单层工业厂房课程设计计算书.docx

单层工业厂房课程设计计算书.docx

《单层工业厂房课程设计计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单层工业厂房课程设计计算书.docx（31页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

单层工业厂房课程设计计算书

单层工业厂房结构课程设计计算书

学号:

学院：

水利与建筑

专业：

土木工程

班级：

1103

姓名：

一．设计资料

1.某金工车间，单跨无天窗厂房，厂房跨度L=24m，柱距为6m，车间总长度为120m，中间设一道温度缝，厂房剖面图如图所示：

2.车间内设有两台双钩桥式起重机，吊车起重量为200/50kN。

3.吊车轨顶标高为9.6m。

4.建筑地点：

哈尔滨。

5.地基：

地基持力层为亚粘性层，地基承载力特征值为fak=180kN/m2。

最高地下水位在地表15m。

6.材料：

混凝土强度等级为C30，纵向钢筋采用HRB400级，（360N/mm2）箍筋采用HPB235级。

（300N/mm2）

二.选用结构形式

1.钢屋盖，采用24米钢桁架，桁架端部高度为1.2m,中央高度为2.4m，屋面坡度为

，，屋面板采用彩色钢板，厚4mm。

2.预制钢筋混凝土吊车梁和轨道链接

采用标准图G325，中间跨DL-9Z，边跨DL-9B，梁高

。

轨道连接采用标准图集G325

3.预制钢筋混凝土

取轨道顶面至吊车梁顶面的距离

，故

牛腿顶面标高=轨顶标高-

-

=9.6-1.2-0.2=8.2

查附录12得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.7m,考虑屋架下弦至吊车顶部所需空间高度为220mm,故

柱顶标高=9.6+2.7+0.22=13.52m，

三．柱的各部分尺寸及几何参数

上柱b×h=400mm×400mm（g1=4.0kN/m）

Ai=b×h=1.6×105m2

I1=bh3/12=2.13×109mm4

图1厂房计算简图及柱截面尺寸

下柱bf×h×b×hf=400mm×800mm×100mm×100mm（g2=3.69kN/m）

A2=100×400×2+（800-2×100）×100+2×25×150=1.475×105mm2

I2=5003×100/12+2×（400×1003/12+400×100×3002）+4×（253×150/36+343.752×1/2×100×25）=8.78×1010mm4

n=I1/I2=2.13×109/（8.78×109）=0.248

H1=3.6m；H2=3.6+8.6=12.2m。

λ=H1/H2=3.6/12.2=0.295

四．荷载计算

1.恒荷载

（1）屋盖自重

SBS防水层1.2×0.1=0.12kN/m2

20mm厚水泥砂浆找平层1.2×0.02×20=0.48kN/m2

大型预应力屋面板（包括灌缝重）1.2×1.4=1.68kN/m2

总1g1=3.3kN/m2

屋架1.2×60.5=72.6kN

则作用屋架一段作用于柱顶的自重为：

G1=6×9×3.3+0.5×72.6=214.5kN

（2）柱自重

上柱：

G2=1.2×3.6×4.0=17.28kN

下柱：

G3=1.2×8.6×3.69=38.08kN

（3）吊车梁及轨道自重：

G4=1.2×（30.4+0.8×6）=42.2kN

2.屋面活荷载

由《荷载规范》查得屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，因屋面活荷载大于雪荷载0.4kN（50年一遇），故不考虑雪荷载。

