单厂结构课程设计宁波大学.docx
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单厂结构课程设计宁波大学
宁波大学
课程设计计算书
(混凝土单层工业厂房结构设计)
指导教师李辉
班级土木081
姓名张成初
学号084774135
2011年04月
混凝土单厂结构设计
一、设计任务及资料
本工程为一工业厂房,根据工艺要求,该车间为单跨,跨度为24米,柱距6米,长60米,跨内设有10吨,中级工作制吊车(A4)一台,轨顶标高须不低于8.1米,采用纵墙开窗方案。
该厂房所在地区基本风压0.6KN/㎡,地面粗糙度B类;基本雪压0.6KN/㎡。
该地区工程地质条件良好,地面下1.5米左右为中密粗砂层,层厚6米,地基承载力特征值200KN/㎡,常年地下水位-5米以下。
抗震设防烈度为6度,不进行抗震计算,按构造设防。
建筑平剖面图如下:
二、确定做法并选型:
1、屋面为二毡三油防水层上铺小豆石作法(0.35KN/m2),下为20mm厚水泥砂浆找平层(0.4KN/m2),80mm厚加气混凝土保温层(0.65KN/m2),6m预应力混凝土大型屋面板(1.5KN/m2),算得包括屋盖支撑(0.07KN/m2)在内的屋面死载为2.97KN/m2。
可变荷载的标准值为基本雪压0.6KN/m2。
2、屋面荷载设计值
q=1.35×2.97+1.4×0.6×0.7=4.6KN/m2,
q=1.2×2.97+1.4×0.6=4.404KN/m2,
故取q=4.6KN/m2。
由于跨度为24m,可考虑不设天窗,排水方式选择两端外天沟排水,故采用24m跨折线形预应力混凝土屋架,屋架型号为YWJ24-1Ba。
每榀屋架重力荷载为121.7KN/m2。
3、根据轨顶标高要求选择柱子,采用上柱buhu=400mm×400mm,
下柱b×h×bf×hf=400mm×800mm×162.5mm×100mm
柱子有关参数如下表:
柱子参数(H=11.5m,Hu=3.6m,Hl=7.9m)
参数
A(B)柱
Au(mm2)
1.6×105
Iu(mm4)
2.13×109
Al(mm2)
1.775×105
Il(mm4)
14.38×109
λ=Hu/H
0.313>0.3
n=Iu/Il
0.148
ηi
0.5
自重重力荷载(KN)
(包括牛腿)
上柱P2A=P2B=14.40KN
下柱P3A=P3B=48.22KN
三、荷载计算
1、屋面死载
上柱P1A=P1B=2.97×6×(12+0.77)+121.7/2=288.41KN
M1A=M1B=P1Ae1A=288.41×0.05=14.42KN·m
M2A=M2B=P1Ae2=288.41×0.20=57.68KN·m
2、屋面可变荷载(取0.06KN/m2作用于一跨)
P1A=P1B=0.6×6×(12+0.77)=45.97KN
M1A=M1B=P1Ae1A=45.97×0.05=2.30KN·m
M2A=M2B=P1Ae2=45.97×0.20=9.19KN·m
3、柱自重重力荷载
柱选用BZ624c-4A,自重6.39t
P2A=P2B=0.16×3.6×25=14.40KN
M2A=M2B=P2Ae2=14.40×0.20=2.88KN·m
P3A=P3B=63.90-14.40=45.25KN
4、吊车梁及轨道连接重力荷载
吊车梁选用DL-6B,自重2.82t
P4A=P4B=28.20+0.81×6=33.06KN,
M4A=M4B=P4Ae4=33.06×0.35=11.57KN·m
5、吊车荷载
1)吊车主要参数
吊车吨位
Q(KN)
吊车宽度B(mm)
轮距K(mm)
Pmax(KN)
Pmin(KN)
Q1(KN)
10
100
5550
4400
125
47
39
2)吊车竖向荷载的标准值
Dmax=125×(1+0.267)=158.33KN
Dmin=47×(1+0.267)=59.55KN
a.当Dmax在A柱:
施加于A柱的P4A=N=158.33KN,M4A=M=158.33×0.35=55.42KN·m
施加于B柱的P4A=N=59.55KN,M4A=M=59.55×0.35=20.84KN·m
