單層廠房牛腿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書

某單跨廠房鋼筋混凝土排架設(shè)計（一）設(shè)計資料基本參數(shù)：某生產(chǎn)車間為單層單跨無天窗廠房，跨度24m，柱間距6m，車間總長66m，廠房平面圖及橫剖面圖如下：車間建筑平面圖gCQ車間橫剖面示意圖車間建筑平面圖gCQ車間橫剖面示意圖車間內(nèi)設(shè)置兩臺起重量10t的工作制橋式吊車，吊車的軌頂標(biāo)高為+7.5m。建設(shè)地點：山東省濟南市工程地質(zhì)資料：場地地坪以下1.15m厚填土層，3.5m厚均勻亞粘土層，地基承載力特征值f=240kN/m2，地下水位為-4.05m，無腐蝕性。環(huán)境條件:基本風(fēng)壓W0=0.40kN/m2基本雪壓S0=0.25kN/m2。材料：縱向受力鋼筋采用HRB400，箍筋采用HPB300；混凝土采用C30，砌體采用240厚空心磚墻，M5.0砂漿。（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計一、構(gòu)件選型屋面板：選用04G410-1圖集中1.5m*6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，代號YWB3，板重（包含灌封在內(nèi)）標(biāo)準(zhǔn)值1.4kN/m2。天溝：選用04G410-2圖集中天溝板，板重12kN/塊。屋架：選用04G415-1圖集中YWJ24-1，屋架自重標(biāo)準(zhǔn)值106kN/棉。吊車梁選用鋼筋混凝土吊車梁，10t吊車的吊車梁高600mm,自重標(biāo)準(zhǔn)值為44kN/根。屋面做法：大型屋面板；20厚1：3水泥砂漿找平；冷底子油、熱瀝青各一遍；60厚采用水泥膨脹珍珠巖保溫層；20厚1：3水泥砂漿找平；三氈四油防水。

基礎(chǔ):基礎(chǔ)梁采用G320中鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁J-1梁寬240mm,梁高450mm，梁頂標(biāo)高為-0.05m。二、排架柱截面特性及幾何尺寸確定上柱b1*h1=400mm*400mm:9.300截面積A]=1.6*105mm2；慣性矩Ix=Iy=2.13*109mm4; 首下柱b*h=400mm*800mm 7.500截面積A=3.2*106mm2；慣性矩Ix=4.26*109mm4；Iy=1.71*1010mm4;卜林疆而下杵翻面三、荷載計算Iy=1.71*1010mm4;卜林疆而下杵翻面恒荷載屋蓋部分傳來的G1:屋面板重（包含灌封重）20厚水泥砂漿找平層冷底子油、熱瀝青各一遍1.2*1.4=1.68kN/m21.2*0.4=0.48kN/m21.2*1.4=1.68kN/m21.2*0.4=0.48kN/m21.2*0.05=0.06kN/m21.2*0.6=0.72kN/m220厚水泥砂漿找平層1.2*0.4=0.48kN/m2三氈四油防水1.2*0.4=0.48kN/m2合計屋架20厚水泥砂漿找平層1.2*0.4=0.48kN/m2三氈四油防水1.2*0.4=0.48kN/m2合計屋架天溝板1.2*106=127.2kN1.2*12=14.4kN則屋架作用于柱頂?shù)淖灾谿]=6*12*3.9+0.5*127.2+14.4=358.8kN。e1=h上-150=50mmb-柱自重上柱G上=1.2*1.8*0.4*0.4*2.5*10=8.64kN下柱G下=1.2*(7.5*0.8*0.4+(0.2*0.6-0.2*0.2/2)*0.4)*2.5*10=61kNc.吊車梁及軌道自重G2=1.2*(44+0.8*6)=58.56kN屋面活荷載由《荷載規(guī)范》查得屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2。大于該廠房所在地區(qū)的基本雪壓S0=0.25KN/m2，,故屋面活荷載在每側(cè)柱頂產(chǎn)生的壓力為Q1=1.4*0.5*6*12=50.4kN風(fēng)荷載基本風(fēng)壓W0=0.40kN/m2，風(fēng)壓高度變化系數(shù)巴(按B類地面粗糙度取)為柱頂處：按H=9.45m，四z=0.945檐口處：按H=11.45m，巴=1.038

