单层厂房设计混凝土结构课程设计任务书Word格式.docx

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单层厂房设计混凝土结构课程设计任务书Word格式.docx

计算书内容

一、结构方案及主要承重构件选型

根据厂房跨度,柱顶高度及吊车起吊量大小,本车间采用钢筋混凝土排架结构,结构平面图如图一所示:

图一、厂房结构布置图为了保证屋盖的整体性和空间刚度,屋盖采用无檩体系,根据厂房具体条件柱间支撑设置如图二

所示:

图二、厂房平面和柱间支撑布置图

厂房各主要构件选型见下表

构件名称

标准图集

选用型号

重力荷载

标准值

容许荷载

预应力混凝土屋面板

G410

(一)

1.5*6m

YWB-3Ⅱ(中间跨)

YWB-3Ⅱs(端跨)

1.5KN/㎡

(包含灌缝重)

3.65KN/㎡

预应力混凝土折线型

屋架

G415

(一)

YWJ18-2-Aa

69KN/榀

0.05KN/㎡

(屋盖钢支撑)

4.5KN/m

预应力卷材防水天沟

G410(三)

TGB68-1

1.91KN/㎡

钢筋混凝土吊车梁

04G323

(二)

DL-9Z(中间跨)

DL-9B(边跨)

39.5KN/根

40.8KN/根

吊车轨道及轨道连接

构件

04G325

DGL-10

0.8KN/m

钢筋混凝土基础梁

04G320

JL-1(5.5~14.5m整体)

JL-3(5.5~18.0m有窗)

16.1KN/根

预埋件

04G362

详见施工图

5.24KN/㎡

柱间支撑

05G336

由图一知柱顶标高10.5m,牛腿顶面标高6.6m,室内地面至基础顶面的距离为1.0m.,则计算简图

中柱的的总高度H、下柱高度Hl和上柱高度Hu分别为:

H=10.5+1.0=11.5mHl=6.6+1.0=7.6mHu=11.5-7.6=3.9m

根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件,可由表2.4.2并参考表2.4.4确定柱截面尺寸见下表:

计算参数

柱号

截面尺寸/mm

面积/mm2

惯性矩

/mm4

自重/(KN/m)

A,C

上柱

矩400*400

1.6*105

21.3*108

4.0

下柱

Ⅰ400*800*100*150

1.775*105

143.8*108

4.44

B

矩400*600

2.4*105

72*108

6.0

本例仅取一榀排架进行计算,计算单元和计算简图如下图三所示:

图三、排架计算简图

二、荷载计算

1.恒载

(1)、屋盖恒载

SBS防水卷材0.25KN/㎡

20mm厚水泥砂浆找平层20KN/㎡*0.02m=0.40KN/㎡

20~30mm厚挤塑板保温层0.10KN/㎡

20mm厚水泥砂浆找平层20KN/㎡*0.02m=0.40KN/㎡预应力混凝土屋面板屋面板(包含灌缝重)1.50KN/㎡屋盖钢支撑0.05KN/㎡

共计:

2.70KN/㎡

屋架重力荷载为69KN/榀,则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为:

G1=1.2*(2.70KN/㎡*6m*18/2+69/2)=216.36KN

(2)、吊车梁及轨道重力荷载设计值

G3=1.2*(39.5KN+0.8KN/m*6m)=53.16KN(3)、柱自重重力荷载设计值

A,C柱:

上柱:

G4A=G4C=1.2*4KN/m*3.9m=18.72KN

下柱:

G5A=G5C=1.2*4.44KN/m*7.6m=40.49KNB柱:

G4B=1.2*6KN/m*3.9m=28.08KN

G5B=1.2*4.44KN/m*7.6m=40.49KN

各项恒载作用位置如图四所示

图四、荷载作用位置图(单位:

KN)

2.屋面活荷载

屋面活荷载标准值为0.5KN/㎡,雪荷载标准值为0.35KN/㎡,后者小于前者,故按屋面活荷载计算。

作用于柱顶的屋面活荷载设计值为:

Q1=1.4*0.5KN/㎡*6m*18/2=37.8KNQ1的作用位置与G1作用位置相同,如图四所示

3.风荷载

风荷载标准值按式(2.5.2)计算,其中w0=0.4KN/m2,βz﹦1.0,μz根据厂房各部分标高(图一)及B

类地面粗糙度由附表5.1确定如下:

