單層廠房結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、單層廠房結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)一、結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型及柱截面尺寸確定因該廠房跨度在1536m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。如圖1所示，根據(jù)工藝要求，確定柱頂標(biāo)高為9.6m，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0.5m，則計(jì)算簡圖中柱的總高度H，下柱高度Hi，和上柱高度 Hu分別為：H 10.2m 0.5m 10.7mH l 6m 0.5m6.5mH u 10.7m6.5m4.2m+12.800. 11b 丄也、二工! 0.000-0.150r圖1廠房剖面圖根據(jù)柱的高度、

2、吊車起重量及工作級(jí)別等條件，可確定柱的截面尺寸，見表表1柱截面尺寸及相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)計(jì)算參數(shù)柱號(hào)截面尺寸/mm2面積/mm4慣性矩/ mm自重/KN/mA，C柱矩 4004001.6 10521.31084.0柱I4009001001501.875105195.381084.69B上柱矩 400 6002.4105721086.0下柱I4001000100 1501.975105256.341084.94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所示。圖2計(jì)算單元和計(jì)算簡圖二、荷載計(jì)算1.恒載(1 )屋蓋恒載綠豆砂漿保護(hù)層二氈三油防水層20厚水泥砂漿找平層80厚泡沫混凝土保溫層預(yù)應(yīng)力混

3、凝土大型屋面板(包括灌縫)屋蓋鋼支撐總計(jì)20.35kN/m3220kN/m 0.02m0.40kN/m 2328kN/m 0.08m0.64kN/m1.4kN/m0.05kN/m2.84kN/m屋架重力荷載為60.5kN/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:Gi 1.2 (2.84kN/m 6m 18/2m 60.5/2kN) 220.33kN(2)吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計(jì)值：G3 1.2 (44.2kN 0.8kN/m 6m) 58.8kN柱自重重力荷載設(shè)計(jì)值A(chǔ)、C 柱：上柱：G4A G4C 1.2 4.0kN/m3.6m17.28kN下柱：G5AG5C 1.2 4.69kN/m

4、6.5m 36.58kN上柱：G4B 1.2 6.0kN/m 3.6m25.92kN下柱：G5b1.2 4.94kN/m 6.5m 38.53kN各項(xiàng) 恒載作 用位置 如圖3所示。B圖3荷載作用位置圖（單位：kN）2.屋面活荷載2屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為.5kN/m ，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為故僅按前者計(jì)算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計(jì)值為：Q11.4 0.5kN/m2 6m 18/2m37.8kNQi的作用位置與0.4kN/m 2，后者小于前者,3.風(fēng)荷載風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值按2w00.5kN/mGi作用位置相同，如圖3所示。Wk zz sW0計(jì)算，其中1.0z根據(jù)廠房各部分標(biāo)高（圖1）及B類地面粗糙度確定如下：柱

5、頂（標(biāo)高9.6m）z1.000檐口（標(biāo)高11.75m）z1.049屋頂（標(biāo)高12.80m）z1.078s如圖4所示，y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：kz z s1W0O0.81.00.5kN/m 20.4kN/m22kz zs2 W01.00.41.020.5kN/m0.2 kN / mzWw-0.5-.4+0.8-0.4-0.6圖4 風(fēng)荷載體型系數(shù)及計(jì)算簡圖qi 1.4 0.4kN/m26.0m3.36kN/mq2 1.4 0.2kN/m2 6.0m 1.68kN/mF wQ( sis2) zhi ( s3s4) zhz z 0B1.40.8 0.4 1.049 2.15

6、m -0.6 0.5 1.078 1.05m21.0 0.5kN/m6.0m10.89kN4.吊車荷載由表可得20/5t吊車的參數(shù)為：B 5.2 m， K 4.0m， g 68.6kN， Q 200kNPmax 174kN37.5kN?JJ根據(jù)B 5.2m及K可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5所示。(1)吊車豎向荷載吊車豎向荷載設(shè)計(jì)值為：DmaxQPmaxy1.4 174kN10.80.133 0.333551.998kNDminQPminyi1.4 37.5kN10.80.133 0.333118.965kN(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

7、為：11T a(Q g) 0.1 (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：TmaxqTy 1.4 6.715kN 2.15 21.30kN圖5 吊車荷載作用下支座反力影響線3aoo三、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。柱剪力分配系數(shù)柱別n lu /I lHJH3C03/1(1 n 1)3 .H /C。Ell1 ii1iA、C柱n 0.1090.356C02.192ac 2.406 10 8 /Eac 0.277B柱n 0.2810.356C02.690B 1.494 10 8/ E

