工學黑龍江八一農墾大學單層廠房課程設計計算書

1、混凝土與砌體結構 課程設計學生姓名：張翔宇學 號：20074023258指導教師：解國梁所在學院：工程學院專 業(yè)：土木工程（2）班中國大慶2010年9月v單層廠房結構設計任務書一、設計題目：金屬結構車間雙跨等高廠房。 (每人一題，按學號分配)二、設計內容：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力(對于吊車荷載不考慮廠房的空間作用)；3柱及牛腿設計，柱下單獨基礎設計；4繪施工圖：柱模板圖和配筋圖；基礎模板和配筋圖。三、設計資料1金屬結構車間為兩跨廠房，安全等級為一級，廠房總長54m，柱距為6m，廠房剖面如圖1、2、3所示；2廠房每跨內設兩臺吊車，吊車均為軟鉤吊車；3建設地點為東北

2、某城市(基本雪壓0.40knm，基本風壓0.50knm2，凍結深度2.0m)；4地基為均勻粘性土，地基承載力特征值190kpa；5廠房標準構件選用及載荷標準值：(1)屋架采用梯形鋼屋架，屋架自重標準值：18m跨81.50kn每榀，21m跨95kn每榀，24m跨109kn每榀，27m跨122kn每榀，30m跨136kn每榀(均包括支撐自重)(2)吊車梁選用預應力混凝土吊車梁，參數見表3。軌道及零件自重0. 8knm，軌道及墊層構造高度200mm；(3)天窗采用矩形縱向天窗，每榀天窗架重：18m跨25.5kn每榀，21m跨30kn每榀，24m跨34kn每榀，27m跨38.3kn每榀，30m跨42.

3、5kn每榀(包括自重，側板、窗扇支撐等自重)；(4)天溝板自重標準值為2.02knm；(5)圍護墻采用240mm雙面粉刷墻，自重5.24kn/m2。塑鋼窗： 自重0.45knm2，窗寬4.2m，窗高見圖1。(6)基礎梁截面為250 mmx600mm；基礎梁自重4.2knm；6材料：混凝土強度等級為c30，柱的受力鋼筋采用hrb335級或hrb400級，箍筋采用hpb235級；7屋面卷材防水做法及荷載標準值如下：防水層：0.4knm2；25mm厚水泥沙漿找平層：0.5knm2；100mm厚珍珠巖制品保溫層：0.4knm2；隔汽層：0.05knm2；25mm厚水泥砂漿找平層：0.5knm2；預應力

4、大型屋面板：1.4knm2。8屋面均布活荷載為0.5knm2。圖1 圖2圖3表1 各學號所對應的橋式吊車和牛腿標高跨度左跨吊車序號右跨吊車序號c1c2c3c4c1c2c3c4c1c2c3c418123456789101112c118131415161718192021222324c218252627282930313233343536c321373839404142434445464748c121495051525354555657585960c221616263646566676869707172c324737475767778798081828384c4248586878889909192

5、93949596c124979899100101102103104105106107108c227109110111112113114115116117118119120c327121122123124125126127128129130131132c427133134135136137138139140141142143144c130145146147148149150151152153154155156c230157158159160161162163164165166167168c330169170171172173174175176177178179180c4軌頂標高(m)7.88.1

6、8.48.79.09.39.69.910.210.510.811.1表2 吊車數據（工作級別a5）吊車序號起重量(kn)橋跨lq(m)小車重g(kn)最大輪壓pmax(kn)大車輪距bq(m)軌道中心之端部距離b(mm)軌頂以上高度h(mm)大車寬b(m)吊車總重g(kn)c1160/3216.563.261634.0023020975.95523019.563.261854.1026020976.05527022.563.261934.1026021876.05530025.563.262055.0026021856.39034028.563.262145.0026021856.390380

7、c2200/5016.569.771854.0023020995.95524019.569.772074.1026020996.05529022.569.772164.1026021896.05532025.569.772305.0026021896.39037028.569.772395.0026021896.390400c3320/5016.51092784.6526023416.64033019.51093014.7030024716.69038022.51093134.7030024716.69041025.51093315.0030024716.99046028.51093445.0

