单层厂房结构课程设计指导书.docx
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单层厂房结构课程设计指导书
课程设计用纸
教师批阅：
装配式钢筋混凝土排架结构单层厂房课程设计
1.设计资料：
1.1该厂房总长度L=114m，柱距6m，中间设伸缩缝一道，两跨跨度分别
为L1=24和L2=18m，大跨设天窗。
厂房柱网如图1.厂房每一跨内各有
两台桥式软钩吊车，轨顶标高为H=8.3m。
厂房剖面图如图2.
1.2自然条件：
基本风压为w0=0.50kN/m2，基本雪压为s0=0.35kN/m2
1.3地质条件（从上至下）：
人工填土层，厚h1=1.2m
中密砂土层，厚h2=4.5mf1=300kN/m2
以下为密实碎石土层，f2=400kN/m2
无地下水。
1.4构造做法及荷载值
屋面
恒载：
二毡三油上铺小石子0.35kN/m2
20mm厚水泥砂浆抹平0.40kN/m2
100mm厚的加气混凝土隔热0.60kN/m2
大型屋面板（包括灌缝）1.40kN/m2
屋盖支撑0.06kN/m2
活载：
不上人屋面0.50kN/m2
墙面
240眠墙，由基础梁砌起3.6~5.2kN/m2
外墙水刷石粉刷（20mm厚）0.40kN/m2
内墙混合砂浆粉刷（15mm厚）0.26kN/m2
钢窗0.45kN/m2
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1.5桥式软钩吊车数据
表1.1
起
重
量
Q
跨度
LK
尺寸
吊车工作级别A5
宽
度
B
轮
距
K
轨顶以上高度
H
轨道中心至端部距离B1
最
大
轮
压
FP,max
最小
轮压
FPmin
起重机总重量
G
小车
总重量
g
kN
m
mm
mm
mm
mm
kN
kN
kN
kN
200/50
22.5
5500
4400
2200
260
215
45
320
75
100
16.5
5550
4400
2140
230
115
25
180
38
1.6采用标准图集
屋面板G410
（一）
（二）
天沟板G410（三）
屋架G415
（一）
（二）（三）
天窗架G316
吊车梁G425
1.7自行设计构件材料选用
混凝土：
C30
钢筋：
柱（牛腿）纵向受力钢筋HRB400，其他HPB235，基础HRB400
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2.结构选型、结构布置及截面尺寸确定
因该厂房跨度在15~36m之间，且柱顶标高大于8m，故采用钢筋混凝
土排架结构，画出结构布置图，标准构件选用见表2.1
表2.1标准构件选用表
标准构件名称
标准图集
选用型号
重力荷载标准值
屋
面
板
G410
（一）
1.5m×6m预应力混泥土屋面板
YWB—2Ⅱ（中间跨）
YWB—2Ⅱs（边跨）
1.4KN/m2
（包括灌缝重）
天
沟
板
G410（三）
1.5m×6m预应力混泥土屋面板（卷材防水天沟板）
TGB68—1
1.91kN/m2
屋
架
G415（三）
预应力混泥土折线形屋架（跨度24m）
预应力混泥土折线形屋架（跨度18m）
YWJA—24—1Aa
YWJA—18—1Aa
106kN/榀0.05kN/m2
68.2kN/榀0.06kN/m2（屋盖刚支撑）
吊
车
梁
G425
（二）
钢筋混泥土吊车梁（吊车工作级别为A1—A5）
DL—9Z（中间跨）
DL—9B（边跨）
45.5kN/根
45.5kN/根
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轨道连接
G325
（二）
吊车轨道联结详图
详图索引号
0.80kN/m
基础梁
G320
钢筋混泥土基础梁
JL—3
16.7kN/根
天窗架
图2.1厂房剖面图
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由图2.1可知柱顶标高为11m，牛腿顶面标高为6.8m；设室内地面至
基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H、下柱高度H1
和上柱高度Hu分别为：
H=11+0.5=11.5mHl=6.8+0.5=7.3
Hu=11.5-7.3=4.2m
根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可由教材表2.4.2并参考
表2.4.4确定柱截面尺寸，见表2.2
表2.2柱截面尺寸及相应的计算参数
计算
参数
柱号
截面尺寸
/mm
面积
/㎜2
惯性矩
/㎜4
自重
/kN/m
A
上柱
矩400×400
1.6×105
