畢業(yè)設(shè)計之單層廠房設(shè)計實例

1、單層廠房設(shè)計示例一 設(shè)計資料（一） 設(shè)計題目：某金屬裝配車間雙跨等高廠房（二） 設(shè)計內(nèi)容：1 計算排架所受的各項荷載。2 計算各種荷載作用下的排架內(nèi)力（對于吊車荷載不考慮廠房的空間作用）3 柱及牛腿設(shè)計，柱下單獨基礎(chǔ)設(shè)計。4 繪施工圖：柱模板圖和配筋圖，基礎(chǔ)模板和配筋圖。（三） 設(shè)計資料：1 金屬結(jié)構(gòu)車間為兩跨廠房，跨度均為21m，廠房總長54m，柱距6m。廠房剖面如例圖-1。2 廠房每跨內(nèi)設(shè)兩臺吊車，a4級工作制，吊車的有關(guān)參數(shù)見例表-1。吊車的有關(guān)參數(shù)參數(shù)表 例表-1吊車位置起重量（kn）橋跨lk（m）小車重g（kn）最大輪壓pmax,k(kn)大車輪距k（m）大車寬b（m）車高h(yuǎn)（m）吊

2、車總重（kn）左跨（ab）吊車200/5019.5 70.1 187 4.45.62.184264右跨（bc）吊車200/5019.570.11874.45.62.8142643 建設(shè)地點為東北某城市（基本雪壓0.35kn/m2,基本風(fēng)壓0.55kn/m2，凍結(jié)深度1.8m。4 廠區(qū)自然地坪下0.8m為回填土，回填土的下層8m為均勻粘性土，地基承載力特征值fa=220，土的天然重度為17.5 kn/m2，土質(zhì)分布均勻。下層為粗砂土，地基承載力特征值fa=350，地下水位-5.5m。5 廠房標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件選用及荷載標(biāo)準(zhǔn)值（1） 屋架采用21m預(yù)應(yīng)力折線型屋架，自重標(biāo)準(zhǔn)值95屋架。（2） 吊車梁選用鋼筋

3、混凝土等截面吊車梁，梁高900mm，自重標(biāo)準(zhǔn)值39kn/ 根，軌道及零件自重0.8kn/m，軌道及墊層構(gòu)造高度200mm。（3） 天窗采用矩形縱向天窗，每榀天窗架每側(cè)傳給屋架的豎向荷載為34kn（包括自重，側(cè)板，窗扇支撐等自重）（4） 天溝板自重標(biāo)準(zhǔn)為2.02kn/m（5） 維護(hù)墻采用240mm厚面粉刷墻，自重5.24kn/m2。鋼窗：自重0.45kn/m2，窗寬4.0m，窗高見剖面圖（例圖-1），維護(hù)墻直接支撐與基礎(chǔ)梁上，基礎(chǔ)梁截面240*450mm?；A(chǔ)梁自重2.7kn/m6 材料：混凝土強(qiáng)度等級為c25，柱的縱向鋼筋采用hrb335級，其余鋼筋采用i級。7 屋面卷材防水做法及荷載標(biāo)準(zhǔn)值如

4、下： 三氈四油防水層上鋪小石子：0.4 kn/m2 25厚水泥沙漿找平層：0.5 kn/m2 100厚珍珠巖制品保溫層：0.4 kn/m2一氈二油隔氣層：0.05kn kn/m2二、結(jié)構(gòu)計算簡圖本裝配車間工藝無特殊要求，荷載分布均勻。故選具有代表性的排架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。排架的負(fù)荷范圍如例圖-2（a）所示。結(jié)構(gòu)計算簡圖如例圖-（2）所示。下面來確定結(jié)構(gòu)計算簡圖中的幾何尺寸。(a) (b)（一） 排架柱的高度1. 基礎(chǔ)的埋置深度及基礎(chǔ)高度：考慮凍結(jié)深度及回填土層，選取基礎(chǔ)至室外地面為1.8m。初步估計基礎(chǔ)的高度為1.0m，則基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為-0.95m。2. 牛腿頂面標(biāo)高確定：由附表可得牛腿頂標(biāo)高為7

