单层厂房课程设计.docx

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单层厂房课程设计

　　单层工业厂房结构课程设计计算书

一．设计资料

1.某金工车间,单跨无天窗厂房，厂房跨度L=2１m,柱距为6m,车间总长度为１５0m,中间设一道温度缝,厂房剖面图如图所示:

2.车间内设有两台中级工作制吊车，吊车起重量为200/5０ｋＮ。

3.吊车轨顶标高为9、0m。

4.建筑地点：

哈尔滨市郊。

5.地基：

地基持力层为e及IL均小于０、8５得粘性层（弱冻胀土），地基承载力特征值为fak=180kN/ｍ２。

标准冻深为:

-2、0m。

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HPＢ３00级。

（２７０N/mm2）

二、选用结构形式

1.屋面板采用大型预应力屋面板,其自重标准值（包括灌缝在内）为1、４ｋN/m２。

2.屋架采用G4１5

（二）折线型预应力钢筋混凝土屋架,跨度为21m,端部高度为２、3m，跨中高度为33、5ｍ,自重标准值为83、0ｋN。

3.吊车梁高度为０、9m,自重３0、4ｋN;轨道与垫层垫板总高度为184mm,自重0、8ｋN/m。

4.柱下独立基础:

采用锥形杯口基础。

三、柱得各部分尺寸及几何参数　

采用预制钢筋混凝土柱

　　　轨道与垫层垫板总高

　吊车梁高

　,故

牛腿顶面标高=轨顶标高

由附录12查得，吊车轨顶只吊车顶部得高度为,考虑屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为,故柱顶标高=

基础顶面至室外地坪得距离取,则

基础顶面至室内地坪得高度为,故

从基础顶面算起得柱高,

　　　上部柱高

　下部柱高

上部柱采用矩形截面

;

下部柱采用Ⅰ型截面

。

上柱:

　（）　

下柱:

上柱:

　　下柱:

　　图１厂房计算简图及柱截面尺寸

四.荷载计算　

1、　恒荷载

（1）屋盖恒荷载

　　SBＳ防水层　　　　　　

　　　　2０ｍm厚水泥砂浆找平层　　　　

　　10０mm厚水泥珍珠岩保温层　　　　

　　隔气层　　　　　　

　　　2０mm厚水泥砂浆找平层　

　　　大型预应力屋面板（包括灌缝重）　

　总1　　　　　　　　　　

　　屋架　　　　　　　　　

　　则作用屋架一段作用于柱顶得自重为:

　作用于上部柱中心线外侧处。

（2）柱与吊车梁等恒荷载

　上柱:

作用在牛腿顶截面处;

　　下柱:

作用在基础顶截面处;

　　　　吊车梁及轨道自重:

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,雪荷载0、75ｋN/m２（50年一遇）,故考虑雪荷载。

作用于上部柱中心线外侧ｅ0=5０mm处。

3、风荷载

由《荷载规范》查得哈尔滨地区基本风压为　

　　　ω0=０、５0kN

柱顶处集中风荷载风压高度变化系数（按B类地面粗糙度取）按檐口离室外地坪得高度来计算。

查表可得离地面时，,离地面时,,用插入法，可得

柱顶处均布风荷载风压高度变化系数（按Ｂ类地面粗糙度取）按柱顶离室外地坪得高度来计算。

同理可得

风荷载标准值:

　则作用于排架上得风荷载设计值为:

　（屋面坡度为1／10）

故

风荷载作用下得计算简图如下图:

图２风荷载作用下计算简图

4、吊车荷载

吊车跨度

　查附录12，得Ｑ＝２0/５t,Lk＝19、5m时得吊车最大轮压标准值Pmaｘ,k、最小轮压标准值Pmin,k、小车自重标准值G2，k以及吊车额定起重量相对应得重力标准值G3,k:

Ｐｍax,k　＝２0５kＮ,Pmiｎ,k=45kN　,G2,k=７5ｋＮ,G３,k=２00kN

并查得吊车宽度B与轮距K:

B=5、５5ｍ,K=4、４0ｍ

（1）吊车竖向荷载设计值Dmax、Ｄmin

由图所示得吊车梁支座影响线知

（2）吊车横向水平荷载设计值Tmax

五.内力分析

1、屋盖荷载作用下得内力分析

（1）屋盖集中恒荷载F1作用下得内力分析

柱顶不动点反力

由于n＝０、1０９,

＝0、2８４则代入公式

则

（2）屋盖集中活荷载F6作用下得内力分析

在Ｆ１、F6分别作用下得排架柱弯矩图、轴向力图与柱底剪力图如下,图中标注出得内力值就是指控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ与Ⅲ-Ⅲ截面得内力设计值。

