單層工業(yè)廠房排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、目錄一 設(shè)計(jì)資料 . 11. 工程概況 .12.設(shè)計(jì)要求 . 1設(shè)計(jì)資料. 13.1荷載. 13.2工程地質(zhì)資料 . 23.3材料. 2 二 結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置 . 3 三.排架的荷載計(jì)算 . . . . 51.恒載 . 51.1屋蓋部分傳來(lái)的恒載 p1p . 51.2柱自重 p2p 和 p3p . 61.3混凝土吊車梁及軌道中的 p4p . 62.活荷載 . 62.1屋面活荷載 p1q. 62.2吊車荷載. 6四、內(nèi)力分析 . 91.恒載作用下的排架內(nèi)力. 91. 1由 p1p 產(chǎn)生的彎矩和軸力 . 91.2由柱自重產(chǎn)生的彎矩和軸力 . 101.3由 p4p 產(chǎn)生的彎矩和軸力. 102.屋面

2、活載作用下的排架內(nèi)力. 1133.吊車豎向荷載作用下的排架內(nèi)力. 113.1最大輪壓作用于 a 柱時(shí) . 113.2最大輪壓作用于 b 柱時(shí) . 124.吊車水平制動(dòng)力作用下的排架內(nèi)力. 134.1tmax 向左作用. 134.2tmax 向右作用. 145.風(fēng)荷載作用下的排架內(nèi)力. 145.1左來(lái)風(fēng)情況. 145.2右來(lái)風(fēng)情況. 14 五、內(nèi)力組合 . 15 六、 排架柱設(shè)計(jì) . 191.a 軸柱. 191.1設(shè)計(jì)資料. 191.2內(nèi)力. 191.3配筋計(jì)算（采用對(duì)稱配筋） . 201.4牛腿計(jì)算. 241.5吊裝階段驗(yàn)算 . 251.6柱中吊環(huán)的設(shè)計(jì) . 27七 柱下單獨(dú)基礎(chǔ) . 301.

3、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù) . 302.荷載 . 303.確定基礎(chǔ)底面尺寸 . 304.地基承載力驗(yàn)算 . 315.基礎(chǔ)沖切承載力驗(yàn)算. 316.配筋計(jì)算 . 32單層工業(yè)廠房排架柱設(shè)計(jì)單層工業(yè)廠房排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一 設(shè)計(jì)資料1.工程概況某鍛工車間為一單層單跨鋼筋混凝土裝配式結(jié)構(gòu)，跨度 18m,長(zhǎng)度 66m，選用兩 臺(tái)中級(jí)工作制橋式吊車，軌頂標(biāo)高 9.8m，考慮散熱通風(fēng)要求，需設(shè)置天窗及擋 風(fēng)板2.設(shè)計(jì)要求. 完成屋面板、屋架、天窗架、天溝、吊車梁、基礎(chǔ)梁等構(gòu)件的選型，幵初步確 定排架柱的截面尺寸；. 進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置（包括支撐布置）. 排架荷載計(jì)算；. 排架內(nèi)力計(jì)算；. 排架內(nèi)力組合；. 柱子配筋設(shè)計(jì)（包括牛腿）

4、. 柱下單獨(dú)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；. 繪制施工圖（1 號(hào)圖紙及 2 號(hào)圖紙各一張），內(nèi)容包括 基礎(chǔ)平面布置圖及基礎(chǔ)配筋圖 屋蓋結(jié)構(gòu)布置及結(jié)構(gòu)平面布置圖 柱子配筋圖設(shè)計(jì)資料3.1荷載鋼筋混凝土容重25kn/m3一磚墻（單面粉刷）4.92kn/m220mm 水泥砂漿找平0.4 kn/m2 鋼門(mén)窗自重 0.4 kn/m2 鋼軌及墊層 0.6 kn/m2 二氈三油防水層 0.35 kn/m2 (沿斜面)屋面活荷載0.5 kn/m2 （沿水平面） 屋面積灰荷載0.5 kn/m2（沿水平面）5施工活荷載0.5 kn/m2（沿水平面）3.2工程地質(zhì)資料由勘察報(bào)告提供的資料，天然地面下 1.2m 處為老土層，修正后的地基