8、B 0.4461、屋面恒載作用下的內(nèi)力計(jì)算G1G1220.33kN;G2G3G4A58.8kN17.28kN76.08kNG3G5A36.58kN.G42G12220.33kN440.66kNG6G5B 38.53kN .G5G4B2G325.92kN2 58.8kN143.52kNMiGiei 220.33kN 0.05m 11.02kN mM 2 (Gi G4A)eo G3e3(220.33kN17.28)0.25m-58.8kN0.3m41.76kN m由于圖6a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)鉸支座反力對(duì)于C1Ra 罟 c1

9、本例中Rbc 柱 n 0.109，1 2 1 1 n 巧 n %H0。求得0.356 則:2.231 C311.02kN m軸力為該截面以上重力荷載之和,Ri可根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算6.39 (0.957m 0.9576.39kN2.231 41.76kN10.1mRi后，可用平衡條件求出柱各截面的彎矩和剪力。柱各截面的恒載作用下排架結(jié)構(gòu)的彎矩圖和軸力圖分別見圖6b、c。圖6d為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負(fù)號(hào)規(guī)定，下同圖6220.33Q-i237.61-*-296.41ol332.99+M+M恒載作用下排架內(nèi)力圖440.66466.58*-1584.18+V37.8kN，它在柱頂及變階處引引起的力

10、矩為:M 1A37.8kN0.05m1.89kNmM 2A37.8kN0.25m9.45kNmM 1B37.8kN0.15m5.67kNm7a所示,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)算簡圖如圖其中Q1C3 O957,則對(duì)于A柱，C12.231RaM 1AHCi對(duì)于H0.281M2A 1.89kN m 2.231 9.45kN m 0.957C10.356，則10.1m31Rb220.33Q-i237.61-*-1296.41+N+N332.991.31kNM 1B CHRaRb1.7815.67kN m1.00kN10.11.31kN 1.00kN2.31kN

11、()R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0.67kN ()0.03kN ()VaRaaR1.31kN0.2772.31kNVbRbbR1.00kN0.4462.31kNVccR0.277 2.31kN0.64kN (圖7 AB跨作用屋面活荷載時(shí)排架內(nèi)力圖5.67i5.78/Z.B5.980.642.306.46(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7中內(nèi)力圖的位置及方向調(diào)整一下即可, 如圖8所示。圖8 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

12、吹風(fēng)時(shí)計(jì)算簡圖如圖9a所示。對(duì)于a , C柱，n 0.109,0.356得1 1 4 1 1nC110.310318 1 1nRaqCn -3.36kN/m 10.1m 0.3110.52kN ()RCq2HC11kN/m 10.1m 0.3110.52kN ()26.67kN ()R RARC FW10.52kN 5.26kN 10.89kN各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為VARAAR10.52kN0.277 26.67kN3.13kN ()VBBR 0.446 26.67kN 11.89kN ()VcRccR 5.26kN 0.277 26.67kN2.13kN ()排架內(nèi)力如圖9b所示qf 5139.

13、76(a)(b)圖9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10a所示。將圖9b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10b所示二rj-三e圖10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) Dmax作用于A柱計(jì)算簡圖如圖11a所示。其中吊車豎向荷載Dmax，Dmin。在牛腿頂面處引起的力矩為MaD maxe3552.00kN0.3m165.6kNmMbD min e3118.97kN0.75m89.23kNm對(duì)于A柱，C30.957，則RA對(duì)于B 柱,C3Ma小H C3n 0.2812RBBC3165.6kNm0.95710.1m0.356，得1.17410.1m1

14、5.69kN10.37kN15.69vaRAAR15.69kN0.277 5.32kN14.22kN ()vbRBBR10.37kN0.446 5.32kN12.74kN ()VccR0.277 5.32kN1.47kN ()R排架各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為:HRARB5.32kN ()QQmaxjLxMAinMB773114.4121.9851.1914.2245.8639.4443.375.2912.7414.851.47(1) Dmax作用于B柱左計(jì)算簡圖如圖12a所示M a, M b計(jì)算如下：M ADmine3 118.97kN 0.3m35.69kN mMBDmaxe3 552.00kN 0