21.3×108
4.8
下柱
I400×800×100×150
1.775×105
150.75×108
5.325
B
上柱
矩400×600
2.4×105
72×108
7.2
下柱
I400×800×100×150
1.775×105
150.75×108
5.325
C
上柱
矩400×400
1.6×105
21.3×103
4.8
下柱
I400×800×150
1.375×105
99.65×
108
4.125
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取一榀排架进行计算，计算简图如图2.2
图2.2a计算单元
图2.2b计算简图
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3.荷载计算
3.1恒载
（1）屋盖恒载
二毡三油上铺小石子0.35kN/m2
20mm厚水泥砂浆抹平0.40kN/m2
100mm厚的加气混凝土隔热0.60kN/m2
大型屋面板（包括灌缝）1.40kN/m2
屋盖支撑0.06kN/m2
总计：
2.81kN/m2
跨度为24m的AB跨的屋架重力荷载为106kN/榀，则作用于柱顶的屋
盖结构重力荷载设计值为：
G1A=G1BA=1.2×（2.81kN/m2×6m×24m+106kN/m2）/2=306.38kN/m2
跨度为18m的BC跨的屋架重力荷载为68.2kN/榀，则作用于柱顶的屋
盖结构重力荷载设计值为：
G1C=G1BC=1.2×（2.81kN/m2×6m×18+68.2kN/m2）/2=223.008kN/m2
吊车梁及轨道重力荷载设计值
A柱
上柱G4A=1.2×4kN/m2×4.2m=20.16kN
下柱G5A=1.2×4.63kN/m2×7.3m=40.56kN
B柱
上柱G4B=1.2×6kN/m2×4.2m=30.24kN
下柱G5B=1.2×4.63kN/m2×7.3m=40.56kN
C柱
上柱G4C=1.2×4kN/m2×4.2m=20.16kN
下柱G5C=1.2×3.63kN/m2×7.3m=31.80kN
各项恒载作用位置如图3.1
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图3.1荷载作用位置图
恒载作用下排架的计算简图如图3.2。
图中的重力荷载Ĝ=G1A和力矩M
是根据图3.1确定的，即
对A柱
Ĝ1=G1A=306.38kN；Ĝ2=G3A+G4A=80.52kN；Ĝ3=G5A=40.56kN
M1=G1A×e1=306.38kN×0.05=15.32kN·m
M2=（G1A+G4A）e1－G3Ae3=（306.38kN+20.16kN）×0.25
－60.3kN×0.3=63.53kN·m
对B柱
Ĝ1B=G1BA+G1BC=539.38kN；Ĝ2B=G3BA+G4B+G3BC=150.96kN
Ĝ3B=G5B=40.56kN
M3=G1BA×e5—G1BC×e5=（306.38kN－233kN）×0.15=11.01kN·m
M4=G3BA×e6—G2BC×e6=（60.36kN－60.36kN）×0.75=0kN·m
对C柱
Ĝ1C=G1C=223kN；Ĝ2C=G3C+G4C=80.52kN；Ĝ3C=G5C=31.80kN
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M5=Ĝ1C×e1=223kN×0.05=11.15kN·m
M6=（G1C+G4C）×e4－G3C×e3=223kN+20.16kN×0.25－60.36kN×0.3
=42.68kN·m
恒载图如图3.2
图3.2恒载内力图
3.2屋面活荷载
屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值0.2kN/m2，后者小于前
者，故按前者计算。
作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：
AB跨：
Q1AB=1.4×0.5kN/m2×6m×24m/2=50.4kN
BC跨：
Q1BC=1.4×0.5kN/m2×6m×18m/2=37.8kN
Q1AB，Q1BC作用的位置与G1作用位置相同，如图3.1所示
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排架设计简图如图3.3。
其中Q1AB=50.4kN，它在柱顶及变阶处引起
的力矩为M1A=Q1AB×0.05=2.52kN·m；M2A=50.4kN×0.25m=12.6kN·m；
M1B=50.40kN×0.15m=7.56kN·m
活荷载图如图3.3