5、.6m，吊車梁高0.9m，軌道及墊層高度為0.2m。因此，軌頂標(biāo)高為：7.6+0.9+0.2=8.7m3. 上柱標(biāo)高的確定：如例圖-1所示，上柱頂距軌頂2.4m，則上柱頂?shù)臉?biāo)高為：8.7+2.4=11.1m4. 計算簡圖中上柱和下柱的高度尺寸確定：上柱高：hu =11.1-7.6=3.5m下柱高：hl=7.6+0.95=8.55m柱的總高度：.h=12.05m 5. 柱截面確定：上柱選矩形截面，下柱選工字形截面。由表-13-8確定柱的截面尺寸，并考慮構(gòu)造要求。對于下柱截面高度h：由于下柱，吊車梁及軌道構(gòu)造高度為1.1m，因此，基礎(chǔ)頂至吊車梁頂?shù)母叨萮k=8.55+1.1=9.65m4h,所以s

6、=+0.6。風(fēng)壓高度變化系數(shù)z 的確定風(fēng)壓高度變化系數(shù)z按b類地貌由表134（或按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范gb500092001的規(guī)定）確定：作用在柱頂以下墻面上的風(fēng)荷載按均布考慮，其風(fēng)壓高度變化系數(shù)可按注頂標(biāo)高取值。柱頂至屋脊間屋蓋部分的風(fēng)荷載，仍取為均布的，其對排架的作用則按作用在柱頂?shù)乃郊酗L(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值fw考慮。這時的風(fēng)壓高度變化系數(shù)可按天窗檐口取值；柱頂至室外地面的高度為（見例圖1）：z=7.6+0.15+2.4=10.35m天窗檐口至室外地面的高度為（見例圖1）：z=7.6+0.15+2.4+1.3+2.6=15.65m.由表13-4按線性內(nèi)插法確定z:柱頂:天窗檐口處: 左風(fēng)情況下風(fēng)荷載

7、的標(biāo)準(zhǔn)值(見例圖-13(a):q1k=s1zwob=0.8*1.01*0.55*6=2.667kn/mq2k=s2zwob=0.4*1.01*0.55*6=1.333kn/m柱頂以上的風(fēng)荷載可轉(zhuǎn)化為一個水平集中力計算,其風(fēng)壓高度變化系數(shù)統(tǒng)一按天窗檐口處z=1.1582取值.其標(biāo)準(zhǔn)值為:fwk=szwohb=(0.8+0.4)*1.1582*0.55*6*1.4+(0.4-0.2+0.5-0.5)*1.1582*0.55*6*1.3+(0.6+0.6+0.6+0.5)*1.1582*0.55*6*2.6+(0.7-0.7+0.6+0.6)*1.1582*0.55*6*0.3=30.27kn右風(fēng)和

8、左風(fēng)情況對稱,方向相反(見例圖-13(b)。(a) 左風(fēng) （b）右風(fēng)例圖13風(fēng)荷載作用下雙跨排架的計算簡圖四排架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析本單層廠房是兩胯的對稱結(jié)構(gòu)，c主和a柱受力完全一樣，因此只要計算ab就可以了。本廠房為兩跨等高排架，可用剪力分配法進(jìn)行排架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算。在各種荷載作用柱頂按可動鉸支座計算，不考慮廠房的空間工作。這里規(guī)定柱頂不動鉸支座反力r，柱頂剪力v和水平荷載自左向右為正，截面彎矩以柱左側(cè)受拉為正，柱的軸力以受壓為正。（一） 各柱剪力分配系數(shù)的確定各柱的幾何特征見例表-2單位力作用下懸臂柱的柱頂位移：u=h3/(c0ecil) c0=3/1+3(1-n)/n計算有關(guān)參數(shù)：ac柱：=hu

