工业厂房例题.docx
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工业厂房例题
单层厂房结构课程设计实例
1.结构构件选型及柱截面尺寸确定
因该厂房跨度在15—36m之间,且柱顶标髙大于8m,故采用钢筋混凝土排架结构。
为了使屋盖具有较大刚度,选用预应力混凝土折线型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。
山图2-54可知柱顶标高为9.6m,牛腿顶面标高为6m:
设室内地面至基础顶面的距离为0.5m,则计算简图中柱的总高度H,下柱高度H“和上柱高度比分别为:
H=10.2m+0.5m=10.7m
H[=6m+0.5m=6.5m
£=10.7m-6.5m=4.2m
根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件,可确定柱的截面尺寸,见表2-22。
表2-22柱截面尺寸及相应的计算参数
计算参数
柱号
截面尺寸/nun
面积
/mm2
惯性矩/mm4
自重z(kN/m)
A,C
矩400x400
1.6X105
21.3x10s
4.0
n
s
9
6
4.
B
E
5
o
6.
s
zxsu
4
9
4.
本设计仅取一棍排架进行计算,计算单元和计算简图如图2-55所示。
O.35kN/m2
20kN/m3x0.02m=0.40kN/m22
8kN/m3x0.08m=0.64kN/m2
1.4kN/m2
0.05kN/nr
图2-55计算单元和计算简图
2.荷载计算
1•恒载⑴屋盖恒载
绿豆砂浆保护层
二毡三油防水层
20厚水泥砂浆找平层
80厚泡沫混凝土保温层
预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝)
屋盖钢支撑
总计
2.84kN/m2
为:
屋架重力荷载为60.5kN/^,则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值
G|=1.2x(2.84kN/mx6mx18/2m+6O.5/2RN)=220・33kN
(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值:
=1.2x(44.2kN+0.8kN/mx6m)=58.8kN
(3)柱自重重力荷载设计值
A、C柱:
[.k:
|:
.G4A=G4C=1.2x4.0kN/mx3.6m=17.28kN
下柱.G5a=G、c=1.2x4.69kN/mx6.5m=36.58kNB柱:
卜柱・°4B=1・2x6.0kN/mx3.6m=25.92kN下村:
•Gb=1.2x4.94kN/mx6.5m=38.53kN各项恒载作用位置如图2-56所示。
图2-56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/nr,雪荷载标准值为0.4kN/m2,后者小于前者,故仅按前者计算。
作用于柱顶的屋面活荷载设计值为:
<2|=1.4x0.5kN/m2x6mx18/2m=37.8kN
0的作用位置与5作用位置相同,如图2-56所示。
3•风荷载
风荷载的标准值按叫计算,其中
wo=O.5kN/nr}0:
=1.0,儿根据厂房各部分标高(图2-54)及B类地面粗糙度确定如下:
柱顶(标高9.6m)Az=1000
檐口(标高11.75m)角=1^9
屋顶(标高12.80m)仏=1°78
值分别为:
vvk=角“〃如=1.0X0.8X1.0x0.5kN/m2=OAkN/m2
w2k=Qz〈2叭)=10x0.4x1.0xO.5kN/m2=O.2kN/m2
图2-57风荷载体型系数及计算简图
则作用于排架计算简图(图2-57)±的风荷载设讣值为:
q、=1.4x0.4kN/m2x6.0m=3.36kN/m
q2=1.4x0.2kN/m2x6.0m=1.68kN/m
J+("s3+“討)“/
=1.4x[(0.8+0.4)x1.(M9x2.15m+(-0.6+0.5)x1.078x1.05m]xl.Ox0.5kN/m2x6.0m
=10.89kN
4.吊车荷载
由表2-16可得20/5t吊车的参数为:
B=5.2m,K=4.0m,g=6&6kN,Q=200kN,化疵=174kN,b=37.5kN,根据B=5.2m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2-58所示O
(1)吊车竖向荷载
吊车竖向荷载设计值为:
Dmax=rQPm^yt=1.4x174kNx(1+0.8+0.133+0.333)=551.998kNQmin=人耳=1.4x37.5kNx(1+0.8+0.133+0.333)=11&965kN
(2)吊车横向水平荷载
作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为:
T=-a(Q+g)=丄x0lx(200kN+68.6kN)=6.715kN
44
作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为:
Tmax=心巧茂=1.4x6.715kNx2.15=21.30kN
图2-58吊车荷载作用下支座反力影响线
3•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。
其中柱的剪力分配系数〃i计算,见表2-23。
表2-23柱剪力分配系数
柱别
八=1»卩1^=hjh
C0=3/[1+23(V>i-1)]
6=H'[CqEIi
10
7工1/4
A.C柱
/?
