《混凝土结构课程设计2单层厂房结构设计》任务书.docx
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《混凝土结构课程设计2单层厂房结构设计》任务书
《混凝土结构课程设计
（2）-单层厂房结构设计》任务书
《混凝土结构课程设计
（2）-单层厂房结构设计》指导书
青岛理工大学土木工程学院
混凝土、结构教研室
2015年5月
《混凝土结构课程设计
（2）-单层厂房结构设计》任务书
一．设计题目
装配车间单跨单层厂房（工作级别为A5级）。
二．设计目的
1．熟悉装配式单层工业厂房的结构构成及一般设计过程；
2．掌握排架结构、内力计算及其组合方法；
3．掌握排架柱、独立基础的设计计算方法及构造要求；
4．掌握标准构件的选用方法；
5．掌握钢筋混凝土结构施工图的表达方式、制图规范、提高绘图能力；
6．学习绘制钢筋材料表。
三．设计内容及要求
（一）设计计算说明书的编制
依据有关规范、文献，进行结构选型、结构布置、结构设计计算。
主要包括如下内容：
1．进行结构选型、结构布置方案的说明；
2．进行构件选择,主要包括屋架、屋面板、天窗架、屋架（托架）、基础梁、吊车梁等；
3．确定排架柱的上下柱高度、截面尺寸、材料强度等级等；
4．确定计算单元及计算简图；
5．计算排架所受的各种荷载；
6．选取柱控制截面，计算各种荷载下的排架内力及其组合；
7．进行柱及牛腿的配筋设计，柱下独立基础的设计；
（二）绘制结构施工图及钢筋材料表：
1．柱模板图、柱配筋图及钢筋材料表；
3．基础模板及配筋详图。
（三）完成成果要求：
1．设计计算书一份。
2．绘制结构施工图一张A2号图纸。
四．设计原始资料
1．该车间为单跨有天窗厂房，柱距为6m。
厂房长度分为78m和120m（设缝）两种，构造要求按抗震设防6度考虑（不考虑地震作用），厂房跨度为L,吊车跨度为Lk。
2．每跨设有两台软钩桥式吊车，吊车起重量及轨顶标高见表1，吊车有关数据见表2、表3。
3．每个班按3-5人一个小组进行分配。
见表1。
每个小组内可按地面粗糙度不同（A、B、C、D）、有或无天窗、不同厂房长度等继续细化，达到每人一题的目标。
基本风压及基本雪压按50年重现期计算，查荷载规范。
每个班的分组由指导老师确定。
4．工程地质及水文地质情况：
厂址位于风化剥蚀准平原，地势平坦。
厂区地层自上而下为杂填土、花岗岩残积土、强风化岩、中风化岩。
其中杂填土的厚度为0.5m，花岗岩残积土的厚度大于3m，地基承载力特征值为200kPa，作为持力层，忽略宽度及深度的影响。
厂区地下水位较低，且无腐蚀性。
5．建筑材料供应条件：
建厂所用的水泥、钢材、砖、石、石灰等可以保证供应。
6．现场可以提供吊装机械进行厂房柱的吊装施工。
7．厂房建筑构造要求：
（1）屋面：
改性沥青油毡防水层；
20mm水泥砂浆找平层；
100mm厚膨胀珍珠岩保温层；
20mm水泥砂浆找平层；
预应力混凝土大型屋面板。
（2）墙体为240mm厚蒸压粉煤灰砖墙，水泥砂浆抹面，塑钢窗，钢木大门。
（3）地面：
室内为混凝土地面，室内外高差为150mm。
8．材料选用
结构用混凝土强度等级可选C20、C25、C30、C35、C40、C45，柱中受力主筋及基础底板钢筋为HRB335或HRB400，箍筋为HPB300，由各组的同学具体选择。
表1分组情况一览
分组
地区
厂房长度（m）
厂房跨度L（m）
轨顶标高（m）
吊车起重量（kN）
1
青岛
78、120
18
9.60
150/30;50
2
济南
78、120
18
10.02
200/50;100
3
莱阳
78、120
21
9.60
150/30;150/30
4
惠民
78、120
21
10.02
200/50;150/30
5
日照
78、120
24
9.60
200/50;100
6
威海
78、120
24
10.02
150/30;100
7
龙口
78、120
24
9.60
200/50;200/50
8
泰安
78、120
18
10.02
200/50;100
9
德州
78、120
21
9.60
150/30;150/30
10
海阳
78、120
18
9.60
150/30;100
11
菏泽
78、120
21
9.60
150/30;150/30
表2电动单钩桥式吊车数据
起重量
Q
吊车宽度B
跨度
Lk
起升高度
Pmax
Pmin
小车重
g
吊车重量
大车轮距
K
大车底面至轨道顶面的距离
轨道顶面至小车顶面的距离
轨道中心至吊车外缘的距离
操纵室底面至主梁底面的距离
kN
mm
m
m
kN
kN
kN
kN
mm
mm
mm
mm
mm
50
4650
16.5
12
76
27.5
21.0
164
3500
226
1870
230
2170
5150
22.5
90
41
214
4000
526
2180
100
5550
16.5
12
117
26
