單層工業(yè)廠房課程設計計算書

1、單層工業(yè)廠房結構課程設計計算書學號 :學院：水利與建筑專業(yè)：土木工程班級： 1103姓名：設計資料1 .某金工車間，單跨無天窗廠房，廠房跨度 L=24m柱距為6日車間總 長度為120mli中間設一道溫度縫，廠房剖面圖如圖所示：2 .車間內(nèi)設有兩臺雙鉤橋式起重機，吊車起重量為200/50kN。3 .吊車軌頂標圖為。4 .建筑地點：哈爾濱。5 .地基：地基持力層為亞粘性層，地基承載力特征值為fak=180kN/m2。最 高地下水位在地表15m6 .材料：混凝土強度等級為 C30,縱向鋼筋采用HRB40C&, (360N/mn2) 箍筋采用 HPB23弦。(300N/mm2)2 .選用結構形

2、式1 .鋼屋蓋，采用24米鋼桁架，桁架端部高度為，中央高度為，屋面坡度 為一屋面板采用彩色鋼板，厚4mm2 .預制鋼筋混凝土吊車梁和軌道鏈接采用標準圖G32a中間跨DL-9Z,邊跨DL-9B,梁高hb 1.2m。軌道連接采用標準圖集G3253 .預制鋼筋混凝土取軌道頂面至吊車梁頂面的距離ha 0.2m,故牛腿頂面標高二軌頂標高-ha- hb=查附錄12得，吊車軌頂至吊車頂部的高度為，考慮屋架下弦至吊車頂部所需空間高度為 220mm故柱頂標高=+=,3 .柱的各部分尺寸及幾何參數(shù)上柱 b x h=400mrH 400mm (g1=m)Ai=bxh=x 105m2I 1=bh3/12=義 109m

3、m圖1廠房計算簡圖及柱截面尺寸下柱 b fXhxbx hf=400mm 800mm 100mm 100mme g2=m)A2=100 義 400 義 2+ ( 800-2 X 100)義 100+2 X 25 X 150=x 105mmI2=5003 X 100/12+2 X (400 乂 1003/12+400 X 100 X 3002)+4 乂(253X 150/36+ X 1/2 X 100X 25) =x 1010mmn=Ii/I 2=x 109/ X 109)=H1=; l-2=+=o入=H/-2= =四.荷載計算1 .恒荷載(1)屋蓋自重sbs防水層x =m20mm厚水泥砂漿找平層

4、x X 20=陷大型預應力屋面板(包括灌縫重)x =m總 1g1=m屋架X =則作用屋架一段作用于柱頂?shù)淖灾貫椋篏=6X9X+X =(2)柱自重上柱：G 2=x x =下柱：G 3= x x =（3）吊車梁及軌道自重：G=x （+X6）=2 .屋面活荷載由荷載規(guī)范查得屋面活荷載標準值為m,因屋面活荷載大于雪荷載（50年一遇），故不考慮雪荷載。Q i=x x 6X 12=3 .風荷載由荷載規(guī)范查得齊齊哈爾地區(qū)基本風壓為風壓高度變化系數(shù)（按B類地面粗糙度取）為柱頂：（按屋二）fl Z=檐口處：（按H二）u=屋頂：（按z=風荷載標準值：w ik= p zsiz w o= x x x =m2CD 2k

5、= 0 z fl s2 (1 z GJ 0= X X X =|TI則作用于排架上的風荷載設計值為：q產(chǎn)x x 6=m2=x x 6=mF Y q( N sl+ N s2)1 z (j) ohl+( (1 s3+ 1 s4)(1 z GJ ohz X B=X(+) x x x + (+) x x x x 6=（屋面坡度為1/8）風荷載作用下的計算簡圖如下圖:圖2風荷載作用下計算簡圖4 .吊車荷載由附表16-2查得 P k, ma=80kN；k, min=1/2(G+g+Q)- P k, ma尸 1/2(228+200)-180二B=5600mgi K=4400mm則根據(jù)支座反力影響線求出作用于柱

6、上的吊車豎向荷載為：Dma廣(j) c* 丫 d1f P k, ma* 2 yi = X X 1 80 X (1 + + +)Dmin=(|) c* Y Q" P k? min* 2yi=X X X ( 1+ + +)作用于每一輪子上的吊車橫向水平剎車力F hi=y o' c/4(Q+g)= X 4X ( 200+)=則兩臺吊車作用于排架柱頂上的吊車橫向水平荷載為F h=()c* F hi* 2 yi= X X ( 1 +)五.內(nèi)力計算1 .恒荷載(1)屋蓋自重作用因為屋蓋自重是對稱荷載，排架無側移，故按柱頂為不動較支座計算。 由廠房計算簡圖及柱截面尺寸圖取用計算截面圖圖3取

