单层单跨厂房排架结构设计讲解.docx
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单层单跨厂房排架结构设计讲解
单层单跨厂房排架结构设计
一设计内容和条件
某厂装配车间,该车间为单跨厂房,柱距距为6米,厂房纵向长度为96米,跨度为27米,
15/3t中级工作制吊车二台,牛腿面标高9.00米,柱顶标高为13米。
设计条件
1屋面活何载:
q=0.5KN/M2,不考虑积灰荷载,雪荷载q-0.25KN/M2
2基本风压:
W0=0.40KN/M2
3屋面做法
三毡四油:
2
0.35KN/M
20mm水泥砂浆找平层0.4KN/M2合计gik二'g二0.75KN/M
屋面板采用G410标准图集1.51.6m预应力混泥土屋面板(卷材防水)
(板自重:
g2k-1.40KN/M2灌缝重:
g3k=0.1KN/M2)大型屋面板(包括填缝
2
4采用370mm厚烧结粘土空心砖(重度8KN/M)吊车梁以上设高侧窗,洞口尺寸为
4.21.8m,吊车梁以下设低侧窗,洞口尺寸宽高4.24m,圈梁设在柱顶处。
5排架柱:
混泥土C30钢筋:
纵向受力钢筋HRB400级箍筋:
HPB235级
柱下独立基础:
混泥土:
C20,钢筋:
HRB335级
6吊车:
Q15/3t桥式吊车中级工作制
吊车梁:
先张法预应力混泥土吊车梁,自重47.5KN/根
轨道及联结重量1.5KN/M
桥跨:
Lk=25.5m
桥宽:
B=6400m
轮距:
K二5250mm
小车重:
g=74KN
最大轮压:
Pmax=195KN
最小轮压:
Pmin-60KN
7柱高:
柱顶H=13m檐口=15.1m屋顶=17.35m
二荷载及内力计算
1柱截面尺寸的确定
Q在l5~20t之间:
10m:
:
:
Hk:
:
12m,由于是单跨结构,结构形式对称,因此A、B柱截
面尺寸相同。
A柱:
上柱:
400400(mm)下柱:
400800mm
2荷载计算
⑴永久荷载
A屋面板及每跨屋架传给每个柱子的荷载标准值G1(<二248.75KN
荷载设计值:
G1a=1.2248.75=298.5KN
B柱自重
2
A、B柱:
上柱:
g2k/=250.44KN/M下柱:
g3k/=250.40.8=8KN/M
贝U:
G2A=1.244=19.2KNG3A=1.289=86.4KN
C吊车梁自重:
G4a=1.2(47.51.56)=67.8KN
永久荷载作用如图:
屋面活荷载q=0.5KN/M2,不考虑积灰荷载,雪荷载q=0.25KN/M2,不同时考虑可变
荷载与雪荷载,取其中的大值,作用于每跨屋面下的柱
可变荷载为:
Qj=1.40.5613.5=56.7KN
可变荷载作用如图:
Pmin二60KN
已知Lk=25.5mB=6400mmK=5250mmPmax=195KN
贝U:
查表知2=0.9-0.1
Dmax厂Fmax,k'yi"・9195(0.80810.125)=339.24KN
Dmin,k=BRmin,k迟yi=0.9汉60x(0.808+1+0.125)=104.11KN
Dmax二QDmax,k=474.94KNDmin二qDmin=145.75KN
11
Tmax,k(G2,kG3,k)0.10.9(74150^5.04KN
44
⑷风荷载
B类地面(城市郊
由已知条件可知:
基本风压W。
=0.40KN/M2,风压高度变化系数按
区)
Wk二『「'wo其中:
:
o为1.0
20m处-z=1.25
由《建筑结构荷载规范》B类地面查10m处丄z=1.015m处-^1.14中间值按插值法求得,因此可得:
柱顶:
H=13m则叮=1.084
檐口:
H=15.1则J=1.142
屋顶:
H=17.35贝yJ=1.192风荷载体形系数如下:
风荷载标准值:
Wk="s1'zWo
=0.81.0840.4=0.347KN/M
W2k="s2"zW0
=0.41.0840.4=0.173KN/M
作用在排架上的风荷载为:
q」QWkB=1.40.3476=2.91KN/Mq2iQW4kB=1.40.1736=1.45KN/M
作用在柱顶的集中荷载FW
即将柱顶以上风荷载算作集中力作用柱顶,」z按房屋檐口标高Z=15.1m处计」z=1.142
FW=1.42.1(0.80.5)1.5(-0.60.5)11.1420.46=9.90KN/M
风荷载作用示意图如下:
3内力计算:
11
刚度:
A、B柱:
儿bh30.40.4^21.3310,m4
1212
11
Ilbh30.40.83=170.6710"m4
1212
I永久荷载作用
永久荷载作用包括物价自重、上柱自重、吊车梁自重等。
永久荷载作用示意图如下:
在永久荷载作用下排架的内力如图:
M/Gja(0.50.4-0.15)=298.50.05=14.925KNM
M2--G4A(0.75-0.4)(G1aG2A)0.2--67.80.35(298.519.2)
0.2=39.81KNM
A、B柱:
n二'二2133=0.125
1l170.67
1-丸2(1—丄)
由Ci=1.5•=2.07
31
13
(1)
n
C3
-1.5
=1.13
1■3(—-1)
n
Ri=业Ci」4.9252.07=2.38KN
H13
R2=叫C3m39811.13=3.46KN
H13
V=RR2=5.84KN
n可变荷载作用
可变荷载作用简化作用于柱顶如图,可变荷载作用下排架内力图如下
56.7567
2
M1g0.2=56.70.2=11.34KNM
查表得Cj=2.07C3=1.13
M12.835
RiLCi2.07=0.45KN
H13
M211.34
R2-C31.13=0.99KN
H13
V=R1R2=1.44KN(j)
in吊车竖向荷载:
当Dmax作用在A柱,Dmin作用在B柱时,吊车竖向荷载作用见图如下:
在吊车竖向荷载作用下内力如图;
M2a=474.940.35=166.229KNM2B=51.01KN
A、B柱:
n
Iu
Ii
21.33
170.67
=0.125
-0.308
13
C3=1.13
R2十字6=罟1.1^4.43KN(J)
R=R2A■R2B--10.02KN(j)
由于A、B柱剪力分配系数A二B=0.5
各柱上的剪力分配值:
Va=Va-R2A=5.01—14.45=—9.44KN3
VB=VB—R2B=5.01+4.43=9.44KN(j)
在吊车竖向荷载作用下的内力图如下:
F(>
当Dmin作用在A柱,Dmax作用在B柱上时,吊车荷载作用见图及在吊车竖向荷载作用下的内力图如下:
474,94
W水平刹车力作用下
水平刹车力:
Tmax=1.45.04=7.056KN作用于牛腿顶面1.4米处,当刹车力向右时,
用见图如下
内力图如下
同理得当
由于Fn同向作用在A、B柱上,因此排架的横向内力为零,剪力v-7.056KN
刹车力向左时排架的受力简图和内力图如下
V风荷载的作用
将柱顶以上风荷载作集中力作用于柱顶,柱上的风荷载看做是水平均布荷载。
当左风作用时作用简图如下:
A、B柱:
n=u21.330.125■-Hh40.308
l170.67H13
31(丄-1)
n
C11=0.331
81讥1-1)
_n
11
Ra1(q1-q2)(2.91-1.45)130.331=3.14KN
22
1
RA2Fw=0.59.9=4.45KN
2
R二Ra1Ra2=3.144.45二7.59KN
2
M=(Fw-R)xq1xV=(Fw-R)q/
2
VA=40.14KNVB=11.26KN
在风荷载作用下的内力图
当右风作用时作用简图及内力图如下:
20.84
152,56
汨KN
■
i
二_
—■—
43
A柱在各种荷载作用下的内力见表:
吊车竖向作用
吊车水平作用
风荷载
柱号及正向内力
荷载种类
恒荷载
可变荷载
Dmax在A
Dmax在
B
向右向左
左来风右来风
编号
内力图
控制截面I-IM(KNM)
8.435
2.925-37.76-37.7610.16-10.1632.52-20.84
N(KN)
317.7
56.7
-
-
-
-
-
-
n-n
M(KNM)
-31.375
-8.415
128.469
13.25
10.16
-10.16
32.52
-20.84
N(KN)
385.5
56.7
474.94
145.75
-
-
-
川-川
M(KNM)
21.185
4.545
43.509
-43.50
9
73.38
-73.38
275.93
-152.5
6
N(KN)
471.9
56.7
474.94
145.75
-
-
--
-
V(KN)
5.84
1.44
-9.44
-9.44
7.056
-7.056
40.14
11.26
柱的内力组合:
截面
内力
+Mmax及相应
一Mmax及相应
的N、V
Nmax及相应
Nmin及相应
的
M、V
的N、
V
的M
、V
组合项
数值
组合项
数值
组合项
数值
组合项
数值
I
M(KNM)
1+0.9x
40.34
1+0.9x
-53.45
1+0.9x
40.34
1+0.9x
I
N(KN)
(2+7)
368.73
(3+6+8)
317.7
(2+7)
368.73
(3+6+8)
n
M(KNM)
1+0.9汉
122.66
1+0.9汉
-57.7
1+0.9汉
115.09
1+0.9瓦(2+8)
]■
C
—1
£
n
N(KN)
(3+5+7)
812.95
(2+8)
436.53