5、承載力 為 120 kn/m2，地下水位在地面下 1.3m（標(biāo)高-1.45m）3.3材料混凝土：柱 c30，基礎(chǔ) c15置車置鋼筋：受力筋為 hrb335 級(jí)鋼筋，鋼箍、預(yù)埋件及吊鉤為 hpb235 級(jí)鋼筋 砌體：m5 磚，m2.5 砂漿1b吊車位位天 窗 位 置吊a1圖 1建筑平面圖+17.520+15.150-0.150112圖 2 建筑立面圖+17.520+17.220+15.150+14.500+12.000+9.600+9.800+8.400+4.500+3.300 0.000 -0.150a b圖 3 建筑剖面圖二結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置1.屋面板采用 1.5m6m 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面

6、板g410(一)、（二），板自重 1.3，嵌縫 重 0.1（均沿屋架斜面方向）2.天溝板天溝板g410(三)的截面尺寸見(jiàn)圖 4，重 17.4kn/塊（包含積水重）。11.5kn26.2kn26.2kn11.5kn圖 4 天溝板截面尺寸（單位：mm）圖 5 天窗架及擋風(fēng)板示意圖（單位：mm）3.天窗架 門(mén)型鋼筋混凝土天窗架（g316）的示意圖如圖 5。4.屋架預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土折線型屋架 ymja-18-xbb，屋架的幾何尺寸如圖 6上弦桿 bh=240mm220mm下弦桿 bh=240mm220mm腹桿 bh=120mm240mm（f1）bh=200mm240mm（f2） bh=120mm120

7、mm（f3f6） 屋架自重：60.5kn/榀i=1/5i=2/15f1f2f3f4f6ab圖 6 屋架幾何尺寸5.屋蓋支撐0.05 kn/m2（沿水平面）6.吊車梁重44.2 kn/根（高 1200mm）7.基礎(chǔ)梁重15.7 kn/根8.連系梁、過(guò)梁均為矩形截面，尺寸見(jiàn)剖面圖 39.排架柱尺寸：上柱為矩形 400mm400mm下柱為工字型 400mm800mm圖 7 排架柱上柱截面圖 8 排架柱下柱截面+0.4000.000-0.600圖 9 排架柱標(biāo)高10.基礎(chǔ)采用單獨(dú)杯形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為 0.6m，如圖 11tgb-2tgb-1zc-1hg zc-2cc-2zc-1ll-1l

8、l-1ydl-1111ll-2ll-1ll-1ll-1hghghghghgbydl-1ydl-ydl-ydl-ydl-2sc1ywgacc-3 lg sc-3lglglglglglglglglghgsc2ywgakz-1hghghghghg hghghghghghgsc-3cc-3ywgaywgaywgaywgalglglglglglglglgcc-1sc2l-2lglghgydl-1ydl-1ydl-1ydl-1ydl-1ydl-2ll-2ll-1ll-1ll-1ll-1ll-1hghg hg zc-2zc-1hghg hgacc-2zc-11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1

9、2圖 10結(jié)構(gòu)平面布置圖j-2z-2 z-3 z-1 z-2 z-3 z-1 z-2 z-3kz-1j-2kz-1jl-3 jl-1 jl-1 jl-1 jl-1 jl-1 jl-1 jl-1 jl-3 bjl-2j-1l-2j-1jl-3 jl-1 jl-1 jl-1 jl-1 jl-1 jl-1 jl-1 jl-3 az-3 z-2 z-1 z-3 z-2 z-1 z-3 z-2123456789101112圖 11柱、基礎(chǔ)平面布置圖三.排架的荷載計(jì)算jl-21.恒載1.1屋蓋部分傳來(lái)的恒載 p1p天窗重26.22=52.4kn 屋面板重1.3618=140.4 kn 嵌縫重0.1618=

10、10.8 kn 防水層重0.35618=37.8 kn 找平層重0.4618=43.2 kn 屋蓋支撐重0.05618=5.4 kn 屋架重60.5 kn350.5 kn每塊天溝板及積水重17.4 knp1p=350.5/2+17.4=192.3kn1.2柱自重 p2p 和 p3p上柱重： p2p=250.40.43.6=14.4 kn下柱重：柱身 250.1877.2+0.40.8（0.2+0.4+0.6）=43.26 kn牛腿 25（0.8+1）/20.2+0.41 0.4=5.8 kn p3p=38.46+5.8=49.06 kn1.3混凝土吊車梁及軌道中的 p4pp4p=44.2+0.