7、用計算截面e二,e o=,Gi=,根據(jù)n=,入=查表得G=, C3=,則可得R=-Gi/H2(e i*Ci+eo*C3)= x x +x =(f)計算時對彎矩和剪力的符號規(guī)定為： 彎矩圖繪在受拉一邊；剪力對桿端而言,順時針方向為正（V ）,剪力圖可繪在桿件的任意一側，但必須注明正負號，亦即取結構力學的符號。這樣，由屋蓋自重對柱產(chǎn)生的內(nèi)力如下圖：v l 'j. NL 二- Ik -I '1V=LL17kN1>二 51- II-3.97k)Nti<1V-LU7kNM n = x +x = mM m = x +x = ' mN i = Nn=Nn =，Vm =(2

8、)柱及吊車梁自重作用由于在安裝柱子時尚未吊裝屋架，此時柱頂之間無連系，沒有形成排架，故不產(chǎn)生柱頂反力；因吊車梁自重作用點距離柱外邊緣不少于750mm則內(nèi)力如下圖4所示：Ml =0, M =M =+x屋面活荷載作用因屋面活荷載與屋蓋自重對柱的作用點相同，故可將屋蓋自重的內(nèi)力乘以下列系數(shù)，即得屋面活荷載內(nèi)力分布圖如圖 4所示，其軸向壓力及剪力為:Q i/Gi=N I = Nn= Nn = , Vn = X = 3.風荷載作用為計算方便，可將風荷載分解為對稱及反對稱兩組荷載。在對稱荷載作用 下，排架無側移，則可按上端為不動較支座進行計算；在反對稱荷載作用 下，橫梁內(nèi)力等于零，則可按單根懸臂柱進行計算

9、。圖5柱作用正風壓圖當柱頂作用集中風荷載Fw時，R11-Fw 11.85 5.93kN22當墻面作用均布風荷載時，查表得 C尸，則得R 3= C1 代 1/2(q 1-q2)= X X 1/2 X當正風壓力作用在 A柱時橫梁內(nèi)反力R:R=R1+R3=A 柱內(nèi)力圖如圖6所示，其內(nèi)力為M=(FvR)x+1/2q 僅2M=M圖6 A柱作用正風壓圖7 A柱作用負風壓當負風壓力作用在A柱時(如圖7所示)，其內(nèi)力為_2M=-Rx- 1/2q2xM尸 M = x- 1/2 X x = mMn =x 1/2 x x = mNii =Nn=M=0V產(chǎn)蟲毛2乂二吊車荷載(1)當Dnax值作用于A柱(如圖8-a所示

10、)根據(jù)n二,入=查表得G=。吊車輪壓與下柱中心線距離按構造要求取e4=,則得排架柱上端為不動較支座時的反力值為：R1=-Dmax- 64 - G/H2=X X =（一）R2=-Dmin e4 G/H2=X X =（ 一）故 R=R+R= + = （一）再將R值反向作用于排架柱頂，按剪力分配進行計算。由于結構對稱，故各柱剪力分配系數(shù)相等，即N a=n打。（如圖8-b所示）各柱的分配 剪力為：V A二-V B= 1 aR=X =（）最后各柱頂總剪力為：V A= V A-Rl=V B = V B-R2= + = （ 一）圖8吊車豎向荷載作用時柱頂剪力（a）上端為不動較支座時（b）柱頂作用R時則A柱的

11、內(nèi)力為：（如圖9-a所示）M i=-Va x= X = mMi =-Va - x+dax - e4=+x = - mMt = x +x = mNJ： =0kNV =V=(一)v= IE ?hi圖9吊車豎向荷載對 A柱內(nèi)力圖（a）當EU作用于A柱時（b）當D作用于A柱時（2）當Dnin值作用于A柱時（如圖9-b所示）M i=-Va x= X = mMl =-Va X+Dnin - 04= + X = - mML = x +x = mNJ： =0kNNn = Nh =Vrn =V=( )當Fh值自左向右作用時（一）由于Fh值同向作用在A、B柱上，因此排架的橫梁內(nèi)力為零，則得 A柱 的內(nèi)力：（如圖1

