畢業(yè)設(shè)計(論文) 單層雙跨工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、混凝土單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計 學(xué)生姓名： XXXXXX 學(xué) 號： XXXXXXXXXXX 班 級： XXXXXX 專 業(yè)： 土木工程 指導(dǎo)教師： XXXXXX 概 述單層廠房指層數(shù)僅為一層的工業(yè)廠房，適用于生產(chǎn)工藝流程以水平運輸為主，有大型起重運輸設(shè)備及較大動荷載的廠房，如機(jī)械制造工業(yè)、冶金工業(yè)和其他工業(yè)等。單層廠房的骨架結(jié)構(gòu)，由支撐各種豎向的與水平的荷載作用的構(gòu)件所組成。廠房依靠各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件合理連接為一整體，組成一個完整的結(jié)構(gòu)空間以保證廠房的堅固、耐久。我國廣泛采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)和鋼架結(jié)構(gòu)，通常由橫向排架、縱向聯(lián)系構(gòu)件、支撐系統(tǒng)構(gòu)件和圍護(hù)結(jié)構(gòu)等幾部分組成。單層磚柱廠房具有選價低廉、構(gòu)造簡單

2、、施工方便等優(yōu)點，在中小型工業(yè)廠肩中得到廣泛應(yīng)用，但單層廠房的端墻(山墻)受風(fēng)面積較大，內(nèi)部空間要求、廠房屋頂面積、荷載等均較大，構(gòu)造復(fù)雜，如何進(jìn)行有效的荷載效應(yīng)組合、選取最不利內(nèi)力組合，作為柱及基礎(chǔ)的設(shè)計依據(jù)，將是本文要重點解決的問題。關(guān)鍵詞：內(nèi)力組合；偏心受壓；鋼筋；混凝土目錄 前言 11.設(shè)計條件與資料 1 2 1.1建筑物基本條件 2 1.2設(shè)計資料 2 1.3設(shè)計要求 32.確定柱的截面尺寸 33.荷載計算 44.排架的內(nèi)力分析 75.排架的內(nèi)力組合 166.柱的截面設(shè)計 167.柱的吊裝驗算 208.基礎(chǔ)的設(shè)計 229.繪制施工圖 28參考文獻(xiàn) 32致謝 33 北華航天工業(yè)學(xué)院課程

3、設(shè)計前言單層廠房的結(jié)構(gòu)特點大致可分為砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。一般情況下，無吊車或吊車噸位不超過5t，其跨度在15m以內(nèi)，柱頂標(biāo)高在8m以下，無特殊工藝要求的小型廠房，可采用由磚柱、鋼筋混凝土屋架或木屋架或輕鋼屋架組成的砌體結(jié)構(gòu)；當(dāng)?shù)踯噰嵨辉?50t以上或跨度大于36m的大型廠房，或有特殊工藝要求的廠房（如設(shè)有10t以上鍛錘的車間以及高溫車間的特殊部位等），一般采用鋼屋架、鋼筋混凝土柱或者是全鋼結(jié)構(gòu)，其他大部分廠房均可采用混凝土結(jié)構(gòu)。單層廠房結(jié)構(gòu)一般由屋蓋結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、支撐系統(tǒng)、吊車梁、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)等組成。它比較容易組織生產(chǎn)工藝流程和車間內(nèi)部運輸，地面上能夠放置較重的機(jī)器設(shè)備和產(chǎn)品，所

4、以其在工業(yè)建筑設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用。近年來，單層廠房的設(shè)計越來越重視設(shè)備節(jié)能,充分利用自然通風(fēng),利用自然采光,發(fā)展節(jié)能省地型工業(yè)廠房；運用生態(tài)學(xué)中的共生與再生原則，結(jié)合自然，保護(hù)環(huán)境，防止污染，發(fā)展具有良好生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)的現(xiàn)代工業(yè)廠房；利用高科技材料，發(fā)展更具靈活性、通用性和多樣化的工業(yè)廠房。由于水平所限，時間倉促，文中一定存在缺點和不足，甚至錯誤，懇請老師批評指正。 1.設(shè)計條件與資料 1.1建筑物基本條件 某金工車間為兩跨等高廠房，跨度均為24m，柱距均為6m，車間總長度66m。每跨設(shè)有20/5t吊車各兩臺，吊車工作級別為中制，軌頂標(biāo)高為9.6m，基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為-0.8m，廠房無天窗，建筑剖