柱顶(标高10.500m)μz=1.014檐口(标高12.150m)μz=1.062屋顶(标高13.445m)μz=1.096风荷载体型系数如下图五(a)所示

(a)(b)

图五、风荷载体型系数及排架计算简图

μs如图所示,由式(2.5.2)可得作用于排架简图(b)上迎风面和背风面的风荷载设计值为:

q1=1.4*w1k*6.0=1.4βzμs1μzw0*6.0=1.4*1.0*0.8*1.014*0.4*6.0=2.726KN/㎡q2=1.4*w2k*6.0=1.4βzμs2μzw0*6.0=1.4*1.0*0.4*1.014*0.4*6.0=1.363KN/㎡

FW=γQ[(μs1+μs2﹚μzh1+(μs3+μs4﹚μzh2]βzw0B

=1.4*[(0.8+0.4)*1.062*1.65m+(﹣0.6+0.5)*1.096*1.295m]*1.0*0.40*6

=6.59KN

4.吊车荷载

由表2.5.1可得200/50KN吊车的参数为:

B=5.65m,K=4.40m,g=75KN,Q=200KN,Fp,max=195KN,Fp,min=30KN。

根据B及K,可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值,如图六所示。

(1)吊车竖向荷载

参照书上公式(2.5.4)和(2.5.5)可得吊车竖向荷载设计值为:

Dmax=γQFp,maxΣyi=1.4*195KN*(1+0.792+0.267+0.058)=577.94KNDmin=γQFp,minΣyi=1.4*30KN*(1+0.792+0.267+0.058)=88.91KN

(2)吊车横向水平荷载

图六、吊车荷载作用下支座反力影响线

作用于每一个轮子的吊车横向水平制动力参照式(2.5.6)计算,即

T=1×

α×

(Q+g)=1/4*0.1*(200KN+75KN)=6.875KN

4

作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值参照式(2.5.7)计算,即

Tmax=γQTΣyi=1.4*6.875*2.117=20.38KN

三、排架内力分析

该厂房为两跨等高排架,可用剪力分配法进行排架内力分析。

柱的分配系数参照书上公式(2.6.16)计算,计算结果见下表。

柱别

n=Iu/Il

λ=Hu/H

C0=3/[1+λ3(1/n﹣1)]

δ=H3/C0EIl

εi=(1/δi)/(Σ1/δi)

A,C柱

n=0.148

λ=0.340

C0=2.446

δ=δ=0.284*10﹣10H3/E

AC

εA=εC=0.315

B柱

n=0.501

C0=2.887

δ=0.241*10﹣10H3/E

εB=0.370

1.恒载作用下排架内力分析

恒载作用下排架的计算简图如图七所示。

图中的重力荷载G及力矩M是根据图四确定的,即:

--

G1=G1=216.36KN;

G2=G3+G4A=53.16KN+18.72KN=71.88KN

G3=G5A=40.49KN;

G4=2G1=2*216.36KN=432.72KN

G6=G5B=40.49KN;

G5=G4B+2G3=28.08KN+2*53.16KN=134.40KN

M1=G1e1=216.36KN*0.05m=10.82KN·

m

M2=(G1+G4A)e0-G3e3

=(216.36KN+18.72KN)*0.2m-53.16KN*0.35m=28.41KN·

由于图七所示排架为对称结构且作用对称荷载,排架结构无侧移,故各柱按柱顶不动铰支座计算内

力。

柱顶不动铰支座范例Ri可根据教材表2.5.2所列公式计算。

对于A、C柱,n=0.148,λ=0.340,则

1;

λ2×

(1;

1)

n

31;

λ2

C1=2×

1:

λ3×

1)=2.037C3=2×

1)=1.082

nn

M1M2

RA=

×

C+×

C=(10.82KN·

m*2.037+28.41KN·

m*1.082)/11.5m=4.59KN

HH

RC=﹣4.59KN

本题中RB=0。

求得Ri后,可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。

柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和,恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见下图。

图七、恒载作用下排架内力图

2.屋面活荷载作用下排架内力分析

(1)AB跨作用屋面活荷载

排架计算简图如图八所示。

其中Q1=50.4KN,它在柱顶及变阶处引起的力矩为:

MIA=37.8*0.05=1.89KN·

mM2A=37.8*0.25=9.45KN·

mM1B=37.8*0.15=5.67KN·

m。

对于A柱,C1=2.037,C3=1.082,则

M1A×

C+

H

M2A×

C=(1.89KN·

m*2.037+9.45KN·

m*1.082)/11.5m=1.22KN(→)