12、0所示）S)(b)圖10吊車橫向水平作用（a）吊車橫向水平作用于排架（b）橫向水平作用時MI =M =FhX= X =M = x （9+= mNi =Ni =NJn =0& =R=（一）（4）當Fh值自右向左作用時（一）其內(nèi)力值與當Fh值自左向右作用時相同，但方向相反。六.內(nèi)力組合單跨排架的A柱與B柱承受荷載的情況相同，故僅對 A柱在各種荷載作用下的內(nèi)力進行組合。表1為A柱在各種荷載作用下內(nèi)力匯總表，表2為A柱承載力極限狀態(tài)荷 載效應的基本組合，表3為A柱正常使用極限狀態(tài)荷載效應的標準組合及 準永久組合。表1為A柱在各種荷載作用下內(nèi)力匯總表荷載種類恒荷 載屋囿 活荷 載風荷載吊車僅1載

13、左風右風DmaxDminFh()Fh()荷載編號12345678I - IMNMkNkn - nMNMkNkm- mMNVMkNk36. 0Vk注：(1)內(nèi)力的單位是kN - mi軸力的單位是kN,剪力的單位是kN；(2)表中彎矩和剪力符號對桿端以順時針為正，軸向力以壓為正；(3)表中第1項包荷載包括屋蓋自重、柱自重、吊車梁及軌道自重；(4)組合時第3項與第4項、第5項與第6項、第7項與第八項二者不 能同時組合；(5)有Fh作用時候必須有Dmax或Dmin同時作用。表2為A柱承載力極限狀態(tài)荷載效應的基本組合組合組合內(nèi)I - In - nm- m何載力名稱MNMNMNV由口變荷載效應控 制的組合

14、（簡化規(guī)則）gSgk 0.9nQi SQiKi 1M max1+(2+3)1+(3+5+7)1+(2+3+5+7)M max1+(4+6+8)1+(2+4+6+8)1+(4+6+8)N max1+(2+4+6+8)1+(2+3+5+7)1+(2+3+5+ 7)Nmin1+(4+6+8)1+(4+6+8)1+(4+6+8)注：由永久荷載效應控制的組合：具組合值不是最不利，計算從略表3A柱正常使用極限狀態(tài)荷載效應的標準組合組合組合內(nèi)1-In-nm- m何載力名稱MkNkMkNkMkNkVkM max,k1+3+X 21+5+X 3+X71+3+(2+5+7)由口變荷載效應 控制的組合（簡化規(guī)則）S

15、GKSQ1KnM max,k1+4+(6+8)1+4+(2+6+8)1+4+(6+8)N max,k1+3+X 21+5+X 3+ (2+7)1+5+X 3+(2+7)ci SQiKci值：活：；風：；N min, k1+4+(6+8)1+4+(6+8)1+4+(6+8)吊車：注：對準永久組合計算，其值要小于標準組合時的相應對應計算值，故在表中從略。七.柱子設計1.上柱配筋計算從表2中選取兩組最不利的內(nèi)力M 1= R Ni=oM 2= , R N?=o(1)先按M, N計算其截面按對稱配筋l o/h=2 X 3600/400=18>5,故需要考慮縱向彎曲影響, 計算，偏心距為：e0=M/

16、N=ea=h/30=400/30= 020mrp 取 20mmei =e0+ea=431+20=451mm(1=n=x x x 105/ x 103)=>取(尸又lJh=18>15 ,故取(2=1 +12X 1相2=1 +4 e=x 451=>=故按大偏心受壓計算貝U e=" ei +h/2-a s=+400/2-35=(b=N&qfcbh0( 一 一_ _3 _ _ _ _ _(=N/( afcbh0)= X 10/ X X 400 X 365)=< 工 b. (h0=X365=<2a =70mm取 x=2as =70mm 貝U( =2as /

17、h 0=70/365=A s=A =Ne- Qf cbho2 ( )/f y(h 0-a s)e=T e+h/2-a s =+400/2-35=A=X103xg| A=<p minbh=x 400X400=320mm取 A=320mm配置 2 1 20 (A=628mm再按M, N計算(M= m； N，=)e0=M/N2=ea=h/30=400/30= 0 20mm 取 20mmei= e 0+ea=358+20=378mm(i=n=x 義義 105/ 義 103)=>取(尸又lJh=18>15 ,故取(2=1 +X 18之2=1 +e e尸 x 378=>=故按大偏心

18、受壓計算貝U e=" ei +h/2-a s=+400/2-35=(b=N &qfcbh0( 一 一_ _3 _ _ _(=N/( afcbh0)= X 10/ X X 400 X 365)=< b(h0=X365=<2a =70mm不滿足取 x=2as =70mrn 則 (=2as /h o=7O/365=，2A S=A =Ne- af cbho ( )/f y(h era s)e=r ei+h/2-a s =+400/2-35=A=x 1(fx 因 A=>p minbh=x 400X400=320mm取A=配置 2(l)20 (A=628mn)綜合兩組計

