混凝土結(jié)構設計課程設計_ - 副本

1、第4章 單層工業(yè)廠房設計4.1 設計資料4.1.1基本情況××金工車間建筑地點為株洲市郊區(qū)，其跨度、總長和柱距如圖4.1示。車間內(nèi)設有2臺200/500KN中級工作制吊車，其柱頂和軌頂標高如圖4.1示。4.1.2 地質(zhì)條件地坪以下 1m為填土，4m以下均為亞粘土,地下水位-5m，無腐蝕。地基承載力設計值飛f=200KN/,4.1.3 雨雪條件基本雪壓，基本風壓4.1.4廠房中標準構件選用情況a 屋面板采用G410（一）標準圖集中的預應力大型混凝土屋面板，自重標準值為1.4 kN/m2；屋面板上做二氈三油，標準值為0.35KN/。b 天溝板采用G410（二）標準圖集中的TGB

2、77-1溝板，自重標準值為2.02 KN/m（包括積水重），選用鋼筋混凝土端壁DB9-4,自重43.2KN,選用G316中的鋼筋筋混凝土側(cè)板CB-1，自重5.94KN.c 天窗架采用G316，其傳給屋架的自重標準值為26.2 kN；d 屋蓋支撐自重0.05 kN/m2；（沿水平方向）e 吊車梁采用G425標準圖集中先張法預應力混凝土吊車梁YXDL6-8，梁高1200mm，翼緣寬500mm，梁腹板寬200mm，自重標準值44.2 kN/根，軌道重1 kN/m，軌道及墊層構造高度200mm；f 屋架采用G415標準圖集中預應力鋼筋混凝土折線型屋架YWJA-24，自重106 kN/榀4.1.3 材料

3、柱：采用 C30混凝土（）?？v向受力鋼筋采用 HRB335級鋼筋（ fy300N/m，Es2.0×105N/mm2），箍筋采用 HPB235級鋼筋（ fy210N/mm2，）?；A：采用 C20混凝土（）。鋼筋采用 HRB335級鋼筋（fy300N/mm2，Es2.0×105N/mm2）。圖4.1××金工車間平面布置圖圖4.2××金工車間1-1剖面圖4.2 結(jié)構布置及柱截面估算4.2.1結(jié)構布置車間長96m,柱距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

4、應力混凝土折線形屋架及預應力混凝土屋面板和選用鋼筋混凝土吊車梁及基礎梁的情況見4.1.4節(jié)。4.2.2 排架梁柱計算長度由圖4.1可知柱頂標高是11.90米，吊車軌頂標高是9.5米 ，室內(nèi)地面至基礎頂面的距離0.75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=11.9m+0.75m=12.65m ,Hu=11.9m-9.5m=3.8m ,Hl=12.65m3.8m=8.85m4.2.3 柱截面估算根據(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.4.2。表4.2 柱截面尺寸及相應的參數(shù)柱列上柱下柱b×h/mm截面積慣性矩/mm截面積A慣性矩IA

5、400×400400×800×100×150B400×600400×1000×100×150C400×400400×800×100×1504.2.4 排架計算簡圖確定本設計取一榀排架進行計算，計算單元和計算簡圖如下圖4.3。根據(jù)建筑剖面圖和構造要求，確定廠房計算簡圖如下圖4.4示。4.3 荷載計算4.3.1 恒荷載恒荷載包括屋蓋、柱、吊車梁及軌道連接接件、圍護結(jié)構（墻體、門窗）等的自重。圖4.3廠房計算單元圖圖4.4廠房計算單元圖4.3.1.1 屋蓋自重20mm厚1：3水泥砂