屋頂處：按H=12.9m,四z=1.075風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值為：%邛zPs"0T.°*0.8*0.945*°.4=0.302%k邛z/z^T.0*0.5*0.945*0.4*89則作用于排架上的風(fēng)荷載設(shè)計值為：q1=1.4*0.302*6=2.54kN/mq2T.4*0.189*6=L59kN/m=1.4*[(0.8+0.5)*1.038*0.4*2+(-0.6+0.5)*1.075*0.4*1.45]*6=8.54kN風(fēng)荷載作用下的計算簡圖如圖：4.吊車荷載風(fēng)荷載作用下的計算簡圖如圖：4.吊車荷載查《荷載規(guī)范》可知，2臺吊車荷載折減系數(shù)為0.9Fpmax=0.7*(50%Q+10%Q+Q)/2=56kN輪距W=3000mmFpmin=0.3*(50%Q+10%Q+Q)/2=24kN車寬輪距W=3000mmp pip pi—o O—1則根據(jù)支座反力影響線求出作用于柱上的吊車豎向荷載為：情形一情形二情形一情形二情形一：=0.9*1.4*56*(0.417+0.917+1+0.5)=199.97kN=0.9*1.4*24*(0.417+0.917+1+0.5)=85.70kN情形二：=0.9*1.4*56*(0.458+0.958+0.958+0.458)=199.83kN=0.9*1.4*24*(0.458+0.958+0.958+0.458)=85.64kN經(jīng)過比較，設(shè)計時采用情況二中的荷載，Dmax=199.97kNDmin=85.70kN，作用位置如上圖情況一所示。作用于每一輪子上的吊車橫向水平剎車力=1.4*0.1/4*(100+100*10%)=3.85kN=0.9*3.85*(0.417+0.917+1+0.5)=9.82kN排架計算簡圖及荷載作用如圖:四、內(nèi)力計算恒荷載作用下的排架內(nèi)力由q產(chǎn)生的彎矩和軸力G1=358.8kN M11=G1*e1=358.8*0.05=17.94kN-mM12=G1*e2=358.8*0.2=71.76kNmI上=2.13*109mm4 I下=Iy=1.71*10i0mm4n=I上/I下=0.125 入墮1.8/9.3=0.194入 入- =1.804 - =1.481R11=C1M11/H=1.804*17.94/9.3=3.48 kN(―)R12=C3M12/H=1.481*71.76/9.3=11.43kN(―)N1=358.8kN R1=R11+R12=14.91kN(—)由柱自重產(chǎn)生的彎矩和軸力上柱：G上=8.64kN M22=G上*e2=8.64*0.2=1.73kN?mR2=C3M22/H=1.481*1.73/9.3=0.28kN(—)N2=8.64kN下柱：G下=61kN N3=61kN只產(chǎn)生軸力不產(chǎn)生彎矩由G2產(chǎn)生的彎矩和軸力G2=58.56kN M33=G2*e3=58.56*0.22=12.88kN?mR3=C3*M33/H=1.481*12.88/9.3=2.05kN(—)N4=58.56kN恒荷載作用下的計算簡圖及內(nèi)力圖如下：

屋面活荷載作用下的排架內(nèi)力Q1=50.4kN 與G1作用位置相同，反力成比例Rq=14.91*50.4/358.8=2.09kN(—)Miiq=17.94*50.4/358.8=2.52kN-mMi2q=71.76*50.4/358.8=10.08kN-mNq=50.4kN屋面活載下的計算簡圖及內(nèi)力圖：3.吊車豎向荷載作用下排架內(nèi)力考慮結(jié)構(gòu)對稱性，只考慮Dmax作用于A柱，B柱配筋同A柱。