单层工业厂房课程设计.pdf

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三峡大学土木与建筑学院单单层层工工业业厂厂房房课课程程设设计计班级：

20111044姓名：

徐兵学号：

2011104430教师：

徐港时间：

2014年12月31日三峡大学土木与建筑学院目目录录11设计条件与资料设计条件与资料.122结构构件选型与截面尺寸确定结构构件选型与截面尺寸确定.133荷载计算荷载计算.33.1恒载.33.2屋面活荷载.43.3风荷载.43.4吊车荷载.544排架内力分析排架内力分析.64.1恒载作用下排架内力分析.74.2屋面活荷载作用下排架内力分析.84.3风荷载作用下排架内力分析.94.4吊车荷载作用下排架内力分析.1055内力组合内力组合.1366柱截面设计柱截面设计.146.1选取控制截面最不利内力.146.2上柱配筋计算.156.3下柱配筋计算.166.5柱箍筋配置.176.6牛腿设计.176.7柱的吊装验算.1877基础设计基础设计.217.1作用于地基顶面上的荷载计算.217.2基础尺寸及埋置深度.227.3基础高度验算.237.4基础底板配筋计算.25参考文献参考文献三峡大学土木与建筑学院第-1-页共-27-页11设计条件与资料设计条件与资料某机械厂的金工车间为单跨工业厂房，跨度为24m，柱距均为6m，车间总长度72m。

该跨设有200/50kN吊车2台，吊车工作等级为A5级，厂房室内地坪标高为0.000，室外地坪标高为-0.15m，室内地面至基础顶面的距离为0.5m，牛腿顶面标高为8.7m，吊车轨道顶高度为9.900m，柱顶标高为12.6m，檐口标高为14.9m，屋顶标高为16.4m。

柱间钢窗下窗洞口为3.6m4.8m；上窗洞口为3.6m1.8m。

其窗台标高分别为1m和9.8m。

采用卷材防水屋面，370mm厚双面清水围护砖墙，素混凝土地面，厂房建筑剖面如图1所示。

厂房所在地点的基本风压0.40kN/m2，地面粗糙度为A类；基本雪压为0.40kN/m2，修正后的地基承载力特征值为240kN/m2。

活荷载和吊车荷载组合值系数7.0c；风荷载组合值系数取0.6。

吊车荷载准永久值系数6.0q，活荷载和风荷载准永久值系数均为0q。

要求进行排架结构设计（不考虑抗震设防）。

22结构构件选型与截面尺寸确定结构构件选型与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。

厂房各主要构件选型见表1。

图图11厂房剖面图厂房剖面图三峡大学土木与建筑学院第-2-页共-27-页表表11主要承重构件选型表主要承重构件选型表构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值屋面板G410

（一）1.5m6m预应力混凝土屋面板YWB-31.40kN/m2（包括灌缝重）屋架G415（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度24m）YWJA-24-2C109kN/榀0.05kN/m2（包括屋盖支撑系统）吊车梁G425先张法预应力钢筋混凝土吊车梁（吊车工作级别A5）YXDL6-644.2kN/根轨道连接G325吊车轨道连接详图DGL-140.808kN/根基础梁G320钢筋混凝土基础梁JL-2223.4kN/根由图1可知柱顶标高为12.6m，牛腿顶面标高为8.7m，设室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H，下柱lH和上柱高度uH分别为：

mmmH1.135.06.12mmmHl2.95.07.8mmmHu9.32.191.13根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱截面尺寸，见表2。

表表22柱截面尺寸及相应的计算参数柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/（kN/m）A,B上柱矩4004001.610521.31084.0下柱I4009001001501.875105195.1381084.69选取1榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2所示。

三峡大学土木与建筑学院第-3-页共-27-页图图22计算单元和计算简图计算单元和计算简图33荷载计算荷载计算3.13.1恒载恒载

（1）屋盖恒载三毡四油防水层，绿豆砂护面0.40kN/m220mm厚水泥砂浆找平层20kN/m30.02m=0.40kN/m2100mm厚珍珠岩砼保温层11kN/m30.1m=1.10kN/m220mm厚水泥砂浆找平层20kN/m30.02m=0.40kN/m2屋面板自重（包括灌缝）1.40kN/m2合计3.70kN/m2屋架重力荷载为109kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值385.08kN109kN/2）24m/26m（3.7kN/m1.221G

（2）吊车梁及轨道重力荷载设计值58.86kN6m）808kN/m.0（44.2kN1.23G（3）柱自重重力荷载设计值上柱18.72kN3.9m4.0kN/m1.244BAGG下柱51.78kN9.2m4.69kN/m1.255BAGG各项恒载作用位置如图3所示三峡大学土木与建筑学院第-4-页共-27-页图图33荷载作用位置图（单位：