8、030024716.990500c4500/10016.51554204.8030027346.77544019.51554304.8030027346.77549022.51554564.8030027346.77553025.51554745.0030027346.97558028.51554875.0030027346.975620表3 吊車梁數據（工作級別a5）梁型號起重量(kn)跨 度(m)梁 高(mm)梁 重(kn)ydl116016.5-28.5120041.3ydl220016.5-28.5120041.5ydl332016.5-28.5120046.0ydl450016.5-

9、28.5150060.3注： 1、土木07專升本選1-55號方案2、土木07（2）選60-114號方案3、土木07（1）選120-165號方案目 錄1 結構構件選型及柱截面尺寸確定- 1 -2.1 計算簡圖的確定- 1 -2.1.1 上柱及全柱標高- 1 -2.1.2 確定柱截面尺寸- 2 -2.1.3 驗算柱的截面尺寸- 3 -2.1.4 計算上、下柱截面慣性矩及比值- 3 -2.2 荷載計算- 5 -2.2.1 恒荷載- 5 -2.2.2 屋面活荷載- 7 -2.2.3 風荷載- 7 -2.3 排架內力分析- 10 -2.3.1 恒載作用下排架內力分析- 10 -2.3.2 屋面活荷載作用

10、下排架內力分析- 12 -2.3.3 風荷載作用下排架內力分析- 15 -2.3.4 吊車荷載作用下排架內力分析- 17 -2.4 內力組合- 25 -3 柱的截面設計- 32 -3.1 上柱配筋計算- 32 -3.2 下柱配筋計算- 33 -5.3 柱的裂縫寬度驗算- 35 -5.4 箍筋配置- 36 -5.5 牛腿設計- 36 -5.5.1 牛腿截面高度驗算- 37 -5.5.2 牛腿配筋計算- 37 -6 柱的吊裝驗算- 37 -7 基礎設計- 39 -7.1 作用于基礎頂面上的荷載計算- 39 -7.2 基礎尺寸及埋置深度- 41 -7.2.1按構造要求擬定高度- 41 -7.2.2

11、擬定基礎底面尺寸- 41 -7.3 基礎高度驗算- 42 -7.4 基礎底板配筋計算- 44 -7.4.1 柱邊及變階處基底反力計算- 44 -續(xù)表13- 45 -7.4.2 柱邊及變階處彎矩計算- 45 -7.4.3 配筋計算- 46 -單層廠房課程設計1 結構構件選型及柱截面尺寸確定某金屬結構車間雙跨等高廠房，安全等級為一級，廠房總廠54m，柱距為6m，廠房每跨內設兩臺吊車，吊車均為軟鉤吊車，吊車工作級別為a5，軌頂標高為8.7，跨度為27m。吊車起重量為200/50，選擇吊車橋跨均為25.5m，吊車梁均選用ydlz型號，梁高為1500,1200，梁重為60.3kn。廠房剖面圖見圖1。圖1

12、2 結構計算2.1 計算簡圖的確定2.1.1 上柱及全柱標高 估計基礎埋深2.2m，基礎高，室外地坪標高為，所以初選基頂標高為。邊柱a：柱頂標高邊柱c：柱頂標高上柱高() =上柱高() =因為4.5344.234 所以取4.534下柱高下柱高因為8.057.75 所以取8.05總高度（h）=11.534+0.75=12.284m中柱b頂面標高及上下柱高與邊柱a、c相同。因此邊柱a、c及中柱b頂面標高為11.534m，上柱高4.534m，下柱高8.05m，全柱高12.284m。2.1.2 確定柱截面尺寸根據柱的高度、吊車起重及工作級別，可由書上表2.4.4確定柱截面尺寸。柱截面尺寸見圖2。邊柱a