=0.109
Z=0.356
Co=2.192
=氓=2.406x10%
=〃c=0.277
B柱
“=0.281
Z=0.356
Co=2.690=1.494xlO^/E
〃b=0.446
Gi=G]=220.33kN・Gi=C3+G4A=58.8kN+17.28kN=76.08kN
r
Gy=G5A=36.58kN.G4=2Gt=2x220.33kN=440.66kN
9
G,=G、b=38.53kN.Gs=G4B=2G3=25.92kN+2x58.8kN=143.52kN
f
~M^=G^=220.33kNx0.05m=11.02kNm
=(G]+G4A)e0—G3e3
=(220.33kN+17.28)x0.25m-58.8kNx0.3m=41.76kN-m
山于图2-59a所示排架为对称结构且作用对称荷载,排架结构无侧
移,故各柱可按柱顶为不动较支座计算内力。
柱顶不动狡支座反力&可
根据相应公式计算。
对于A,C柱«=0.109,2=0.356则:
=-639(㈠
本例中心=°。
求得&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图2-59”、c。
图2-59d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定,下同。
图2-59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2-60"所示,其中&=37.8kNT它在柱顶及变阶处引引起的力矩为:
M1A=37.8kNx0.05m=1.89kN・m
M2a=37・8kNx0.25m=9.45kN・m
Mm=37.8kNx0.15m=5.67kN・m
对于A柱,2.231,G=0・957,则
=1.31kN(t)
1・89kN・mx2.231+9・45kN・mx0.957
10.Im
对于B柱”=0・281,久=0・356,贝ij
R"号G=5肌[(;1.781“ookN㈠
/?
=/?
A+/?
B=1.31kN+1.00kN=2.31kN(t)
将R反作用于柱顶,计算相应的柱顶剪力,并与相应的柱顶不动较支座反力叠加,可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力,即
VA=/?
A-=1.31kN-0.277X2.31kN=0.67kN(t)
VB=/?
B=l.mkN-0.446x2.31kN=-0.03kN(t)
Vc=%R=-0-277x2.31kN=-0.64kN(<-)
图2-60AB跨作用屋面活荷载时排架内力图
(2)BC跨作用屋面活荷载
山于结构对称,且BC跨与AB跨作用荷载相同,故只需将图2-60中内力图的位置及方向调整一下即可,如图2-61所示。
C.SOi*.
5.7Sj_
5.67
6.16.'
//
©
1.S9
S.93_:
0.52
0.6;
VZ7
4.53
图2-61BC跨作用屋面活荷载时的排架内力图
3.风荷载作用下排架内力分析
(1)左吹风时
计算简图如图2-62a所示。
对于儿C柱,"=°」09,2=0.356^
R、=_5叫=-3.36kN/mx10.1mx0.31=-10.52kN(<-)
Rc=—MGikN/mx10.1mx0.31=-10.52kN(<-)
R=Ra+Rc+Fw=-10.52kN-5.26RN-10.89kN=-26.67kN(<-)各柱顶的剪力分别为
VA=-fhR=-10.52kN+0.277x26.67kN=-3.13kN(<-)
VB=神=0.446x26.67kN=11.89kN(t)
Vc=心-】kR=-5.26kN+0.277x26.67kN=2.13kN(t)
排架内力如图2-62b所示
三三三三F©i£三三三三左@
(a)(b)
图2-62左吹风时排架内力图
(2)右吹风时
讣算简图如图2-63&所示。
将图2-62b所示乩C柱内力图对换且改变内力符号后可得,如图2-63b所示。
图2-63右吹风时排架内力图
4.吊车荷载作用下排架内力分析
(l)Dmax作用于A柱门
计算简图如图2-64a所示。
其中吊车竖向荷载Dmino在牛腿顶面处引起的力矩为:
MK==552.OOkNx0.3m=165.6kN・m
Mb=Z)nlin6>3=118.97kNx0.75m=89.23kN・m
对于月柱,G=0.957,则
心一坐C厂」"GW川x0957一1569©)H10.
