单层工业厂房课程设计计算书.docx
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单层工业厂房课程设计计算书
单层工业厂房结构课程设计计算书
学号:
学院:
水利与建筑
专业:
土木工程
班级:
1103
姓名:
一.设计资料
1.某金工车间,单跨无天窗厂房,厂房跨度L=24m,柱距为6m,车间总长度为120m,中间设一道温度缝,厂房剖面图如图所示:
2.车间内设有两台双钩桥式起重机,吊车起重量为200/50kN。
3.吊车轨顶标高为9.6m。
4.建筑地点:
哈尔滨。
5.地基:
地基持力层为亚粘性层,地基承载力特征值为fak=180kN/m2。
最高地下水位在地表15m。
6.材料:
混凝土强度等级为C30,纵向钢筋采用HRB400级,(360N/mm2)箍筋采用HPB235级。
(300N/mm2)
二.选用结构形式
1.钢屋盖,采用24米钢桁架,桁架端部高度为1.2m,中央高度为2.4m,屋面坡度为,,屋面板采用彩色钢板,厚4mm。
2.预制钢筋混凝土吊车梁和轨道链接
采用标准图G325,中间跨DL-9Z,边跨DL-9B,梁高。
轨道连接采用标准图集G325
3.预制钢筋混凝土
取轨道顶面至吊车梁顶面的距离,故
牛腿顶面标高=轨顶标高--=9.6-1.2-0.2=8.2
查附录12得,吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.7m,考虑屋架下弦至吊车顶部所需空间高度为220mm,故
柱顶标高=9.6+2.7+0.22=13.52m,
三.柱的各部分尺寸及几何参数
上柱b×h=400mm×400mm(g1=4.0kN/m)
Ai=b×h=1.6×105m2
I1=bh3/12=2.13×109mm4
图1厂房计算简图及柱截面尺寸
下柱bf×h×b×hf=400mm×800mm×100mm×100mm(g2=3.69kN/m)
A2=100×400×2+(800-2×100)×100+2×25×150=1.475×105mm2
I2=5003×100/12+2×(400×1003/12+400×100×3002)+4×(253×150/36+343.752×1/2×100×25)=8.78×1010mm4
n=I1/I2=2.13×109/(8.78×109)=0.248
H1=3.6m;H2=3.6+8.6=12.2m。
λ=H1/H2=3.6/12.2=0.295
四.荷载计算
1.恒荷载
(1)屋盖自重
SBS防水层1.2×0.1=0.12kN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层1.2×0.02×20=0.48kN/m2
大型预应力屋面板(包括灌缝重)1.2×1.4=1.68kN/m2
总1g1=3.3kN/m2
屋架1.2×60.5=72.6kN
则作用屋架一段作用于柱顶的自重为:
G1=6×9×3.3+0.5×72.6=214.5kN
(2)柱自重
上柱:
G2=1.2×3.6×4.0=17.28kN
下柱:
G3=1.2×8.6×3.69=38.08kN
(3)吊车梁及轨道自重:
G4=1.2×(30.4+0.8×6)=42.2kN
2.屋面活荷载
由《荷载规范》查得屋面活荷载标准值为0.5kN/m2,因屋面活荷载大于雪荷载0.4kN(50年一遇),故不考虑雪荷载。
Q1=1.4×0.5×6×12=50.4kN
3.风荷载
由《荷载规范》查得齐齐哈尔地区基本风压为ω0=0.45kN
风压高度变化系数(按B类地面粗糙度取)为
柱顶:
(按H2=11.5m)μz=1.04
檐口处:
(按H2=13.8m)μz=1.11
