單層工業(yè)廠房課程設(shè)計(jì)

單層工業(yè)廠房課程設(shè)計(jì)廣東工業(yè)大學(xué)土木工程專業(yè)《單層工業(yè)廠房》課程設(shè)計(jì)姓名：王永波班級(jí)：土木（6）班學(xué)號(hào)：29結(jié)構(gòu)選型該廠房是廣州市的一個(gè)高雙跨（18m+18m）的機(jī)械加工車間。車間長(zhǎng)90m,柱矩6米，在車間中部，有溫度伸縮逢一道，廠房?jī)深^設(shè)有山墻。拄高大于8米，故采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。為了使屋架有較大的剛度，選用預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架及預(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。廠房的各構(gòu)選型見表1.1表1.1主要構(gòu)件選型由圖1可知柱頂標(biāo)高是10.20米，牛腿的頂面標(biāo)高是6.60米，室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離0.5米，則計(jì)算簡(jiǎn)圖中柱的總高度H,下柱高度Hl和上柱的高度Hu分別為：H=10.2m+0.6m=10.8mHl=6.60m+0.6m=7.2mHu=10.8m-7.2m=3.6m根據(jù)柱的高度，吊車起重量及工作級(jí)別等條件，確定柱截面尺寸，見表1.2。見表1.2柱截面尺寸及相應(yīng)的參數(shù)計(jì)計(jì)算參柱號(hào)截面尺寸/mm面積/mm2慣性矩/mm4自重/(KN/m)A,C上柱矩400×4001600004.0下柱I400×800×100×1501775004.43B上柱矩400×4001600004下柱I400×800×100×1501775004.43荷載計(jì)算1．恒載圖1求反力：F1=116.92F2=111.90屋架重力荷載為59.84，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)的重力荷載設(shè)計(jì)值：GA1=1.2×(116.92+59.84/2)=176.81KNGB1=1.2×(111.90×6+59.84/2)=170.18KN(2)吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計(jì)值GA3=1.2×（27.5+0.8×6）=38.76KNGB3=1.2×（27.5+0.8×6）=38.76KN(3)柱重力荷載的設(shè)計(jì)值A(chǔ),C柱B柱2．屋面活荷載屋面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值是0.5KN/m2，作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計(jì)值：Q1=1.4×0.5×6×18/2=37.8KN3，風(fēng)荷載風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按ωk=βzμsμzω0計(jì)算其中ω0=0.5KN/m2,βz=1,μz根據(jù)廠房各部分及B類地面粗糙度表2.5.1確定。柱頂（標(biāo)高10.20m）μz=1.01櫞口（標(biāo)高12.20m）μz=1.06屋頂（標(biāo)高13..20m）μz=1.09μs如圖3所示，由式ωk=βzμsμzω0可得排架的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值：ωk1=βzμs1μzω0=1.0×0.8×1.01×0.5=0.404KN/m2ωk2=βzμs2μzω0=1.0×0.4×1.01×0.5=0.202KN/m2圖2荷載作用位置圖圖3風(fēng)荷載體型系數(shù)和排架計(jì)算簡(jiǎn)q1=1.4×0.404×6=3.39KN/mq1=1.4×0.202×6=1.70KN/mFw=γQ[(μs1+μs2)×μzh1+(μs3+μs4)×μzh2]βzω0B=1.4[(0.8+0.4)×1.01×(12.2-10.2)+(-0.6+0.5)×1.01×(13.2-12.2)]×1×0.5×6=10.23KN4．吊車荷載吊車的參數(shù)：B=5.55米，輪矩K=4.4，pmax=215KN,pmin=25KN,g=38KN。根據(jù)B和K，可算出出吊車梁支座反力影響線中個(gè)輪壓對(duì)應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)值，如圖４所示：圖４吊車荷載作用下支座反力的影響線吊車的豎向荷載Dmax=γQFpmax∑yi=1.4×115×(1+0.075+0.808+0.267)=346.15KNDmin=γQFpmin∑yi=1.4×25×(1+0.075+0.808+0.267)=75.25KN吊車的橫向荷載T=1/4α（Q+g）=1/4×0.12×(100+38)=4.14KN吊車橫向荷載設(shè)計(jì)值：

