-0.630.2取0.20.640.036mm0.3mm0.23mm2100mm,取=2100mm B柱： =500+2375=1250mm =1250+2660=2570m