13、：上柱采用矩形截面 下柱采用工形截面 中柱b：上柱采用矩形截面 下柱采用工形截面 邊柱c：上柱采用矩形截面 下柱采用工形截面 圖2 柱截面尺寸2.1.3 驗算柱的截面尺寸初步確定的截面和高度的限值，驗算初步確定的截面尺寸。對于邊柱a下柱截面高度：有吊車時：所以中柱b及邊柱c亦滿足要求。2.1.4 計算上、下柱截面慣性矩及比值邊柱a：上柱：比值: 中柱：上柱：比值: 邊柱c：上柱：比值: 根據柱的高度、吊車起重量及工作級別等條件，確定柱的截面尺寸見表1，計算單元簡圖見圖4。表1 柱截面尺寸及相應的計算參數 計算參數柱 號截面尺寸面積慣性矩自重a、c上柱矩 50057006.25下柱i 50012

14、002007.25上柱矩 5007008.75下柱i 500160030010.1上柱矩4005005.0下柱i 40010001504.74圖4 計算單元簡圖2.2 荷載計算2.2.1 恒荷載屋蓋荷載：防水層 厚水泥沙漿找平層 厚珍珠巖制品保溫層 隔汽層 厚水泥砂漿找平層 預應力大型屋面板 天溝板自重 屋架自重 122kn/榀天窗自重 38.3kn/榀所以作用于柱頂的屋蓋結構重力荷載設計值為： 吊車梁及軌道重力荷載設計值 柱自重重力荷載設計值 a柱： 上柱 下柱 b柱： 上柱 下柱 c柱： 上柱 下柱 各項恒載作用位置如圖5所示圖5 荷載作用位置圖（單位：kn）2.2.2 屋面活荷載 由荷載

15、規(guī)范可知，對于不上人的鋼筋混凝土屋面，其均布活荷載標準值為0.5kn/m2，大于該廠房所在地區(qū)基本雪壓。故作用于柱頂面活荷載設計值為：的作用位置與作用位置相同，如圖5所示。2.2.3 風荷載 該地區(qū)的基本風壓，由于廠房高度小于30m，所以,風壓高度變化系數可根據廠房各部分標高及b類底面粗糙度，由荷載規(guī)范確定如下： 柱頂（標高=11.53m） 屋架（標高=13.23m） 檐口（標高=14.23m） 天窗檐口（標高=16.83m） 屋頂（標高=17.28m） 如圖6所示，由公式可得排架迎風面及背風面的風荷載標準值分別為：圖6 風荷載體型系數及排架計算簡圖 作用于排架計算簡圖上的風荷載設計值為： 2

16、.2.4 吊車荷載由設計資料表2得500/100吊車的參數為：大車寬b=6.975m，大車輪距k=5.0m，小車重g=155kn，吊車總重g=500kn，最大輪壓，最小輪壓。吊車起重量q=200kn，吊車每一側輪子數。根據與，可算得吊車梁支梁反力影響線中各輪壓對應點的豎向坐標值如圖7。 5000 1975 50004740.7171 4700 1990 47003310.7151圖7 吊車荷載作用下支座反力影響線吊車豎向荷載吊車豎向荷載設計值為：最小輪壓為：左跨： 右跨： 吊車橫向水平荷載 作用于每一個輪子上的吊車橫向水平制動力標準值：左右 作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設計值為：左右2.3

17、 排架內力分析該廠房為兩跨等高排架，可用剪力分配法進行排架內力分析。其中剪力分配系數按荷載規(guī)范計算，結果如表2。表2 柱剪力分配系數柱 別柱柱柱2.3.1 恒載作用下排架內力分析恒載作用下排架的計算簡圖如圖所示，圖中重力荷載及力矩是根據圖4確定的，即：； a柱： ； ；b柱：； ；c柱： ； ；由于圖所示排架為對稱結構且作用對稱荷載，排架結構無側移，故各柱可按柱頂為不動鉸支座計算內力。柱頂不動鉸支座反力計算如下：對于柱，則： 對于柱，則： 該排架中。求得后，可用平衡條件求出柱各截面的彎矩和剪力，柱各截面的軸力為該截面以上重力荷載之和，恒載作用下排架結構的彎矩圖和軸力圖分別見圖和圖；圖為排架柱的