Tmax＝γQT∑yi=1.4×4.14×2.15=12.46KN排架內(nèi)力分析恒荷載作用下排架內(nèi)力分析圖5恒荷載作用的計(jì)算簡(jiǎn)圖G1=GA1=176.81KN;G2=G3+G4A=38.76+17.28=56.04KN;G3=G5A=38.28KN;G4=2GB1=340.361KN;G5=G3+2G4B=2×38.76+17.28=94.8KN;G6=G5B=38.28KN;M1=G1×e1=171.81×0.05=8.60KN.m;M2=(G1+G4A)e0-G3e3=(176.81+17.28)×0.2-38.28×0.35=25.42C1=×=2.03;C1=×=1.099;RA=C1+C3=(8.60×2.03+25.42×1.099)/10.8=4.20KN(→)RC=-4.20KN(←);RB=0KN;內(nèi)力圖：圖6恒荷載內(nèi)力圖恒荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)AB跨作用屋面活荷載圖7AB跨作用活荷載作用簡(jiǎn)圖Q=37.8KN，則在柱頂和變階處的力矩為：M1A=37.8×0.05=1.89KN.m，M2A=37.8×0.25=7.56KN.m，M1B=37.8×0.15=5.67KN.mRA=C1+C3=(1.89×2.03+7.56×1.099)/10.8=1.124KN(→)RB=C1=5.67×2.03/10.8=1.07KN(→)則排架柱頂不動(dòng)鉸支座總的反力為：R=RA+RB=1.124+1.07=2.19KN(→)VA=RA－RηA=1.32-0.33×2.19=0.40KN(→)VB=RB－RηB=1.07-0.33×2.19=0.35KN(→)VC=－RηC=-0.33×2.19=－0.72KN(←)排架各柱的彎矩圖,軸力圖,柱底剪力如圖8所示:圖8AB跨作用屋面活荷載內(nèi)力圖(2)BC跨作用屋面活荷載由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱,且BC跨的作用荷載與AB跨的荷載相同,故只需叫圖8的各內(nèi)力圖位置及方向調(diào)一即可,如圖10所示:圖9AB跨作用活荷載作用簡(jiǎn)圖圖10BC跨作用屋面活荷載內(nèi)力圖風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析左吹風(fēng)時(shí)C==0.33RA=-q1HC11=-3.39×10.8×0.33=-12.08KN(←)RC=-q1HC11=-1.70×10.8×0.33=-6.06KN(←)R=RA+RC+Fw=12.08+6.06+10.23=28.37KN(←)各柱的剪力分別為:VA=RA-RηA=-12.08+0.33×28.37=-2..72KN(←)VB=RB-RηB=-6.06+0.33×28.37=3.30KN(→)VC=-RηC=-0.33×-28.37=9.36N(→)圖11左風(fēng)內(nèi)力圖右風(fēng)吹時(shí)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)對(duì)稱，只是內(nèi)力方向相反,，因此右風(fēng)吹時(shí)，內(nèi)力圖改變一下符號(hào)就行，如圖12所示；圖11左風(fēng)內(nèi)力圖吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析Dmax作用于A柱計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖１２所示，其中吊車豎向荷載Dmax，Dmin在牛腿頂面引起的力矩為：MA=Dmax×e3=346.15×0.35=121.15KN.mMB=Dmin×e3=75.25×0.75=56.44KN.mRA=-C3=-121.15×1.099/10.8=-12.33KN(←)RB=C3=-56.44×1.099/10.8=5.74KN(→)R=RA+RB=-12.33+5.74=-6.59N(←)各柱的剪力分別為:VA=RA-RηA=-12.33+0.33×6.59=-10.16(←)VB=RB-RηB=5.74+0.33×6.59=7.91KN(→)VC=-RηC=0.33×6.59=2.17N(→)圖１２Dmax作用在A柱時(shí)排架的內(nèi)力Dmax作用于B柱左計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖１２所示，其中吊車豎向荷載Dmax，Dmin在牛腿頂面引起的力矩為：MA=Dmax×e3=７５.２５×0.35=２６.３３KN.mMB=Dmin×e3=346.15×0.75=２５９.