5、面簡圖如圖1所示。 圖1 廠房剖面示意圖 1.2設(shè)計資料 （1）荷載: 屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7KN/m。 （2）材料:柱: 混凝土C30;縱筋HRB335級; 箍筋采用HPB235級。 基礎(chǔ): 混凝土C30;鋼筋HPB235級。型鋼及預(yù)埋件鐵板用HRB335、HPB235級鋼筋。 （3）建筑構(gòu)造 屋面: 卷材防水屋面,其做法如下: 兩氈三油防水層上鋪小石子: 0.35 KN/m。 20mm厚水泥砂漿找平層: 20×0.02=0.4 KN/m。 100mm厚水泥珍珠巖制品保溫層: 5×0.1=0.5 KN/m。 一氈兩油隔氣層: 0.05 KN/m。 20mm厚水泥砂漿

6、找平層: 20×0.02=0.4 KN/m。 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板(包括灌縫)荷載標(biāo)準(zhǔn)值1.4KN/m。 屋蓋鋼支撐荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.05 KN/m,屋架自重標(biāo)準(zhǔn)值106KN/榀,坡度:1:6。 墻體用240mm厚雙面清水維護(hù)磚墻;鋼窗寬度3.6m,縱墻上窗洞高2400mm。 地面:室內(nèi)素混凝土地面,室內(nèi)外高差150mm。 （4）吊車: 橋式吊車,軟鉤,中級工作制。吊車梁:先張法預(yù)應(yīng)力混凝土吊車梁,梁高1.2m, 自重。吊車軌道聯(lián)結(jié):軌道及連接件自重1 KN/m。吊車荷載:最大輪壓=215KN。 最小輪壓=45KN。 小車總重g=75KN。 大車寬B=5550mm。 輪距K=4400

7、mm。 （5）工程地質(zhì)及水文條件該場地地面粗糙度為B類，地形平整,無滑坡,無液化土層等不良地質(zhì)現(xiàn)象。 地層自上而下為 填土層: 厚度約為0.5m。 砂質(zhì)粘土: 厚度約為2.0m,f=200 KN/m。 卵石: 中密,厚度約為57m, f=600 KN/m。 基巖: 表層中度風(fēng)化。 地下水位在地面7m以下,設(shè)計時不考慮地下水的影響，也不考慮抗震設(shè)防。 （6）氣象資料:基本風(fēng)壓為0.35 KN/m,基本雪壓為0.2 KN/m。 1.3設(shè)計要求 （1）確定柱截面尺寸； （2）荷載計算； （3）分析排架內(nèi)力； （4）柱、牛腿配筋計算；（5）編制荷載、內(nèi)力計算說明書； （6）根據(jù)計算結(jié)果繪制排架柱結(jié)構(gòu)施

8、工圖； （7）柱下基礎(chǔ)的設(shè)計及其配筋； （8）繪制柱下基礎(chǔ)施工圖； 2.確定柱的截面尺寸 Q=（1520）t,中級工作制，Hk =9.6+0.8=10.5m。 上柱:矩形:500mm×500mm 面積: 慣性矩: 下柱:工字型 柱截面尺寸見圖2。 排架計算簡圖見圖3。 3.荷載計算 恒載 屋蓋自重: 兩氈三油防水層上鋪小石子: 0.35 （KN/m） 20mm厚水泥砂漿找平層: 20×0.02=0.4 （KN/m） 100mm厚水泥珍珠巖制品保溫層: 5×0.1=0.5 （KN/m）一氈兩油隔氣層: 0.05 （KN/m） 20mm厚水泥砂漿找平層: 20

9、5;0.02=0.4 （KN/m）預(yù)應(yīng)力大型屋面板 1.4 （KN/m）合計 3.1 （KN/m）屋架自重: 106 （KN/榀）則作用于屋頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)自重為 上式中的系數(shù)1.05為考慮柱牛腿處及柱根部矩形部分的重量。 吊車梁、軌道及軌道聯(lián)結(jié)件自重: 各柱恒載的作用位置見圖4。 屋面活荷載 屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7KN/m。 雪荷載 屋面均布活荷載與雪荷載不同時考慮.故屋面荷載為 其作用位置與屋蓋自重的位置同。 吊車荷載 每跨設(shè)20t的吊車各2臺,中級工作制,吊車的主要參數(shù)如下: 輪距:K=4.44m;大車寬:B=5.55m；小車重:g=75KN； 最大輪壓: =215KN；最小輪壓: =

