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1单层单跨工业厂房设计例题

注意：

此例题中存在的错误请自行纠正！

！

一、设计题目：

某单层厂房，装配式钢筋砼排架结构

二、设计资料

1、建设地点：

苏州市郊区（暂不考虑抗震设防）

2、主要工艺参数

①单跨，跨度为18m；

②柱距6m，不抽柱，厂房纵向总长度66m；

③设有两台桥式双钩吊车，A5（中级）工作制，额定起重量20t，轨顶标高12.0m；

④室内外高差200mm;风荷载0.6kN/m2;

⑤两端山墙各设4.2m宽钢木推拉门一樘，供汽车运输使用。

3、屋盖结构

选用预应力砼折线型屋架，1.5×6m预应力钢筋砼屋面板，不设天窗。

4、屋面做法

外天沟排水；三毡四油防水层，20mm厚水泥砂浆找平层。

屋面活载按不上人考虑，不考虑积灰。

5、围护砖墙240mm厚，用轻质空心砖，外墙水泥砂浆抹灰，内墙混合砂浆抹灰，刷白色涂料。

6、工程地质

厂区地形平坦。

土层分布：

①素填土，地表下0.80m厚，稍密，软塑，γ=17.5kN/m3。

②灰色粘性土，10～12m厚，呈可塑～硬塑，可作持力层，fk=200kN/m2,γ=19.2kN/m3；

③粉砂，中密，fk=240kN/m2,

地下水位在自然地面以下3.5m。

三、构件选型

㈠标准构件

1、屋面板

1屋面荷载为

三毡四油防水层G1k=0.35kN/m2；

20mm水泥砂浆找平层G2k=0.02×20=0.40kN/m2；

屋面均布活荷载标准值Q1k=0.7kN/m2

②均布荷载组合设计值

q=1.2×（0.35+0.4）+1.4×0.7=1.88kN/m2

③查图集号：

92G410

（一），选YWB-1Ⅱ（P4第（3）款）

允许荷载：

[q]=1.99kN/m2，端部选取YWB-1Ⅱsa

板自重及灌缝重：

1.50kN/m2

2、天沟板（92G410

（一）P5：

下述计算来自图集中选用实例）

屋面排水方式采用外天沟，无抗震设防要求，取天沟宽度770mm.

荷载标准值计算：

（天沟内找坡厚度按最厚处和中间处的平均）

焦渣砼找坡层；按12m排水坡，0.5%坡度，最低处厚度20mm，考虑6m天沟最大找坡层重按（80+50）/2=65mm厚度计算，焦渣砼自重取14kN/m3，于是得G1k=0.065×14=0.91kN/m2；

20mm水泥砂浆找平层G2k=0.02×20=0.40kN/m2；

三毡四油卷材防水层（无小石子）G3k=0.15kN/m2；

积水荷载按230mm高计Q1k=2.3kN/m2

其中：

卷材防水层考虑高低肋复盖部分，按天沟平均内宽b的2.5倍计算（b为天沟宽度减去190mm），天沟宽取770mm，则b=580mm。

外荷载组合设计值

q=1.2b×（0.91+0.4+2.5×0.15）+1.4b×2.3

=5.242b=5.242×（770-190）×103=3.04kN/m

图集号：

92G410（三），选TGB77-1（P4第（3）款）

允许荷载：

[q]=3.16kN/m；端部采用TGB77-1Sa，开洞的采用TGB77-1a。

天沟板自重：

2.24kN/m

3、屋架

（1）屋面荷载计算

三毡四油防水层（上铺小石子）0.35kN/m2；

20mm水泥砂浆找平层0.40kN/m2；

预应力大型屋面板及灌缝重1.5kN/m2；

屋面支撑及吊管自重0.15kN/m2；

恒载标准值2.4kN/m2

活载标准值0.70kN/m2

（2）屋面荷载设计值为q=1.2×2.4+1.4×0.7=3.86kN/m2

（3）查图集：

95G415

（一），选YWJ18-1-Ba

屋面允许荷载设计值：

[q]=4.0kN/m2

屋架自重：

69kN/榀（查95G415

（一）p.6表6）

屋架端部高度1.65m，屋架斜坡高度1.00m（=2.65－1.65）。

（P5，选用说明和实例，18为屋架跨度，1为按允许荷载4.0查表4按无悬挂吊车得屋架承载能力等级为1级；B—由表2，单跨，两端外天沟，a—由表3，屋面无天窗；自重：

