单层单跨厂房排架结构设计讲解.docx

1、单层单跨厂房排架结构设计讲解单层单跨厂房排架结构设计一设计内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屋面活何载：q =0.5KN /M 2,不考虑积灰荷载，雪荷载 q -0.25KN / M 22基本风压：W0 =0.40KN/M23屋面做法三毡四油：20.35KN /M20mm水泥砂浆找平层0.4KN /M 2 合计gik二 g二0.75KN/M屋面板采用G410标准图集1.5 1.6m预应力混泥土屋面板（卷材防水）（板自重：g2k -1.40KN /M 2

2、灌缝重：g3k =0.1KN/M2 ）大型屋面板（包括填缝24采用370mm厚烧结粘土空心砖（重度 8KN /M ）吊车梁以上设高侧窗，洞口尺寸为4.2 1.8m，吊车梁以下设低侧窗，洞口尺寸 宽 高4.2 4 m,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：先张法预应力混泥土吊车梁，自重 47.5KN /根轨道及联结重量1.5KN /M桥跨：Lk = 25.5m桥宽：B =6400m轮距：K 二 5250mm小车重：g = 74KN最大轮压：

3、Pmax = 195KN最小轮压：Pmin -60KN7柱高：柱顶 H=13m 檐口 =15.1m 屋顶=17.35m二荷载及内力计算1柱截面尺寸的确定Q在l520t之间：10m：Hk ：12m，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：400 400 (mm) 下柱：400 800 mm2荷载计算永久荷载A屋面板及每跨屋架传给每个柱子的荷载标准值 G1(二248.75KN荷载设计值：G1a =1.2 248.75 =298.5KNB柱自重2A、 B 柱： 上柱： g2k/ = 25 0.4 4KN / M 下柱：g3k/ =25 0.4 0.8 =8KN/M贝U

4、： G2A =1.2 4 4 =19.2KN G3A =1.2 8 9 = 86.4KNC 吊车梁自重：G4a =1.2 (47.5 1.5 6)=67.8KN永久荷载作用如图：屋面活荷载q =0.5KN/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，取其中的大值，作用于每跨屋面下的柱可变荷载为：Qj =1.4 0.5 6 13.5 =56.7KN可变荷载作用如图：Pmin 二 60KN已知 Lk = 25.5m B = 6400mm K = 5250mm Pmax =195KN贝U：查表知 2 =0.9 - 0.1Dmax厂 Fmax,k yi 9 195

5、(0.808 1 0.125) = 339.24KNDmin,k =BRmin,k 迟 yi = 0.9 汉 60 x (0.808 +1 + 0.125) = 104.11KNDmax 二 QDmax,k =474.94KN Dmin 二 qDmin =145.75KN1 1Tmax,k (G2,k G3,k) 0.1 0.9 (74 150 5.04 KN4 4风荷载B类地面（城市郊由已知条件可知：基本风压 W。= 0.40KN/M 2，风压高度变化系数按区)Wk 二wo 其中：o为 1.020m 处-z = 1.25由建筑结构荷载规范B类地面查10m处丄z =1.0 15m处-1.14

6、中间值按插值法求得，因此可得：柱顶：H=13m则叮=1.084檐口： H=15.1 则 J =1.142屋顶：H=17.35贝y J =1.192 风荷载体形系数如下:风荷载标准值:Wk = s1 zWo= 0.8 1.084 0.4 = 0.347KN / MW2k = s2 zW0= 0.4 1.084 0.4= 0.173KN/M作用在排架上的风荷载为:qQWkB=1.4 0.347 6=2.91KN/M q2iQW4kB=1.4 0.173 6 = 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， z按房屋檐口标高 Z=15.1m处计z =1.142FW

7、 =1.4 2.1 (0.8 0.5) 1.5 (-0.6 0.5)1 1.142 0.4 6 = 9.90KN/M风荷载作用示意图如下：3内力计算：1 1刚度：A、B 柱：儿 bh3 0.4 0.4 21.33 10，m412 121 1Il bh3 0.4 0.83 =170.67 10 m412 12I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内力如图：M/Gja (0.5 0.4 -0.15)=298.5 0.05 = 14.925KN MM 2 - -G4A (0.75 -0.4) (G1a G2A) 0.2 - -6

8、7.8 0.35 (298.5 19.2)0.2 =39.81KN MA、B 柱：n 二二 2133 = 0.1251l 170.671 -丸 2(1 丄)由 Ci =1.5 =2.073 11 3( 1)nC3-1.5= 1.131 3( -1)nRi =业Ci4.925 2.07 =2.38KNH 13R2 =叫C3 m3981 1.13=3.46KNH 13V = R R2 =5.84KNn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内力图如下56.7 5672M1 g 0.2 =56.7 0.2 =11.34KNM查表得 Cj =2.07 C3 =1.13M1 2.8

