单层工业房的设计例题.docx
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单层工业房的设计例题
单层工业房设计
一、设计资料：
1.工程概况
某造纸车间为一单跨单层钢筋混凝土厂房，厂房总长66m，跨度27m，柱距6m，设有20/5t、10t各一台中级工作级别吊车，轨顶标高+。
厂房平面图如图
（1）
2.设计资料
屋面构造：
二毡三油防水层（上铺绿豆砂）；
20mm厚水泥砂浆找平层；
100mm水泥膨胀珍珠岩保温层；
一毡二油隔气层；
20mm厚水泥砂浆找平层；
预应力混凝土大型屋面板。
围护结构：
240mm厚普通砖墙，双面抹灰；钢框玻璃窗宽×高：
4000mm×5100mm和4000mm×1800lmm。
地面:
钢筋混凝土地面,室内外高差150mm。
3．设计基本原始资料
自然条件：
基本风压为m2，地面按B类，基本雪压为m2，屋面活荷载为m2。
地质条件：
场地地面以下内为填土，填土下层内为粉质粘土，地基承载力特征值为240kN/m2，地下水位为。
该工程位于非地震区，不考虑抗震设计。
4.材料
钢筋：
箍筋为HPB235级钢筋、受力钢筋HRB335级钢筋。
混凝土：
柱采用C40，基础采用C20。
5．设计要求
1）初步确定排架结构布置方案；
2）对结构上部的标准构件进行选型，并进行结构布置；
3）排架的荷载计算和内力分析；
4）排架柱的设计；
5）柱下独立基础的设计
二、构件选型及屋盖布置
根据厂房的跨度、吊车起重量的大小、轨顶标高，吊车的运行空间等初步确定出排架结构的剖面如图
（2）所示。
为了保证屋盖的整体性，屋盖采用无檩体系。
1.屋面板
采用×6m预应力混凝土屋面板，根据屋面做法求得屋面荷载，采用标准图集92G410
（一）中的Y—WB—2，屋面板自重标准值为m2（包括灌缝自重）。
2．天沟板（外天沟排水）
选用92G410（三）标准图集中的JGB77—1，自重标准值／m。
3．屋架采用预应力混凝土折线形屋架，选用标准图集95G415（三），每榀屋架自重标准值为120kN。
4．屋盖支撑
在端部第二开间的屋架端部和跨中设三道垂直支撑、其他跨相应部位设下弦系杆，端头第二开间设下弦横向水平支撑。
5．吊车梁
选用95G425标准图集中的先张法预应力混凝土吊车梁，梁高1200mm，每根自重标准值，轨道及垫层构造高度200mm，轨道及连接重lkN/m。
6．排架柱
排架的上柱截面为矩形,下柱采用工字形截面。
7.支撑布置
设计采用大型屋面板，可以不设屋架上弦支撑。
根据构造要求，设置相应的屋架下弦支撑，并在跨度中点处布置一道垂直支撑。
见
图（3）
本设计跨度27m,大于18m，因此需要布置支撑。
柱截面高度h>600mm,下部柱间支撑做成双片，其间距为柱截面高减去200mm，见图（4）。
图（3）屋架下弦支撑
图（4）柱的支撑布置
三、排架的荷载计算
1．排架计算简图的确定
（1）确定柱高。
吊车梁顶标高=轨顶标高—轨道构造高度=—=
牛腿标高=吊车梁顶标高—吊车梁高=柱顶标高=轨顶标高+吊车高度H+上部运行尺寸，取为
上柱高Hu=柱顶标高--牛腿标高=—=
全柱高H=柱顶标高—基顶标高=（）=
下柱高Hl=H--Hu=Hu/H==
（2）初步拟订柱尺寸
根据表一的参考尺寸，取上柱b×h=400mm×450mm,下柱b×h×hf=400mm×850mm×200mm,截面尺寸如图（5）所示。
图（5）下柱截面尺寸（单位：
mm）图（6）排架计算简图
（3）参数计算
上柱：
下柱：
比值：
排架计算简图如图（6）
2．荷载计算
（1）恒载计算。
1）屋盖结构自重标准值：
二毡三油防水层m2
20mm厚水泥砂浆找平层；20×=KN/m2
100mm水泥膨胀珍珠岩保温层；4×=KN/m2
一毡二油隔气层；KN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层；20×=KN/m2
预应力混凝土大型屋面板。
KN/m2
gk=KN/m2
天沟板×6=KN
屋架自重120KN
则作用在一榀横向平面排架一端柱顶的屋盖自重标准值为
2）柱自重标准值：
上柱G2k=25×××=
下柱G3k=25××[××2+×+2×
注（为考虑下柱仍有部分矩形截面而乘的增大系数）
=0
3）吊车梁及轨道自重标准值：
G4k=+1×6=
=800—850÷2=375mm
（2）屋面活荷载标准值
由《荷载规范》可知，不上人屋面均不活荷载为KN/m2，不大于基本雪压，屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为
Q1k=×6×27÷2=KN
（3）吊车荷载标准值
由DSQD型其参数如下
吊车吨位（t）
Q1k
（kN）
Q2k
（kN）
吊车宽度B
（mm）
轮距K
（mm）
Pmaxk
（kN）
Pmink
（kN）
20/5
320
6055