荷载作用位置图（单位：

kNkN）3.23.2屋面活荷载屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.730kN/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：

73.584kN24m/26m0.730kN/m1.421Q1Q的作用位置与1G作用位置相同，如图3所示。

3.33.3风荷载风荷载风荷载标准值按式0zszk计算，其中200.40kN/m，0.1zz根据厂房各部分标高（图1）及A类地面粗糙度由混凝土结构设计附表5.1确定如下：

柱顶（12.60m+0.15m=12.75m）4570.1z檐口（14.90m+0.15m=15.05m）5214.1z屋顶（16.40m+0.15m=16.55m）5634.1zs如图4a所示，由式0zszkw可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：

2210.466kN/m0.4kN/m1.45700.81.0kw三峡大学土木与建筑学院第-5-页共-27-页2220.291kN/m0.4kN/m1.45700.51.0kw图图44风荷载体型系数及排架计算简图风荷载体型系数及排架计算简图作用于排架计算简图4b上的风荷载设计值为：

3.916kN/m6.0m0.466kN/m1.421q2.448kN/m6.0m0.291kN/m1.422qBhhF0z2zs4s31zs2s1Qw14.50kN6.0m0.4kN/m1.01.5m1.56340.5）0.6（2.3m1.52140.50.81.423.43.4吊车荷载吊车荷载由混凝土结构设计表2.5.1可得200/50kN吊车的参数为：

kN54,kN521200kN,78kN,m40.4,m55.5minp,maxp,FFQgKB根据B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5所示。

三峡大学土木与建筑学院第-6-页共-27-页图图55吊车荷载下支座反力影响线吊车荷载下支座反力影响线

（1）吊车竖向荷载由公式iyFDmaxpi,maxiyFDminpi,min可得吊车竖向荷载设计值为：

647.15kN0.075）0.2670.808（1.0215kN1.4maxp,QmaxiyFD45kN.1350.075）0.2670.808（1.0kN541.4minp,QminiyFD

（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按公式gQT41计算6.95kN78kN）（200kN0.14141gQT作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值20.92kN2.156.95kN1.4QmaxiyTT44排架内力分析排架内力分析该厂房为单跨排架，可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按公式niii1/1/1计算，结果见表3。

三峡大学土木与建筑学院第-7-页共-27-页表表33柱剪力分配系数柱剪力分配系数柱别luIIn/HHu/）1/1（1/330nClEICH03/iii/1/1A,B柱982.0109.0nEHCBA310010208.0466.25.0BA4.14.1恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图6a所示。

图中的重力荷载G及力矩M是根据图3确定的，即：

kNGG08.85311;77.58kN18.72kN58.86kN4A32GGG51.78kNA53GGm19.25kN0.05m385.08kN111eGMmkNeGeGGMA29.833.068.8525.0）72.1808.853（330412由于图6a所示排架结构无侧移，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iR可根据混凝土结构设计表2.5.2所列的相应公式计算。

对于A,B柱，910.0n982.0，则124.1111123,218.211111123323321nCnnC）（10.27kN13.1m1.124m83.29kN2.128m19.25kN3211CHMCHMRA）（27kN.10BR求得iR后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。

柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图6b,c。

图6d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。

三峡大学土木与建筑学院第-8-页共-27-页图图66恒载作用下排架内力图恒载作用下排架内力图4.24.2屋面活荷载作用下排架内力分析屋面活荷载作用下排架内力分析A,B跨作用屋面活荷载，排架计算简图如图7所示。

其中584kN.731Q，它在柱顶及变阶处引起的力矩为m3.68kN0.05m73.584kNA1M，m18.40kN0.25m73.584kNA2M对于A,B柱，128.21C,124.13C,则）（617.213.1m1.124m18.40kN2.128m3.68kN3A211BAkNCHMCHMRR）（-2.176kBNR三峡大学土木与建筑学院第-9-页共-27-页图图7AB7AB跨作用屋面活荷载时排架内力图跨作用屋面活荷载时排架内力图4.34.3风荷载作用下排风荷载作用下排架内力分析架内力分析

（1）左风吹时计算简图如图8.1所示。

对于A,B柱，910.0n，982.0，由混凝土结构设计表2.5.2所得：

328.0111811133411nnC16.84kN0.32813.1m3.92kN/m111AHCqR（）0.53kN10.32813.1m2.45kN/m112BHCqR（）41.87kN15.50kN10.53kN16.84kNwBAFRRR（）各项顶剪力分别为：

4.10kN41.87kN0.516.84kNAAARRV（）40kN.0141.87kN0.53kN5.01BBBRRV（）三峡大学土木与建筑学院第-10-页共-27-页图图88.1.1左吹风时排架内力图左吹风时排架内力图

