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

zxsu

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

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

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

Gy=G5A=36.58kN.G4=2Gt=2x220.33kN=440.66kN

G,=G、b=38.53kN.Gs=G4B=2G3=25.92kN+2x58.8kN=143.52kN

~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:

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

序号

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

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

552

118.97

lU_IB

一耳r

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

552

118.97

6.39

0.67

0.64

-14.22

-15.77

12.39

-1.47

±16.9

±6.57

30.81

-19.10

///

1f11•11f

\、

—

弯矩图

ffffi•

*f11

•

JJf1

iffif

ifij

•

（

•f•f1

•fffJff1

•

ffiffJfJI

•

—

'—

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、

I-I

14.8

11.98

14.8

275.41

237.61

275.41

237.61

II-II

-27.48

-38.71

-29.78

296.41

334.21

296.41

III-III

18.22

7.18

13.64

18.22

332.99

370.79

332.99

vmax

相应的M

相应的

7.7

'13.64

370.79

注：

M单位（kN・m）,N单位kN,V单位kN。

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

73.405

-58.95

73.405

237.61

II-II

118.713

-72.161

118.713

-55.826

738.01

391.586

738.01

296.41

III-III

237.069

-207.084

237.069

184.11

774.59

440.063

774.59

332.99

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、

I-I

22.48

-6.57

22.48

237.61

II-II

-19.28

-48.33

296.41

III-III

151.52

-95.44

151.52

332.99

相应的M

相应的N

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、

组合项

-"max及相应的

N、V

组合项

十^max及相应的M、

组合项

%及相应的M、V

I-I

1,2

3,6

9,10

79.251

1,5

7,9

-68.555

1,2

3,6

79.251

1,3

6,9

78.783

271.63

237.61

271.63

237.61

II-II

1,3

4,6

9,10

115.384

1,2

5,7

-92.655

1,2

3,4

6,9

107.347

1,7

-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

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