單層廠房結構

混凝土結構課程設計計算書③柱自重重力荷載設計值A，C柱×4kN/m×3.6m=17.82kN（上柱）×4.69kN/m×8.6m=48.40kN（下柱）B柱×6kN/m×3.6m=25.92kN（上柱）×4.94kN/m×8.6m=50.98kN（下柱）各項恒載作用位置如圖6所示。圖6荷載作用位置圖（單位：kN）5.2屋面活荷載屋面活荷載標準值為0.5kN/，雪荷載標準值為0.5kN/，后者等于前者，故僅按前者計算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設計值為×0.5×6m×18m/2=37.80kNQ1的作用位置與作用的位置相同，如圖6所示。5.3風荷載風荷載標準值按下式計算，其中ω0=0.4kN/m2，，根據(jù)廠房各部分標高（圖4）及B類地面粗糙度確定如下：柱頂（標高11.70m）=1.048檐口（標高13.00m）=1.084屋頂（標高10.00m）=1.112如圖7所示，可得排架迎風面及背風面的風荷載標準值分別為ω1k=βzμzμs1ω0=1.0×0.8×1.048×0.4kN/m2=0.335kN/m2ω1k=βzμzμs1ω0=1.0×0.8×1.048×0.4kN/m2=0.335kN/m2圖7風荷載體型系數(shù)及排架計算簡圖則作用于排架計算簡圖（圖7）上的風荷載設計值為：q1=1.4×0.335kN/m2×6m=2.81kN/m2q2=1.4×0.168kN/m2×6m=1.41kN/m2Fw=γQ[(μs1+μs1)μzh1+(μs3+μs4)μzh2]βzω0B=1.4×[(0.8+0.4)×1.129×2.3+(-0.6+0.5)×1.17×1.0]×1.00.4kN/m2×6.0m=9.68kN圖8吊車荷載作用下支座反力影響線5.4吊車荷載由給定吊車150/30t，可知吊車參數(shù)為：對于AB跨：B=5.65m,K=4.40m,g=53.0kN,Q=150kN,Fp,max=165kN,Fp,min=34kN根據(jù)及，可算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對應點的豎向坐標值，如圖8所示。①吊車豎向荷載吊車豎向荷載設計值：Dmax=γQFp,maxΣyi=1.4×165kN×(1+0.792+0.267+0.058)=489.03kNDmin=γQFp,minΣyi=1.4×34kN×(1+0.792+0.267+0.058)=100.77kN②吊車橫向水平荷載：作用于每個輪子上的吊車橫向水平制動力為：T=1/4α(Q+g)=1/4×0.1×(150kN+53kN)=5.075kN作用于排架柱上吊車橫向水平荷載設計值為：Tmax=γQTΣyi=1.4×5.075kN×2.117=15.04kN6.排架內力分析該廠房為單跨等高排架，可用剪力分配法進行排架內力分析。其中柱的剪力分配系數(shù)按下式計算：式中：——第i根排架的抗側移剛度。其結果見表3。表3柱剪力分配系數(shù)柱別A，C柱n=0.109λ=0.295C0=2.480δA=δC=0.206×10-10H3/EηA=ηC=0.287B柱n=0.281λ=0.295C0=2.815δA=0.139×10-10H3/EηB=0.4266.1恒載作用下排架內力分析恒載作用下排架的計算簡圖如圖9(a)所示。；;；如圖9所示，排架為對稱結構且作用對稱荷載，排架結構無側移，故各柱可按柱頂為不動鉸支座計算內力。柱頂不動鉸支座反力計算如下：對于A，C柱，，則： ，求得后，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，恒載作用下排架結構的彎矩圖和軸力圖分別見圖9（b）、（c）。圖9（d）為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負號規(guī)定。圖9恒載作用下排架的內力計算簡圖及內力圖6.2屋面活荷載作用下排架內力分析（1）AB跨作用屋面活荷載排架計算簡圖如圖10（a）所示其中，它在柱頂及變階處引起的力矩為：對于A柱，則對于B柱，，，則排架柱頂不動鉸支座總反力為：將R反向作用于排架柱頂，用下式計算相應的柱頂剪力，并于柱頂不動鉸支座反力疊加，可得屋面活荷載作用于AB跨時的柱頂剪力，即：排架結構的彎矩圖和軸力圖分別見圖10（b）、（c）。