单层单跨厂房设计.docx
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单层单跨厂房设计
Preparedon24November2020
单层单跨厂房设计
西南科技大学
单
层
厂
房
课
程
设
计
学院：
姓名：
郭强
班级：
2班
单层工业厂房结构设计任务书
一、设计题目
设计某市郊外（B类地区）上一单跨单层厂房，设有两台中级工作制吊车（A4、A5），建筑平、剖面示意如下图。
二、设计题号（表1）
建筑平面、剖面示意图：
设计题号表1
跨度L（m）
15
18
24
吊车吨位Q（t）
10
15
20
10
15
20
10
15
20
轨顶标高
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
12m
28
29
30
31
32
33
34
35
36
纵墙上窗洞高：
轨顶标高以内为1800mm；12m以内为2400mm。
甲组：
1）基本风压：
W0=m2；
2）地基允许承载力：
[f]=200KN/m2（甲类地基）。
已组：
1）基本风压：
W0=m2；
2）地基允许承载力：
[f]=220KN/m2（甲类地基）。
丙组：
1）基本风压：
W0=m2；
2）地基允许承载力：
[f]=250KN/m2（甲类地基）。
丁组：
1）基本风压：
W0=m2；
2）地基允许承载力：
[f]=280KN/m2（甲类地基）
三、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．计算横向排架所承受的各竖向荷载（恒载、活载、吊车竖向荷载）；
4．绘制结构施工图（2#图纸）
1）结构布置图（屋面板、屋架、天沟板、吊车梁、墙体等的布置）；
2）屋盖支撑布置图
四、设计资料
1．不上人屋面活荷载；m2；
2．材料：
1）混凝土C20，C25，C30；
2）钢筋；纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋；
3）型钢及预埋件铁板用HRB335、HPB235级钢筋；
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 m2
20mm厚水泥砂浆找平层20×=m2
100mm厚水泥珍珠岩制品保温层5×=m2
一毡两油隔气层 m2
20mm厚水泥砂浆找平层20×=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（表2）
吊车数据表2
起重量Q
跨
度
LK
Pmax
Pmin
小
车
重
g
吊车总重
吊车最大宽度B
大车轮距K
轨道顶面至吊车顶面的距离H
轨道中心至吊车外缘的距离B1
T
m
KN
KN
KN
KN
mm
mm
mm
mm
10
109
22
39
162
5150
4050
1677
230
117
26
186
5150
113
37
240
5290
15/3
145
40
73
220
5660
4400
2047
155
42
244
2047
176
55
312
2137
20/5
169
45
77
228
5600
4400
2046
150
253
2046
202
60
324
2136
260
五、参考资料
1．混凝土结构设计规范（GB50010-2010）
2．混凝土结构设计手册
3．混凝土结构教材（上、下）武汉理工大学出版社
4．建筑结构荷载规范（GB50009-2012）
5．建筑地基基础设计规范（GB50011-2011）
6．全国通用工业厂房结构构件标准图集
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）1.5m×6.0m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）1.5m×6.0m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=
当排放6块屋面板和一块890mm嵌板时，则有：
0.763m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
允许荷载
构件自重
屋
面
板
G410
（一）1.5m×6.0m预应力钢筋混凝土屋面板（卷材防水）
YWB-2
（中间跨）
YWB-2s
（端跨）
二毡三油防水层
20㎜水泥砂浆找平层
20×=
100㎜厚水泥蛭石保温层
5×=
一毡二油隔汽层
20㎜水泥砂浆找平层
恒载∑kN∕㎡
屋面活荷载
雪载
活载取屋面活载与雪载的最大值
∑kN∕㎡
kN∕㎡
板自重
kN∕㎡
灌缝重
kN∕㎡
嵌
板
G410
（一）0.9m×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-1s（端跨）
同上
kN∕㎡
板自重
kN∕㎡
灌缝重
kN∕㎡
续表
构件
名称
标准图集
选用型号
外加荷载
允许荷载
构件自重
屋
架
G415（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度24m）
YWJA-24-1a
YWJA-18-1a
屋面板以上恒载kN∕㎡
活载kN∕㎡
屋架以上荷载kN∕㎡
kN∕㎡
86/kN∕榀支撑kN∕㎡
吊
车
梁
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）
kN∕根
基
础
梁
G320钢筋混凝土基础梁
JL-3（中间跨）
JL-18（边跨）
kN∕根（中间跨）
kN∕根（边跨）
轨道联接
G-325吊车
轨道联接