(2+3+5+7)
863.98
M(KNM)
378.81
-221.32
378.81
N(KN)
1+0.9汉
950.38
1+0.9汉
603.08
1+0.9汉
950.38
1+0.9汉
E■
■n
V(KN)
(2+3+5+7)
41.12
(4+6+8)
1.13
(2+3+5+7)
41.12
(4+6+8)
1.13
柱的截面设计:
1选取控制截面的大偏心受压界限破坏时的轴力Nb为:
上柱:
Nb=rfcbbh0=114.34000.5536^1132.56KN
下柱:
Nb=:
rfcbbh0=114.34000.55760=2390.96KN
经比较A柱的所有N对称配筋的柱,在“M”相差不多时,
由此可以确定各柱的最不利内力。
[M=40.34KNM
A柱:
1-I①丿
N=368.73KNN
M=378.81KNM
川-川①=950.38KNN
V=41.12KN
截面纵向配筋计算表:
截面
I-1
I-I
川-川
川-川
M(KNM)
40.34
-53.45
378.81
-221.32
N(KN)
368.73
317.7
950.38
603.08
M.、e°=N(mm)
109
168
399
367
h
e0取—与20mm中的较30
大值
20
20
27
27
C=e°+ea(mm)
129
188
426
394
广0.5fcA
-1一■
N
3.1
3.6
2.4
3.79
l0=2.0出上柱
l0=1.0已下柱
8
8
9
9
l0
h
20
20
11.25
11.25
戶0.5fcA
q-c<1.0
N
3.1>1取1
3.6>1取1
2.4>1取1
3.79>1取1
il0
匚2=1.15-0.01上h
0.95
0.95
1
1
2
-1+(dh)g
1400eih0
1.76
1.52
1.61
1.17
0.3h0
108
108
228
228/
8
227
286
686
461
十h/、
e=9__+as(mm)2
67
126
326
101
AA,Ne
乓一As—
fy(h0-&)
214
347
1195
235
2
实配钢筋(mm)
4柱22
4哲22
4宜22
4注22
1251
1251
1251
1251
A
卩侧=仝%
bh
0.39%>0.2%
0.39%>0.2%
0.39%>0.2%
0.39%>0.2%
P全部=As+As%
bh
0.78%>0.6%
0.78%>0.6%
0.78%>0.6%
0.78%>0.6%
即上柱:
422下柱:
4三22
3箍筋的配置
因柱底剪力较小:
Vmax=41.12KN
若剪跨比'=3则;
1.751.75
ftbho1.43400760=190.19KN
■131
远大于柱底的剪力值(还没有考虑轴向压力对斜截面的有利影响),所以排架柱的箍筋按构
造配置为$10@200,柱箍筋加密区取为$10@100
4牛腿的设计
㈠牛腿几何尺寸的确定
牛腿截面宽度与柱宽度相等为400mm,若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离C1=80mm,吊车梁端部宽为340mm,吊车梁轴线到柱外侧的距离为750mm则牛腿面的长度为600mm,
牛腿外缘高度为500mm,牛腿的截面高度为700mm,牛腿的几何尺寸及配筋示意图如下:
㈡牛腿高度验算
作用于牛腿顶部按荷载标准组合计算的竖向力值;
Fv二DmaxGA4=474.9467.8=542.74KN
Fvk=Dmax,k+GA4,k=339.24+56.5=395.74KN
牛腿顶部按荷载标准组合计算水平拉力值;
Fhk=0.9Tk=0.95.04=4.536KNFh二二0.97.506=6.35KN
牛腿截面有效高度:
h0二h-as二700-40二760mm
竖向力Fvk作用点位于下柱截面内,a=0
牛腿的配筋
由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内,故该牛腿可按构造要求配筋,纵向钢筋取
16,箍筋取08@100。
牛腿局部受压验算
0.75Afc=0.7540034014.3=1458.6KN-Fvk,满足要求
牛腿纵向受压钢筋的计算
因为a:
O.3h0,取a=O.3h0=0.3660=198mm
bh400700
0.2%<仝二—804—=0.287%<0.6%
柱的吊装验算
采用翻身吊,吊点设牛腿与下柱的交接处,起吊时,混凝土达到设计强度的100%,计算
简图如下
荷载计算
根据构造要求,取柱插入基础的深度0.9h=720,取800mm
自重线荷载,考虑动力系数1.5,各段荷载标准值分别为上柱:
g,=1.5(1.610二)25=6KN/M牛腿:
