工業(yè)廠房例題

1、.單層廠房結(jié)構(gòu)課程設(shè)計實例1. 結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型及柱截面尺寸確定因該廠房跨度在 15-36m 之間，且柱頂標(biāo)高大于 8m，故采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。為了使屋蓋具有較大剛度，選用預(yù)應(yīng)力混凝土折線型屋架及預(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。由圖 2-54 可知柱頂標(biāo)高為 9.6m，牛腿頂面標(biāo)高為 6m；設(shè)室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離為 0.5m，則計算簡圖中柱的總高度 H，下柱高度 Hl ，和上柱高度 Hu 分別為：H10.2m0.5m10.7mH l6m0.5m 6.5mH u10.7m 6.5m 4.2m+12.800+11.750+9.600+7.200+6.000 0.000-0.1

2、50BC圖 2-54 廠房剖面圖根據(jù)柱的高度、 吊車起重量及工作級別等條件，可確定柱的截面尺寸， 見表 2-22 。表 2-22柱截面尺寸及相應(yīng)的計算參數(shù)計算參數(shù)面積自重截面尺寸 / mm/ mm2慣性矩 / mm 4/ kN/m柱號A， C上矩 400 4001.6 10521.3 1084.0柱.下I4009001001501.875105195.381084.69柱上矩 4006002.410572 1086.0柱B下I40010001001501.975105256.341084.94柱本設(shè)計僅取一榀排架進(jìn)行計算，計算單元和計算簡圖如圖2-55所示。2111019EA=EA=00600

3、0066300001601006800676006500640063900006A柱20061180018001000BCB柱圖 2-55 計算單元和計算簡圖2. 荷載計算1. 恒載屋蓋恒載綠豆砂漿保護(hù)層0.35kN/m 2二氈三油防水層20厚水泥砂漿找平層20 kN/m 30.02m0.40kN/m 2280厚泡沫混凝土保溫層8kN/m 30.08m0.64kN/m 2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（包括灌縫）1.4kN/m 2屋蓋鋼支撐0.05kN/m 2總計2.84kN/m 2.屋架重力荷載為60.5kN/ 榀，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)的重力荷載設(shè)計值為：G11.2(2.84kN/m6m18/2m

4、60.5/2kN)220.33kN(2) 吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計值：G31.2(44.2kN0.8kN/m6m)58.8kN(3) 柱自重重力荷載設(shè)計值A(chǔ) 、 C 柱 :上柱： G 4AG 4C1.24.0kN/m3.6m17.28kN下柱 :G5AG5C1.24.69kN/m6.5m36.58kNB 柱 :上柱 : G4B1.26.0kN/m3.6m25.92kN下柱 : G5B1.24.94kN/m6.5m38.53kN各項恒載作用位置如圖2-56 所示。圖 2-56荷載作用位置圖（單位： kN）2. 屋面活荷載屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m 2 ，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.4kN/m 2 ，

5、后者小于前者，故僅按前者計算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計值為：Q1 1.4 0.5kN/m 26m 18/2m 37.8kNQ1 的作用位置與G1 作用位置相同，如圖2-56 所示。3. 風(fēng)荷載.風(fēng) 荷 載 的 標(biāo) 準(zhǔn) 值 按w kzz sw0計 算 ， 其 中w0 0.5kN/m 2,z1.0 ,z 根據(jù)廠房各部分標(biāo)高( 圖 2-54) 及 B 類地面粗糙度確定如下：柱頂 ( 標(biāo)高 9.6m )z1.000檐口 ( 標(biāo)高 11.75m )z1.049屋頂 ( 標(biāo)高12.80m )z1.078s 如圖 2-57 所示，則由上式可得排架迎風(fēng)面及背風(fēng)面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別為：wkzzs1w01.00