DGL-13
P=×185=kN
P=×165=
最大设计轮压p（t）≤370kN
kN∕m
3）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。
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。
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。
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
（2）梁柱结构布置。
1）排架柱尺寸的选定。
a）柱高。
轨顶标高为+9.600m，吊车为15/3t，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
=×2=22.5m,当厂房跨度为18m时可以求得吊车的跨度为
=×2=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）为2.05m，根据选定吊车梁的高度
=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=8.200m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
，柱顶标高按下式计算：
柱顶标高=牛腿顶面标高+吊车梁高度+轨顶标高+吊车高度+
=++++=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
和上柱高度
分别为
实际轨顶标高=++=9.80m,与9.60m相差0.200m，满足的±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
A（C）轴上柱：
矩形
下柱：
I形
B轴上柱：
矩形
下柱：
I形
c）牛腿尺寸初选。
由牛腿几何尺寸的构造规定，
，且
，故取
。
，如图3所示。
图3牛腿截面尺寸
A（C）轴柱：
B轴柱：
2）柱间支撑。
可在该厂房中部
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1。
（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
以及吊车工作级别、起重量、吊车梁上螺栓孔间距，选用见表1。
（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
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
=7.900m（取8.100m）
柱顶标高=轨顶标高+吊车梁高+轨顶垫块高+H+
=++++
=11.819m（取12.000m）
上柱高Hu=柱顶标高-牛腿顶面标高
==3.900m
全柱高H=柱顶标高-地基顶面标高
=
=12.500m
下柱高Hl=全柱高-上柱高
==8.600m
实际轨顶标高=牛腿顶面标高+吊车梁高+轨顶垫块高度
=++
=9.500m
则
（）/=<
满足要求。
排架截面尺寸计算
截面尺寸需要满足的条件为：
:
b≥Hl/25=344mmh≥Hl/12=717mm
则柱的截面尺寸如下表：
柱截面尺寸（mm）
自重（kN）
惯性矩I（m4）
上柱：
（b*h）=400*400
G2=
I1=
下柱：
（bf*h*b*hf）=400*900*100*150
G4=
I2=
三排架柱上的荷载计算
屋盖自重计算
G1=×（g1k+g2k+g3k）×柱高×厂房跨度/2+×g4k×
=×++×6×15/2+××=（作用在柱顶）
e1=h上/2－150=400/2－150=50mm（与上柱中心线的偏心矩）
柱自重计算
上柱：
G2=×25×××=
e2=hl/2－hu/2=900/2－400/2=250mm（作用于上柱中心线）
下柱：
G4=×25××－×+××
=（作用于下柱中心线）
吊车.吊车梁及轨道自重计算
G3=×（g5k﹢g6k×柱距）=×[+×6）=（作用于牛腿顶）
e3=750－hf/2=750－900/2=300mm（与下柱中心线偏心矩）
屋面活荷载计算
Q1=××厂房跨度／2×柱距
=××15/2×6=（作用位置同G1）
吊车荷载计算
竖向荷载：
Pmax,k=176kN,Pmin,k=59KN,k=4000mm,B=5955mm,Qk=250kN,gk=
根据B与K，由影响线可以求得
y1=y2=
y3=y4=
由上求得
Dmax=γQPmax,k∑yi=××176×=
Dmin=γQPmin,k∑yi=××59×=
吊车水平荷载为
则Tmax,=Dmax×Tk/Pmax=×176=
风荷载计算
基本风压：
ω=m2
风压高度变化系数μz按B类地区考虑，根据柱顶标高，查看《荷载规范》用内插法得,μz1=按檐口标高14.60m,用内插法得μz2=，风载体型系数
，
。
q1=×μz1μs1××6=m
q2=×μs2μz1××6=m
柱顶风荷载集中力设计值：
Fw=[+μz2××6×－－μz2××6×]
=×－××××6=
四内力计算
Gx作用力计算
4.1.1G1作用（排架无侧移）
M11=G1e1=×=·m
M12=G1e2=×=·m
由λ=hu/h==
n=Iu/Il=
则:
故
作用下不动铰承的柱顶反力为
同时有
故在
作用下不动铰承的柱顶反力为
故在
共同作用下（即在G
作用下）不动铰支承的柱顶反力为
R1=R11+R12=（→）
相应的计算简图及内力图
4.1.2G2,G3,G4作用计算简图及内力值
G2=,G3=,G4=,e2=250mm,e3=300mm.