g2=1.5(0.241)25=9KN/M
g3
=1.5(6.410」)25=24KN/M
内力分析
1212
M1g1L16448KNM
12切12
M21
2
12
由RaL3M2g3L30得:
2
所以M3二Rax-丄g3x2,令Ra-g3X=0得柱下最大弯矩发生在:
2
12
则M3=89.763.74243.74=167.85KNM
2
上柱吊装验算:
2
上柱配筋:
人二As=760mm受弯承载力验算:
Mu=fyAs(h。
-as)=360760(360-40)10^-87.55KN>
oM1G=0.9481.2二51.84KNM满足要求。
700
裂缝宽度验算:
从弯矩图上可以看出,只需对上柱M2处的裂缝宽度进行验算即可。
厂=1.1一0.656ftk^te^sk=1.1一0.652.01(0.015614(725=0.5
Wmax^cr坐(1.9c0.08^)=2.10.5140:
725(1.9300.08丝)crE/J21050.0156
满足要求
下柱验算:
2
代=As=1251mm受弯承载力验算
Mu=360X251汇(760—40)=324.26KNM>YoM3Yg=0.9"67.85".2=181.28KN
(裂缝不需要验算)
柱的配筋图:
基础设计:
由基础梁传至基础顶面的外墙重量的设计值为Gw(370mm厚墙容重取为8KN/M2)
Gw=1.216.16-(1.84)4.28=693.5KN
确定基础尺寸;
柱插入深h=0.9h=0.9800=720mm取g=800mm
杯底厚度a1_200mm选a1=250mm杯口底垫层为50mm,则基础的高度即为
1100mm,由于杯壁厚度t-300mm,且大于基础梁宽,取t=375mm。
基础底面尺寸
地基承载力设计值按下式计算
f二fk•b(b-3厂do(d-0.5)并由表查的d=1.0b=0,取土平均自重
0=20KN/M3,则得f=280120(1.1-0.5)=292KN/M2
由Nmax的一组荷载,按轴压基础初估其底面尺寸
2
因该基础为偏心受压,故取A=1.3A=1.36.088=7.92m底面选为矩形
212123
ab=3.82.8=10.64m。
则基础底面的Wba2.83.8=6.739m,
66
13134
Iba2.83.8=12.8m
1212
基础及其上填土重G=1.2oabH=1.2202.83.81.1=251.328KN
.1900—一1900
o0寸T—I
S'BW
450800⑸I
>n*
3JJ00
地基承载力验算:
作用于基础底面的力矩及轴力设计值:
第一组荷载:
MbWWGwe=378.8141.121.2693.5(0.1850.4)=833.85KNM
Nb=口GGw=950.38251.328693.5=1895.21KN
第二组荷载:
Mb二M2V2h—Gwe=221.32603.081.1-693.5(0.1850.4)=479.01KNM
(顺时针)
NbGGw=603.08251.328693.5-1547.91KN
验算基地应力:
计算公式:
p;max二弘-叫;且满足:
Pmax乞1.2f=1.2292=350.4KN/M2Aw
12
;-(PmaxPminHf=:
292KN/M及Pmin_°由前:
A=ab=3.82.8=10.64
3
W=6.739m按上式计算公式的计算结果列于下表:
荷载组别
Pmax
Pmin
二(Pmax+Pmin)
2
①
301.85
54.39
178.12
②
216.56
74.4
145.48
故按所设计的基础底面尺寸合适基础受冲切承载力验算
按第一组荷载验算(因改组荷载产生的基础底边净反力为最大)。
此时,Mb=833.85KN,
Nb-G=1895.21-251.328=1641.88KN;则基础底边净反力为:
柱边冲切面承载力验算:
因Nb=2.8mR2h。
=0.421.16=2.72m
则
A=(a-at-h°)b-(b-bt-h。
)2=(3.8-0.8-1.055)2.8-(2.8-0.4-1.055)2=1.225m222222222
冲切荷载设计值:
Fl=pmaxA=278.041.22^340.6KN
冲切投影面积:
A(bth°)h。
=(0.41.055)1.05^1.535m2
抗冲切承载能力:
0.6ftA=0.61.271.535103=116.67KNR=340.6KN
故抗冲切承载力满足
变阶处冲切承载力验算:
此时冲切破坏面与柱边破坏边重合,故可不验算基础底边净反力计算公式同前:
smaxPsmin
Nb-GMb..,-x1.90.45
—,Ps■二Psmin(Psmax-Psmin)~~~
Aw3.8
28
PsU=Psmin-(Psmax-Ps