11、66=47.8kn2.活荷載2.1屋面活荷載 p1q雪荷載為 0.35 kn/m2，屋面積灰荷載為 0.5 kn/m2，屋面活荷載為 0.5 kn/m2。排架 計(jì)算時(shí)，屋面積灰荷載不雪荷載或屋面均布活載中較大值同時(shí)考慮。p1q=(0.5+0.5)618/2=54kn p1q 的作用位置同 p1p2.2吊車荷載采用兩臺(tái)中級(jí)工作級(jí)別吊車，起重量分別為 q=10t,20/3t.吊車具體參數(shù)見(jiàn)表 1表 1吊車荷載表吊車跨度 lk=16.5m額定起重量 q(t)吊車寬度b(m)輪距k(m)吊車總重g(m)小車重g(kn)最大輪壓pmax(kn)最小輪壓pmin(kn)1054.114729.910122

12、.520/35.164.122570.118329.5注：pmin=g+q/2-pmax2.2.1 豎向吊車荷載如圖 12 所示 （=0.9）15p2maxp2max p1maxp1maxp2maxp12max p1max p1max情況 a：a bx=1圖 12 求 dmax 時(shí)的吊車布置圖x=1dmax=1011.6 + 56+183（1+1.96）=316.85kn情況 b:dmin=22.51.6 + 56+29.5（1+1.96）=57.23kndmax=1016 + 2.66+1830.9 + 56=292.23kndmin=22.56 + 2.66+29.50.9 + 56=55

13、.17kn經(jīng)過(guò)比較，設(shè)計(jì)時(shí)采用情況 a 中的荷載，作用位置同 p4p2.2.2水平吊車荷載 每個(gè)輪子水平剎車力：110t 吊車： t1=4120/3t 吊車: t2=4 (q+g)= (q+g)=10.12(98+29.9)=3.84kn410.1(196+70.1)=6.65kn4產(chǎn)生 tmax 時(shí)吊車的作用位置不中的情況 a 相同，于是有：tmax=3.843. 風(fēng)荷載1.6 + 56+6.65（1+1.96）=11.68kn3.1均布風(fēng)荷載單層廠房的風(fēng)載體型系數(shù)如圖 13 所示，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范可得風(fēng)壓高度變化 系數(shù)如表 2 所示，框架風(fēng)荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 14 所示：+0.3-0.8

14、-0.7-0.7-0.60 風(fēng)向w q1-0.6+0.8-0.5q2圖 13風(fēng)載體型系數(shù)圖圖 14框架風(fēng)荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖表 2風(fēng)壓高度變化系數(shù) z(b 類粗糙度)標(biāo)高（m）10152030 z11.141.251.42注：以下所用的 z 均從表 2 中的數(shù)據(jù)線性插值求得。柱頂離室外地坪高度為 12+0.15=12.15m，風(fēng)壓高度變化系數(shù) z=1.0602 q1=0.81.06020.56=3.82kn/m( ) q2=0.51.06020.56=2.39kn/m( )3.2求集中風(fēng)荷載屋架檐口離室外地坪高度為 14.5-0.4+0.15=14.25m, 故 z=1.119 擋風(fēng)板，屋架交界處離室

15、外地坪的高度 14.55+0.15=14.7m，故 z=1.1316 天窗、屋架交界處離室外地坪高度為 15.15+0.15=15.30m， z=1.1466 天窗檐口離室外地坪高度為 17.22+0.15=17.37m ， z=1.1921 天窗頂離室外地坪高度為 17.52+0.15=20.07m， z=1.1987按圖 15 計(jì)算集中風(fēng)荷載 wq8 q9q7 q10q5q6 q11q4 q12q13q3圖 15 屋架集中風(fēng)荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖q3=0.81.1190.756=4.03kn/m（）q4=0.30.13160.756=1.53 kn/m( )q5= 1.41.19210.756=7.

16、51 kn/m（） q6=0.81.14660.756=4.13 kn/m ( ) q7= 0.81.19210.756=4.29 kn/m( ) q8 不 q9 相抵消q10=0.61.19210.756=3.22 kn/m ( ) q11=0.61.14660.756=3.10 kn/m ( ) q12=0.61.13160.756=3.06 kn/m ( ) q13=0.51.1190.756=2.52 kn/m( )w=( q3+ q13)(14.25-12.15)+( q4+q12)(14.70-14.25)+q5(17.37-14.7)+(q6+q11)(15.3-14.7)+(q

17、7+ q10)(17.37-15.30)=33.04kn( )作用點(diǎn)標(biāo)高 12.00m排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖及荷載的作用位置示圖 14、圖 15p1p1ewp2+p4+dmax(dmin)tmaxp1e2+p2e2-p4e4q1 -dmax(dmin)e4p1p1e p2+p4+dmax(dmin)tmaxp1e2+p2e2-p4e4-dmax(dmin)e4p1+12.000p4p2+8.400q2p3-0.600a b圖 16排架荷載作用簡(jiǎn)圖圖 17 荷載作用位置圖四、內(nèi)力分析1.恒載作用下的排架內(nèi)力由于單層廠房多屬于裝配式結(jié)構(gòu)，柱、吊車梁和軌道的自重，多是在預(yù)制柱吊裝就 位完畢而屋架尚未安裝時(shí)加