39.0
180
4400
226
2140
230
2170
5550
22.5
133
37
224
526
2180
注：
表中的力为标准值。
表3电动双钩桥式吊车数据
起重量
Q
吊车宽度B
跨度
Lk
起升高度
Pmax
Pmin
小车重
g
吊车重量
大车轮距
K
大车底面至轨道顶面的距离
轨道顶面至小车顶面的距离
轨道中心至吊车外缘的距离
操纵室底面至主梁底面的距离
kN
mm
m
m
kN
kN
kN
kN
mm
mm
mm
mm
mm
150/30
5650
16.5
12/
14
165
35
74.0
250
4400
180
2050
230
2170
5550
19.5
175
43
285
200
2150
260
2180
5550
22.5
185
50
321
390
2150
260
2180
200/50
5650
16.5
12/
14
195
30
78．0
250
4400
184
2200
230
2170
5550
19.5
205
35
280
200
2300
260
2180
5550
22.5
215
45
320
392
2300
260
2180
注：
表中的力为标准值。
《混凝土结构课程设计
（2）-单层厂房结构设计》指导书
单层厂房设计的整体专业知识概念框图
第一部分设计计算说明书的编制
一、工程概况
工程名称、结构形式、原始资料的描述及学生分组设计参数表的绘制等。
学生分组设计参数表
姓名
分组
地区
厂房长度（m）
厂房跨度L（m）
轨顶标高（m）
主要构件材料强度等级
每台吊车起重量（kN）
二、设计计算内容
（一）结构布置方案选择
包括柱网、柱间支撑、抗风柱及围护墙材料、厚度（门、窗洞口位置）、屋架、天窗架及其支撑、变形缝等布置（按6度设防构造要求）。
（二）结构构件选型
根据分组要求，依据设计任务书的给定资料，确定厂房的长度、宽度及基本组成构件，选择跨度及跨数。
根据相关图集，对选用构件类型、材料（绘制构件类型及其材料强度等级表）及相关尺寸的说明，主要包括屋架类型及支撑体系、屋面板、天窗架及侧板、吊车梁、基础梁、基础类型、柱类型及尺寸等。
（三）计算单元及计算简图
选取一榀有代表性的横向排架及两边相邻跨度的1/2从属面积范围作为计算单元。
按平面排架的计算简图可进行简化：
假设屋架体系为刚度无限大的杆件，两端与柱铰接；柱与基础刚接（杯口用细石混凝土填灌）。
固定端位于基础顶面。
柱计算轴线取上柱几何形心线，变截面柱的下柱轴线加粗。
不考虑排架空间作用的影响。
（四）荷载计算
计算排架上计算单元范围内的各种荷载包括：
1．竖向的恒荷载（构件自重）：
按材料重度与体积或面积相乘计算转为线荷载或集中荷载。
2．屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载（可不计）：
按荷载标准值与计算单元宽度相乘转为线分布荷载。
3．水平方向的风荷载：
按基本风压与体型系数、风压变化系数、计算单元宽度计算。
计算时将屋面以上部分风荷载等效为柱顶水平集中荷载，柱顶以下部分按竖向矩形分布线荷载计算，风振系数取1。
上述荷载需要变为设计值才能进行内力计算。
4．还有计算单元范围之外的吊车荷载：
对单层单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于两台；对单层多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于四台（每跨两台）。
（1）吊车竖向荷载
根据任务书中起重机数据表可知吊车的轮压Pmax、Pmin，利用影响线可求出吊车竖向荷载Dmax、Dmin。
（2）吊车横向水平荷载
应考虑多台吊车的荷载折减后，可确定吊车横向水平荷载Tmax。
相关材料的重度、荷载标准值可查《建筑结构荷载规范》。
（五）排架内力分析
1．竖向荷载作用下的内力计算
根据竖向荷载传力路径，分别向上、下柱的几何形心简化，在柱顶、柱牛腿截面作用点上产生轴力、弯矩。
2．水平方向荷载用下的内力计算
首先确定截面几何特性，如上下柱高（柱顶及牛腿的标高应为30M系列）、截面惯性矩等，然后查表计算。
（1）风荷载（左右风）作用
采用计算等高排架的简化计算方法——剪力分配法计算。
（2）吊车横向水平荷载作用
采用剪力分配法计算。
绘制相应内力图。
（六）内力组合
1．控制截面
排架柱的控制截面为：
上柱底面，牛腿顶面，柱底截面。
2．荷载及内力组合
（1）荷载组合
《建筑结构荷载规范》规定，对于一般排架结构，可以采用简化规则，从下列组合中，取最不利值确定：
（1）
（2）
式
（1）、
（2）中，
——按永久荷载标准值计算的荷载效应值；
——按可变标准值计算的荷载效应值；
——第
个可变荷载的分项系数，一般取1.4；
——可变荷载的组合系数；
——参与组合的可变荷载数。
（2）内力组合
排架柱控制截面的内力包括弯矩M、剪力V和轴向力N，因此排架柱为偏心受压构件。