P6，表6按Ⅱ、Ⅲ级钢取用，化吨为69kN.）（P26模板图，左上角几何简图，斜坡高度=中部高-端部高）

4、吊车梁

先查95G325p.36得到吊车参数，再查95G425p.10选用吊车梁。

吊车参数：

计算荷载200/50kN，吊车跨度16.5m，吊车高度H1=1810mm，

吊车梁图集号：

95G425型号：

Y-XDL-7吊车梁高h=1.2m，吊车梁下部宽=0.34m，

上部宽=0.5m，P32查到吊车梁上预留螺栓孔间距240mm，自重荷载45kN/根

（先在轨道连接95G325的P36中查大连起重机厂DSQD型桥式起重机技术规格，20T的吊车荷载为200/50kN,最大轮压152kN,吊车总宽度B=W+2D=4+2×0.418=4.836m，两外轮间距K=W=4m，吊车总重19.3T=193kN，小车重Q2k=57.97kN，吊车跨度=（厂房跨度-1.5m），查吊车高度H1=1810mm，再在95G425的P10中按A5工作制中由起重量和吊车跨度查得吊车梁型号，Y-XDL-7Z，Y-XDL-8B，B为边跨。

注意：

用95制订，不用85订95确认的。

注意三种不同的吊车系列）

5、轨道连接

查图集号95G325p.7型号：

DGL-11；轨道高度：

0.17m（考虑安装偏差可按0.2m计算）；自重荷载0.49kN/m（表中各项材料重量相加，其中砼容重取20）

（P7，由最大轮压设计值≤510kN和A5工作制的起重量和跨度以及吊车梁顶预留螺栓孔间距查出）

标准构件一览表

构件名称

标准图号

设计荷载

允许荷载

型号

自重荷载

屋面板

92G410

（一）

1.88kN/m2

1.99kN/m2

YWB-1Ⅱ

1.50kN/m2

天沟板

92G410（三）

2.936kN/m

3.16kN/m

TGB77-1

2.24kN/m

屋架

95G415

（一）

3.86kN/m2

4.0kN/m2

YWJ18-1-Ba

69kN/榀

吊车梁

95G425

200/50kN

和16.5m

高度h=1.2m

Y-XDL-7

45kN/根

轨道连接

95G325

高度h=0.17m

（取0.2m计算）

DGL-11

0.49kN/m

6、屋盖支撑

上弦横向水平支撑

垂直支撑CC

水平系杆GX

布置图见95G415

（一）P.7，屋盖支撑自重标准值取0.05kN/m2

7、基础梁

檐口标高：

14.10+1.65=15.75m

外纵墙高（拟定）=檐口标高+室内外高差+室外地面到基础顶面高度=15.75+0.5=16.25m

查图集93G320P.9，外纵墙基础梁选用突出于柱外墙，有窗，非抗震设计，基础梁选JL-3，其自重为16.1kN。

山墙基础梁选用突出于柱外墙，有门，非抗震设计，基础梁选JL-5，其自重为16.1kN。

基础梁高取450mm（查93G320P.12~13图）。

㈡柱的几何尺寸

1、柱高

查吊车产品目录（大连），200/50kN，吊车跨度16.5m，

吊车高度H1=1.810m，

柱±0.00到基础顶面取0.50m，（按经验，基础梁顶面比室外

地面低0.05m，基础梁高按450m考虑，基顶到±0.00的距离

为0.05+0.45=0.5m）

上柱高度：

Hu=1.2+0.2+1.81+0.29=3.5m取Hu=3.5m

下柱高度（算至基础顶面）：

Hl=12-（1.2+0.2）+0.5=11.1m

全柱高度：

H=Hu+Hl=3.5+11.1=14.6m

柱顶标高：

14.6-0.5=14.1m

基顶至吊车梁顶的高度Hk=12-0.2+0.5=12.3m

2、柱截面尺寸及计算参数

（注意：

）

柱为边柱，截面如图

上柱：

b×h=500×400mm

下柱：

bf×h×hf×b=500×1000×150×120mm

校核截面宽度和高度：

b

（见教材P126表13-8，b和h稍小一些，故可以允许）

（纵向定位轴线校核（查《房屋建筑学》）：

B2=750-（B1+B3）=750-（260+400）=90mm>80mm（可以））

Au=400×500=2.0×105mm2

Al=1000×500-2×

×190=2.435×105mm2

Iu=