A柱：MA=Dmax*e3=199.97*0.22=43.99kN-mB柱:MB=Dmin*e3=85.70*0.22=18.85kN-mRa=C3*Ma/H=1.481*43.99/9.3=-7.01kN(—)Rb=C3*Mb/H=1.481*18.85/9.3=3.00kN(—)剪力分配系數(shù)nA=nB=0.5,則A柱與B柱柱頂?shù)募袅椋篈柱：VA=RA-nA(RA+Rb)=-7.01-0.5*(-7.01+3.00)=-5.01kN(—)B柱：VB=RB-nB(RA+Rb)=3.00-0.5*(-7.01+3.00)=5.01kN(—)內(nèi)力圖如下：199.97N(KN)199.97N(KN)吊車水平制動力作用下的排架內(nèi)力：考慮對稱性，按Fh向左作用計算柱中1軸力為0。n=0.125 入h=0.194FhA=FhB=Fh=7.39kN吊車梁高600mmy/H上=(1.8-0.6)/1.8=0.67 0.778RA=RB=C5Fh=0.778*9.82=7.64kN考慮空間分配系數(shù)m,查表得m=0.80,剪力分配系數(shù)nA=nB=Q5

計算簡圖如下:則A柱和B柱的柱頂剪力為：VA=RA-nAm(RA+Rb)=1.53kN(—)VB=Va=1.53kN(—)水平荷載作用下內(nèi)力圖(實線為Fh向左，虛線為Fh向右)風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力為計算方便，可將風(fēng)荷載分解為對稱及反對稱兩組荷載。在對稱荷載作用下，排架無側(cè)移，則可按上端為不動較支座進(jìn)行計算；在反對稱荷載作用下，橫梁內(nèi)力等于零，則可按單根懸臂柱進(jìn)行計算。柱作用正風(fēng)壓。如日g二LJ當(dāng)柱頂作用集中風(fēng)荷載Fw時：q‘2.54kN/m(—) q2=1.59kN/m(—)Fw=8.54kN(—)R]=1/2Fw=4.27kN當(dāng)墻面作用均不風(fēng)荷載時， 二-0.372R3=CiiH*1/2(qi-q2)=1.64當(dāng)正風(fēng)壓力作用在A柱時橫梁內(nèi)反力R:R=R1+R3=5.91kN則A柱的內(nèi)力M=(Fw-R)l+1/2q1l2M廣Mii=(8.54-5.91)*1.8+0.5*2.54*1.82=8.84kNmMiii=(8.54-5.91)*9.3+0.5*2.54*9.32=134.30kN?mViii=(Fw-R)+q1l=(8.54-5.91)+2.54*9.3=26.25kN當(dāng)負(fù)風(fēng)壓力作用在A柱時，則A柱的內(nèi)力：M=-Rl-1/2q2l2M廣Mii=-5.91*1.8-0.5*1.59*1.82=-13.21kN?mM=-5.91*9.3-0.5*1.59*9.32=-123.72kNmA柱作用負(fù)風(fēng)壓123.72\N*m五、內(nèi)力組合表1A柱在各種荷載作用下內(nèi)力匯總表荷載種類恒荷載活荷載風(fēng)荷載吊車荷載左風(fēng)右風(fēng)DmaxD.min35荷載編號12345678I-IM5.711.248.84-13.21-9.02-9.02-3.143.14N367.4450.40000004.760.896.32-9.45-6.45-6.45-2.252.25A306.0836.040.000.000.000.000.000.00II-IIM-54.98.848.84-13.2124.119.83-3.143.14N42650.400199.9785.7000-45.736.326.32-9.4517.247.03-2.252.25354.8636.040.000.00142.9861.280.000.00III-IIIM43.656.83134.30-123.72-13.46-27.74-65.3165.31N48750.400199.9785.7000V12.592.0926.25-20.70-5.01-5.01-6.116.1136.364.8896.02-88.46-9.62-19.83-46.7046.70405.6736.040.000.00142.9861.280.000.0010.491.4918.77-14.80-3.58-3.58-4.374.37注：1.