建筑结构设计课程设计.docx
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建筑结构设计课程设计
建筑结构设计课程设计任务书
课程设计目的
（1）掌握单层单跨工业厂房结构布置和构件选型的方法；
（2）了解结构组成、荷载传递关系及其计算简图的确定；
（3）掌握排架结构的内力计算和内力组合的方法；
（4）掌握排架结构构件的设计计算过程
（5）了解并熟悉单层单跨工业厂房的有关构造要求；
（6）掌握钢筋混凝土结构施工图的表达方式和制图规定，进一步提高制图
的基本技能；
设计题目
设计某市郊外（B类地区）一单层单跨厂房，设有两台中级工作制A5的软钩吊车，建筑平、剖面图如图1、图2。
三、设计题号
纵墙上窗洞高：
轨顶标高9.3m以内为1800mm；12m以上为2400mm。
基本风压为0.3kN/m2，基本雪压为0.25kN/m2。
表1单层单跨工业厂房课程设计题号
跨度L（m）
15
18
21
吊车吨位Q（t）
10
16/3.2
20/5
10
16/3.2
20/5
10
16/3.2
20/5
轨顶标高（m）
8.7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
9.3
10
11
12
13
14
15
16
17
18
9.9
19
74
21
22
23
24
25
26
27
10.5
28:
29
30
31
32
33
34
35
:
36
11.1
37
38
39
40
41
42
43
44
45
12
46
47
48
49
50
51
52
53
54
四、设计资料
1、荷载°
不上人屋面活荷载为0.5kN/m2。
2、材料
（1）混凝土：
C20，C25，C30。
（2）钢筋：
纵向受力钢筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。
（3）型钢及预埋件采用HRB335,HPB235。
3、建筑构造
（1）屋面：
卷材防水屋面，其做法如下：
两毡三油防水层上铺小石子：
0.35kN/m2
2
20mm厚水泥砂浆找平层：
0.4kN/m
100mm厚水泥珍珠岩制品保温层：
0.5kN/m2
一毡两油隔气层：
0.05kN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层：
0.4kN/m2
预应力混凝土大型屋面板：
（2）墙体用240mm厚清水砖墙，钢门窗。
（3）地面：
室内混凝土地面，室内外高差150mm。
4、吊车数据，见表2
表2吊车数据
起重量Q
（t）
跨度Lk（mm）
最大轮压（kN）
小车重g
（t）
吊车总重
（t）
吊车宽度B
（mm）
大车轮距K
（mm）
轨顶至吊车顶面距离
H（mm）
轨道中心至吊车外缘
距离B1（mm）
10
13.5
115
3.461
17
5840
4050
1876
895
16.5
123
19
19.5
129
21
5980
965
16/3.2
13.5
155
6.326
21
5955
4000
2097
977.5
16.5
163
23
19.5
185
27
6055
4100
2187
20/5
13.5
176
6.977
22
5955
4000
2099
16.5
185
24
19.5
207
29
6055
4100
2189
五、设计要求
（1）选择屋面板、屋架、天沟板、基础梁、吊车梁及轨道联接件。
（2）确定上、下柱的高度及截面尺寸。
（3）计算排架所承受的各项荷载。
（4）计算各种荷载作用下的排架内力。
（5）柱、牛腿、柱下独立基础的设计。
（6）绘制结构施工图。
1）结构布置图（屋面板、屋架、天沟板、吊车梁、墙体等的布置）
2）柱施工图（模板图及配筋图）
一构配件的确定
1.结构构件的选型与布置
装配式钢筋混凝土排架结构，当结构布置符合建筑模数且尺寸在馋鬼的范围内时，出柱与基础单独设计完成外，其他构件可以从建筑标准图集中选用。
通用图