18、在柱子上的，此時(shí)尚未構(gòu)成排架結(jié)構(gòu)。但是在設(shè)計(jì)中，為了 不其他荷載項(xiàng)的計(jì)算方法一致，在柱、吊車梁和軌道的自重作用下仍按排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi) 力計(jì)算。1. 1由 p1p 產(chǎn)生的彎矩和軸力p1p=192.3knm11= p1pe1=192.30.05=9.615knm() m12= p1pe2=192.30.2=38.46 knm()i1= ix=1.4561010mm4iu= 2.13109 mm4= h u =h3.612.6= 0.286n= i u =i12.1314.56= 0.146計(jì)算柱頂反力2 1 1 - l31 - nc1= =1.951-12 1 + l3 1 np1p e1r11=

19、c1h= 1.951 9.615 = 1.49kn（ ）12.6c3=3 1 - l22 1 + l3 ( 1 - 1)n= 1.212r12= c3p1 p e2h= 1.212 38.46 =3.70kn（ ）12.6n1=192.3knr1= r11+ r12=1.49+3.70=5.19 kn（ ）1.2由柱自重產(chǎn)生的彎矩和軸力 上柱重p2p=14.4knm22= p2pe2=14.40.2=2.88 knm（ ）r2=c3p2 p e2h=1.2122.8812.6=0.278 kn（ ）n2=14.4kn下柱重n= pp=49.06kn僅產(chǎn)生軸力丌產(chǎn)生彎矩1.3由 p4p 產(chǎn)生的彎

20、矩和軸力p4p=47.8knm44= p4pe4=47.80.35=16.73knm（ ）r4=c3p4 p e4h=1.21216.7312.6=1.61kn（ ）n4=47.8kn恒載作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖分別示于圖 18 和圖 19n1m11m12n2+4r1+r2-r49.624.27 20.34192.3206.7 254.5m22m44n314.39298.76m(knm) n(kn)圖 18 恒載計(jì)算簡(jiǎn)圖圖 19恒載作用下的 m、n 圖2.屋面活載作用下的排架內(nèi)力p1q 的作用位置同 p1p，即成比例。p1q=54knr=5.1954192.3=1.46kn（）m11=9.61

21、5m12=38.46n=54kn54192.354192.3=2.70 knm（）=10.8 knm（）屋面活載作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖分別示于圖 20、圖 21n2.70r m112.568.24m12544.90m(knm)n(kn)圖 20 屋面活載計(jì)算簡(jiǎn)圖圖 21屋面活載作用下作用下的 m，n 圖3.吊車豎向荷載作用下的排架內(nèi)力3.1最大輪壓作用于 a 柱時(shí)a 柱： ma=dmaxe4=316.850.35=110.90knm( )b 柱：mb=dmine4=57.270.35=20.03 knm( )計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 22ra rb ra rbva vbdmaxdmin dmaxdmin

22、ma mb ma=mb ma mb+ =圖 22 吊車豎向荷載作用下計(jì)算簡(jiǎn)圖不恒載的計(jì)算方法相同，可得 c3=1.212m aa 柱：ra= c3hm b=1.212110.9012.620.03=-10.67kn（）b 柱：rb= c3h=1.21212.6=1.93kn（）a 柱不 b 柱相同，剪力分配系數(shù) b= a=0.5，則 a 柱不 b 柱柱頂?shù)募袅閍 柱va=ra- a（ra+rb）=-10.67-0.5（-10.67+1.93）=-6.3kn（）b 柱vb=rb- b（ra+rb）=1.93-0.5（-10.67+1.93）=6.3kn（） 內(nèi)力圖示于圖 2388.2222.6

23、822.68316.8557.2731.5259.35m(knm)n(kn)圖 23吊車豎向荷載作用下 m，n 圖3.2最大輪壓作用于 b 柱時(shí)由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，a 柱同 1 中 b 柱情況，b 柱同 1 中 a 柱的情況。4.吊車水平制動(dòng)力作用下的排架內(nèi)力4.1tmax 向左作用柱中軸力為零。由前述所得 n=0.146, =0.286ra rb m(r +r ) va b a vbtmax+9.700tmax tmax tmax tmax tmax= + =圖 24 吊車水平力作用下排架計(jì)算簡(jiǎn)圖a 柱 ta=tmax=11.68kn b 柱tb=tmax=11.68kny = 12 - 9.