b.当Dmin在A柱:
施加于A柱的P4A=N=59.55KN,M4A=M=59.55×0.35=20.84KN·m
施加于B柱的P4A=N=158.33KN,M4A=M=158.33×0.35=55.42KN·m
c.吊车横向水平荷载
一台10t吊车作用时,T=0.12×(100+39)/4=4.17KN
Tmax=4.17×(1+0.267)=5.28KN
6、风荷载
1)求μz
柱顶处(按离地面10.8m计),求得μz=1.0224。
檐口处(柱顶及以上各部分风荷载均可近似以平均离地高度12.285m计),μz=1.06398。
2)求μs和各部分的qik
qik=Dwk=Dμsμzw0=6×0.6μsμz=3.6μsμz
qik值计算
q
q1
q2
q3
q4
q5
q6
μz
1.0224
1.06398
1.06398
1.06398
1.06398
1.06398
μs
0.8
0.5
0.8
0.5
0.6
0.5
qik
2.94
1.84
3.06
1.92
2.30
1.92
作用长度
1.18
1.18
1.79
1.79
方向
3)求q1、q2和Fw的设计值
q1=γQq1k=1.4×2.94=4.12KN/m
q2=γQq2k=1.4×1.84=2.58KN/m
Fw=γQ[1.18(q3k+q4k)+1.79(-q5k+q6k)]=1.4×[1.18(3.06+1.92)+1.79(-2.30+1.92)]=7.27KN
荷载汇总表
荷载类型
简图
A(B)柱
N(KN)
M(KN·m)
死载
P1A=288.41KN
P2A=14.40KN(上柱)
P2A+P4A=47.46KN(下柱)
P3A=49.50KN
M1A=14.42KN·m
M2A=57.68+2.88-11.57=48.99KN·m
屋面活载
P1A=45.97KN
M1A=2.30KN·m
M2A=9.19KN·m
吊车竖向
荷载
Dmax在A柱
P4A=158.33KN
Dmin在A柱
P4A=59.55KN
M4A=55.42KN·m
M4A=20.84KN·m
吊车横向
荷载
Tmax=5.28KN
风荷载
q1=4.12KN/m
q2=2.58KN/m
Fw=7.27KN
A柱内力汇总表
荷载
类型
序号
简图
M(KN·m)
V(KN)
N(KN)
Ⅰ—Ⅰ
Ⅱ—Ⅱ
Ⅲ—Ⅲ
M
(KN·m)
N
(KN)
M
(KN·m)
N
(KN)
M
(KN·m)
N
(KN)
V
(KN)
死载
1
12.22
302.81
-36.77
335.87
21.69
385.37
7.40
屋面
活载
2
2.45
45.97
-6.74
45.97
3.69
45.97
1.32
吊车竖向荷载
Dmax在A柱
3a
-19.94
0
35.48
158.33
-8.29
158.33
-5.54
Dmin在A柱
3b
-7.49
0
13.35
59.55
-3.08
59.55
-2.08
吊车横向水平荷载
4
±4.75
0
±4.75
0
±46.46
0
±5.28
风荷载
向
右
吹
5a
28.93
0
28.93
0
279.57
0
48.00
向左吹
5b
-46.39
0
-46.39
0
-247.08
0
-36.32
A柱内力组合表
截面
组合目的
被组合内力项序号
M
(KN·m)
N
(KN)
V
(KN)
Ⅰ—Ⅰ
+Mmax,相应N
1.2
(1)+0.9×1.4×[
(2)+(5a)]
54.20
421.29
-Mmax,相应N
1.2
(1)+0.9×1.4×[(3a)+(4)+(5b)]
-74.90
363.37
Nmax,相应±Mmax
1.2
(1)+0.9×1.4×[
(2)+(3a)+(4)+(5b)]
-71.81
421.29
Nmin,相应±Mmax
1.2
(1)+0.9×1.4×[(3b)+(4)+(5b)]
-74.90
363.37
Ⅱ—Ⅱ
+Mmax,相应N
1.2
(1)+0.9×1.4×[(3a)+(4)+(5a)]
43.02
602.54
-Mmax,相应N
