單層工業(yè)廠房設(shè)計計算書

1、結(jié)構(gòu)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(shè)有山墻。拄高大于8米，故采用鋼筋混凝 土排架結(jié)構(gòu)。為了使屋架有較大的剛度，選用預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架及預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板。選用鋼筋混凝土吊車梁及基礎(chǔ)梁。廠房的各構(gòu)選型見表計算簡圖中柱的總高度H,下柱高度Hi和上柱的高度 Hu分別為:表主要構(gòu)件選型結(jié)構(gòu)的名稱標(biāo)準(zhǔn)圖集選用型號重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面板G410( ),1.5m x 6n預(yù)應(yīng)力 混凝土板1.4KN/m天溝板G410（三）,1.5m x 6n預(yù)應(yīng)力 混凝土板（卷材防水天溝）外天溝2.02KN/M 內(nèi)天溝1.83

2、KN/M屋架G314（二）,預(yù)應(yīng)力混凝土折線 型屋架（跨度18）53.5KN每榀吊車梁G323（二），鋼筋混凝土吊車梁 （中輕級工作制）27.5KN每榀軌道連接0.8KN/m基礎(chǔ)梁由圖1可知柱頂標(biāo)高是米，牛腿的頂面標(biāo)高是米，室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離米，則H=+=Hi=+=Hu=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。見表柱截面尺寸及相應(yīng)的參數(shù)柱號計-算參截面尺寸/mm面積2/mm慣性矩/mm 4自重 /(KN/m)A,C上柱矩 400X 40016000000下柱I400 X 800 X 100X 150177500B上柱矩 400X 400160000004下柱I40

3、0 X 800 X 100X 150177500荷載計算1 恒載(1)屋蓋橫載屋面板預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.4KN/m220m厚1:3水泥沙漿找平層和防水成上鋪石子0.75KN/m2總：2.15KN/m2外天溝外天溝板2.02KN/m找平層1.6KN/m總：3.62KN/m內(nèi)天溝內(nèi)天溝板1.83KN/m找平層1.6KN/m總：3.43KN/m嵌板嵌板1.652KN/m2灌縫0.1KN/m2總1.752KN/m屋架屋架屋架預(yù)埋件53.5KN/榀鋼筋混凝土系桿5.94KN/榀屋架預(yù)埋件件0.4KN/榀總59.84KN/榀15KN/I3.62KN/m3.43KN/m圖1求反力：F1 =F2=屋架重力荷

4、載為，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)的重力荷載設(shè)計值:Ga1 = X +2)=Gb1=XX 6+2)= KN(2)吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計值11) 1 1)11,II川1川IJIJH11HiiiiiJiimmiiiniur12.9KN/mGa3= x( + X 6)=Gb3= x( +x 6)=(3)柱重力荷載的設(shè)計值A(chǔ),C柱上柱G 4A= Gc=1.2 X 4X 3.6=17.28KN下柱G 5A= G5c=1.2 X 4.43 X 7.2=38.28KNB柱上柱G 4A= Gc=1.2 X 4X 3.6=17.28KN下柱G 5A= G5c=1.2 X 4.43 X 7.2=38.28KN2 .屋

5、面活荷載屋面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值是m2,作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計值:Qi=XX 6 X 18/2= KN3，風(fēng)荷載風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按3k= 3 Z(1 s(1Z30計算其中30=m2,3z=1,1 z根據(jù)廠房各部分及B類地面粗糙度表確定。柱頂(標(biāo)高)1 z=櫞口(標(biāo)高)1 Z=屋頂(標(biāo)高13.20m)i z=1 s如圖3所示，由式3 k= 3 z 1 S1 Z3 0可得排架的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值：23 k1 = 3 z 1 si 1 z3 0=XXX = KN/m3 k2= 3 z 1 S2 1 Z3 0=XXX = KN/m2Ga=176.81KNQ=37.8KNGa=38.28KNGi=176.81KN