6、.81.00.5kN/m 20.4kN / m2w 2kzzs2 w 01.00.41.00.5kN/m20 .2 kN/ m 2-0.6-0.5-0.4-0.4Fw+0.8-0.4q1q2BCBC圖 2-57風(fēng)荷載體型系數(shù)及計算簡圖則作用于排架計算簡圖( 圖 2-57) 上的風(fēng)荷載設(shè)計值為:q11.40.4kN/mq21.40.2kN/m226.0m3.36kN/m6.0m1.68kN/mFwQ (s1s2 )z h1(s3s4 )z hz z0 B1.40.80.41.0492.15m- 0.60.51.078 1.05m1.00.5kN/m 26.0m10.89kN4. 吊車荷載由表 2

7、-16可得 20/ 5t 吊車的參數(shù)為：B 5.2m ， K4.0m ，g68.6kN Q200kN，Pmax 174kN,P37.5kN, 根據(jù)B5.2m 及 K 可，min算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對應(yīng)點的豎向坐標(biāo)值如圖2-58 所示。(1)吊車豎向荷載.吊車豎向荷載設(shè)計值為：DmaxQ maxyi1.4174kN10.80.1330.333551.998kNPDminQ Pminyi1.437.5kN10.80.1330.333118.965kN(2) 吊車橫向水平荷載作用于每一個輪子上的吊車橫向水平制動力為：T1 a(Qg)10.1 (200kN68.6kN ) 6.715kN4

8、4作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設(shè)計值為：TmaxQTyi1.46.715kN2.15 21.30kN400012004000FpmaxFpmax FpmaxFpmax=174KN6m6m33318.030.30.10圖 2-58吊車荷載作用下支座反力影響線3. 排 架 內(nèi) 力 分析該 廠 房 為 兩 跨 等 高 排 架 ， 可 用 剪 力 分 配 法 進(jìn) 行 排 架 內(nèi) 力 分析 。 其 中 柱 的 剪 力分 配 系 數(shù)i計 算 ， 見 表 2-23 。表 2-23柱 剪 力 分 配 系 數(shù)柱別n I u I lC 03 13 (1 n 1)i1 iH u HH 3C 0 EI l1 iA

9、、 C 柱n 0.109C02.192C 0.2772.406 10 8 / EA0.356AC.B 柱n0.281C02.690B0.4460.3561.49410 8 / EBG1G1220.33kN ;G2G3G4 A58.8kN17.28kN76.08kNG3G5 A36.58kN ;G42G12220.33kN440.66kNG 6G5 B 38.53kN ;G 5G4 B2G325.92kN2 58.8kN143.52kNM 1G1e1220.33kN0.05m11.02kNmM 2(G1G4 A )e0 G3 e3(220.33kN17.28)0.25m - 58.8kN 0.3

10、m41.76kNm由于圖 2-59a所示排架為對稱結(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。柱頂不動鉸支座反力Ri可根據(jù)相應(yīng)公式計算。對于 A，C 柱 n0.109 ，0.356 則： RC6.39 ()31211312C1n2.231C30.9572121131131nnRAM 1C1M 211.02kNm2.23141.76kN m 0.9576.39kNHHC210.1m本例中 RB0 。求得 Ri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(jié)構(gòu)的彎矩圖和軸力圖分別見圖 2-59 b 、 c 。圖 2-5

11、9d 為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負(fù)號規(guī)定，下同。.11.0211.02220.33440.66220.3311.9829.7829.7811.98237.61466.58237.61296.41584.18296.41+11.766.396.3911.76332.99332.99BCBCGGGM1141M1+N+M+VG2G52M2GM2G3G6G3+M+V+NBC圖 2-59 恒載作用下排架內(nèi)力圖2屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)AB跨作用屋面活荷載排架計算簡圖如圖2-60 a 所示，其中 Q1 37.8kN ，它在柱頂及變階處引引起的力矩為：M 1A37.8kN0.05m 1.89k

