《单层工业厂房》课程设计报告书.docx
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《单层工业厂房》课程设计报告书
《单层工业厂房》课程设计
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一．结构选型
该厂房是市的一个高双跨（18m+18m）的机械加工车间。
车间长90m,柱矩6米，在车间中部，有温度伸缩逢一道，厂房两头设有山墙。
柱高大于8米，故采用钢筋混凝土排架结构。
为了使屋架有较大的刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。
选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。
厂房的各构选型见表1.1
表1.1主要构件选型
由图1可知柱顶标高是10.20米，牛腿的顶面标高是6.60米，室地面至基础顶面的距离0.5米，则计算简图中柱的总高度H,下柱高度Hl和上柱的高度Hu分别为：
H=10.2m+0.6m=10.8mHl=6.60m+0.6m=7.2mHu=10.8m-7.2m=3.6m
根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表1.2。
见表1.2柱截面尺寸及相应的参数
截面尺寸/mm
面积/mm2
惯性矩/mm4
自重/（KN/m）
A,C
上柱
矩400×400
160000
2130000000
4.0
下柱
I400×800×100×150
177500
4.43
B
上柱
矩400×400
160000
2130000000
4
下柱
I400×800×100×150
177500
4.43
二．荷载计算
1．恒载
图1
求反力：
F1=116.92
F2=111.90
屋架重力荷载为59.84，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值：
GA1=1.2×（116.92+59.84/2）=176.81KN
GB1=1.2×（111.90×6+59.84/2）=170.18KN
（2）吊车梁及轨道重力荷载设计值
GA3=1.2×（27.5+0.8×6）=38.76KN
GB3=1.2×（27.5+0.8×6）=38.76KN
（3）柱重力荷载的设计值
A,C柱
B柱
2．屋面活荷载
屋面活荷载的标准值是0.5KN/m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值：
Q1=1.4×0.5×6×18/2=37.8KN
3，风荷载
风荷载标准值按ωk=βzμsμzω0计算其中ω0=0.5KN/m2,βz=1,μz根据厂房各部分
及B类地面粗糙度表2.5.1确定。
柱顶（标高10.20m）μz=1.01
橼口（标高12.20m）μz=1.06
屋顶（标高13..20m）μz=1.09
μs如图3所示，由式ωk=βzμsμzω0可得排架的风荷载的标准值：
ωk1=βzμs1μzω0=1.0×0.8×1.01×0.5=0.404KN/m2
ωk2=βzμs2μzω0=1.0×0.4×1.01×0.5=0.202KN/m2
图2荷载作用位置图
图3风荷载体型系数和排架计算简
q1=1.4×0.404×6=3.39KN/m
q1=1.4×0.202×6=1.70KN/m
Fw=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
=10.23KN
4．吊车荷载
吊车的参数：
B=5.55米，轮矩K=4.4，pmax=215KN,pmin=25KN,g=38KN。
根据B和K，
可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图４所示：
图４ 吊车荷载作用下支座反力的影响线
（1）吊车的竖向荷载
Dmax=γQFpmax∑yi=1.4×115×（1+0.075+0.808+0.267）=346.15KN
Dmin=γQFpmin∑yi=1.4×25×（1+0.075+0.808+0.267）=75.25KN
（2）吊车的横向荷载
T=1/4α（Q+g）=1/4×0.12×（100+38）=4.14KN
吊车横向荷载设计值：
Tmax＝γQT∑yi=1.4×4.14×2.15=12.46KN
三．排架力分析
1．恒荷载作用下排架力分析
图5 恒荷载作用的计算简图
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=25.42
C1=×=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;
力图：
图6恒荷载力图
2．活荷载作用下排架力分析
（1）AB跨作用屋面活荷载
图7AB跨作用活荷载作用简图
Q=37.8KN，则在柱顶和变阶处的力矩为：
M1A=37.8×0.05=1.89KN.m，M2A=37.8×0.25=7.56KN.m，M1B=37.8×0.15=5.67KN.m
RA=C1+C3=（1.89×2.03+7.56×1.099）/10.8=1.124KN（→）