6、Q=37.8KNG=38.76KN圖2荷載作用位置圖GG7.28KN二三二二二，q2圖3風(fēng)荷載體型系數(shù)和排架計算簡q1 = xx 6=m q1 = xx 6=mFw= Y q(sl+s2)Xy zhl + (s3+s4)Xy zh23 zW oB=+xx x 1 xx 64 .吊車荷載吊車的參數(shù)：，輪矩 K=, 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(yīng)點的豎向坐標(biāo)值，如圖4所示:圖4 吊車荷載作用下支座反力的影響線(1) 吊車的豎向荷載Dmax= 丫 QFpmax刀 yi= X 115 X (1+=Dmin= Y QF

7、pmin 刀yi= X 25 X (1+=(2) 吊車的橫向荷載T=1/4 a( Q+g) =1/4 XX (100+38)=吊車橫向荷載設(shè)計值：Tmax=Y qT刀 yi=xx =排架內(nèi)力分析柱別AMn=I u/I l入=Hu/HC0=3/1 +3入(1/n-1)3 二H/C0EIn i=1/ ni/ 刀 1/ ni0.150.332.473 a=3 b=3 cn A=n b=ncB柱0.150.332.471 .恒荷載作用下排架內(nèi)力分析V/A夭圖5恒荷載作用的計算簡圖3 1（1丄）n3C1=x2彳3/121(1)Gl=GAl = ； G2=G3+G4A=+=； G3=G5A=；G4=2Gb

8、i=; G5=Gg+2G4b=2 X +=;G6=G5B=；M1= Gi X ei= X = Gi+ G4A)eo- G3e3=+ X1)M iM 2Ra=Ci +C3= X + X /=()HHRb=OKN;內(nèi)力圖:/zrcM圖(KN.m)芮圖(KN)圖6恒荷載內(nèi)力圖2 恒荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)AB跨作用屋面活荷載MaM2a廠圖7 AB跨作用活荷載作用簡圖Q=,則在柱頂和變階處的力矩為:M 1A= X =， M 2A=X = , M 1B=X =M 1A M 2AH H則排架柱頂不動鉸支座總的反力為:R= FA+ Rb=+=(t )Va= R Rn a= R3 Rn b= Rn c=x

9、 = (j)排架各柱的彎矩圖，軸力圖,柱底剪力如圖8所示:- , -8,05/4.4U/ 26旳L、3.49；己E3M(KNm)N圖(k N)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(gòu)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oO- vIII44 一己卩(h汽J7bf3- 37.E337.8圖10 BC跨作用屋面活荷載內(nèi)力圖3 風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)左吹風(fēng)時31C=81R=-qiHGi=xx =(j )Rs=-qiHGi = xx =(j )R= RA+ Rc+Fw=+=

10、(j )各柱的剪力分別為：Va= RA-Rn a=+X =-2.72KN(J)Vb= RB-Rn b=+X =(t)Vc= -Rn c= X =(t)左風(fēng)計算圖M(KNm)圖11左風(fēng)內(nèi)力圖(2)右風(fēng)吹時因為結(jié)構(gòu)對稱,只是內(nèi)力方向相反，所以右風(fēng)吹時，內(nèi)力圖改變一下符號就行,如圖12所示;左風(fēng)計算圖r 1 .6少：厲 333U11X_討，/&.31，JSlbU.j3M(KNm)圖11左風(fēng)內(nèi)力圖4.吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析(1) Dmax作用于A柱計算簡圖如圖12所示，其中吊車豎向荷載Dmax, Dmin在牛腿頂面引起的力矩為：M aMbMa= DmaxX e3=X = Dmin X e3=X =

11、Ra+ Ffe=+=(J )H H各柱的剪力分別為：Va= FA-Rn a=+ X =( j )Vb= R3-Rn b=+ X =(T)Vc= -Rn c=x =(t)DnaxM( KNm)圖12Dmax作用在A柱時排架的內(nèi)力(2)Dmax作用于B柱左計算簡圖如圖12所示，其中吊車豎向荷載Dmax, Dmin在牛腿頂面引起的力矩為:Ma= DmaxX e3= 75 .25X =26 .33Mb= Dmin X e3= X = 2 5 9 . 6 1C3=- 2 6 . 3 3 X =- 2 . 6 8 KN(J)RB=-匹 C3=2 =26H.4 2 KN(t)R= RA+ RB=- 2 .6

