PKPM单层厂房课程设计指导书.docx
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PKPM单层厂房课程设计指导书
某双跨等高车间，厂房长度66m，柱距为6m，不设天窗。
跨度分别为18m和15m，其中18m跨设有两台32t中级载荷状态桥式吊车；15m跨设有两台10t中级载荷状态桥式吊车。
吊车采用大连起重机厂“85系列95确认”的桥式吊车，轨顶标志高度均为为7.8m。
厂房围护墙厚240，下部窗台标高为1.2m，窗洞4.8m×3.6m；中部窗台标高为6.3m，窗洞4.8m×1.5m；上部窗台标高为9.6m，窗洞4.8m×1.2m。
采用钢窗。
室内外高差为0.30m。
屋面采用大型屋面板，卷材防水（两毡三油防水屋面），为非上人屋面。
厂房所在地的地面粗糙度为B类，基本风压w0=0.35kN/m2，组合值系数ψc=0.6；基本雪压S0=0.4kN/m2，组合值系数ψc=0.6。
基础持力层为粉土，埋深为-2.0m，粘粒含量ρc=0.8，地基承载力特征值fak=140kN/m2，基底以上土的加权平均重度γm=17kN/m3、基底以下土的重度γ=18kN/m3。
排架柱拟采用C30砼，基础采用C20砼；柱中受力钢筋采用HRP335钢，箍筋、构造筋、基础配筋采用HPB235钢。
设计使用年限50年，结构安全等级为二级，环境类别为一类，不考虑抗震设防。
一、方案设计
1．厂房的平面设计
厂房的平面设计包括确定柱网尺寸、排架柱与定位轴线的关系和设置变形缝。
柱距为6m，横向定位轴线的间距取为6m；纵向定位轴线的间距取等于跨度。
为了布置抗风柱，端柱离开（向内）横向定位轴线600mm，其余排架柱的形心与横向定位轴线重合。
一般当吊车起重量小于等于20t时，可采用封闭结合，纵向定位轴线与边柱外缘重合，否则应采用非封闭结合。
当采用非封闭结合时，联系尺寸D取150mm或250mm。
是否采用非封闭结构以及联系尺寸取多大，根据吊车架外缘与上柱内缘的净空尺寸B2确定。
B2应满足：
其中
是吊车轨道中心线至柱纵向定位轴线的距离，一般取750mm；
是吊车轮中心线至桥身外缘的距离，对于10t、16t、20t和32t吊车（大连起重机厂“85系列”）分别为230mm、260mm、260mm、300mm；
是上柱内边缘至纵向定位轴线的距离，对于封闭结合等于上柱截面高度，对于非封闭结合等于上柱截面高度减去联系尺寸D。
对于等高排架，中柱上柱截面形心与纵向定位轴线重合。
厂房长度66m，小于100m，可不设伸缩缝。
2．构件选型及布置
构件选型包括屋面板、天沟板、屋架（含屋盖支撑）、吊车梁、连系梁、基础梁、柱间支撑、抗风柱等。
1）屋面构件
屋面板的型号根据外加屋面荷载（不含屋面板自重）的设计值，查表得到。
当屋架斜长不是屋面板宽1.5m的整数倍时，需要布置嵌板，嵌板查表得到。
当屋面采用有组织排水时，需要布置天沟。
对于单跨，既可以采用外天沟，也可以采用内天沟；对于多跨，内侧只能采用内天沟。
计算天沟的积水荷载时，按天沟的最大深度确定。
天沟的型号查表得到。
同一型号的天沟板有三种情况：
不开洞、开洞和加端壁。
在落水管位置的天沟板需开洞，分左端开洞和右端开洞，分别用“a”、“b”表示。
厂房端部有端壁的天沟板用“sa”、“sb”表示。
18、24m跨度的内天沟宽度采用620mm，外天沟宽度采用770mm；30m跨度的内天沟宽度采用680mm，外天沟宽度采用860mm。
2）屋架及支撑
屋架根据屋面荷载设计值、天窗类别、悬挂吊车情况，查表得型号。
对于非抗震及抗震设防烈度为6、7度，屋盖支撑查图集布置。
当厂房单元不大于66m时，在屋架端部的垂直支撑用CC-1表示，屋架中部的垂直支撑用CC-2表示；当厂房单元不大于66m时，另在柱间支撑处的屋架端部设置垂直支撑CC-3B。
屋架端部的水平系杆用GX-1表示；屋架中部的水平系杆用GX-2表示。
屋架上弦横向水平支撑用SC表示；当吊车起重量较大、有其他振动设备或水平荷载对屋架下弦产生水平力时，需设置下弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑用XC表示。