18、彎矩、剪力和軸力的正負號規(guī)定。圖 圖 圖 圖圖8 恒荷載作用下排架內力圖2.3.2 屋面活荷載作用下排架內力分析跨作用屋面活荷載（排架內力計算簡圖如圖所示） 其中，它在柱頂及變階處引起的力矩為，對于柱： 對于柱：，則： 則排架柱頂不動鉸支座總反力為： 將反向作用于排架柱頂，計算相應的柱頂剪力，并與柱頂不動鉸支座反力疊加，可得屋面活荷載作用于跨時的柱頂剪力，即： 排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力圖如圖、所示。圖 圖 圖圖9 跨作用屋面活荷載時排架內力圖跨作用屋面活荷載，對于柱： 則： 則排架柱頂不動鉸支座總反力為： 將反向作用于排架柱頂，計算相應的柱頂剪力，并與柱頂不動鉸支座反力疊加，可得屋面

19、活荷載作用于跨時的柱頂剪力，即： 由于結構對稱，且跨與跨作用荷載相同，故只需將圖8中各內力圖的位置及方向調整一下即可，如圖10所示。圖10 跨作用屋面活荷載時排架內力圖2.3.3 風荷載作用下排架內力分析左吹風時計算簡圖如圖所示。對于柱： 各柱頂剪力為： 排架內力圖如圖所示。圖 圖圖11 左吹風時排架內力圖右吹風時05 各柱頂剪力為： 計算簡圖如圖所示。將圖所示柱內力圖對換且改變內力符號后可得，如圖所示。圖 圖圖11 右吹風時排架內力圖2.3.4 吊車荷載作用下排架內力分析作用于柱 計算簡圖如圖所示。其中吊車豎向荷載、在牛腿頂面處引起的力矩為： 對于柱：，則 對于柱： 排架各柱頂剪力分別為：

20、排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力圖如圖、所示。圖 圖 圖圖13 作用于柱時排架內力圖 作用于柱左計算簡圖如圖所示。、計算如下： 柱頂不動鉸支座反力、及總反力分別為：各柱頂剪力分別為： 排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖、所示。圖 圖 圖圖14 作用于柱左時排架內力圖作用于柱右計算簡圖如圖所示。、計算如下： 柱頂不動鉸支座反力、及總反力分別為： 各柱頂剪力分別為： 排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖、所示。圖圖 圖圖15 作用于柱右時排架內力圖 作用于柱 對于柱：，則 對于柱：排架各柱頂剪力分別為： 圖圖 圖圖16 作用于柱時排架內力圖作用于跨柱 當跨作用吊車橫向水平荷載時，排架計

21、算簡圖如圖所示。 對于柱，得，則：同理，對于柱，則：排架柱頂總反力為： 各柱頂剪力為： 排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖所示。當方向相反時，彎矩圖和剪力值只改變符號，方向不變。圖17 作用于跨時排架內力圖作用于跨柱 由于結構對稱及吊車噸位相等，故排架內力計算與“作用于bc跨柱” 對于柱，得，則：同理，對于柱，則：排架柱頂總反力為： 各柱頂剪力為： 排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖所示。當方向相反時，彎矩圖和剪力值只改變符號，方向不變。圖18 作用于跨時排架內力圖2.4 內力組合以柱內力組合為例。表為各種荷載作用下柱內力設計值匯總表，表為柱內力組合表，這兩表中的控制截面及正號內力方向如表中例圖所