弯矩以使排架柱外侧受拉为正,反之为负;柱底剪力以向左为正、向右为负。

　　＜１＞屋盖恒荷载作用下得内力图　<２>屋盖活荷载作用下得内力图

　2、柱自重、吊车梁及轨道连接等自重作用下得内力分析。

不作排架分析,其对排架产生得弯矩与轴向力如下图所示:

3、吊车荷载作用下得内力分　　　

（1）Ｄmax作用在A柱,Dmiｎ作用在Ｂ柱时,A柱得内力分析

Mmａx=Ｄｍax

e=５55、345×（0、75-０、4５）＝1６6、６ｋN

m　

　　　Mmin=Dmｉn

e=121、91×（0、75－０、45）=3６、5７kN

m　

这里得偏心距e就是指吊车轨道中心至下部柱截面形心得水平距离。

A柱顶得不动支点反力,代入公式得:

A柱顶不动支点反力

A柱顶不动支点反力

A柱顶水平剪力:

A柱顶水平剪力:

内力图示如下图（ａ）

（2）Dｍiｎ作用在A柱，Dmax作用在B柱时得内力分析

此时,A柱顶剪力与Dmax作用在Ａ柱时相同,也就是ＶＡ=９、31kＮ（←）故可得内力值,示于下图（b）

（3）在Tmax作用下得内力分析

Tmax至牛腿顶面得距离０、9+0、1８４＝1、０8４m;

Tmax至柱底得距离为９+0、15+1、0=10、15。

因Ａ柱与B柱相同，受力也相同,故柱顶位移相同,没有柱顶剪力，故A柱得内力如下图（c）

4、风荷载作用下A柱得内力分析

左风时，在ｑ1、q2作用下得柱顶不动铰支座反力，代入计算公式:

不动铰支座反力:

（←）

（←）

A柱顶水平剪力:

（→）

（→）

故左风与右风就是,A柱得内力图分别示于下图（a）与（b）

六.内力组合

　　　　单跨排架得A柱与Ｂ柱承受荷载得情况相同,故仅对Ａ柱在各种荷载作

用下得内力进行组合。

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得基本组合,表3为Ａ柱正常使用极限状态荷载效应得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

Ｔ（→）

T（←）

荷载编号

1

2

３

4

5

6

7

8

Ⅰ-Ⅰ

-5、135

-１、51

36、93

-４８、43

－3３、52

-33、52

２０、18

－20、18

２7２、98

７5、6

-4、28

－1、08

26、38

-34、59

-２3、94

－23、94

14、42

-14、42

２2７、48

5４、0

Ⅱ－Ⅱ

3、205

-1、5１

３6、93

-48、４3

1３3、０８

0、００4

20、１８

-２0、18

29７、9

7５、6

555、35

121、91

2、67

-1、0８

26、38

-3４、59

95、06

0

14、42

－14、4２

2４８、25

54、0

3９6、6９

8７、08

Ⅲ-Ⅲ

2２、４2

4、20

332、8１

-297、43

４8、6

-81、9

1８8、99

－18８、９9

366、２3

７5、６

555、３5

1２1、９1

2、12

０、６3

48、6３

－37、４8

-９、３1

-９、3１

１8、62

-18、62

18、６8

3、0

237、7２

－21２、4５

34、７1

-58、5

１34、99

-134、99

3０5、19

５4、0

3９6、68

8７、０8

1、77

０、45

３４、７４

-2６、77

-6、65

-6、６5

１3、３

－13、3

　　注：

（1）内力得单位就是ｋＮ·ｍ,轴力得单位就是kN,剪力得单位就是kN;

（２）表中弯矩与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T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得基本组合

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得组合

（简化规则）

１＋0、9（２＋3）

1+0、９（3+5＋7）

1+０、9（２+3+５＋7）

26、74

341、0２

174、3８

797、72

53９、5６

９３4、０9

54、8３

1+0、9（4+６+８）

1+0、９（2+4+6+8）

１+0、9（4+6＋8）

-９７、０5

2７2、９8

－5９、９1

4７5、66

-4８９、６７

４75、92

-５６、75

1＋0、９（２+4＋６+8）

1+0、9（2+3＋５＋7）

1+０、9（2+3+５＋7）

-98、41

341、02

172、84

865、７6

５39、5６

93４、0９

54、83

１+0、9（4+６+8）

1＋０、9（4+６+8）

1+0、9（4+６+8）

-97、05

272、9８

-５8、８4

407、６2

-48９、07

475、９5

-５６、７5

注:

由永久荷载效应控制得组合:

其组合值不就是最不利,计算从略。

七.柱子设计

1、上柱配筋计算

从表2中选取两组最不利得内力

M１=-9７、０５kN·m;N１=2７2、９８ｋN。

　M２=-９8、4１N·m；N2=３４1、02kN。

（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=９7、05／272、98=0、３56ｍ

　ea=h/30=4００/30=13、3３ｍm≤2０ｍm,取20ｍm

　ei=ｅ0＋ｅa=356+20=3７６mm

　　ζc=0、5fcA/N＝0、5×１4、３×１、6×１05／（２72、９8×１03）＝4、19＞１、0

　　　取ζc=1、0

则e=ηsei+h/２-aｓ=１、2１×3７６+４00／2-40=６14、96ｍm

　　　ζb=０、51８

　　N≤ɑ1fcｂh0ζ

ζ=N／（ɑ１fcbh0）=272、９8×１0３/（1、0×１4、３×4０0×36０）=０、132＜ζｂ

ζｈ0=０、132×360=47、52mm<2as’＝80ｍm

不满足则取x＝２as’＝80mm来计算,

e’=ηsｅi-ｈ/2+as’=1、2１×3７6－４００／２+40＝294、９6mｍ

选用320,,故截面一侧钢筋截面面积

；同时柱截面总配筋

。

（2）再按M2,N2计算（M2=－９8、4１N·m;Ｎ2=34１、02kＮ）

　e0=M2／Ｎ２＝98、41/３4１、02＝0、28９ｍ

ｅａ＝h/30=400／30=1３、33ｍm≤20ｍｍ，取20mm

　　ei＝e0+ea=289+20=309mm

ζｃ=０、5fcA／N=0、5×14、3×1、6×10５／（３41、02×103）=3、３5>1、0

　取ζc=1、0

则e=ηsei+ｈ/2-as=１、２5×３０９+400／２-40=5４6、25mm

　ζb=0、51８

　　N≤ɑ1ｆcｂh0ζ

ζ=N/（ɑ1ｆｃｂh０）=３41、02×1０3／（1、0×14、3×4０0×360）=0、167<ζb

ζｈ0=０、16７×360＝59、62mm<2as’=80ｍm

　　　不满足则取x＝2as’=80ｍm来计算,

ｅ’=ηsei－h／2+as’=１、２5×30９-400/2＋40=226、２５mｍ

　＜3２0，　　　　

（3）垂直于排架方向得截面承载力验算

　查表知垂直于排架方向得上柱计算长度

2、下柱配筋计算

　从表2中选取两组最不利得内力

　Ｍ１=539、56N·ｍ；N1=９3４、０9kN。

　Ｍ２＝-489、6７ｋN·m；N2=４75、9２ｋN。

（1）先按M１,N1计算

l0/h=９0７0/９00=1０、08>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＝５39、5６/９34、0９＝0、５78m

　　　　ea=ｈ/３0=90０/３０=３0ｍm>２0mm

　　　　　ei=e０+ea=578+3０=608mm

　ζc=0、5ｆcA/N=0、5×１4、3×1、875×105/（93４、09×10３）＝１、44>1、0

　　取ζｃ＝1、0

　　先按大偏心受压计算相对受压区高度x,并假定中与轴通过翼缘,则有，　ｘ＝Ｎ／（ɑ１fcbf’）=9３4、09×１03/（1、0×14、3×40０）　

　　　　=163、３0mm>２as’=８0ｍｍ

　　　　　　>hf’＝1６2、5ｍm,说明中与轴不在翼缘内。

ｅ=ηsei+h/２-ａs=1、１0×６08+900／2－４0=1078、8mm

采用518,

（2）再按M２,N2计算（M２＝-49６、７4kＮ·m;N2＝475、92kN）

　　e０=M2/N2=4９6、74/475、９2=1、044ｍ

　eａ=h/30=90０／３0＝30mm>２0mｍ

ｅi＝e0+ea=104４+3０＝1074mm

ζｃ=0、5fcA/N=０、5×１4、3×1、87５×105/（519、6５×１03）=２、58>1、0

　　取ζc＝1、０

x=N/（ɑ1ｆcｂf’）=475、９2×１０3/（1、0×１4、3×４０0）=83、２0ｍｍ>2aｓ’=80mm

　　e=ηsei+h/2-as’=1、０5×１074+９0０／２－40＝１5３7、7mｍ

　　>518,采用72２,

　综合两组计算结果,最后下柱钢筋截面面积每侧选用（722,

）

　　（3）垂直于排架方向得截面承载力验算

　查表知,有柱间支撑时,垂直于排架方向得下柱计算长度

3、柱裂缝宽度验算

裂缝宽度按内力得准永久组合值进行验算。

风荷载得

故不考虑风荷载。

（1）上柱裂缝宽度验算

控制截面Ⅰ－Ⅰ得准永久内力值:

e0=Mq/Ｎq=9６mm

因此可知裂缝宽度较小不必验算裂缝宽度。

（２）下柱裂缝宽度验算

　对Ⅲ-Ⅲ截面内力组合＋Mmax及相应得N得情况进行裂缝宽度验算。

e0=Mｑ／Nｑ=0、４５7m

　ρｔｅ＝As/Aｔe=As/[0、5bh+（bｆ-b）hｆ]