9、35Ri LCi 2.07=0.45KNH 13M2 11.34R2 -C3 1.13=0.99KNH 13V = R1 R2 =1.44KN (j)in吊车竖向荷载:当Dmax作用在A柱，Dmin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内力如图；M2a =474.94 0.35 =166.229KN M 2B =51.01KNA、 B 柱：nIuIi21.33170.67= 0.125-0.30813C3 =1.13R2 十字 6 =罟 1.14.43KN(J)R = R2A R2B - -10.02KN (j)由于A、B柱剪力分配系数 A二B =0.5各柱上的剪力分配值

10、：Va =Va - R2A =5.0114.45 = 9.44KN 3VB =VB R2B =5.01+4.43= 9.44KN (j)在吊车竖向荷载作用下的内力图如下:F ( 当Dmin作用在A柱，Dmax作用在B柱上时，吊车荷载作用见图及在吊车竖向荷载作用下的 内力图如下：474,94W水平刹车力作用下水平刹车力：Tmax =1.4 5.04=7.056KN作用于牛腿顶面1.4米处，当刹车力向右时,用见图如下内力图如下同理得当由于Fn同向作用在A、B柱上，因此排架的横向内力为零，剪力 v - 7.056KN刹车力向左时排架的受力简图 和内力图如下V风荷载的作用将柱顶以上风荷载作集中力作用于

11、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：A、B 柱：n = u 21.33 0.125 - Hh 4 0.308l 170.67 H 133 1 (丄-1)nC11 =0.3318 1 讥1-1)_ n1 1Ra1 (q1 -q2) (2.91 -1.45) 13 0.331 =3.14KN2 21RA2 Fw =0.5 9.9 = 4.45KN2R 二 Ra1 Ra2 =3.14 4.45 二 7.59KN2M =(Fw -R)x q1x V =(Fw -R) q/2VA =40.14KN VB =11.26KN在风荷载作用下的内力图当右风作用时作用简图及内力图如

12、下:20.84152,56汨KN i 二_43A柱在各种荷载作用下的内力见表:吊车竖向作用吊车水平作用风荷载柱号及正向内力荷载种类恒荷载可变荷载Dmax 在 ADmax 在B向右 向左左来风 右来风编号内力图控制截面 I - I M (KN M )8.4352.925 -37.76 -37.76 10.16 -10.16 32.52 -20.84N(KN )317.756.7-n - nM (KN M )-31.375-8.415128.46913.2510.16-10.1632.52-20.84N(KN )385.556.7474.94145.75-川-川M (KN M )21.1854.5

13、4543.509-43.50973.38-73.38275.93-152.56N(KN )471.956.7474.94145.75-V(KN )5.841.44-9.44-9.447.056-7.05640.1411.26柱的内力组合:截面内力+ Mmax及相应一 M max及相应的N、VNmax及相应Nmin及相应的M、V的N、V的M、V组合项数值组合项数值组合项数值组合项数值IM(KN M )1+0.9 x40.341+0.9 x-53.451+0.9 x40.341+0.9 xIN(KN )(2+7)368.73(3+6+8)317.7(2+7)368.73(3+6+8)nM(KN M

14、 )1+0.9 汉122.661+0.9 汉-57.71+0.9 汉115.091+0.9瓦(2+8)C1nN(KN )(3+5+7)812.95(2+8)436.53(2+3+5+7)863.98M (KN M )378.81-221.32378.81N(KN )1+0.9 汉950.381+0.9 汉603.081+0.9 汉950.381+0.9 汉E nV(KN )(2+3+5+7 )41.12(4+6+8)1.13(2+3+5+7)41.12(4+6+8)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 Nb为:上柱：Nb = r fcb bh0 =1 14.3 40

15、0 0.55 36 1132.56KN下柱：Nb = ：r fcb bh0 = 1 14.3 400 0.55 760 = 2390.96KN经比较A柱的所有NNb,所以A柱组合后的内力值均为大偏心受压，对大偏心受压,对称配筋的柱，在“ M ”相差不多时,由此可以确定各柱的最不利内力。M =40.34KN MA柱：1 - I丿N =368.73KN NM =378.81KN M川-川 =950.38KN NV =41.12KN截面纵向配筋计算表:截面I -1I - I川-川川-川M(KN M )40.34-53.45378.81-221.32N(KN)368.73317.7950.38603.

16、08M .、 e = N(mm)109168399367he0取与20mm中的较 30大值20202727C =e +ea(mm)129188426394广 0.5fcA-1 一 N3.13.62.43.79l0 =2.0出上柱l0 =1.0已下柱8899l 0h202011.2511.25戶 0.5 f cAq - c 1 取 13.61 取 12.41 取 13.791 取 1i l 0匚2 =1.15 -0.01 上 h0.950.95112-1+ (dh) g1400ei h01.761.521.611.170.3h0108108228228/8227286686461十 h / 、e

17、 =9 _ +as(mm) 267126326101A A, Ne乓一As fy (h0 -&)21434711952352实配钢筋（mm ）4柱224哲224宜224注221251125112511251A卩侧=仝bh0.39%0.2%0.39%0.2%0.39%0.2%0.39%0.2%P全部=As +As%bh0.78%0.6%0.78%0.6%0.78%0.6%0.78%0.6%即上柱：4 22 下柱：4三223箍筋的配置因柱底剪力较小：Vmax =41.12KN若剪跨比=3则；1.75 1.75ftbho 1.43 400 760 =190.19KN 1 3 1远大于柱底的剪力值（还

