《單層工業(yè)廠房》課程設計

1、單層工業(yè)廠房課程設計姓 名：班級： 學號：一 結(jié)構選型該廠房是廣州市的一個高雙跨（18m+18m）的機械加工車間。車間長90m,柱矩6米，在車間中部，有溫度伸縮逢一道，廠房兩頭設有山墻。柱高大于8米，故采用鋼筋混凝土排架結(jié)構。為了使屋架有較大的剛度，選用預應力混凝土折線形屋架及預應力混凝土屋面板。選用鋼筋混凝土吊車梁及基礎梁。廠房的各構選型見表1.1表1.1主要構件選型由圖1可知柱頂標高是10.20米，牛腿的頂面標高是6.60米 ，室內(nèi)地面至基礎頂面的距離0.5米，則計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=10.2m+0.6m=10.8m Hl=6.60m+0.6m=7

2、.2m Hu=10.8m-7.2m=3.6m根據(jù)柱的高度，吊車起重量及工作級別等條件，確定柱截面尺寸，見表1.2。見表1.2 柱截面尺寸及相應的參數(shù)計算參柱號截面尺寸/mm面積/mm2慣性矩/mm4自重/(KN/m)A,C上柱矩40040016000021300000004.0下柱I400800100150177500143870000004.43B上柱矩40040016000021300000004下柱I400800100150177500143870000004.43二 荷載計算 1恒載圖1求反力： F1=116.92 F2=111.90 屋架重力荷載為59.84，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構的

3、重力荷載設計值： GA1=1.2(116.92+59.84/2)=176.81KN GB1=1.2(111.906+59.84/2)=170.18 KN (2)吊車梁及軌道重力荷載設計值 GA3=1.2（27.5+0.86）=38.76KN GB3=1.2（27.5+0.86）=38.76KN (3)柱重力荷載的設計值 A,C柱 B柱 2屋面活荷載 屋面活荷載的標準值是0.5KN/m2，作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設計值： Q1=1.40.5618/2=37.8 KN3，風荷載 風荷載標準值按k=zsz0計算其中0=0.5KN/m2, z=1, z根據(jù)廠房各部分 及B類地面粗糙度表2.5.1確定。

4、柱頂（標高10.20m） z=1.01 櫞口（標高12.20m） z=1.06 屋頂（標高13.20m） z=1.09 s如圖3所示，由式k=zsz0可得排架的風荷載的標準值： k1=zs1z0=1.00.81.010.5=0.404 KN/m2 k2=zs2z0=1.00.41.010.5=0.202 KN/m2圖2 荷載作用位置圖圖3 風荷載體型系數(shù)和排架計算簡 q1=1.40.4046=3.39KN/m q1=1.40.2026=1.70KN/m Fw=Q(s1+s2)zh1+(s3+s4)zh2 z0B =1.4(0.8+0.4)1.01(12.2-10.2)+(-0.6+0.5)1.

5、01(13.2-12.2) 10.56 =10.23KN4吊車荷載 吊車的參數(shù)：B=5.55米，輪矩K=4.4，pmax=215KN, pmin=25KN,g=38KN。根據(jù)B和K，可算出出吊車梁支座反力影響線中個輪壓對應點的豎向坐標值，如圖所示：圖吊車荷載作用下支座反力的影響線（） 吊車的豎向荷載Dmax=QFpmaxyi=1.4115(1+0.075+0.808+0.267)=346.15KNDmin=QFpminyi=1.425(1+0.075+0.808+0.267)=75.25KN（） 吊車的橫向荷載T=1/4（Q+g）=1/40.12(100+38)=4.14KN吊車橫向荷載設計值

6、：TmaxQTyi=1.44.142.15=12.46KN三 排架內(nèi)力分析 恒荷載作用下排架內(nèi)力分析圖5恒荷載作用的計算簡圖G1=GA1=176.81KN; G2=G3+G4A=38.76+17.28=56.04KN; G3=G5A=38.28KN;G4=2GB1=340.361KN; G5=G3+2G4B=238.76+17.28=94.8KN;G6=G5B=38.28KN;M1= G1e1=171.810.05=8.60KN.m;M2=( G1+ G4A)e0- G3e3=(176.81+17.28) 0.2-38.280.35=25.42C1=2.03; C1=1.099;RA=C1+C