9、/h=3.5/12.05=0.290；n=iu/il=5208*106/(51942.92*106)=0.104c0=3/1+3(1-n)/n=3/1+0.2903 (1-0.104)/0.104=2.479b柱：=hu/h=3.5/12.05=0.290；n=iu/il=14291.67.5*106/（74060.88*106）=0.1998c0=3/1+3(1-n)/n=3/1+0.0.2903 (1-0.1998)/0.0.1998=2.733單位力作用下懸臂柱的柱頂位移：a， c柱：ua=uc= h3/ (c0ecil)=120503/（2.479*ec*50109.375*106）=

10、14.085/ ecb， b柱：ub= h3/ (c0ecil)=120503/（2.733*ec*71509.375*106）=18.953/ ec令ki=1/uik=ka+kb+kc=1/ua +1ub /+1/uc=0.2537 ec所以，三根柱的剪力分配系數(shù)為：a=k a/k=0.2798; b =k b /k=0.440; c=kc/k=0.2798驗算：a+b +c1.0當(dāng)柱頂有水平荷載f時，求出剪力分配系數(shù)后，即可求出柱頂剪力：va=af；vb= bf；vc=cf求出柱頂剪力后，即可按懸臂柱繪出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖。下面進(jìn)行各種荷載走作用下排架的內(nèi)力。（二） 在永久荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）作用下排

11、架的內(nèi)力分析如圖所示：例圖14永久荷載作用下雙跨排架的計算簡圖只對m作用進(jìn)行排架分析，對例圖-14中的豎向荷載所產(chǎn)生的軸力直接累加。各柱頂不動鉸支座的支座反力：a柱：= 0.290；n =0.104c1=1.5*1-2(n-1)/n/1-3(1-n)/n=1.5*1-0.2902(0.104-1)/0.104/1+0.2903(1-0.104)/0.104=2.1376c3=1.5*(1-2)/1-3(1-n)/n= 1.5*(1-0.2902)/1+0.2903(1-0.104)/0.104=1.1353r1=mc1/h=29.837*2.1376/12.05=5.2929kn()r2=mc

12、3/h=125.908*1.1353/12.05=11.8625kn()所以ra=r1+r2=17.1154kn（）b柱：rb=0c柱：rc=-ra=-17.1154kn（）所以：假設(shè)的排架柱頂不動鉸支座的支座反力之和r=ra+ rb+ rc=0所以：各柱頂?shù)膶嶋H剪力為：va= ra=17.1154kn（）vb= rb=0vc= -17.1154kn（）各柱頂?shù)膶嶋H剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計算?，F(xiàn)把各柱的軸力計算過程敘述如下，彎矩和剪力的計算從略。排架的彎矩圖，柱底剪力（向左為正）和軸力圖如例圖-15所示。柱軸力標(biāo)準(zhǔn)值計算：ac柱：柱頂：n=298.37kn上柱底：n=298.37+2

13、1.875=320.245kn下柱頂：n=320.245+43.8=364.045kn下柱底：n=364.045+51.78=415.825knb柱：柱頂：n=596.74kn上柱底：n=596.74+30.625=627.365kn下柱頂：n=627.365+43.8*2=714.965kn下柱底：n=714.965+56.43=771.395kn （a） 永久荷載作用下的彎矩（knm）圖和柱底剪力（kn） （b）永久荷載作用下的軸力（kn）例圖15永久荷載作用下排架的內(nèi)力圖（三） 屋面活荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）作用下排架內(nèi)力分析a柱：=hu/h=0.290；n=iu/il=0.104；c1=2.13

14、76；c3=1.1353r1=m1akc1/h=3.15*2.1376/12.05=0.559 kn（）r2=m2akc3/h=12.6*1.1353/12.05=1.187kn（）所以ra=r1+r2=1.746kn（）b柱：=hu/h=0.290；n=iu/il=0.199c1=1.5*1-2(n-1)/n/1-3(1-n)/n=1.5*1-0.2902(0.1998-1)/0.197/1+0.2903(1-0.1998)/0.1998=1.827rb=r1=m1bkc1/h=4.725*1.827/12.05=0.716kn()c柱：rc=0所以：假設(shè)的排架柱頂不動鉸支座的支座反力之和r