18、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$ 10200，柱箍筋加密区取为 $ 101004牛腿的设计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 C1 = 80mm , 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：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 ；Fv 二Dmax GA4 =474.94 67.8 =542.74KNFvk =Dmax,k+GA4,k =

19、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 =0.9Tk =0.9 5.04 =4.536KN Fh 二二 0.9 7.506 = 6.35KN牛腿截面有效高度：h0 二 h - as 二 700 - 40 二 760mm竖向力Fvk作用点位于下柱截面内， a=0牛腿的配筋由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，故该牛腿可按构造要求配筋，纵向钢筋取16,箍筋取 0 8100。牛腿局部受压验算0.75Afc =0.75 400 340 14.3 = 1458.6KN - Fvk，满足要求牛腿纵向受压钢筋的计算因为 a ： O.3h0，取 a =O.3h0

20、 =0.3 660 = 198mmbh 400 7000.2%仝二804 =0.287% oM1 G = 0.9 48 1.2 二 51.84KN M 满足要求。700裂缝宽度验算：从弯矩图上可以看出，只需对上柱 M2处的裂缝宽度进行验算即可。厂=1.1 一0.656ftk te sk =1.1 一0.65 2.01 (0.0 1 5 61 4(7 25=0.5Wmax cr 坐(1.9c 0.08) = 2.1 0.5 140:725 (1.9 30 0.08 丝) cr E/ J 2 105 0.0156满足要求下柱验算：2代=As = 1251mm 受弯承载力验算Mu =360X251

21、汇(76040)=324.26KNM YoM3Yg=0.967.85.2 = 181.28KN（裂缝不需要验算）柱的配筋图:基础设计：由基础梁传至基础顶面的外墙重量的设计值为 Gw ( 370mm厚墙容重取为8KN / M 2)Gw =1.2 16.1 6 -（1.8 4） 4.2 8 = 693.5KN确定基础尺寸；柱插入深 h =0.9h =0.9 800 = 720mm 取 g = 800mm杯底厚度a1 _ 200mm 选a1 = 250mm杯口底垫层为 50mm，则基础的高度即为1100mm，由于杯壁厚度t - 300mm，且大于基础梁宽，取 t = 375mm。基础底面尺寸地基承载

22、力设计值按下式计算f二fk b (b-3厂d o(d -0.5)并由表查的 d =1.0 b = 0，取土平均自重0 =20KN /M 3，则得 f =280 1 20 (1.1 - 0.5) = 292KN/M 2由Nmax的一组荷载，按轴压基础初估其底面尺寸2因该基础为偏心受压，故取A=1.3A=1.3 6.088 = 7.92m 底面选为矩形2 1 2 1 2 3a b =3.8 2.8 =10.64m。则基础底面的 W ba 2.8 3.8 = 6.739m ，6 613 1 3 4I ba 2.8 3.8 = 12.8m12 12基础及其上填土重 G =1.2 oabH =1.2 2

23、0 2.8 3.8 1.1 = 251.328KN.190 0一 1900o 0 寸 TISBW450 800 I n *3JJ00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:M b W W Gwe= 378.81 41.12 1.2 693.5 (0.185 0.4) =833.85KN MNb =口 G Gw =950.38 251.328 693.5 =1895.21KN第二组荷载：M b 二M2 V2hGwe= 221.32 603.08 1.1 -693.5 (0.185 0.4) = 479.01KN M(顺时针)Nb G Gw =603.08 251.328

24、693.5-1547.91KN验算基地应力：计算公式：p；max 二弘-叫；且满足：Pmax 乞 1.2f =1.2 292 =350.4KN/M 2 A w1 2；-(Pmax PminH f =：292KN /M 及Pmin_ 由前：A = a b = 3.8 2.8=10.643W = 6.739m 按上式计算公式的计算结果列于下表:荷载组别PmaxPmin二(Pmax + Pmin )2301.8554.39178.12216.5674.4145.48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大） 。此时，Mb =833.85

25、KN，Nb -G =1895.21 -251.328 =1641.88KN ；则基础底边净反力为:柱边冲切面承载力验算:因 Nb =2.8m R 2h。= 0.4 2 1.16 = 2.72m则A =(a - at -h)b -(b - bt -h。)2 =(3.8 - 0.8 -1.055) 2.8 -(2.8 - 0.4 -1.055)2 = 1.225m2 2 2 2 2 2 2 2 2冲切荷载设计值：Fl =pmax A=278.04 1.22 340.6KN冲切投影面积：A (bt h)h。=(0.4 1.055) 1.05 1.535m2抗冲切承载能力：0.6 ft A =0.6 1.27 1.535 103 =116.67KN R = 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：smax PsminNb -G M b . . , - x 1.9 0.45 ，Ps 二 Psmin ( Psmax - Psmin ) Aw 3.82 8PsU = Psmin - (Psmax - Ps