10、45KN 圖5是在2臺10t吊車作用下,吊車梁的支座反力影響線。 吊車的豎向荷載 = = ,的作用位置同吊車梁軌道及軌道聯(lián)結(jié)件自重的作用點。 吊車的橫向水平荷載 由于額定起重量在1650t之間,取=10%,則 其作用位置在吊車梁的頂面處。 風(fēng)荷載 基本風(fēng)壓:= 0.35KN/m,市郊地面粗糙度按B類考慮,查得風(fēng)壓高度變化系數(shù): 查得風(fēng)荷載體型系數(shù),如圖6所示,則作用于排架上的風(fēng)荷載設(shè)計值為: 其中B為排架的計算寬度.風(fēng)荷載作用的示意圖及排架計算簡圖見圖7(a)、(b)。 作用在柱頂處的風(fēng)荷載集中力: 4.排架的內(nèi)力分析 剪力分配系數(shù)的確定 因邊柱和中柱的截面相同,則 因各柱的抗側(cè)移剛度相同,則

11、各柱的剪力分配系數(shù)相同 恒載作用下排架的內(nèi)力 恒載作用下排架的計算簡圖見圖8。 n=0.21,=0.3查單階柱柱頂反力系數(shù)表得,各柱不動鉸支承的支反力為 A列柱: C列柱:柱頂不動鉸支反力同A柱,方向相反 B列柱: 則排架柱柱頂不動鉸支座的總反力為 最終分配到各柱柱頂?shù)募袅Ψ謩e為： 恒載作用下排架彎矩圖、軸力圖,如圖9所示。 屋面活荷載作用下排架的內(nèi)力 屋面活荷載作用于AB跨時的計算簡圖(作用于BC跨時與其對稱),見圖10。 n=0.21,=0.3查單階柱柱頂反力系數(shù)表得,各柱不動鉸支承的支反力為 A列柱: B柱列: 排架柱頂不動鉸支座總反力為 最終分配到各柱柱頂剪力分別為 屋面活荷載作用于A

12、B跨時排架的彎矩、軸力圖見圖11。 其他荷載作用下排架的內(nèi)力 同理可得其他荷載作用下排架的內(nèi)力,計算結(jié)果列于表1。 其余荷載作用下的計算簡圖及排架的彎矩、軸力圖見圖1221。表1荷載作用下排架的內(nèi)力分析結(jié)果荷載柱上力矩/(KN·m)各柱柱頂不動鉸支承力反力/KN總反力/KN分配到各柱頂最后剪力/KN吊車豎向荷載作用于AB跨作用于A列柱(BC跨與其對稱)=174.7()=91.4()16.5()8.7（）05.6()14.6()12.7（）1.9（）吊車豎向荷載作用于AB跨作用于A列柱(BC跨與其對稱)=36.6()=436.8()3.5()41.4（）037.9（）16.1()28.

13、7（）12.6()吊車水平荷Tmax作用于AB跨向右(向左時與其對稱)Tmax=18.6KN(吊車梁取1.2m)11.9()11.9()023.8()4()4()8（）風(fēng)荷載作用下左來風(fēng)(右來風(fēng)時與其對稱)=10.9KN=2.3KN/m=1.25KN/m15()05.8()31.7()4.4()10.6（）4.5（）注: 在各種荷載作用之下,A柱和B柱的內(nèi)力圖及控制截面內(nèi)力匯總于表2和表3。35 5.排架的內(nèi)力組合 在各種荷載作用下,對邊柱和中柱進(jìn)行最不利內(nèi)力組合.其中未考慮廠房的整體空間的作用.A柱加B 柱的內(nèi)力組合結(jié)果見表4和表5。 表4 A柱的內(nèi)力組合截面內(nèi)力+及相應(yīng)的N、V-及相應(yīng)的N

14、、V及相應(yīng)的M、V及相應(yīng)的M、V組合項數(shù)值組合項數(shù)值組合項數(shù)值組合項數(shù)值-M+0.9+88+0.9+0.8(+)+ +-28.5+0.9+0.8(+)+ +-28.5+0.9+88N306.7424.2424.2306.7-M+0.9+0.8(+)+110+0.9+0.8(+)+ +-35.9+0.9+0.8(+)+ +90.3+0.9+29.6N840.2572.2903.7420.9-M+0.9+501.5+0.9+ +-147+0.9+8.86+0.9+501.5N487.9661.11076487.9V28.6-11.5-10.128.6 表5 B柱的內(nèi)力組合截面內(nèi)力+及相應(yīng)的N、V-

