单层混凝土工业厂房双跨设计示例.docx

单层混凝土工业厂房双跨设计示例.docx

《单层混凝土工业厂房双跨设计示例.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单层混凝土工业厂房双跨设计示例.docx（38页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单层混凝土工业厂房双跨设计示例

单层混凝土工业厂房设计示例

一、设计条件及要求

1．设计条件

某双跨等高金工车间，厂房长度60m，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。

2．设计要求

除排架柱、抗风柱和基础外，其余构件均选用标准图集。

设计内容包括：

（1）选择厂房结构方案,进行平面、剖面设计和结构构件的选型；

（2）设计中柱及柱下单独基础；

（3）绘制施工图，包括结构平面布置图、排架（中）柱的模板图和配筋图等。

二、结构方案设计

1．厂房平面设计

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，横向定位轴线用①、②…表示，间距取为6m；纵向定位轴线用（A）、（B）（C）表示，间距取等于跨度，即（A）~（B）轴线的间距为18m，（B）~（C）轴线的间距为15m。

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。

（B）~（C）跨的吊车起重量小于20t时，（C）列柱初步采用封闭结合，纵向定位轴线与边柱外缘重合；（A）~（B）跨吊车起重量大于20t时，（A）列采用非封闭结合，初步取联系尺寸D=150mm。

是否采用非封闭结合以及联系尺寸取多大，需要根据吊车架外缘与上柱内缘的净空尺寸B2确定（参见图2-1）。

应满足：

其中

——吊车轨道中心线至柱纵向定位轴线的距离，一般取750mm；

——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。

假定上柱截面高度为400mm，则

对（A）列柱B2=750-[300+（400-150）]=200mm>80mm，满足要求

对（C）列柱B2=750-（230+400）=120mm>80mm，满足要求

对于等高排架，中柱上柱截面形心与纵向定位轴线重合，吊车架外缘与上柱内缘的净空尺寸能满足要求。

厂房长度66m，小于100m，可不设伸缩缝。

2．2．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

①屋面板和嵌板

屋面板的型号根据外加屋面均布面荷载（不含屋面板自重）的设计值，查92G410

（一）。

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92G410

（二）。

荷载：

二毡三油防水层1.2×0.35=0.42kN/m2

20mm厚水泥砂浆找平层1.2×0.02×20=0.48kN/m2

屋面均布活载（不上人）1.4×0.5=0.70kN/m2

雪载1.4×1.0×0.4=0.56kN/m2

------------------------------------------------------------------------------------------------

小计1.60kN/m2

采用预应力混凝土屋面板。

根据允许外加均布荷载设计值1.60kN/m2，查附表1-5，中部选用Y-WB-1Ⅱ,端部选用Y-WB-1Ⅱs,其允许外加荷载1.99kN/m2>1.60kN/m2。

板自重1.40kN/m2。

嵌板采用钢筋混凝土板，查附表1-2，中部选用KWB-1，端部选用KWB-1S，其允许外加荷载3.35kN/m2>1.60kN/m2，板重1.70kN/m2。

②天沟板

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。

天沟的型号根据外加均布线荷载设计值查92G410（三）。

计算天沟的积水荷载时，按天沟的最大深度确定。

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。

本例在②、④、⑥、⑧、⑩轴线处设置落水管。

本例的内天沟宽度采用620mm，外天沟宽度采用770mm。

外天沟荷载:

焦渣砼找坡层1.2×1.5×0.77=1.39kN/m

二毡三油防水层1.2×0.35×0.77=0.32kN/m

20mm厚水泥砂浆找平层1.2×0.02×20×0.77=0.37kN/m

积水荷载1.4×10×0.13×0.77=1.40kN/m

屋面均布活载1.4×0.5×0.77=0.54kN/m2

-----------------------------------------------------------------------------------------------

小计3.48kN/m

查附表1-6，一般天沟板选用TGB77-1，开洞天沟板选用TGB77-1a或TGB77-1b，端部为TGB77-1Sa或TGB77-1Sb,允许外加荷载4.13kN/m>3.48kN/m，自重2.24kN/m。

同理可求得内天沟外加荷载设计值2.81kN/m，由附表1-6，一般天沟板选用TGB62-1，开洞天沟板选用TGB62-1a或TGB62-1b，端部为TGB62-1Sa或TGB62-1Sb,允许外加荷载3.16kN/m>2.81kN/m，自重2.06kN/m。