15、=ra+rb+rc=2.462kn（）所以：各柱頂?shù)膶嶋H剪力為：va= ra-ar=1.057kn（）vb=rb-b r=-0.367 kn（）vc=rc-cr=-0.689 kn（）vi0各柱頂?shù)膶嶋H剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計算。排架的彎矩圖，柱底剪力（向左為正）和軸力圖如圖所-9.1474v=-0.689-3.0135v=-0.367v=1.057-8.30245-6.00950.5495-4.74-12.3-2.4115圖 ab跨有屋面活荷載時排架的內(nèi)力圖2. ab跨有吊車荷載，dmax,k作用在a柱，dmin,k作用在a柱時排架內(nèi)力分析，其計算簡圖如例圖-21所示。 a柱：=0

16、0290；n=0.104；c3=1.1353 ra=r2=c3=-3.3827（ ） b柱：=0.290；n=0.1998； 例圖-21 dmax,k作用在b柱，dmin,k作用在a柱時排架計算簡圖. c3=1.5*（1-2）/1+3（-1）= 1.5*（1-0.2902）/1+0.2903（-1）=1.25175 rb=r2=c3=64.8*1.25175/12.05=6.7314kn( ） c柱：rc=0 所以：假設(shè)的排架柱頂不動鉸支座的支座反力之和r=ra+rb+rc=+3.3487（ ） 所以：各柱頂?shù)膶嶋H剪力為：va=ra-ar=-3.3827-0.2798*3.3487= -4.3

17、197（ ）vb=rb-br=6.7314-0.440*3.3487=5.2580（ ）vc=rc-cr=-0.2798*3.3487=-0.93697（ ）0 各柱頂?shù)膶嶋H剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計算，排架的彎距圖，柱底剪力（向左為正）和軸力圖如例圖-22所示。 (a) dmax,k在b柱時的軸力(kn) (b) dmax,k作用在b柱時的彎距和柱底剪力 例圖-22 ab跨有吊車dmax,k作用在b柱時排架內(nèi)力圖 2. ab跨有吊車荷載，dmax,k作用在b柱，dmin,k作用在a柱時排架內(nèi)力分析，其計算簡圖如例圖-21所示。 a柱：=0.290；n=0.104；c3=1.1353

18、ra=r2=c3=（ ） b柱：=0.290；n=0.1998； c3=1.25175 例圖-21 dmax,k作用在b柱，dmin,k作用在a柱時排架計算簡圖. rb=r2=c3=269.28*1.25175/12.05=27.9727kn(） c柱：rc=0 所以：假設(shè)的排架柱頂不動鉸支座的支座反力之和r=ra+rb+rc=27.1587（ ） 所以：各柱頂?shù)膶嶋H剪力為：va=ra-ar=-0.8140-0.2798*27.1587= -9.3886（ ）vb=rb-br=22.44-0.440*27.1587=16.0229（ ）vc=rc-cr=-0.2798*27.1587=-7.5

19、990（ ）0 各柱頂?shù)膶嶋H剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計算，排架的彎距圖，柱底剪力（向左為正）和軸力圖如例圖-22所示。 例圖-22 ab跨有吊車dmax,k作用在b柱時排架內(nèi)力圖 （四）吊車水平荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）作用下排架內(nèi)力分析1 ab跨有吊車荷載tmax,k向左作用在ab柱，其計算簡圖如例圖-27所示。(a)ab跨有吊車tmax,k向左 （b）ab跨有吊車tmax,k向右圖-27 ab跨有吊車，在tmax,k作用下排架計算簡圖吊車水平荷載tmax,k的作用點距柱頂?shù)木嚯xy=3.5-0.9=2.6m；y/hu=0.743。因此排架柱頂不動鉸支座的支座反力系數(shù)c4需用線形內(nèi)插法確定。a、