（2）右风吹时由于单跨，与左风吹情况相同，内力反向，计算简图和内力图如图8.2图图8.28.2右吹风时排架内力图右吹风时排架内力图4.44.4吊车荷吊车荷载作用下排架内力分析载作用下排架内力分析

（1）maxD作用于A柱三峡大学土木与建筑学院第-11-页共-27-页计算简图如图9a所示，其中吊车竖向荷载maxD，minD在牛腿顶面处引起的力矩为m194.15kN0.3m647.15kN3maxAeDMm40.64kN0.3m135.45kN3minBeDM对于A柱，124.13C，则16.66kN1.12413.1mm194.15kN3AACHMR（）对于B柱49kN.31.12413.1mm40.64kN3BBCHMR（）13.17kN49kN.316.66kNBARRR（）排架各柱剪力分别为10.08kN13.170.516.66kNAAARRV（）10.08kN13.170.53.49kNBBBRRV（）排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图9所示。

图图9D9Dmaxmax作用在作用在AA柱时排架内力图柱时排架内力图

（2）maxD作用在B柱计算简图如图10a所示，将“maxD作用在A柱”的情况的A,B柱内力对换，并注意改三峡大学土木与建筑学院第-12-页共-27-页变符号，渴求的maxD作用于B柱时各柱的内力。

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图10b,c所示。

图图10D10Dmaxmax作用在作用在BB柱时排架内力图柱时排架内力图（3）maxT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11a所示。

对于A柱，910.0n，982.0，由混凝土结构设计表2.5.3得692.09.3/）2.19.3（，则594.011123212323235nnC12.43kN0.59420.92kN5maxBACTRR（）排架柱顶总反力R为：

kNkNkNRRR86.2443.1243.12BA考虑厂房整体空间作用：

85.01.86kN24.86kN0.850.512.43kNABARRVV（）排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图11b所示。

当maxT方向相反时弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。

三峡大学土木与建筑学院第-13-页共-27-页图图11T11Tmaxmax作用在作用在ABAB柱时排架内力图柱时排架内力图55内力组合内力组合由于排架单元为对称结构，可仅考虑A柱截面，表4为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表，表5为A柱内力组合表。

表表4A4A柱内力设计值汇总表柱内力设计值汇总表柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载maxD作用在A柱maxD作用在B柱左风右风序号M20.824.81-39.31-39.3117.8545.80-59.19N403.8073.5800000M-62.48-13.59154.841.3317.8545.80-59.19N462.6673.58647.15135.45000M32.046.4362.10-91.41193.20390.07-346.46N514.4473.58647.15135.45000V10.272.18-10.08-10.0819.0655.45-42.50注：

M（单位为mkN），N（单位为kN），V（单位为kN三峡大学土木与建筑学院第-14-页共-27-页表表5A5A柱内力组合表柱内力组合表截面+Mmax及相应的N,V-Mmax及相应的N,VNmax及相应的M,VNmin及相应的M,V备注-M+0.7*69.981.2+0.7*0.9*（+）-77.851.35/1.2+0.7*26.81/1.2+63.15qM17.35kNmqN=336.5kNN455.31336.50505.78336.50-M1.2+0.9*+0.7*0.9*+0.6*126.01+0.7*+0.7*0.9*（+）-141.59+0.9*+0.7*+0.7*0.9*+0.6*106.09/1.2+-111.26N967.99599.501096.60385.55-M+0.7*+0.7*0.9*（+）587.45/1.2+0.7*0.9*（+）-499.06+0.9*+0.7*+0.7*0.9*+0.6*448.19/1.2+416.77qM26.70kNmqN=428.7kNN973.65514.031148.38428.70V72.90-52.3048.0064.01kM423.42-348.85323.95305.32kN756.71489.65881.52428.70kV53.30-34.9135.5148.17注：

M（单位为mkN），N（单位为kN），V（单位为kN）66柱截面设计柱截面设计以A柱为例，混凝土强度等级为52C，2c11.9N/mmf，2tk1.78N/mmf，纵向钢筋采用HRB335级钢筋，2yy300N/mmff，505.0b，上下柱均采用对称配筋。

（1）选取控制截面最不利内力对上柱，截面有效高度取mmmmmmh360040040,则大偏心和小偏心受压界限破坏时对应的轴向压力为kNbhfNbcb48.942505.03600049.110.101由表5可见，上柱-截面共有4组不利组合，4组内力均满足bNN=942.48kN，故均为大偏心受压。

对这4组内力，按照“弯矩相差不多时，轴力越小越不利；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则，可确定上柱的最不利内力为mkNM85.-77kNN6.5033对下柱，截面的有效高度取mmmmmmh860040090,则大偏心和小偏心受压三峡大学土木与建筑学院第-15-页共-27-页界限破坏时对应的轴向压力为kNhbbbhfNffbcb37.1098015）001004（505.08600019.110.1）（01由表5可见，下柱-和-有8组不利内力，均满足bNN=1098.37kN。