当厂房设置托架时，还需布置下弦纵向水平支撑。
3）吊车梁
吊车梁型号根据吊车的额定起重量、吊车的跨距（LK=L—2λ）以及吊车的载荷状态查相关图集确定。
4）基础梁
墙体下需设置基础梁。
基础梁型号根据跨度、墙体高度、有无门窗洞等查相关图集得到。
5）柱间支撑
柱间支撑设置在⑥、⑦轴线之间。
首先根据吊车起重量、柱顶标高、牛腿顶标高、吊车梁顶标高、上柱高、屋架跨度等查相关图集得到排架号，然后根据排架号和基本风压确定支撑型号。
6）抗风柱
抗风柱下柱采用工字型截面，上柱采用矩形截面。
抗风柱的布置需考虑基础梁的最大跨度。
间距可采用4.5m和6m。
7）圈梁
圈梁的作用是将围护墙同排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体刚度。
对于有吊车厂房，除在檐口或窗顶设置圈梁外，尚宜在吊车梁标高处增设一道，外墙高度大于15m时，还应适当增设。
圈梁与柱的连接一般采用锚拉钢筋2φ10~2φ12。
现在柱顶、下部窗窗顶和吊车梁标高处设三道圈梁，分别用QL-1、QL-2、QL-3表示。
其中柱顶圈梁代替连系梁。
圈梁截面采用240×240mm，配筋采用4φ12。
圈梁代替门窗过梁时，过梁部分的配筋按计算确定。
3．厂房剖面设计
根据由工艺条件提供的轨顶标志标高，确定厂房的控制标高，包括牛腿顶标高和柱顶标高。
牛腿顶标高等于轨顶标高减去吊车梁在支承处的高度和轨道及垫层高度，必须满足300mm的倍数。
吊车轨道及垫层高度可以取0.2m。
为了使牛腿顶标高满足模数要求，轨顶的实际标高将不同于标志标高。
规范允许轨顶实际标高与标志标高之间有±200mm的差值。
柱顶标高H=吊车轨顶的实际标高HA+吊车轨顶至桥架顶面的高度HB+空隙HC
其中，空隙HC不应小于220mm；吊车轨顶至桥架顶面的高度HB可查相关图集得到。
柱顶标高同样需满足300mm的倍数。
完成了方案设计，可以绘制出厂房的屋盖布置图、构件布置图。
二、排架柱设计
1．计算简图
对于没有抽柱的单层厂房，计算单元可以取一个柱距，即6m。
排架跨度取厂房的跨度，上柱高度等于柱顶标高减取牛腿顶标高。
下柱高度从牛腿顶算至基础顶面，持力层（基底标高）确定后，还需要预估基础高度。
基础顶面不能超出室外地面，一般低于地面不少于50mm。
对于边柱，由于基础顶面还需放置预制基础梁，所以排架柱基础顶面一般应低于室外地面500mm。
为了得到排架柱的截面几何特征，需要假定柱子的截面尺寸。
从刚度条件出发，可按相关规定选取。
2．荷载计算
排架荷载包括恒载和活荷载。
其中恒载包括屋盖自重，上柱自重，吊车梁、轨道及垫层自重，下柱自重；活荷载包括屋面活荷载、吊车荷载和风荷载。
1）恒载
屋盖自重通过屋架作用在柱子顶面，其作用点离开纵向定位轴线的距离为150mm，因而对上柱截面形心有偏心力矩。
吊车梁自重可从相关图集得到。
轨道和垫层自重可取0.8kN/m。
吊车梁、轨道及垫层自重的作用点在牛腿顶面，离开纵向定位轴线的距离
=750mm。
上柱自重、吊车梁、轨道及垫层自重对下柱截面形心有偏心。
2）屋面活荷载
屋面活荷载取屋面均布活荷载与雪荷载两者中的较大值。
屋面活荷载的作用点同屋盖自重。
3）吊车荷载
横向排架的吊车荷载包括吊车竖向荷载和吊车横向水平荷载。
吊车竖向荷载
、
根据最大轮压
和最小轮压
，利用影响线求得。
最大轮压
、桥架自重G、小车自重g，可查相关图集得到；最小轮压按式
求得。
当吊车轮压尽可能向所计算的排架柱靠近时，排架柱受到的吊车竖向荷载最大。
吊车的轮距用K表示，桥架宽度用B表示，当两台吊车靠在一起时，
求得每个轮子的水平制动力T后，同样利用影响线可计算出作用排架柱上（在吊车梁顶面位置）吊车横向水平荷载
。
吊车横向水平荷载可以反向。
计算吊车荷载时，多台吊车的荷载折减系数
在内力组合时再考虑。
4）风荷载
对于单层工业厂房，可不考虑风振系数，即取
。
