1单层单跨工业厂房设计例题.docx

1、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、主要工艺参数单跨，跨度为18m；柱距6m，不抽柱，厂房纵向总长度66m；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；室内外高差200mm ;风荷载0.6kN/m2;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，1.56m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

2、。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：素填土，地表下0.80m厚，稍密，软塑，=17.5 kN / m3。灰色粘性土，1012m厚，呈可塑硬塑，可作持力层，fk=200 kN / m2, =19.2 kN / m3；粉砂，中密，fk=240 kN / m2,地下水位在自然地面以下3.5m。三、构件选型 标准构件1、 屋面板 1 屋面荷载为三毡四油防水层 G1k = 0.35 kN/m2；20mm水泥砂浆找平层 G2k =0.0220=0.40 kN/m2；屋面均布活荷载标准值 Q1k = 0.7 kN/m

3、2均布荷载组合设计值q =1.2(0.35+0.4)+1.40.7 =1.88 kN/m2查图集号：92G410(一)，选YWB-1 （P4第(3)款）允许荷载：q =1.99 kN/m2，端部选取YWB-1sa板自重及灌缝重： 1.50 kN/m22、 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14 kN/m3，于是

4、得G1k=0.06514=0.91 kN/m2；20mm水泥砂浆找平层 G2k =0.0220=0.40 kN/m2；三毡四油卷材防水层（无小石子） G3k = 0.15 kN/m2；积水荷载按230mm高计 Q1k = 2.3 kN/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+2.50.15)+1.4b2.3 =5.242b=5.242(770-190)103=3.04 kN/m图集号：92G410(三)，选TGB77-1 （P4第(3)款）允许

5、荷载：q =3.16 kN/m；端部采用TGB77-1Sa，开洞的采用TGB77-1a。天沟板自重：2.24 kN/m3、 屋架 (1)屋面荷载计算三毡四油防水层（上铺小石子） 0.35 kN/m2；20mm水泥砂浆找平层 0.40 kN/m2；预应力大型屋面板及灌缝重 1.5 kN/m2；屋面支撑及吊管自重 0.15 kN/m2； 恒载标准值 2.4 kN/m2 活载标准值 0.70 kN/m2(2)屋面荷载设计值为 q =1.22.4+1.40.7 =3.86 kN/m2(3)查图集：95G415(一)，选YWJ18-1-Ba 屋面允许荷载设计值：q =4.0 kN/m2屋架自重：69 k

6、N / 榀（查95G415（一）p.6表6）屋架端部高度1.65m，屋架斜坡高度1.00m（=2.651.65）。（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、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95G325 p.36得到吊车参数，再查95G425 p.10选用吊车梁。吊车参数：计算荷载200/50 kN，吊车跨度16.5m，吊车高度H1=1810 mm，吊车梁图集号：95G425 型号：Y-XD

7、L-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 45 kN / 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+20.418=4.836m，两外轮间距K=W=4m，吊车总重19.3T=193kN，小车重Q2k=57.97 kN，吊车跨度= (厂房跨度-1.5m)，查吊车高度H1=1810 mm，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-XD

8、L-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95G325 p.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0.49 kN/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)1.88 kN/m21.99kN/m2YWB-11.50 kN/m2天沟板92G410(三)2.936 kN/m3.16 kN/mTGB77-1 2.24 k

9、N/m屋架95G415(一)3.86 kN/m24.0 kN/m2YWJ18-1-Ba 69 kN / 榀吊车梁95G425200/50kN和16.5m高度 h=1.2mY-XDL-745 kN / 根轨道连接95G325高度 h=0.17m(取0.2m计算)DGL-110.49 kN/m6、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0.05 kN/m27、基础梁 檐口标高：14.10+1.65=15.75 m 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93G320

10、P.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93G320 P.1213图）。柱的几何尺寸1、柱高 查吊车产品目录（大连），200/50 kN，吊车跨度16.5m，吊车高度 H1=1.810 m，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

11、（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=14.6 m柱顶标高：14.6-0.5=14.1 m基顶至吊车梁顶的高度Hk =12-0.2+0.5=12.3m2、柱截面尺寸及计算参数（注意：）柱为边柱，截面如图上柱：bh=500400 mm下柱：bfhhfb =5001000150120 mm校核截面宽度和高度：bHl /20=11100/20=550 mm h 80 mm （可以）)Au=400500=2.0105 mm2Al=1000500-2190 =2.435105 mm2Iu=5004003=2.67109