集一般包括设计说明、构件选用表、结构布置图、模板图、配筋图、预埋件详图、钢筋及钢筋用量表等内容。
它们属于结构施工图，可以作为施工的依据。
设计中应该选用合适的构件，对构件进行正确的表示，而无需逐个构件设计。
（1）屋面结构。
1）屋面板。
屋面板（包括檐口板、嵌板）选用方法：
采用全国通用工业厂房结
构构件标准图集G410
（一）1.5mx6.0m预应力钢筋混凝土屋面板（卷材防水），计算屋面板所承受的外加荷载的标准值，在图集中查找板的允许外加荷载大于或等于板所承受的外加荷载，作为屋面板，选用结果见表1,屋面板的布置如图2
所示。
2）天沟板。
应配合屋架选用天沟板。
采用全国通用工业厂房结构构件标准图集G410
（一）1.5mX6.0m预应力钢筋混凝土屋面板（卷材防水天沟板），由屋面排板计算，天沟板的宽度为680mm。
具体计算如下：
半跨屋架上弦坡面总长=2210.51.410.593m
当排放6块屋面板和一块890mm嵌板时，则有：
12.005-0.89-1.496=X763m
所以，根据图集选用一块宽为760mm的天沟板，见表1,其布置如附图中所示。
该厂房一侧设4根落水管，天沟板内坡度为5%。
。
垫层最薄处20mm厚，最厚处为80mm，如图2-22所示。
按最厚处的一块天沟板（80mm）计算其所受的外荷载标准值。
注意天沟板的开洞位置。
表1结构构件的选型表
构件名称
标准图集
选用型号
外加荷载
允许何载
构件自重
屋面板
G410
（一）
1.5m
X
6.0m
预应力钢筋混凝土屋面板
（卷材防水）
YWB-2
（中间跨）Y
WB-2S
（端跨）
二毡三油防水
层0.35
20伽水泥砂浆找平层
20X
0.02=0.40
100伽厚水泥蛭石保温层
5X
0.1=0.50
一毡二油隔汽层
0.05
20伽水泥砂浆找平层
0.40
恒载刀1.70kN
/tf
2.46kN
/tf
板自
重1.30kN/
tf灌缝
重0.1kN/
tf
屋面活荷载0.70雪载0.25活
载取屋面活载与雪载的最大
值0.50刀2.
40kN/tf
嵌板
G410
（一）
0.9m
X
6.0m
预应力钢筋混凝土屋面板
（卷材防水嵌板、檐口板）
KWB-1
（中间跨）
KWB-ls
（端跨）
同上
2.50kN/tf
板自
重1.93kN/
tf灌缝
重0.1kN/
tf
屋架
G415
（三）
预应力混凝土折线形屋架
（跨度
24m）
YWJA-2
4-1aY
WJA-18
-1a
屋面板以上恒
载1.70kN/tf活载0.5kN/
tf屋架以上荷
载2.2kN/tf
3.5kN/tf
86/55.5kN
/榀支撑
0.25kN/tf
吊车粱
G323
（二）钢筋混凝
土吊车梁（中轻级工作制）
DLZ-6A
（中间跨）
DAZ-6B
（边跨）
26.6kN/根
基础梁
G320
钢筋混凝土基础梁
JL-3（中
间跨）
JL-18
（边跨）
16.7kN/根
（中间
跨）15.1kN
/根（边跨）
轨道联接
G-325
吊车轨道联
DGL-13
P=1.27X85=234.95kN
P=1.27X55=209.55kN
最大设计轮压p（t）<
370kN
接
屋架。
屋架选用应根据厂房使用要求、跨度大小、屋面荷载的大小、有无天窗及天窗类别、檐口类别等进行选用。
本实例采用全国通用工业厂房结构构件标准图集G415（三）预应力钢筋混凝土折线屋架（跨度24/18m）,见表1。
4）屋盖支撑。
⑴不设置屋架上弦水平支撑。
屋架上弦横向水平支撑作用是在屋架上弦平面内形成刚性框，增强屋架的整体刚度，保证屋架上弦或屋面梁上翼缘平面外的稳定，同时将抗风柱传来的风荷载传递到（纵向）排架柱顶。
但由于采用大型屋面板，每块屋面板与屋架的连结不少于三个焊接点，并沿板缝灌注C15细石混凝土保
证了屋面刚度，因此屋面上弦不宜设置上弦横向水平支撑。
⑵不设置屋架下弦支撑。
由于本设计中，厂房的吊车吨位（15/3t）不大，无震动类设备对屋架下弦产生的水平作用力，故无需设置下弦横向水平支撑和下弦纵向支撑。
⑶垂直支撑和水平系杆。