22、示。對柱進行裂縫寬度驗算時，內力采用標準值，同時只需對的柱進行驗算。為此，表中亦給出了和的組合值，它們均滿足的條件，這些值取自及相應的和一項。- 47 -單層廠房課程設計表3 a柱內力標準值匯總表 柱號及正向內力荷載類別恒載屋面活荷載吊車豎向荷載吊車水平荷載風荷載作用在ab跨作用在bc跨作用在a柱作用在b柱左作用在b柱右作用在c柱作用在ab跨作用在bc跨左風右風序號-28.252.63139.33-115.14113.2929.94-7.0419.7112.0813.98-18.05337.261.06-35.64-12.64139.33147.8-76.6829.94-7.0419.7112

23、.0813.98-18.05367.3361.06610.87108.97-59.28-3.19377.549-270.3281.12-19.0632.7332.73170.71114.65445.9961.06610.87108.9713.751.3630.73-25.3924.986.61-1.5523.282.6630.72-17.75表4 a柱內力組合表 內力組合截面及相應的,及相應的,及相應的,及相應的,-1.2+1.40.9+0.9(+)+278.041.2+1.40.90.8(+)+0.9+154.71.2+1.40.9+0.9(+)+278.041.2+1.40.9+0.9(+

24、)+274.72481.57404.63481.57404.63+0.9+0.9(+)+202.63+0.90.8(+)+0.9+114.53+0.9+0.9(+)+202.63+0.9+0.9(+)+200.27392.15337.2392.15337.2-1.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+315.861.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+-179.531.2+1.40.9+0.9(+)+72.471.2+1.40.90.9(+)+ -59.791056.55627.571210.45440.79+0.9+0.8(+)+0.9+220.53+0.9+0.8(+)+0.9+-1

25、33.33+0.9+0.9(+)+46.67+0.9+0.9(+)+ -47.8807.17500.75917.09367.33-1.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+1042.771.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+-431.2+1.40.9+0.9(+)+557.421.2+1.40.9+0.9(+)+136.521150.95721.971215.65735.6994.7322.4951.7850.57+0.9+0.8(+)+0.9+753.31+0.9+0.8(+)+0.9+-22.74+0.9+0.9(+)+415.7+0.9+0.9(+)+105.99885.8257

26、9.41995.75589.269.6318.0340.9138.09表5 a柱內力組合表 內力組合截 面及相應的,及相應的,及相應的,及相應的,-1.2+1.40.967.851.2+1.40.90.9162.371.2+1.40.937.211.2+1.40.967.85404.63404.63481.57404.63+0.952.5+0.90.9120.01+0.930.62+0.952.5337.2337.2392.15337.2-1.2+1.40.90.9124.841.2+1.40.9-65.511.2+1.40.9-8.821.2+1.40.9-65.511133.52440.7

27、9440.79440.79+0.90.984.08+0.9-51.89+0.9-11.39+0.9-51.89862.13367.33367.33367.33-1.2+1.40.9286.221.2+1.40.9-215.591.2+1.40.9126.71.2+1.40.9215.59535.19535.191227.92535.1955.21-5.87-12.29-5.87+0.912.92+0.9162.47+0.998.87+0.9162.47445.99445.99940.79445.9941.4-2.23-6.82-2.23表6 a柱內力組合表 內力組合截 面及相應的,及相應的,及

28、相應的,及相應的,-1.35+1.40.7+0.9（）228.021.35+1.40.70.8(+)0.9-64.681.35+1.40.7+0.9（）228.021.35+1.40.7+0.9+0.9225.47515.06455.22515.06455.22+0.7+0.90.9（）163.88+0.70.8(+)0.9-154.48+0.7+0.9（）163.88+0.7+0.9+0.9162.1379.94337.2379.94337.2-1.35+1.40.7+0.8(+)0.9230.831.35+1.40.7+0.8(+)0.9-154.481.35+1.40.7+0.90.94

29、1.521.35+1.40.70.90.9-80.66974.83641.181094.52495.9+0.7+0.8(+)0.9163.6+0.7+0.8(+)0.9-111.62+0.7+0.90.928.38+0.70.90.9-60.32709.42471.1794.92367.33-1.35+1.40.7+0.8(+)0.9899.971.35+1.40.7+0.8(+)0.9-121.11.35+1.40.7+0.9+0.9837.421.35+1.40.70.90.9134.021081.02747.37700.71698.284.5940.6178.2543.73+0.7+0.