1.2
(1)+0.9×1.4×[
(2)+(5b)]
-111.07
460.97
Nmax,相应±Mmax
1.2
(1)+0.9×1.4×[
(2)+(3a)+(4)+(5a)]
34.53
660.46
Nmin,相应±Mmax
1.2
(1)+0.9×1.4×(5b)
-102.58
344.59
Ⅲ—Ⅲ
+Mmax,相应N
1.2
(1)+0.9×1.4×[
(2)+(3b)+(4)+(5a)]
437.59
595.40
75.06
-Mmax,相应N
1.2
(1)+0.9×1.4×[(3a)+(4)+(5b)]
-354.28
661.94
-50.52
Nmax,相应±Mmax
1.2
(1)+0.9×1.4×[
(2)+(3a)+(4)+(5a)]
431.03
719.86
70.70
Nmin,相应±Mmax
1.2
(1)+0.9×1.4×(5a)
378.29
462.44
69.36
四、柱的配筋计算
材料:
混凝土C30,fc=14.3N/mm2,ftk=2.01N/mm2,ft=1.43N/mm2
钢筋(HRB335)fy=f‘y=300N/mm2
箍筋(HPB235)fy=210N/mm2,Es=2.0×105N/mm2(HRB335)
柱截面参数:
上柱Ⅰ—Ⅰ截面:
b×h=400mm×400mm,A=1.6×105mm2,a=a’=45mm,h0=355mm;
下柱Ⅱ—Ⅱ,Ⅲ—Ⅲ截面:
b’f=400mm,b=100mm,h’f=162.5mm,h=800mm。
A=bh+2(b’f-b)h’f=1.775×105mm2,a=a’=45mm,h0=755mm
截面界相对限受压区高度ξb=β1/[1+fy/(Esεcu)]=0.8/[1+300/(2.0×105×0.0033)]=0.550
Ⅰ—Ⅰ截面:
Nb=fcξbbh0=14.3×0.550×400×355=1116.83KN
Ⅱ—Ⅱ,Ⅲ—Ⅲ截面:
Nb=fcξbbh0+fc(b’f-b)h’f=14.3×[0.550×100×755+(400-100)×162.5]=1290.93KN
由内力组合结果看各组轴力N均小于Nb,故各控制截面为大偏心受压情况,均可用N小M大的内力组合作为截面配筋计算的依据。
故Ⅰ—Ⅰ截面以M=-74.90KN·m,N=363.37KN计算配筋;Ⅱ—Ⅱ,Ⅲ—Ⅲ截面:
以M=437.59KN·m,N=595.40KN计算配筋。
A柱截面配筋计算表
截面
Ⅰ—Ⅰ
Ⅲ—Ⅲ
内力
M(KN·m)
74.90
437.59
N(KN)
363.37
595.40
e0=M/N(mm)A
206.13
734.95
ea(mm)
20
800/30=26.67
ei=e0+ea(mm)
226.13
761.62
l0=2Hu;l0=Hl(mm)
7200
7900
ζ1=0.5fcAc/N≤1.0
1.0
1.0
ζ2=1.15-0.01l0/h≤1.0
0.970
1.0
η=1+(l0/h)2ζ1ζ2/[1400(ei/h0)]
1.3524
1.0690
x=N/fcb或x=N/fcb’f(mm)
63.53<2a’=90
2a’≤104.09≤h’f
x≤2a’时,
As=A’s=N(ηei-0.5h+a’)/[f’y(h0-a’)](mm2)
589.28
当2a’≤x≤h’f时,
As=A’s=N(ηei-0.5h+0.5x)/[f’y(h0-a’)](mm2)
1303.22
ρminAc(mm2)(一侧纵向钢筋)
320
355
一侧被选受拉钢筋及面积(mm2)
4Ф16(804)
3Ф18,3Ф20(1705)
五、牛腿设计计算
1、荷载计算及截面选型
Fvk=P4A(吊车梁及轨道)+P4A(Dmax)=33.06+158.33=191.39KN
Fv=1.2×33.06+1.4×158.33=261.33KN
Fhk=Tmax=5.28KN
Fh=1.4×5.28=7.39KN
牛腿截面及外形尺寸b=400mm,h=600mm,h1=400mm>h/3,c=200mm,