12、8 +2 6 .4 2 =23 .74 N()各柱的剪力分別為：Va= RA-Rn a=- 2 . 6 8 -X 2 3.7 4 = 10 .51 KN()Vb= RB-Rn b= 2 6 . 4 2 X 2 3.7 4 = 1 8 .59 KN()Vc= -Rn c=X 2 3 . 7 4 = 7 . 8 3 N(J)M( KNm)一316.15廣、Dnin氣MAMB *Dnax/In( KN)圖13Dmax作用在B柱左時排架的內(nèi)力(3)Dmax作用于B柱左根據(jù)結(jié)構(gòu)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柱內(nèi)力對換和改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ枺喝鐖D14(4

13、)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15(5) Tmax作用于AB跨柱當(dāng)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=，入=，得 a=, Tmax=2 3aC5=23(2 a)(1 a) (2 3a)211)R= TmaxC5= 12 . 46X0RB= TmaxC5=12 . 46X0.5 4 = (J)r MB 八 DnaxDminM (KNm)N (KN)3G.15J圖14 Dmax作用在B柱右時排架的內(nèi)力Q346 EBN (KN)75.25J c 346.35圖1 5Dmax作用在C柱

14、時排架的內(nèi)力排架柱頂總反力R：R= RA+ Rb= - 6 .73 6 .73=13.4 6 KN各柱的簡力：Va= FA-Rn a= 6 . 7 3 +X 1 3 .4 6 = 2 .29 KN()Vb= FB-Rn b= 6 . 7 3 +X 1 3 .4 6 = 2 .2 9 KN (J)Vc= Rn C=X =(T)4.44M( KNm)圖16 Tmax作用在AB跨時排架的內(nèi)力(6) Tmax作用于BC跨柱由于結(jié)構(gòu)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(I圖17 Tmax作用BC跨時排架的內(nèi)五柱截面設(shè)計(中柱)混

15、凝土強度等級C20,fc=mm2,ftk=mm2.采用 HRB335級鋼筋，fy= fy300 N/mm2,Zb=,上下柱采用對稱配筋.1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ho= 400-40 = 360 mm ,附加彎矩ea=20mm （大于4 0 0 / 3 0 ），判斷大小偏心:MNM/N+q0.3h o判斷大小偏心91124391.66252.66108大偏心3179429.3527.40108小偏心87119357.64263.59108大偏心從中看出3組內(nèi)力為大偏心，只有一組為小偏心，而且:N=5 .應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)n1=0.5 fcAN=XX 160000

16、/357640=1，取zi =1Z 2= b/h15，取 Z 2=n =1 + 1400 到 h02 Z 1Z 2=1+ 亠釁2360f姓N=357640/1 XX 400 X 360= fcbh02 a s/h 0=2 X 40/360=所以 x=ZX h0=X 360=e = n ei-h/2+ a s=X4 0 0/ 2 + 4 0 =fyAs(h0-as)- a 1fcbx(x/2-as)圖 18、xNe + a1 fcbx(as)As=As =2fy(ho as)93.6357640 1 8 5 .0 5 + 19.6 4 0 0 9 3.6(40)2300 (360 40)=715

17、mm選用318( As=763mm2) 驗算最小配筋率：P = As/bh=763/400X 400=%平面外承載力驗算：l0=X =l0/b=5400/400=，查表得 2 = 0 9 3,Ac=A-Aa=4002-763X 2=158474mmNu= 2 (fy As + fcAs)=XX (300 X 763 X 2+X 158474)=2 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=M=N= KNN= KN(1)按 M= , N= KN 計算Ld= 1 Hu= 1 X =,附加偏心矩 ea=800/30=(大于 2 0 mm),b=100m