柱顶以下的分布风荷载可近似为均布荷载，柱顶以上的风荷载简化为作用在柱顶的集中风荷载。
查风载体形系数时应注意，正值代表风压，即指向受风面；负值代表风吸，即离开受风面。
3．内力分析
排架内力计算可采用结构力学的力法。
对于等高排架，可借助相关表格用剪力分配法计算。
首先在柱顶加上一不动铰支座，查表得到单阶柱柱顶反力，计算弯距和剪力；然后将支座反力反向作用于排架柱顶，用剪力分配法求出各排架柱的剪力和弯距；将上述两种情况下的内力迭加。
排架柱的轴力可根据受到的竖向荷载直接确定。
为了进行最不利内力组合，每一项活荷载下的内力需单独计算。
最后画出每一项荷载标准值下的弯距图、轴力图和剪力图。
4．内力组合
1）控制截面
上柱高度范围内配筋相同，抗力相同，荷载效应最大的截面即为控制截面。
取柱底作为控制截面；下柱高度范围内配筋相同，选取牛腿顶面和柱底两个控制截面。
2）荷载组合
有吊车厂房的荷载组合一般由活荷载效应控制。
对于排架结构可采用简化组合，取下列两者情况中的较大值：
1.2×恒荷载标准值+1.4×任意一项活荷载标准值
1.2×恒荷载标准值+1.4×（0.9×任意两项或两项以上活荷载标准值之和）
荷载组合时应注意，风荷载的两种情况（左风和右风）不能同时考虑、只能考虑其一；吊车横向水平荷载的几种工况（单跨有两种，双跨有四种）也只能取其一；当考虑吊车横向水平荷载时（意味着吊车位于所计算的排架负荷范围内），必须同时考虑吊车竖向荷载。
3）内力组合
排架柱属于偏心受力构件，剪力一般不起控制作用。
每个控制截面考虑四组内力：
最大正弯距及相应的轴力、剪力；最大负弯距及相应轴力、剪力；最大轴力及相应的弯距和剪力、最小轴力及相应的弯距和轴力。
组合第四组内力是因为对于混凝土大偏心受压构件，轴力越小越不利，如果是钢排架柱，则不需要组合第四组内力。
在组合最大轴力和最小轴力时，轴力为零的项也应该组合进去，因为轴力一定的情况下，弯距越大越不利。
5．截面设计
当排架柱截面尺寸满足表2-3的规定时，可不进行正常使用条件下的位移验算，仅进行承载能力极限状态的计算。
排架柱的计算长度查表得到。
应注意是否考虑吊车荷载，下柱的计算长度不同。
上柱截面共有4组内力；下柱截面共有8组内力。
先判别属于小偏心受压还是大偏心受压，利用下列原理挑选出最不利的内力：
轴力相同的情况下，弯距越大越不利；弯距相同的情况下对小偏压轴力越大越不利，对大偏压轴力越小越不利。
6．
牛腿设计
牛腿的宽度取等于柱宽；牛腿的长度根据构造要求确定，牛腿边至吊车梁边的尺寸不小于100mm（见图2）；牛腿的高度h由斜截面抗裂条件控制，牛腿外边缘高度h1不应小于h/3，且不小于200。
牛腿底面倾角α不应大于450。
计算轨道中心线至下柱边的距离a时应考虑20mm的安装误差，当a<0时，取a=0。
牛腿的纵向钢筋按承载力确定；箍筋和弯起钢筋按构造配置。
当a/h0≥0.3时，应配置弯起钢筋，纵向钢筋不能兼作弯起钢筋。
7．吊装验算
吊装验算时，安全等级降一级，荷载效应乘0.9；考虑起吊时的动力效应，荷载效应乘1.5。
为了缩短施工工期，一般在柱混凝土强度达到设计强度的70%即开始吊装，如果需要混凝土强度达到设计强度的100%方可吊装，务必在施工说明中注明。
吊装验算包括承载力和裂缝宽度。
材料强度取值时，不要忘记乘0.7。
当验算不满足时，应采取措施，如增加吊点或增加配筋，直至满足。
8．预埋件设计
图3中预埋件M-1的作用是柱子与屋架的连接；M-2的作用是吊车梁顶面与排架柱的连接；M-3的作用是吊车梁与牛腿的连接。
设置柱间支撑的两侧排架柱还有连接上柱支撑的M-4和连接下柱支撑的M-5。
M-2承受吊车横向水平荷载Tmax，属于受拉预埋件，按下式计算：
其中
；t—锚板厚度；d—锚筋直径；fy—锚筋的抗拉强度设计值；As—锚筋的总截面面积。
M-1、M-3属于受压预埋件，锚板的尺寸由混凝土的局部受压承载力计算确定，即
式中A—锚板面积；P—锚板受到的竖向压力设计值，对于M-1取屋架传至柱顶的恒载和活荷载之和，对于M-3取吊车竖向荷载Dmax和吊车梁、轨道等自重之和。