对于3柱,«=0.281,2=0.356,得
伉5
R=R、+Rb=-15.69kN+10.37RN=-5.32kN(<-)
排架各柱顶的剪力分别为:
VA=心—gR=-15.69kN+0.277x5.32kN=-14.22kN(<-)
VB=Rr—7%R=10.37kN+0.446x5.32kN=12.74kN(t)
Vc=rjcR=0.277x5.32kN=1.47kN(->)
排架各柱弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2-64b,c所示。
图2-64作用在A
柱时排架内力图
(1)作用于B柱左
计算简图如图2-653所示Ma,Mb计算如下:
Ma=^min^=118.97kNX0.3m=35.69kN・m
Mb=OmdXe3=552.OOkNx0.75m=414.00kN・m
柱顶不动狡支反力心及总反力R分别为:
AH
35・69kN・m八十\
=x0.957=—3・38kN(j)
10.1m7
心」g=
BH3
414・00kN・m…。
/\
=x1.174=48.12kN(j)
10.1m
/?
=/?
A+/?
B=-3.38kN+48」2kN=44・74kN(t)
各柱顶剪力分别为:
VA=R»=-3.38kN-0.277x44.74kN=-15.77kN(<-)
VB=/?
B=48.12kN-0.446x44.74kN=2&17kN(t)
Vc=jkR=-0.277X44.74kN=-12.39kN(<-)
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2-65b,c所示
图2-65作用于b柱左时排架内力图
(3)曲作用于万柱右
根据结构对称性及吊车吨位相等的条件,内力计算与Q-X作用于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符号,如图2-66所示。
图2-66作用于b柱右时排架内力图
(4)»max作用于C柱
同理,将作用于月柱情况的儿Q柱内力对换,并注意改变符号,可求得各柱的内力,如图2-67所示。
图2-67"nwc作用在C柱右时排架内力图
(5)久心作用于AB跨柱
当AB跨作用吊车横向水平荷载时,排架计算®图如图2-6弘所示,对于A柱,/?
=0.109,2=0.356,得心=(3・6m_l・2m)/3・6m=0.667,则
R、=%G=-21・30kNx0.515=-10.97kN(<-)
同理,对于B柱,"0.281,2=0.356,0=0.667,4=0.598,则:
Rb=-T'maxQ=-21.30kNx0.598=-12.74kN(<-)
排架柱顶总反力R为:
R=R、+Rb=-10.97kN-12.74RN=-23.7IkN(<-)
各柱顶剪力为:
yA=/?
a-;;A/?
=-10.97kN=0.277x23.71kN=-4.40kN(j)
yB=/?
B-;;B/?
=-12.74kN+0.446x23.71kN=-2.17kN(<-)
Vc==0.277x23.71kN=6.57kN(->)
排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图2-68b所示。
当Tn®方向相反时,弯矩图和剪力只改变符号,方向不变。
图2-68人“诃乍用于AB跨时排架内力图
(6)几汰作用于比跨柱丁
由于结构对称及吊车吨位相等,故排架内力计算与人-作用ab跨情况相同,仅需将A柱与C柱的内力对换,如图2-69所示。
图2-69作用于BC跨时排架内力图
5.内力组合
•以A柱内力组合为例。
表2-24为各种荷载作用下A柱内力标准值汇总表,表2-25〜
表2-32.表2-33为A柱内力组合表,这两表中的控制截面及正号内力方向如表2-24中的例图所示。
对柱进行裂缝宽度验算时,内力采用标准值,同时只需对5/几>°・55的柱璘行瞰篡为此,表2-33中亦给出了Mr和“上的组合值,它们均满足5仇>0・55的条件,对设计来说,这些值均取自%"及相应的m和V—项。
柱号及正向内力
荷载类别
恒载
屋面活载
用车竖向缺
"吊车水平逆载
风荷载
作用在
AB跨
作用在
BC跨
»max作用在A柱
%作用在
B柱左
%作用在
B柱右
%作用在C柱
^max作用在AB跨
Sax作用在BC跨
左风
右风
n
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
IIM
11.98
0.52
2.30
-51.19
-56.77
44.60
-5.29
±9.72
±23.65
10.50
-18.55
i-L-1
TT1„
11N
237.61
37.8
0
0
0
0
0
0
0
0
0
nn
IIii“
-29.78
-8.93
2.30
114.41
-21.08
44.60
-5.29
±9.72
±23.65
10.50
-18.55
TTlHl