15、及相應(yīng)的N、V及相應(yīng)的M、V及相應(yīng)的M、V組合項數(shù)值組合項數(shù)值組合項數(shù)值組合項數(shù)值-M+0.9+152.8+0.9+-152.8+0.9+143.9+0.9+143.9N726.4726.4790662.9-M+0.9+284.4+0.9+-284.4+0.9+275.6+41.3N134013401404752.3-M+0.9+0.8(+)+294.6+0.9+0.8(+)+ +-294.6+0.9+0.8(+)+287.4+140N139013901453819.3V-5.85.8-5.610.6 注: 1）組合及中,±M的絕對值相等.因柱為對稱配筋,所以表中的M只取了正值. 2

16、）表中0.8為參與組合的吊車豎向荷載為4臺時的荷載折減系數(shù)。 根據(jù)荷載規(guī)范,荷載效應(yīng)的基本組合有兩種.一種由可變荷載效應(yīng)控制的組合;一種由永久荷載效應(yīng)控制的組合.單層廠房中排架的內(nèi)力通常由第一種組合控制。 6.柱的截面設(shè)計 選取控制截面的最不利內(nèi)力 大偏心受壓和小偏心受壓界限破壞時的軸壓力為: A、B柱: 上柱: 下柱: (取=40mm)經(jīng)比較,A、B柱的所有<,所以A、B柱組合后的內(nèi)力值均為大偏心受壓.對大偏心受壓,對稱配筋的柱,在 “M相差不多時,N越小越不利;N相差不大時M越大越不利”.由此可確定各柱的最不利內(nèi)力為:A柱: B柱: 縱向受力鋼筋的計算(表6) 箍筋的配置 因柱底的剪

17、力很小 =28.6KN(A柱) 若取剪跨比=3 則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于柱底的剪力值(還未考慮軸向壓力對斜截面受剪的有利影響),所以排架柱的箍筋按構(gòu)造配置為10200,柱箍筋加密區(qū)取為10100,加密區(qū)范圍(此處按抗震要求配置)，柱配筋施工圖見圖28和圖29。 排架柱平面外軸心受壓承載力驗算 取配筋中的較小值驗算。 AB柱: ， 所以A、B柱平面外受壓承載力滿足要求。 A、B柱截面配筋圖，見圖29和圖30。 牛腿的設(shè)計 A柱:根據(jù)牛腿的構(gòu)造要求,初步確定牛腿的尺寸,如圖22所示。 表6 A、B柱縱向受力鋼筋的計算表 柱截面項目A柱B柱-M/(KN·m)88501.5143.9294.6N/KN30

18、6.7487.9662.913902871028217212(取及20中較大值)(mm)203020303071058237242( 上柱)(下柱)7.89.27.89.215.6>5>1510.2>5<1515.6>5>1510.2>5<155.83>1.0取1.03.64>1.0取1.02.7>1.0取1.01.28>1.0取1.00.991.050.991.052.51.232.71.35977.51711.3850736.742.8<取8068.2<<取8092.7194.4>>135

19、7 3)1768 3)2262 3)0 2)實配鋼筋/(mm×mm)422(1520)522(1900)428(2463)422(1520)配筋率/%0.610.760.990.611.221.531.971.22 注:1) ,則. 2) 3) 4)矩形截面: , 5)形截面: , 牛腿截面尺寸的驗算 牛腿的截面尺寸滿足要求。 牛腿頂面局部受壓驗算 取吊車梁的墊板尺寸為500mm×250mm,則 牛腿頂面的局壓滿足要求。 牛腿縱向受拉鋼筋的計算 因為,取=0.3×760=228mm 牛腿的箍筋 牛腿的水平箍筋選用10100,牛腿的范圍有,箍筋的總截面面積為 故箍筋

20、的設(shè)置滿足構(gòu)造要求。 牛腿的=0<0.3,可不設(shè)彎起鋼筋.牛腿的配筋如圖23所示。 同理,可設(shè)計出B柱牛腿的尺寸及配筋如圖23所示。 使用階段柱的裂縫寬度的驗算由混凝土規(guī)范知,排架柱的裂縫控制等級為三級,按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響計算的最大裂縫寬度。只有A柱的I-I,-截面處,需進(jìn)行裂縫寬度的驗算,見表7。 7.柱的吊裝驗算 A、B柱的截面尺寸相同,B柱的荷載在牛腿處稍大些,因此只需對B柱進(jìn)行吊裝時的驗算。 柱吊裝時的承載力驗算 混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的100%時方可吊裝。 表7 A柱裂縫寬度的驗算項目 截面 I-I（上柱） -（下柱）67.7385.8235.9375.3287

