工業(yè)廠房例題

1、單層廠房結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)實(shí)例1. 結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型及柱截面尺寸確定因該廠房跨度在 15-36m 之間，且柱頂標(biāo)高大于 8m，故采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。為了使屋蓋具有較大剛度，選用預(yù)應(yīng)力混凝土折線型屋架及預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板。選用鋼筋混凝土吊車梁及基礎(chǔ)梁。由圖 2-54 可知柱頂標(biāo)高為，牛腿頂面標(biāo)高為6m；設(shè)室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離為，則計(jì)算簡圖中柱的總高度H，下柱高度Hl ，和上柱高度Hu分別為：H10.2m 0.5m 10.7mH l6m 0.5m 6.5mH u10.7m 6.5m 4.2m+12.800+11.750+9.600+7.200+6.000± 0.000-0.150BC圖 2

2、-54 廠房剖面圖根據(jù)柱的高度、 吊車起重量及工作級(jí)別等條件，可確定柱的截面尺寸， 見表 2-22 。表 2-22柱截面尺寸及相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)計(jì)算參數(shù)面積自重截面尺寸 / mm慣性矩 / mm 4kN/m柱號(hào)/ mm 2/上矩 400400柱A， C下I0150柱上72 108矩 400600柱B下I00150柱本設(shè)計(jì)僅取一榀排架進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算單元和計(jì)算簡圖如圖2-55 所示。2111019876543210EA=EA=06000066300001601006006006006006900006A柱006180018001000BCB柱圖 2-55 計(jì)算單元和計(jì)算簡圖2. 荷載計(jì)算1. 恒載屋蓋

3、恒載綠豆砂漿保護(hù)層0.35kN/m 2二氈三油防水層20厚水泥砂漿找平層20 kN/m 30.02m0.40kN/m 2280厚泡沫混凝土保溫層8kN/m 30.08m0.64kN/m 2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（包括灌縫）1.4kN/m 2屋蓋鋼支撐0.05kN/m 2總計(jì)2.84kN/m 2屋架重力荷載為榀，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)的重力荷載設(shè)計(jì)值為：G11.2(2.84kN/m6m18/2m60.5/2kN)220.33kN(2) 吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計(jì)值：G31.2(44.2kN0.8kN/m6m)58.8kN(3) 柱自重重力荷載設(shè)計(jì)值A(chǔ) 、C柱:上柱： G 4AG 4C1.24.0k

4、N/m3.6m17.28kN下柱 :G5AG5C1.24.69kN/m6.5m36.58kNB 柱 :上柱 : G4B1.26.0kN/m3.6m25.92kN下柱 : G5B1.24.94kN/m6.5m38.53kN各項(xiàng)恒載作用位置如圖2-56 所示。圖 2-56荷載作用位置圖（單位： kN）2. 屋面活荷載屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m 2 ，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.4kN/m 2 ，后者小于前者，故僅按前者計(jì)算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計(jì)值為：Q1 1.4 0.5kN/m 26m 18/2m 37.8kNQ1 的作用位置與G1 作用位置相同，如圖2-56 所示。3. 風(fēng)荷載風(fēng) 荷載的標(biāo)w0

5、 0.5kN/m2,z1.0 ,糙度確定如下：柱頂 ( 標(biāo)高 9.6m )檐口 ( 標(biāo)高 11.75m )屋頂 ( 標(biāo)高 12.80m )準(zhǔn)值按w kzzsw0計(jì)算，其中z 根據(jù)廠房各部分標(biāo)高 ( 圖 2-54) 及 B 類地面粗z 1.000z 1.049z 1.078s 如圖 2-57 所示，則由上式可得排架迎風(fēng)面及背風(fēng)面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別為：wkzzs1w01.00.81.00.5kN/m 20.4kN / m 2w 2kzzs2 w 01.00.41.00.5kN/m20 .2 kN / m 2-0.6-0.5-0.4-0.4Fw+0.8-0.4q1q2BCBC圖 2-57風(fēng)荷載體型系

