单层单跨厂房排架结构设计.docx

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单层单跨厂房排架结构设计

一设计容和条件

某厂装配车间，该车间为单跨厂房，柱距距为6米，厂房纵向长度为96米，跨度为27米,15/3t中级工作制吊车二台，牛腿面标高9.00米，柱顶标高为13米。

设计条件

1屋面活荷载：

q=0.5KN/M‘,不考虑积灰荷载，雪荷载q=Q25KNM

2基本风压：

W°=0.40KN/M‘

3屋面做法

三毡四油：

0.35KW/AT

2011U11水泥砂浆找平层0AKN/M2合计g以=》g=0.75KN/M2

屋面活荷载：

q=05KN!

M‘

屋面板采用G410标准图集1.5xl.6m预应力混泥土屋面板（卷材防水）

允许外荷载：

2.5KN/M'

（板自重：

g次=1.40KN/M，灌缝重：

g〃=0・lKN/M‘）大型屋面板（包括填缝

1.50KW/M，

屋架：

屋架自重g#=133KN/M，则

久=（g^+g“+g’Qx柱距x-±|^+g4,x0.5=248.75KW

4采用370mm厚烧结粘土空心砖（重度8KN/M，）吊车梁以上设高侧窗，洞「I尺寸为

4.2xl.8m,吊车梁以下设低侧窗，洞II尺寸宽x高4.2x4m，圈梁设在柱顶处。

5排架柱：

混泥土C30钢筋：

纵向受力钢筋HRB400级箍筋：

HPB235级

柱下独立基础：

混泥土：

C20,钢筋：

HRB335级

6吊车：

Q15/3t桥式吊车中级工作制

吊车梁：

先法预应力混泥土吊车梁，自重47.5KW"艮

轨道及联结重量1.5KN/M

桥跨：

Lk=25.5m

桥宽：

B=6400/7?

轮距：

K=5250mm

小车重：

g=74KN

最大轮压：

Pg='95KN

最小轮压：

^m=60/C/V

7柱高：

柱顶H=13m檐Il=15.1m屋顶=17.35m

二荷载及力计算

1柱截面尺寸的确定

Q在15〜20t之间：

10〃7<12加，由于是单跨结构，结构形式对称，因此A、B柱截

面尺寸相同。

A柱：

上柱：

400x400（mm）下柱：

400x800mm

2荷载计算

⑴永久荷载

A屋面板及每跨屋架传给每个柱子的荷载标准值=248.75KN

荷载设计值：

=1.2x248.75=298.5KN

B柱自重

A、E柱：

上柱：

g*=25x0.4’=4KN/M下柱：

g,=25xO.4xO.8=8KN/M

»K

贝Ij：

=1.2x4x4=19.2^G”=1.2x8x9=86・4KN

C吊车梁自重：

G館=1.2X（47.5+1.5x6）=67.8KN

永久荷载作用如图：

屋面活荷载q=Q.5KN/M2,不考虑积灰荷载，雪荷载q=0.25KN/M2,不同时考虑可变荷载与雪荷载，取其中的人值，作用于每跨屋面下的柱

可变荷载为：

ft=1.4xO.5x6xl3.5=56.7/CN

可变荷载作用如图:

已知Lk=25.5〃7B=6400/7/7?

K=5250mm=195KNPmin=60KN

贝|J：

查表知0=0.9a=0.1

Dg=pP^kYjyi=0.9x195x（0.808+1+0.125）=339.247GV

Dg==0-9x60x（0.808+1+0.125）=104.11A7V

=人Dg=474.94KNDmin=7qD_=145.75KN

j=土a叫+GJ=卜0.1x0.9x（74+150）=5.04KN

⑷风荷载

由已知条件可知：

基本风压W°=0.40KN/M‘,风压高度变化系数按B类地面（城市郊

区）

%=0。

"$“严0其中：

0。

为10

由《建筑结构荷载规》E类地面查10m处“：

=1.015m处/A=1.1420m处心=1.25

中间值按插值法求得，因此可得：

柱顶：

H=Bin则“：

=1.084

檐II：

H=15.1则”.=1.142

屋顶：

H=17.35则/A=1.192风荷载体形系数如下:

风荷载标准值:

叱*=“刈“：

％=0.8x1.084x0.4=0.347KN/M2

%==0.4x1.084x0.4=0.173KN/M'