7、3=(8.602.03+25.421.099)/10.8=4.20KN()RC=-4.20KN(); RB=0KN;內(nèi)力圖：圖6 恒荷載內(nèi)力圖 活荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)AB跨作用屋面活荷載 圖7 AB跨作用活荷載作用簡圖Q=37.8KN，則在柱頂和變階處的力矩為：M1A=37.80.05=1.89KN.m，M2A=37.80.25=7.56KN.m，M1B=37.80.15=5.67KN.mRA=C1+C3=(1.892.03+7.561.099)/10.8=1.124KN()RB=C1 =5.672.03/10.8=1.07KN()則排架柱頂不動鉸支座總的反力為：R= RA+ RB=1

8、.124+1.07=2.19KN()VA= RARA=1.32-0.332.19=0.40KN()VB= RBRB=1.07-0.332.19=0.35KN()VC= RC=-0.332.19=0.72KN()排架各柱的彎矩圖,軸力圖,柱底剪力如圖8所示:圖8 AB跨作用屋面活荷載內(nèi)力圖(2)BC跨作用屋面活荷載由于結(jié)構對稱,且BC跨的作用荷載與AB跨的荷載相同,故只需叫圖8的各內(nèi)力圖位置及方向調(diào)一 即可,如圖10所示:圖9 AB跨作用活荷載作用簡圖圖10 BC跨作用屋面活荷載內(nèi)力圖 風荷載作用下排架內(nèi)力分析(1) 左吹風時C=0.33RA=-q1HC11=-3.3910.80.33=-12.

9、08KN()RC=-q1HC11=-1.7010.80.33=-6.06KN()R= RA+ RC+Fw=12.08+6.06+10.23=28.37KN()各柱的剪力分別為:VA= RA-RA=-12.08+0.3328.37=-2.72KN()VB= RB-RB=-6.06+0.3328.37=3.30KN()VC= -RC=-0.33-28.37=9.36N()圖11 左風內(nèi)力圖(2) 右風吹時因為結(jié)構對稱，只是內(nèi)力方向相反,，所以右風吹時，內(nèi)力圖改變一下符號就行，如圖12所示；圖11 左風內(nèi)力圖 吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析（） Dmax作用于A柱計算簡圖如圖所示，其中吊車豎向荷載Dma

10、x，Dmin在牛腿頂面引起的力矩為：MA= Dmaxe3=346.150.35=121.15KN.mMB= Dmine3=75.250.75=56.44KN.mRA=-C3=-121.151.099/10.8=-12.33KN()RB=C3=-56.441.099/10.8=5.74KN()R= RA+ RB=-12.33+5.74=-6.59N()各柱的剪力分別為:VA= RA-RA=-12.33+0.336.59=-10.16()VB= RB-RB=5.74+0.336.59=7.91KN()VC= -RC=0.336.59=2.17N()圖Dmax作用在A柱時排架的內(nèi)力（） Dmax作用

11、于B柱左計算簡圖如圖所示，其中吊車豎向荷載Dmax，Dmin在牛腿頂面引起的力矩為：MA= Dmaxe3=.0.35=.KN.mMB= Dmine3=346.150.75=.KN.mRA=C3=-.1.099/10.8=-.KN()RB=C3=.1.099/10.8=.KN()R= RA+ RB=.+.=.N()各柱的剪力分別為:VA= RA-RA=.0.33.=.KN()VB= RB-RB=.0.33.=.KN()VC= -RC=0.33.=.N()圖Dmax作用在B柱左時排架的內(nèi)力（） Dmax作用于B柱左根據(jù)結(jié)構對稱和吊車噸位相等的條件，內(nèi)力計算與Dma作用于B柱左情況相同，只需將A，C

12、柱內(nèi)力對換和改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ枺喝鐖D（） Dmax作用于C柱同理，將Dmax作用于A柱的情況的A，C柱的內(nèi)力對換，且注意改變符號，可求得各柱的內(nèi)力，如圖5（） Tmax作用于AB跨柱當AB跨作用吊車橫向水平荷載時，排架計算簡圖16-a所示。對于A柱，n=0.15，=0.33，得a=(3.6-0.9)/3.6=0.75.，Tmax=12.46KNC5=0.54RA=TmaxC5=.=6.73KN()RB=TmaxC5=.=6.73KN()圖Dmax作用在B柱右時排架的內(nèi)力圖5Dmax作用在C柱時排架的內(nèi)力排架柱頂總反力R：R= RA+ RB=.KN各柱的簡力：VA= RA-RA=.0.33.