12、N mM 2A37.8kN0.25m9.45kN mM 1B37.8kN0.15m5.67kNm對于 A 柱，C12.231，C30.957,則RAM 1AC1M 2A C11.89kNm2.231 9.45kN m 0.9571.31kNHH10.1m對于 B 柱 n0.281 ,0.356 ，則31211C1n1.78123111nRBM 1BC15.67kNm 1.7811.00kNH10.1.RRARB1.31kN1.00kN2.31kN ()將 R 反 作 用 于柱 頂 ，計 算 相 應(yīng) 的 柱頂 剪 力 ，并 與 相 應(yīng) 的柱 頂不 動 鉸 支 座 反 力 疊加 ， 可 得 屋 面

13、 活 荷 載 作 用 于 AB 跨 時 的 柱 頂 剪力 ， 即VARAA R1.31kN0.2772.31kN0.67kN ()VBRBB R1.00kN0.4462.31kN0.03kN ()VCC R0.277 2.31kN0.64kN ()排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力如圖2- 60b，c 所示。1AQ11.895.67M1BQ4M8.930.525.782.30M2A4.585.980.646.460.67BCBC37.837.8+37.837.8BC圖 2-60 AB 跨作用屋面活荷載時排架內(nèi)力圖（ 2） BC 跨作用屋面活荷載由于結(jié)構(gòu)對稱，且 BC 跨與 AB 跨作用荷載相同

14、，故只需將圖 2- 60 中內(nèi)力圖的位置及方向調(diào)整一下即可，如圖 2- 61 所示。.Q1Q1M1BM1C5.671.89M2C2.305.788.930.526.460.645.980.030.674.58BCBC37.837.8+37.837.8BC圖 2- 61 BC 跨作用屋面活荷載時的排架內(nèi)力圖3風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析(1）左吹風(fēng)時2- 62a 所示。對于 A ， C 柱, n 0.109 ，0.356 得計算簡圖如圖1 1411C11n0.31018 131nRAq1HC11-3.36kN/m10.1m0.3110.52kN()RCq2 HC 11kN/m10.1m0.3110.

15、52kN ( )RRA RCFW10.52kN 5.26kN10.89kN26.67kN ( )各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為VARAA R10.52kN0.27726.67kN3.13kN ( )VBB R0.44626.67kN11.89kN ( )VCRCC R5.26 kN0.27726.67kN2.13kN ( )排架內(nèi)力如圖 2- 62b 所示.Fw10.5042.8018.55q1q 2139.7630.8111.8919.10120.09107.20BCBC(a)(b)圖 2- 62左吹風(fēng)時排架內(nèi)力圖(2)右吹風(fēng)時計算簡圖如圖 2- 63a 所示。將圖 2- 62b 所示 A ，C 柱內(nèi)力

16、圖對換且改變內(nèi)力符號后可得，如圖 2- 63b 所示。q2Fw18.5542.8010.50q119.1011.8930.81107.20120.09139.76BCBC圖 2-63 右吹風(fēng)時排架內(nèi)力圖4.吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析(1) D max 作用于 A 柱計算簡圖如圖2- 64a 所示。其中吊車豎向荷載D max，Dmin。在牛腿頂面處引起的力矩為：M AD max e3552.00kN 0.3m 165.6kN mM BD min e3118.97kN0.75m 89.23kN m對于 A 柱， C30.957 ，則RAM AC3165.6kNmH10.1m0.957 15.69對

17、于 B 柱， n0.281 ，0.356 ，得.312C31.17423111nRBM B C389.23kN m10.37H10.1mRRARB15.69kN10.37kN5.32kN ( )排架各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為：VARAA R15.69kN 0.2775.32kN14.22kN ( )VBRBB R10.37kN0.446 5.32kN12.74kN ( )VCC R0.2775.32kN1.47kN( )排架各柱彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖264b,c 所示。QmaxQminAB114.4145.8643.37 5.29MM51.1921.9814.2239.4412.741.471

