土木工程論文單層雙跨工業(yè)廠房結構設計

1、北京城市學院畢業(yè)設計（論文）單層雙跨工業(yè)廠房結構設計 學生姓名： 姚志遠 學 號： 08120206106 班 級： 08土木升 專 業(yè)： 土木工程 學 部： 城市建設學部 指導教師： 董曉麗 2010年5月 單層雙跨工業(yè)廠房結構設計Single pair of inter-industrial building design學生： 姚志遠 班級： 08土木升 學號： 08120206104 學部： 城市建設學部 專業(yè)： 土木工程 指導教師： 董曉麗 職稱： 副教授 工作單位： 湖南先導建筑工程 畢業(yè)設計（論文）完成時間： 自 2009 年 11 月 至 2010 年 5 月 【摘 要】單層廠

2、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，有大型起重運輸設備及較大動荷載的廠房，如機械制造工業(yè)、冶金工業(yè)和其他工業(yè)等。單層廠房的骨架結構，由支撐各種豎向的與水平的荷載作用的構件所組成。廠房依靠各種結構構件合理連接為一整體，組成一個完整的結構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構和鋼架結構，通常由橫向排架、縱向聯(lián)系構件、支撐系統(tǒng)構件和圍護結構等幾部分組成。單層磚柱廠房具有選價低廉、構造簡單、施工方便等優(yōu)點，在中小型工業(yè)廠肩中得到廣泛應用，但單層廠房的端墻(山墻)受風面積較大，內部空間要求、廠房屋頂面積、荷載等均較大，構造復雜，如何進行有效的荷載效應組合、選

3、取最不利內力組合，作為柱及基礎的設計依據(jù)，將是本文要重點解決的問題。關鍵詞：內力組合；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 indust

4、ry, metallurgical 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 ensur

5、e the plant's 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 a

6、re cheap, simple 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

7、load effect combination, 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.設計條件與資料 2 1.1建筑物基本

8、條件 2 1.2設計資料 2 1.3設計要求 32.確定柱的截面尺寸 33.荷載計算 44.排架的內力分析 75.排架的內力組合 166.柱的截面設計 167.柱的吊裝驗算 208.基礎的設計 229.繪制施工圖 28參考文獻 32致謝 33 前言單層廠房的結構特點大致可分為砌體結構、混凝土結構和鋼結構。一般情況下，無吊車或吊車噸位不超過5t，其跨度在15m以內，柱頂標高在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構；當?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（如設有10t以上鍛錘的車間以及高溫車間的特殊部位等

9、），一般采用鋼屋架、鋼筋混凝土柱或者是全鋼結構，其他大部分廠房均可采用混凝土結構。單層廠房結構一般由屋蓋結構、排架結構、支撐系統(tǒng)、吊車梁、圍護結構和基礎等組成。它比較容易組織生產(chǎn)工藝流程和車間內部運輸，地面上能夠放置較重的機器設備和產(chǎn)品，所以其在工業(yè)建筑設計中得到廣泛的應用。近年來，單層廠房的設計越來越重視設備節(jié)能,充分利用自然通風,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)學中的共生與再生原則，結合自然，保護環(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

10、評指正。 1.設計條件與資料 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。每跨設有20/5t吊車各兩臺，吊車工作級別為中制，軌頂標高為9.6m，基礎頂面標高為-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設計資料 （1）荷載: 屋面均布活荷載標準值為0.7KN/m。 （2）材料: 柱: 混凝土C30;縱筋HRB335級; 箍筋采用HPB235級。 基礎: 混凝土C30;鋼筋HPB235級。 型鋼及預埋件鐵板用HRB335、HPB235級鋼筋。 （3）建筑構造 屋面: 卷材防水屋面,其做法如下: 兩氈三油防水層上

11、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: 20×0.02=0.4 KN/m。 預應力混凝土大型屋面板(包括灌縫)荷載標準值1.4KN/m。 屋蓋鋼支撐荷載標準值為0.05 KN/m,屋架自重標準值106KN/榀,坡度:1:6。 墻體用240mm厚雙面清水維護磚墻;鋼窗寬度3.6m,縱墻上窗洞高2400mm。 地面:室內素混凝土地面,室內外高差150mm。 （4）吊車: 橋式吊

12、車,軟鉤,中級工作制。吊車梁:先張法預應力混凝土吊車梁,梁高1.2m, 自重。吊車軌道聯(lián)結: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現(xiàn)象。 地層自上而下為 填土層: 厚度約為0.5m。 砂質粘土: 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: 表層中度風化。 地下水位在地面7m以下,設計時不考慮地下水的影響，也不考慮抗震設防。 （6

13、）氣象資料:基本風壓為0.35 KN/m,基本雪壓為0.2 KN/m。 1.3設計要求 （1）確定柱截面尺寸； （2）荷載計算； （3）分析排架內力； （4）柱、牛腿配筋計算；（5）編制荷載、內力計算說明書； （6）根據(jù)計算結果繪制排架柱結構施工圖； （7）柱下基礎的設計及其配筋； （8）繪制柱下基礎施工圖； 2.確定柱的截面尺寸 Q=（1520）t,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）