15、.75m 414.00kN m柱頂不動(dòng)鉸支反力 Ra，RB及總反力R分別為：Ma-35.69kN mRaA C30.9573.38kNH 310.1mMB c414.00kN m /Rb-C31.174 48.12kNH 310.1mRRaRb3.38kN48.12kN44.74kN ()各柱頂剪力分別為:VaRaaR3.38kN0.277 44.74kN15.77kN ()VbRbbR48.12kN0.446 44.74kN28.17kN ()VccR0.277 44.74kN12.39kN ()圖12 Dmax作用于b柱左時(shí)排架內(nèi)力圖(3) Dmax作用于b柱右根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性及吊車噸位相等

16、的條件，內(nèi)力計(jì)算與Dmax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13所示。(4) Dmax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14所示OCT118.97018.977Z 1552552圖14 Dmax作用在c柱右時(shí)排架內(nèi)力圖+（5）Tmax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 對(duì)于 a 柱，n 0.109，0.356，得 a36m3 2 a 1 a 215a所示，1.2m /3.6m0.667，則C5Ra同理,2 3aTmax C 5對(duì)于B柱,0.51521.30kN0

17、.51510.97kNT maxC 5排架柱頂總反力R為:Rb0.281，0.356，a 0.66721.30kN0.59812.74kNC50.598，則:R RA Rb10.97kN 12.74kN23.71kN ()各柱頂剪力為：VaRaaR10.97kN 0.277 23.71kN4.40kN ()Vb RbbR12.74kN0.446 23.71kN2.17kN ()cR0.27723.71kN6.57kN ()排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖15b所示。當(dāng)Tmax方向相反時(shí)，彎矩圖和剪力只改變符號(hào)，方向不變。c-_|maxOTmax9.72*0.5617.7552123.65Z7：

18、7C119.57/n16.9 142.09B66.36719713m6.57圖15 Tmax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Tmax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16所示。圖16 Tmax作用于BC跨時(shí)排架內(nèi)力圖5.內(nèi)力組合以A柱內(nèi)力組合為例。表 3為各種荷載作用下 A柱內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值匯總表，表4表12、表3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3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) eo/ho 0.55的柱進(jìn)行驗(yàn)算。為此，表3 中亦給出了 Mk和Nk的組合值，它

19、們均滿足eo/ho 0.55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 項(xiàng)。屋面活載吊車豎向荷載吊車水平荷載風(fēng)荷載DD1maxmaxDTm ax柱作作nmaxT rnax號(hào)及正荷載類別恒用在用在max作用作作作用作用左右載作用在用在在冋內(nèi)力AB用在在風(fēng)風(fēng)在A柱B 柱B柱BCB跨C跨C柱AB跨左右跨序號(hào)1234567891110I-IM10.2.-51.19-56.7744.6-5.29.7223.651nH111.985230090.5018.55IIN23000000000id37.617.8- 1M-2-82.114.4-21.0844.6-5.29.7223.651-18.

20、hIIII9.78.93301090.50551IIIIN230552118.9700000096.417.8M1-46.21.98-123.5125.-14.119.5766.361-1071.76.58469148539.76.20IIIIIN330552118.9700000032.997.8V/6.0.0.-14.22-15.7712.3-1.416.96.573396764970.8119.10I11*4111彎矩圖f1F/1T|1_1J/11f1f1i11111/1111 t1/11f/1 J注：M單位（kN m）, N單位kN , V單位kN截面組 組合項(xiàng)的M max相應(yīng)N、V組

21、M max合及相應(yīng)的N max組交相應(yīng)的合纟及合合勺 項(xiàng)V-N-1 N min相應(yīng)M 、項(xiàng)N、V項(xiàng)/M、II1O14.811.98114.8114.8II4-3275.411237.6123275.413237.61II I1-27.481-38.711-38.71-29.783296.412334.212334.211296.41IIIII118.2217.18113.64118.223332.992370.7923370.793332.991Vmax相應(yīng)的M相應(yīng)的N237.713.64370.79注：M單位（kN m）, N單位kN , V單位kN表5恒載+1.4吊車荷載截面Mma組及相應(yīng)

22、的x組 合應(yīng)的 項(xiàng)V及相N、組 合應(yīng)的 項(xiàng)VN max及相M、組 合 項(xiàng)N1 - min及相應(yīng)的M、V合項(xiàng)/N、73.40173.401-58.951173.4051 1555I I237.67237.669237.6199237.611911118.71-72.161118.711-55.826II I413514367738.07391.586738.09999296.411611237.0-207.01237.011184.11IIIII46984469656774.5440.066774.58889332.9993916Vmax相應(yīng)的M相 應(yīng)的N923.454184.11332.99注