2）屋架及支撑

屋架型号根据屋面面荷载设计值、天窗类别、悬挂吊车情况及檐口形状选定。

跨度较小时可采用钢筋混凝土折线型屋架，查95G314；跨度较大时可采用预应力混凝土折线型屋架，查95G414。

本例不设天窗（类别号为a），檐口形状为一端外天沟、一端内天沟,代号为D。

屋面荷载:

屋面板穿来的荷载1.60kN/m

屋面板自重1.2×1.4=1.68kN/m

灌缝重1.2×0.1=0.12kN/m

--------------------------------------------------------------------------

小计3.40kN/m

15m跨采用钢筋混凝土屋架，中间选用WJ-15-2Da；两端选用WJ-15-2Da'。

允许外加荷载3.5kN/m2>3.28kN/m2，自重45.65kN。

18m跨采用预应力混凝土屋架，中间选用YWJ18-1Da；两端选用YWJ-18-1Da'。

允许外加荷载3.5kN/m2>3.28kN/m2，自重67.6KN。

对于非抗震及抗震设防烈度为6、7度，屋盖支撑可按附图1-1~1-4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。

本例不需设纵向水平支撑。

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选定，其中钢筋混凝土吊车梁可查95G323、先张法预应力混凝土吊车梁可查95G425、后张法预应力混凝土吊车梁可查95G426。

对18m跨厂房，吊车起重量为32t，中级载荷状态，Lk=18-2×0.75=16.5m，采用混凝土吊车梁。

查附表1-4，中间跨选用DL-11Z，边跨选用DL-11。

梁高1200mm，自重39.98KN。

对15m跨厂房，吊车起重量为10t，中级载荷状态，Lk=15-2×0.75=13.5m。

采用混凝土吊车梁。

查附表1-4，中间跨选用DL-7Z，边跨选用DL-7B，梁高900mm，自重27.64KN。

4）基础梁

基础梁型号根据跨度、墙体高度、有无门窗洞等查93G320。

墙厚240mm，突出于柱外。

由附表1-8，纵墙中间选用JL-3，纵墙边跨选用JL-15；山墙6m柱距选用JL-14，山墙4.5m柱距选用JL-23。

基础梁布置见例图2-4。

5）柱间支撑

柱间支撑设置在⑥、⑦轴线之间，支撑型号可查表97G336。

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、屋架跨度等查出排架号，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。

18m跨的抗风柱沿山墙等距离布置，间距为6m；15m跨的抗风柱中间的间距为6m，两边的间距为4.5m。

图2给出了屋面结构布置，图3给出了构件平面布置。

 3．厂房剖面设计

剖面设计的内容是确定厂房的控制标高，包括牛腿顶标高、柱顶标高和圈梁的标高。

图5给出了厂房剖面布置。

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（参见例图2-1）

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95G323。

柱顶标高同样需满足300mm的倍数。

由工艺要求，轨顶标志高度为7.8m。

对于18m跨：

取柱牛腿顶面高度为6.6m。

吊车梁高度1.2m，吊车轨道及垫层高度0.2m，则轨顶构造高度，HA=6.6+1.2+0.2=8.0m。

构造高度-标志高度=8.0-7.8=0.2m，满足±200mm差值的要求。

查附表1-1，吊车轨顶至桥架顶面的高度HB=2.347m，则H=HA+HB+Hc=8.0+2.347+0.22=10.57m。

为满足模数要求，取H=11.1m。

对15m跨：

设计牛腿顶面标高为6.6m。

吊车梁高0.9m，吊车轨道及垫层高0.2m，则轨顶构造高度，HA=6.6+0.9+0.2=7.7m。

标志高度-构造高度=7.8-7.7=0.1m<0.2m，满足要求。

查附表1-1，吊车轨顶至桥架顶面的高度HB=1.876m，则H=HA+HB+HC=7.7+1.876+0.22=9.80m。

为满足模数要求及使两跨柱顶标高一致，取H=11.1m。

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4.8m、7.8m和10.86m标高处设三道圈梁，分别用QL-1、QL-2、QL-3表示。

其中柱顶圈梁可代替连系梁。

圈梁截面采用240×240mm，配筋采用4φ12、φ6@200。

圈梁在过梁处的配筋应另行计算。

三、排架内力分析

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，可按教材表2-3选取。

1）确定柱子各段高度

基底标高为-2.0m，初步假定基础高度为1.4m，则柱总高H=11.1-（-2.0）-1.4=11.7m；上柱高度Hu=11.1-6.6=4.5m；下柱高度Hl=11.7-4.5=7.2m。