4100
216
79
10
240
5980
4050
136
51
根据B与K及支座反力影响线图（7），可求得
图（7）求Dmax时的吊车位置图
其作用点到柱顶的距离
y=
（4）风荷载标准值。
计算
时风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度+=12.75m取值，计算
时风压高度变化系数按檐口标高14.9m取值
图（8）风载体型系数（长度单位：
mm）
排架受荷总图如图（9）
图（9）排架受荷总图
3．内力计算
（1）恒载作用下。
由于单层厂房多属于装配式结构，柱、吊车梁及轨道的自重，是在预制柱吊装就位完毕而屋架尚未安装时施加在柱子上的，此时尚未构成排架结构。
但在设计中，为了与其他荷载项计算方法一致，并考虑到使用过程的实际受力情况，在柱、吊车梁及轨道的自重作用下，仍按排架结构进行内力计算。
在屋盖自重G1k、上柱自重G2k、吊车轨道及连接G4k作用下，由于结构对称、荷载对称，故可简化为如图（10）的计算简图
图（10）恒荷载作用下计算简图
1）在G1k作用下
2）在G2k作用下
3）在G4k作用下
）
叠加以上弯矩
M1k=M11k=（
）
M2k=M12k+M22k+M42k=
已知
由规范公式：
在M1k作用下
由规范公式
在M2k作用下
在G1k、G2k、G3k、G4k共同作用下的弯矩图和轴力图如图（11）
图（11）恒荷载作用下内力图图（12）屋面活荷载作用下的计算简图
（2）活荷载作用。
1）屋面活荷载作用下：
由于Q1k作用位置与G1k相同
在Q1k作用下的M图和N如图（12）所示
2）吊车竖向荷载作用下：
当Dmax,k作用在A柱时
A柱
B柱
与恒载计算方法相同，可得C2=
A柱
B柱
A柱与B柱相同，剪力分配系数
内力图如图（13）
图（13）吊车竖向荷载作用下内力图
3）吊车水平荷载作用下：
当Tmax向左作用时
由规范公式可得
当
当
考虑空间作用分配系数，由表12-16可以查得
Tmax向左作用的M图、N图如图（14）所示。
Tmax向右作用的M图、N图于上述情况相反。
图（14）吊车水平荷载作用下内力图
4）风荷载作用下：
风从左向右作用，在q1和q2作用下，由规范公式：
风荷载作用下的M、N图如图（15）
当风从右向左吹时，其M、N图与上述情况相反。
图（15）风荷载作用下内力图
四、最不利内力组合
由于排架单元为对称结构，可仅考虑A柱截面，荷载内力汇总表见表一，内力组合见表二
表一A柱内力汇总表
柱号
截面
荷载项
内力
恒荷载
屋面活荷载
吊车竖向荷载
吊车水平荷载
风荷载
G1kG2k
G3kG4k
Q1k
Dmax,k
在A柱
Dmin,k
在A柱
Tmax,k向左
Tmax,k向右
左风
右风
（1）
2
3
4
5
6
7
8
A
柱
1-1
M
N
0
0
0
0
0
0
2-2
M
N
125
0
0
0
0
3-3
M
N
125
0
0
0
0
V
表二A柱内力组合表
内力
截面
由可变荷载效应控制的组合
恒载+任一活载
组合项
Mmax相应
N、V
组合项
Mmin相应
N、V
组合项
Nmax相应
M、V
组合项
Nmin相应
M、V
1--1
1
7
1
8
1
2
1
7
2--2
1
3
1
8
1
3
1
8
3--3
1
7
1
8
1
3
1
7
-360
内力
截面
由可变荷载效应控制的组合
恒载+×（任意两个或两个以上活载）
组合项
Mmax相应
N、V
组合项
Mmin相应
N、V
组合项
Nmax相应
M、V
组合项
Nmin相应
M、V
1--1
1
2
7
1
3
6
8
1
2
3
6
8
1
3
6
8
2--2
1
3
5
7
1
2
8
1
2
3
7
1
8
3--3
1
2
3
6
7
1
4
5
8
1
2
3
6
7
1
7
内力
截面
由永久荷载效应控制的组合
组合项
Mmax相应
N、V
组合项
Mmin相应
N、V
组合项
Nmax相应
M、V
组合项
Nmin相应
M、V
1--1
1
2
1
2
3
1
2
4
1
8
2--2
1
3
1
2
1
2
3
3--3
1
2
3
1
4
963
注
五、排架柱的设计
1．柱在排架平面内的配筋计算
（1）截面尺寸。
（2）材料等级。
混凝土：
钢筋：
受力筋为
箍筋为:
（3）截面最不利内力。
由于截面3—3的弯矩和轴向力均比截面2—2的大，故下柱配筋由截面3—3的最不利内力确定。
经比较，用于上下柱截面配筋的最不利内力及柱在排架方向的初始偏心距
、计算长度
偏心距增大系数
列于表三中
表三柱在排架平面内的计算参数
截面
内力组
1--1
M（
）
61
415
81
7800
450
N（
）
M
154
415
174
1
7800
450
N
3--3
M
704
815
724
1
19800
850
N
M
513
815
533
1
9300
850
1
注1.