19、算結果，最后上柱鋼筋截面面積每側選用(2小20 (A=628mn)2.下柱配筋計算從表2中選取兩組最不利的內(nèi)力M 1= rn Ni=oM 2= rr| F4=o(1)先按M, Ni計算I o/h=86OO/8OO=>5,故需要考慮縱向彎曲影響，其截面按對稱配筋計算， 其偏心距為：e o=M/N i=e a=h/30=800/30=>20mme i= eo+a=1181+=i=N=x x x 105/ x 10)=>又 I 7h=<15,故取(2=2=1 +X 10.7S2貝U e=" ei+h/2-a s=+800/2-35=先按大偏心受壓計算相對受壓區(qū)高度x

20、,并假定中和軸通過翼緣,則有，x<hf =, ( b=,x=N/( af cbf )= X103/ xx 400)=< ( b h0=X765=x 2as 70 mm ;屬于大偏心受壓情況，則A s=As =Ne- afcbf x/f y(h0-as)= X103X(2)再按 M, N計算(M= mN2=e0=M/N2=ea=h/30=800/30=>20mmei= e0+ea=670+=(i=n=x 義 x 105/ x 103)=>取(尸(2=1+(1?X 10-75 已(2=1+XX =則 e=T ei+h/2-a s=x+800/2-35=1133mm先按大偏心

21、受壓計算相對受壓區(qū)高度x,并假定中和軸通過翼緣，則有，x<hf =, ( b=,x=N/( af cbf )= X103/X .義 400)=> h f =x>2as=70mm按中和軸在腹板內(nèi)的大偏心受壓對稱配筋計算。x=N- of c(bf -b)h f /( afcb) = x x x (400-100) x 100/ x x 100)=A=A =Ne-df cbf x - dfc(bf -b)hf (h0- h f )/f y(h 0-as)= x 103x x x 400x XX- X (400-100) X 100X (765-100)/360乂 (765-35)=

22、1093mm2>p minA=x x 10 s=1 +則 e=T se0+h/2-a s=x 398+400/2-35=625mmY f =0, z=303mm按荷載標準組合計算的縱向受拉鋼筋應力(T sk=N(e-z)/(zA s)= x 103(625-303)/(303 乂 628)=mrn裂縫間鋼筋應變不均勻系數(shù)為：巾= XX 200000) X X 25+X 20/=>不滿足要求，故重新配置鋼筋：4(|)20 (A=1256mm2 te = ; o- sk=mm 巾=故 3 ma=3(T sk/E s) X +pte )X X 200000) X X 25+X 20/=&

23、lt;mm=295mm綜合兩組計算結果，最后上柱鋼筋截面面積每側選用(4小22 (A=1520mm )3 .柱裂縫寬度驗算(1)上柱從表-3中取一組正常使用極限狀態(tài)荷載效應的組合值進行裂縫寬度驗算：M k= m,Nk=e(=M/Nk=p te=AAte=A/=628/ X400X 400)=<,取因為 l 0/h=18>14;(尸；>=才兩足要求。(2)下柱從表-3中取一組正常使用極限狀態(tài)荷載效應的組合值進行裂縫寬度驗算:Mk= - Nk=e(=M/Nk=p te=A/Ate=A/=628/ X400X 400)=因為 l 0/h=<14;工尸；“s=貝U e=T se

24、°+h/2-a s=x 708+400/2-35=1073mmT f =(bf -b)h f /(bh 0)=(400-100) X (100 X 765)=z=按荷載標準組合計算的縱向受拉鋼筋應力er sk=N(e-z)/(zA s)=495520X / 義 1520)2=mm裂縫間鋼筋應變不均勻系數(shù)為：巾= XX 200000) X X 25+X 22/=<滿足要求。4 .運輸、吊裝階段驗算(1)荷載計算上柱矩形截面面積下柱矩形截面面積下柱工字形截面面積上柱線荷載q 3=x 25=4kN/m下柱平均線荷載q 1= x +X 6 x 25/=m牛腿部分線荷載q2=+ X X

25、+ x X /25=m(2)彎矩計算I 1=+6+=I 2=；I 3=則：Mc=X 4X = ' mM 尸-4 x x +x x x = ' m求AB跨最大彎矩，先求反力 R:2 WO R a二 X X 令 V=R-q iX=O; X=R/q 1=則AB跨最大彎矩為:M AE=X故最不利截面為B及C截面配筋驗算對B截面荷載分享系數(shù)為，動力系數(shù)為，對一般建筑物，構件的重要性系數(shù)取丫 。=,則其彎矩設計值為M e=x x X = m受拉鋼筋截面面積：(為偏于安全，下柱取工形截面計算)q=M/( afcbho2)=Z X X200X 3652)=查表得 Y s=A s= M/(f y