６１KN.mRA=－C3=-２６.３３×1.099/10.8=-－２.６８KN(←)RB=－C3=２５９.６１×1.099/10.8=２６.４２KN(→)R=RA+RB=－２.６８+２６.４２=２３.７４N(→)各柱的剪力分別為:VA=RA-RηA=－２.６８－0.33×２３.７４=－１０.５１KN(←)VB=RB-RηB=２６.４２－0.33×２３.７４=１８.５９KN(→)VC=-RηC=－0.33×２３.７４=－７.８３N(←)圖１３Dmax作用在B柱左時(shí)排架的內(nèi)力Dmax作用于B柱左根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱和吊車噸位相等的條件，內(nèi)力計(jì)算與Dma作用于B柱左情況相同，只需將A，C柱內(nèi)力對(duì)換和改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ?hào)：如圖１４Dmax作用于C柱同理，將Dmax作用于A柱的情況的A，C柱的內(nèi)力對(duì)換，且注意改變符號(hào)，可求得各柱的內(nèi)力，如圖１5Tmax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(jiǎn)圖16-a所示。對(duì)于A柱，n=0.15，λ=0.33，得a=(3.6-0.9)/3.6=0.75.，Tmax=12.46KNC5==0.54RA=－TmaxC5=－１２.４６×０.５４=－6.73KN(←)RB=－TmaxC5=－１２.４６×０.５４=－6.73KN(←)圖１４Dmax作用在B柱右時(shí)排架的內(nèi)力圖１5Dmax作用在C柱時(shí)排架的內(nèi)力排架柱頂總反力R：R=RA+RB=

－６.７３－６.７３＝－１３.４６KN各柱的簡(jiǎn)力：VA=RA-RηA=－６.７３＋0.33×１３.４６=－２.２９KN(←)VB=RB-RηB=－６.７３＋0.33×１３.４６=－２.２９KN(←)VC=－RηC=0.33×13.46=4.44N(→)圖16Tmax作用在AB跨時(shí)排架的內(nèi)力Tmax作用于BC跨柱由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱及吊車的噸位相等，故排架內(nèi)力計(jì)算與“Tmax作用于AB跨柱”的情況相同，只需將A柱與C柱的對(duì)換，如圖17圖17Tmax作用BC跨時(shí)排架的內(nèi)五．柱截面設(shè)計(jì)（中柱）混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，fc=9.6N/mm2，ftk=1.54N/mm2．采用HRB335級(jí)鋼筋，fy=fy`300N/mm2,ζb=0.55，上下柱采用對(duì)稱配筋．上柱的配筋計(jì)算由內(nèi)力組合表可見，上柱截面有四組內(nèi)力，取h0＝４００－４０＝３６０mm，附加彎矩ea=20mm（大于４００／３０），判斷大小偏心：從中看出３組內(nèi)力為大偏心，只有一組為小偏心，而且：N=429.KN<ζbαfcbh0=０.５５０×１×９.６×４００×３６０＝760.32KN因此按這個(gè)內(nèi)力來計(jì)算時(shí)為構(gòu)造配筋．對(duì)三組大偏心的，取偏心矩較大的的一組．即：M=87.119KN.mN=357.64KN上柱的計(jì)算長(zhǎng)度：L0=2HU=2×3.6=7.2me0=M/N=243.40mmei=e0+ea=263.40mml0/h=7200/400=18>5．應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)ηζ1==0.5×9.6×160000/357640=2.15>1，取ζ１＝１ζ2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.01×7200/400=0.97,l0/h>15，取ζ2=0.97圖１８η=1+ζ1ζ2=1+×1×0.97=1.31圖１８ζ==357640/1×9.6×400×360=0.26>2αs/h0=2×40/360=0.22因此x=ζ×h0=0.26×360=93.6e`=ηei-h/2+αs=1.31×263.40-４００／２＋４０＝185.05mmN.e`=fyAs(h0-as)-α1fcbx(x/2-as)As=As`===715mm選用３φ１８（As=763mm2）．