單層單跨工業(yè)廠房畢業(yè)課程設(shè)計

《混凝土與砌體結(jié)構(gòu)》課程設(shè)計計算說

明書設(shè)計題目：單層單跨工業(yè)廠房課程設(shè)計2011年06月15日一經(jīng)設(shè)計確定以下做法和相應(yīng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值：1本工程為某單層單跨工業(yè)產(chǎn)房，無抗震設(shè)防要求。跨度為24m，長度為66m，柱距為6m。選用二臺Q=10t的中級工作制A5橋式吊車，吊車軌頂標(biāo)高為9.2m，廠房采用鋼筋混凝土裝配式結(jié)構(gòu)。2（1）屋面板：選自［G410㈠］,板重：1.3kNm2嵌縫重：0.1kNm2（2）天溝板：選自［G410㈢］（3）天溝重（包括水重）：17.4kN根（4）天窗架：n形鋼筋混凝土天窗架選自［G316］。天窗架及擋風(fēng)板傳到屋架上的重量（5） 預(yù)應(yīng)力鋼混筋凝土折線形屋架選WG415㈠］，屋架軸線圖尺寸如圖23所示。每棉屋架重60?5kN。（6） 屋蓋支撐：選自［G415㈠］重量為：0.05kNm2（沿水平面）（7） 基礎(chǔ)梁：選自［G320］，bX，每根自重：16.90kN（8）吊車梁：選自［G323㈠］，見圖24

每根自重：50kN軌道及墊層重：0?6kNm9）連系梁與過梁，截面與尺寸見剖面圖。（10）柱間支撐：選自[G142.1]二柱截面尺寸與高度的確定基礎(chǔ)采用單獨(dú)杯形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為-0.6m柱頂標(biāo)高為11.4m,牛腿頂面標(biāo)高為7?8m。柱子尺寸:a）、a）、柱子高度:上柱高下柱高柱總高40°11b）、柱截面尺寸：建議上柱為方形截面，40°11b）、柱截面尺寸：建議上柱為方形截面，bX下柱為工字形截面，bX,牛腿尺寸、柱下端矩形截面部分高度尺寸見圖25。柱截面幾何特征值為:三荷載計算1、恒載（1）屋蓋恒載（防水層+隔氣層）自重厚水泥砂漿找平層 20kN/m3x0.02m=0.40kN/m3預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板（包括灌縫）屋蓋鋼支撐天窗架天溝重（包括水重）屋架重力荷載為，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)重力荷載設(shè)計值：G1=1.2x（2.2kN/m2x6mx18m/2+60.5kN/2+37.7kN+17.4kN）=244.98kN（2） 吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計值：G3=1.2x（50kN+0.8kN/mx6m）=65.76kN（3） 柱自重重力荷載設(shè)計值：上柱G4^=GBBB=1.2x4kN/mx3.6m=17.28kN下柱G5a=G5b=1.2x4.44kN/mx8.4m=44.76kN2、屋面活荷載屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為，學(xué)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為，后者大于前者，故僅按前者計算。屋面積灰荷載為（0.3kN/m2x3m+0.75kN/m2x3m+0.3kN/m2x3m）x6m=24.3kN作用于柱頂屋面活荷載設(shè)計值為：21=1.4x（0.5kN/m2x6mx18m/2+24.3kN）=71.82kNq作用位置與g作用位置相同。如圖26。3、風(fēng)荷載計算，其中，根據(jù)廠房各部分標(biāo)高及B類地面粗糙度確定：柱頂（標(biāo)高11.4m）檐口（標(biāo)高13?5m）屋頂（標(biāo)高16.92m）排架迎風(fēng)面及背風(fēng)面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別為：氣.二。七ps=1.0x0.8x1.039x0.55kN/m2=0.457kN/m2%k=8P2ps=1.0x0.4x1.039x0.55kN/m2=0.286kN/m2則作用于排架計算簡圖（圖27）上的風(fēng)荷載設(shè)計值為：q1=1.4x0.457kN/m2x6m=3.84kN/mq2=1.4x0.286kN/m2x6m=2.40kN/m屋架各點(diǎn)處的：標(biāo)高（m）TOC\o"1-5"\h\z13.95 1.11116.62 1.17614.55 1.12716.59 1.175Fw=丫決Upph)p?0B0=[(0.8+0.5)x2..1x1.098+(0.3+0.6)x0.45x1.111n=1+1.4x2.67x1.176+(—0.8+0.6)x2.04x1.175+0]=33.40kN4、吊車荷載15030kN吊車的參數(shù)為：B=5.5m,K=4.4m,g=71.9kN,Q=150kN,F =152kN。根據(jù)重力荷載之間的平衡關(guān)系：2(F,max+FpmQ=G+Q+g得:。根據(jù)B及K,可算得吊車梁支座反力影響線中各輪對應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)，如圖28。吊車豎向荷載吊車豎向荷載設(shè)計值為：D=qFSy=1.4x152kN(1+0.808+0.267+0.075)=457.52kND.=yqFnZy=1.4x65.5x2.15=197.155kN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計算：1一、 1 、 T=a(Q+g)=x0.1x(150kN+71.9kN)=5.548kN4 4作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設(shè)計值計算T=TZy=1.4x5.548x2.15=16.7kN四排架內(nèi)力分析柱剪力分配系數(shù)柱子A，B