2）确定柱截面尺寸

下柱截面高度，根据吊车起重量及基础顶面至吊车梁顶的高度Hk，由表2-3

当Q=10t时：

h≥Hk/14=8100/14=579mm，取600mm

当Q=32t时：

h≥Hk/9=8400/10=840mm，取900mm

下柱截面宽度,根据顶面至吊车梁底的高度Hl，由表2-3

b≥Hl/20=7200/20=360mm，且≥400mm，取400mm

（A）列柱下段柱截面采用I形，b=400mm、h=900mm，上柱截面采用正方形b=h=400mm；（B）列柱下段柱截面采用I形，b=400mm、h=900mm，上柱截面采用矩形b=400mm，h=600mm；（C）列柱下段柱截面采用I形，b=400mm，h=600mm。

各柱下段柱截面的详细尺寸见图6。

3）计算柱截面几何特征

各柱截面的几何特征见表1。

例图2-7给出了计算简图。

表1截面几何特征

柱号

A柱

B柱

C柱

上柱

下柱

上柱

下柱

上柱

下柱

截面尺寸（mm）

正方形

400×400

工字形400×900×100

矩形

400×600

工字形400×900×100

正方形

400×400

工字形400×600×100

面积A（103mm2）

160.0

157.5

240.0

157.5

160.0

127.5

惯性矩I（106mm4）

2133

16611

7200

16611

2133

5882

每米长重量G（kN/m）

4.00

3.94

6.00

3.94

4.00

3.19

2．荷载计算

排架的荷载包括恒载、屋面活荷载、吊车荷载和风荷载。

荷载均计算其标准值。

1）恒载

恒载包括屋盖自重、上柱自重、下柱自重、吊车梁及轨道自重。

1①  屋盖自重P1

面荷载：

防水层、找平层等0.35+0.4=0.75kN/m2

屋面板自重1.40kN/m2

屋面板灌缝0.10kN/m2

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

小计2.25kN/m2

外天沟板线荷载：

找坡等1.16+0.27+0.31=1.74kN/m

TGB77-1自重2.24kN/m

-----------------------------------------------------------------

小计3.98kN/m

内天沟板线荷载：

找坡等1.40kN/m

内天沟板自重2.02kN/m

-----------------------------------------------------------------------------------------------------

