單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(論文)

1、 .wd.北京城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文單層雙跨工業(yè)廠房構(gòu)造設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 08120206106 班 級： 08土木升 專 業(yè)： 土木工程 學(xué) 部： 城市建立學(xué)部 指導(dǎo)教師：2010年5月 單層雙跨工業(yè)廠房構(gòu)造設(shè)計(jì)Single pair of inter-industrial building design學(xué)生： 班級： 08土木升 學(xué)號： 08120206104 學(xué)部： 城市建立學(xué)部 專業(yè)： 土木工程 指導(dǎo)教師：職稱： 副教授 工作單位： 湖南先導(dǎo)建筑工程 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文完成時(shí)間： 自 2009 年 11 月 至 2010 年 5 月 【摘 要】單層廠房指層數(shù)僅為一層的工業(yè)廠房，適用于

2、生產(chǎn)工藝流程以水平運(yùn)輸為主，有大型起重運(yùn)輸設(shè)備及較大動(dòng)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。單層廠房的骨架構(gòu)造，由支撐各種豎向的與水平的荷載作用的構(gòu)件所組成。廠房依靠各種構(gòu)造構(gòu)件合理連接為一整體，組成一個(gè)完整的構(gòu)造空間以保證廠房的鞏固、耐久。我國廣泛采用鋼筋混凝土排架構(gòu)造和鋼架構(gòu)造，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)構(gòu)造等幾局部組成。單層磚柱廠房具有選價(jià)低廉、構(gòu)造簡單、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，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)展有效的荷載效應(yīng)組合、選取最不利內(nèi)力組合，作為柱及根底的設(shè)

3、計(jì)依據(jù)，將是本文要重點(diǎn)解決的問題。關(guān)鍵詞：內(nèi)力組合；偏心受壓；鋼筋；混凝土【Abstract】Single plant means the layer is only a layer of industrial plant, applied to the production process to the level of transport-based, large material handling equipment and large dynamic load plants, such as machinery manufacturing industry, metallurgical

4、 industry and other industries . Single plant of the skeleton structure, the support of various vertical and horizontal loads consisting of components. Plants rely on a variety of structural components as a whole a reasonable connection to form a complete structure of space to ensure the plant's

5、 strong, durable. China's extensive use of reinforced concrete and steel structure, bent structure, usually bent from the horizontal, vertical linkages component, support systems and building envelope components such as a few parts. Single brick column with the selected plants are cheap, simple

6、structure, convenient for construction, the shoulder in the small and medium industrial plants has been widely used, but the single plant of the side wall (gable) larger by the wind, internal space requirements, plant roof area, load large and complex structures, how to effectively load effect combi

7、nation, select the most unfavorable combination of internal forces, as the pillar and foundation of the design basis, will be the focus of this paper to solve the problem.Keywords：Combination of internal forces; Concrete; Eccentric compression; Reinforced 目錄前言 11.設(shè)計(jì)條件與資料 2 1.1建筑物根本條件 2 1.2設(shè)計(jì)資料 21.3設(shè)

8、計(jì)要求 32.確定柱的截面尺寸 33.荷載計(jì)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(jì) 167.柱的吊裝驗(yàn)算 208.根底的設(shè)計(jì) 229.繪制施工圖 28參考文獻(xiàn) 33致謝 34前言單層廠房的構(gòu)造特點(diǎn)大致可分為砌體構(gòu)造、混凝土構(gòu)造和鋼構(gòu)造。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構(gòu)造；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構(gòu)

9、造，其他大局部廠房均可采用混凝土構(gòu)造。單層廠房構(gòu)造一般由屋蓋構(gòu)造、排架構(gòu)造、支撐系統(tǒng)、吊車梁、圍護(hù)構(gòu)造和根底等組成。它比擬容易組織生產(chǎn)工藝流程和車間內(nèi)部運(yùn)輸，地面上能夠放置較重的機(jī)器設(shè)備和產(chǎn)品，所以其在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。近年來，單層廠房的設(shè)計(jì)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,開展節(jié)能省地型工業(yè)廠房；運(yùn)用生態(tài)學(xué)中的共生與再生原那么，結(jié)合自然，保護(hù)環(huán)境，防止污染，開展具有良好生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)的現(xiàn)代工業(yè)廠房；利用高科技材料，開展更具靈活性、通用性和多樣化的工業(yè)廠房。由于水平所限，時(shí)間倉促，文中一定存在缺點(diǎn)和缺乏，甚至錯(cuò)誤，懇請教師批評指正。 1.設(shè)計(jì)條件與資料 1.1建筑物