1、恒載作用下的排架內(nèi)力分析，計算簡圖如圖29（a）G1=G1=244.98S,G2=G3+G上］=62.32kN+17.28kN=81.60kNG=G下1=44.76kN.M=Ge=244.98kNx0.05m=12.25kN/mM=(G+G~)e-Ge=(244.98kN+17.28kN)x0.2m-64.32kNx0.35m=29.94kN排架為對稱結(jié)構(gòu)且作用對稱荷載，排架結(jié)構(gòu)無側(cè)移，故各柱可按柱頂為不動鉸支座計算內(nèi)力。對于A、B柱。331-XX1―1)G=? _n=1.971，2 121+人3(-1)n3 1—人2C3=21+入3(1-1)=1

nnM八M八 12.25kN?mx1.971+29.94kN?mx1.184R=HC1+HC3= 1^2 =4.96kNR=-4.96kNB求得后，由于平衡條件可得各柱截面的彎矩和剪力。柱各截面的軸力為該界面以上重力荷載之和，恒載作用下的軸力彎矩如圖29（b）（c）。2、 屋面活荷載作用下的排架內(nèi)力分析排架計算簡圖如圖30（a）。其中，它在柱頂及變階處引起的力矩為：M=71.82kNx0.05m=3.59kN?m,M=71.82x0.20=14.36kN?m,C=1.971,C=1.181則R=MAC+M2AC=359kN?mx1.971+MEWmx1.181=2脈狄.）AH1H3 12排架各柱的彎矩軸力圖如圖30（b）（c）。3、 風(fēng)荷載作用下的排架內(nèi)力分析（1）左風(fēng)吹時計算簡圖如圖31（a）。

A,B柱有表2.5.2得3[1+入4(1-1)]C= n——=0.34011 8[1+人3「-1)]nR=-qHC=-3.84kN/mx12mx0.34=-15.7kN(—)R=-qHC=-2.4kN/mx12mx0.34=-9.792kN(—)R=Ra+RB+Fw=—15.7kN-9.79kN-33.43kN=-58.92kN(—)各柱頂剪力分別為：V=R-nR=-15.7kN+0.5x58.92kN=17.36kN(―)Vb=Rb-nbR=-9.79kN+0.5x58.92kN=19.67kN(r)排架內(nèi)力如圖31(b)(2) 右風(fēng)吹時由于死單跨，與左風(fēng)吹情況相同，內(nèi)力反向，計算簡圖和內(nèi)力圖如圖32。4、吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)作用于A柱計算簡圖如圖33(a)，其中吊車豎向荷載在牛腿頂面處引起的力矩為M=De=457.52kNx0.35m=160.13kN?mM=dL=197.16kNx0.35m=69kNm3M廠—CH3M廠3M廠—CH3M廠—CH3160.13kN?m.69kN?m, x1.18=6.79kN(69kN?m, x1.18=6.79kN(r)12mRBR=Ra+RB=—15.7kN+6.79kN=-8.91kN(—)排架各柱頂剪力分別為：V=R-nR=-15.7kN+0.5x8.91kN=-11.25kN(一)Vb=Rb-nbR=-6.79kN+0.5x8.91kN=6.79kN(r)排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力如圖33(b)(c)。(1)作用于B柱由同理可得，內(nèi)力圖如圖34。作用下當(dāng)作用吊車橫向水平荷載時，排架計算簡圖如圖35(b)。對于A柱，n=0.148,人=0.300,a=(3.6m-1.2m)/3.6m=0.670,貝。2-3aX+人3[(1+a)(1-a)2-(2-3a)]C5= n =0.627R=-TC=-16.70kNx0.627=-10.48kN(—)同理，對于8柱，n=0.148,X=0.305,a=0.670,C=0.627則R=-TC=-16.70kNx0.627=-10.48kN(—)排架柱貴總反力R為：R=Ra+R^=—10.48kN+(-10.48kN)=-20.96kN(—)各柱頂剪力為：V=R-nR=-10.48kN+0.5x(-20.96)kN=0匕=Rb-nbR=-10.48kN+0.5x(-20.96)kN=0排架各柱的彎矩圖及柱底剪力如圖35（a）。