作用在排架上的风荷载为：

q、=B=1.4x0.347x6=2.91KN/M

q2=yQW2kB=1.4x0.173x6=1.45KN/M

作用在柱顶的集中荷载Fw・即将柱顶以上风荷载算作集中力作用柱顶，〃一按房屋檐II标高Z=15.1m处计“.=1.142

Fw=1.4x[2.1x（0.8+0.5）+1.5x（—0.6+0.5）]xl.l42x0.4x6=9.90KN/M

风荷载作用示意图如下：

刚度：

A、E柱：

/==—x0.4x0.43=21.33x10-4/h4

1212

/=J-b/P=2xO・4xO・8'=170.67x1（）7〃十

1212

I永久荷载作用

永久荷载作用包括物价自重、上柱自重、吊车梁自重等。

永久荷载作用示意图如下：

在永久荷载作用下排架的力如图：

=Gmx（0.5x0.4-0.15）=298.5x0.05=14.925KNM

M2=-G4AX（0.75-0.4）+（G“+G2A）xQ.2=-67.8x0.35+（298.5+19.2）x0・2=39.81KN・M

A、

Bft：

21.33

170.67

=0.125

2=^=—=0.308

H13

I-才（1-丄）由C；=1.5严-=2.07

1+才（丄-1）

=1.13

=1.5・-f

1+小丄—1）

M14925M

R.=hC^=i3x2.07=2.38^R厂日C,

3981

-•xl.13—3.46KN

V=&+r；=5・84KN（-）

I【可变荷载作用

可变荷载作用简化作用于柱顶如图，可变荷载作用下排架力图如卜・

=a0.2=56.7x0.2=11.34KNM

查表得cx=2.07C3=1.13

詈x2.07”KW

M1134

v=Ri+R2=iMKN（-）

II【吊车竖向荷载：

=YQD_k=474.94KNDmin=7qD_=145.75KN

当Dmnx作用在A柱，Qmg作用在B柱时，吊车竖向荷载作用见图如下:

在吊车竖向荷载作用下力如图；

M2A=474.94x0.35=166.229KN=51.01KN

A、

Bft：

It170.67

=0.125

0.308

166.229-/

R*=——C,=xl・13=—14・4〉K/V（

"H313

R=归q=^^xl.l3=4.43KN（T

"H'13

R=R2A+R2/i=-10.02KN（-）

由于A、B柱剪力分配系数〃A=nH=0.5

各柱上的剪力分配值：

匕=匕—兀=5.01—14.45=—9.44KN（〜）

匕=叫—儿〃=5・01+4・43=9・44KN（-）

在吊车竖向荷载作用下的力图如下：

13.25

—

—1474.94

145.75

当Dmm作用在A柱，DmaJ乍用在E柱上时，吊车荷载作用见图及在吊车竖向荷载作用下的

力图如下：

145.75

474.94

IV水平刹车力作用下

水平刹车力：

你技=l・4x5.04=7.056KN作用于牛腿顶面1.4米处，当刹车力向右时，作

用见图如下

力图如下

由于化同向作用在A、B柱上，因此排架的横向力为零，剪力V=7.056KN同理得当刹车力向左时排架的受力简图和力图如下

r=7.056

V风荷载的作用

将柱顶以上风荷载作集中力作用于柱顶，柱上的风荷载看做是水平均布荷载。

当左风作用时作用简图如下：

9.9KN

A、

Bft：

=0.125

31+才（丄_1）

=0.331

■

81+/P（丄一1）

-^）=1x（2.91-1.45）x13x0.331=3.14^

RA2=*耳=0.5x9.9=4.45KN

R=Rm+RA2=3.14+4.45=7.59KN

匕=40・14KN匕=11・26KN

在风荷载作用下的力图

当右风作用时作用简图及力图如下:

20.84

152.56

9.9KN

20.84

152.56

A柱在各种荷载作用下的力见表:

N（KN）

317.7

56.7

一

II-1I

M（KNM）

-31.375

-8.115

128.469

13.25

10.16

-10.16

32.52

-20.84

N（KN）

385.5

56.7

474.91

145.75

一

ill-Ill

M（KNM）

21.185

4.545

43.509

-43.50

73.38

-73.38

275.93

-152.5

N（KN）

•171.9

56.7

474.91

145.75

一

一一

一

V{KN）

5.81

1.11

-9.44

7.056

-7.056

•10.14

11.26

柱的力组合:

截面

力

+及相应

的N、V

及相賊

的N、V

%及相应

的M.V

N“及相应

的M.V

组合项

数值

组合项

数值

组合项

数值

组合项

数值

]■

0■

M（KNM）

1+0.9x

（2+7〉

40.34

1+0.9x

（3P+8）

-53.45

1+0.9x

（2+7）

40.31

1+0.9x

（3+6+8）

NgV）

368.73

317.7

368.73

M（KNM）

1+0.9x

（3+5+7）

122.66

1+0.9x

（2+S）

-57.7

1+0.9x（2+3+5+7）

115.09

1+0.9x（2+8）

—1

■I

NgV）

812.95

436.53

863.98

ill

M（KNM）

1+0.9x

（2+3+5T》

378.81

1+0.9x（4+e+8）

-221.32

1+0.9x（2+3+5+7）

378.81

1+0.9x

〈4+6+8）

NgV）

950.38

603.08

950.38

V（KN）

41.12

1.13

41.12

1.13

柱的截面设计：

1选取控制截面的大偏心受压界限破坏时的轴力Nh为:

上柱：

M=0/城九=1x14・3x400x0・55x360=1132.56KN

下柱：

M=4/＞爲九=1x14.3x400x0.55x760=2390.96KN

经比较A柱的所有N〈N”所以A柱组合后的力值均为人偏心受压，对人偏心受压，对

称配筋的柱，在“|M|”相差不多时，N越小越不利，N相差不大时，|M|越大越不利,

由此可以确定各柱的最不利力o

截面纵向配筋计算表:

截面

I-I

III-III

M（KMM）

40.34

-53.45

378.81

-221.32

N（KN）

368.73

317.7

950.38

603.08

M（、=宦WE

109

168

399

367

5取丄■与20mm中的较

030

大值

匕=6+5（呦）

129

188

426

394

0.5〃匚N

3.1

3.6

2.4

3.79

/°=2.0H“上柱/0=1.0/7z下柱

11.25

爪呵化L0

3.1>1取1

3.6>1取1

2.4>1取1

3.79>1取1

<=1.15-0.01“

・h

0.95

〃-1+V

/14OOe（./Ao

1.76

1.52

1.61

1.17

0.3九

108

228

228/

227

286

686

461

£=+as（nun）

126

326

101

AANe

A=&=

人（九一a;）

214

347

1195

235

实配钢筋（mm-）

422

1251

川则=」％

0.39%>0.2%

0・39%>0・2%

0.39%>0.2%

部-4+A%

0.78%>0.6%

即上柱：

422下柱：

422

3箍筋的配置

因柱底剪力较小：

V“=41.12KN

1,75

171

若剪跨比2=3则;

—xl.43x400x760=190.19KN

3+1

远人于柱底的剪力值（还没有考虑轴向压力对斜截面的有利影响），所以排架柱的箍筋按构

造配置为eio2oo,柱箍筋加密区取为eloioo

4牛腿的设计

㈠牛腿几何尺寸的确定

牛腿截面宽度与柱宽度相等为400mm,若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离Cx=80/m?

吊车梁端部宽为340mm,吊车梁轴线到柱外侧的距离为750mm则牛腿面的长度为600mm,

牛腿外缘高度为500mm,牛腿的截面高度为700mm,牛腿的几何尺寸及配筋示意图如下:

㈡牛腿高度验算

作用于牛腿顶部按荷载标准组合计算的竖向力值;

F、.=Dmax+G44=474.94+67.8=542.74KN

几"心+Gw=339.24+56.5=395.74KN

牛腿顶部按荷载标准组合计算水平拉力值；

Fhk=0.97；.=0.9x5.04=4.536KNFh=0.9x7.506=6.35KN

牛腿截面有效高度：

h0=/?

-«,=700-40=760mm

竖向力尸皿作用点位于下柱截面，a=0

牛腿的配筋

由于吊车垂直荷载作用于下柱截面，故该牛腿可按构造要求配筋，纵向钢筋取4

16，箍筋取©8100。

牛腿局部受压验算

0.754/；=0.75x400x340x14.3=1458.6KN>Fvk,满足要求

牛腿纵向受压钢筋的计算

因为aV0.3/?

0,取4=O.3ho=0.3x660=198mm

=340.64〃〃”

Fva’仇325・86xl98xl（r

+12——=

0.85川。

*fy360

取416,804mm2

取0.2%

°=0.45碁=0.45x—=0.18%

fv360

AQA4

%~bh=400x700=°'287%<°'6%

柱的吊装验算

采用翻身吊，吊点设牛腿与下柱的交接处，起吊时，混凝土达到设计强度的100%,计算简图如下

荷载计算

根据构造要求，取柱插入基础的深度0.911=720,取800mm

自重线荷载，考虑动力系数1.5,各段荷载标准值分别为上柱：

/=1.5x（1.6x107）x25=6KN/M牛腿：

=】・5x（0.24x1）x25=9K/V/M

gs=1.5x（6.4xl（）T）x25=24KN/M

力分析

=2g】厶'=1x6x4’=48KMM

24^

M2=丄g]（厶+厶J+（g2—gj"/2=1x6x（4+0.7）:

+丄X（9-6）X0.7?