14、 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: 20×0.02=0.4 （KN/m）預應力大型屋面板 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結構自重為 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 屋面均布活荷載標準值為0.7KN/m。 雪荷載 屋面均布活荷載與雪荷載

15、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: =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。 風荷載 基本風壓:= 0.35KN/m,市郊地面粗糙度按B類考慮,查得風壓高度變化系數(shù): 查得風荷載體型系數(shù),如圖6所示,

16、則作用于排架上的風荷載設計值為: 其中B為排架的計算寬度.風荷載作用的示意圖及排架計算簡圖見圖7(a)、(b)。 作用在柱頂處的風荷載集中力: 4.排架的內力分析 剪力分配系數(shù)的確定 因邊柱和中柱的截面相同,則 因各柱的抗側移剛度相同,則各柱的剪力分配系數(shù)相同 恒載作用下排架的內力 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力 屋面活

17、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AB跨時排架的彎矩、軸力圖見圖11。 其他荷載作用下排架的內力 同理可得其他荷載作用下排架的內力,計算結果列于表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力分析結果荷載柱上力矩/(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

18、)=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()28.7（）12.6()吊車水平荷作用于AB跨向右(向左時與其對稱)=18.6KN(吊車梁取1.2m)11.9()11.9()023.8()4()4()8（）風荷載作用下左來風(右來風時與其對稱)=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柱的內力圖及控制截面內力匯

19、總于表2和表3。 5.排架的內力組合 在各種荷載作用下,對邊柱和中柱進行最不利內力組合.其中未考慮廠房的整體空間的作用.A柱加B 柱的內力組合結果見表4和表5。 表4 A柱的內力組合截面內力+及相應的N、V-及相應的N、V及相應的M、V及相應的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+29.6N840.2572.2903.74

20、20.9-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柱的內力組合截面內力+及相應的N、V-及相應的N、V及相應的M、V及相應的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(+)+

21、+-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,荷載效應的基本組合有兩種.一種由可變荷載效應控制的組合;一種由永久荷載效應控制的組合.單層廠房中排架的內力通常由第一種組合控制。 6.柱的截面設計 選取控制截面的最不利內力 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

22、柱組合后的內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 因柱底的剪力很小 =28.6KN(A柱) 若取剪跨比=3 則遠遠大于柱底的剪力值(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

23、29和圖30。 牛腿的設計 A柱:根據(jù)牛腿的構造要求,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/KN306.7487.9662.913902871028217212(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

24、.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 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

25、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 故箍筋的設置滿足構造要求。 牛腿的=0<0.3,可不設彎起鋼筋.牛腿的配筋如圖23所示。 同理,可設計出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,按荷載效應的標準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

26、牛腿處稍大些,因此只需對B柱進行吊裝時的驗算。 柱吊裝時的承載力驗算 混凝土達到設計強度的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）67.7385.8235.9375.3287102815.6>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）內力的標準值近似值取設計值除1.3的系數(shù)。 根據(jù)構造要求,取柱入基礎的深度,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

27、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:結構重要性系數(shù),取為0.9 所以柱吊裝的承載力滿足要求。 8.基礎的設計 混凝土采用C30;, ,墊層采用C10素混凝土,厚100.A柱基礎的標高見圖25。 A柱: 由基礎梁傳至基礎頂面的荷載計算: 基礎梁b×h=250mm×500mm,圍護墻為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)

28、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 基礎梁自重:0.25×0.5×6×25=18.8KN 合計 A柱基礎頂面最不利內力(設計值): B柱基礎頂面最不利內力(設計值): 基礎的受力圖見圖26。 地基承載力的驗算 A柱基礎底面積的確定 由杯口基礎的構造要求可初步確定基礎的尺寸及埋置深度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) 將基礎底面積擴大1.4倍,1.4A=1.4×7.1=9.9

29、B柱基礎底面積的確定 由杯口基礎的構造要求可初步確定基礎的尺寸及埋置深度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) 將基礎底面積擴大1.4倍,1.4A=1.4×8.85=12.4 地基承載力的驗算 ; 基礎自重和基礎上土重的標準值為 A柱和B柱基礎底面壓力標準值分別見表8和表9。 表8 A柱基礎底面壓力標準值 內力項目385.8-113.16.8375.3508.5827.722-8.8-7.81026.91160.11479.3228.1-304.7-183.7153.4180.9197.579.582.2138116.5131.616

30、7.8 注:1)表中的內力標準值為設計值除1.3的系數(shù)。 2)表中h為基礎高度1.1m。表9 B柱基礎底面壓力標準值 內力項目22622110810691120630-4.43-4.38.21847189814083934.3-65156160123148152109152156116 注:1)表中的內力標準值為設計值除1.3的系數(shù)。 2)表中h為基礎高度1.1m。 從表8和表9可看出 基礎底面積滿足地基承載力的要求。 基礎的受沖切承載力驗算 扣除基礎自重及其上土重后,基礎地面內力設計值在基礎底面產(chǎn)生的凈反力計算見表9。 因柱與基礎交接處杯壁厚300mm小于杯壁高度400mm,說明上階底落在沖切破壞錐體以內,故僅需對變階處進行沖切驗算。.表9 基礎底面凈反力設計值 項目 內力A柱B柱A柱B柱A柱B柱867.6