6、數(shù)及計(jì)算簡圖則作用于排架計(jì)算簡圖( 圖 2-57) 上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為:q11.40.4kN/m 26.0m3.36kN/mq21.40.2kN/m 26.0m1.68kN/mFwQ ( s1s2 ) z h1( s3s4 ) z hz z 0 B1.40.80.41.0492.15m - 0.6 0.5 1.0781.05m1.00.5kN/m 26.0m10.89kN4. 吊車荷載由 表 2-16可 得 20/ 5t 吊 車 的 參 數(shù) 為 ： B5.2m ， K 4.0m ，g68.6kN ，Q 200kN ，Pmax174kN , Pmin37.5kN , 根據(jù) B5.2m 及 K 可

7、算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對(duì)應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)值如圖2-58 所示。(1)吊車豎向荷載吊車豎向荷載設(shè)計(jì)值為：DmaxQ Pmaxyi1.4174kN10.80.1330.333551.998kNDminQ Pminyi1.437.5kN10.80.1330.333118.965kN(2) 吊車橫向水平荷載作用于每一個(gè)輪子上的吊車橫向水平制動(dòng)力為：T1 a(Qg)10.1 (200kN68.6kN ) 6.715kN44作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設(shè)計(jì)值為：TmaxQTyi1.46.715kN2.15 21.30kN400012004000FpmaxFpmax FpmaxFpmax=174

8、KN6m6m3331803.300.10圖 2-58吊車荷載作用下支座反力影響線3. 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(jìn)行排架內(nèi)力分析 。 其 中 柱 的 剪 力分 配 系 數(shù)i 計(jì) 算 ， 見 表 2-23 。表 2-23柱剪力分配系數(shù)柱別n I u I lC 03 13 (1 n 1)i1 iH u HH3 C0EI l1 iA、C 柱n 0.109C02.192C 0.2770.356AC 2.406 108/ EAB 柱n 0.281C02.6900.4460.3561.49410 8/EBBG1G1220.33kN ;G 2G3G4 A58.8kN 17.28kN 7

9、6.08kNG3G5 A36.58kN ;G42G12220.33kN440.66kNG6G5 B 38.53kN ;G5G4 B2G325.92kN2 58.8kN143.52kNM 1G1e1220.33kN0.05m11.02kN mM 2(G1G4 A )e0G3e3(220.33kN17.28)0.25m - 58.8kN0.3m41.76kNm由于圖 2-59a 所示排架為對(duì)稱結(jié)構(gòu)且作用對(duì)稱荷載，排架結(jié)構(gòu)無側(cè)移，故各柱可按柱頂為不動(dòng)鉸支座計(jì)算內(nèi)力。柱頂不動(dòng)鉸支座反力Ri 可根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算。對(duì)于 A，C 柱 n0.109 ，0.356 則： RC6.39 ( )31211312C1

10、n2.231C30.9572312311111nnRAM1C1M 2C211.02kNm 2.23141.76kN m 0.9576.39kNHH10.1m本例中 RB0 。求得 Ri 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(jié)構(gòu)的彎矩圖和軸力圖分別見圖 2-59 b 、 c 。圖 2-59d 為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負(fù)號(hào)規(guī)定，下同。11.0211.02220.33440.66220.3311.9829.7829.7811.98237.61466.58237.61296.41584.18296.41+11.766.396.3911

11、.76332.99332.99BCBCMG1G4G1M11G2+M+V+NGGM25M22G3G6G3+M+V+NBC圖 2-59 恒載作用下排架內(nèi)力圖2屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)AB跨作用屋面活荷載排架計(jì)算簡圖如圖2-60 a 所示，其中 Q137.8kN ，它在柱頂及變階處引引起的力矩為：M 1A37.8kN0.05m1.89kN mM 2A37.8kN0.25m9.45kNmM 1B37.8kN0.15m5.67kNm對(duì)于 A柱，C12.231，C3 0.957,則RAM 1AC1M2A C11.89kNm2.2319.45kN m 0.957 1.31kNHH10.1m對(duì)于 B