图3.3活荷载图
3.3风荷载
风荷载标准值格式（2.5.2）计算，其中w0=0.35kN/m2，βz=1.0，μz
根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度由附表5.1确定如下：
柱顶（标高11m）μz=1.03
檐口（标高13.4）μz=1.10
天窗架底部（标高14.41m）μz=1.13
天窗架中部（标高17.08m）μz=1.186
天窗架顶部（标高17.53m）μz=1.196
μs如图3.4所示，则由式（2.5.2）可得排架迎风及背风的风荷载标
准值分别为：
w1k=βzμsμzw0=1.0×0.8×1.03×0.5kN/m2=0.412kN/m2
w2k=βzμsμzw0=1.0×0.8×1.03×0.5kN/m2=0.412kN/m2
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图3.4风荷载体型系数及排架计算简图（左风）
则作用于排架计算简图（图3.4b）上的风荷载设计值为：
q1=1.4×0.412kN/m2×6.0m=3.46kN/m
q2=1.4×0.206kN/m2×6.0m=1.73kN/m
Fw=γQ[（μs1+μs2）μzh1+（μs3+μs4）μzh2]βzw0B
=1.4[（0.8+0.4）×1.10×2.4m+（-0.2+0.5）×1.13×1.4m]
×1.0×0.5kN/m×6.0m
=15.30kN
右风吹时：
Fw=γQ[（μs1+μs2）μzh1+（μs3+μs4）μzh2+（μs5+μs6）μzh3
+（μs7+μs8）μzh4]βzw0B
=1.4[（0.8+0.4）×1.10×2.4m+（-0.2+0.5）×1.13×1.4m
+（-0.5+0.4）×1.130×1.31+（0.6+0.5）×1.816×2.67]
×1.0×0.5kN/m×6.0m
=-20.75kN
图3.5风荷载体型系数及排架计算简图（右风）
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3.4吊车荷载
由表2.5.1可得
200/50kN吊车的参数为：
B=5.55m，K=4.40m，g=75kN
Q=200kN，Fp，max=215kN，Fp，min=45kN
100kN吊车的参数为：
B=5.55m，K=4.40m，g=38kN
Q=100kN，Fp，max=115kN，Fp，min=25kN
根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐
标值，如图3.5。
图3.5吊车荷载作用下支座反力影响线
3.4.1吊车竖向荷载
AB跨：
Dmax=γQFp，max∑yi=1.4×215kN×（1+0.808+0.267+0.075）
=647.15kN
Dmin=γQFp，min∑yi=1.4×45kN×（1+0.808+0.267+0.075）
=135.45kN
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BC跨：
Dmax=γQFp，max∑yi=1.4×115kN×2.15=346.15kN
Dmin=γQFp，min∑yi=1.4×45kN×2.15=135.45kN
当Dmax作用于A柱
计算简图如图3.6。
其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面处引
起的力矩为：
MA=Dmaxe3=647.15kN×0.3m=194.15kN·m
MB=Dmine3=135.45kN×0.75m=101.59kN·m
当Dmax作用在B柱左时
计算简图如图3.6。
MA，MB计算如下：
MA=Dmine3=135.45kN×0.3m=40.64kN·m
MB=Dmaxe3=647.15kN×0.75m=485.36kN·m
当Dmax作用于B柱右时
计算简图如图4.8a所示。
MB、MC计算如下
MB=Dmaxe3=346.15kN×0.75m=259.60kN·m
MC=Dmine3=75.25kN×0.3m=22.58kN·m
当Dmax作用于C柱时
计算简图如图3.6所示。
MB、MC计算如下：
MB=Dmaxe3=75.25kN×0.75m=56.44kN·m
MC=Dmine3=346.15kN×0.3m=109.25kN·m
吊车梁竖向荷载如图3.6
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3.4.2吊车梁横向水平荷载
作用于每个轮子上的吊车横向水平制动力按式（2.5.6）计算，
T=1/4α（Q+g）