Q1=1.4×0.5×6×12=50.4kN

3.风荷载

由《荷载规范》查得齐齐哈尔地区基本风压为ω0=0.45kN

风压高度变化系数（按B类地面粗糙度取）为

柱顶：

（按H2=11.5m）μz=1.04

檐口处：

（按H2=13.8m）μz=1.11

屋顶：

（按H2=15.4m）μz=1.15

风荷载标准值：

ω1k=βzμs1μzω0=1.0×0.8×1.04×0.45=0.37kN/m2

ω2k=βzμs2μzω0=1.0×0.5×1.04×0.45=0.23kN/m2

则作用于排架上的风荷载设计值为：

q1=1.4×0.37×6=3.15kN/m

q2=1.4×0.23×6=1.97kN/m

Fw=γQ[（μs1+μs2）μzω0h1+（μs3+μs4）μzω0h2]×B

=1.4×[（0.8+0.5）×1.11×0.45×2.3+（-0.6+0.5）×1.15×0.45×1.6]×6=11.85kN（屋面坡度为1/8）

风荷载作用下的计算简图如下图：

图2风荷载作用下计算简图

4.吊车荷载

由附表16-2查得Pk，max=180kN；

Pk，min=1/2（G+g+Q）-Pk，max=1/2（228+200）-180=46.5kN

B=5600mm，K=4400mm

则根据支座反力影响线求出作用于柱上的吊车竖向荷载为：

Dmax=φc*γQ*Pk，max*Σyi=0.9×1.4×180×（1+0.267+0.8+0.067）

=483.99kN

Dmin=φc*γQ*Pk，min*Σyi=0.9×1.4×46.5×（1+0.267+0.8+0.067）

=125.03kN

作用于每一轮子上的吊车横向水平刹车力

Fh1=γQ*ɑ/4（Q+g）=1.4×0.1/4×（200+77.2）=9.702kN

则两台吊车作用于排架柱顶上的吊车横向水平荷载为

Fh=φc*Fh1*Σyi=0.9×9.702×（1+0.267+0.8+0.067）

=18.63kN

五．内力计算

1．恒荷载

（1）屋盖自重作用

因为屋盖自重是对称荷载，排架无侧移，故按柱顶为不动铰支座计算。

由厂房计算简图及柱截面尺寸图取用计算截面图

图3取用计算截面

e1=0.05m,e0=0.15m,G1=214.5kN,根据n=0.248，λ=0.295查表得C1=1.760，C3=1.268，则可得

R=-G1/H2（e1*C1+e0*C3）=-214.5/12.2×（0.05×1.760+0.15×1.268）=-4.97kN（→）

计算时对弯矩和剪力的符号规定为：

弯矩图绘在受拉一边；剪力对杆端而言，顺时针方向为正（

），剪力图可绘在杆件的任意一侧，但必须注明正负号，亦即取结构力学的符号。

这样，由屋盖自重对柱产生的内力如下图：

图4恒荷载内力图

MⅠ=-214.5×0.05+4.97×3.6=7.17kN·m

MⅡ=-214.5×0.15+4.97×3.6=-14.28kN·m

MⅢ=-214.5×0.15+4.97×12.2=28.46kN·m

NⅠ=NⅡ=NⅢ=214.5kN，VⅢ=4.97kN

（2）柱及吊车梁自重作用

由于在安装柱子时尚未吊装屋架，此时柱顶之间无连系，没有形成排架，故不产生柱顶反力；因吊车梁自重作用点距离柱外边缘不少于750mm，则内力如下图4所示：

MⅠ=0，MⅡ=MⅢ=+42.2×0.50-17.28×0.15=18.51kN·m

NⅠ=17.28kN

NⅡ=17.28+42.2=59.48kN

NⅢ=59.48+35.50=94.98kN

2.屋面活荷载作用

因屋面活荷载与屋盖自重对柱的作用点相同，故可将屋盖自重的内力乘以下列系数，即得屋面活荷载内力分布图如图4所示，其轴向压力及剪力为：

Q1/G1=50.4/214.5=0.235

NⅠ=NⅡ=NⅡ=50.4kN，VⅡ=0.235×4.97=1.168kN

3.风荷载作用

为计算方便，可将风荷载分解为对称及反对称两组荷载。

在对称荷载作用下，排架无侧移，则可按上端为不动铰支座进行计算；在反对称荷载作用下，横梁内力等于零，则可按单根悬臂柱进行计算。

图5柱作用正风压图

当柱顶作用集中风荷载Fw时，

当墙面作用均布风荷载时，查表得C11=0.355，则得

