《单层工业厂房》课程设计.docx

1、单层工业厂房课程设计单层工业厂房课程设计姓 名:班级: 学号:一 结构选型该厂房就是广州市的一个高双跨(18m+18m)的机械加工车间。车间长90m,柱矩6米,在车间中部,有温度伸缩逢一道,厂房两头设有山墙。柱高大于8米,故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋架有较大的刚度,选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房的各构选型见表1、1表1、1主要构件选型由图1可知柱顶标高就是10、20米,牛腿的顶面标高就是6、60米 ,室内地面至基础顶面的距离0、5米,则计算简图中柱的总高度H,下柱高度Hl与上柱的高度Hu分别为:H=10、2m+0、6m=10、8m Hl

2、=6、60m+0、6m=7、2m Hu=10、8m-7、2m=3、6m根据柱的高度,吊车起重量及工作级别等条件,确定柱截面尺寸,见表1、2。见表1、2 柱截面尺寸及相应的参数截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/(KN/m)A,C上柱矩40040016000021300000004、0下柱I4008001001501775004、43B上柱矩40040016000021300000004下柱I4008001001501775004、43二 荷载计算 1.恒载图1求反力: F1=116、92 F2=111、90 屋架重力荷载为59、84,则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值: GA1=

3、1、2(116、92+59、84/2)=176、81KN GB1=1、2(111、906+59、84/2)=170、18 KN (2)吊车梁及轨道重力荷载设计值 GA3=1、2(27、5+0、86)=38、76KN GB3=1、2(27、5+0、86)=38、76KN (3)柱重力荷载的设计值 A,C柱 B柱 2.屋面活荷载 屋面活荷载的标准值就是0、5KN/m2,作用于柱顶的屋面活荷载设计值: Q1=1、40、5618/2=37、8 KN3,风荷载 风荷载标准值按k=zsz0计算其中0=0、5KN/m2, z=1, z根据厂房各部分 及B类地面粗糙度表2、5、1确定。 柱顶(标高10、20m

4、) z=1、01 橼口(标高12、20m) z=1、06 屋顶(标高13、20m) z=1、09 s如图3所示,由式k=zsz0可得排架的风荷载的标准值: k1=zs1z0=1、00、81、010、5=0、404 KN/m2 k2=zs2z0=1、00、41、010、5=0、202 KN/m2图2 荷载作用位置图图3 风荷载体型系数与排架计算简 q1=1、40、4046=3、39KN/m q1=1、40、2026=1、70KN/m Fw=Q(s1+s2)zh1+(s3+s4)zh2 z0B =1、4(0、8+0、4)1、01(12、2-10、2)+(-0、6+0、5)1、01(13、2-12、

5、2) 10、56 =10、23KN4.吊车荷载 吊车的参数:B=5、55米,轮矩K=4、4,pmax=215KN, pmin=25KN,g=38KN。根据B与K,可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值,如图所示:图吊车荷载作用下支座反力的影响线（1） 吊车的竖向荷载Dmax=QFpmaxyi=1、4115(1+0、075+0、808+0、267)=346、15KNDmin=QFpminyi=1、425(1+0、075+0、808+0、267)=75、25KN（2） 吊车的横向荷载T=1/4(Q+g)=1/40、12(100+38)=4、14KN吊车横向荷载设计值:TmaxQTy

6、i=1、44、142、15=12、46KN三 排架内力分析1 恒荷载作用下排架内力分析图5恒荷载作用的计算简图G1=GA1=176、81KN; G2=G3+G4A=38、76+17、28=56、04KN; G3=G5A=38、28KN;G4=2GB1=340、361KN; G5=G3+2G4B=238、76+17、28=94、8KN;G6=G5B=38、28KN;M1= G1e1=171、810、05=8、60KN、m;M2=( G1+ G4A)e0- G3e3=(176、81+17、28) 0、2-38、280、35=25、42C1=2、03; C1=1、099;RA=C1+C3=(8、60