对AB跨
T=1/4×0.1×（200+75）=6.875kN
对BC跨
T=1/4×0.1×（100+38）=3.45kN
作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按（2.5.7）计算，
AB跨Tmax=γQT∈yi=1.4×6.875×2.15=20.69kN
BC跨Tmax=γQT∈yi=1.4×4.14×2.15=12.46kN
吊车水平荷载如图3.7
图3.6吊车竖向荷载
图3.7吊车水平荷载
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4.排架内力分析
该厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。
其中柱
的剪力分配系数ηi按式（2.5.16）计算，结果见表4.1
表4.1柱剪力分配系数
柱别
n=IU/IL
λ=HU/H
C0=3/[1＋λ3（1/n-1）]
δ=H3/C0EIL
ηi=（1/δ）/∑1/δi
A柱
n=0.144
λ=0.365
C0=2.327
δA=0.29×10-10H3/E
ηA=0.35
B柱
n=0.487
λ=0.365
C0=2.85
δB=0.24×10-10H3/E
ηB=0.425
C柱
n=0.233
λ=0.365
C0=2.58
δC=0.42×10-10H3/E
ηC=0.236
4.1恒载作用下排架内力分析
柱顶不动铰支座反力Ri可根据表2.5.2所列的相应公式计算。
对A柱：
n=0.144，λ=0.365，则
C1=1.5[1－λ2（1－1/n）]/[1+λ3（1/n－1）]=2.09
C3=1.5（1－λ2）/[1+λ3（1/n－1）]=1.11
RA=M1C1/H+M2C3/H=（15.32×2.09+63.53×1.11）/11.5=8.92kN（→）
对B柱：
n=0.487，λ=0.365，则
C1=1.5[1－λ2（1－1/n）]/[1+λ3（1/n－1）]=1.63
C3=1.5（1－λ2）/[1+λ3（1/n－1）]=1.36
RB=M3C1/H+M4C3/H=（11.01×1.63+0×1.11）/11.5=1.56kN（→）
对C柱：
n=0.233，λ=0.365，则
C1=1.5[1－λ2（1－1/n）]/[1+λ3（1/n－1）]=1.86
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C3=1.5（1－λ2）/[1+λ3（1/n－1）]=0.665
RC=M5C1/H+M6C3/H=－4.33kN（←）
则排架柱顶不动铰支座反力为
R=RA+RB+RC=6.15kN
则，VA=RA－ηAR=8.92－0.35×6.15=6.77kN（→）
VB=RB－ηBR=1.56－0.425×6.15=－1.054kN（←）
VC=RC－ηCR=－4.33－0.236×6.15=－5.78kN（←）
求得Ri后，可用平衡条件求出柱的各截面的弯矩和剪力。
柱各截面的
轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴
力图分别见图4.1a，b
（a）（b）M、V图
（c）N图
图4.1恒载作用下排架内力图
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4.2屋面活荷载作用下排架内力分析
4.2.1AB跨作用屋面活荷载
对A柱，C1=2.09C3=1.11
RA=M1AC1/H+M2AC3/H=（2.52×2.09+12.6×1.11）/11.5=1.67kN（→）
对B柱，C1=1.63
RB=M1BC1/H=（7.56×1.63）/11.5=1.07kN（→）
则排架柱顶不动铰支座反力为
R=RA+RB=1.67kN+1.07kN=2.74kN（→）
将R反向作用于排架柱顶，用式（2.5.15）计算相应的柱顶剪力，并与
柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力。
VA=RA－ηAR=1.67－0.35×2.74=0.71kN（→）
VB=RB－ηBR=1.07－0.425×2.74=0.09kN（→）
VC=－ηCR=－0.236×6.15=－0.66kN（←）
AB跨作用屋面活荷载时排架内力图如图4.2：
（a）（b）M、V图
（c）N图
图4.2AB跨作用屋面活荷载时排架内力图
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4.2.2BC跨作用屋面活荷载
排架计算简图如图4.3a。
