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与轨道链接

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

因为屋盖自重就是对称荷载,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（→）

计算时对弯矩与剪力的符号规定为:

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（←）

其内力值与当Fh值自左向右作用时相同,但方向相反。

六.内力组合

单跨排架的A柱与B柱承受荷载的情况相同,故仅对A柱在各种荷载作

用下的内力进行组合。

表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表,表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合,表3为A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合及准永久组合。

表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表

荷载种类

恒荷载

屋面活荷载

风荷载

吊车荷载

左风

右风

荷载编号

1

2

3

4

5

6

7

8

Ⅰ-Ⅰ

7、17

1、68

36、07

-43、33

-56、95

-56、95

18、63

-18、63

231、78

50、4

5、98

1、4

25、76

-30、95

-40、68

-40、68

13、31

-13、31

193、15

36、0

Ⅱ-Ⅱ

4、23

-3、54

36、07

-43、33

185、05

5、57

18、63

-18、63

274、9

50、4

483、99

125、03

3、53

-2、53

25、76

-30、95

132、18

3、99

13、31

-13、31

229、08

36、0

345、71

89、31

Ⅲ-Ⅲ

46、97

6、69

275、42

-250、19

48、99

-130、49

178、85

-178、85

273、98

50、4

483、99

125、03

4、97

1、168

42、14

-32、52

-15、82

-15、82

18、63

-18、63

39、14

4、78

194、19

-175、96

34、99

-93、21

127、75

-127、75

228、32

36.0

345、71

89、31

4、14

0、83

29、66

-23、06

-11、3

-11、3

13、31

-13、31

注:

（1）内力的单位就是kN·m,轴力的单位就是kN,剪力的单位就是kN;

（2）表中弯矩与剪力符号对杆端以顺时针为正,轴向力以压为正;

（3）表中第1项恒荷载包括屋盖自重、柱自重、吊车梁及轨道自重;

（4）组合时第3项与第4项、第5项与第6项、第7项与第八项二者不能同时组合;

（5）有Fh作用时候必须有Dmax或Dmin同时作用。

表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合

组合

荷载

组合内

力名称

Ⅰ-Ⅰ

Ⅱ-Ⅱ

Ⅲ-Ⅲ

由可变荷载效应控制的组合

（简化规则）

1+0、9（2+3）

1+0、9（3+5+7）

1+0、9（2+3+5+7）

32、62

277、14

220、00

710、49

505、93

754、93

46、48

1+0、9（4+6+8）

1+0、9（2+4+6+8）

1+0、9（4+6+8）

-99、85

231、78

-49、71

432、79

-456、61

386、51

-55、30

1+0、9（2+4+6+8）

1+0、9（2+3+5+7）

1+0、9（2+3+5+7）

-98、34

277、14

216、82

755、85

505、93

754、93

46、48

1+0、9（4+6+8）

1+0、9（4+6+8）

1+0、9（4+6+8）

-99、85

231、78

-46、52

387、43

-456、61

386、51

-55、30

注:

由永久荷载效应控制的组合:

其组合值不就是最不利,计算从略。

表3A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合

组合

荷载

组合内

力名称

Ⅰ-Ⅰ

Ⅱ-Ⅱ

Ⅲ-Ⅲ

由可变荷载效应控制的组合

（简化规则）

值:

活:

0、7;风:

0、6;吊车:

0、7

1+3+0、7×2

1+5+0、6×3+0、7×7

1+3+0、7（2+5+7）

32、72

218、35

160、48

574、79

350、59

495、52

35、79

1+4+0、7（6+8）

1+4+0、7（2+6+8）

1+4+0、7（6+8）

-76、89

193、15

-35、72

316、80

-291、49

290、84

-36、15

1+3+0、7×2

1+5+0、6×3+0、7（2+7）

1+5+0、6×3+0、7（2+7）

32、72

218、35

158、71

599、99

283、42

599、23

20、35

1+4+0、7（6+8）

1+4+0、7（6+8）

1+4+0、7（6+8）

-76、89

193、15

-33、94

291、60

-291、49

290、84

-36、15

注:

对准永久组合计算,其值要小于标准组合时的相应对应计算值,故在表中从略。

七.柱子设计

1、上柱配筋计算

从表2中选取两组最不利的内力

M1=-99、85kN·m;N1=231、78kN。

M2=-98、34kN·m;N2=277、14kN。

（1）先按M1,N1计算

l0/h=2×3600/400=18>5,故需要考虑纵向弯曲影响,其截面按对称配筋计算,偏心距为:

e0=M1/N1=99、85/231、78=0、431m

ea=h/30=400/30=13、33mm≤20mm,取20mm

ei=e0+ea=431+20=451mm

ζ1=0、5fcA/N=0、5×14、3×1、6×105/（231、78×103）=4、9>1、0

取ζ1=1、0

又l0/h=18>15,故取ζ2=1、15-0、01·l0/h=1、15-0、01×18=0、97

η=1+

ζ1ζ2=1+

×1、0×0、97=1、199

ηei=1、199×451=532、75mm>0、3h0=109、5mm

故按大偏心受压计算

则e=ηei+h/2-as=532、75+400/2-35=697、75mm

ζb=0、482

N≤ɑ1fcbh0ζ

ζ=N/（ɑ1fcbh0）=231、78×103/（1、0×14、3×400×365）=0、111<ζb

ζh0=0、111×365=40、5mm<2as’=70mm

不满足

取x=2as’=70mm,则ζ=2as’/h0=70/365=0、192

As=As’=[Ne-ɑ1fcbh02ζ（1-0、5ζ）]/[fy（h0-as）

e=ηei+h/2-as’=532、75+400/2-35=697、75mm

As=[231、78×103×697、75-1、0×14、3×400×3652×0、192×（1-0、5×0、192）]/[360×（365-35）]=247、96mm2

因As=247、96mm2<ρminbh=0、002×400×400=320mm2

取As=320mm2

配置2φ20（As=628mm2）

（2）再按M2,N2计算（M2=-98、34kN·m;N2=277、14kN）

e0=M2/N2=99、34/277、14=0、358m

ea=h/30=400/30=13、33mm≤20mm,取20mm

ei=e0+ea=358+20=378mm

ζ1=0、5fcA/N=0、5×14、3×1、6×105/（277、14×103）=4、1>1、0

取ζ1=1、0

又l0/h=18>15,故取ζ2=1、15-0、01·l0/h=1、15-0、01×18=0、97

η=1+

ζ1ζ2=1+

×1、0×0、97=1、233

ηei=1、233×378=466、07mm>0、3h0=109、5mm

故按大偏心受压计算

则e=ηei+h/2-as=466、07+400/2-35=631、07mm

ζb=0、482

N≤ɑ1fcbh0ζ

ζ=N/（ɑ1fcbh0）=277、14×103/（1、0×14、3×400×365）=0、133<ζb

ζh0=0、133×365=48、5mm<2as’=70mm

不满足

取x=2as’=70mm,则ζ=2as’/h0=70/365=0、192

As=As’=[Ne-ɑ1fcbh02ζ（1-0、5ζ）]/[fy（h0-as）

e=ηei+h/2-as’=466、07+400/2-35=631、07mm

As=[277、14×103×631、07-1、0×14、3×400×3652×0、192×（1-0、5×0、192）]/[360×（365-35）]=358、82mm2

因As=358、82mm2>ρminbh=0、002×400×400=320mm2

取As=358、82mm2

配置2φ20（As=628mm2）

综合两组计算结果,最后上柱钢筋截面面积每侧选用（2φ20（As=628mm2））

2、下柱配筋计算

从表2中选取两组最不利的内力

M1=-456、61kN·m;N1=386、51kN。

M2=505、93kN·m;N2=754、93kN。

（1）先按M1,N1计算

l0/h=8600/800=10、75>5,故需要考虑纵向弯曲影响,其截面按对称配筋计算,其偏心距为:

e0=M1/N1=456、61/386、51=1、181m

ea=h/30=800/30=26、67mm>20mm

ei=e0+ea=1181+26、67=1207、67mm

ζ1=0、5fcA/N=0、5×14、3×1、475×105/（386、51×103）=2、73>1、0

取ζ1=1、0

又l0/h=10、75<15,故取ζ2=1、0

η=1+

ζ1ζ2=1+

×1、0×1、0=1、059

则e=ηei+h/2-as=1278、92+800/2-35=1643、92mm

先按大偏心受压计算相对受压区高度x,并假定中与轴通过翼缘,则有,x

14、3×400）=67、57mm<ζbh0=0、55×765=420、75mm

As=As’=[Ne-ɑ1fcbf’x（h0-0、5x）]/[fy（h0-as）]=[386、51×103×1643、92-1、0×14、3×400×67、57×（765-0、5×67、57）]/[360×（765-35）]=1342mm2>ρminA=0、002×1、475×105mm2=295mm2

（2）再按M2,N2计算（M2=505、93kN·m;N2=754、93kN）

e0=M2/N2=505、93/754、93=0、670m

ea=h/30=800/30=26、67mm>20mm

ei=e0+ea=670+26、67=696、67mm

ζ1=0、5fcA/N=0、5×14、3×1、475×105/（754、93×103）=1、397>1、0

取ζ1=1、0

ζ2=1、0

η=1+

ζ1ζ2=1+

×1、0×1、0=1、102

则e=ηei+h/2-as=1、102×696、67+800/2-35=1133mm

先按大偏心受压计算相对受压区高度x,并假定中与轴通过翼缘,则有,x