7、2、03+25、421、099)/10、8=4、20KN()RC=-4、20KN(); RB=0KN;内力图:图6 恒荷载内力图2 活荷载作用下排架内力分析(1)AB跨作用屋面活荷载 图7 AB跨作用活荷载作用简图Q=37、8KN,则在柱顶与变阶处的力矩为:M1A=37、80、05=1、89KN、m,M2A=37、80、25=7、56KN、m,M1B=37、80、15=5、67KN、mRA=C1+C3=(1、892、03+7、561、099)/10、8=1、124KN()RB=C1 =5、672、03/10、8=1、07KN()则排架柱顶不动铰支座总的反力为:R= RA+ RB=1、124+1

8、、07=2、19KN()VA= RARA=1、32-0、332、19=0、40KN()VB= RBRB=1、07-0、332、19=0、35KN()VC= RC=-0、332、19=0、72KN()排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图8所示:图8 AB跨作用屋面活荷载内力图(2)BC跨作用屋面活荷载由于结构对称,且BC跨的作用荷载与AB跨的荷载相同,故只需叫图8的各内力图位置及方向调一 即可,如图10所示:图9 AB跨作用活荷载作用简图图10 BC跨作用屋面活荷载内力图3 风荷载作用下排架内力分析(1) 左吹风时C=0、33RA=-q1HC11=-3、3910、80、33=-12、08KN(

9、)RC=-q1HC11=-1、7010、80、33=-6、06KN()R= RA+ RC+Fw=12、08+6、06+10、23=28、37KN()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=-12、08+0、3328、37=-2、72KN()VB= RB-RB=-6、06+0、3328、37=3、30KN()VC= -RC=-0、33-28、37=9、36N()图11 左风内力图(2) 右风吹时因为结构对称,只就是内力方向相反,所以右风吹时,内力图改变一下符号就行,如图12所示;图11 左风内力图4 吊车荷载作用下排架内力分析（1） Dmax作用于A柱计算简图如图所示,其中吊车竖向荷载Dmax,D

10、min在牛腿顶面引起的力矩为:MA= Dmaxe3=346、150、35=121、15KN、mMB= Dmine3=75、250、75=56、44KN、mRA=-C3=-121、151、099/10、8=-12、33KN()RB=C3=-56、441、099/10、8=5、74KN()R= RA+ RB=-12、33+5、74=-6、59N()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=-12、33+0、336、59=-10、16()VB= RB-RB=5、74+0、336、59=7、91KN()VC= -RC=0、336、59=2、17N()图Dmax作用在A柱时排架的内力（2） Dmax作用于B

11、柱左计算简图如图所示,其中吊车竖向荷载Dmax,Dmin在牛腿顶面引起的力矩为:MA= Dmaxe3=、0、35=、KN、mMB= Dmine3=346、150、75=、KN、mRA=C3=-、1、099/10、8=-、KN()RB=C3=、1、099/10、8=、KN()R= RA+ RB=、+、=、N()各柱的剪力分别为:VA= RA-RA=、0、33、=、KN()VB= RB-RB=、0、33、=、KN()VC= -RC=0、33、=、N()图Dmax作用在B柱左时排架的内力（3） Dmax作用于B柱左根据结构对称与吊车吨位相等的条件,内力计算与Dma作用于B柱左情况相同,只需将A,C柱

12、内力对换与改变全部弯矩及剪力符号:如图（4） Dmax作用于C柱同理,将Dmax作用于A柱的情况的A,C柱的内力对换,且注意改变符号,可求得各柱的内力,如图5（5） Tmax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16-a所示。对于A柱,n=0、15,=0、33,得a=(3、6-0、9)/3、6=0、75、,Tmax=12、46KNC5=0、54RA=TmaxC5=、=6、73KN()RB=TmaxC5=、=6、73KN()图Dmax作用在B柱右时排架的内力图5Dmax作用在C柱时排架的内力排架柱顶总反力R:R= RA+ RB=、KN各柱的简力:VA= RA-RA=、0、33

13、、=、KN()VB= RB-RB=、0、33、=、KN ()VC=RC=0、3313、46=4、44N()图16Tmax作用在AB跨时排架的内力（6） Tmax作用于BC跨柱由于结构对称及吊车的吨位相等,故排架内力计算与“Tmax作用于AB跨柱”的情况相同,只需将A柱与C柱的对换,如图17图17Tmax作用BC跨时排架的内五.柱截面设计(中柱) 混凝土强度等级C20,fc=9、6N/mm2,ftk=1、54N/mm2.采用HRB335级钢筋,fy= fy 300 N/mm2,b=0、55,上下柱采用对称配筋.1 上柱的配筋计算由内力组合表可见,上柱截面有四组内力,取h0mm,附加弯矩ea=20