內(nèi)力的單位是kN-m，軸力的單位是kN，剪力的單位是kN;表中彎矩和剪力符號對桿端以順時針為正，軸向力以壓為正；表中第1項恒荷載包括屋蓋自重、柱自重、吊車梁及軌道自重；組合時第3項與第4項、第5項與第6項、第7項與第八項二者不能同時組合；有Fh作用時必須有Dmax或Dm.n同時作用。表2 A柱承載力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的基本組合組合荷載組合內(nèi)力名稱I-III-IIIII-IIIMNMNMNV由可變荷載效應(yīng)控制的組合（簡化規(guī)則）+Mmax1+0.9(2+3)1+0.9(3+5+7)1+0.9(2+3+5+7)14.782412.8-28.071605.97399.774712.33328.088-Mmax1+0.9(4+6+8)1+0.9(2+4+6+8)1+0.9(4+6+8)-11.471367.44-47.16548.49-33.885564.13-5.05Nmax1+0.9(2+4+6+8)1+0.9(2+3+5+7)1+0.9(2+3+5+7)-10.355412.8-20.115651.33399.774712.33328.088N.min1+0.9(4+6+8)1+0.9(4+6+8)1+4-11.471367.44-56.04503.13-80.07487-8.11注：由永久荷載效應(yīng)控制的組合：其組合值不是最不利，計算從略。表3A柱正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合組合荷載組合內(nèi)力名稱I-III-IIIII-IIIMkNkMkNkMkNkVk由可變荷載效應(yīng)控制的+M?,max,k1+3+0.7*21+5+0.6*3+0.7*71+3+0.7*(2+5+7)11.703331.308-26.27497.8496.372530.98424.73組合（簡化規(guī)則）中值:活:0.7;風(fēng):0.6;吊車:0.738-M?,max,k1+4+0.7*(6+8)1+4+0.7*(2+6+8)1+4+0.7*(6+8)-7.63306.08-44.26422.98-33.291448.566-3.757Nkmax,k1+2+0.6*4+0.7*(6+8)1+5+0.6*3+0.7*(2+7)1+5+0.6*3+0.7*(2+7)-2.96342.12-21.849523.0655.078573.87816.156N?kmin,k1+4+0.7*(6+8)1+41+3-7.63306.08-55.18354.86132.38405.6729.26注：對準(zhǔn)永久組合計算，其值要小于標(biāo)準(zhǔn)組合時的相應(yīng)對應(yīng)計算值，故在表中從略。五、排架柱設(shè)計以A軸柱計算，B柱參照A配筋根據(jù)設(shè)計資料：截面尺寸：上柱：400mm*400mm，正方形截面下柱：400mm*800mm矩形截面材料等級：混凝土C30 f=14.3N/mm2c鋼筋受力筋HRB400fy=fy’=36N/mm2其余鋼筋HPB300fy=270N/mm2計算長度H0:柱高大于8m，設(shè)柱間支撐排架平面內(nèi)：上柱：2.0*H上=3.6m 下柱L0*H下=7.5m排架平面外：上柱：1.25*H上=2.25m下柱0.8*H下二6m內(nèi)力組合選擇上柱： =0.518N=fbhg=14.3*400*365*0.518=1081.48kNbc0、b從內(nèi)力表I-I截面的控制內(nèi)力小于Nb。所以屬于大偏心受壓，故選取彎矩大而軸力較小的情況，筋比較選取該組合M=14.78kN-mN=412.8kN。下柱：由于下柱在長度范圍內(nèi)配筋相同，比較II截面及III截面的控制內(nèi)力，可看出III截面起控制作用。Nb=fcbh0gb=14.3*400*765*0.518=2266.66kNIII-III截面控制內(nèi)力N均小于Nb，屬于大偏心受壓，選取彎矩較大而軸力較小的情況，選取內(nèi)力組合。