23、：M單位（kN m）, N單位kN , V單位kN截面組 組合項(xiàng)Mmax相應(yīng)的N、V組 組合項(xiàng)Mmax相應(yīng)的N、V組及項(xiàng)N max相應(yīng)的組及厶合的 項(xiàng)VN 1 N min相應(yīng)M、M、V122.481-6.57122.48122.48I I11111 10237.611237.610237.610237.611-19.281-48.331-48.331-48.3II I111130296.411296.411296.411296.411151.521-95.441151.521151.5IIIII011112332.991332.990332.990332.991Vmax相應(yīng)的M相應(yīng)的N0137

24、.2151.52332.99注：M單位（kN m）, N單位kN , V單位kN表7 1.2恒載+ 0.9 1.4（屋面活荷載+吊車荷載+風(fēng)載）MmaxMmaxnax及組及纟1及相組及組相截面合相應(yīng)的合應(yīng)的合相應(yīng)的合應(yīng)的頁N項(xiàng)N、項(xiàng)M項(xiàng)M、VV、V、V79.-68.5179.178,2251,5155,23251,3.783I It7,66,6271,9237.9271,923().63C6101.6317.61,100II II,3384115.，2155-92.6,21.347107,71-69.9164r5j39,6,4()693,7416.6727129,10.85c08,9.8716

25、.41,1110346-285.13421291,2,3I，.136,28023 .104,38.473III II5j,46,6730,8463.6764,93311,8,10.4313761 .4512.9900ivmar相應(yīng)的M相應(yīng)的N,2t1,6(）50.656294.351367.01,10注：M單位（kN m） N單位kN , V單位kNMmaxNmaxN1 N min,及Mmax及及組組組組截人相應(yīng)及相應(yīng)相應(yīng)合，合，合，合面古的相應(yīng)的的的項(xiàng)N、項(xiàng)N、V項(xiàng)M、項(xiàng)M、VVV169.801169.8069.39-51.8601,215,21333I I336,6271.67,6271.

26、6237.99237.6193361”105.91197.89-53.2175.960,2,334，237121II II45,47,6693.8，7426.086727.89296.9 598,97411220.3-189.321216.2172.11，21,3522233O689IIIII64730.45 J5463.37，4764.436332.693 3，86，859921Vmax相應(yīng)的M相應(yīng)的N?厶322.927168.567367.01,6注：M單位（kN m）, N單位kN , V單位kN表9 1.2恒載+ 0.9 1.4（屋面活荷載+風(fēng)載）截面組合項(xiàng)-應(yīng)的V及相N、x纟合項(xiàng)11

27、應(yīng)的V及相N、IX纟合項(xiàng)1N max及相M、組 合 項(xiàng)的V-N- 1 N min及相應(yīng)M 、5應(yīng)的V123.96-4.71111Z-23.96823.528523I I31V311271.61237.610310271.630237.611-18.21-54.51-54.511-46.475II II36212/2211296.41330.4101131330.431296.41IIIII013158143.311/2142-88.80*23*139.2361310143.3589332.91367.0367.01332.991Vmax相應(yīng)的M相應(yīng)的N,2335.298139.236367.0

28、1,10注：M單位（kN m）, N單位kN , V單位kN表101.2恒載+ 0.91.4 （吊車荷載+風(fēng)載）MnaxmaxNmIXN min截組及纟1及組及相組及面合相應(yīng)的合相應(yīng)的合應(yīng)的合相應(yīng)的項(xiàng)N、項(xiàng)N、項(xiàng)M、項(xiàng)MVVV、V76.7*-68.76.7176.113,55551137136，6-6I I99,109237.,9237.01237.123611*616107.61113.*-84.1113.-6911，4314,5618,43147.916II I，96693.,97382.,96693.929110851068018516.411340.-281340.29,4322*1.

29、680,432212.659III6，5656II,81730.8429.,8730.933043，1135601435102.99，61Vmax相應(yīng)的M相應(yīng)的N9,1049.477292.659332.99注：M單位（kN m）, N單位kN , V單位kN表111.35恒載+0.71.4 屋面活荷載+0.71.4吊車豎向荷載MMnaxNmaxmnIVI max組卡拉組及纟1及纟a及截及相合合相應(yīng)的合1相應(yīng)的合爭相應(yīng)的面應(yīng)的項(xiàng)N、V項(xiàng)N、項(xiàng)M項(xiàng)頁MV、V、V1-22.143.543.143.550I I,21 288,2501861 13293.775267.3293.3267,661311,6771.311454.5133.9-36.157.1531III,3,221