10、根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，根底頂面標(biāo)高為-0.8m，廠房無天窗，建筑剖面簡圖如圖1所示。圖1 廠房剖面示意圖 1.2設(shè)計(jì)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。根底: 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

11、×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: 20×0.02=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

12、。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=4400mm。 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(jì)時(shí)不考慮地下水的影響，也不考慮抗震設(shè)防。 6氣象資料:根本風(fēng)壓為0.35 KN/m,根本雪壓為0.2 KN/m。1.3設(shè)計(jì)要求 1確

13、定柱截面尺寸； 2荷載計(jì)算； 3分析排架內(nèi)力； 4柱、牛腿配筋計(jì)算；5編制荷載、內(nèi)力計(jì)算說明書； 6根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制排架柱構(gòu)造施工圖； 7柱下根底的設(shè)計(jì)及其配筋； 8繪制柱下根底施工圖；2.確定柱的截面尺寸 Q=1520t,中級工作制，=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(jì)算簡圖見圖3。3.荷載計(jì)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

14、KN/m一氈兩油隔氣層: 0.05 KN/m 20mm厚水泥砂漿找平層: 20×0.02=0.4 KN/m預(yù)應(yīng)力大型屋面板 1.4 KN/m合計(jì) 3.1 KN/m屋架自重: 106 KN/榀那么作用于屋頂?shù)奈萆w構(gòu)造自重為 上式中的系數(shù)1.05為考慮柱牛腿處及柱根部矩形局部的重量。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(shí)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

15、；小車重:g=75KN； 最大輪壓: =215KN；最小輪壓: =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(diǎn)。吊車的橫向水平荷載 由于額定起重量在1650t之間,取=10%,那么 其作用位置在吊車梁的頂面處。風(fēng)荷載 根本風(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,那么作用于排架上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為: 其中B為排架的計(jì)算寬度.風(fēng)荷載作用的示意圖及排架計(jì)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)確實(shí)

16、定 因邊柱和中柱的截面一樣,那么 因各柱的抗側(cè)移剛度一樣,那么各柱的剪力分配系數(shù)一樣恒載作用下排架的內(nèi)力 恒載作用下排架的計(jì)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(dòng)鉸支承的支反力為 A列柱:C列柱:柱頂不動(dòng)鉸支反力同A柱,方向相反 B列柱: 那么排架柱柱頂不動(dòng)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(shí)的計(jì)算簡圖(作用于BC跨時(shí)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(dòng)鉸支承的支反力為 A列柱: B柱列: 排架柱頂不動(dòng)鉸支座

17、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AB跨時(shí)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(jì)算結(jié)果列于表1。 其余荷載作用下的計(jì)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(dòng)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()8.705.6()14.6()12.71.9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()

18、41.4037.916.1()28.712.6()吊車水平荷作用于AB跨向右(向左時(shí)與其對稱)=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(shí)與其對稱)=10.9KN=2.3KN/m=1.25KN/m15()05.8()31.7()4.4()10.64.5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。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)展最不利內(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、

19、V及相應(yīng)的M、V及相應(yīng)的M、V組合項(xiàng)數(shù)值組合項(xiàng)數(shù)值組合項(xiàng)數(shù)值組合項(xiàng)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-及

20、相應(yīng)的N、V及相應(yīng)的M、V及相應(yīng)的M、V組合項(xiàng)數(shù)值組合項(xiàng)數(shù)值組合項(xiàng)數(shù)值組合項(xiàng)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表中

21、0.8為參與組合的吊車豎向荷載為4臺時(shí)的荷載折減系數(shù)。 根據(jù)?荷載標(biāo)準(zhǔn)?,荷載效應(yīng)的根本組合有兩種.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(jì)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(shí)的軸壓力為: A、B柱: 上柱: 下柱:(取=40mm)經(jīng)比擬,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(shí),N越小越不利;N相差不大時(shí)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(jì)算(表6)箍筋的配置 因柱底的剪力很小=28.