III-IIIMNV+MmaxN max 99.774712.33328.088-Mmax-33.291448.566-3.757N.min-80.07487-8.112.配筋計算(采用對稱配筋)上柱：M=14.78kN-mN=412.8kNx=N/fcb=412.8*103/(14.3*400)=72.17mme0=Ms/N=14.78*103/412.8*103=35.8mmea=h/30=13.3<20,取ea=20mme1=e0+e^=55.8mmZ =2.77>1.0,取〈=1?0 —Z=1.36M=nM=1.36*14.78=20.10kN.msse0=M/N=0.51820.10*103/412.8*103=48.69mme.=e0+e^=68.69mme=ei+h/2-a=68.69+400/2-35=233.69mme■=nse,-0.5h+0.5x=1.36*68.69-400/2+0.5*72.17=69.97mm =252.17mm2( )<pminbh=0.002*400*400=320mm2選用2 16(A=402mm2 6@200。s ),箍筋選用排架主平面外承載力驗算l0/b=2250/400=5.63查《混凝土規(guī)范》表6.2.15得卬=1.0Nc=^(fcA+fy■As)=1.0*(1.43*4002+360*402*2)=2577.44kN>428.15kN滿足要求。b.下柱：計算方法同上，各系數(shù)在不同條件下結(jié)果列于下表：內(nèi)力組合e0(mm)h0(mm)ei(mm)匚1l0(mm)h(mm)?2SM99.774140.07765166.740.78875008001.0N712.333

V28.088M-33.29174.22765100.890.55675008001.0N448.566V-3.757M-80.07164.41765191.080.87475008001.0N487V-8.11內(nèi)力組合ne(mm)x(mm)Zbh0(mm)偏心情況As=As’(mm2)計算值實配值M99.7741.227569.5925.47396.27大偏心890.5911N712.333V28.088M-33.2911.264492.5216.04396.27大偏心695.0710二N448.566V-3.757M-80.071.22598.1217.41396.27大偏心732.418044 16N487V-8.11排架主平面外承載力驗算lo=0.8H=6000,Iy=4.26*109mm4,A下二400*800=3.2*105mm2i=—=115.38mmlo/i=6000/115.38=52查《混凝土規(guī)范》表6.2.15得件0.89Nc=W（fcA下+fy，As）=0.89*（1.43*3.2*105+360*911*2）=9910.33kN>712.33kN滿足要求裂縫寬度驗算截面I-I，當(dāng)Ms=14.78kN?mN=412.8kN，相應(yīng)的e0=40.89mm,=0.112<0.55,故不作此項驗算截面III-III當(dāng)M=99.77kN?mN=712.33kN相應(yīng)的e0=179.5mm，=0.234<0.55，故不作此項驗算柱牛腿設(shè)計荷載計算Dmax=150.58kNG2=58.56kN共計209.14kN截面尺寸驗算Fhk=0kN，B=0.8，b=400mm，h=600mm，c=380mm，h0=565mm，a=0，ftk=2N/mm2，（一） =614.44kN>209.14kNa<45滿足要求牛腿配筋由于吊車垂直荷載于下柱截面內(nèi)，即a=750-800=-50<0，故該牛腿可按構(gòu)造要求來配筋縱向鋼筋取，箍筋取8@100，見下圖腿可按構(gòu)造要求來配筋縱向鋼筋取，箍筋取8@100，見下圖^(c)牛腿局部擠壓驗算設(shè)墊板的長和寬為400mmx400mm，局部壓力標(biāo)準(zhǔn)組合值，F(xiàn)vk=Dmaxk+G2k=199.97/1.4+58.56/1.2=191.64kN故局部壓應(yīng)力為一二1.20N/mm2<0.75f=0.75*14.3=10.73N/mm2