驗(yàn)算最小配筋率：ρ＝As/bh=763/400×400=0.47%>0.2%平面外承載力驗(yàn)算：l0=1.5Hu=1.5×3.6=5.4ml0/b=5400/400=13.5，查表得ψ＝０９３，Ac=A-Aa=4002-763×2=158474mmNu=0.9ψ(fy`As`+fcAs)=0.9×0.93×(300×763×2+9.6×158474)=1656.55KN下柱配筋計(jì)算取h0=800-40=760mm，與上柱分析辦法相識(shí)，選擇兩組最不利內(nèi)力：M=217.96KN.mM=152.69KN.mN=810.94KNN=473.44KN按M=217.96KN.m，N=810.94KN計(jì)算L0=１HU=１×7.2=7.2m，附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于２０mm),b=100mm,bf`=400mm,hf=150mme0=M/N=217960/810.94=268.77mmei=e0+ea=295.77mml0/h=7200/800=9>5而且＜１５．應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)η，取ζ2=1ζ1==0.5×9.6×160000/810940=1.05>1，取ζ１＝１圖１９η=1+ζ1ζ2=1+×1×1=1.15圖１９ηei=1.15×295.77=340.14>0.3×760=228，因此為大偏心受壓，應(yīng)重新假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則x==810940/1×9.6×400=211.18>hf=150mm說明中和軸位于板內(nèi)，應(yīng)重新計(jì)算受壓區(qū)的高度：x===394.72mme=ηei+h/2+αs=1.15×295.77-800／2-40＝7005mmAs=As`===272.87mm2按M=152.69KN.m，N=473.44KN計(jì)算L0=１HU=１×7.2=7.2m，附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于２０mm),b=100mm,bf`=400mm,hf=150mme0=M/N=152690/473.44=322.51mmei=e0+ea=349.51mml0/h=7200/800=9>5而且＜１５．應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)η，取ζ2=1ζ1==0.5×9.6×160000/810940=1.05>1，取ζ１＝１圖２０η=1+ζ1ζ2=1+×1×1=1.15圖２０ηei=1.15×295.77=340.14>0.3×760=228，因此為大偏心受壓，應(yīng)重新假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則x==473440/1×9.6×400=123.29>hf=150mm說明中和軸位于翼緣內(nèi)：e=ηei+h/2-αs=1.15×349.51-800／2-40＝761.93mmAs=As`===139.38mm2最小配筋βminA=0.2%×177500=355mm2因此選３φ１４（As=461mm2）滿足要求查附表１１.１的無(wú)柱間支撐垂直排架方向柱的計(jì)算長(zhǎng)度，l0=1Hl=7.2ml0/b=7200/400=18，查表得ψ＝0.81，Ac=A-Aa=177500-461×2=176578mmNu=0.9ψ(fy`As`+fcAs)=0.9×0.81×(300×461×2+9.6×176578)=1437.40KN>Nmax因此滿足彎矩作用平面外的承載力要求柱裂縫寬度驗(yàn)算《規(guī)范》中規(guī)定，對(duì)e0/h0>0.55的柱要進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算，本例的上柱出現(xiàn)e0/h0=>0.55,因此應(yīng)該進(jìn)行裂縫驗(yàn)算。驗(yàn)算過程見下表２１。其中上柱的As=763mm2；Es=00N/mm2；構(gòu)件的受力特征系數(shù)acr=2.1，混凝土的保護(hù)層厚度c=25mm,ftk=1.54N/mm2。柱裂縫寬度驗(yàn)算非地震區(qū)的單層廠房柱，其箍筋數(shù)量一般由構(gòu)造要求控制。根據(jù)構(gòu)造要求，上下柱均選用φ８@200箍筋。牛腿設(shè)計(jì)根據(jù)吊車支承的位置，截面的尺寸及構(gòu)造要求，確定牛腿的尺寸如圖２２所示，其中牛腿的截面寬度b=400mm，牛腿截面高度h=1050mm，h0=1015mm.牛腿腿截面高度驗(yàn)算表２１柱的寬度驗(yàn)算表圖２２１７<0.2，因此滿足要求圖２２Fv≤β（１－０.５Fhk/Fvk）驗(yàn)算β＝０.６５，ftk=1.54N/mm2，F(xiàn)hk=0，a=650-175-250/2=350mmFvk=Dmax/γQ+G3/γG=346.15/1.4+38.76/1.2=279.55KNβ（１－０.５Fhk/Fvk）=0.65×=470.08KN>Fvk因此所選的尺寸滿足要求牛腿配筋計(jì)算縱向受拉鋼筋總截面面積As：As≥= =550.