圖10AB跨作用屋面活荷載時排架的計算簡圖及內力圖（2）BC跨作用屋面活荷載由于結構對稱，且BC跨與AB跨作用荷載相同，故只需將圖10中各內力圖的位置及方向調整一下即可，如圖11所示。圖11BC跨作用屋面活荷載時排架的計算簡圖及內力圖6.3風荷載作用下排架內力分析（1）左吹風時排架計算簡圖如圖12（a）所示對于A，C柱，已知，則：各柱頂剪力分別為：排架彎矩圖如圖12（b）所示：圖12左吹風時排架的計算簡圖及內力圖（）(2)右吹風時計算簡圖如圖13（a）所示。將圖12所示A，C柱內力圖對換且改變內力符號后可得，如圖13（b）所示。圖13右吹風時排架的計算簡圖及內力圖（）6.4吊車荷載作用下排架內力分析（1）作用于A柱計算簡圖如圖14（a）所示其中，吊車豎向荷載，在牛腿頂面處引起的力矩為：對于A柱，，則：對于B柱，，則：排架各柱剪力為：排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖14（b）、（c）所示：圖14作用在A柱時排架計算簡圖及內力圖（2）作用于B柱左計算簡圖如圖15所示其中，吊車豎向荷載，在牛腿頂面處引起，為：柱頂不動鉸支反力，及總反力分別為：排架各柱頂剪力為：排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖15（b）、（c）所示。圖15作用在B柱左時排架計算簡圖及內力圖（3）作用于B柱右根據(jù)結構對稱性及吊車噸位相等的條件，內力計算與“作用于B柱左”的情況相同，只需將A，C柱內力對換并改變全部彎矩及剪力符號，如圖16所示圖16作用在B柱右時排架計算簡圖及內力圖（4）作用于C柱同理，將“作用于A柱”的情況的A，C柱內力對換，并注意改變符號，可求得各柱的內力，如圖17所示圖17作用在C柱時排架計算簡圖及內力圖（5）作用于AB跨柱計算簡圖如圖18（a）所示對于A柱，，，查表得，則同理，對于B柱，，，查表得，則排架柱頂總反力為：各柱頂剪力為：排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖18（b）所示。圖18作用在AB跨時排架計算簡圖及內力圖（6）作用于BC跨柱由于結構對稱性及吊車噸位相等，故排架內力計算與“作用于AB跨柱”的情況相同，只需將A，C柱內力對換，如圖19（b）所示。圖19作用在BC跨時排架計算簡圖及內力圖7.內力組合由于排架單元為對稱結構，可僅考慮A柱截面，荷載內力匯總表見表4，內力組合見表5，這些表中的控制截面及正號內力方向如表4中的例圖所示。對主進行裂縫寬度驗算時，內力采用準永久值，同時只需要對的柱進行驗算。表4A柱內力設計值匯總表荷載類別恒載屋面活載吊車豎向荷載吊車水平荷載風荷載作用在AB跨作用在BC跨Dmax作用在A柱Dmax作用在B柱左Dmax作用在B柱右Dmax作用在C柱Tmax作用在AB跨Tmax作用在BC跨左風右風序號①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩?Ⅰ－ⅠM10.740.382.09－43.16－47.0937.08－5.83±1.30±22.615.10-16.26N257.9837.8000000000Ⅱ－ⅡM-37.84-9.072.34103.55－16.3637.08－5.83±1.30±22.615.10-16.26N311.1437.80489.03100.77000000Ⅲ－ⅢM16.51-3.657.08-0.43－129.35125.42－19.76±90.76±76.62164.71-129.09N359.9837.80489.03100.77000000V6.820.630.58－11.99－13.0810.28－1.62±10.39±6.2630.64-19.18注：M（單位為kN·m），N（單位為kN），V（單位為kN）表5A柱內力組合表截面＋Mmax及相應N，V－Mmax及相應N，VNmax及相應M，VNmin及相應M，VMq，NqⅠ－ⅠM①＋0.9×⑥+(②+③)×0.7+0.9×0.7×⑨＋⑩×0.663.16/1.2＋0.8×⑤+0.8×0.7×⑦+0.7×0.9×eq\o\ac(○,9)+?