21、102815.6>1410.2<141.11.0535143800.4136072675.51940.010.148-0.63<0.2取0.20.640.036mm<0.3mm0.23mm<0.3mm 注： 1）內(nèi)力的標(biāo)準(zhǔn)值近似值取設(shè)計值除1.3的系數(shù)。 根據(jù)構(gòu)造要求,取柱入基礎(chǔ)的深度,所以柱吊裝驗算時的計算簡圖如圖24所示。 考慮到牛腿根部及柱底部為矩形截面,下柱自重乘1.1的系數(shù),1.5為動力系數(shù)。 由得 的最大位置： 式中:結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),取為0.9 所以柱吊裝的承載力滿足要求。 8.基礎(chǔ)的設(shè)計 混凝土采用C30;, ,墊層采用C10素混凝土,厚100.A柱

22、基礎(chǔ)的標(biāo)高見圖25。 A柱: 由基礎(chǔ)梁傳至基礎(chǔ)頂面的荷載計算: 基礎(chǔ)梁b×h=250mm×500mm,圍護(hù)墻為240mm厚清水磚墻 墻上開有上下兩層鋼窗,上窗:寬×高為3.6m×2.4m；下窗：寬×高為3.6m×4.8m； 鋼窗重取為0.45;清水磚墻為18×0.24=4.32 墻重:(15.2+0.15)×6-（4.8+2.4）×3.6×4.32=285.9KN 鋼窗重:（4.8+2.4）×4.2×0.45=13.6KN 基礎(chǔ)梁自重:0.25×0.5×6

23、×25=18.8KN 合計 A柱基礎(chǔ)頂面最不利內(nèi)力(設(shè)計值): B柱基礎(chǔ)頂面最不利內(nèi)力(設(shè)計值): 基礎(chǔ)的受力圖見圖26。 地基承載力的驗算 A柱基礎(chǔ)底面積的確定 由杯口基礎(chǔ)的構(gòu)造要求可初步確定基礎(chǔ)的尺寸及埋置深度d,見圖27。 d=1.1+0.8=1.9m (式中1.3為系數(shù)1.2與1.4的平均值) 將基礎(chǔ)底面積擴(kuò)大1.4倍,1.4A=1.4×7.1=9.9 B柱基礎(chǔ)底面積的確定 由杯口基礎(chǔ)的構(gòu)造要求可初步確定基礎(chǔ)的尺寸及埋置深度d,見圖27。 d=1.1+0.8=1.9m (式中1.3為系數(shù)1.2與1.4的平均值) 將基礎(chǔ)底面積擴(kuò)大1.4倍,1.4A=1.4×

24、8.85=12.4 地基承載力的驗算 ; 基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上土重的標(biāo)準(zhǔn)值為 A柱和B柱基礎(chǔ)底面壓力標(biāo)準(zhǔn)值分別見表8和表9。 表8 A柱基礎(chǔ)底面壓力標(biāo)準(zhǔn)值 內(nèi)力項目385.8-113.16.8375.3508.5827.722-8.8-7.81026.91160.11479.3228.1-304.7-183.7153.4180.9197.579.582.2138116.5131.6167.8 注:1)表中的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值為設(shè)計值除1.3的系數(shù)。 2)表中h為基礎(chǔ)高度1.1m。表9 B柱基礎(chǔ)底面壓力標(biāo)準(zhǔn)值 內(nèi)力項目22622110810691120630-4.43-4.38.21847189814083

25、934.3-65156160123148152109152156116 注:1)表中的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值為設(shè)計值除1.3的系數(shù)。 2)表中h為基礎(chǔ)高度1.1m。 從表8和表9可看出 基礎(chǔ)底面積滿足地基承載力的要求。 基礎(chǔ)的受沖切承載力驗算 扣除基礎(chǔ)自重及其上土重后,基礎(chǔ)地面內(nèi)力設(shè)計值在基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的凈反力計算見表9。 因柱與基礎(chǔ)交接處杯壁厚300mm小于杯壁高度400mm,說明上階底落在沖切破壞錐體以內(nèi),故僅需對變階處進(jìn)行沖切驗算。.表9 基礎(chǔ)底面凈反力設(shè)計值 項目 內(nèi)力A柱B柱A柱B柱A柱B柱867.617701040.818361455.71199306.21165-3781232-538.2613148274179.2286252.216648.81856.815.777.931 此時=700-40=660mm 沖切破壞錐體最不利一側(cè)斜截面上邊長和下邊長分別為 A柱： =500+2×375=1250mm =12