垂直支撑作用是保证屋架承受荷载后在平面外的稳定并传递纵向水平力，在跨端布置垂直支撑CC-1,跨中布置垂直支撑CC-3，如图2所示。
下弦水平系杆课防止吊车或其他水平震动时（纵向）屋架下弦发生颤动，一般情
况下应在未设置支撑的屋架间相应于垂直支撑平面的屋架下弦节点处设置通长
水平系杆。
如附图屋架端部用HG-2，屋架中部（跨中）用HG-1。
图2屋盖支撑布置图
（1）梁柱结构布置。
1）排架柱尺寸的选定。
a）柱高。
轨顶标高为+9.900m,吊车为153t，工作级别为A5级。
当厂
房跨度为24m时可以求得吊车的跨度为Lk=24-0.75X2=22.5m,当厂房跨度为18m时可以求得吊车的跨度为Lk=18-0.75X2=16.5m,查附表2-1求得吊车轨顶以
上高度（吊车轨顶至小车顶面的距离2.132.05m，根据选定吊车梁的高度错误！
未找到引用源。
=1.200m，轨道顶面至吊车梁地面的距离（轨顶垫高）。
牛腿顶面标高=轨顶标高-吊车梁高度-轨顶标高
=9.900-1.200-0.200=8.500m
牛腿顶面标高应满足建筑模数（3M）要求，取为8.400m。
考虑到吊车行驶所需空隙尺寸hk=200mm，柱顶标高按下式计算:
柱顶标咼=牛腿顶面标咼+吊车梁咼度+轨顶标咼+吊车咼度+hk
=8.40+1.20+0.20+2.15+0.20=12.15m
所以，柱顶（或屋架下弦底面）标高取为12.30m（满足3M模数要求）。
设室内地面至基础顶面的距离为0.7m，则计算简图中中柱的总高度H，下
柱高度Hi和上柱高度Hu分别为
H=12.30.7=13.0
已=8.40.7=9.1m
比二Hl=13.0-9.1=3.9m
实际轨顶标高=8.40+1.20+0.20=9.80m,与9.90m相差0.100m，满足的土0.200m的要求。
b）柱截面尺寸。
根据柱的高度、吊车起吊重量级工作级别等条件，可查附表确定柱截面尺寸为
Hl9100
b414mm
2222
h上二鑒=758mm
1212
K
A（C）轴柱：
c=750§&-900=750150100-900=100mm
h二500100=600mm
K
B轴柱：
c=750—ci-500=750150100-500=500mm
2
2）柱间支撑。
可在该厂房中部7:
8轴线间设置上柱柱间支撑和下柱柱间支撑。
（3）吊车梁。
吊车梁除了要满足承载力、抗裂度和刚度的要求外，还要满
足疲劳强度的要求。
首先应根据工艺要求和吊车的特点，结合当地的施工技术条件和材料供应情况，选用合理吊车梁形式。
采用G323
（二）钢筋混凝土吊车梁
（中、轻级工作制），再根据吊车的起重量、吊车的台数、吊车的跨度、工作级别等因素选用吊车梁型号，见表1o
（4）吊车轨道联结件。
根据工业厂房结构构件标准图集G-325吊车轨道
联结查得软钩吊车最大设计轮压p=1.27Pmax以及吊车工作级别、起重量、吊车梁上螺栓孔间距，选用见表1o
（5）基础平面布置。
1）基础编号。
首先区分排架类型，分标准排架、端部排架、伸缩缝处排架等，然后对各类排架和边柱的基础分别编号，还有抗风柱的基础也需编号（见附图基础、基础梁、吊车梁布置图）。
2）基础梁。
基础梁通常采用预制构件，按全国通用工业厂房结构构件标准图集G320钢筋混凝土基础梁选取。
本设计中跨选用JL-3，边跨选用JL-18，见表1。
二排架柱高与截面计算
2.1柱高的确定
（1）柱高
根据资料可查的：
轨顶垫块高度为200mm,净空为220mm牛腿顶面标高=轨顶标高-吊车梁高-轨顶垫块高度=9.30-1.200-0.200
=7.900m（取8.100m）
柱顶标高=轨顶标高+吊车梁高+轨顶垫块高+H+0.200=8.100+1.500+0.200+2.099+0.220=11.819m（取12.000m）
上柱高Hu=柱顶标高-牛腿顶面标高=12.000-8.100=3.900m
全柱咼日=柱顶标咼-地基顶面标咼=12.000-（-0.500）=12.500m
下柱高H=全柱高-上柱高=12.500-3.900=8.600m