=67KNM由心厶+M,—*g3厶—0得：

心=|g厶'一叽/厶=卜24x9’一等=89.76KN

所以M3=RAx-^g.x2,令RA-g5x=0得柱下最大弯矩发生在：

x=0=岁竺=3.74米处

gs24

则Ms=89.76x3.74-丄X24x3.74,=167.85KN・M

上柱吊装验算：

上柱配筋：

As=&=760nun2受弯承载力验算：

Mit=f;.&（%—a;）=360x760x（360—40）x10y=87.55KN>

YoM\Yg=0.9x48x1.2=51.84K2V・M满足要求。

700

.3740

裂缝宽度验算：

从弯矩图上可以看出，只需对上柱处的裂缝宽度进行验算即可。

67x10°

0.87x360x760

=140・725N/加加'

0=1・1一0.656ftk/怎J=1.1-0.65x2.01/（0.0156x140.725）=0.5

=a0（i.9c+0.08如）=2.1x0.5x⑷九x（1.9x30+0.08x22）crEspu.2xl050.0156

=0.153/rnH

满足要求

卜•柱验算：

人=4;=1251〃〃"'受弯承载力验算

M“=360x1251x（760-40）=324.26KNM>乙M/。

=。

・9x167.85xl.2=181.28KN

（裂缝不需要验算）

由基础梁传至基础顶面的外墙重量的设计值为G缈（370mm厚墙容重取为8K7V/M’）

G“.=1.2x[16.1x6-（1.8+4）x4.2]x8=693.5KN

确定基础尺寸：

柱插入深h=0.9/?

=0.9x800=72O//7/77取九=800mm

杯底厚度＞200mm选＜71=250mm杯丨1底垫层为50mm,则基础的高度即为

1100mm,由于杯壁厚度t＞300〃〃”，且人于基础梁宽，取/=375/77/7?

基础底面尺寸

地基承载力设计值按下式计算

/=—3）+久人（〃一0・5）并由表查的％=1・07/,=0,取土平均自重

7o=20KN/M‘，则得/=280+lx20x（1.1-0.5）=292/C^/M2

由的一组荷载，按轴压基础初估其底面尺寸

=950.38+693.5=6.08加

292-20x1.1

因该基础为偏心受压，故取4=1.3A=1.3x6.088=7.92加'底面选为矩形

axb=3.8x2.8=10.64沪。

则基础底面的W=-ba2=-x2.8x3.82=6.739”，

I=—ba'=—x2.8x3.83=12.8w4

1212

基础及其上填土重G=l.2yoabH=1.2x20x2.8x3.8x1.1=251328KN

地基承载力验算：

作用于基础底面的力矩及轴力设计值：

第一组荷载：

Mb=+VJi+Gwe=378.81+41.12x1.2+693.5x（0.185+0.4）=833.85KNM

Nh=NL+G+Gw=950.38+251.328+693.5=1895・21KN

第二组荷载：

Mh=M2+VJi-Gwe=221.32+603.08x1.1-693.5x（0.185+0.4）=479.01KN・M

（顺时针）

Nh=N2+G+G”.=603.08+251.328+693.5=1547.91KN

验算基地应力：

计算公式：

/^=^A±—：

且满足：

pm3X<1.2/=1.2x292=350AKN/M-

|（Pmax+Pmm）^/=/M2>0由前：

A=dxb=3.8x2.8=10.64

W=6.739/w3按上式计算公式的计算结果列于下表：

荷载组别

Pmax

Pmin

2^?

max+Pmm）

①

301.85

54.39

178.12

②

216.56

74.4

145.48

故按所设计的基础底面尺寸合适基础受冲切承载力验算

按第一组荷载验算（因改组荷载产生的基础底边净反力为最人）。

此时，=833.85KN,

Nb-G=1895.21-251328=1641.88KN:

则基础底边净反力为:

宀g

30.61

/mina

柱边冲切面承载力验算：

因Nb=2.8加>bt+2ho=0.4+2x1.16=2.72m

则

人=（*-今一%）”-（£-■!

■-他）'=（竽一罟-1.055）x2.8-（孕一罟-1.055）'=1.225”F

冲切荷载设计值：

Fl=pmax-A=278.04x1.225=340.6KN

冲切投影面积:

人=（切+ho）ho=（0.4+1.055）x1.055=1.535加?

抗冲切承载能力：

0.6£A=0.6x1.27x1.535x10’=116.67KN>巧=340.6KN

故抗冲切承载力满足

变阶处冲切承载力验算：

此时冲切破坏面与柱边破坏边重合，故可不验算基础底边净反力计算公式同前：

5max

Psmin

.vmin+（Pymax

1.9+0.45

P'U=代mg+（代mnx一

pvmJx°各组荷载作用下的结果列于下表，以上公式中

3.8

A=1.3A=1.3x6.088=7.92m2,psl及p,u见下图

基础长边方向配筋

取以上二组荷载中（P,max+P.Jmax来计算Mi

荷载组别

NKKN）

G（KN）

Mb（KNM）

b（KN/M2）

PzQNM）

p杯,（KN/M‘）

①

1895.21

251.328

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