12、 柱 n0.281 ,0.356，則31211C1n1.78123111nRBM 1BC15.67kNm 1.7811.00kNH10.1RRARB1.31kN1.00kN2.31kN ()將 R反作用于柱頂，計(jì)算相應(yīng)的柱頂剪力，并與相應(yīng)的柱頂不動(dòng)鉸支座反力疊加，可得屋面活荷載作用于 AB 跨時(shí)的柱頂剪力 ， 即VARAA R1.31kN0.277 2.31kN0.67kN ()VBRBB R1.00kN0.4462.31kN0.03kN ()VCC R0.277 2.31kN0.64kN ()排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力如圖2-60b ，c 所示。QM1BQ1.895.671AM148

13、.930.525.782.30M2A4.585.980.646.460.67BCBC37.837.8+37.837.8BC圖 2-60 AB 跨作用屋面活荷載時(shí)排架內(nèi)力圖（ 2） BC跨作用屋面活荷載由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，且BC跨與 AB跨作用荷載相同，故只需將圖2-60 中內(nèi)力圖的位置及方向調(diào)整一下即可，如圖2-61 所示。Q1Q15.671.89M1BM1CM2C2.305.788.930.526.460.645.980.030.674.58BCBC37.837.8+37.837.8BC圖 2-61 BC 跨作用屋面活荷載時(shí)的排架內(nèi)力圖3風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析(1 ）左吹風(fēng)時(shí)計(jì)算簡圖如圖2-62

14、a 所示。對(duì)于 A，C 柱 , n0.109，0.356 得1 1411C11n0.31018 131nRAq1HC11-3.36kN/m 10.1m 0.3110.52kN ( )RCq2 HC 11kN/m10.1m 0.3110.52 kN ()RRA RCFW10.52kN 5.26kN10.89kN26.67kN ( )各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為VARAA R10.52kN0.27726.67kN3.13kN ( )VBB R0.44626.67kN11.89kN ( )VCRCC R5.26 kN0.27726.67kN2.13kN ( )排架內(nèi)力如圖 2-62b 所示Fw10.5042.

15、8018.55q1q 230.8111.8919.10139.76B120.09107.20CCB(a)(b)圖 2-62左吹風(fēng)時(shí)排架內(nèi)力圖(2) 右吹風(fēng)時(shí)計(jì)算簡圖如圖 2-63a 所示。將圖 2-62b 所示 A，C柱內(nèi)力圖對(duì)換且改變內(nèi)力符號(hào)后可得，如圖2-63b 所示。q2Fw18.5542.8010.50q119.1011.8930.81107.20120.09139.76BCBC圖 2-63 右吹風(fēng)時(shí)排架內(nèi)力圖4. 吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析(1) D max 作用于 A 柱計(jì)算簡圖如圖 2-64a 所示。其中吊車豎向荷載 D max ， Dmin 。在牛腿頂面處引起的力矩為：M AD

16、 max e3552.00kN 0.3m 165.6kN mM BD min e3118.97kN0.75m 89.23kN m對(duì)于 A柱， C30.957 ，則RAMA C3165.6kNm 0.95715.69H10.1m對(duì)于 B 柱， n0.281 ，0.356 ，得312C31.17421131nRBM BC389.23kN m10.37H10.1mR RARB15.69kN10.37kN5.32kN ( )排架各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為：VARAA R15.69kN0.2775.32kN14.22kN ( )VBRBB R10.37kN0.446 5.32kN12.74kN ( )VCC R

17、0.277 5.32kN1.47kN( )排架各柱彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖264b,c 所示。QmaxQminMABM114.4145.8643.375.2951.1921.9814.2239.4412.741.4714.85CBBC552118.97+552118.97BC圖 2-64D max 作用在 A柱時(shí)排架內(nèi)力圖(1) D max 作用于 B 柱左計(jì)算簡圖如圖 2-65a 所示 M A , M B 計(jì)算如下：M AD min e3118.97kN0.3m35.69kN mM BD max e3552.00kN0.75m414.00kN m柱頂不動(dòng)鉸支反力RA ， RB 及總反力