根据M-N相关曲线分析，为了求得排架柱最不利内力的最大配筋量，一般应考虑以下四种内力组合：
①
及相应的
、
；
②
及相应的
、
；
③
及相应的
、
；
④
及相应的
、
。
进行内力组合时，应注意以下几点：
①每一种组合中必须包含恒荷载产生的内力。
②在吊车竖向荷载中，Dmax或Dmin可能作用在同一跨度内的左柱或右柱上，两者只能选择一种不利内力参加组合。
③吊车横向水平荷载Tmax作用在同一跨度内的两个柱子，向左或向右，只能一种不利内力参加组合。
④在考虑吊车横向水平荷载时，该跨必然相应作用有该吊车的竖向荷载；但考虑吊车竖向荷载时Dmax或Dmin，该跨也应考虑吊车横向水平荷载Tma。
⑤风荷载有向左、向右两种情况，只能选择一种参加组合。
⑥由于多台吊车同时满载的情况可能性较小，所以当多台吊车参与组合时，其内力应乘以相应的荷载折减系数。
（七）构件设计
根据控制截面内力不利组合，进行结构构件的配筋计算。
1．排架柱设计
（1）柱截面设计
包括选择截面形式、截面尺寸、配筋计算及构造设计。
（2）牛腿设计
牛腿尺寸确定、配筋计算及构造设计。
（3）柱吊装验算
排架柱在施工吊装过程中的受力状态与使用阶段不同，因此需要对柱进行实际材料强度下的承载力和裂缝宽度的验算。
2．柱下扩展基础设计
根据排架柱底的不利内力组合，进行柱下独立基础的设计。
（1）确定基础的埋置深度
（1）确定基础底面尺寸
按地基承载力（考虑修正）确定基础底面尺寸，采用荷载标准值计算。
（2）确定基础高度
按混凝土冲切、剪切强度确定，采用荷载设计值计算。
（3）计算基础底板配筋
按基础受弯承载力确定，采用荷载设计值计算。
（4）构造要求
主要包括预制柱杯口的形式、柱的插入深度、杯口尺寸及配筋要求等。
（八）设计说明书编制
1．说明书内容
封皮（按学院统一要求）填写完整。
（1）项目概况
（2）结构构件选型、结构布置方案确定说明
（3）计算单元及计算简图的确定
（4）荷载计算
（5）排架内力分析
（6）内力组合表的编制
（7）构件设计
（8）参考文献
说明书中应包含文字、图、表等内容。
2．说明书编制要求
（1）内容完整详细、计算结果正确，语言流畅精练、字迹工整，图、表规范正确。
（2）用钢笔或中性笔书写（也可打印）。
（3）在导师的指导下独立完成。
（4）按统一的课程设计说明书封皮装订成册（图纸附后）。
（5）封皮填写要统一。
第二部分结构施工图绘制
结构施工图包括：
柱配筋图，柱摸板图，基础配筋详图及设计说明等。
要求采用适当比例，手工绘制在一张A2号图纸内。
一．一般规定
按照结构制图标准，图纸幅面尺寸、标题栏、绘图线型和宽度、字体、尺寸标注、符号、钢筋编号等都应符合标准的要求，文字应为工程字，图面布置美观、整洁。
二．柱配筋图
柱子的竖向钢筋位置及搭接，箍筋间距、箍筋加密间距及加密区的长度，牛腿布筋，柱外轮廓边线可用细实线，柱主钢筋采用粗实线，箍筋可用中实线，截面图中主筋的实心圆点应适中，要划圆，钢筋编号圈大小适当。
钢筋材料表。
三．柱摸板图
预埋件的位置及编号，边柱与围护墙的拉接筋的长度、间距、类型，柱的各段长度。
四．基础摸板及配筋详图
基础形式、基础的垫层厚度、基础摸板、基础底板的配筋，可以采用局部剖面的形式绘制。
五．图纸上文字说明
图形无法表达的内容，可以用文字说明，但要简练。
应用工程字，注意字大小应与图幅相协调。
主要参考资料
一．选用图集
1．1.5m×6.0m预应力混凝土屋面板G410-1~2
2．钢筋混凝土基础梁04G320
3．钢筋混凝土吊车梁G323-1~2
4．预应力钢筋混凝土折线形屋架04G415-1
5．吊车轨道联接及车挡04G325
6．梯形钢屋架05G511
7．建筑做法说明DBJT14-2
8.屋面构造做法
8．PVC塑钢门窗
9．钢天窗架G512；
10.π型钢筋混凝土天窗架G316
11.钢筋混凝土过梁03G322-1
12.柱间支撑05G336
13.钢梯02J401
14.实腹钢门窗04J602-1
二．选用规范
1．《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
2．《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
3．《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2012）
4．《建筑结构制图标准》（GB/T50105-2001）
5.《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）
三．其他
1．《混凝土结构》教材及参考资料
2．《基础工程》教材及参考资料
3．《起重机械手册》
4．单层工业厂房设计相关的参考资料
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