20、c柱：=0290；n= 0.104；當(dāng)y=0. 7 hu時：c4=2-2.1+3（0.243/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.698當(dāng)y=0. 8 hu時：c4=2-2.4+3（0.112/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.654所以當(dāng)y=0. 743hu時：c4=0.582+（0.743-0.7）（0.532-0.582）（0.8-0.7）=0.607b柱：= 0.290；n= 0.1998c4=2-2.1+3（0.234/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.679當(dāng)y=0. 8 hu時：c4=2-2.4+3（0.112/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.68

21、9所以當(dāng)y=0. 743hu時：c4=0.689+（0.743-0.7）（0.646-0.689）（0.8-0.7）=0.670柱頂不動鉸支座反力的計算：a柱：ra=r2= c4tmax,k=0.679*12.97=8.81kn（ ）b柱：rb=r2= c4tmax,k=0.670*12.97=8.69kn （ ）c柱：rc=0所以：假設(shè)的柱頂不動鉸支座的支座反力之和：r= ra+rb+rc=17.5kn（ ）所以：各柱頂?shù)膶嶋H剪力為：va=ra-ar=8.86 -0.2798*17.5= 3.194kn（ ）vb=rb-br=8.69-0.440*17.5=0.99kn（ ）vc=rc-cr

22、=-0.440*17.5=-4.897kn（ ）0各柱頂?shù)膶嶋H剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計算。排架的彎矩圖，柱底剪力和軸如圖所示，柱的軸力為零 （五）風(fēng)荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）作用下排架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析1 左風(fēng)情況：其計算簡圖如例圖-33（a）所示在均布風(fēng)荷載作用下，各柱頂不動鉸支座反力的計算：a柱：=0.290；n= 0.104；c5=31+4（1/n-1）/81+3（1/n-1）=0.3745ra= -c5qh=-0.3745*2.667*12.05=-12.0369（ ） c柱：=hu/h=0.290；n=iu/il=0.104；c5=0.3745rc = -c5qh=-0.3745*1.333

23、*12.05= -6.0155kn（ ）所以：假設(shè)的柱頂不動鉸支座的支座反力之和：r= ra+rb+rc=-18.0254kn（ ）所以：各柱頂?shù)膶嶋H剪力為：va=ra-ar+afw=1.4837kn（ ）vb=rb-br+bfw =-21.26kn（ ）vc=rc-cr+cfw =7.5051kn（ ）fw各柱頂?shù)膶嶋H剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計算。排架的彎矩圖，柱底剪力和軸力圖如例圖-34所示，柱的軸力為零。圖 左右風(fēng)情況排架的彎矩圖2右風(fēng)情況：其計算簡圖如圖-所示。由于對稱性，右風(fēng)作用時的內(nèi)力圖如圖所示。（四）吊車水平荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）作用下排架內(nèi)力分析2 ab跨有吊車荷載tmax,k

24、向左作用在ab柱，其計算簡圖如例圖-27所示。(a)ab跨有吊車tmax,k向左 （b）ab跨有吊車tmax,k向右圖-27 ab跨有吊車，在tmax,k作用下排架計算簡圖吊車水平荷載tmax,k的作用點距柱頂?shù)木嚯xy=3.5-0.9=2.6m；y/hu=0.743。因此排架柱頂不動鉸支座的支座反力系數(shù)c4需用線形內(nèi)插法確定。b、 c柱：=0290；n= 0.104；當(dāng)y=0. 7 hu時：c4=2-2.1+3（0.243/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.698當(dāng)y=0. 8 hu時：c4=2-2.4+3（0.112/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.654所以當(dāng)y=0. 7