24、7 = 0.639 ，查附錄 3-2 可得h u 3.62 - 1.8l + l3 0.416n- 0.2 c5= =0.626 3 1 21 + l - 1 n ra=rb=c5tmax=11.680.626=7.31kn()考慮空間作用分配系數(shù) m,由表 3-5 得到 m=0.85,且 a 柱和 b 柱相同，剪力分配系 數(shù) b= a=0.5，計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 24，則 a 柱不 b 柱柱頂?shù)募袅閍 柱va=ra- a（ra+rb）=7.31-0.50.85（7.31+7.31）=1.10kn（）b 柱vb=rb- b（ra+rb）=7.31-0.50.85（7.31+7.31）=1.10kn

25、（） 根據(jù)柱頂剪力和求得 tmax 向左作用下排架的彎矩如圖 25 中實(shí)線所示。ra2.53 2.5311.22 11.22106.44 106.44m(knm)圖 25吊車水平力作用下 m 圖4.2tmax 向右作用由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，m 圖可見(jiàn)圖 25 中虛線所示5.風(fēng)荷載作用下的排架內(nèi)力5.1左來(lái)風(fēng)情況q1=3.82kn/m,q2=2.39kn/m,w=33.04kn13 + l4 1- 1 nc11= =0.343 3 181 + l - 1 nr1=-c11q1h=-0.3433.8212.6=-16.51kn（）r1=-c11q2h=-0.3432.3912.6=-10.33kn（） 排

26、架單元為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，柱中的軸力為零，計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 26 =0.5va=r1+ （-r1-r2+w）=13.43kn（）vb=r2+ （-r1-r2+w）=19.61kn（） 根據(jù)計(jì)算，左來(lái)風(fēng)的情況下框架的 m 圖如圖 27 中實(shí)線所示。5.2右來(lái)風(fēng)情況由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，m 圖如圖 27 中虛線所示。w r1 r2va vbq1 q2圖 26 風(fēng)荷載作用下排架計(jì)算簡(jiǎn)圖3.1086.06.0873.17 8 8 0436.80472.45 436.80圖 27 風(fēng)荷載作用下 m 圖472.45五、內(nèi)力組合排架單元為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可僅考慮 a 柱的截面。具體組合情況見(jiàn)表 3,表 3 中截面和內(nèi) 力的正方向如圖

27、 28 所示。表 3內(nèi)力組合表截面內(nèi)力恒載活載豎向吊車荷載水平吊車荷載風(fēng)荷載最大輪壓作用于水平力作用方向左來(lái)風(fēng)右來(lái)風(fēng)ab向左向右12345678 v n m圖 28-m4.272.56-22.68-22.68-11.22-11.2273.1-86.08n206.754000000-m-20.34-8.2488.22-2.65-11.22-11.2273.1-86.08n254.554316.8557.270000-m14.394.931.52-59.35-102.59102.59472.45-436.8n298.7654316.8557.270000v3.861.46-6.3-6.3-10.5

28、810.5867.56-49.7218表 4永久荷載控制下截面內(nèi)力最丌利組合表永久荷載控制下截面內(nèi)力最丌利組合截面內(nèi)力正 m 相應(yīng)n v負(fù) m 相應(yīng)n vn 相應(yīng)m vn 相應(yīng)m v組 合 項(xiàng)內(nèi)力組 合 項(xiàng)內(nèi)力組 合 項(xiàng)內(nèi)力組 合 項(xiàng)內(nèi)力v n m-m（knm）12769.681358-99.7612358-97.261358-99.76n (kn)331.97279.05331.97279.05-m（knm）1367131.42458-121.432358-32.3818-99.77n (kn)654.09447.72707.01343.58m（knm）167552.511458-506.19167552.5117416.28v(kn)67.59-53.167.5961.96表 5可變荷載控制下截面內(nèi)力最丌利組合表可變荷載控制下截面內(nèi)力最丌利組合截面內(nèi)力正 m 相應(yīng)n v負(fù) m 相應(yīng)n vn 相應(yīng)m vn 相應(yīng)m v組 合 項(xiàng)內(nèi)力組 合 項(xiàng)內(nèi)力組 合 項(xiàng)內(nèi)力組 合 項(xiàng)內(nèi)力v n m-m（knm）127100.461358-146.0512358-111.631358-146.05n (kn)316.08248.04316.08248.04-m（knm）1367192.992458-160.732358-46.2318-132.87n (kn)704.63