×500×4003=2.67×109mm4

Il=

×（500×10003-380×683.43）=31.56×109mm4

（近似去掉2/3三角形部分的面积）

=0.085

四、荷载计算

1、恒荷载

⑴屋盖自重

三毡四油防水层0.35kN/m2；

20mm水泥砂浆找平层0.02×20=0.40kN/m2；

预应力大型屋面板及灌缝重=1.5kN/m2；

屋盖支撑=0.05kN/m2；

gk=2.3kN/m2

天沟板=2.24kN/m；

屋架69kN/榀

作用在横向平面排架柱顶的屋盖自重设计值为：

G1=1.2（2.3×6×18/2+2.24×6+69/2）=206.57kN

e1=hu/2-150=400/2-150=50mm

M1=206.57×0.05=10.33kN.m（上柱上截面）

M’1=206.57×0.3=61.97kN.m（上柱下截面）

⑵柱自重

上柱：

G2=1.2×25×0.4×0.5×3.5=21kN

e2=（1000-400）/2=300mm

M2=G2e2=21×0.3=6.3kN.m

下柱：

G3=1.2×25×0.2435×11.1×1.1=89.19kN

（1.1是考虑下柱矩形部分的增大系数）

⑶吊车梁及轨道联结重

G4=1.2×[45+0.49×6]=57.53kN

M4=G4e4=57.53×0.25=14.38kN.m

恒载汇总

柱A的下柱上截面

G2+G4=21+57.53=78.53KN

M’1+M2+M4=61.97+6.3-14.38=53.89kN.m

2、屋面活荷载

屋面标准值=0.5kN/m2

Q1=1.4×0.5×6×18/2=37.8kN

（因上下柱截面高度不同，故在1，2截面都产生弯矩）

MQ1=37.8×0.05=1.89kN.m（上柱上截面）

M‘Q1=37.8×0.30=11.34kN.m（上柱下截面）

3、风荷载

此地区基本风压W0=0.50kN/m2

风压高度变化系数μZ按B类地区考虑，

屋架端部高度h1=1.65m

屋架斜坡高度h2=2.65-1.65=1.00m，

在柱顶（H=14.1m），μZ=1.12（教材P106）

檐口处（H=14.1+1.65=15.75m），μZ=1.15

Fw=γQ[（0.8+0.5）h1+（0.5-0.6）h2]μZW0B

=1.4[1.3×1.65-0.1×1.00]×1.15×0.5×6=6.71kN

q1=γQμsμZW0B=1.4×0.8×1.12×0.5×6=3.76kN/m（）（风向右吹）

q2=γQμsμZW0B=1.4×0.5×1.12×0.5×6=2.35kN/m（）（风向左吹）

4、吊车荷载

⑴吊车竖向荷载

由图集查得：

Pmax,k=152kN，Pmin,k=（193+200）/2-152=44.5kN，B=4.836m，

轮距K=4m，小车重Q2k=57.97kN，吊车额定起吊量Q3k=200kN，吊车总重Qk=193kN

Dmax=0.9γQPmax,k∑yi

=0.9×1.4×152×（0.333+1+0.861+0.194）

=457.35kN

Mmax=Dmaxe3=457.35×0.25=114.34kN-m

Dmin=

Dmax

=（44.5/152）×457.35=133.9kN

Mmin=Dmine3=133.9×0.25=33.47kN-m

⑵吊车横向荷载（水平）

每个吊车轮子上的吊车水平制动力设计值（α=1.0）

Tk=

（Q2k+Q3）=（0.1/4）×（57.97+200）=6.45kN

Tmax=

Dmax=（6.45/152）×457.35=19.41kN

作用位置距柱顶：

3.5-1.2=2.3m

五、内力计算

㈠恒载作用

1、假设横向水平支座，求柱顶反力

已求得参数n=0.085；λ=0.315，查附录10-2,

C1=

=2.3212

在M1作用下，不动铰支座柱顶反力：

=1.64kN（）

对牛腿顶面弯矩，查附录10-3

C3=

=1.011

=3.73kN（）

VA=RA=RA1+R’A1=1.64+3.73=5.37kN（）

2、内力

A（B）柱

M0=-10.33kN-m

M1=5.37×3.5-10.33=8.47kN-m