18、4.85CBBC552118.97+552118.97BC圖 2- 64 D max 作用在 A柱時排架內(nèi)力圖(1) D max 作用于 B 柱左計算簡圖如圖 2- 65a 所示 M A , M B 計算如下：M AD min e3118.97kN0.3m35.69kNm.M BD max e3552.00kN0.75m414.00 kNm柱頂不動鉸支反力RA ， RB 及總反力 R 分別為：RAM AC335.69kNm0.9573.38kNH10.1mRBM BC3414.00kNm1.17448.12kNH10.1mR RA RB3.38kN 48.12kN 44.74kN()各柱頂剪力

19、分別為：VARAA R3.38kN0.27744.74kN15.77kN ()VBRBB R48.12kN0.44644.74kN28.17kN ()VCC R0.277 44.74kN12.39kN ()排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖2-65b ， c 所示QmaxQmin118.97552MABM+118.97552BCBC56.77312.5944.6021.08101.4715.7728.1712.39125.14123.59129.48BC圖 2-65 D max 作用于 B 柱左時排架內(nèi)力圖（ 3） D max 作用于 B 柱右.根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性及吊車噸位相等的條件，內(nèi)力計

20、算與D max 作用于B 柱左的情況相同，只需將 A，C柱內(nèi)力對換并改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ?，如圖 2-66 所示。QmaxMBQmin44.60312.5956.77C101.4721.08M125.1412.3928.1715.77129.48123.59BCBC552118.97+552118.97BC圖 2-66D max 作用于 B 柱右時排架內(nèi)力圖（ 4） D max 作用于 C 柱同理，將作用于 A 柱情況的 A， C柱內(nèi)力對換，并注意改變符號，可求得各柱的內(nèi)力，如圖 2-67 所示。QminCQmax43.3745.86114.41B5.2951.19MM1.4712.7414.

21、2221.9814.8539.44BCBC118.97552+118.97552BC圖 2-67D max 作用在 C柱右時排架內(nèi)力圖.（ 5） Tm ax 作用于 AB跨柱當(dāng) AB跨作用吊車橫向水平荷載時， 排架計算簡圖如圖 2-68a 所示，對于A 柱， n0.109 ，0.356 ，得 a 3.6m1.2m / 3.6m0.667 ，則2a 1223a3anC50.51512 131nRATmax C 521.30kN0.51510.97kN同理，對于 B 柱， n0.281 ，0.356 ， a0.667 , C 50.598 ，則：RBTmax C 521.30kN 0.598 12

22、.74kN排架柱頂總反力 R 為：R RARB10.97kN12.74kN23.71kN ()各柱頂剪力為：VARAA R10.97kN 0.27723.71kN4.40kN ( )VB RBB R12.74kN0.44623.71kN2.17kN ()VCC R 0.27723.71kN 6.57kN ()排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖2-68b 所示。當(dāng) Tm ax 方向相反時， 彎矩圖和剪力只改變符號，方向不變。10.565.21TmaxTmax9.7217.7523.65119.5716.966.366.57142.0919.13BCBC.圖 2-68 Tm ax 作用于 AB跨時排

23、架內(nèi)力圖(6) Tmax 作用于 BC跨柱由于結(jié)構(gòu)對稱及吊車噸位相等， 故排架內(nèi)力計算與 Tm ax 作用 AB跨情況相同，僅需將 A柱與 C 柱的內(nèi)力對換，如圖 2-69 所示。5.2110.56TmaxTmax23.6517.759.7266.366.57119.5716.9142.0919.13BCBC圖 2-69 Tm ax 作用于 BC跨時排架內(nèi)力圖5. 內(nèi)力組合以 A 柱內(nèi)力組合為例。表 2-24 為各種荷載作用下 A 柱內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值匯總表，表 2-25 表 2-32 、表 2-33 為 A 柱內(nèi)力組合表，這兩表中的控制截面及正號內(nèi)力方向如表 2-24 中的例圖所示。對柱進(jìn)行裂縫寬度