18、 R 分別為：RAM AC335.69kN mH0.957 3.38kN10.1mRBM BC3414.00kNm1.174 48.12kNH10.1mRRARB3.38kN 48.12kN 44.74kN( )各柱頂剪力分別為：VARAA R3.38kN0.27744.74kN15.77kN ( )VBRBB R48.12kN0.44644.74kN28.17kN ()VCC R0.277 44.74kN12.39kN ()排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖2-65b ， c 所示QmaxQmin118.97552MABM+118.97552BCBC56.77312.5944.6021

19、.08101.4715.7728.17129.4812.39125.14123.59BC圖 2-65 D max 作用于 B 柱左時(shí)排架內(nèi)力圖（ 3） D max 作用于 B 柱右根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性及吊車噸位相等的條件，內(nèi)力計(jì)算與D max 作用于B 柱左的情況相同，只需將A，C柱內(nèi)力對(duì)換并改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ?hào)，如圖2-66所示。min312.5956.77QmaxQ44.60101.4721.08BCMM125.1412.39129.4828.1715.77123.59BCBC552118.97+552118.97BC圖 2-66 D max 作用于 B 柱右時(shí)排架內(nèi)力圖（ 4） D max

20、作用于 C 柱同理，將作用于 A 柱情況的 A， C柱內(nèi)力對(duì)換，并注意改變符號(hào)，可求得各柱的內(nèi)力，如圖2-67 所示。QminBmax5.2943.3745.86114.41Q51.19MMC1.4712.7414.2221.9814.8539.44BCBC118.97552+118.97552BC圖 2-67 D max 作用在 C柱右時(shí)排架內(nèi)力圖（ 5） Tm ax 作用于 AB跨柱當(dāng) AB跨作用吊車橫向水平荷載時(shí)， 排架計(jì)算簡圖如圖 2-68a 所示，對(duì)于A 柱， n0.109 ，0.356 ，得 a 3.6m1.2m / 3.6m0.667 ，則2a 1223a3anC50.51512

21、 131nRATmax C 521.30kN0.51510.97kN同理，對(duì)于 B 柱， n0.281 ，0.356 ， a0.667, C50.598 ，則：RBTmax C 521.30kN 0.598 12.74kN排架柱頂總反力 R 為：R RARB10.97kN12.74kN23.71kN ()各柱頂剪力為：VARAA R10.97kN 0.27723.71kN4.40kN ( )VB RBB R12.74kN0.44623.71kN2.17kN ()VCC R 0.27723.71kN 6.57kN ()排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖2-68 b 所示。當(dāng) Tm ax 方向相反時(shí)

22、，彎矩圖和剪力只改變符號(hào)，方向不變。TT9.7210.565.2117.7523.65maxmax119.5716.966.366.57142.0919.13BCBC圖 2-68 Tm ax 作用于 AB跨時(shí)排架內(nèi)力圖(6) Tmax 作用于 BC跨柱由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱及吊車噸位相等， 故排架內(nèi)力計(jì)算與 Tm ax 作用 AB跨情況相同，僅需將 A柱與 C 柱的內(nèi)力對(duì)換，如圖 2-69 所示。5.2110.56TmaxTmax23.6517.759.7266.366.57119.5716.9142.0919.13BCBC圖 2-69 Tm ax 作用于 BC跨時(shí)排架內(nèi)力圖5. 內(nèi)力組合以 A 柱內(nèi)力