M2=5.37×3.5-10.33–53.89=-45.43kN-m

M3=5.37×14.6-10.33–53.89=14.18kN-m

N0=G1=206.57kN

N1=G1+G2=206.57+21=227.57kN

N2=G1+G2+G4=206.57+21+57.53=285.1kN

N3=G1+G2+G4+G3=

206.57+21+57.53+89.19=374.29kN

B柱与A柱作用大小相等，方向相反。

㈡屋面活荷载

1、假设横向支座，求Ri，R

C1=2.3212

在M1作用下，不动铰支座柱顶反力：

=0.3kN（）

C3=1.011

=0.79kN（）

RA=RQ1+RQ2=0.3+0.79=1.09kN（）

B柱与A柱作用大小相等，方向相反。

2、求Vi（用剪力分配法）

由于A、B柱材料和尺寸都相等，所以ηA=ηB=0.50

R’=0VA=RA=1.09kN（）

VB=RB=-1.09kN（）

3、内力

M0=-1.89kN-m

M1=1.09×3.5–1.89=1.93kN-m

M2=1.09×3.5–1.89–11.34=-9.42kN-m

M3=1.09×12.4–1.89–11.34=2.68kN-m

N=37.8kN

㈢吊车竖向荷载（Dmax作用在A柱）

1、假设横向支座，求Ri，R

C3=1.011

=-7.92kN（）

=2.32kN（）

RA+RB=-7.92+2.32=-5.6kN

（本例考虑了厂房整体空间作用，教材表13-7中查得单跨厂房整体空间作用分配系数为0.8）

（注意：

此次课设不考虑厂房的整体空间作用。

）

R’=5.6×0.8=4.48kNηA=ηB=0.50

VA=RA+ηAR’=-7.92+0.5×4.48=-5.68kN

VB=RB+ηBR’=2.32+0.5×4.48=4.56kN

2、A柱内力

M0=0

M1=-5.68×3.5=-19.88kN-m

M2=114.34–19.88=94.46kN-m

M3=114.34–5.68×14.6=31.41kN-m

V3=-5.68kNN=457.35kN（仅下柱有）

3、B柱内力

M0=0

M1=4.56×3.5=15.96kN-m

M2=-33.47+15.96=-17.51kN-m

M3=-33.47+4.56×14.6=33.11kN-m

V3=+4.56kNN=133.9kN（仅下柱有）

㈣吊车横向水平荷载

1、假设横向支座，求Ri，R

A柱，（上柱高3.5m,T作用点距柱顶2.2m,

Y/Hu=0.657）

按附录10-4,（Y=0.6Hu）

C5=

=0.591

按附图10-5,（Y=0.7Hu）

C5=

=0.535

根据y/Hu=0.657采用内插的方法定C5

C5=0.625+（0.671-0.625）（0.7-0.647）/0.1=0.559

RA=C5T=-0.559×19.41=-10.85kN（）

RB与RA方向相同，大小相等。

RB=RA=-10.85kN（）

2、求Vi

VA=VB=-（1-μ）C5T=-（1-0.8）×0.559×19.41=-2.17kN（）

（课本表13-7中查得单跨厂房整体空间作用分配系数为0.8）

3、内力

M’1=-2.17×2.3=-4.991kN-m

M1=-2.17×3.5+19.41×（3.5-2.3）=18.30kN-m

M3=-2.17×14.6+19.41×（14.6–2.1）=207.061kN-m

V3=-2.17+19.41=17.24kN

当T方向改变时，力的大小不变，方向改变，

并且B柱和A柱的内力总是大小相等，方向相反。

㈤风荷载

1、假设横向支座，求Ri，R

按附录10-8,

C11=

=0.31

RA=q1HC11=-3.76×14.6×0.31=-17.12kN

RB=q2HC11=-2.35×14.6×0.31=-10.64kN

R=Fw+RA+RB=-6.71-17.12-10.64=-34.47kN（）

2、求Vi（R’=-R=34.47kN）

VA=-17.12+0.5×34.47=0.12kN（）

VB=-10.64+0.5×34.47=6.6kN（）

3、内力

A柱：