12、 mm4Il=(50010003-380683.43) =31.56109 mm4（近似去掉2/3三角形部分的面积）= 0.085 四、荷载计算1、恒荷载屋盖自重三毡四油防水层 0.35 kN/m2；20mm水泥砂浆找平层 0.0220=0.40 kN/m2；预应力大型屋面板及灌缝重 =1.5 kN/m2；屋盖支撑 =0.05 kN/m2；gk = 2.3 kN/m2天沟板 =2.24 kN/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（2.3618/2+2.246+69/2）= 206.57 kNe1= hu /2-150= 400/2 - 150=50m

13、m M1= 206.570.05=10.33 kN.m (上柱上截面)M1= 206.570.3=61.97 kN.m (上柱下截面)柱自重 上柱：G2=1.2250.40.53.5=21 kN e2=(1000- 400)/2=300mmM2= G2 e2=210.3=6.3 kN.m下柱：G3=1.2250.243511.11.1=89.19 kN(1.1是考虑下柱矩形部分的增大系数)吊车梁及轨道联结重 G4=1.245+0.496 =57.53 kNM4= G4 e4=57.530.25=14.38 kN.m恒载汇总柱A的下柱上截面G2+ G4=21+57.53=78.53 KNM1+

14、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=1.40.5618/2 = 37.8 kN （因上下柱截面高度不同，故在1，2截面都产生弯矩）M Q 1= 37.80.05=1.89 kN.m (上柱上截面)M Q 1= 37.80.30=11.34 kN.m (上柱下截面)3、风荷载此地区基本风压W0=0.50 kN/m2风压高度变化系数Z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=1.00 m，在柱顶（H=14.1m），Z=1.12（教材P106）檐口处（H=14.1+1.65=15.

15、75m）， Z=1.15Fw=Q (0.8+0.5)h1+(0.5-0.6)h2 Z W0B =1.4 1.31.65-0.11.00 1.15 0.56 = 6.71kNq1=QsZ W0B=1.40.81.120.56 =3.76kN/m ( ) (风向右吹)q2=QsZ W0B=1.40.51.120.56 =2.35 kN/m ( ) (风向左吹)4、吊车荷载吊车竖向荷载由图集查得：P max,k=152kN，Pmin,k=(193+200)/2-152=44.5 kN，B= 4.836m，轮距K=4m，小车重Q2k=57.97 kN，吊车额定起吊量Q3k=200kN，吊车总重Qk=1

16、93kN Dmax=0.9Q P max,k yi=0.91.4152(0.333+1+0.861+0.194)=457.35kNMmax= Dmaxe3 =457.350.25=114.34 kN-mDmin= Dmax =(44.5/152)457.35=133.9kNMmin= Dmine3 =133.90.25 = 33.47 kN-m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（=1.0）Tk=（Q2k+Q3）= (0.1/4)(57.97+200) = 6.45kNT max=Dmax = (6.45/152)457.35 = 19.41 kN作用位置距柱顶： 3.5

17、 -1.2=2.3 m五、内力计算 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；=0.315，查附录10-2, C1 = = 2.3212在M1作用下， 不动铰支座柱顶反力：=1.64 kN( )对牛腿顶面弯矩，查附录10-3 C3 = = 1.011=3.73 kN ( )VA= RA= RA1+ RA1=1.64+3.73 = 5.37 kN( )2、内力A（B）柱M0= -10.33 kN-mM1=5.373.5 -10.33 =8.47 kN-mM2=5.373.5 -10.33 53.89= - 45.43 kN-mM3=5.3714.6 -10.33 53

18、.89= 14.18 kN-mN0=G1= 206.57 kNN1= G1+ G2= 206.57 +21=227.57 kNN2= G1+ G2+ G4=206.57 +21+57.53 =285.1 kNN3= G1+ G2+ G4+ G3=206.57 +21+57.53+89.19 =374.29 kNB柱与A柱作用大小相等，方向相反。屋面活荷载1、假设横向支座，求Ri，RC1 = 2.3212在M1作用下，不动铰支座柱顶反力：=0.3 kN( ) 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

19、。2、求Vi（用剪力分配法） 由于A、B柱材料和尺寸都相等，所以A=B = 0.50R=0 VA= RA=1.09 kN ( )VB= RB = - 1.09 kN ( )3、内力 M0= - 1.89 kN-mM1=1.093.5 1.89 = 1.93 kN-mM2=1.093.5 1.8911.34= - 9.42 kN-mM3=1.0912.4 1.8911.34 = 2.68 kN-mN = 37.8 kN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= - 7.92 kN ( )= 2.32 kN ( )RA+ RB =- 7.92 +2.32