×0.6-55.991.35①/1.2＋(②+③)×0.7+0.9×0.7×⑥+0.6×eq\o\ac(○,10)54.47/1.2+0.9×⑥+③×0.7+0.9×0.7×⑨+⑩×0.661.10Mq=31.97Nq=214.98N284.44214.98316.69214.98Ⅱ－ⅡMeq\o\ac(○,1)/1.2+0.8×eq\o\ac(○,4)+0.7×eq\o\ac(○,3)+0.7×0.8×eq\o\ac(○,6)+0.7×0.9×eq\o\ac(○,9)+0.6×eq\o\ac(○,10)90.841.35eq\o\ac(○,1)/1.2+0.9×eq\o\ac(○,9)+0.7×eq\o\ac(○,2)+0.7×0.8×（eq\o\ac(○,5)+eq\o\ac(○,7)）+0.6×eq\o\ac(○,10)-91.73eq\o\ac(○,1)+0.9×eq\o\ac(○,4)+0.7×(eq\o\ac(○,2)+eq\o\ac(○,3))+0.7×0.9×eq\o\ac(○,8)+0.6×eq\o\ac(○,10)54.35eq\o\ac(○,1)/1.2+0.9×eq\o\ac(○,9)+0.7×0.9×eq\o\ac(○,7)+0.6×eq\o\ac(○,10)-65.31N259.28432.92773.53259.28Ⅲ－ⅢMeq\o\ac(○,1)+eq\o\ac(○,10)+eq\o\ac(○,3)×0.7+0.7×0.8×（eq\o\ac(○,4)+eq\o\ac(○,6)）+0.7×0.9×eq\o\ac(○,8)313.83eq\o\ac(○,1)/1.2+?+0.7×eq\o\ac(○,2)+0.7×0.9×eq\o\ac(○,5)+0.7×0.9×eq\o\ac(○,8)-256.56+0.9×eq\o\ac(○,4)+0.7×eq\o\ac(○,2)+0.7×0.9×eq\o\ac(○,8)+0.6×eq\o\ac(○,10)170.35eq\o\ac(○,1)/1.2+eq\o\ac(○,10)+0.7×eq\o\ac(○,3)+0.7×0.9×eq\o\ac(○,6)+0.9×0.7×⑨310.71Mq=91.69Nq=299.98N633.84389.93826.57299.98V43.41-27.8418.7947.15MK226.13-179.32123.64225.87NK495.60364.23633.26299.98VK30.81-18.2614.2435.30注：M（單位為kN·m），N（單位為kN），V（單位為kN）8.柱截面設計A柱，混凝土強度等級為C30，14.3N/，N/；縱向鋼筋采用HRB335級鋼筋，，。上、下柱均采用對稱配筋。8.1選取控制截面最不利內力A柱：取。則大偏心；兩組大偏心受壓和小偏心受壓界限破壞時對應的軸向力為：由表5可見，上柱I-I柱底截面共有4組不利內力，4組內力均滿足，故均為大偏心受壓。對這4組內力，按照“彎矩相差不多時，軸力越小越不利；軸力相差不多時，彎矩越大越不利”的原則，可確定上柱的最不利內力為對下柱，截面的有效高度取，則大偏心受壓與小偏心受壓界限破壞是對應的軸向壓力為：對下柱，截面Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面有8組不利內力，均滿足，對這8組內力采用和上柱I-I截面相同的分析方法，可得下柱的最不利內力為：Ⅱ-Ⅱ截面：Ⅲ-Ⅲ截面：8.2上柱配筋計算上柱最不利內力為：由附表查得有吊車廠房排架方向上柱的計算長度。附加偏心距取20mm（大于400mm/30=13.3mm）。由，故應考慮偏心距增大系數(shù)。，取。 M=故取進行計算：選318（），則，滿足要求。由得垂直于排架方向的計算長度，則滿足彎矩作用平面外的承載力要求。8.3下柱配筋計算由分析結果可知，與上柱分析方法類似，選取下列兩組不利內力：（1）按計算查表得，截面尺寸：附加偏心距，取。先假定中和軸位于翼緣內，則且，為大偏心受壓構件受壓區(qū)在受壓翼緣內，則：（2）按計算，取。先假定中和軸位于翼緣內，則且，為大偏心受壓構件受壓區(qū)在受壓翼緣內，則：選418（）（3）驗算垂直于彎矩作用平面的受壓承載力（滿足要求）8.4柱的裂縫寬度驗算《規(guī)范》規(guī)定，對的柱應進行裂縫寬度驗算。