M2=-G2e2=·m（←）M3=G3e3=·m（→）
相应的计算简图及内力图
（a）G
、G
、G
作用；（b）M图（kN·m）；（c）N图（kN）
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；
M11=Q1e1=×=·m
M12=Q1e2=×=·m
R11=
R12=
R1=R11+R12=（→）
相应的计算简图及内力图
Q
作用计算简图及内力图（a）Q
的作用；（b）M图（kN·m）；（c）N图（kN）
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=×=·m
MD,min=Dmine3=×=·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
μ＝。
相应的计算简图及内力图如图5-4所示。
D
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
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λ=hu/h==n=Iu/Il=
Y=,利用内插法求得C5=，Tmax=,μ=
VTA=VTB=-（1-μ）C5Tmax=（→）
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。
（a）T
的作用；（b）M图（kN·m）；（c）V图（kN）
当T
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。
风荷载作用
风从左向右吹时，先求柱顶反力系数C11为
对于单跨排架，A，B柱顶剪力分别为
VA=[FW－C11H（q1－q2）]=
VB=[FW﹢C11H（q1－q2）]=
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。
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T
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M、N（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
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=·mN=V=
第二组：
Mmin=N=·mV=
第三组：
Nmax=M=·mV=
由基底梁传至基顶的荷载：
墙重（含两面刷灰）：
×[﹙＋－﹚×6－4×﹙＋﹚]×=380kN
窗重（钢框玻璃窗）：
×﹙4×＋4×）×=
基础梁：
×××6×25÷2=
由基础梁传至基础顶面荷载设计值：
e5=÷2＋÷2=0.55m
G5=
相应的偏心弯矩设计值：
G5e5=﹣×=﹣·m
作用于基底的弯矩和响应基顶的轴向设计值。
假定基础高度为800+50+250=1100m，则作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值为:
第一组：
Mbol=＋×－228=·m
N=+=
第二组：
Mbol=－×－228=·m
N=+=
第三组：
Mbol=+×－228=·m
N=+=
基底尺寸的确定:
由第二组荷载确定l和b：
～
～
取l/b=，则取b=2.4m,l=3.6m
验算e0≤l/6的条件：
验算其他两组荷载设计值作用下的基底应力：
第一组：
第二组：
）
所以最后确定基底尺寸为2.4m×3.6m，如图7-1所示。
确定基底高度:
前面已初步假定基础的高度为1.1m，若采用锥形杯口基础，根据构造要求，初步确定的基础剖面尺寸如图所示。
由于上阶底面落在柱边破坏锥面之内，故该基础只需进行变阶处的抗切验算。
在各组荷载设计值作用下的地基最大净反力：
第一组：
第二组：
第三组：
抗冲切计算按第二组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算。
在第二荷载作用下的冲切力。
冲切力近似按最大低级净反力
计算，即取
由于基础宽度b=2.4m，小于冲切锥体底边宽
。
故
变阶处的抗冲切力。
由于基础宽度小于冲切锥体底边宽，
故
（满足要求）
因此，基础的高度及分阶可按图7-2所示的尺寸采用。
基底配筋计算:
沿长边方向的配筋计算.由上述三组荷载设计值作用下最大地基净反力的分可知，应按第二组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算，
：
则
选用
8
12（
12@200）,则
沿短边方向的配筋计算。
由于沿短边方向为轴心受压，其钢筋用量应按第三组荷载设计值作用下的平均地基净反力进行计算。
选用6
12（
12@200），则
）
基础底面沿两个方向的配筋如图7-3所示，由于长边大于3
，其钢筋长度可切断10％，若钢筋交错布置，则可选用同一编号。
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