五、內(nèi)力組合表1 A柱內(nèi)力設(shè)計值匯總表柱號及正向內(nèi)力荷載類別恒載屋面活載吊車豎向荷載吊車水平荷載風(fēng)荷載作用在A柱作用在B柱左風(fēng)右風(fēng)序號①②③④⑤⑥⑦I—IM5.613.61--土74.41.orXN262.2671.8240.57040.57023.380086.260II—IIM..in7^119.5628.43±74.41.N24.33326.5810.7571.82457.52197.1623.380086.260m—mM17.336.0524.89-66.24±441.6.AflQAQN371.3171.82457.52197.16163.6600408.480V4.962.00-11.27-11.27±16.7059.84.48.44注：M（單位為），V（單位為）。表2 A柱內(nèi)力設(shè)計值組合表截面及相應(yīng)及相應(yīng)及相應(yīng)及相應(yīng)備注I—I①+0.9(②+⑥)75.83①+0.9[0.9(③+■123.82①+0.9[②.82.02①+0?9[0.9(③+.123.82.87.78

326.9⑤)+⑦]262.2+0.9(③+⑤)+⑦]345.3⑤)+⑦]262.2218.55II①+0.9[0.9(③+⑤)+⑥]158.4①+0.9(②+⑦)111.6①+0.9[②+0.9(③+⑤)+⑥]152.8①+0.9⑦101.9697.1391.2761.8326.5mm①+0.9[②+0.9(③+⑤)+⑥]572.9①+0.9[0.9(④+⑤)+⑦]536.5①+0.9[②+0.9(③+⑤)+⑥]572.9①+0.9⑥414.7806.5531.0806.5371.365.0161.2965.0158.82411.3381.1411.3298.3620.3423.5620.3309.447.0343.1947.0342.60注：M（單位為），N（單位為），V（單位為）六、柱截面設(shè)計混凝土強(qiáng)度等級為C30,f=14.3N/mm2,f=2.01N/mm2；采用HRB335c tk一一' 級鋼筋，fy=fy=300N/mm2,&b=0.518。上下柱均采用對稱鋼筋。1、上柱配筋計算有內(nèi)力組合表可見，上柱截面共有4組內(nèi)力取?=400mm-40mm=360mm,經(jīng)判別，均為大偏壓，選取一組最不利荷載組合。由附表11.1查的有吊車廠房排架方向上柱的計算長度。附加偏心距取（大于）。=472.1mm+20mm=472.1mm+20mm=270mme=n 262260N =472.1mm,e=e+e由l/h=7200mm/400mm=18>5，故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)。0=0.5fA=0.5x14.3N/mm2x4002mm2=4362>10°1N 262260N * >*取。l 7800mm、=1.15-0.01q=1.15-0.01x( )=0.97h 400mm門=1+ 1門=1+ 114001

h0l 1 7800mm("+2 270mm)(400mm)*'''=*1400x( )360mm，2a 80mm ,=0.127<——= =0.221.0x14.3N/mm2x400mmx360mm h 360mm262260N取進(jìn)行計算。，e=ne-h/2+a=1.164x270mm-400mm/2+40mm=412.8mmsNe 262260Nx412.8mm= = =1127.7mm2f(h—a)300N/mm2(360mm-40mm)y0s選用，=A/(bh)=1256mm2/(400mm+400mm)