18、m,b f=400mm, hf=150mme0=M/N=217960/=ei= e0+ ea=l0/h=7200/800=95而且V15 .應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)n,取Z2=1”0.5fcA廿Z 1=- =XX 160000/810940=1，取Z 1=1Nn =1 +1400沖 Z 1Z 2= fcbf + 丄(鬻)2 1X 1 =h0760n ei=x = X 760=228,所以為大偏心受壓，應(yīng)重新假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則x=t =810940/1 xx 400=hf=150mmi fcbf說明中和軸位于板內(nèi)，應(yīng)重新計算受壓區(qū)的高度:Nx=ai fc(bfb)hfaifcb81094019

19、.6150 (400100)19.6 100e= n ei+h/2+ a s=x -800/ 2-40= 7005mmNeAs=As =a1 fc(bfb)hf(h。fy(h。hfx)a1 fcbx(h0 q)810940 700.5 1 9.6 (4 0 0 100) 150 760 罟 1 9.6100 394.72(760 39：72)300 (760 40)(2)按 M= , N= KN 計算L0= 1 Hu= 1 x =,附加偏心矩 ea=800/30=(大于 2 0 mm),b=100mm,b f =400mm,hf=150mme0=M/N=152690/=ei= e0+ ea=l

20、0/h=7200/800=95而且V15 .應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)n,取Z 2=1Z 1=0.5fcAN=xx 160000/810940=1，取Z1=1n=1+喬宦Z1Z 2=1+圭(魯)2h0760n ei=x = x 760=228,所以為大偏心受壓，應(yīng)重新假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則Nx= =473440/1 xx 400=hf=150mm 1說明中和軸位于翼緣內(nèi)：e=n ei+h/2-a s=x -800/ 2-40 =NeaifcbfX(ho -)As=As =2 =fy(hoas)123 3473440761.931 9.6 400 123.29(760)2300 (76040)最小配

21、筋 B minA=%x 177500=355mm 2所以選314( As=461mm2)滿足要求查附表11 . 1的無柱間支撐垂直排架方向柱的計算長度，b=1H =l0/b=7200/400=18，查表得 = , Ac=A-Aa=177500-461 X 2=176578mmNu= p (fy As + fcAs)= XX (300 X 461 X 2+X 176578)= Nmax所以滿足彎矩作用平面外的承載力要求3 柱裂縫寬度驗算規(guī)范中規(guī)定，對 e/h0的柱要進行裂縫寬度驗算，本例的上柱出現(xiàn)e/h0=,所以應(yīng)該進行裂縫驗算。驗算過程見下表2 1。其中上柱的As=763mm2 ； Es=20

22、0000N/mm 2;構(gòu)件的受力特征系數(shù) acr=,混凝土的保護層厚度 c=25mm,ftk=mm2。4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(gòu)造要求控制。根據(jù)構(gòu)造要求，上下柱均選用$8 200箍筋。5 牛腿設(shè)計根據(jù)吊車支承的位置，截面的尺寸及構(gòu)造要求，確定牛腿的尺寸如圖22所示，其中牛腿的截面寬度 b=400mm，牛腿截面高度 h=1050mm , h=1015mm.(1) 牛腿腿截面高度驗算柱截面上柱內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值Mk/(KN.m)62.23Nk/(KN)296.19e=Mk/Nk /mm0.21p tk =As/(0.5bh+(b f -b)h f)0.00940.01,取0.