6、漿找平層 冷底子油兩道隔汽層 厚泡沫混凝土隔熱層 15mm厚1：3水泥砂漿找平層 冷底子油兩道兩氈三油防水層 綠豆保護層屋架支撐 1.5m×6.0m屋面板 屋面恒載 3.672KN/屋架自重YWJA-24-2CCAB跨 BC跨 天溝板 作用于AB跨柱頂?shù)奈萆w結(jié)構重力設計值為：作用于AB跨柱頂?shù)奈萆w結(jié)構重力設計值為：4.3.1.2 柱自重邊柱A:上柱=0.16 下柱=0.1875 中柱B:上柱=0.24 下柱=0.1975 邊柱C同邊柱A。4.3.1.2 吊車梁及軌道自重AB跨 BC跨 各恒載作用位置如圖4.5示。圖4.5荷載作用位置4.3.2 活荷載設計值活荷載包括屋面活荷載、風活荷

7、載及吊車活荷載。4.3.1.1 屋面活荷載由荷載規(guī)范可知，對不上人的鋼筋混凝土屋面，其均布荷載的標準值 （可作的增減），大于該廠房所在地區(qū)的基本雪壓，排架計算時僅按前者增加（即取）計算。AB跨：BC跨:屋面活荷載在每側(cè)柱上的作用點位置與屋蓋結(jié)構自重相同。4.3.1.2 吊車荷載由混凝土結(jié)構設計表2.5.1可得吊車的參數(shù)為：，根據(jù)B及K，可算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對應點的豎向坐標值，如圖4.6所示。圖4.6吊車梁支座反力影響（1）吊車豎向荷載吊車豎向荷載設計值為（考慮多臺車的荷載折減系數(shù)）：AB跨：BC跨：同AB跨一樣，即,。（2） 吊車橫向水平荷載AB跨：作用與每一個輪子上的吊車橫向水

8、平制動力即作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設計值即：BC跨：同AB跨一樣，即4.3.1.3 風荷載該地區(qū)的基本風壓值，對于大城市郊區(qū)，風壓高度系數(shù)按B類地區(qū)考慮，對于高度小于的單層廠房，風振系數(shù)。根據(jù)廠房各部分標高及廠房所在地，風壓高度變化系數(shù)按B類地面求得：柱頂（標高11.9m） 檐口（標高14.2m） 屋頂：AB跨：（標高） BC跨：（標高） 風荷載體型系數(shù)如圖4.7示。圖4.7風荷載體型系數(shù)故風荷載標準值為：作用于排架計算簡圖（圖4.8示）分荷載計算設計值為：圖4.8風荷載作用示意圖右來風時：4.4 排架內(nèi)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(nèi)力分析。4.4.1 剪力分配系

9、數(shù)如表4.3所示。表4.3 柱剪力分配系數(shù)柱別A、C柱B柱4.4.2 恒荷載作用下的內(nèi)力分析A柱列：B柱列：C柱列：各柱列所受彎矩如圖4.9示。圖4.9柱列所受彎矩示意圖（單位）各柱不動鉸支承反力分別為：A柱列：B列：C列：故假設排架柱不動鉸支的總反力為各柱柱頂最后剪力分別為：故恒載作用下排架柱的彎矩圖和軸力圖如圖4.10示。圖4.10恒載作用下的彎矩圖和軸力圖4.4.3 屋面活荷載作用下的內(nèi)力分析4.4.3.1 AB跨作用有屋面活荷載時（如圖4.11）圖4.11 活荷載計算簡圖由屋面活荷載在每側(cè)柱頂產(chǎn)生的壓力為，其中在A列柱、B列柱柱頂及變階處引起的彎矩分別為：各柱不動鉸支承反力分別為：A柱

10、列：B列：故假設排架柱不動鉸支的總反力為各柱柱頂最后剪力分別為：故AB跨作用有屋面活荷載時排架柱的彎矩圖和軸力圖如圖4.12示。圖4.12 AB跨有活荷載時的彎矩圖和軸力圖4.4.3.2 BC跨作用有屋面活荷載時與AB跨對稱各柱柱頂剪力分別為：故BC跨作用有屋面活荷載時排架柱的彎矩圖和軸力圖如圖4.13示。圖4.13 AB跨有活荷載時的彎矩圖和軸力圖4.4.4 吊車豎向荷載作用下的內(nèi)力分析4.4.4.1 AB跨作用在A列柱AB跨作用于A列柱，由AB跨和的偏心作用而在柱中引起的彎矩為：其計算簡圖如圖4.14所示。圖4.14 AB跨作用于A柱列時計算簡圖各柱不動鉸支承反力分別為：A柱列：B列：故假