对于B柱,n=0.501,λ=0.340,则

1)=1.610

n

RB=

M1B×

C=5.67KN·

m*1.610/11.5m=0.79KN(→)

则排架柱顶不动铰支座总反力为:

R=RA+RB=1.22KN+0.79KN=2.01KN(→)

将R反向作用于排架顶,由书上公式(2.5.15)计算相应的柱顶剪力,并与柱顶不动铰支座反力叠加,可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力,即

VA=RA-εA*R=1.22KN-0.314*2.01KN=0.59KN(→)VB=RB-εB*R=0.79KN-0.371*2.01KN=-0.05KN(←)VC=-εC*R=-0.314*2.01KN=-0.63KN(←)

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图八所示

图八、AB跨作用屋面活荷载时排架内力图

(3)BC跨作用屋面活荷载

由于结构对称,且BC跨与AB跨作用荷载相同,故只需将图八中内力图的位置及方向调整一下就可,如下图九所示

图九、BC跨作用屋面活荷载时排架内力图

3.风荷载作用下排架内力分析

(1)左吹风时

计算简图如图十所示。

对于A、C柱,n=0.148,λ=0.340,由表2.5.2得:

λ4×

C1=8×

1)==0.329

RA=-q1*H*C11=-2.726KN/m*11.5m*0.329=-10.31KN(←)

RC=-q2*H*C11=-1.363KN/m*11.5m*0.329=-5.22KN(←)

R=RA+RB+FW=-10.31KN-5.16KN-6.59KN=-22.06KN(←)

各柱顶剪力分别为:

VA=RA-εA*R=-10.31KN-0.314*22.06KN=-3.38KN(←)

VB=-εB*R=-0.371*22.06KN=8.18KN(→)

VC=RC-εC*R=-5.16-0.314*22.06KN=1.77KN(→)

排架内力如图十所示

图十、左吹风时排架内力图

(2)右吹风时

计算简图如图十一所示。

将图十所示A,C柱内力图对换且改变内力符号后可得,如图十一所示。

图十一、右吹风时排架内力图

4.吊车荷载作用下排架内力分析

(1)Dmax作用于A柱

计算简图如图十二所示。

其中吊车竖向荷载Dmax,Dmin在牛腿顶面处引起的力矩为:

MA=Dmax*e3=577.94KN*0.35m=202.28KN·

mMB=Dmin*e3=88.91KN*0.75m=66.68KN·

对于A柱,C3=1.082,则

R=−MA×

C=-202.28KN·

m*1.082/11.5m=-19.03KN(←)

对于B柱,n=0.501,λ=0.340,由表2.5.2得:

C3=2×

1)=1.277

MB×

C=66.68KN·

m*1.277/11.5m=7.40KN(→)

R=RA+RB=-19.03KN+7.40KN=-11.63KN(←)

排架各柱顶剪力分别为:

VA=RA-εA*R=-19.03KN+0.314*11.63KN=-15.38KN(←)VB=RB-εB*R=7.40KN+0.371*11.63KN=11.71KN(→)VC=-εC*R=0.314*11.63KN=3.65KN(→)

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图十二所示

图十二、Dmax作用在A柱时排架内力图

(2)Dmax作用在B柱左计算简图如图十三所示。

MA、MB计算如下:

MA=Dmin*e3=88.91KN*0.35m=31.12KN·

MB=Dmax*e3=577.94KN*0.75m=433.46KN·

柱顶不动铰支座反力RA,RB及总反力R分别为:

C=-31.12KN·

m*1.082/11.5m=-2.93KN(←)

C=433.46KN·

m*1.277/11.5m=48.13KN(→)

R=RA+RB=-2.93KN+48.13KN=45.20KN(→)

VA=RA-εA*R=-2.93KN-0.314*45.20KN=-17.12KN(←)VB=RB-εB*R=48.13KN-0.371*45.20KN=31.36KN(→)VC=-εC*R=-0.314*45.20KN=-14.19KN(←)

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图十三所示。

图十三、Dmax作用在B柱左时排架内力图

(3)Dmax作用在B柱右

根据结构对称性及吊车吨位相等的条件,内力计算与―Dmax作用在B柱左‖的情况相同,只需将A,C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力图,如图十四所示。