選用，，滿足要求由附表11.1,得垂直于排架方向柱的計算長度，則4500mm/400mm=11.25,中=0.961。一一一一''一一 ，?一.一N=0.9中(fA+fA)=0.9x0.961x(14.3N/mm2x400mmx400mm+300N/mm2x1256mm2x2)=2630.94S>N =345.32kN滿足彎矩作用平面外的承載力要求。2、下柱的配筋計算取h=800mm-40mm=760mm，與上柱分析方法類似，在內(nèi)力組合表的80組內(nèi)力中選取下列2組最不利內(nèi)力。M=414.77kN?m,N=371.31kN.M=—536.52kN?m,N=531.01kN.(1)按M=414.77kN-m,N=371.31kN.計算下柱計算長度取，附加偏心距—〒一、，… ，'… ，'…(大于20mm),b=100mm,b=400mm,h=150mm。=1117mm+26.67mm=1143.7mmM414.77=1117mm+26.67mm=1143.7mme=n= 371310n =I】"mm,e=e+e由IJh=8600mm/800mm=10.75>5，故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)。且取。0.5fAN0.5x14.3N/mm2x[400mmx800mm—300mmx(800mm—2x150mm—25mm)]

371310N=3.42>1.0取。

1門=1+ 14001門=1+ 1400土h052=1+ 1143.7mm(前云、=皿漣1400x( )760mm門e=1.055x1143.7mm=1206.6mm>0.3七=0.3x760mm=228mm371310N371310NN"f=1.0x14.3N/mm2x400mm=64"<150mm1cfe=re+—-a=1206.6mm+、°°mm=40mm=1566.6mm/ 2s 2， 1cf 0 =[371310Nx1566.6mm一1.0x14.3N/mmfy(?—a)x400mmx64.9mm(760mm一64.9mm/2)]/[300N/mmx(760mm-40mm)]=1442.6mm2（2）按M=-536.52kN?m,N=531.01kN.計算計算方法同上述相同。計算過程從略，計算結(jié)果。綜合上述計算結(jié)果，下柱截面選用按此配筋，經(jīng)驗算柱彎矩作用平面外的承載力亦，滿足要求。3、柱的裂縫寬度驗算《規(guī)范》規(guī)定，對的柱應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度驗算。上柱及下住均出現(xiàn)的內(nèi)力。故應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度驗算。驗算過程見表3，其中上柱，下柱A=1964mm2,E=2.0x105N/mm2；構(gòu)件特征系數(shù)，混凝土保護(hù)層厚度c取。s S表3 主的裂縫寬度驗算表柱截面上柱下柱內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值88.78381.17

218.55423.500.02311.072595.4126000.592z=[0.87—0.12(1-yf')(匕)]h0/mm297.4647.7174.4203.80.620.82① =aw^k(1.9c+0.08^^)/mmmax crE pS te0.17<0.3（滿足要求）0.24<0.3（滿足要求）4、 柱的箍筋配置非地震區(qū)的單層廠房柱，其箍筋數(shù)量一般有構(gòu)造要求，上、下柱均選用箍筋。5、 牛腿設(shè)計根據(jù)吊車梁支承位置、截面尺寸及構(gòu)造要求，初步擬定牛腿尺寸，如圖36.。其中牛腿截面寬度，牛腿截面高度。（1）牛腿截面高度驗算其中&=0.65,f=2.01N/mm2,F=0(牛柱腿頂面沒水平荷載)，a=tk hk-150mm+20mm=-130mm<0,取]=0,8詼按下式確定:F='+G=*N+e^L=380.41kNvyqyg1.4 1.20.5p（1-0.5匕）fkbh0=0.65x2.01N/皿2X400皿x565皿=590.54kN>F0.5Fvk0.5+a 05 疏h0故牛腿截面高度滿足要求。圖36 牛腳尺寸簡圖(2)牛腿配筋計算由于a=-150mm+20mm=-130mmv0，因而該牛腿可按構(gòu)造要求配筋。根據(jù)構(gòu)造要求，AZPibh=0.02x400mmx600mm=480mm2。實(shí)際選用。水平箍筋選用。6、柱的吊裝驗算采用翻身起吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿下部，混凝土達(dá)到強(qiáng)度后起吊。由表3可得柱插入杯口深度為，取,則柱吊裝時總長度為3.6m+8.4m+0.85m=12.85m，計算簡圖如圖37.。圖37柱吊裝計算簡圖柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載(應(yīng)考慮動力系數(shù))，即q1=阿