其中Q1BC=37.8kN，它在柱顶及变阶处引起
的力矩为M1C=Q1BC×0.05=21.89kN·m；M2C=37.8kN×0.25m=9.45kN·m；
M1B=37.8kN×0.15m=5.67kN·m
对C柱，C1=1.86C3=0.665
RC=M1CC1/H+M2CC3/H=（1.89×1.86+9.45×0.67）/11.5=0.86kN（→）
对B柱，C1=1.63
RB=M1BC1/H=（5.67×1.63）/11.5=0.80kN（→）
则排架柱顶不动铰支座反力为
R=RC+RB=0.86kN+0.80kN=1.66kN（→）
将R反向作用于排架柱顶，用式（2.5.15）计算相应的柱顶剪力，并与
柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于BC跨时的柱顶剪力。
VA=－ηAR=—0.56kN（←）
VB=RB－ηBR=0.80－0.425×1.66=0.47kN（→）
VC=RC－ηCR=0.86－0.236×1.66=0.09kN（→）
BC跨作用屋面活荷载时排架内力图如图4.3
4.3风荷载作用下排架内力分析
4.3.1左吹风时
对A柱：
n=0.144，λ=0.365，由表2.5.2得
C11A=3[1+λ4（1/n－1）]/8[1+λ3（1/n－1）]=0.322
RA=－q1HC11=－3.46kN/m×11.5m×0.322=－12.81kN（←）
对C柱：
n=0.233，λ=0.365，C11C
RC=－q2HC11=－1.73kN/m×11.5m×0.342=－6.80kN（←）
R=RA+RC+Fw=—34.91kN（←）
VA=RA－ηAR=－12.81+0.35×34.91=－0.59kN（←）
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VB=－ηBR=0.425×34.91=14.84kN（→）
VC=RC－ηCR=－6.80－0.236×34.91=1.44kN（→）
左吹风时排架内力图如图4.4
（a）（b）M、V图
（c）N图
图4.3BC跨作用屋面活荷载时排架内力图
（a）（b）
图4.4左吹风时排架内力图
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教师批阅：
4.3.2右吹风时
对C柱：
n=0.233，λ=0.365，由表2.5.2得
C11C=3[1+λ4（1/n－1）]/8[1+λ3（1/n－1）]=0.342
RC=q2HC11=3.46kN/m×11.5m×0.342=13.61kN（←）
对A柱：
n=0.144，λ=0.365，C11A=0.322
RA=q1HC11=1.73kN/m×11.5m×0.322=6.41kN（←）
R=RA+RC+Fw=－35.32kN（←）
各柱顶剪力分别为：
VA=RA－ηAR=－6.41kN+0.35×35.32kN=－5.95kN（←）
VB=－ηBR=0.425kN×35.32kN=15.01kN（→）
VC=RC－ηCR=－16.61kN+0.236×35.32kN=5.27kN（→）
右风吹时排架内力图如图4.5b
（a）（b）
图4.5右吹风时排架内力图
4.4吊车荷载作用下排架内力分析
4.4.1Dmax作用于A柱
计算简图如图4.6a。
MA=194.15kN·m
MB=101.59kN·m
课程设计用纸
教师批阅：
对A柱C3=1.11
RA=－MAC3/H=－194.15kN×1.11/11.5m=－18.74kN（←）
对B柱C3=1.36
RB=MBC3/H=12.01kN（→）
R=RA+RB=－6.73kN（←）
各排架柱剪力分别为
VA=RA－ηAR=－18.74kN+0.35×6.73kN=－16.38kN（←）
VB=RB－ηBR=12.01kN+0.425×6.73kN=14.87kN（→）
VC=－ηCR=0.236×6.73kN=1.59kN（→）
排架各柱内力图如图4.6。
（a）（b）M、V图
（c）N图
图4.6Dmax作用在A柱时排架内力图
课程设计用纸
教师批阅：
4.4.2Dmax作用在B柱左时
计算简图如图4.7a。
MA=40.64kN·m
MB=485.36kN·m
柱顶不动铰支座反力RA，RB及总反力R分别为：
RA=－MAC3/H=－40.64kN×1.11/11.5m=－3.92kN（←）
RB=MBC3/H=57.40kN（→）
R=RA+RB=53.48kN（←）
各排架柱剪力分别为
VA=RA－ηAR=－3.92k
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