本例對各控制截面荷載按準永久組合計算時，上柱及下柱的偏心距都有，故不需要進行裂縫寬度驗算。8.5柱的箍筋配置非地震區(qū)的單層廠房柱，其箍筋數(shù)量一般由構造要求控制。根據(jù)構造要求，上、下柱均選用箍筋。8.6牛腿設計根據(jù)吊車梁支承位置、截面尺寸及構造要求，初步擬定牛腿尺寸，如圖20所示。其中牛腿截面寬度，牛腿截面高度，。圖20牛腿尺寸簡圖（1）牛腿截面高度驗算已知，，（牛腿頂面無水平荷載），，取，故牛腿截面高度滿足要求。（2）牛腿配筋計算由于，因而牛腿可按構造要求配筋。根據(jù)構造要求，。實際選用414（）。水平箍筋選用。8.7柱的吊裝驗算（1）內力計算采用翻身起吊，吊點設在牛腿下部，混凝土達到設計強度后起吊。由附表查得柱插入杯口深度為，取，則柱吊裝時的總長度為，計算簡圖如圖21所示。圖21柱吊裝計算簡圖柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載（吊裝時，應考慮動力系數(shù)=1.5，柱自重的重力荷載分項系數(shù)取1.2），即：在上述荷載作用下，各柱控制截面的彎矩為：由得：令，得，則下柱段最大彎矩為：（2）承載力和裂縫寬度驗算柱截面受彎承載力及裂縫寬度驗算過程見表7表7柱吊裝階段承載力及裂縫寬度驗算表柱截面上柱下柱46.66（38.88）65.45（54.54）50.68>0.9×46.66=41.99247>0.9×65.45=58.91208.7772.030.00754<0.1取0.10.01130.46-0.37<0.2取0.230301.91.90.14＜0.2（滿足要求）0.07＜0.2（滿足要求）9.基礎設計因為修正后的地基承載力特征值為，在單層排架結構，柱距為6m，吊車起重量為500-1000KN，廠房跨度為，設計等級為丙級時，要進行地基變形驗算，但該單層排架的吊車起重量為150kN，不在500-1000kN之間，故不作變形驗算。則基礎混凝土強度等級采用C20，下設100mm厚C10混凝土墊層。9.1作用于基礎頂面上的荷載計算作用于基礎頂面上的荷載包括柱底（Ⅲ—Ⅲ截面）傳給基礎的M，N，V以及外墻自重重力荷載。前者由表5中的Ⅲ—Ⅲ截面選取，見表8，其中內力標準組合值用于地基承載力驗算，基本組合值用于受沖切承載力驗算和地板配筋計算，內力的正號規(guī)定見圖22（b）。表8基礎設計的不利內力組別荷載效應基本組合荷載效應標準組合第1組313.83633.8443.41226.13495.6030.81第2組-256.56389.93-27.84-179.32364.23-18.26第3組170.35826.5718.79123.64633.26-14.24由圖22(a)可見，每個基礎承受的外墻總寬度為，總高度為，墻體為厚雙面清水磚墻厚（）。鋼框玻璃窗（）基礎梁重量為16.7KN/根。每個基礎承受的由墻體傳來的重力荷載為：厚磚墻鋼框玻璃窗基礎梁距基礎形心的偏心距為：圖22基礎荷載示意圖9.2基礎尺寸及埋置深度（1）基礎埋置深度d為-2.00m杯底厚度應大于，取，基礎頂面標高為-0.500m，故：杯壁厚度，??；基礎邊緣高度取，臺階高度取，見圖22（b）。（2）擬定基礎地面尺寸適當放大，?。?）計算基底壓力及驗算地基承載力驗算地基承載力，其中驗算結果見下表9。可見，基礎底面尺寸滿足要求。表9基礎底面壓力計算及地基承載力驗算表類別第1組第2組第3組226.13-179.32-123.64495.60364.23633.2630.81-18.26-14.241115.66984.291253.32108.61-296.84-86.31158.56185.16170.08109.7351.45131.20134.15<180118.31<180150.64<180158.56<216185.16<216170.08<2169.3基礎高度驗算這時采用基地凈反力設計值和計算，結果見表10。對于第2組內力，計算時，，故對該組內力計算基底凈反力。表10基礎底面凈反力設計值計算表類別第1組第2組第3組313.83633.8443.41-256.56389.93-27.84170.35826.5714.24921.10577.191113.83215.21-462.0627.97159.18-33.94140.8462.24172.2