RB=C1=5.67×2.03/10.8=1.07KN（→）
则排架柱顶不动铰支座总的反力为：
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（←）
排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图8所示:
图8AB跨作用屋面活荷载力图
（2）BC跨作用屋面活荷载
由于结构对称,且BC跨的作用荷载与AB跨的荷载相同,故只需叫图8的各力图位置及方向调一即可,如图10所示:
图9AB跨作用活荷载作用简图
图10BC跨作用屋面活荷载力图
3．风荷载作用下排架力分析
（1）左吹风时
C==0.33
RA=-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（←）
各柱的剪力分别为:
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（→）
图11左风力图
（2）右风吹时
因为结构对称，只是力方向相反,，所以右风吹时，力图改变一下符号就行，如图12所示；
图11左风力图
4．吊车荷载作用下排架力分析
（1）Dmax作用于A柱
计算简图如图１２所示，其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面引起的力矩为：
MA=Dmax×e3=346.15×0.35=121.15KN.m
MB=Dmin×e3=75.25×0.75=56.44KN.m
RA=-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（←）
各柱的剪力分别为:
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（→）
图１２ Dmax作用在A柱时排架的力
（2）Dmax作用于B柱左
计算简图如图１２所示，其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面引起的力矩为：
MA=Dmax×e3=７５.２５×0.35=２６.３３KN.m
MB=Dmin×e3=346.15×0.75=２５９.６１KN.m
RA=－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（→）
各柱的剪力分别为:
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（←）
图１３ Dmax作用在B柱左时排架的力
（3）Dmax作用于B柱左
根据结构对称和吊车吨位相等的条件，力计算与Dma作用于B柱左情况相同，只需将A，C柱力对换和改变全部弯矩及剪力符号：
如图１４
（4）Dmax作用于C柱
同理，将Dmax作用于A柱的情况的A，C柱的力对换，且注意改变符号，可求得各柱的力，如图１5
（5）Tmax作用于AB跨柱
当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图16-a所示。
对于A柱，n=0.15，λ=0.33，得a=（3.6-0.9）/3.6=0.75.，Tmax=12.46KN
C5==0.54
RA=－TmaxC5=－１２.４６×０.５４=－6.73KN（←）
RB=－TmaxC5=－１２.４６×０.５４=－6.73KN（←）
图１４ Dmax作用在B柱右时排架的力
图１5 Dmax作用在C柱时排架的力
排架柱顶总反力R：
R=RA+RB= －６.７３－６.７３＝－１３.４６KN
各柱的简力：
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（→）
图16 Tmax作用在AB跨时排架的力
（6）Tmax作用于BC跨柱
由于结构对称及吊车的吨位相等，故排架力计算与“Tmax作用于AB跨柱”的情况相同，只需将A柱与C柱的对换，如图17
图17 Tmax作用BC跨时排架的
五．柱截面设计（中柱）
混凝土强度等级C20，fc=9.6N/mm2，ftk=1.54N/mm2．采用HRB335级钢筋，fy=fy`300N/mm2,ζb=0.55，上下柱采用对称配筋．
1．上柱的配筋计算
由力组合表可见，上柱截面有四组力，取h0＝４００－４０＝３６０mm，附加弯矩ea=20mm（大于４００／３０），判断大小偏心：
从中看出３组力为大偏心，只有一组为小偏心，而且：
N=429.KN<ζbαfcbh0=０.５５０×１×９.６×４００×３６０＝760.32KN
所以按这个力来计算时为构造配筋．对三组大偏心的，取偏心矩较大的的一组．即：
M=87.119KN.m N=357.64KN
上柱的计算长度：
L0=2HU=2×3.6=7.2m
e0=M/N=243.40mmei=e0+ea=263.40mm
l0/h=7200/400=18>5．应考虑偏心矩增大系数η
ζ1==0.5×9.6×160000/357640=2.15>1，取ζ１＝１
ζ2=1.15-
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