20、= - 5.6 kN (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=5.60.8 = 4.48 kN A=B = 0.50VA= RA+A R= -7.92+0.54.48= - 5.68 kNVB= RB+B R= 2.32+0.54.48= 4.56 kN2、A柱内力 M0= 0M1=-5.683.5 = - 19.88 kN-mM2= 114.34 19.88 = 94.46 kN-mM3=114.34 5.6814.6 = 31.41 kN-mV3= - 5.68 kN N = 457.35 kN

21、 (仅下柱有)3、B柱内力 M0= 0M1=4.563.5 = 15.96 kN-mM2= -33.47 + 15.96 = -17.51 kN-mM3= -33.47+4.5614.6 = 33.11 kN-mV3= +4.56 kN N =133.9kN (仅下柱有)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)

22、（0.7-0.647）/0.1 = 0.559 RA = C5T= - 0.55919.41= -10.85 kN ( )RB与RA方向相同，大小相等。RB = RA = -10.85 kN（ ）2、求Vi VA=VB= -(1-)C5T= -(1-0.8)0.55919.41= -2.17 kN ( )(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= - 2.172.3 = - 4.991 kN-mM1= - 2.173.5+19.41(3.5-2.3) = 18.30 kN-m M3= - 2.1714.6+19.41(14.6 2.1) =207.061 kN

23、-mV3= - 2.17+19.41=17.24 kN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。风荷载1、假设横向支座，求Ri，R按附录10-8, C11= =0.31RA = q1 H C11= -3.7614.60.31= - 17.12 kNRB = q2 H C11= -2.3514.60.31= - 10.64 kN R= Fw+ RA+ RB = -6.71- 17.12- 10.64 = - 34.47kN ( )2、求Vi （R= - R =34.47kN ） VA= - 17.12+0.534.47= 0.12 kN ( )VB= -

24、 10.64+0.534.47=6.6 kN ( )3、内力A柱：M1= 0.53.763.52+0.123.5 = 23.45 kN-mM3= 0.53.7614.62+0.1214.6 = 402.49 kN-mV3= 3.7614.6+0.12 = 55.02 kNB柱：M1= 0.52.353.52+6.63.5 = 37.49 kN-mM3= 0.52.3514.62+6.614.6 = 346.82 kN-mV3= 2.3514.6+6.6 = 40.91 kN（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

25、，其它筋HPB235。按对称配筋计算。内力组合值选择上柱：（bh=500400mm，h0=400-40=360）b= 0.518Nb=1 fcbh0b =11.95003600.518=1109556N=1109.56kN1110 kN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=1 fcbh0b+1 fc （bf-b）hf =11.91209600.518+11.9(500-120)162.5=144496

26、0N1444.9 kN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=593.46 kN-m, N=819.93kN柱配筋计算本例略。（做课程设计不能略！）柱在排架平面外的承载力验算本例略。（做课程设计不能略！）柱的裂缝宽度验算本例略。（做课程设计不能略！）牛腿设计几何尺寸牛腿顶面长度l和a、cl = 750-400+170+280 = 800 mm a =750-1000 = -250 mmc=400+800-1000=200 mm牛腿高度h0:a h/3=700/3

27、=233mm =45纵向受拉钢筋a = -250 mm 0，按构造配筋，AsV=4 12,Ash=2 12,总6 12, As=678mm2,= 678/(500660)=0.21% 0.2%水平箍筋取8100，在2 h0/3=2660/3=440 范围内，Ak=250.3440/100=443 mm2 As/2=615/2=308 mm2 (合适)弯起钢筋由于a/ h0=0 0.3, 故可不设弯起钢筋。局部承压验算（设垫板400400 mm）由式（13-18） =374620/(400400)=2.34 N/mm2 0.75fc=0.7511.9=8.93 N/mm2 (可以)吊装验算（按前

28、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=7.5 kN/m下柱自重标准值（G3=89.19 kN） 1.5= 9.29 kN/m 2、内力计算 MC =0.57.53.5 2 = 45.94kN-mM B = 7.53.5(3.5/2+0.7)+0.59.290.7 2 = 66.59 kN-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，bh = 400500 mm , 4 12 (As= As=452 mm2)Mu=fy As( h0-as)=360452(465