α=arctan(200/200)=45°,h0=h1-as-ctanα=400-45+200tan45°=555mm,a=0,β取0.65
β(1-0.5Fhk/Fvk)Ftkbh0/(0.5+a/h0)=0.65×(1-0.5×5.28/191.39)×2.01×400×555/(0.5+0)
=572.08KN>Fvk,满足要求
2、计算纵向受力筋
a=0<0.3h0,取a=0.3h0=0.3×555=166.5mm,
As=Fva/(0.85h0fy)+1.2Fh/fy
=261.33×103×166.5/(0.85×555×300)+1.2×7.39×103/300=337.01mm2
选用2Ф122Ф14(534mm2)
另选2Ф12作为锚筋焊在牛腿顶面与吊车梁连接的钢板下。
3、验算纵筋配筋率
ρ=534/(400×600)=0.22﹪>0.2﹪,且>0.45ft/fy=0.45×1.27/300=0.21﹪
4、验算牛腿顶面局部承压
近似取A=400×380=152000mm2,0.75fcA=0.75×14.3×152000=1630.2×103N=1630.2KN>Fvk。
5、按构造要求布置水平箍筋,取ф8@100,上部2h0/3(=2×555/3=370mm)范围内水平箍筋总面积为2×50.3×370/100=372.22mm2>As/2=534/2=267mm2
因为a/h0=0<0.3,可以不设弯筋。
六、柱的吊装验算
q3=[(0.8+0.2)×0.6-0.2×0.2/2]×0.4×25/0.6=9.67KN/m
q1=(48.22-0.6×9.67)/(7.9-0.6)=5.81KN/m
q2=1.6×105×25/106=4.0KN/m
按悬臂梁算得MD=-25.92KN·m,MB=-36.30KN·m
D截面:
σs=M/(0.87h0As)=1.5×25.92×106/(0.87×355×804)=156.58N/mm2
D截面ρte=804/(0.5×400×400)=0.01005
σss=195N/mm2>σs,满足要求
B截面:
σs=M/(0.87h0As)=1.5×36.30×106/(0.87×755×1705)=48.63N/mm2
D截面ρte=1705/(0.5×400×800)=0.0106
σss=178N/mm2>σs,满足要求
七、基础设计计算
设计资料:
地下水位标高为-5米,承载力特征值fa=200KN/m2,地面下1.5米左右为中密粗砂层,层厚6米,基础梁按照GB04320选用JL-1,自重1.61t,顶面标高为-0.25m。
基础用C20混凝土,fc=9.6N/mm2,ft=1.1N/mm2,
钢筋用HRB235,fy=210N/mm2,钢筋的保护层厚度为40mm,
垫层采用C10混凝土,厚100mm。
1、荷载计算:
基础梁传来的荷载:
梁自重16.1KN
窗重(0.9+3.6)×3.6×0.45=7.29KN
墙(圈梁)[(1.2+10.8+0.15)×6-(0.9+3.6)×3.6]×0.24×19=258.55KN
Pk=16.1+7.29+258.55=281.94KN
P=1.2Pk=1.2×281.94=338.33KN
Pk、P对基底的偏心距ew=120+400=520mm
Mk=Pkew=281.94×520/1000=146.61KN·m
M=Pew=338.33×520/1000=175.93KN·m
2、荷载组合
柱传来的荷载与基础梁传来荷载效应标准组合
内力种类
+Mmax,相应N
-Mmax,相应N
Nmax,相应±Mmax
Nmin,相应±Mmax
轴向力
柱传来(NK)
490.89
543.20
589.67
385.37
基础梁传来(PK)
281.94
281.94
281.94
281.94
合计(Ndk)
772.83
825.64
871.61
667.31
弯矩
柱传来
348.33
-280.14
343.12
310.26
柱剪力产生
(1.05VK)
62.92
-41.73
59.28
58.17
基础梁传来(Mk)
-146.61
-146.61
-146.61
-146.61
合计(Mdk)