13、=.KN()VB= RB-RB=.0.33.=.KN ()VC=RC=0.3313.46=4.44N()圖16Tmax作用在AB跨時排架的內(nèi)力（） Tmax作用于BC跨柱由于結(jié)構對稱及吊車的噸位相等，故排架內(nèi)力計算與“Tmax作用于AB跨柱”的情況相同，只需將A柱與C柱的對換，如圖17圖17Tmax作用BC跨時排架的內(nèi)五柱截面設計（中柱） 混凝土強度等級C20，fc=9.6N/mm2，ftk=1.54N/mm2采用HRB335級鋼筋，fy= fy 300 N/mm2,b=0.55，上下柱采用對稱配筋 上柱的配筋計算由內(nèi)力組合表可見，上柱截面有四組內(nèi)力，取h0mm，附加彎矩ea=20mm（大于）

14、，判斷大小偏心：從中看出組內(nèi)力為大偏心，只有一組為小偏心，而且：N=429.KN5應考慮偏心矩增大系數(shù)1=0.59.6160000/357640=2.151，取2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.017200/400=0.97, l0/h15，取2=0.97圖=1+12=1+10.97=1.31=357640/19.6400360=0.262s/h0=240/360=0.22所以x=h0=0.26360=93.6e=ei-h/2+s=1.31263.40-185.05mmN.e=fyAs(h0-as)-1fcbx(x/2-as)As=As=715mm選用（As=763mm2）驗算最小

15、配筋率：As/bh=763/400400=0.47%0.2%平面外承載力驗算：l0=1.5Hu=1.53.6=5.4ml0/b=5400/400=13.5，查表得，Ac=A-Aa=4002-7632=158474mmNu=0.9(fyAs+ fcAs)=0.90.93(3007632+9.6158474)= 1656.55KN 下柱配筋計算取h0=800-40=760mm，與上柱分析辦法相識，選擇兩組最不利內(nèi)力：M=217.96 KN.m M=152.69 KN.mN=810.94 KN N=473.44 KN(1) 按M=217.96 KN.m，N=810.94 KN計算L0=HU=7.2=

16、7.2m，附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mm e0=M/N=217960/810.94=268.77mm ei= e0+ ea=295.77mm l0/h=7200/800=95而且應考慮偏心矩增大系數(shù)，取2=11=0.59.6160000/810940=1.051，取圖=1+12=1+11=1.15ei=1.15295.77=340.140.3760=228，所以為大偏心受壓，應重新假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則x= =810940/19.6400=211.18hf=150mm說明中和軸位于板內(nèi)，應重新計算受壓區(qū)的高度：x=

17、=394.72mme=ei+h/2+s=1.15295.77 -8002-407005mmAs=As=272.87mm2(2) 按M=152.69 KN.m，N=473.44 KN計算L0=HU=7.2=7.2m，附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mm e0=M/N=152690/473.44=322.51mm ei= e0+ ea=349.51mm l0/h=7200/800=95而且應考慮偏心矩增大系數(shù)，取2=11=0.59.6160000/810940=1.051，取圖=1+12=1+11=1.15ei=1.15295.

18、77=340.140.3760=228，所以為大偏心受壓，應重新假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則x= =473440/19.6400=123.29hf=150mm說明中和軸位于翼緣內(nèi)：e=ei+h/2-s=1.15349.51 -8002-40761.93mmAs=As=139.38mm2最小配筋minA=0.2%177500=355mm2所以選（As=461mm2）滿足要求查附表.的無柱間支撐垂直排架方向柱的計算長度，l0=1Hl=7.2ml0/b=7200/400=18，查表得0.81，Ac=A-Aa=177500-4612=176578mmNu=0.9(fyAs+ fcAs)=0.90.81(3