M1=0.5×3.76×3.52+0.12×3.5=23.45kN-m

M3=0.5×3.76×14.62+0.12×14.6=402.49kN-m

V3=3.76×14.6+0.12=55.02kN

B柱：

M1=0.5×2.35×3.52+6.6×3.5=37.49kN-m

M3=0.5×2.35×14.62+6.6×14.6=346.82kN-m

V3=2.35×14.6+6.6=40.91kN

（内力组合参见教材P116-117，只需组合A柱，B同A）

（见附页）

七、柱的设计

材料：

砼C25，纵向受力钢筋HRB400，其它筋HPB235。

按对称配筋计算。

㈠内力组合值选择

上柱：

（b×h=500×400mm，h0=400-40=360）

ξb=0.518

Nb=α1fcbh0ξb=11.9×500×360×0.518=1109556N=1109.56kN≈1110kN

在内力组合表中，上柱（截面1-1）各内力组合的N值均小于Nb，故应按大偏心受压柱计算配筋，从轴力小相应弯矩大的内力组合中选择配筋计算控制值，即：

M=61.07kN-m,N=188.88kN

下柱：

（h0=1000-40=960）

Nb=α1fcbh0ξb+α1fc（b’f-b）h’f=11.9×120×960×0.518+11.9×（500-120）×162.5

=1444960N≈1444.9kN

在内力组合表中，下柱（截面2-2，3-3）各内力组合的N值均小于Nb，故应按大偏心受压计算配筋。

对2-2截面：

M=84.88kN-m,N=648.25kN

对3-3截面：

M=593.46kN-m,N=819.93kN

㈡柱配筋计算

本例略。

（做课程设计不能略！

！

！

）

㈢柱在排架平面外的承载力验算

本例略。

（做课程设计不能略！

！

！

）

㈣柱的裂缝宽度验算

本例略。

（做课程设计不能略！

！

！

）

㈤牛腿设计

⑴几何尺寸

牛腿顶面长度l和a、c

l=750-400+170+280=800mm

a=750-1000=-250mm

c=400+800-1000=200mm

牛腿高度h0:

a<0,取a=0，β=0.8，

C25砼，ftk=1.78N/mm2,

FVs=Dmax/1.4+G4/1.2=457.35/1.4+57.53/1.2=374.62kN

Fhs=Tmax/1.4=19.41/1.4=13.86kN

由式13-17

374.62×103≤

=

得h0≥268mm，实取h=700mm，h0=700-40=660mm

牛腿外边缘高度h1=500mm>h/3=700/3=233mmα=45°

⑵纵向受拉钢筋

a=-250mm<0，按构造配筋，AsV=412,Ash=212,总612,As=678mm2,

ρ=678/（500×660）=0.21%<0.6%且>0.2%

⑶水平箍筋

取φ8＠100，在2h0/3=2×660/3=440范围内，

Ak=2×50.3×440/100=443mm2>As/2=615/2=308mm2（合适）

⑷弯起钢筋

由于a/h0=0<0.3,故可不设弯起钢筋。

⑸局部承压验算（设垫板400×400mm）由式（13-18）

=374620/（400×400）=2.34N/mm2<0.75fc=0.75×11.9=8.93N/mm2（可以）

㈥吊装验算

（按前述柱配筋计算结果进行柱吊装验算。

因本例略去了柱配筋计算过程，学生应使用各自的柱配筋计算结果进行本节的柱吊装验算）

采用一点平吊，吊点在牛腿根部

设柱插入杯口深度为900mm，则柱的预制、吊装总长度为14600+900=15500mm。

1、荷载（取动力系数为1.5）

上柱自重标准值（G2=21kN）

1.5×

=7.5kN/m

下柱自重标准值（G3=89.19kN）

1.5×

=9.29kN/m

2、内力计算

MC=0.5×7.5×3.52=45.94kN-m

MB=7.5×3.5×（3.5/2+0.7）+0.5×9.29×0.72=66.59kN-m

3、承载力验算

按双筋梁承载力公式验算，结构重要性系数0.9

截面C，b×h=400×500mm,412（As=A’s=452mm2）

Mu=fyAs（h0-a’s）=360×452×（465