单层工业厂房结构课程设计实例1.docx

1、单层工业厂房结构课程设计实例1单层厂房结构课程设计实例1.结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在 1536m 之间，且柱顶标高大于 8m，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线型屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁+12.800+11.750+9.600+7.200+6.000-0.1500.000C图 2-54 厂房剖面图B根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表 2-22。表 2-22柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数自重/ (kN/m)截面尺寸/ mm面积/ mm2惯性矩/ mm4柱号上柱矩 400 4001.6 1

2、0521.3 1084.0A，C下柱I400 900 100 1501.875 105195.38 1084.69上柱矩 400 6002.4 10572 1086.0B下柱I400 1000 100 1501.975 105256.34 1084.94本设计仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图 2-55 所示。11 1260010600960086007600656004600360026006001EA= EA= 10100 3600900A柱180018001000B CB柱图 2-55 计算单元和计算简图2.荷载计算1.恒载屋盖恒载绿豆砂浆保护层0.35kN/m 2二毡三油防水

3、层20厚水泥砂浆找平层20kN/m3 0.02m = 0.40kN/m2280厚泡沫混凝土保温层8kN/m3 0.08m = 0.64kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.4kN/m2屋盖钢支撑0.05kN/m 2总计2.84kN/m 2屋架重力荷载为 60.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为：G1 =1.2 (2.84kN/m 6m 18/2m + 60.5/2kN) = 220.33kN(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值：G3 = 1.2 (44.2kN + 0.8kN/m 6m) = 58.8kN(3)柱自重重力荷载设计值A、 C 柱 :上柱： G4A = G4

4、C = 1.2 4.0k N / m 3 . 6 m= 1 7 . 2 8 k N 下柱 : G5A = G5C = 1.2 4.69kN/m 6. 5m= 36.58kNB柱 :上柱 : G4B =1.2 6.0kN/m 3.6m = 25.92kN下柱 : G5B = 1.2 4.94kN/m 6.5m = 38.53kN各项恒载作用位置如图 2-56 所示。图 2-56 荷载作用位置图 （单位：kN）2.屋面活荷载屋面活荷载标准值为 0.5kN/m2 ，雪荷载标准值为 0.4kN/m2 ，后者小于前者，故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：Q1 = 1.4 0.5kN/m 2

5、6m 18/2m = 37. 8kNQ1 的作用位置与 G1 作用位置相同，如图 2-56 所示。3.风荷载风荷载的标准值按 wk = z z s w0 计算，其中 w0 = 0.5kN/m2, z =1.0 , z 根据厂房各部分标高(图 2-54)及 B 类地面粗糙度确定如下：柱顶(标高9. 6mz= 1.000)檐口(标高11. 75mz= 1.049)屋顶(标高12. 80mz= 1.078)ms 如图 2-57 所示，则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：wk = z z s1w0 = 1.0 0.81.0 0.5kN/m2 = 0.4kN / m2w2k = z z

6、s2 w0 = 1.0 0.4 1.0 0.5kN/m2 = 0.2kN / m2-0.6-0.5 -0.4-0.4Fw+0.8-0.4q1q2B CB C图 2-57 风荷载体型系数及计算简图则作用于排架计算简图 (图 2-57)上的风荷载设计值为 :q1 = 1.4 0.4kN/m 2 6.0m = 3.36kN/mq2 = 1.4 0.2kN/m 2 6.0m = 1.68kN/mFw = Q (s1 + s 2 )z h1 + (s3 + s4 )z hz z0 B=1.4 (0.8 + 0.4)1.049 2.15m + (- 0.6 + 0.5)1.0781.05m1.0 0.5k

7、N/m2 6.0m= 10.89kN4.吊车荷载由表 2-16 可得 20 / 5t 吊车的参数为： B = 5.2m ， K = 4.0m ， g = 68.6kN ，Q= 200kN ， Pmax = 174kN , Pmin = 37.5kN ,根据 B = 5.2m 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 2-58 所示。(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为：Dmax = Q Pmax yi = 1.4 174kN (1 + 0.8 + 0.133 + 0.333) = 551.998kN Dmin = Q Pmin yi = 1.4 37.5kN (1 +

8、 0.8 + 0.133 + 0.333) = 118.965kN(2)吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为：T= 14 a(Q + g) = 14 0.1 (200kN + 68.6kN) = 6.715kN作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：Tmax = QT yi = 1.4 6.715kN 2.15 = 21.30kN4000 1200 4000Fpmax Fpmax Fpmax Fpmax=174KN6m6m1330.0.33380.01.图 2-58 吊车荷载作用下支座反力影响线3 . 排 架 内 力 分 析该 厂 房 为 两 跨 等 高 排 架 ， 可