R3=C11·H2·1/2（q1-q2）=0.355×12.2×1/2×（3.15-1.97）=2.56kN

当正风压力作用在A柱时横梁内反力R：

R=R1+R3=8.49kN

A柱内力图如图6所示，其内力为

M=（Fw-R）x+1/2q1x2

MⅠ=MⅡ=（11.85-8.49）×3.6+1/2×3.15×3.62=36.07kN·m

MⅢ=（11.85-8.49）×12.2+1/2×3.15×12.22=275.42kN·m

NⅠ=NⅡ=NⅢ=0

VⅢ=（Fw-R）+q1x=（11.85-8.49）+3.15×12.2=42.14kN

　　　　　　　　图６　Ａ柱作用正风压　　　　　　　　　　图７　Ａ柱作用负风压

当负风压力作用在Ａ柱时（如图７所示），其内力为

　　　　　　　　　M=-Rx－1/2q２x2

MⅠ=MⅡ=-8.49×3.6－1/2×1.97×3.62=-43.33kN·m

MⅢ=-8.49×12.2－1/2×1.97×12.22=-250.19kN·m

NⅠ=NⅡ=NⅢ=0

VⅢ=-R-q2x=-8.49-3.15×12.2=-32.52kN

4．吊车荷载

（1）当Dmax值作用于A柱（如图8-a所示）

根据n=0.248，λ=0.295查表得C3=1.268。

吊车轮压与下柱中心线距离按构造要求取e4=0.35m，则得排架柱上端为不动铰支座时的反力值为：

R1=-Dmax·e4·C3/H2=-483.99×0.35×1.268/12.2=-25.15kN（←）

R2=-Dmin·e4·C3/H2=-125.03×0.35×1.268/12.2=6.50kN（→）

故R=R1+R2=-25.15+6.50=-18.65kN（←）

再将R值反向作用于排架柱顶，按剪力分配进行计算。

由于结构对称，故各柱剪力分配系数相等，即μA=μB=0.5。

（如图8-b所示）各柱的分配剪力为：

V‘A=-V‘B=μAR=0.5×18.65=9.33kN（→）

最后各柱顶总剪力为：

VA=V‘A-R1=9.33-25.15=-15.82kN（←）

VB=V‘B-R2=9.33+6.50=-15.83kN（→）

图8吊车竖向荷载作用时柱顶剪力（a）上端为不动铰支座时（b）柱顶作用R时

则A柱的内力为：

（如图9-a所示）

MⅠ=-VA·x=-15.82×3.6=-56.95kN·m

MⅡ=-VA·x+Dmax·e4=-56.95+483.99×0.35=185.05kN·m

MⅢ=-15.82×12.2+483.99×0.5=48.99kN·m

NⅠ=0kN

NⅡ=NⅢ=483.99kN

VⅢ=VA=-15.82kN（←）

图9吊车竖向荷载对A柱内力图（a）当Dmax作用于A柱时（b）当Dmin作用于A柱时

（2）当Dmin值作用于A柱时（如图9-b所示）

MⅠ=-VA·x=-15.82×3.6=-56.95kN·m

MⅡ=-VA·x+Dmin·e4=-56.95+125.03×0.35=5.57kN·m

MⅢ=-15.82×12.2+125.03×0.35=-130.49kN·m

NⅠ=0kN

NⅡ=NⅢ=125.03kN

VⅢ=VA=-15.82kN（←）

（3）当Fh值自左向右作用时（→）

由于Fh值同向作用在A、B柱上，因此排架的横梁内力为零，则得A柱的内力：

（如图10所示）

图10吊车横向水平作用（a）吊车横向水平作用于排架（b）横向水平作用时

MⅠ=MⅡ=Fhx=18.63×1.0=18.63kN

MⅢ=18.63×（9+0.6）=178.8kN·m

NⅠ=NⅡ=NⅢ=0

VⅢ=Fh=18.63kN（←）

（4）当Fh值自右向左作用时（←）

其内力值与当Fh值自左向右作用时相同，但方向相反。

六．内力组合

单跨排架的A柱与B柱承受荷载的情况相同，故仅对A柱在各种荷载作

用下的内力进行组合。

表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表，表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合，表3为A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合及准永久组合。