23、01n s=1+1(l 0/h) 2/(400(e 0/h 0)1.15e=n se+h/2-a s /mm401.50Y f =hf(h f、-b)h f /mm0.00z=0.87-0.12(1- y f)(h 0/e)2h 0/mm278.47c sk=N(e-z)/A sZ171.51書=1.1-0.65f tk / P te c sk0.52CO =acr c sk /Es(19C+0.08d ep/ p et )0.17表 21柱的寬度驗算表17 ,所以滿足要求Fv Fvk350 200.51015所以所選的尺寸滿足要求(2) 牛腿配筋計算縱向受拉鋼筋總截面面積 As：AsFva0

24、.85fyh(346150 38760) (350 20)=550. 2 mm20.85 300 1015根據(jù)規(guī)定，縱向受拉鋼筋A(yù)s的最小配筋率為=X 400 X 1050=840mm2 mm2。所以要按8 4 0 mm2配筋?，F(xiàn)在選用516( As=1005mm2)水平箍筋選用$8100的雙肢筋。牛腿的剪跨比a/h 0=370/1050=，所以應(yīng)該設(shè)置彎起鋼筋A(yù)0 . 5 As=，且 A = X 400X 1015=609 mm2故選用 4$14( As= 615 mm2)6牛腿設(shè)計采用翻身起吊，吊點設(shè)在牛腿下部， 混凝土達到設(shè)計強度后起吊。插入杯口深度為800mm,則柱吊裝時的總長度為 +

25、=.。柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載(應(yīng)考慮動力系數(shù))即q1=Gq1k= xx =mq2=Gq1k= xxxx 25)=mq3=(iu Gq1k= xx =mq2在上述荷載的作用下，柱的控制截面的彎矩為：M1= q1Hu2=XX = q1Hu2=XX( +) 2+X 由刀 Mb=+M2=0解得：RA=M3=Rax- q3x2令dM=RA_q3x=0 得x= 則下柱段最大彎矩 M3為:dxM3=X柱的截面上柱下柱M(M)/(KNm)46.66(38.88)94.71(78.93)Mu=fA(ho-as)/(KN.m)73.250.9 X 46.6697.630.9 X 94.712(T sk=

26、M/(0.87h 0As)/(N/mm2)162.7264.1書=1.1-0.65f tk/ f te C sk0.4850.723 max=acrsk (1.9c+0.08deq/ p te )/Es0.160.20.090.2表 2 4吊裝時柱的寬度驗算表六.基礎(chǔ)設(shè)計(B柱下基礎(chǔ))1 初步確定杯口尺寸及基礎(chǔ)埋深(1)杯口尺寸-0.00075-0.600圖2 5基礎(chǔ)截面尺寸杯口的深度：柱子的插入深度Hi=800m m,所以杯口深度為 800+50=850mm杯口頂部尺寸：寬為 400+2X 75=550mm，長為 800+2X 75=950mm杯口底部尺寸：寬為 400+2X 50=500m

27、m，長為 800+2X 50=900mm杯口厚度：因為800hc ai原則，取a2為250mm根據(jù)以上尺寸，確定基礎(chǔ)總高度Hi+ai+50=800+250+50=1100mm地基承載里設(shè)計值：fa=200KN/m 2(2) 基礎(chǔ)面積計算計算公式+Mma組合Nma組合Nmir組合Fd=N(KN)810.941006.06473.44Md=M+Vh(KN.m)227.49172.48171.02表26 B柱在基礎(chǔ)地面的荷栽估算基礎(chǔ)底面積:AN=(200-20 X = rD考慮偏心受壓，將基礎(chǔ)的面積增大2 0%G=y gy yDA=X 20XX 8=326.4KN計算公式+MmO組合Nma組合Nmir組合N+G/(KN)1137.341332.46799.84e=Md/N+G0.200.130.21p max=(N+G)/A(1+6e/l)/(KN/m2)184.82198.90132.05p min=(N+G)/A(1-6e/l)/(KN/m2)99.51134.2267.91表2 7基礎(chǔ)底面壓應(yīng)力計算取基礎(chǔ)地面長邊與短邊的比為2,則l=, b=，取 1=4 m, b= 2 m校核基礎(chǔ)底面積是否滿足要求：(1)校核(Pmax+Pmin) f(Pmax+Pmi n)=x +=f=200(2) 校核 Pmaxw Pmax=0由以上得知，基礎(chǔ)的地面尺寸4X2 = 8m2,滿足要求圖2