c柱的吊裝驗算排架柱吊裝簡圖：a.荷載：考錄荷載系數(shù)1.2，動力系數(shù)1.5,重要度0.9qik=1.5*0.9*2.5*10*0.4*0.8=10.8kN/mq2k=1.5*0.9*2.5*10*0.4*1=13.5kN/mq3k=1.5*0.9*2.5*10*0.4*0.4=5.4kN/m下柱自重：％=1.2q1k=12.96kN/m牛腿自重q2=1.2q2k=16.2kN/m上柱自重：q3=1.2q3k=6.48kN/m內(nèi)力：Mb=1/2*6.48*1.82=10.50kNmMc=1/2*6.48*2.42+1/2*(16.2-6.48)*0.62=20.41kN?mMf=1/8*10.8*6.92-20.41/2=54.07kNm截面承載力計算截面1-1b*h=400*400mm2,ho=365mm,As=As’=402mm2,fy=360N/mm2故截面承載力：M=Af(h-a’)=402*360*(365-35)=47.76kN?mus/0s7 v 7>M1=10.50kN?m截面2-23-3b*h=400*800mm2,h0=765mm,As=As’=1964mm2,fy=360N/mm2故截面承載力：M=Af(h-a’)=911*360*(765-35)=239.41kNmusy0s7>Mf=54.07kN?m裂縫寬度驗算1截面：鋼筋應(yīng)力 =82.25N/mm2按有效受拉混凝土面積計算的縱向鋼筋配筋率 =0.005<0.01取Q=0.01 =0.05故 一 =0.01mm<0.3mm(可以)2、3-3截面：鋼筋應(yīng)力 =89.18N/mm2按有效受拉混凝土面積計算的縱向鋼筋配筋率 =0.06故 一 =0.01mm<0.3mm(可以)六、基礎(chǔ)設(shè)計1.荷載計算由柱傳至基頂?shù)暮奢d第一組：Mmax=99.77kN?m,N=712.33kN,V=28.09kN第二組：Mmax=-33.29kN?m，N=448.57kN，V=-3.76kN第三組：Mmax=-80.07kN-m,N=487kN,V=-8.11kN由基礎(chǔ)梁傳至基頂?shù)暮奢d墻重含兩面抹灰1.2*(9.3-1.8*2)*6*(0.24+0.03*2)*1.9*10=233.93kN窗重1.2*1.8*2*6*0.5=12.96kN基礎(chǔ)梁重 1.2*0.24*0.45*6*25=19.44kN合計 Gwq=266.33kNGwq對基礎(chǔ)地面中心的偏心距ewq=(0.24+0.8)/2=0.52mMwq=Gwq*ewq=138.49kN-m作用于基底的彎矩和相應(yīng)基頂?shù)妮S向力設(shè)計值分別為假定基礎(chǔ)高度為800+50+250=1100mm，則作用于基底的彎矩和相應(yīng)基頂?shù)妮S向力設(shè)計值：第一組：Mbot=99.77+1.1*28.09-138.49=-7.82kN-mN=712.33+266.33=978.66kN

第二組：Mbot=-33.29-1.1*3.76-138.49=-175.92kN?mN=448.57+266.33=714.9kN第三組：Mbot=-8°.°7-1.1*8.11-138.49=-227.48kNnN=487+266.33=755.33kN基礎(chǔ)受力情況如下圖所示基礎(chǔ)尺寸確定由第三組荷載確定l和b =(4.31?5.48)m2取l/b=1.5，A=l*b=5.4m2解得b=1.9m取b=2m，l=1.5*2=3m驗算e°<l/6— =°.24<l/6=°.5(可以)驗算其他來年關(guān)注荷載設(shè)計值作用下的基底壓應(yīng)力第一組978.66/6+20*1.7-7.82/(1/6*2*32)=194.50kN/m2<1.2f=1.2*240=288kN/m2一 一二188.12kN/m2>0Pm=194.88kN/m2<f=240kN/m2第二組714.9/6+