24、驗算時， 內(nèi)力采用標(biāo)準(zhǔn)值， 同時只需對 e0 / h0 0.55 的柱進(jìn)行驗算。為此，表 2-33 中亦給出了 M k 和 Nk 的組合值，它們均滿足 e / h 0.55.表 2-24A 柱內(nèi)力設(shè)計值匯總表柱號及屋面活載作用作用Dmax 作用正向內(nèi)荷載類別恒載在在力在 A 柱A B 跨B C 跨序號1234IIM11.980.522.30-51.19N237.6137.800IIIIM-29.78-8.932.30114.41N296.4137.80552M11.76-4.586.4621.98IIIIII N332.9937.80552V6.390.670.64-14.22彎矩圖.吊車豎向

25、荷載D max 作Dmax 作Dmax 作用在用在用在B 柱左B 柱右C 柱567-56.7744.60-5.29000-21.0844.60-5.29118.9700-123.59125.14-14.85118.9700-15.7712.39-1.47吊車水平荷載風(fēng)荷載Tmax 作Tmax 作用在用在左風(fēng)右風(fēng)A B 跨BC跨8910119.7223.6510.50 18.5500009.7223.6510.50-18.550000119.5766.36139.76-107.20000016.96.5730.81 19.10注： M 單位 ( kNm ) ， N 單位 kN ， V 單位 kN

26、 。.表 2-25 1.2 恒載 +1.4 屋面活荷載組M max 及組M max 及組N m ax 及截面合相應(yīng)的合相應(yīng)的合相應(yīng)的項N 、 V項N 、 V項M 、 V組 N min 及相合應(yīng)的 M 、項 V114.8II2275.41131-27.481IIII3296.412118.221IIIIII3332.9921Vm ax27.7311.9812237.613-38.711334.2127.1812370.793相應(yīng)的13.6414.8275.41-38.71 334.21 13.64 370.79M114.83237.61-29.781296.41118.223332.99相應(yīng)的N

27、370.79注： M 單位 ( kNm ) ， N 單位 kN ， V 單位 kN 。M max 及表組組截面合相應(yīng)的合項N 、 V項173.4051II5679237.6191118.713145IIII67738.01991237.06914IIIIII56774.59881Vm ax62-26 1.2恒載 +1.4 吊車荷載M max 及組N m ax 及相應(yīng)的合相應(yīng)的N 、 V項M 、 V-58.95173.4056237.619237.61-72.1611118.7134391.5866738.019-207.0841237.0694440.0636774.598相應(yīng)的 M組 N m

28、in 及相應(yīng)合 的 M 、 V項1 73.40569237.611 -55.82679296.411184.1169332.99相應(yīng)的N.923.454184.11332.99注： M 單位 ( kNm ) ， N 單位 kN ， V 單位 kN 。.組M max及表 2-27 1.2恒載 +1.4 風(fēng)荷載組N min及相組M max 及相組N m ax 及相截面合相應(yīng)的合合合應(yīng)的 M 、應(yīng)的 N 、 V應(yīng)的 M 、V項N 、 V項項項VII122.481-6.57122.48122.4810237.6111237.6110237.6110237.61IIII1-19.281-48.331-4

29、8.331-48.3310296.4111296.4111296.4111296.41IIIIII1151.521-95.441151.521151.5210332.9911332.9910332.9910332.991Vm ax相應(yīng)的 M相應(yīng)的 N1037.2151.52332.99注： M 單位 ( kNm ) ， N 單位 kN ， V 單位 kN 。表 2-28 1.2恒載 0.9 1.4（屋面活荷載吊車荷載風(fēng)載）N maxM max組M max組組N min 及組合及相應(yīng)及相應(yīng)截面合及相應(yīng)的合合相應(yīng)的項的 N 、的 M 、項N 、 V項項M 、 VVV1,279.2511,5-68.5551,279.2511,378.7833,6II3,67,96,999,10271.639237.61271.6310237.61101,3115.3841，2-92.6551,2107.3471,7-69.9165，3,4IIII4,6799，6,9