小计3.42kN/m

集中荷载：

18m跨屋架自重67.6kN

15m跨屋架自重45.65kN

屋架作用在柱顶的恒载标准值：

A柱：

P1A=2.25×6×18/2+3.98×6+0.5×67.6=179.2kN

B柱：

18m跨传来P1B=2.25×6×18/2+3.42×6+0.5×67.6=175.8kN

15m跨传来P1B’=2.25×6×15/2+3.42×6+0.5×45.65=144.6kN

C柱：

P1C=2.25×6×15/2+3.8×6+0.5×45.65=146.9kN

P1作用点位置与纵向定位轴线的距离为150mm，见例图2-8。

2②  上柱自重P2

A柱：

P2A=4×4.5=18kN

B柱：

P2B=6×4.5=27kN

C柱：

P2c=18kN

3③  下柱自重P3

下柱大部分截面为I形，但牛腿部位及插入杯口基础的部分是矩形截面。

假定矩形截面的范围为自牛腿顶面向下1400mm及基础顶面以上1100mm。

近似忽略牛腿的重量。

A柱：

P3A=3.94×（7.2-1.4-1.1）+0.9×0.4×25×（1.4+1.1）=41.0kN

B柱：

P3B=41.0kN

C柱：

P3C=3.19×（7.2-1.4-1.1）+0.6×0.4×25×（1.4+1.1）=30kN

4④  吊车梁、轨道、垫层自重P4

取轨道及垫层自重为0.8KN/m。

A柱：

P4A=0.8×6+39.98=44.8kN

C柱：

P4C=0.8×6+27.64=32.4kN

B柱：

18m跨传来P4B=44.8kN

15m跨传来P4B′=32.4kN

P4的作用点离纵向定位轴线的距离为750mm，见图8。

2）屋面活荷载P5

屋面活荷载取屋面均布活载和雪荷载两者的较大值0.5kN/m2

A柱：

P5A=（18×6×0.5）/2+0.77×6×0.5=29.3kN

B柱：

18m跨传来P5B=（18×6×0.5）/2+0.62×6×0.5=28.9kN

15m跨传来P5B′=（15×6×0.5）/2+0.62×6×0.5=24.4kN

C柱P5C=（15×6×0.5）/2+0.77×6×0.5=24.8kN

P5作用位置同P1。

3）吊车荷载

①吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k

从产品目录查得吊车基本尺寸和轮压，列于表2。

表2吊车基本尺寸和轮压

起重量

Q（t）

吊车跨度

Lk（m）

吊车桥距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）

10

13.5

5840

4050

17

3.461

115

17.3

32

16.5

6640

4650

33

10.9

278

40.5

表中Pmin=0.5（G+g+Q）-Pmax

吊车竖向荷载Dmax、Dmin根据两台吊车作用的最不利位置用影响线求出。

Dmax、Dmin的计算简图见图9。

图中两台吊车之间的最小轮距x=（B1-K1）/2+（B2-K2）/2。

对应于轮子位置影响线的高度y2、y3、y4可利用几何关系求得。

18m跨两台吊车相同，均为32t吊车，P1max=P2max=278kN，P1min=P2min=40.5kN，；x=（6640-4650）/2+（6640-4650）/2=1990mm；y2=（6-4.65）/6=0.225，y3=（6-1.9）/6=0.683，y4=0。

Dmax,k=P1max（y1+y2）+P2max（y3+y4）=278×（1+0.225+0.683+0）=530.4kN

Dmin,k=P1min（y1+y2）+P2min（y3+y4）=40.5×（1+0.225+0.683+0）=77.3kN

15m跨有两台10t吊车，同理可求得：

Dmax,k=115×（1+0.325+0.702+0.027）=236.2kN

Dmin,k=17.3×（1+0.325+0.702+0.027）=35.5kN

吊车横向水平荷载Tmax,k

18m跨，吊车额定起重量16t

T=α（Q+g）/4=0.1×（32+10.9）×9.8/4=10.5kN

T的最不利位置同Pmax，故

Tmax,k=10.5×（1+0.225+0.683+0）=20.0kN

15m跨，吊车额定起重量Q≤10t，吊车横向水平荷载系数α=0.2，每个大车轮产生的横向水平制动力为

T=α（Q+g）/4=0.12×（10+3.461）×9.8/4=3.96kN

T的最不利位置同Pmax，故

Tmax,k=3.96×（1+0.325+0.702+0.027）=8.1kN

Tmax作用点的位置在吊车梁顶面。

4）风荷载

该地区基本风压W0=0.35KN/m2，地面粗糙度为B类。

1①  作用在柱上的均布荷载

柱顶标高11.1m，室外地面标高-0.3，则柱顶离室外地面高度为11.1-（-0.30）=11.40m，查表1-10，风压高度系数μz=1.039。

从表1-11，可查得风荷载体型系数μs，标于图10。

单层工业厂房，可不考虑风振系数，取

=1。

q1=μSμzβZW0B=0.8×1.039×1.0×0.35×6=1.75kN/m（压力）

q2=μSμzβZW0B=-0.4×1.039×1.0×0.35×6=-0.87kN/m（吸力）

2②  作用在柱顶的集中风荷载FW

作用在柱顶的集中风荷载FW由两部分组成：

柱顶至檐口竖直面上的风荷载FW1和坡屋面上的风荷载FW2（见图11），其中后者的作用方向垂直于屋面，因而是倾斜的，需要计算其水平方向的分力（竖向分力在排架分析中一般不考虑）。

为了简化，确定风压高度系数时，可统一取屋脊高度。

屋脊高度=柱顶高度+屋架轴线高度（屋脊处）+上、下弦杆截面增加高度+屋面板高度。

对于18m跨：

H=11.4+（2.65+0.15+0.12）+0.24=14.56m，μz=1.128；对于15m跨：

H=11.4+（2.3+0.15+0.12）+0.24=14.2m，μz=1.118。

柱顶至檐口的高度=屋架轴线高度（端头处）+上、下弦杆截面增加高度+天沟板高度；坡屋面高度=屋脊高度-柱顶高度-柱顶至檐口的高度。

FW1=0.8×1.128×1×0.35×（1.18+0.27+0.4）×6=3.51kN（→）

FW1’=0.4×1.118×1×0.35×（1.23+0.27+0.4）×6=1.78kN（→）

FW2=（-0.6+0.5）×1.128×1×0.35×（14.56-11.4-1.85）×6=-0.31kN（←）

FW2’=（-0.4+0.4）×1.118×1×0.35×（14.2-11.4-1.9）×6=0

FW=FW1+FW1'+FW2+FW2'=3.51+1.78-0.31=4.98kN（→）

同理可求得右吹向左风（←）

迎风面和背风面的q1、q2大小相等、方向相反。

Fw=0.8×1.118×1×0.35×（1.23+0.27+0.4）×6+0.4×1.128×1×0.35×（1.18+0.27+0.4）×6+（-0.6+0.5）×1.118×1×0.35×（14.2-11.4