26、 T sho)=/(36O 義 3 365)=422mrm 下柱原配受拉鋼筋4(|)22 (A=1520mm,故安全對C截面其彎矩設計值為：M=x X X = m受拉鋼筋截面面積斫M/( af cbho2)=Z 義義 400 X 3652)=查表得 Y s= 2A s= M/(f y T sh0)=/(360 x x 365)=329mm 下柱原配受拉鋼筋4(|)20 (A=1256mm,故安全(4)裂縫寬度驗算對B截面p te=A/=1520/ X400X 200)=MBk= X = ' m20=/=/ x 1520X 365)=mm巾=Cl) ma=山(T sk/E s) X +p

27、te)= XX 200000) X X 25+X 22/ =<故滿足要求對C截面p te=A/=1256/ X 400 X 200)=M Bk= X = ' m9o- sk=M/=/ x 1256X 365)=mm-Cl) ma尸山(T sk/E s) X +|Jte)= X X 200000) X X 25+X 20/故滿足要求綜上所述，既可以采用平吊，也可以采用翻身吊，建議采用翻身吊5.柱的牛腿設計 (1)荷載計算D kmak X 180X(1+=G 4=+x 6=共計(2)截面尺寸驗算h i=250mm, h=500mm, C=350mm® ho=5OO-35=4

28、65mnn2a=750-800=-50mm , f tk=mn Fhk=0, 0 =0B Rk)f tk bhJ+a/h o)= x x 400X465/465) =762kN>Fvk=cK45°,故滿足要求。(3) 配筋計算縱筋截面面積Fv=X+X=513kN32As=50X 513X 10/ X300X 465)=216mm2 < p minbh=x 350 x 500=280mm選用 46 16 (A=402mmi箍筋選用小8100m由2(|)8, Ash=101mm,則在上部2/3ho處實配箍筋截 面面積為 A sh=101/100 X2/3 X402=271mr

29、>1/2As=1/2 X402=201m2n滿足要求a/h0=50/465=<，故不需設置彎起鋼筋。八基礎設計1.荷載按地基規(guī)范規(guī)定，對地基承載力特征值為 160-200kN/m2,單跨廠房的 跨度10 30ml吊車起重量不超過 30-50t的丙級建筑物，設計時可不做 地基變形驗算。當?shù)鼗闯休d力確定基礎底面面積時，應按荷載效應標準值進行計算。這樣，可從表3 中選取以下兩組控制內(nèi)力進行基礎底面計算：M住二m；Nik=;V1k=M2k=m；N?k=;V1k=初步估算基礎底面尺寸為 :A=l- b=X =,W=1/6X x=,取基礎高度為，基礎埋深為，則基礎自重和土重為： ( 取基礎與

30、土的平均自重為20kN/m3)Gk= 丫 m lb H=20X 義義=294kN由基礎梁傳至基礎頂面的外墻重：Gwk= X2.地基承載力驗算型=，取基礎底面以上土的平均自重丫 m=20kN/m,則:a=180+X 20 X(1)按第一組荷載驗算，其基礎底面荷載效應標準值為Mbot, 1 k =Mk+Zk ' h+Gk ' Qw=+ X X 2+2)Nbot.ik =Nk+G+Gvk=+299+378=P1k,max=Not,ik/(I- b) ± l4ot,ik/WP1k,min=X ± =±22m <=x =m2 mp k=1/2 x +=

31、m<f a=m(2)按第二組荷載驗算，其基礎底面荷載效應標準值為Mbot,2k 二 Mk+Mkh+GkewNbot,2k =Mk+G+G/k=+294+378=P2k, max=Not,2k /(I- b) ± M°t,2k /WP2k,min=X ± =±2 2m<=x =m2 m oopk=1/2 x (218+=m<f a=m故滿足要求。3 .基礎抗沖切驗算從表2中取用第一組荷載效應設計值，(其產(chǎn)生的Pmax較大者)進行抗 沖切驗算，M= ' m, Ni=, Vi=其基礎底面的相應荷載效應設計值為：基礎自重(不考慮)外墻傳至基礎頂面重 Gw g Gwk 12 378 453.6 KNM bot,i =M+V , h+G/k , 6w基礎底面凈反力為：Pn,max= Mot,n/(l - b) ± Mot,n /WPn,min=X ± =±2 2m<=x =mm2因最小凈反力為負值，故其底面凈反力應為e