对这8组内力采用与上柱-截面相同的分析方法，可得下柱的最不利内力为mkNM77.416kNN70.428

（2）上柱配筋计算上柱的最不利内力为mkNM85.-77kNN6.5033查由附表11.1，可得有吊车厂房排架方向柱的计算长度为mmHlu8.79.30.20.200.1829.2106.5033004004/9.115.05.032NmmmmmmNNAfcc（取0.1c）mmh13300043020mm,（取ae=20mm）mmmmNmmNeNMeeeaai25120106.50331085.7736001.3641.0400mm7800mm360mm251mm1500111500112200cishlhemkNMMs155.10685.77643.10mmNmmNeNMeeeaai33520106.503310155.106360mmmmmmmmaheesi5490420043352196.0360004/9.110.1106.50392301mmmmmmNNbhfNc033000930aemmmmhmmmmNmmNeNMeeeaai1002031070.4281077.41636001.0601.0900mm9200mm860mm1002mm1500111500112200cishlhemkNmkNMMs78.44177.416060.10mmNmmNeNMeeeaai1061031070.4281078.441360mmmmmmmmaheesi471104200910612先假设中和轴在受压翼缘内）150（90400/9.110.11070.428231mmhhmmmmmmNNbfNxfffc2763mm300N/mm400mm400mm11.9N/mm0.950.9）（9.0222sycuAfAfN78kN）.505N（N2019.34kNmaxmax三峡大学土木与建筑学院第-17-页共-27-页且mmmmaxs804022，为大偏心受压构件，受压区在受压翼缘内，则）（）2（001syfcssahfxhxbfNeAA224min22233601018002.01144）40860（/300）290860（190400/9.110.114711070.428mmmmAmmmmmmmmNmmmmmmmmmmNmmN选用185（21272mmsA）。

验算垂直于弯矩作用平面内的受压承载力，则331212）2（121fffxbhbhhI33330040151212001）0152009（121mmmmmmmmmm481050.16mmmmmmmmAIixx7.9510181050.1624489.677.9500928.08.00mmmmiHilxlx067.0）（9.0sycuAfAfN）21272/3001018/11.9（0.7070.932342mmmmNmmmmNkNNkN60.109696.1845max（4）柱的裂缝宽度验算规范规定，对55.0/00he的柱应进行裂缝宽度验算。

由表5可知，按荷载准永久组合计算时，上柱及下柱的偏心距分别为mm98155.0mm251050.3361017.350360hNmmNNMeqqmm73455.0mm261070.4281026.700360hNmmNNMeqq故不需要进行裂缝宽度验算。

（5）柱箍筋配置非抗震地区的单层厂房柱，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2008箍筋，加密区为1008。

（6）牛腿设计根据吊车梁支撑位置，截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图12所示。

其中牛腿截面宽度b=400mm，牛腿截面高度h=600mm,h0=560mm三峡大学土木与建筑学院第-18-页共-27-页牛腿截面高度验算按式00tkvkhkvk/5.05.01habhfFFF验算，其中65.0,2tk1.78N/mmf,0hkF（牛腿顶面无水平荷载），0130mm20mm150mma，取0a；按下式确定：

511.30kN1.258.86kN1.4647.15kNG3QmaxvkGDFvk200tkvkhk518.34kN0.5560mm400mm1.78N/mm0.65/5.05.01FhabhfFF故牛腿截面高度满足要求。

图图1212牛腿尺寸简图牛腿尺寸简图牛腿配筋计算由于0130mm20mm150mma,因此该牛腿可按构造要求配筋，根据构造要求，2mins80mm4600mm400mm0.002bhA。

实际选用144（sA2616mm）。

水平箍筋选用1008。

（7）柱的吊装验算内力计算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。

由混凝土结构设三峡大学土木与建筑学院第-19页共-27-页计表2.4.6可得柱插入杯口深度为810mm900mm9.01h，取850mm1h，则吊装时总长度为13.95m0.85m9.2m3.9m，计算简图如图13所示。

图图1313柱吊装计算简图柱吊装计算简图柱吊装阶段的荷载为柱自重荷载（应考虑动力系数），即7.20kN/m4.0kN/m1.21.521kG1qq18kN/m）25kN/m0.14.0（1.21.532kG2qq44kN/m.84.69kN/m1.21.523kG3qq在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为：

m54.76kNm3.97.20kN/m2121222u11HqM2222m0.67.20kN/m18.00kN/m210.6m）（3.9m7.20kN/m21M由02122333ABMlqlRM