14、mm(大于),判断大小偏心:从中瞧出组内力为大偏心,只有一组为小偏心,而且:N=429、KN5.应考虑偏心矩增大系数1=0、59、6160000/357640=2、151,取2=1、15-0、01l0/h=1、15-0、017200/400=0、97, l0/h15,取2=0、97图=1+12=1+10、97=1、31=357640/19、6400360=0、262s/h0=240/360=0、22所以x=h0=0、26360=93、6e=ei-h/2+s=1、31263、40-185、05mmN、e=fyAs(h0-as)-1fcbx(x/2-as)As=As=715mm选用(As=763m

15、m2).验算最小配筋率:As/bh=763/400400=0、47%0、2%平面外承载力验算:l0=1、5Hu=1、53、6=5、4ml0/b=5400/400=13、5,查表得,Ac=A-Aa=4002-7632=158474mmNu=0、9(fyAs+ fcAs)=0、90、93(3007632+9、6158474)= 1656、55KN2 下柱配筋计算取h0=800-40=760mm,与上柱分析办法相识,选择两组最不利内力:M=217、96 KN、m M=152、69 KN、mN=810、94 KN N=473、44 KN(1) 按M=217、96 KN、m,N=810、94 KN计算L

16、0=HU=7、2=7、2m,附加偏心矩ea=800/30=2、7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mm e0=M/N=217960/810、94=268、77mm ei= e0+ ea=295、77mm l0/h=7200/800=95而且.应考虑偏心矩增大系数,取2=11=0、59、6160000/810940=1、051,取图=1+12=1+11=1、15ei=1、15295、77=340、140、3760=228,所以为大偏心受压,应重新假定中与轴位于翼缘内,则x= =810940/19、6400=211、18hf=150mm说明中与轴位于板内,应重新计算

17、受压区的高度:x= =394、72mme=ei+h/2+s=1、15295、77 -8002-407005mmAs=As=272、87mm2(2) 按M=152、69 KN、m,N=473、44 KN计算L0=HU=7、2=7、2m,附加偏心矩ea=800/30=2、7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mm e0=M/N=152690/473、44=322、51mm ei= e0+ ea=349、51mm l0/h=7200/800=95而且.应考虑偏心矩增大系数,取2=11=0、59、6160000/810940=1、051,取图=1+12=1+11=1、15

18、ei=1、15295、77=340、140、3760=228,所以为大偏心受压,应重新假定中与轴位于翼缘内,则x= =473440/19、6400=123、29hf=150mm说明中与轴位于翼缘内:e=ei+h/2-s=1、15349、51 -8002-40761、93mmAs=As=139、38mm2最小配筋minA=0、2%177500=355mm2所以选(As=461mm2)满足要求查附表、的无柱间支撑垂直排架方向柱的计算长度,l0=1Hl=7、2ml0/b=7200/400=18,查表得0、81,Ac=A-Aa=177500-4612=176578mmNu=0、9(fyAs+ fcAs

19、)=0、90、81(3004612+9、6176578)= 1437、40KNNmax所以满足弯矩作用平面外的承载力要求3 柱裂缝宽度验算规范中规定,对e0/h00、55的柱要进行裂缝宽度验算,本例的上柱出现e0/h0=0、55,所以应该进行裂缝验算。验算过程见下表。其中上柱的As=763mm2;Es=200000N/mm2;构件的受力特征系数acr=2、1,混凝土的保护层厚度c=25mm,ftk=1、54N/mm2。4 柱裂缝宽度验算非地震区的单层厂房柱,其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求,上下柱均选用200箍筋。5 牛腿设计根据吊车支承的位置,截面的尺寸及构造要求,确定牛腿的尺寸如