30、8(+)0.9644.76+0.7+0.8(+)0.9-84.38+0.7+0.9+0.9600.27+0.70.90.997.84788.08549.75873.58514.6460.9229.556.3931.73表7 設計總表截面m278.04162.37278.04274.72230.83-179.5372.47-59.291042.73-43837.42134.02n481.57404.63481.57404.63947.83-133.331210.45440.791150.95721.97700.71698.2v94.7322.4978.2543.733 柱的截面設計 混凝土等級強

31、度c30，柱的受力鋼筋采用hrb335級鋼筋，上下柱均采用對稱配筋。3.1 上柱配筋計算由表7可知，上柱截面共有4組內力。取h0=500-40=460mm。，由附表查得有吊車廠房排架方向上柱得計算長度,安全等級為1級，偏心距為： 由，故應考慮偏心距增大系數。，取取，進行計算選3b32(as=2413mm2)，則，滿足要求。由附表得垂直于排架方向柱的計算長：所以滿足彎矩作用平面外的承載力要求。3.2 下柱配筋計算 取h0=1200-40=1160mm。與上柱分析方法類似，在表7的8組內力中選取下列兩組不利內力： 按 計算 下柱計算長度取， 附加偏心距： ， ， 由且取。 ,且取 故為大偏心受壓。

32、先假定中和軸位于翼緣內，則：，按 計算 下柱計算長度取， 附加偏心距： ， ， 由且取。 故為大偏心受壓。先假定中和軸位于翼緣內，則：，綜上述計算結果，下柱截面選用4b25，按此配筋經驗算柱彎矩作用平面外的承載力亦滿足要求。5.3 柱的裂縫寬度驗算 規(guī)范規(guī)定，對的柱應進行裂縫寬度驗算。本設計中只有下柱出現的內力，故應進行裂縫寬度驗算。驗算過程見表8，其中下柱，構件受力特征系數。表8 柱的裂縫寬度驗算柱 截 面下 柱內力標準 值346.83685.444530.550.00791.027()8960.93736.4157.830.080.0240.3(滿足要求)5.4 箍筋配置非地震區(qū)的單層廠房

33、柱，其箍筋數量一般由構造要求控制，根據構造要求，上下柱均選用a8200箍筋。5.5 牛腿設計 根據吊車梁支承位置截面尺寸構造要求，初步擬定牛腿尺寸，如圖19所示。其中牛腿截面寬度b=500mm,牛腿截面高度h=600mm,h0=560mm。圖19 牛腿設計簡圖5.5.1 牛腿截面高度驗算 按公式驗算其中，由公式得：故牛腿截面高度滿足要求。5.5.2 牛腿配筋計算 由于因而該牛腿可按構造配筋。根據構造要求，實際選用4b14。水平箍筋選用a8100。6 柱的吊裝驗算采用翻身超吊，吊點設在牛腿下部，混凝土達到設計強度后起吊，由書上表可得柱插入杯口深度為，則柱吊裝時的總長度為：。計算簡圖如圖20。圖20 柱吊裝驗算簡圖柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載（應考慮動力系數），即： 在上述荷載作用下，柱各控制截面彎矩為： 由得：令，得：則下柱段最大彎矩： ，柱截面受彎承載力及裂縫寬度驗算過程見表9表9 柱吊裝階段承載力及裂縫寬度驗算表柱 截 面上 柱下 柱99.8167.570.21-0.320.2取0.2(裂縫寬度滿足要求)(裂縫寬度滿足要求)7 基礎設計gb 50007-2002建筑地基基礎設計規(guī)范規(guī)定，對于6m柱距的單層多跨廠房，其地基承載力特征值為190kn/m，吊車起重量200kn,廠房跨度l=24m，設計等級為丙級，可不做地基變形驗算?；A混凝土強度等級采用c20，下設100mm厚c