屋顶:
(按H2=15.4m)μz=1.15
风荷载标准值:
ω1k=βzμs1μzω0=1.0×0.8×1.04×0.45=0.37kN/m2
ω2k=βzμs2μzω0=1.0×0.5×1.04×0.45=0.23kN/m2
则作用于排架上的风荷载设计值为:
q1=1.4×0.37×6=3.15kN/m
q2=1.4×0.23×6=1.97kN/m
Fw=γQ[(μs1+μs2)μzω0h1+(μs3+μs4)μzω0h2]×B
=1.4×[(0.8+0.5)×1.11×0.45×2.3+(-0.6+0.5)×1.15×0.45×1.6]×6=11.85kN(屋面坡度为1/8)
风荷载作用下的计算简图如下图:
图2风荷载作用下计算简图
4.吊车荷载
由附表16-2查得Pk,max=180kN;
Pk,min=1/2(G+g+Q)-Pk,max=1/2(228+200)-180=46.5kN
B=5600mm,K=4400mm
则根据支座反力影响线求出作用于柱上的吊车竖向荷载为:
Dmax=φc*γQ*Pk,max*Σyi=0.9×1.4×180×(1+0.267+0.8+0.067)
=483.99kN
Dmin=φc*γQ*Pk,min*Σyi=0.9×1.4×46.5×(1+0.267+0.8+0.067)
=125.03kN
作用于每一轮子上的吊车横向水平刹车力
Fh1=γQ*ɑ/4(Q+g)=1.4×0.1/4×(200+77.2)=9.702kN
则两台吊车作用于排架柱顶上的吊车横向水平荷载为
Fh=φc*Fh1*Σyi=0.9×9.702×(1+0.267+0.8+0.067)
=18.63kN
五.内力计算
1.恒荷载
(1)屋盖自重作用
因为屋盖自重是对称荷载,排架无侧移,故按柱顶为不动铰支座计算。
由厂房计算简图及柱截面尺寸图取用计算截面图
图3取用计算截面
e1=0.05m,e0=0.15m,G1=214.5kN,根据n=0.248,λ=0.295查表得C1=1.760,C3=1.268,则可得
R=-G1/H2(e1*C1+e0*C3)=-214.5/12.2×(0.05×1.760+0.15×1.268)=-4.97kN(→)
计算时对弯矩和剪力的符号规定为:
弯矩图绘在受拉一边;剪力对杆端而言,顺时针方向为正(),剪力图可绘在杆件的任意一侧,但必须注明正负号,亦即取结构力学的符号。
这样,由屋盖自重对柱产生的内力如下图:
图4恒荷载内力图
MⅠ=-214.5×0.05+4.97×3.6=7.17kN·m
MⅡ=-214.5×0.15+4.97×3.6=-14.28kN·m
MⅢ=-214.5×0.15+4.97×12.2=28.46kN·m
NⅠ=NⅡ=NⅢ=214.5kN,VⅢ=4.97kN
(2)柱及吊车梁自重作用
由于在安装柱子时尚未吊装屋架,此时柱顶之间无连系,没有形成排架,故不产生柱顶反力;因吊车梁自重作用点距离柱外边缘不少于750mm,则内力如下图4所示:
MⅠ=0,MⅡ=MⅢ=+42.2×0.50-17.28×0.15=18.51kN·m
NⅠ=17.28kN
NⅡ=17.28+42.2=59.48kN
NⅢ=59.48+35.50=94.98kN
2.屋面活荷载作用
因屋面活荷载与屋盖自重对柱的作用点相同,故可将屋盖自重的内力乘以下列系数,即得屋面活荷载内力分布图如图4所示,其轴向压力及剪力为:
Q1/G1=50.4/214.5=0.235
NⅠ=NⅡ=NⅡ=50.4kN,VⅡ=0.235×4.97=1.168kN
3.风荷载作用
为计算方便,可将风荷载分解为对称及反对称两组荷载。
在对称荷载作用下,排架无侧移,则可按上端为不动铰支座进行计算;在反对称荷载作用下,横梁内力等于零,则可按单根悬臂柱进行计算。