11、設排架柱不動鉸支的總反力為各柱柱頂最后剪力分別為：故AB跨作用于A列柱時排架柱的彎矩圖和軸力圖如圖4.15示。圖4.15 AB跨作用A柱彎矩圖和軸力圖4.4.4.2 AB跨作用在B列柱左側(cè)由AB跨和的偏心作用而在柱中引起的彎矩為：各柱不動鉸支承反力分別為：A柱列：B列：故假設排架柱不動鉸支的總反力為各柱柱頂最后剪力分別為：故AB跨作用于B列柱左側(cè)時排架柱的彎矩圖和軸力圖如圖4.16示。圖4.16 AB跨作用于B列柱左側(cè)時彎矩圖和軸力圖4.4.4.3 BC跨作用在B列柱右側(cè)由于排架結(jié)構和吊車荷載均勻?qū)ΨQ于4.4.4.2節(jié)情況，所以計算結(jié)果為對稱的，故BC跨作用在B列柱右側(cè)時，排架柱的彎矩圖和軸力

12、圖如圖4.17示。圖4.17 AB跨作用于B列柱右側(cè)時彎矩圖和軸力圖4.4.4.4 BC跨作用在C列柱由于排架結(jié)構和吊車荷載均勻?qū)ΨQ于4.4.4.1節(jié)情況，所以計算結(jié)果為對稱的，故AB跨作用在C列柱時，排架柱的彎矩圖和軸力圖如圖4.18示。圖4.18 AB跨作用于A柱列時計算簡圖4.4.5 吊車水平荷載作用下的內(nèi)力分析4.4.5.1 AB跨有作用時計算簡圖如圖4.19示。圖4.18 AB跨有吊車水平荷載作用的計算簡圖各柱不動鉸支座反力分別為：A柱列：B列：故假設排架柱不動鉸支的總反力為各柱柱頂最后剪力分別為：故AB跨有作用時排架柱的彎矩圖和軸力圖如圖4.20示。圖4.20 AB跨有作用時彎矩圖

13、和軸力圖由于排架結(jié)構對稱,荷載反對稱，所以計算簡圖和彎矩圖分別如圖4.21示和圖4.22示。圖4.21 BC跨有吊車水平荷載作用的計算簡圖圖4.22 AB跨有作用時彎矩圖和軸力圖4.4.6 風荷載作用下的內(nèi)力分析右來風時，計算簡圖如圖4.23示。圖4.23 右來風時排架柱計算簡圖各柱不動鉸支座反力分別為：A柱列：C柱列：故假設排架柱不動鉸支的總反力為各柱柱頂最后剪力分別為：故右來風時排架柱彎矩圖如圖4.24示，左來風時排架柱內(nèi)力近似地按右來風時的反對稱荷載取值。圖4.22 右來風時排架柱彎矩圖4.5 內(nèi)力組合由于A、C是對稱的，故以A柱進行最不利內(nèi)力組合為例，其內(nèi)力組合結(jié)果如表4.4；根據(jù)設計

14、及要求不進行B柱最不利內(nèi)力組合。34表4.4 A柱內(nèi)力組合表柱號截面 荷載內(nèi)力 項目KN或KN.M恒載屋面活載吊車在AB跨吊車在DC跨風載內(nèi)力組合AB跨BC跨Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax向左或向右Dmax在B柱Dmin在B柱Tmax向左或向右左來風右來風Mmax相應的NNmin相應的MNmin相應的M1234567891011組合項目組合值組合項目組合值組合項目組合值A柱1-1M11.43-0.013.84-65.55-64.68±6.2548.72-10.64±28.2714.19-22.06+0.9+0.9+0.9+ 90.01+0.9+0.9+0.9+ 90.