实际轨顶标高=牛腿顶面标高+吊车梁高+轨顶垫块高度=8.100+1.500+0.200
=9.500m
则（9.500-9.300）/9.300=0.022<0.200
满足要求。
2.2排架截面尺寸计算
截面尺寸需要满足的条件为：
：
b>H/25=344mmh>H/12=717mm则柱的截面尺寸如下表：
柱截面尺寸（mm）
自重（kN）
惯性矩1（n）
上柱：
（b*h）=400*400
G2=18.72
I1=0.0021
下柱：
（bf*h*b*hf）
=400*900*100*150
G4=48.38
I2=0.0195
三排架柱上的荷载计算
3.1屋盖自重计算
G=1.2X（g1k+g2k+g3k）X柱高X厂房跨度/2+1.2Xg4kx0.5
=1.2X（1.7+1.3+0.1）X6X15/2+1.2X60.5X0.5=203.7kN（作用在柱顶）
e1=h上/2—150=400/2—150=50mm（与上柱中心线的偏心矩）
3.2柱自重计算
上柱：
G=1.2X25X0.4X0.4X3.9=18.72kN
e2=hi/2—hu/2=900/2—400/2=250mm（作用于上柱中心线）
下柱：
G=1・2X25X（0.4X0.9—0.6X0.15+0.55X0.15）X8.4=48.38kN（作用于下柱中心线）
3.3吊车.吊车梁及轨道自重计算
G=1.2X（g5k+g6kX柱距）=1.2X[40.8+0.8X6）=54.72kN（作用于牛腿顶）
e3=750—hf/2=750—900/2=300mm（与下柱中心线偏心矩）
3.4屋面活荷载计算
Q1=1.4X0.5X厂房跨度/2X柱距
=1.4X0.5X15/2X6=31.5kN（作用位置同G）
3.5吊车荷载计算
竖向荷载：
Pmax,k=176kN,Pmin,k=59KN,k=4000mm,B=5955mm,
4000
1955
4000
.i
f
图4—2影响线图
Q=250kN,gk=69.77kN
根据B与K,由影响线可以求得
y1=0.008y2=0.675
y3=1.000y4=0.333
由上求得
Dmax=0.9丫QPmax,k刀W=0.9X1.4X176X2.016=447.07kN
Dmin=0.9丫QPmin,k刀yi=0.9X1.4X59X2.016=106.69kN吊车水平荷载为
:
汀’0.120.9
Tk（QkrGgk）（69.77250）=8.63kN
44
则Tmax,=DmaxXTJPmax=447.07X8.63/176=21.92kN
3.6风荷载计算
基本风压：
3=0.3KN/m2
风压高度变化系数卩z按B类地区考虑，根据柱顶标高12.000m,查看《荷载规范》用内插法得,卩z1=1.056按檐口标高14.60m,用内插法得卩z2=1.1241，风载体型系数0.8,Js^-0.5。
q1=1.4X卩Z1卩s1X0.3X6=2.13kN/m
q2=1.4X卩s2卩z1X0.3X6=1.33kN/m柱顶风荷载集中力设计值：
Fw=1.4[（0.8+0.5）卩z2X0.3X6X2.1—（0.6—0.5）卩z2X0.3X6X
1.2]
=（1.82X2.1—0.14X1.2）X1.24X0.3X6=8.40kN
内力计算
4.1.1G1作用（排架无侧移）
M11=G低1=203.7X0.05=10.19kN•m
M12=G1e2=203.7X0.25=50.93kN•m
由入=hu/h=3.9/12.5=0.312
n=Iu/Il=0.1077
故M11作用下不动铰承的柱顶反力为
同时有
1一$
13（1-1）
n
故在Mi2作用下不动铰承的柱顶反力为
Ri2--C2也--2.165913--4.41kN
H12.5
故在Mu和M12共同作用下（即在G作用下）不动铰支承的柱顶反力为
R-i=R11+R12=-6.17kN（f）
相应的计算简图及内力图
图5-1相应的计算简图及内力图
4.1.2G2,G,G作用计算简图及内力值
G?
=18.72kN,G3=54.72kN,G4=48.38kN,e2=250mm,e3=300mm.