264.64
-468.48
255.79
221.82
3、底面尺寸选取与地基承载力验算
底面尺寸,先按Nmax考虑,取γm=20KN/m3
A0=NK/(fa-γm×d)=877.61/(200-20×1.9)=5.38m2
按(1.1~1.4)A0估计偏心受压基础底面积A,并求出基底面积抵抗弯矩W及基底以上基础及土自重标准值Gk:
(1.1~1.4)×5.38=5.92~7.53m2
取A=L1L2=3.2m×2.2m
W=3.75m3,GK=24×(2.5×3.5×1.2)+17×[2.5×3.5×(1.9-1.2)]=305.25KN
地基承载力:
Pkmax=(NK+GK)/A+|Mdk|/W
Pkmin=(NK+GK)/A-|Mdk|/W
地基反力标准值计算
+Mmax,相应N
-Mmax,相应N
Nmax,相应±Mmax
Nmin,相应±Mmax
NK/A
109.78
117.28
123.81
94.79
GK/A
43.36
43.36
43.36
43.36
±|Mdk|/W
±70.57
±124.93
±68.21
±59.15
PkmaxKN/m2
223.71
239.58
235.38
197.30
PkminKN/m2
82.57
35.71
98.96
79.00
因1.2fa=1.2×200=240N/m2>Pkmax,Pkmin>0,(Pkmax+Pkmin)/2均满足条件,故上述假设的基础底面尺寸合理。
4、基础高度验算
基础边缘最大地基静反力设计值计算表
+Mmax,相应N
(1)
-Mmax,相应N
(2)
Nmax,相应±Mmax
(3)
Nmin,相应±Mmax
(4)
柱传来轴力(N)
595.40
661.94
719.86
462.44
基础梁传来轴力(P)
338.33
338.33
338.33
338.33
Nd
933.73
1000.27
1058.19
800.77
Nd/A
106.71
114.32
120.94
91.52
柱传来的弯矩(M)
437.59
-354.28
431.03
378.29
柱剪力产生
(1.05VK)
78.81
-53.05
74.24
72.83
基础梁产生弯矩
-175.93
-175.93
-175.93
-175.93
Md
340.47
-583.26
329.34
275.73
ed=Md/Nd
0.365
0.583
0.311
0.344
合力到Pmax的
距离a=L1/2-ed
1.135
0.917
1.189
1.156
Pnmax=
Nd/A+|Md|/W
182.37
243.93
194.13
152.79
Pnmin=
Nd/A-|Md|/W
31.05
-15.09
47.75
30.25
5、验算柱边冲切
1)以-Mmax的基底反力验算,根据比例关系,得到:
PnⅠ1=137.87KN/m2
PnⅠ2=173.23KN/m2
PnⅠ3=208.58KN/m2
2)按构造要求假定基础尺寸:
H=1050mm,分三个阶梯,每阶梯高度350mm,
杯底厚度a1=350mm,杯壁最小厚度t=350mm,
H1=350mm,t/H1=350/350=1>0.75,故杯壁可以不配筋;
柱截面bh=400mm×800mm。
H0Ⅰ1=1050-45=1005mm,
b+H0Ⅰ1=350+1005=1355mm
b+2H0Ⅰ1=350+2×1005=2360mm
属于(b+2H0Ⅰ1)>L2>(b+H0Ⅰ1)情况,
Vl=Pnmax[(L1/2-h/2-H0Ⅰ1)L2]=243.93×[(3/2-0.8/2-1.005)×2.5]=57.93KN
Vu=0.7βhft(b+H0Ⅰ1)H0Ⅰ1=0.7×0.921×1.1×(0.4+1005)×1005=1001.4KN>>Vl
βh算得为0.921,其他各台阶高度验算均满足要求。
基础底面配筋
截面
Ⅰ1
Ⅰ2
Ⅰ3
Ⅱ
P(KN)
(Pnmax+PnⅠ1)
(2)
=381.80
(Pnmax+PnⅠ2)
(2)
=417.16
(Pnmax+PnⅠ3)
(2)
=452.51
(Pnmax+Pnmi