图5柱作用正风压图
当柱顶作用集中风荷载Fw时,
当墙面作用均布风荷载时,查表得C11=0.355,则得
R3=C11·H2·1/2(q1-q2)=0.355×12.2×1/2×(3.15-1.97)=2.56kN
当正风压力作用在A柱时横梁内反力R:
R=R1+R3=8.49kN
A柱内力图如图6所示,其内力为
M=(Fw-R)x+1/2q1x2
MⅠ=MⅡ=(11.85-8.49)×3.6+1/2×3.15×3.62=36.07kN·m
MⅢ=(11.85-8.49)×12.2+1/2×3.15×12.22=275.42kN·m
NⅠ=NⅡ=NⅢ=0
VⅢ=(Fw-R)+q1x=(11.85-8.49)+3.15×12.2=42.14kN
图6 A柱作用正风压 图7 A柱作用负风压
当负风压力作用在A柱时(如图7所示),其内力为
M=-Rx-1/2q2x2
MⅠ=MⅡ=-8.49×3.6-1/2×1.97×3.62=-43.33kN·m
MⅢ=-8.49×12.2-1/2×1.97×12.22=-250.19kN·m
NⅠ=NⅡ=NⅢ=0
VⅢ=-R-q2x=-8.49-3.15×12.2=-32.52kN
4.吊车荷载
(1)当Dmax值作用于A柱(如图8-a所示)
根据n=0.248,λ=0.295查表得C3=1.268。
吊车轮压与下柱中心线距离按构造要求取e4=0.35m,则得排架柱上端为不动铰支座时的反力值为:
R1=-Dmax·e4·C3/H2=-483.99×0.35×1.268/12.2=-25.15kN(←)
R2=-Dmin·e4·C3/H2=-125.03×0.35×1.268/12.2=6.50kN(→)
故R=R1+R2=-25.15+6.50=-18.65kN(←)
再将R值反向作用于排架柱顶,按剪力分配进行计算。
由于结构对称,故各柱剪力分配系数相等,即μA=μB=0.5。
(如图8-b所示)各柱的分配剪力为:
V‘A=-V‘B=μAR=0.5×18.65=9.33kN(→)
最后各柱顶总剪力为:
VA=V‘A-R1=9.33-25.15=-15.82kN(←)
VB=V‘B-R2=9.33+6.50=-15.83kN(→)
图8吊车竖向荷载作用时柱顶剪力(a)上端为不动铰支座时(b)柱顶作用R时
则A柱的内力为:
(如图9-a所示)
MⅠ=-VA·x=-15.82×3.6=-56.95kN·m
MⅡ=-VA·x+Dmax·e4=-56.95+483.99×0.35=185.05kN·m
MⅢ=-15.82×12.2+483.99×0.5=48.99kN·m
NⅠ=0kN
NⅡ=NⅢ=483.99kN
VⅢ=VA=-15.82kN(←)
图9吊车竖向荷载对A柱内力图(a)当Dmax作用于A柱时(b)当Dmin作用于A柱时
(2)当Dmin值作用于A柱时(如图9-b所示)
MⅠ=-VA·x=-15.82×3.6=-56.95kN·m
MⅡ=-VA·x+Dmin·e4=-56.95+125.03×0.35=5.57kN·m
MⅢ=-15.82×12.2+125.03×0.35=-130.49kN·m
NⅠ=0kN
NⅡ=NⅢ=125.03kN
VⅢ=VA=-15.82kN(←)
(3)当Fh值自左向右作用时(→)
由于Fh值同向作用在A、B柱上,因此排架的横梁内力为零,则得A柱的内力:
(如图10所示)
图10吊车横向水平作用(a)吊车横向水平作用于排架(b)横向水平作用时
MⅠ=MⅡ=Fhx=18.63×1.0=18.63kN
MⅢ=18.63×(9+0.6)=178.8kN·m
NⅠ=NⅡ=NⅢ=0
VⅢ=Fh=18.63kN(←)
(4)当Fh值自右向左作用时(←)