25、43hu時：c4=0.582+（0.743-0.7）（0.532-0.582）（0.8-0.7）=0.607b柱：= 0.290；n= 0.1998c4=2-2.1+3（0.234/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.679當(dāng)y=0. 8 hu時：c4=2-2.4+3（0.112/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.689所以當(dāng)y=0. 743hu時：c4=0.689+（0.743-0.7）（0.646-0.689）（0.8-0.7）=0.670柱頂不動鉸支座反力的計算：a柱：ra=r2= c4tmax,k=0.679*12.97=8.81kn（ ）b柱：rb=r2= c4tmax

26、,k=0.670*12.97=8.69kn （ ）c柱：rc=0所以：假設(shè)的柱頂不動鉸支座的支座反力之和：r= ra+rb+rc=17.5kn（ ）所以：各柱頂?shù)膶嶋H剪力為：va=ra-ar=8.86 -0.2798*17.5= 3.194kn（ ）vb=rb-br=8.69-0.440*17.5=0.99kn（ ）vc=rc-cr=-0.440*17.5=-4.897kn（ ）0各柱頂?shù)膶嶋H剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計算。排架的彎矩圖，柱底剪力和軸如圖所示，柱的軸力為零 （五）風(fēng)荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）作用下排架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析2 左風(fēng)情況：其計算簡圖如例圖-33（a）所示在均布風(fēng)荷載作用下，各柱頂

27、不動鉸支座反力的計算：a柱：=0.290；n= 0.104；c5=31+4（1/n-1）/81+3（1/n-1）=0.3745ra= -c5qh=-0.3745*2.667*12.05=-12.0369（ ） c柱：=hu/h=0.290；n=iu/il=0.104；c5=0.3745rc = -c5qh=-0.3745*1.333*12.05= -6.0155kn（ ）所以：假設(shè)的柱頂不動鉸支座的支座反力之和：r= ra+rb+rc=-18.0254kn（ ）所以：各柱頂?shù)膶嶋H剪力為：va=ra-ar+afw=1.4837kn（ ）vb=rb-br+bfw =-21.26kn（ ）vc=rc

28、-cr+cfw =7.5051kn（ ）fw各柱頂?shù)膶嶋H剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計算。排架的彎矩圖，柱底剪力和軸力圖如例圖-34所示，柱的軸力為零。圖 左右風(fēng)情況排架的彎矩圖2右風(fēng)情況：其計算簡圖如圖-所示。由于對稱性，右風(fēng)作用時的內(nèi)力圖如圖所示。（四）吊車豎向荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）作用下排架內(nèi)力分析1 ab跨有吊車荷載，dmax,k作用在a柱，dmin,k作用在b柱時排架內(nèi)力分析，其計算簡圖如例圖-19所示。 a柱：=0.290；n=0.104；c3=1.1353 ra=r2=c3=35.904*1.1353/12.05=-3.3827（ ） b柱：=0.290；n=0.1998； 例圖-1

29、9 dmax,k作用在a柱，dmin,k作用在b柱時排架計算簡圖. c3=1.5*（1-2）/1+3（-1）= 1.5*（1-0.2902）/1+0.2903（-1）=1.25175 所以：假設(shè)的排架柱頂不動鉸支座的支座反力之和r=ra+rb+rc=3.3487（ ） 所以：各柱頂?shù)膶嶋H剪力為： 0 各柱頂?shù)膶嶋H剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計算，排架的彎距圖，柱底剪力（向左為正）和軸力圖如例圖-20所示。 (a) dmax,k在a柱時的軸力(kn) (b) dmax,k作用在a柱時的彎距和柱底剪力 圖-20 ab跨有吊車dmax,k作用在a柱時排架內(nèi)力圖 3. bc跨有吊車荷載，dmax,k作用在b柱，dmin,k作用在c柱時排架內(nèi)力分析，其計算簡圖如例圖-23所示。 b柱：=0.300；n=0.200；c3=1.31 rb=r2=c3=353.87*1.31/13.45= -34.47 ） c柱：=0.260；n=0.104； 例圖-23 dmax,k作用在b柱，dmin,k作用在c柱時