锚板厚度宜大于锚筋直径的0.6倍，对于受拉预埋件尚应大于b/8（b是锚筋的间距）。
锚筋中心至锚板边缘的距离不应小于2d和20mm。
受拉锚筋的长度应满足受拉钢筋的基本锚固长度；受压锚筋的锚固长度不应小于15d。
9．连接构造
为了与墙体连接，柱内应伸出预埋的锚拉钢筋。
锚拉钢筋通常采用φ6每隔8~10皮砖与墙拉结（见图4）。
圈梁与柱的连接处，柱内也应伸出预埋的锚拉钢筋，锚拉钢筋不少于2φ12。
三、基础设计
当地质条件比较好时，单层排架结构一般采用柱下独立基础。
1．截面尺寸的估算
根据柱插入杯口的深度和杯底厚度可以确定基础的最小高度。
柱插入杯口的深度h1需满足三个条件：
与柱的形式和截面尺寸有关、20倍纵向受力钢筋的直径和5%的柱长。
在确定基础高度时别忘了杯底有50mm的灌注层。
基础的底板面积按轴心受压基础估算，然后视弯距的大小增大20~40%。
对于边柱基础，尚应考虑基础梁传来的荷载，如图5所示。
杯口顶面尺寸可以根据杯壁厚度、柱子截面尺寸确定。
2．地基计算
首先要根据基础的底板尺寸和基础的埋深，按下式对地基承载力特征值进行修正
式中
、
——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数；
、
——基础底面以下土的重度和基础底面以上土的加权平均重度；
——基础底面宽度，小于3m取3m，大于6m取6m；
——基础埋置深度，从室外地面算起。
地基承载力需满足下列条件：
式中
是基础和基础上覆土自重的标准值；
是作用于基础顶面的竖向力标准组合；
是基础梁传来的自重标准值；
是排架内力分析时，柱顶截面的轴力标准组合（它不同于排架柱III—III截面内力的基本组合）；
、
是恒载标准值和活荷载标准值产生的轴力；
是活荷载的组合值系数；
是作用于基础底面的力矩标准组合；
是排架内力分析时，柱顶截面弯距的标准组合。
对于甲级和乙级建筑，地基除了进行承载力计算外，还需进行地基变形计算。
丙级建筑中的单层排架结构，当厂房跨度≤30m、吊车额定起重量≤30t、地基承载力特征值
≥200kPa时，可不作地基变形计算。
3．基础计算
基础的计算内容包括底板的抗弯计算和基础的抗冲切计算。
进行基础计算时基底反力取不考虑基础及覆土自重的净反力，上部结构传来的荷载效应取基本组合。
四、绘制施工图
结构施工图包括结构平面图（屋盖平面布置图、构件平面布置图和基础平面布置图）；排架柱、抗风柱模板图和配筋图；基础配筋图；节点详图；构件一览表和施工说明。
构件一览表一般应包括构件名称、构件形式、主要规格、选用的图集号、构件编号和数量。
施工说明一般应包括材料等级、混凝土保护层厚度、吊装方式以及其它需要说明的内容。
分组
起重量
Q（t）
吊车跨度
Lk（m）
宽度B（mm）
轮距K
（mm）
吊车总重
（G+g）（t）
小车重
G（t）
最大轮压
Pmax（kN）
最小轮压
Pmin（kN）
第一组
10
16.5
4770
4000
13
1.698
92
28
32
19.5
5970
5000
20.25
3.175
215
52
第二组
10
13.5
6040
5000
12.6
2.303
90
28
32
16.5
6870
5600
23.86
8.696
232
53
第三组
10
13.5
6040
5000
12.4
2.303
89
28
32
16.5
6040
5000
19.23
5.011
215
49
第四组
10
13.5
4770
4000
11.4
1.698
87
25
32
16.5
5970
5000
17.49
3.175
205
48
第五组
10
13.5
5700
4050
16.151
3.424
109
19.14
32
16.5
6474
4650
32.12o
10.877
262
52.19
注意：
每班1-10号做第一组；11-20第二组；21-30第三组；31-40第三组；41-最后为第五组。
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