15、01+0.9+0.9×（+90.01N384.0475.64000000000459.68459.68384.04MK9.52-0.012.74-46.82-46.20±4.4634.80-7.6±20.1910.14-15.76-64.68-64.83-64.62NK320.3354.03000000000334.9335284.42-2M-44.29-15.113.84160.95-17.27±6.2548.72-10.64±28.2714.19-22.06+0.9+0.8(+)+0.9+ 190.09+0.9+0.9(+)+ 111.61

16、+0.90.9(+)+ -95.66N444.2875.640647.15135.45000000910.231036.55444.28MK-36.91-10.792.74114.96-12.33±4.4634.08-7.6±20.1914.19-15.7686.4976.35-68.9NK370.2354.030462.2596.75000000652.11702.55330.253-3M24.91-6.5312.788.29-167.89±146.08162.17-35.42±94.21185.48-161.80+0.9+0.8(+)+0.9+520

17、.71+0.9+0.9(+)+ 322.51+0.9+0.9(+)+ 411.01N494.0675.640647.15135.45000000960.001086.33494.06V7.820.971.01-17.25-17.02±15.80-12.82-2.80±7.4430.29-22.4733.1635.6931.63MK20.75-4.669.13-5.92-119.92±104.34115.84-25.30±67.29132.49-115.57374.90233.33296.55NK411.7254.030462.2596.750000007

18、86.14834.7411.72VK6.520.690.72-12.16-10.56±11.29-9.16-1.43±5.3121.64-16.0526.6326.4223.524.6 柱截面設計由于A、C柱是對稱的，故以A柱為例；根據(jù)設計要求不進行B柱截面設計。 柱采用C30混凝土，；受力鋼筋采用HRB335級，其余均采用HPB235級鋼筋。上下柱均采用對稱配筋。4.6.1 上柱配筋計算本設計采用對稱配筋，可不考慮彎矩正負號而取絕對值最大的一組，經(jīng)分析比較，最不利內(nèi)力為 對這兩組大偏心受壓內(nèi)力，在彎矩較大且比較接近的兩組內(nèi)力中，取軸力較小的一組作為上柱最不利內(nèi)力進行配筋計

19、算。由表4.5知有吊車廠房排架方向，其計算長度為：，附加偏心矩取。由表4.5知有吊車廠房排架方向，其計算長度為：，附加偏心矩取。所以 故取x=80mm。可知屬于大偏心受壓。由表4.5知有吊車廠房垂直排架方向，其計算長度為：。 查得軸心受壓穩(wěn)定系數(shù): 則：滿足彎矩作用平面處的承載力驗算。4.6.2 下柱配筋計算本設計采用對稱配筋，可不考慮彎矩正負號而取絕對值最大的一組，經(jīng)分析比較，最不利內(nèi)力為 ， ， 經(jīng)分析需要對前兩組進行配筋計算，第3組只需要驗算垂直于彎矩平面承載力即可。4.6.2.1 按第一組內(nèi)力計算由表4.5知有吊車廠房排架方向，其計算長度為：，附加偏心矩所以 故取=1.0?？芍泻洼S在

20、腹板內(nèi)，應重新計算受壓區(qū)高度。4.6.2.2 按第二組內(nèi)力計算所以 故取=1.0。可知中和軸在翼緣內(nèi)，屬大偏心受壓。4.6.2.3 垂直于彎矩作用平面承載力驗算由表4.5知有吊車廠房垂直排架方向，其計算長度為：。查得軸心受壓穩(wěn)定系數(shù): 則：滿足彎矩作用平面處的承載力驗算。4.6.3 柱縱向鋼筋的配置由前計算結(jié)果：上柱上柱綜合考慮配筋：上柱上柱4.6.4 柱內(nèi)箍筋設計經(jīng)驗表明，在非抗震區(qū)的工業(yè)廠房柱,其箍筋數(shù)量一般按構造控制,所以上下柱均按構造選用。4.6.5 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。由于A柱上下柱均出現(xiàn)內(nèi)力，故應進行裂縫寬驗算。驗算過程見表4.6，其中上柱，下柱，;