23、組合為例。表 2-24 為各種荷載作用下 A 柱內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值匯總表，表 2-25 表 2-32 、表 2-33 為 A 柱內(nèi)力組合表，這兩表中的控制截面及正號(hào)內(nèi)力方向如表 2-24 中的例圖所示。對(duì)柱進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)，內(nèi)力采用標(biāo)準(zhǔn)值， 同時(shí)只需對(duì) e0 / h00.55 的柱進(jìn)行驗(yàn)算。為此，表2-33 中亦給出了 M k 和 Nk 的組合值，它們均滿足e0 / h00.55 的條件，對(duì)設(shè)計(jì)來說，這些值均取自 Nmin 及相應(yīng)的 M 和 V 一項(xiàng)。表 2-24A 柱內(nèi)力設(shè)計(jì)值匯總表柱號(hào)及正向內(nèi)荷載類別力序號(hào)IIIIIIIIIIII屋面活載吊車豎向荷載吊車水平荷載風(fēng)荷載恒載作 用作 用Dmax 作

24、用Dmax 作Dmax 作Dmax 作Tm ax 作Tm ax 作在在用在用在用在用在用在左風(fēng)右風(fēng)在 A 柱A B 跨B C 跨B 柱左B 柱右C 柱A B 跨BC跨1234567891011M9.7223.65N000000000M9.7223.65N0552000000M119.5766.36N0552000000V16.96.57彎矩圖注： M 單位 ( kNm ) ， N 單位 kN ， V 單位 kN 。截面IIII IIIII III截面II表 2-25 恒載 +屋面活荷載組M max及組M max及組N m ax及組Nmin 及 相合相應(yīng)的合相應(yīng)的合相應(yīng)的合應(yīng)的M、項(xiàng)N 、 V項(xiàng)

25、N 、 V項(xiàng) M、V項(xiàng) V11121233311132211111322331Vm ax相應(yīng)的 M相應(yīng)的2N3注： M 單位 ( kNm ) ， N 單位 kN ， V 單位 kN 。表 2-26恒載 +吊車荷載組M max 及組M max 及組Nm ax 及組N min 及相應(yīng)合相應(yīng)的合相應(yīng)的合相應(yīng)的合的M 、 V項(xiàng)N 、 V項(xiàng)N 、 V項(xiàng)M 、 V項(xiàng)1111566679999IIIIIIIIII141151467769999141115466869881Vm ax相 應(yīng) 的6相應(yīng)的 MN9注： M 單位 ( kNm ) ， N 單位 kN ， V 單位 kN 。截面I III IIIII

26、III組M max合相應(yīng)項(xiàng) N、V1101101101 Vm ax10表 2-27恒載 +風(fēng)荷載及組M max 及 相組組N min 及相的合合N m ax 及相應(yīng)的M、應(yīng)的N、V合項(xiàng)項(xiàng)應(yīng)的M、VV項(xiàng)111111010111111111111111010相應(yīng)的 M相應(yīng)的 N風(fēng)載）截面II注： M 單位 ( kNm ) ， N 單位 kN ， V 單位 kN 。表 2-28恒載（屋面活荷載吊車荷載M maxM maxN m axN min 及組合組組組及 相 應(yīng)及相應(yīng)的合及 相 應(yīng)相 應(yīng) 的項(xiàng)合合的 N 、N 、 V的 M 、M 、 V項(xiàng)項(xiàng)項(xiàng)VV1,21,51,21,3IIIIIIIIII3,6

27、7,93,69,1099101,31,21，23,44,65，76,99,109 ，11101,31，21,23,44,65，86,88,1011101,2Vm ax相應(yīng)的 M3,69,10注： M 單位 ( kNm ) ， N 單位 kN6,9101,79111,36,910相 應(yīng) 的N， V 單位 kN截面IIIIIIIIIIII截面表 2-29恒載（屋面活荷載吊車荷載）組M max及M max及N m ax及Nmin及合相 應(yīng) 的組 合相 應(yīng) 的組 合組 合項(xiàng)相 應(yīng) 的相 應(yīng) 的N 、 VN 、 V項(xiàng)項(xiàng)M 、V項(xiàng)M 、 V1,211,2133,653,66979991,31,211， 23,44,675， 76,99991,31，2134,61， 23，4685， 86，891，2Vm ax相應(yīng)的 M相應(yīng)的 N3，6注： M 單位 ( kNm )