表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表

荷载种类

恒荷载

屋面活荷载

风荷载

吊车荷载

左风

右风

荷载编号

1

2

3

4

5

6

7

8

Ⅰ-Ⅰ

7.17

1.68

36.07

-43.33

-56.95

-56.95

18.63

-18.63

231.78

50.4

5.98

1.4

25.76

-30.95

-40.68

-40.68

13.31

-13.31

193.15

36.0

Ⅱ-Ⅱ

4.23

-3.54

36.07

-43.33

185.05

5.57

18.63

-18.63

274.9

50.4

483.99

125.03

3.53

-2.53

25.76

-30.95

132.18

3.99

13.31

-13.31

229.08

36.0

345.71

89.31

Ⅲ-Ⅲ

46.97

6.69

275.42

-250.19

48.99

-130.49

178.85

-178.85

273.98

50.4

483.99

125.03

4.97

1.168

42.14

-32.52

-15.82

-15.82

18.63

-18.63

39.14

4.78

194.19

-175.96

34.99

-93.21

127.75

-127.75

228.32

36．0

345.71

89.31

4.14

0.83

29.66

-23.06

-11.3

-11.3

13.31

-13.31

注：

（1）内力的单位是kN·m，轴力的单位是kN，剪力的单位是kN；

（2）表中弯矩和剪力符号对杆端以顺时针为正，轴向力以压为正；

（3）表中第1项恒荷载包括屋盖自重、柱自重、吊车梁及轨道自重；

（4）组合时第3项与第4项、第5项与第6项、第7项与第八项二者不能同时组合；

（5）有Fh作用时候必须有Dmax或Dmin同时作用。

表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合

组合

荷载

组合内

力名称

Ⅰ-Ⅰ

Ⅱ-Ⅱ

Ⅲ-Ⅲ

由可变荷载效应控制的组合

（简化规则）

1+0.9（2+3）

1+0.9（3+5+7）

1+0.9（2+3+5+7）

32.62

277.14

220.00

710.49

505.93

754.93

46.48

1+0.9（4+6+8）

1+0.9（2+4+6+8）

1+0.9（4+6+8）

-99.85

231.78

-49.71

432.79

-456.61

386.51

-55.30

1+0.9（2+4+6+8）

1+0.9（2+3+5+7）

1+0.9（2+3+5+7）

-98.34

277.14

216.82

755.85

505.93

754.93

46.48

1+0.9（4+6+8）

1+0.9（4+6+8）

1+0.9（4+6+8）

-99.85

231.78

-46.52

387.43

-456.61

386.51

-55.30

注：

由永久荷载效应控制的组合：

其组合值不是最不利，计算从略。

表3A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合

组合

荷载

组合内

力名称

Ⅰ-Ⅰ

Ⅱ-Ⅱ

Ⅲ-Ⅲ

由可变荷载效应控制的组合

（简化规则）

值：

活：

0.7；风：

0.6；吊车：

0.7

1+3+0.7×2

1+5+0.6×3+0.7×7

1+3+0.7（2+5+7）

32.72

218.35

160.48

574.79

350.59

495.52

35.79

1+4+0.7（6+8）

1+4+0.7（2+6+8）

1+4+0.7（6+8）

-76.89

193.15

-35.72

316.80

-291.49

290.84

-36.15

1+3+0.7×2

1+5+0.6×3+0.7（2+7）

1+5+0.6×3+0.7（2+7）

32.72

218.35

158.71

599.99

283.42

599.23

20.35

1+4+0.7（6+8）

1+4+0.7（6+8）

1+4+0.7（6+8）

-76.89

193.15

-33.94

291.60

-291.49

290.84

-36.15

注：

对准永久组合计算，其值要小于标准组合时的相应对应计算值，故在表中从略。

七．柱子设计

1.上柱配筋计算

从表2中选取两组最不利的内力

M1=-99.85kN·m；N1=231.78kN。

M2=-98.34kN·m；N2=277.14kN。

（1）先按M1，N1计算

l0/h=2×3600/400=18>5,故需要考虑纵向弯曲影响，其截面按对称配筋计算，偏心距为：

e0=M1/N1=99.85/231.78=0.431m

ea=h/30=400/30=13.33mm≤20mm，取20mm

ei=e0+ea=431+20=451mm

ζ1=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.6×105/（231.78×103）=4.9>1.0

