钢筋混凝土单层厂房课程设计说明书.docx

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钢筋混凝土单层厂房课程设计说明书

钢筋混凝土单层厂房课程设计计算书和说明书

建筑平面示意图如下:

一.构件选型

L=24m(Lk=24-1.5=22.5m),轨顶标志标高为8.4m,A4级工作级别,软钩桥式吊车Q1=150KN、Q2=200KN两台的工业厂房。

1.屋面板{04G410-1}

一冷二毡三油一砂     0.35=0.35kN/m2

20厚水泥砂浆找平     0.40=0.40kN/m2

屋面恒荷载=0.75kN/m2

屋面活荷载0.5kN/m2

荷载组合:

组合一:

1.2×0.75+1.4×0.5=1.6kN/m2

组合一:

1.35×0.75+1.4×0.5×0.7=1.5025kN/m2

选Y-WB-2Ⅲ(中间跨);YWB-2ⅢS(端跨)。

允许荷载2.05kN/m2>1.6kN/m2,满足要求。

2.屋架{04G415

(一)}

屋面板的一冷二毡三油一砂     0.35kN/m2 

屋面板的20厚水泥砂浆找平     0.40kN/m2

屋面板自重1.4kN/m2

灌缝重0.1kN/m2

屋架钢支撑自重0.05kN/m2

恒荷载2.3kN/m2

屋面活荷载           0.5kN/m2

荷载组合:

组合一:

1.2×2.3+1.4×0.5=3.46kN/m2

组合一:

1.35×2.3+1.4×0.5×0.7=3.595kN/m2

选YWJ24-1Ba(无天窗、挑天沟)

允许荷载4.0kN/m2>3.595kN/m2,满足要求。

屋架自重112.75KN(未包括挑出牛腿部分,挑牛腿部分根据标准图集另外计算自重)。

3.天沟板{04G410-2}

根据屋架24m确定外天沟宽为770mm,根据天沟荷载(天沟自重除外)选天沟型号。

沟壁平均厚度80mm。

设落水管水平间距24m,天沟流水坡长12m,焦渣找坡取5‰,最薄取20mm。

防水层0.40kN/m2

20厚水泥砂浆找平     0.40kN/m2

65厚焦渣混凝土找坡0.065×14=0.91kN/m2

20厚水泥砂浆抹面0.40kN/m2

积水按230mm高计2.3kN/m2

卷材防水层考虑高、低肋覆盖部分,按天沟平均内宽b的2.5倍计算。

(b=770-190=580mm)

q=1.35b(2.5×0.40+0.40+0.91+0.4+2.3)=6.7635b=3.923kN/m

选用:

中间跨:

TGB77(无落水洞口)TGB77a、TGB77b(有落水洞口)

边跨:

TGB77sa、TGB77sb

允许荷载4.26kN/m>3.923kN/m,满足要求。

注:

积水荷载取230mm高,比其它活载大,故天沟板验算取积水荷载。

当排架分析时仍取屋面活载0.50kN/m2。

4.吊车梁{04G323-2}

当二台吊车Q不相同时,选吊车梁时按Q较大者选(200KN)。

按A4级工作级别(按两台吊车考虑),Lk=22.5m,柱距6m,吊车起重量20t,吊车总重Q=36.5t,小车重g=7.961t,最大轮压Pk=202.0KN,车宽B=5.5m,轮距W=4.4m,试选用吊车编号。

解:

假定吊车规格不符合附录一~四时,需进行内力验算后套用,按起重量和跨度,试选用DL——9或DL——10

计算长度取L=5.8m,a=(B-W)/2=(5.5-4.4)/2=0.55m

x=(L-a)/2=(5.8-0.55)/2=2.625m

1).承载力计算(按两台吊车考虑):

a.按移动荷载最不利位置

吊车竖向荷载作用下的最大弯矩标准值:

MQK=2PKX2/L=2×202.0×2.6252/5.8=479.968kN.m

基本组合(不包括梁体和轨道自重):

M=1.4×1.05MQK=1.4×1.05×479.968=705.553kN.m

641.8kN.m

b.剪力取距梁端约min(1.14,5.8/6)=0.97m处

吊车竖向荷载作用下的最大剪力标准值:

VQK=PK[(L-0.97)+(L-0.97-(B-W))]/L=298.124kN

基本组合(不包括梁体和轨道自重):