截面
内力组
eO
九o
e／
邑
／o
丘
（2
叮
M（hN·m）
一14．63
33
365
53
0．59
7800
400
0．955
1．896
1—1
N（kN）
442．8
M
一76．77
216
365
236
1
7800
400
0．955
1．341
N
355．58
M
318．54
679
765
706
1
19助0
800
0．903
1．364
3—3
N
469．1
M
441．2
468
765
461
1
9300
800
1．000
1．127
N
942．6
柱在排架平面内的配筋计算过程在此略去，计算结果见表四
表四柱在排架平面内的配筋计算
截面
内力组
x
偏心情况
计算
实配
1--1
M（
）
81
335
64
228
大偏压
0
N（
）
M
174
451
52
228
大偏压
218
236
3Ф10
N
3--3
M
724
1404
69
448
大偏压
1372
1520
4Ф22
N
M
533
993
125
448
大偏压
993
1256
4Ф20
N
注1.
2.
=
2.柱在排架平面外的承载力验算
上柱，Nmax=,考虑吊车荷载时，按规范有
由规范知
下柱Nmax=,当考虑吊车荷载时，按规范有
故承载力满足要求。
3．裂缝宽度验算
（1）1—1截面：
（2）下柱3—3截面
验算裂缝宽度的荷载标准组合值，按GB50009—2001《荷载规范》有
=++（×+×+×）=
裂缝间纵向钢筋应变不均匀系数
ψ=
4．柱牛腿设计
（1）牛腿几何尺寸的设计。
牛腿宽b=400，若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离C1=80mm，吊车梁下部尺寸为340mm，则牛腿水平截面高度
牛腿外边缘高度h1=500mm，倾角α=
，牛腿高度h=500+200=700mm。
（2）牛腿配筋。
由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，故a=800-850=-50mm<0，故该牛腿可按构造配筋，纵向钢筋取4Ф16，箍筋为
8@100。
（3）牛腿局部承压验算
设垫板尺寸为400×400mm,局部压力标准值
故局部压应力
图（16）牛腿详图（mm）
5．柱的吊装验算
采用翻身吊，吊点设在牛腿与下柱交接处。
（1）荷载计算
上柱自重
牛腿自重
下柱自重
计算简图如下
（2）内力计算。
结构重要性系数取
弯矩图如图（17）
图（17）柱吊装验算图（单位mm）
（3）截面承载力计算。
1—1截面：
2—2截面：
1--1截面承载力不满足要求，需加筋。
加为3Ф16，As=603mm2,
Mu=
>
。
满足要求。
（4）裂缝宽度验算。
由承载力计算可知，只验算1—1截面即可。
钢筋应力如下
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数
故最大裂缝宽度为
排架柱施工图见附录一
六、基础设计
1．由柱传至基顶的荷载
（1）由表11—7选出两组最不利内力
（2）由基础梁传至基础顶面的荷载：
钢框玻璃窗
基础梁
G5=
（3）由基础梁传来的荷载G5对基础底面产生的偏心弯矩设计值为
（4）作用于基底的总弯矩和轴向力设计值为（假定基础高度H=1100mm）
第一组
第二组
基底受力情况如图
2.基底尺寸的确定
由第二组确定b和l:
取b=2.5m,l=4.0m,A=10m2
第一组基底尺寸验算
第二组基底尺寸验算
=
=<
=×240=288kN/mm2
Pmin=>0（可以）;Pm=kN/mm2<240kN/mm2
该房屋是可不作地基变形的二级建筑物，不作地基变形验算。
3.确定基础高度
前面已初步假定基础H=1.1m，如采用锥形基础，根据构造要求，初步确定基础尺寸如图（18）所示。
由于上阶底面落在柱边冲切破坏锥体之内，故仅在变阶处作冲切验算。
（1）各组荷载设计值作用下的地基净反力
第一组
第二组
故按第二组进行计算。
（2）基础抗冲切验算简图如图（19）
由于基础宽度b=,故小于冲切破坏锥体底宽
故冲切破坏荷载
变阶处抗冲切力=
=
4.基础配筋验算
（1）沿长方向的配筋计算。
在第二组荷载作用下，
相应于柱边的净反力
相应于变阶的净反力
则
图（18）确定基础尺寸（单位：
mm）图（19）基础抗冲切验算简图（单位：
mm）
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