２mm2根據(jù)規(guī)定，縱向受拉鋼筋A(yù)s的最小配筋率為0.002bh=0.002×400×1050=840mm2>550.2mm2。因此要按８４０mm2配筋。現(xiàn)在選用５φ１６（As=1005mm2）水平箍筋選用φ８@100的雙肢筋。牛腿的剪跨比a/h0=370/1050=0.35>0.3，因此應(yīng)該設(shè)置彎起鋼筋A(yù)≥０.５A(chǔ)s=0.5C1005=502.5mm2，且A≥0.0015bh=0.0015×400×1015=609mm2故選用４φ１４（As=６１５mm2）牛腿設(shè)計(jì)采用翻身起吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿下部，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后起吊。插入杯口深度為800mm,則柱吊裝時(shí)的總長(zhǎng)度為3.6+7.2+0.8=11.6m.。柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載（應(yīng)考慮動(dòng)力系數(shù)）即q1=μυGq1k=1.5×1.2×4.0=7.2KN/mq2=μυGq1k=1.5×1.2×(0.4×2.1×25)=37.8KN/mq3=μυGq1k=1.5×1.2×4.44=7.99KN/m圖２３在上述荷載的作用下，柱的控制截面的彎矩為：M1=0.5q1Hu2=0.5×7.2×3.62=46.66KN.mM2=0.5q1Hu2=0.5×7.2×（3.6+1.05）2+0.5×(37.8-7.2)×1.052=94.71KN.m由∑MB=RAl3-0.5q3l32+M2=0解得：RA=14.17KNM3=RAx-q3x2令=RA-q3x=0得x=1.77m則下柱段最大彎矩M3為：M3=14.17×1.77-0.5×7.99×1.772=12.55KN.m表２４吊裝時(shí)柱的寬度驗(yàn)算表六．基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（B柱下基礎(chǔ)）１．初步確定杯口尺寸及基礎(chǔ)埋深（１）杯口尺寸圖２5基礎(chǔ)截面尺寸杯口的深度：柱子的插入深度H1=800mm，因此杯口深度為800+50=850mm杯口頂部尺寸：寬為400+2×75=550mm，長(zhǎng)為800+2×75=950mm杯口底部尺寸：寬為400+2×50=500mm，長(zhǎng)為800+2×50=900mm杯口厚度：因?yàn)?00<hc<1000，因此杯壁的厚度取t=350mm杯壁高度：h1≤t/0.75=350/0.75=466mm，取h1=350mm杯底厚度；a1=250mm，根據(jù)a2≥a1原則，取a2為250mm根據(jù)以上尺寸，確定基礎(chǔ)總高度H1+a1+50=800+250+50=1100mm基礎(chǔ)的埋置深度：1100+600=1700mm地基承載里設(shè)計(jì)值：fa=200KN/m2(2)基礎(chǔ)面積計(jì)算表２６B柱在基礎(chǔ)地面的荷栽估算基礎(chǔ)底面積：A≥=1006.06/(200-20×1.7)=6.06m2考慮偏心受壓，將基礎(chǔ)的面積增大２０％1.2A=1.2×6.06=7.27m2G=γGγyDA=1.2×20×1.7×8=326..4KN表２７基礎(chǔ)底面壓應(yīng)力計(jì)算取基礎(chǔ)地面長(zhǎng)邊與短邊的比為２，則l=3.8m，b=1.9m，取l=４m，b=２m校核基礎(chǔ)底面積是否滿足要求：（１）校核0.5(Pmax+Pmin)≤f0.5(Pmax+Pmin)=0.5×(198.90+134.22)=166.56KN<f=200(２）校核Pmax≤1.2fPmax=198.90KN<1.2f=1.2×200=240KN（３）校核Pmin≥０Pmin=67.91KN>0由以上得知，基礎(chǔ)的地面尺寸４×２＝８m2，滿足要求圖２８基礎(chǔ)截面尺寸２．地基凈反力計(jì)算：表２９地基凈反力由表能夠看出Nmax最不利。（Pjmax=158.10,Pjmin=93.42）３．沖剪強(qiáng)度驗(yàn)算從杯口頂面柱邊開始的４５0斜拉裂面與基礎(chǔ)底面交界處（截面１－１）的凈反力Pj1。基礎(chǔ)的有效高度h0=1100-40=1060mmPj1=93.42+(4-0.64)/4×(158.10-93.42)=147.75KN同理按比例算得：PjⅠ=93.42+(2+0.4)/4×(158.10-93.42)=132.23KNPjⅠ`=93.42+(2+0.4+0.425)/4×(158.10-93.42)=139.10KN因?yàn)閎=2.0m<bc+2h0=400+２×1060=25200mm，因此A1=(l/2+hv/2-h0)b=(4/2-0.8/2-1.06)×2=1.08m2A2=(bc+h0)h0-(h0+bc/2-b/2)2=(0.4+1.06)×1.06-(1