M2=-G2e2=-4.68kN•m（J）M3=Ge3=16.42kN•m（f）
相应的计算简图及内力图
图5-2G2G3G内力图
（a）G2、G3、G4作用；（b）M图（kN•m）;（c）N图（kN）
4.2屋面活荷载内力计算
对于单跨排架，Q1与G1一样为对称荷载，且作用位置相同，但数值大小不同。
故由G1的内力计算过程可得到Q1的内力计算数值；
Mi=Qiei=31.5x0.05=1.58kN•m
Mi2=Qie2=31.5x0.25=7.88kN•m
Rn=-0.27kN
R12=-1.36kN
R1=R11+R12=-1.63kN（f）
相应的计算简图及内力图
Q作用计算简图及内力图⑻Q」勺作用；（b）M图（kN•m）;（c）N图（kN）
图5-3相应的计算简图及内力图
4.3吊车竖向荷载作用力内力计算
Dmax作用于A柱，Dmin作用于B柱，其内力为
MD,maX=Dmaxe3=447.07x0.3=134.12kN•m
MD,min=Dmine3=-149.87x0.3=-44.96kN•m
厂房总长72m,跨度为18m吊车其重量为24t,则查得有檩条屋盖的单跨厂房空间作用
分配系数
[1=0.85。
=-0.5〔2-0.85134.120.8544.96】1:
082
12.5
=-8.33kN（）
VBmax
=0.5UMDmax2-・lMDmin
H
=0.50.85134.122-0.8544.96〕1082
11.9
=7.17kN.—；
相应的计算简图及内力图如图5-4所示。
5-4相应的计算简图及内力图
Dmin作用于A柱时，由于结构对称，故只需A柱与B柱的内力对换，并注意内力变即可4.4吊车水平荷载作用内力计算
当Tmax向左时，A,B柱的柱顶剪力按推导公式计算：
由入=hu/h=3.9/12.5=0.312n=Iu/Ii=0.1077
Y=0.692Hu,利用内插法求得C5=0.57,Tmax=21.92kN,1=0.85
Vta=Vtb=-（1-1）C5Tmax=-1.87kN（-）
当Tmax向右时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反。
5-5相应的计算简图及内力图
（a）Tmax的作用；（b）M图（kN•m）;（c）V图（kN）
当Tmax向右时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反。
4.5风荷载作用
风从左向右吹时，先求柱顶反力系数Cii为
对于单跨排架，A,B柱顶剪力分别为
Va=0.5[FW—C11H（q1—q2）]=2.08kN
Vb=0.5[Fw+C11H（q1—q2）]=5.35kN
图5-6相应的计算简图及内力图
风荷载作用计算简图及内力图
（a）风荷载的作用；（b）M图（kN-m）
风从右向左吹时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之
相反。
4.6最不利荷载组合。
由于本例结构对称，故只需对A柱（或B柱）进行最不利内力组合，其步骤如下：
（1）确定需要单独考虑的荷载项目。
本工程为不考虑地震作用的单跨排架，共有9种需要单独考虑的荷载项目，由于小车无论向右或向左运行中刹车时，A、B柱在Tmax作用下，其内力大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。
因此，单独考虑的荷载项目共有8项。
（2）将各种荷载作用下设计控制截面（I—I、II—II、III—III）的内力MN（III—III截面还有剪力V）填入组合附表一。
填表时要注意有关内力符号的规定。
（3）根据最不利又最可能的原则，确定每一内力组的组合项目，并算出相应的组合值。
计算中，当风荷载与活荷载（包括吊车荷载）同时考虑时，除恒荷载外，其余荷载作用下的内力均应乘以0.85的组合系数。
排架柱全部内力组合计算结果列入附表一中。
五基础设计
5.1荷载计算：
由柱子传至基顶的荷载。
由排架柱内力组合表可得设计者如下：
第一组：
Mmax=421.45kN•mN=488.75kNV=21.1kN
第二组：
ML=-301.27kNN=488.75kN•mV=-13.37kN
第三组：
Nmax=772.59kNM=57.75kN•mV=-2.16kN
由基底梁传至基顶的荷载：
墙重（含两面刷灰）：
1.2X[（14.42+0.5—0.45）X6-4X（4.8+1.8）]X5.24=380kN窗重
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