19、004612+9.6176578)= 1437.40KNNmax所以滿足彎矩作用平面外的承載力要求 柱裂縫寬度驗算規(guī)范中規(guī)定，對e0/h00.55的柱要進行裂縫寬度驗算，本例的上柱出現(xiàn)e0/h0=0.55,所以應該進行裂縫驗算。驗算過程見下表。其中上柱的As=763mm2；Es=200000N/mm2；構件的受力特征系數(shù)acr=2.1，混凝土的保護層厚度c=25mm,ftk=1.54N/mm2。 柱裂縫寬度驗算非地震區(qū)的單層廠房柱，其箍筋數(shù)量一般由構造要求控制。根據(jù)構造要求，上下柱均選用200箍筋。 牛腿設計根據(jù)吊車支承的位置，截面的尺寸及構造要求，確定牛腿的尺寸如圖所示，其中牛腿的截面寬度b

20、=400mm，牛腿截面高度h=1050mm，h0=1015mm.(1) 牛腿腿截面高度驗算表柱的寬度驗算表圖 Fvk所以所選的尺寸滿足要求（） 牛腿配筋計算縱向受拉鋼筋總截面面積As：As=550.mm2 根據(jù)規(guī)定，縱向受拉鋼筋As的最小配筋率為0.002bh=0.0024001050=840mm2 550.2 mm2。所以要按mm2配筋。現(xiàn)在選用（As=1005mm2） 水平箍筋選用100的雙肢筋。牛腿的剪跨比a/h0=370/1050=0.350.3，所以應該設置彎起鋼筋A.As=0.5C1005=502.5mm2，且A0.0015bh=0.00154001015=609 mm2 故選用（

21、As=mm2） 牛腿設計采用翻身起吊，吊點設在牛腿下部，混凝土達到設計強度后起吊。插入杯口深度為800mm,則柱吊裝時的總長度為3.6+7.2+0.8=11.6m.。柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載（應考慮動力系數(shù)）即q1=Gq1k=1.51.24.0=7.2KN/mq2=Gq1k=1.51.2(0.42.125)=37.8KN/mq3=Gq1k=1.51.24.44=7.99KN/m圖在上述荷載的作用下， 柱的控制截面的彎矩為：M1=0.5 q1Hu2=0.57.23.62=46.66KN.mM2=0.5 q1Hu2=0.57.2（3.6+1.05）2+0.5(37.8-7.2)1.052=

22、94.71KN.m由MB=RAl3-0.5q3l32+M2=0解得：RA=14.17KN M3=RAx- q3x2 令=RA-q3x=0 得x=1.77m 則下柱段最大彎矩M3為：M3=14.171.77-0.57.991.772=12.55KN.m 表吊裝時柱的寬度驗算表六基礎設計（B柱下基礎） 初步確定杯口尺寸及基礎埋深（）杯口尺寸 圖5 基礎截面尺寸杯口的深度：柱子的插入深度H1=800mm，所以杯口深度為800+50=850mm 杯口頂部尺寸：寬為400+275=550mm，長為800+275=950mm 杯口底部尺寸：寬為400+250=500mm，長為800+250=900mm杯口

23、厚度：因為800hc1000，所以杯壁的厚度取t=350mm 杯壁高度：h1t/0.75=350/0.75=466mm，取h1=350mm 杯底厚度；a1=250mm，根據(jù)a2a1原則，取a2為250mm 根據(jù)以上尺寸，確定基礎總高度H1+a1+50=800+250+50=1100mm 基礎的埋置深度：1100+600=1700mm 地基承載里設計值：fa=200KN/m2 (2)基礎面積計算表B柱在基礎地面的荷栽估算基礎底面積：A=1006.06/(200-201.7)=6.06m2 考慮偏心受壓，將基礎的面積增大1.2A=1.26.06=7.27m2 G=GyDA=1.2201.78=32

24、6.4KN 表 基礎底面壓應力計算 取基礎地面長邊與短邊的比為，則l=3.8m，b=1.9m，取l=m，b=m校核基礎底面積是否滿足要求： （）校核0.5(Pmax+Pmin)f 0.5(Pmax+Pmin)=0.5(198.90+134.22)=166.56KNf=200 (）校核Pmax1.2f Pmax=198.90KN0 由以上得知，基礎的地面尺寸m2，滿足要求圖基礎截面尺寸地基凈反力計算：表地基凈反力由表可以看出Nmax最不利。（Pjmax=158.10,Pjmin=93.42） 沖剪強度驗算從杯口頂面柱邊開始的0斜拉裂面與基礎底面交界處（截面）的凈反力Pj1?；A的有效高度h0=1100-40=1060mm Pj1=9