21、構件受力特征系數(shù)；混凝土保護層厚度c取25mm。表4.6 柱的裂縫寬度驗算表柱截面上柱下柱內(nèi)力標準值71.90296320.03411.72/mm225mm>719mm>0.00950.01631.1441.0/mm417.4107900.592/mm281.1642.7/MPa203.4108.30.420.360.18<0.3(滿足要求)0.05<0.3(滿足要求)4.6.7 牛腿設計根據(jù)吊車梁支承位置、截面尺寸及構造要求，初步擬定牛腿尺寸，其中牛腿截面寬度，牛腿截面高度，如圖4.25示。圖4.25 牛腿尺寸簡圖4.6.7.1 牛腿截面高度驗算，（牛腿頂面無水平荷載

22、），取裂縫控制條件來確定牛腿截面高度的計算公式：式中 分別為作用于牛腿頂部按荷載效應標準組合計算的豎向力和水平拉力值；裂縫控制系數(shù)，對支承吊車梁的牛腿。取，其他牛腿，；豎向力的作用點至下柱邊緣的水平距離，此時應考慮安裝偏差，當考慮安裝偏差后的豎向力作用線仍位于下柱截面以內(nèi)是，取；牛腿與下柱交接處的豎向截面有效高度，取，時，取。按下式確定： 故牛腿截面高度滿足要求。4.6.7.2 牛腿截面配筋計算由于，因而該牛腿可按構造要求配筋。根據(jù)構造要求，。由于所以不必設置彎起鋼筋,叢鋼筋不應少于4根直徑不應小于12mm所以選用（）。水平箍筋選用。4.6.8 柱的吊裝驗算用翻身起吊，吊點設在牛腿下部，混凝土

23、達到設計強度后起吊。設柱插入杯口深度取，則柱吊裝時總長度為，計算簡圖如圖4.24所示。圖4.24柱的吊裝驗算簡圖4.6.8.1 荷載計算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4.6.8.2 內(nèi)力計算柱各控制截面的彎距為：柱截面受彎距承載力及裂縫寬度驗算過程見表4.7。表4.7 柱的吊裝承載力及裂縫寬度驗算表柱截面上柱下柱51.98（43.32）75.77（63.14）73.25>0.9×51.98=46.78329.83>0.9×75.77=68.19KPa181.2875.050.340.03<0.2取0.20.13<0.2(滿足要

24、求)0.02<0.2(滿足要求)4.7 基礎設計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、吊車起重、廠房跨度、設計等級為丙級時，可不做地基變形驗算故該廠房不需做地基變形驗算。基礎混凝土強度等級采用，下設厚的素混凝土墊層。，采用混凝土C20,HPB235級鋼筋。4.7.1作用于基礎頂面的荷載計算作用于基礎頂面上的荷載包括柱底（-截面）傳給基礎的M，N，V以及外墻自重重力荷載。前者由-截面選取，其中內(nèi)力標準組合值用于地基承載力驗算，基本組合值用于受沖切承載力驗算和板底配筋計算。表4.7基礎設計的不利組合組別荷載效應基本組合荷載效應標準組合第1組520.719

25、60.0033.16374.90786.1426.63第2組-495.80659.60-42.53-357.11530.0029.45第3組322.511086.3335.69233.338347626.42可見，每個基礎承受的外墻總寬度為6.0?？偢叨葹?4.55，墻體為240實心墻（），鋼框玻璃窗（），基礎梁重量為根。計算范圍如圖4.25示。圖4.25基礎荷載示意圖每個基礎承受的由墻體傳來的重力荷載為：240mm厚磚墻 鋼框玻璃窗 基礎梁 合計： 距基礎形心的偏心距為：4.7.2 基礎尺寸及埋置深度計算按構造要求擬定高度柱的插入深度，取。杯底厚度應大于，取，則基礎頂面標高為，故基礎埋置深度為：表4.8基礎杯底厚度和杯壁厚度柱截面高度杯底厚度杯壁厚度由表得杯壁厚度，??；基礎邊緣高度取，臺階高度取，見圖4.25。（2）擬定基礎底面尺寸修