9、用 剪 力 分 配 法 进 行 排 架 内 力 分 析 。 其 中 柱 的 剪 力分 配 系 数 i 计 算 ， 见 表 2 - 2 3 。表 2 - 2 3柱 剪 力 分 配 系 数柱别n = I uI lC0 = 3 1+ 3 (1 n -1)i =1 i = H u H = H 3 C0 EIl1 iA、C柱n = 0.109C0 = 2.192A = C = 0.277 = 0.356A = C = 2.406 10-8 / EB 柱n = 0.281C0 = 2.690B = 0.446 = 0.356 B = 1.494 10-8 / E= G3 + G4 A = 58.8kN +

10、17.28kN= 76.08kN= G = 220.33kNGG1;21= G5 A = 36.58kNG3= 2G = 2 220.33kN = 440.66kN;G416 = G5B= 38.53kN ;= G4 B = 2G3 = 25.92kN + 2 58.8kN = 143.52kNGG5M1 = G1e1 = 220.33kN 0.05m = 11.02kN mM 2 = (G1 + G4 A )e0 - G3e3=(220.33kN +17. 28) 0. 25m- 58. 8kN 0. 3m= 41. 76kNm由于图 2-59a 所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无

11、侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力 Ri 可根据相应公式计算。对于 A ， C 柱n = 0.109 ， = 0.356 则： RC = -6.39 ()1 - 2-1 3131 - 2n 11.0211.02220.33440.66220.3311.9829.7829.7811.98237.61466.58237.61296.41584.18296.41+11.766.396.3911.76332.99332.99BCBCM1G1G4G1M1+V+NG2G5G2+MM2M2G3G6G3+M+V+NBC图 2-59 恒载作用下排架内力图2屋面活荷载作用下排架内力分析(

12、1)AB 跨作用屋面活荷载排架计算简图如图 2-60 a 所示，其中 Q1 = 37.8kN ，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：M1A = 37.8kN 0.05m =1.89kN mM 2A = 37.8kN 0.25m = 9.45kN mM1B = 37.8kN 0.15m = 5.67kN m对于 A 柱，C = 2.231，C3= 0.957,则1R=M1AC +M 2AC =1.89kN m 2.231 + 9.45kN m 0.957= 1.31kN ()AH1H110.1m对于 B 柱 n = 0.281 , = 0.356 ，则2131 - 1 -nC1= =1.781231

13、1+ -1 n1.895.67Q1Q4M1AM1B8.930.525.782.30M2A4.585.980.646.460.67BCBC37.837.8+37.8 37.8B C图 2-60 AB 跨作用屋面活荷载时排架内力图Q1Q1M1BM1C5.671.89M2C2.305.788.930.526.460.64 5.980.030.674.58BCBC37.837.8+37.8 37.8B C图 2-61 BC 跨作用屋面活荷载时的排架内力图3风荷载作用下排架内力分析 Fw18.55q2 q119.10107.20B C42.8011.89120.09B10.5030.81139.76C图

14、 2-63 右吹风时排架内力图4.吊车荷载作用下排架内力分析(1) Dm ax 作用于 A 柱计算简图如图 2-64a 所示。其中吊车竖向荷载 Dm ax ， Dmin 。在牛腿顶面处引起的力矩为：(1) Dm axQmaxMAMB QminB552+552114.4151.1945.8643.375.2921.9814.2239.4412.741.4714.85CBC118.97+118.97BC图2-64 Dm ax 作用在 A 柱时排架内力图作用于 B 柱左计算简图如图 2-65a 所示 M A , M B 计算如下：M A = Dmine3 = 118.97kN 0.3m = 35.6

15、9kN m M B = Dmaxe3 = 552.00kN 0.75m = 414.00kN mQmax118.97552MAMBQmin+118.97552BCBC56.77312.5944.6021.08101.4715.7728.17129.4812.39125.14123.59BC图2-65 Dm ax 作用于 B 柱左时排架内力图（3） Dm ax 作用于 B 柱右根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与 Dm ax 作用于 B 柱左的情况相同，只需将 A，C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图 2-66 所示。QmaxQmin44.60312.5956.77MBMC101

16、.4721.08QminMBCQmax5.2943.3745.86114.41M51.191.4712.7414.2221.9814.8539.44BCBC118.97552+118.97552BC图 2-67Dm ax 作用在 C 柱右时排架内力图（5） Tm ax 作用于 AB 跨柱当 AB 跨作用吊车横(向水平荷载时，)排架计算简图如图 2-68a 所示，对于 A 柱， n = 0.109 ， = 0.356 ，得 a = 3.6m -1.2m / 3.6m = 0.667 ，则TmaxTmax5.2110.5623.6517.759.7266.366.57119.5716.9142.0919.13BCBC图 2-69 Tm ax 作用于 BC 跨时排架内力图5.内力组合以A 柱内力组合为例。表 2-24 为各种荷载作用