20、图所示,其中牛腿的截面宽度b=400mm,牛腿截面高度h=1050mm,h0=1015mm、(1) 牛腿腿截面高度验算表柱的宽度验算表图 Fvk所以所选的尺寸满足要求（2） 牛腿配筋计算纵向受拉钢筋总截面面积As:As= =550、mm2 根据规定,纵向受拉钢筋As的最小配筋率为0、002bh=0、0024001050=840mm2 550、2 mm2。所以要按mm2配筋。现在选用(As=1005mm2) 水平箍筋选用100的双肢筋。牛腿的剪跨比a/h0=370/1050=0、350、3,所以应该设置弯起钢筋A、As=0、5C1005=502、5mm2,且A0、0015bh=0、0015400

21、1015=609 mm2 故选用(As=mm2)6 牛腿设计采用翻身起吊,吊点设在牛腿下部,混凝土达到设计强度后起吊。插入杯口深度为800mm,则柱吊装时的总长度为3、6+7、2+0、8=11、6m、。柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载(应考虑动力系数)即q1=Gq1k=1、51、24、0=7、2KN/mq2=Gq1k=1、51、2(0、42、125)=37、8KN/mq3=Gq1k=1、51、24、44=7、99KN/m图在上述荷载的作用下, 柱的控制截面的弯矩为:M1=0、5 q1Hu2=0、57、23、62=46、66KN、mM2=0、5 q1Hu2=0、57、2(3、6+1、05)2+0

22、、5(37、8-7、2)1、052=94、71KN、m由MB=RAl3-0、5q3l32+M2=0解得:RA=14、17KN M3=RAx- q3x2 令=RA-q3x=0 得x=1、77m 则下柱段最大弯矩M3为:M3=14、171、77-0、57、991、772=12、55KN、m 表吊装时柱的宽度验算表六.基础设计(B柱下基础) .初步确定杯口尺寸及基础埋深()杯口尺寸 图5 基础截面尺寸杯口的深度:柱子的插入深度H1=800mm,所以杯口深度为800+50=850mm 杯口顶部尺寸:宽为400+275=550mm,长为800+275=950mm 杯口底部尺寸:宽为400+250=500

23、mm,长为800+250=900mm杯口厚度:因为800hc1000,所以杯壁的厚度取t=350mm 杯壁高度:h1t/0、75=350/0、75=466mm,取h1=350mm 杯底厚度;a1=250mm,根据a2a1原则,取a2为250mm 根据以上尺寸,确定基础总高度H1+a1+50=800+250+50=1100mm 基础的埋置深度:1100+600=1700mm 地基承载里设计值:fa=200KN/m2 (2)基础面积计算表B柱在基础地面的荷栽估算基础底面积:A=1006、06/(200-201、7)=6、06m2 考虑偏心受压,将基础的面积增大1、2A=1、26、06=7、27m2

24、 G=GyDA=1、2201、78=326、4KN 表 基础底面压应力计算 取基础地面长边与短边的比为,则l=3、8m,b=1、9m,取l=m,b=m校核基础底面积就是否满足要求: ()校核0、5(Pmax+Pmin)f 0、5(Pmax+Pmin)=0、5(198、90+134、22)=166、56KNf=200 ()校核Pmax1、2f Pmax=198、90KN0 由以上得知,基础的地面尺寸m2,满足要求图基础截面尺寸.地基净反力计算:表地基净反力由表可以瞧出Nmax最不利。(Pjmax=158、10,Pjmin=93、42) .冲剪强度验算从杯口顶面柱边开始的0斜拉裂面与基础底面交界处

25、(截面)的净反力Pj1。基础的有效高度h0=1100-40=1060mm Pj1=93、42+(4-0、64)/4(158、10-93、42)= 147、75KN 同理按比例算得:Pj=93、42+(2+0、4)/4(158、10-93、42)= 132、23KN Pj=93、42+(2+0、4+0、425)/4(158、10-93、42)= 139、10KN 因为b=2、0m PjmaxA1=158、101、08=17、75KN 满足要求()变阶截面;算法同上面的一样,同样满足要求。、配筋验算截面:MI=1/48(Pjmax+Pj)(2b+bc)+(Pjmax-Pj)b(l-hc)2 =1/48(158、1+125、76)(22+0、4)+ (158、1-125、76) 2(4-0、8)2 =280、25KN、m AsI= MI/0、9fyh0=280、25/(0、92100001、06)=13