Va=1.4×1.05VQK=438.243kN

419.5kN

c.跨中最大剪力设计值

Vz=1.4μPk[L/2+L/2-(B-W)]/L=240.624kN

216.9kN

2).疲劳计算(按一台吊车考虑):

a.按移动荷载最不利位置

吊车竖向荷载作用下的最大弯矩标准值:

MQK=PKL/4=292.9kN.m

μMQK=1.05MQK=307.545kN.m

μMQK<328.3kN.m<376.0kN.m

b.剪力取距梁端约0.97m处

吊车竖向荷载作用下的最大剪力标准值:

VQK=PK[(L-0.97)+(L-0.97-W)]/L=183.193kN

μVQK=1.05VQK=192.353kN

199.3kN<μVQK<222.7kN

c.跨中最大剪力设计值

VZ=μ×0.5×Pk=1.05×0.5×Pk=106.05kN

VZ<113.2kN<129.7kN

3).裂缝验算(按两台吊车考虑):

MQK=479.968kN.m

标准组合(不包括梁体和轨道自重):

M=MQK

458.4kN.m

经验算,按A4级吊车梁选用表,采用DL——10合适,承载力、疲劳、裂缝均满足要求。

5.吊车轨道联结{04G325}

1).轨道联结

按A4级工作级别,Q=200kN,Lk=22.5m

根据吊车规格参数计算最大轮压设计值:

Pd=1.05×1.4×1.15×Pk=1.05×1.4×1.15×202.0=341.5kN

选用:

轨道联结DGL-11

341.5kN<510kN满足要求。

吊车梁上螺栓孔间距A=240mm,轨道面至梁顶面距离190mm

DGL-11

钢轨0.387kN/m

联结件     0.086kN/m

弹性垫层0.004kN/m

混凝土找平层(0.82×10/1000+0.023×25)=0.583kN/m

1.060kN/m

2).车挡

大车速度V=105.4m/min碰撞时大车速度V0=0.5V=0.88m/sec

冲击体重量G=G0+0.1Q=365+0.1×200=385kN

有利因素ξ=0.8

吊车荷载分项系数γQ=1.4

缓冲器行程S=0.14m

作用于车档的吊车纵向水平撞击力:

选用:

车挡CD-3

Fi=86.8kN<144.4kN满足要求。

6.基础梁{04G320}

墙厚度240mm,砖强度等级≥MU10,砂浆强度等级≥M5。

柱距为4.5m时窗宽2m,柱距为6m时窗宽3m。

安全等级为二级,重要性系数1.0。

1).纵墙(柱距为6m)

ln=4850mmlc=5450-300=5150mm

根据以上资料选用:

JL-3(有门、有窗)

2).山墙

柱距为4.5m

ln=3450mmlc=4450-500=3950mm

根据以上资料选用:

JL-24(有窗)

柱距为6m

ln=4950mmlc=5950-500=5450mm

根据以上资料选用:

JL-3(有门)

7.过梁(GL){G322-1}圈梁(QL)、连系梁(LL)

4.5m柱距:

窗户宽2400mm,选用GL-4240。

梁高180mm,混凝土C20,钢筋HRB235。

6m柱距:

窗户宽4200mm,选用GL-4420。

梁高300mm,混凝土C20,钢筋HRB335。

墙体材料选用机制普通砖,墙厚240mm,门窗洞口宽4200mm,荷载等级为0。

由于考虑三梁合一统一取为GL-4420

8.门窗

4.5m柱距:

窗户2400mm×4200mm、2400mm×4800mm。

6m柱距:

窗户4200mm×4200mm、4200mm×4800mm。

门:

3000mm×3600mm选用:

{03J611-4}SJM1-3036-Y

9.支撑{05G336}

柱间支撑:

采用十字交叉型

计算数据

中间跨

边跨

分配到柱顶处上柱支撑水平荷载作用(标准值)

W1=175.56kNW1/2=87.78kN

W1=87.78kNW1/2=43.89kN

作用于每道上柱支撑上节点处的水平荷载作用设计值:

Vb1=1.4×W1/3

Vb1=1.4×175.56/3=kN

Vb1=1.4×87.78/3=40.96kN

吊车水平制动力(标准值):

T=α(Q+g)/4

21.66kN

21.66kN

作用于下柱支撑上节点处的纵向水平作用组合设计值:

Vb2=1.4(W1+T)

276.11kN

153.22kN

选用支撑

上柱柱间支撑

ZCs—42—1a

下柱柱间支撑

ZCx8—81—32

10.排架柱的材料选用

C30混凝土,fc=14.3N.mm2,ftk=2.01N.mm2,ft=1.43N.mm2

钢筋:

受力筋为HRB400,fy=360N.mm2,Es=2.0×105N.mm2

箍筋为HRB235,fy=210N.mm2

二、柱设计

1).尺寸的确定

1.轨顶标志标高:

8.4m

2.牛腿标高=8.4-1.2-0.19=7.01m(取为7200mm)

3.轨顶构造标高=7.2+1.2+0.19=8.59m

4.柱顶标高=8.59+2.14+0.22=10.95m(取为11400mm)

5.上柱高度H0=1.14-7.2=4.2m

6.下柱高度HL=7.2-(-0.9)=8.1m

7.柱计算高度=4.2+8.1=12.3m

8.初定尺寸

上柱截面400mm×400mm,下柱截面Ⅰ400mm×800mm×100mm×150mm

验算:

hu=400mm≤0.5×(24000-22500)-(260+80)=410mm

计算参数

截面尺寸/mm

面积mm2

惯性矩/mm4

自重/(KN/m)

上柱

400×400

1.6×105

21.3×108

4.0

下柱

Ⅰ400×800×100×150

1.76×105

143.0×108

4.4

9.柱的插入深度应满足:

柱纵筋的锚固长度。

b,吊装时柱的稳定性,不大于吊装时柱长的1/20。

0.9h且≥800

取为:

800mm。

2).荷载计算

1.荷载位置

e1=hu/2-0.15=0.05;e2=hl/2-hu/2=0.4-0.2=0.2;e4=(L-Lk)/2-hl/2=0.75-0.4=0.35;e5=hl/2+0.12=0.52;

(0.12为墙厚一半)

注:

1)以上单位为m;2)hu为上柱截面高;

3)hl为下柱截面高.

2.屋盖荷载(永久荷载G,活荷载Q)

G1K=0.5×(跨度×柱距)×(屋面荷载+支撑荷载)+0.5×屋架重+柱距×(天沟自重+天沟构造层重)

=0.5×(24×6)×(2.25+0.05)+0.5×112.75+6×(2.02+1.829)=245.069kN设计值G1=1.2G1K=1.2×245.069=294.083kN

Q1K(挑牛腿边至轴线距为705mm,天沟边至牛腿端为20mm,故天沟外沿相互距离为24+2×0.725=25.45m)

Q1K=(跨度/2+天沟外边至轴线距离)×活载×柱距=25.45/2×0.5×6=38.175kN

3.上柱自重:

G2K=4.0×HU=4×4.2=16.8kN

4.下柱自重:

G3K=4.4•HL=4.4×8.1=35.64kN

5.吊车梁等自重G4K(G4K包括:

吊车梁重,轨道及联结重,吊车梁间灌缝,吊车梁与柱间灌缝。

G4K=40.8+1.060×6+0.46+3.32=50.94kN

6.吊车荷载标准值Dmax,Dmin,Tmax

吊车按两台考虑:

S=B-K=5.5-4.4=1.1m

两台吊车Q不相同(P1max>P2max):

Dmax=[P1max(y1+y2)+P2max(y3+y4)]

=[202×(0.267+1)+173×(0.817+0.083)]=411.63kN;

Dmin=[P1min(y1+y2)+P2min(y3+y4)]

=[35×(0.267+1)+43×(0.817+0.083)]=83.045kN;

(T1=α(Q+g)/4=0.1×(365+79.61)/4=11.11kN、

T2=α(Q+g)/4=0.1×(350+71.86)/4=10.55kN)

Tmax=[T1(y1+y2)+T2(y3+y4)]

=[11.11×(0.267+1)+10.55×(0.817+0.083)]=23.57kN

7.围护墙等永久荷载G5k(G5k包括JL,QL,墙体,门窗等重量)。

240厚墙(双面抹灰)自重5.24kN/m3

钢窗自重0.45kN/m2

C1钢窗自重2.4×4.2×0.45=4.54kN

C2钢窗自重4.2×4.2×0.45=7.94kN

C3钢窗自重4.2×4.8×0.45=9.07kN

墙自重(6×13.53-4.2×4.2-4.2×4.8)×5.24=227.3kN

G5k=4.54+7.94+9.07+227.3=248.85kN

8.风荷载

屋面坡度α=arctan(3100-1180)/12000]=9o <15º风载体型系数

μs查规范如下:

ωk=βz•μz•μs•ωo

基本风压ωo=0.55kN/m2

风振系数βz=1.0

风压高度变化系数按地面粗糙变化类别为B类,查规范如下:

离地面(或海面)高度

5m

10m

15m

20m

μz

1.00

1.00

1.14

1.25

中间按线性插入:

柱顶 Z1=11.40+0.4=11.80m:

μz1=1.050

檐口 Z2=11.40+1.53+0.4=13.30m:

μz2=1.092

屋脊 Z3=15.05+0.40=15.45m:

μz3=1.150

排架迎风面和背风面的风荷载标准值分别为:

ω1k=βZ•μs1•μz1•ωo=1.0×0.8×1.050×0.55=0.462kN/m2

ω2k=βZ•μs2•μz2•ωo=1.0×-0.5×1.092×0.55=-0.300kN/m2

则作用于排架计算简图上的风荷载设计值为:

q1k=0.462×6=2.77kN/m

q2k=0.300×6=1.80kN/m

h1=2.3m;h2=1.4m

Fwk=[(μs1-μs2)•μz2•h1+(μs3-μs4)•μz3•h2]•ωo•柱距

=[(0.8+0.5)×1.092×2.3+(-0.6+0.5)×1.150×1.4]×0.55×6=10.24kN

四.横向排架内力分析

控制截面为:

Ⅰ-Ⅰ上柱底面;Ⅱ-Ⅱ下柱顶面(截面尺寸取牛腿下);Ⅲ-Ⅲ基础顶面。

1.恒载作用下的内力计算

1)在G1K作用下内力计算

由于结构对称,荷载对称,故结构可取半边计算,上端为不动铰支座。

求支反力R的系数C1、C2:

M1K作用时,

M2K作用时,

内力正向:

以截面顺时针旋转为正。

M1K=-G1Ke1=-245.069×0.05=-12.25kN.m

M2K=-G1Ke2=-245.069×0.2=-49.01kN.m

R=(M1KC1+M2KC2)/h2=(-12.25×2.035+-49.01×1.256)/12.3=-7.03kN

V1k=-R=7.03kN(→)

求出未知反力R后,求解静定结构的内力:

由图一∑M=0得:

M=12.3V1k-M1K-M2K=12.3×7.03-12.25-49.01=25.21kN.m

由图二∑M=0得:

M=4.2V1k-M1K=4.2×7.03-12.25=17.28kN.m

由图三∑M=0得:

M=4.2V1k-M1K-M2K=4.2×7.03-12.25-49.01=-31.73kN.m

2)在G2k,G3k,G4k作用下的内力

在上述荷载作时柱底端固定上端自由的悬臂柱,属静定结构。

M4K=G4Ke4-G2Ke2=50.94×0.35-16.8×0.2=14.47kN.m

NK=G2k+G3k+G4k=16.8+35.64+50.94=103.38kN

2.活载Q1K作用下的内力计算

Q1K内力图与G1K内力图成比例,比例系数k=Q1K/G1K=38.175/245.069=0.156

3.吊车荷载Dmax作用在A柱上,Dmin作用于B柱上时内力(当Dmin作用于A柱,Dmax作用于B柱上时内力,利用对称性即可求出内力):

MaK=Dmaxe4=411.63×0.35=144.07kN.m

MbK=Dmine4=83.045×0.35=-29.06kN.m

VaK=-C2(MaK-MbK)/2h2=-1.256×(144.07+29.06)/(2×12.3)=-8.84kN

VbK=-VaK=8.84kN

1)求A柱弯矩:

由图一∑M=0得:

M=MaK-12.3VAk=144.07-12.3×8.84=35.34kN.m

由图二∑M=0得:

M=-4.2VAk=-4.2×8.84=-37.13kN.m

由图三∑M=0得:

M=MaK-4.2VAk=144.07-4.2×8.84=106.94kN.m

2)求B柱弯矩:

由图一∑M=0得:

M=12.3Vbk-MbK=12.3×8.84-29.06=79.67kN.m

由图二∑M=0得:

M=4.2Vbk=4.2×8.84=37.13kN.m

由图三∑M=0得:

M=4.2VAk–MbK=4.2×8.84-29.06=8.07kN.m

利用对称性当Dmin作用于A柱时内力图:

4.在吊车水平荷载Tmax作用下:

当不考虑厂房空间作用时,利用对称性可简化为静定的下端固定上端自由的二阶柱。

吊车梁顶:

M=0

吊车梁底:

M=1.2×Tmax=1.2×23.57=28.28kN.m

柱底:

M=(8.1+1.2)×Tmax=(8.1+1.2)×23.57=219.20kN.m

5.在风荷载(Fwk,q1k,q2k)作用下,以左风→作用进行计算。

(右风←作用时,利用对称性A,B两柱内力值对换,符号相反即可,不必另算。

在风荷载作用下柱底端固定上端不动铰支座,超一次静定结构。

Vak=-R=0.5Fwk-0.5(q1k-q2k)h2C3

=0.5×10.24-0.5×(2.772-1.801)×12.3×0.329=3.16kN(→)

Vbk=0.5Fwk+0.5(q1k-q2k)h2C3

=0.5×10.24+0.5×(2.772-1.801)×12.3×0.329=7.08kN(→)

求内力图如下:

(当左风→作用时A柱的内力)

由上图∑Mx=0得:

Vx=0=Vak=3.16kNVx=0=Vbk=7.08kN

Vx=4.2=3.16+2.772×4.2=14.80kNVx=4.2=7.08+1.801×4.2=14.64kN

Vx=12.3=3.16+2.772×12.3=37.26kNVx=12.3=7.08+1.801×12.3=29.23kN

内力图见下图:

用同样的方法可求出右风的内力图。

五.荷载组合及最不利内力组合

考虑的是以下四种的内力组合:

(1)+Mmax及相应的N,V;

(2)-Mmax及相应的N,V;

(3)Nmax及相应的M,V;

(4)Nmin及相应的M,V;

以上四种内力组合中的某一种就是我们要寻求的最不利内力(即在截面尺寸,材料强度相同条件下,使截面配筋量最大的内力)。

在寻求上述四种内力时,考虑这些荷载同时出现以及同时出现且达到最大值的可能性。

为此,我们在寻求最不利内力组合时还要考虑荷载组合。

按《荷载规范》中对于一般排架、框架结构由可变荷载效应控制的组合的表达式为:

S=γG•SGK+γQ1•SQ1K及S=γG•SGK+0.9∑γQi•SQiK

据此,对一般排架结构的荷载组合有下列两类:

(1)永久荷载+一个可变荷载;

(2)永久荷载+0.9(两个或两个以上可变荷载)。

内力组合下要点:

(1)内力组合目标是寻找各控制截面的+Mmax,-Mmax,Nmax和Nmin四组内力,内力组合中要注意几种荷载同时出现的可能性以及荷载的折减;

(2)组合原则:

恒载恒在,有T必有D,有D可无T;

(3)对Ⅲ-Ⅲ截面无D的荷载效应组合(通常为永久荷载+风荷载),往往起控制作用,因无D时柱计算长度Lo为1.5H2,有D时Lo为H1;

(4)由于R.C受压构件在大偏心受压破坏时,当M接近时,随N↑而As↓。

组合中应注意次要因素起控制的组合;

(5)荷载效应的标准组合用于裂缝控制和地基的承载力验算。

 

A柱内力汇总表

下面根据内力汇总表进行A柱的内力最不利组合计算。

计算以下三个截面:

Ⅰ——Ⅰ截面:

上柱下端处;Ⅱ——Ⅱ截面:

下柱上端处;Ⅲ——Ⅲ截面:

下柱下端处。

(一)Ⅰ——Ⅰ截面:

1.+Mmax及相应的N,V组合

荷载组合项目:

SM=1.2×(①+②)+1.4×⑦

SN=1.2×(①+②)+1.4×⑦

荷载效应组合设计值:

M=1.2×(17.28+0)+1.4×37.72=73.544kN.m

N=1.2×(245.069+16.8)+1.4×0=314.24kN

荷载效应组合标准值:

M=17.28+0+37.72=55kN.m

N=245.069+16.8+0=261.87kN

2.-Mmax及相应的N,V组合

荷载组合项目:

SM=1.2×(①+②)+0.9×1.4×(0.9×(④+⑥)+⑧)

SN=1.2×(①+②)+0.9×1.4×(0.9×(④+⑥)+⑧)

荷载效应组合设计值:

M=1.2×(17.28+0)+0.9×1.4×(0.9×(-37.13-28.28)-45.62)

=-110.92kN.m

N=1.2×(245.069+16.8)+0=314.24kN

荷载效应组合标准值:

M=17.28+0-45.62+0.7×(-37.13-28.28)=-74.13kN.m

N=245.069+16.8+0=261.87kN

3.Nmax及相应的M,V组合

荷载组合项目:

SM=1.2×(①+②)+1.4×③

SN=1.2×(①+②)+1.4×③

荷载效应组合设计值:

M=1.2×(17.28+0)+1.4×2.91=24.81kN.m

N=1.2×(245.06

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