图十四、Dmax作用在B柱右时排架内力图

(4)Dmax作用在C柱

同理,将―Dmax作用在C柱‖的情况的A,C柱内力对换,并注意改变符号,可求得各柱内力,如下图十五所示。

图十五、Dmax作用在C柱时排架内力图

(5)Tmax作用于AB跨柱

当AB跨作用吊车横向水平荷载时,排架计算简图如图十六所示。

对于A柱,n=0.148,λ=0.340,由表2.5.3得a=(3.9m-1.2m)/3.9m=0.692,则

5

2;

3aλ:

λ3[(2+a)(1−a)2;

(2;

3a)]

C=n=0.557

2[1:

λ3(1;

1)]

RA=-Tmax*C5=-20.38KN*0.557=-11.35KN(←)

同理,对于B柱,n=0.501,λ=0.340,a=0.692,C5=0.634,则

RB=-Tmax*C5=-20.38KN*0.634=-12.93KN(←)

排架柱顶总反力R为:

R=RA+RB=-11.35KN-12.93KN=-24.28KN(←)

各柱顶剪力为:

VA=RA-εA*R=-11.35KN+0.314*24.28KN=-3.73KN(←)VB=RB-εB*R=-12.93KN+0.371*24.28KN=-3.92KN(←)VC=-εC*R=0.314*24.28KN=7.62KN(→)

排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图十六所示。

当Tmax方向相反时,弯矩图和剪力只改变符号,方向不变。

图十六、Tmax作用在AB跨时排架内力图

(6)Tmax作用在BC跨柱

由于结构对称及吊车吨位相等,故排架内力计算与―Tmax作用在BC跨柱‖的情况相同,仅需将A

柱与C柱的内力对换,如图十七所示。

图十七、Tmax作用在BC跨时排架内力图

四、内力组合

下表给出各柱的内力组合。

其中表1.1为A柱内力设计值汇总表,表1.2为为A柱内力组合值表。

表2.1为B柱内力设计值汇总表,表2.2为B柱内力组合值表。

内力组合按公式(2.5.19)~(2.5.21)计算。

表1.1A柱内力设计值汇总表

柱号及正向内力

荷载类别

恒载

屋面活载

吊车竖向荷载

吊车水平荷载

风荷载

作用在

AB跨

BC跨

Dmax作用

在A柱

在B柱左

在B柱右

在C柱

Tmax作用

在AB跨

在BC跨

左风

右风

序号

○1

○2

○3

○4

○5

○6

○7

○8

○9

○10

○11

Ⅰ-Ⅰ

M

7.08

0.41

2.46

-59.98

-66.77

55.34

-1424

±

9.91

29.72

7.55

-17.27

N

235.08

37.8

Ⅱ-Ⅱ

-21.33

-9.04

142.30

-35.65

-14.24

288.24

577.94

88.91

Ⅲ-Ⅲ

13.55

-4.56

7.25

25.41

-165.76

163.19

-41.98

136.45

87.63

141.39

-110.48

328.73

V

4.59

0.59

0.63

-15.38

-17.12

14.19

-3.65

16.65

7.62

27.97

-17.44

注:

M(单位为KN·

m),N(单位为KN),V(单位为KN)

表1.2A柱内力组合表

截面

+Mmax及相应N,V

-Mmax及相应N,V

Nmax及相应M,V

Nmin及相应M,V

○1+0.9*[○2+○3+

0.9*(○6+○9)+○10]

85.36

○1+0.9*[

0.8*(○5+○7)

0.9*○9+○11]

-90.86

0.9*○6]

54.49

○1+0.9*[○3+

84.99

269.10

0.8*(○4+○6)

0.9*○9+○10]

154.05

○1+0.9*[○2+

-105.00

○1+0.9*○4

106.74

○1+0.9*[0.9*(○6+○9)

+○11]

-72.48

704.36

386.28

808.39

0.9*○8+○10]

393.64

0.9*○8+○11]

-350.08

36.42

350.49

744.85

426.77

848.88

42.96

-39.02

-9.25

48.00

MK

○1/1.2+0.9*[○3+

0.9*○8+○10]/1.4

282.79

○1/1.2+0.9*[○2+

0.9*○8+○11]/1.4

-248.45

○1/1.2+0.9*○4/1.4

27.63

0.9*(○6+○9)+○10]/1.4

251.96

NK

571.17

343.97

645.47

273.94

VK

31.23

-27.32

-6.06

34.83

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