22、6KN(A柱) 假設(shè)取剪跨比=3 那么遠(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(yàn)算 取配筋中的較小值驗(yàn)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(jì) 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(jì)算表 柱截面工程A柱B柱-M/(KN·m)88501.5143.9294.6N/KN306.7487.96

23、62.913902871028217212(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>>1357 3)1768

24、3)2262 3)0 2)實(shí)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) ,那么. 2) 3)4)矩形截面: , 5)形截面: ,牛腿截面尺寸的驗(yàn)算 牛腿的截面尺寸滿足要求。牛腿頂面局部受壓驗(yàn)算 取吊車梁的墊板尺寸為500mm×250mm,那么 牛腿頂面的局壓滿足要求。牛腿縱向受拉鋼筋的計(jì)算 因?yàn)?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 故箍筋的設(shè)置滿足構(gòu)造要求。 牛

25、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(jì)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(yàn)算由?混凝土標(biāo)準(zhǔn)?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(jì)算的最大裂縫寬度。只有A柱的I-I,-截面處,需進(jìn)展裂縫寬度的驗(yàn)算,見表7。 7.柱的吊裝驗(yàn)算 A、B柱的截面尺寸一樣,B柱的荷載在牛腿處稍大些,因此只需對B柱進(jìn)展吊裝時(shí)的驗(yàn)算。柱吊裝時(shí)的承載力驗(yàn)算 混凝土到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%時(shí)方可吊裝。表7 A柱裂縫寬度的驗(yàn)算工程 截面 I-I上柱 -下柱67.7385.8235.9375.3287102815.6>1410.

26、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(jì)值除1.3的系數(shù)。根據(jù)構(gòu)造要求,取柱入根底的深度,所以柱吊裝驗(yàn)算時(shí)的計(jì)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(dòng)力系數(shù)。 由得的最大位置 式中:構(gòu)造重要性系數(shù),取為0.9 所以柱吊裝的承載力滿足要求。 8.根底的設(shè)計(jì) 混凝土采用C30;, ,墊層采用C10素混凝土,厚100.A柱根底的標(biāo)高見圖25。 A柱: 由根底梁傳至根

27、底頂面的荷載計(jì)算: 根底梁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 根底梁自重:0.25×0.5×6×25=18.8KN 合計(jì) A柱根底頂面最

28、不利內(nèi)力(設(shè)計(jì)值): B柱根底頂面最不利內(nèi)力(設(shè)計(jì)值): 根底的受力圖見圖26。地基承載力的驗(yàn)算A柱根底底面積確實(shí)定 由杯口根底的構(gòu)造要求可初步確定根底的尺寸及埋置深度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) 將根底底面積擴(kuò)大1.4倍,1.4A=1.4×7.1=9.9B柱根底底面積確實(shí)定 由杯口根底的構(gòu)造要求可初步確定根底的尺寸及埋置深度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) 將根底底面積擴(kuò)大1.4倍,1.4A=1.4×8.85=12.4地基承載力的驗(yàn)算; 根底自重和根底上土重的標(biāo)

29、準(zhǔn)值為 A柱和B柱根底底面壓力標(biāo)準(zhǔn)值分別見表8和表9。表8 A柱根底底面壓力標(biāo)準(zhǔn)值 內(nèi)力工程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(jì)值除1.3的系數(shù)。 2)表中h為根底高度1.1m。表9 B柱根底底面壓力標(biāo)準(zhǔn)值 內(nèi)力工程22622110810691120630-4.43-4.38.21847189814083934.3-65156160123148152109152156116 注:1)表中的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值為設(shè)計(jì)值除1.3的系數(shù)。 2)表中h為根底高度1.1m。 從表8和表9可看出 根底底面積滿足地基承載力的要求。根底的受沖切承載力驗(yàn)算 扣除根底自重及其上土重后,根底地面內(nèi)力設(shè)計(jì)值在根底底面產(chǎn)生的凈反力計(jì)算見表9。 因柱與根底交接處杯壁厚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)展沖切驗(yàn)算。.表9 根底底面凈反力設(shè)計(jì)值 工程 內(nèi)力A柱B柱A柱B柱A柱B柱867.6177010