1111N
296.41
37.8
0
552
118.97
0
0
0
0
0
0
lU_IB
一耳r
M
11.76
-1.58
6.46
21.98
-123.59
125.14
-14.85
±119.57
±66.36
139.76
-107.20
III-IIIN
332.99
37.8
0
552
118.97
0
0
0
0
0
0
V
6.39
0.67
0.64
-14.22
-15.77
12.39
-1.47
±16.9
±6.57
30.81
-19.10
///
p
1f11•11f
1
V
\
\
\、
\
1
1
1
1
1I
1
i
/
1
—
1
I
弯矩图
1
f
t
ffffi•
1
1
1f
1
1f
1
I
1
1
I
1
1
1
1
1
1
1
*f11
1
•
1
1
1
1
f
1
JJf1
1
iffif
i
i
i
ifij
i
i
i
I
1
1
1
\
1
I
1
1
1
•
1
1
•
1
\
1
1
1
1
•
1
1
1
1
1
•
1
1
1
•
1
1
1
1
1
1
1
1f
(
1
1
•f•f1
•fffJff1
f
•
1
ffiffJfJI
•
/
1
1
1
1
1
fl
fJ
—
I
I
1
1
1
1
1\
\
\
'—
注:
M单位(kN・m),TV单位kN,V单位kN。
截面
组合项
十及相应的
N、V
组合
-M口小及相应的N、V
组合项
-
Vmax及相应的M、V
组合项
Mnm及相应的M、
V
I-I
1
2
3
14.8
1
11.98
1
2
3
14.8
1
3
14.8
275.41
237.61
275.41
237.61
II-II
1
3
-27.48
1
2
-38.71
1
2
-38.71
1
-29.78
296.41
334.21
334.21
296.41
III-III
1
3
18.22
1
2
7.18
1
2
3
13.64
1
3
18.22
332.99
370.79
370.79
332.99
1
2
3
vmax
相应的M
相应的
N
7.7
'13.64
370.79
注:
M单位(kN・m),N单位kN,V单位kN。
L
截面
组合项
十刈嘶及相应的
N、V
组
4口项
(及相应的N、V
组
4口项
max2^相应的M、V
组合项
"mm及相应的M、V
I-I
1
6
9
73.405
1
5
7
9
-58.95
1
6
9
73.405
1
6
9
73.405
237.61
237.61
237.61
237.61
II-II
1
4
6
9
118.713
1
5
7
9
-72.161
1
4
6
9
118.713
1
7
9
-55.826
738.01
391.586
738.01
296.41
III-III
1
4
6
8
237.069
1
5
8
-207.084
1
4
6
8
237.069
1
6
9
184.11
774.59
440.063
774.59
332.99
1
6
9
vmax
相应的M
相应的N
23.454
184.11
332.99
注:
M单位(kN・m),N单位kN,V单位kN。
截面
组合项
十Mmax及相应的N、V
组合项
—"max及相应的N、V
组合
+Nmax及相应的M、V
组合项
"min及相应的M、
V
I-I
1
22.48
1
-6.57
1
22.48
1
22.48
10
237.61
11
237.61
10
237.61
10
237.61
II-II
1
-19.28
1
-48.33
1
-48.33
1
-48.33
10
296.41
11
296.41
11
296.41
11
296.41
III-III
1
151.52
1
-95.44
1
151.52
1
151.52
10
332.99
11
332.99
10
332.99
10
332.99
1
相应的M
相应的N
10
37.2
151.52
332.99
注:
M单位(kN・m),2单位kN,V单位kN。
表2-281.2恒载+0.9x1.4><(屋面活荷载+
吊车荷载+风载)
截面
组合项
十^max及相应的N、
V
组合项
-"max及相应的
N、V
组合项
十^max及相应的M、
V
组合项
%及相应的M、V
I-I
1,2
3,6
9,10
79.251
1,5
7,9
9
-68.555
1,2
3,6
9
10
79.251
1,3
6,9
10
78.783
271.63
237.61
271.63
237.61
II-II
1,3
4,6
9,10
115.384
1,2
5,7
9,
11
-92.655
1,2
3,4
6,9
10
107.347
1,7
9
11
-69.916
693.85
416.08
727.87
296.41
III-III
1,3
346.136
1,2
-285.802
1,2
342.104
1,3
298.473