取ζ1=1.0

又l0/h=18>15，故取ζ2=1.15-0.01·l0/h=1.15-0.01×18=0.97

η=1+

ζ1ζ2=1+

×1.0×0.97=1.199

ηei=1.199×451=532.75mm>0.3h0=109.5mm

故按大偏心受压计算

则e=ηei+h/2-as=532.75+400/2-35=697.75mm

ζb=0.482

N≤ɑ1fcbh0ζ

ζ=N/（ɑ1fcbh0）=231.78×103/（1.0×14.3×400×365）=0.111<ζb

ζh0=0.111×365=40.5mm<2as’=70mm

不满足

取x=2as’=70mm，则ζ=2as’/h0=70/365=0.192

As=As’=[Ne-ɑ1fcbh02ζ（1-0.5ζ）]/[fy（h0-as）

e=ηei+h/2-as’=532.75+400/2-35=697.75mm

As=[231.78×103×697.75-1.0×14.3×400×3652×0.192×（1-0.5×0.192）]/[360×（365-35）]=247.96mm2

因As=247.96mm2<ρminbh=0.002×400×400=320mm2

取As=320mm2

配置2φ20（As=628mm2）

（2）再按M2，N2计算（M2=-98.34kN·m；N2=277.14kN）

e0=M2/N2=99.34/277.14=0.358m

ea=h/30=400/30=13.33mm≤20mm，取20mm

ei=e0+ea=358+20=378mm

ζ1=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.6×105/（277.14×103）=4.1>1.0

取ζ1=1.0

又l0/h=18>15，故取ζ2=1.15-0.01·l0/h=1.15-0.01×18=0.97

η=1+

ζ1ζ2=1+

×1.0×0.97=1.233

ηei=1.233×378=466.07mm>0.3h0=109.5mm

故按大偏心受压计算

则e=ηei+h/2-as=466.07+400/2-35=631.07mm

ζb=0.482

N≤ɑ1fcbh0ζ

ζ=N/（ɑ1fcbh0）=277.14×103/（1.0×14.3×400×365）=0.133<ζb

ζh0=0.133×365=48.5mm<2as’=70mm

不满足

取x=2as’=70mm，则ζ=2as’/h0=70/365=0.192

As=As’=[Ne-ɑ1fcbh02ζ（1-0.5ζ）]/[fy（h0-as）

e=ηei+h/2-as’=466.07+400/2-35=631.07mm

As=[277.14×103×631.07-1.0×14.3×400×3652×0.192×（1-0.5×0.192）]/[360×（365-35）]=358.82mm2

因As=358.82mm2>ρminbh=0.002×400×400=320mm2

取As=358.82mm2

配置2φ20（As=628mm2）

综合两组计算结果，最后上柱钢筋截面面积每侧选用（2φ20（As=628mm2））

2.下柱配筋计算

从表2中选取两组最不利的内力

M1=-456.61kN·m；N1=386.51kN。

M2=505.93kN·m；N2=754.93kN。

（1）先按M1，N1计算

l0/h=8600/800=10.75>5,故需要考虑纵向弯曲影响，其截面按对称配筋计算，其偏心距为：

e0=M1/N1=456.61/386.51=1.181m

ea=h/30=800/30=26.67mm>20mm

ei=e0+ea=1181+26.67=1207.67mm

ζ1=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.475×105/（386.51×103）=2.73>1.0

取ζ1=1.0

又l0/h=10.75<15，故取ζ2=1.0

η=1+

ζ1ζ2=1+

×1.0×1.0=1.059

则e=ηei+h/2-as=1278.92+800/2-35=1643.92mm

先按大偏心受压计算相对受压区高度x，并假定中和轴通过翼缘，则有，x

14.3×400）=67.57mm<ζbh0=0.55×765=420.75mm

As=As’=[Ne-ɑ1fcbf’x（h0-0.5x）]/[fy（h0-as）]=[386.51×103×1643.92-1.0×14.3×400×67.57×（765-0.5×67.57）]/[360×（765-35）]=1342mm2>ρminA=0.002×1.475×105mm2=295mm2

（2）再按M2，N2计算（M2=505.93kN·m；N2=754.93kN）

e0=M2/N2=505.93/754.93=0.670m

ea=h/30=800/30=26.67mm>20mm

ei=e0+ea=670+26.67=696.67mm

ζ1=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.475×105/（754.93×103）=1.397>1.0

取ζ1=1.0

ζ2=1.0

η=1+

ζ1ζ2=1+

×1.0×1.0=1.102

则e=ηei+h/2-as=1.102×696.67+800/2-35=1133mm

先按大偏心受