　=２６61／[０、５×１０0×9００+（400－１００）×16２、5］=0、028

因为ｌ0／h=1０、75<14;ηs=1、0

则ｅ=ηse0＋ｈ／2-as=1、0×４57+900/2-40＝867mm

γｆ’=（bｆ’-ｂ）hf’/（bｈ0）=（４0０-100）×162、5/（１００×９00）=0、542

ｚ=［0、87-0、12（1－γｆ’）（ｈ0/e）2]h０

　=［0、87－0、１2（1-0、5４2）×（86０/867）2］×860

=701、69mm

按荷载标准组合计算得纵向受拉钢筋应力

σsq=Nｑ（e－ｚ）/（zAs）

=579620×（867-701、69）/（7０1、6９×2661）

＝51、32N/mm2

裂缝间钢筋应变不均匀系数为:

　ψ=１、1-０、６5ｆtk/（ρｔe·σsk）

　　=1、1－0、65×２、01/（0、０28×5１、３2）＝0、1９1

4.箍筋配置

由于该厂房处于非地震区,故对上、下柱均采用φ8２０0,在牛腿处箍筋加密为φ8１00、

　5、柱得牛腿设计

（１）荷载计算

（2）截面尺寸验算

　ｈ1=100mm，ｈ=600mｍ,ｂ＝400mm,则h0=600-40=56０mm,

　a＝－1５0+２0=－13０ｍm<０，故取a=０,ｆtｋ=2、0１N／ｍm２,Fhk=0，β=０、65。

　β（1－0、５Fhk/Ｆｖk）ftkｂh0／（0、5+a／h０）

　　=0、65×2、01×４00×560/０、５

=585、31kN>Fｖk=４51、20kN

　ɑ＜450,故满足要求。

（３）配筋计算

　由于ａ=-13０mm,故可按构造要求配筋。

水平纵向受拉钢筋截面面积

，采用514,As=7６9mm2，

其中21４就是弯起钢筋。

　　6、柱得吊装验算

（1）计算简图

查表知排架柱插入基础杯口内得高度h１=0、9×９00=81０mm,取ｈ1＝85０mｍ,故柱总长为3、６0+9、０7＋０、85=1３、52m。

采用就地翻身起吊，吊点设在牛腿下部处,因此起吊得支点有两个：

柱底与牛腿底,上柱与牛腿就是悬臂得,计算简图如左图所示。

　（２）荷载计算

吊装时,应考虑动力系数μ=１、5,柱自重得重力荷载分项系数取1、35。

　（３）弯矩计算

　　由∑MＢ=０知，

令

　　　　　M3=36、３7×3、８3-0、5×9、5×3、832=6９、62ｋＮ

m

（4）截面受弯承载力及裂缝宽度验算

　　上柱：

　裂缝宽度验算:

　　　　ψ＝1、１-0、６5ｆtｋ／（ρtｅ·σsｋ）

　　　　=1、1-0、６5×2、01／（0、01×16２、70）＝0、297

　　下柱:

　裂缝宽度验算:

　　　（前面已计算）

　　ψ=1、1-0、6５ｆtk/（ρｔe·σsｋ）

　　　　　=1、1－0、65×２、01/（0、０28×57、31）=0、29

八.基础设计

　1、作用在基础底面得内力

（1）基础梁、过梁与围护墙得重力荷载

　　每个基础承受得围护墙宽度为计算单元得宽度B=6ｍ,墙高

1１、52+2、3＋1、15－0、5×３＝13、４7ｍ。

墙上有上、下单框双玻璃塑钢窗,窗宽

　４、8m,上、下窗高分别为2、0m与4、8ｍ，窗自重０、45kN/m2,故由墙体与基础梁传来得重力荷载标准值Ｎwk与设计值Ｎw:

　　基础梁与过梁自重　（０、3×０、５+０、2×0、5×2）×6×25＝５2、5kＮ

　　围护墙自重

　　　　　　12×0、3×[６×13、47-（2、0＋4、8）×4、8]=173、４5kN

　　　　窗户自重　０、45×4、8×（4、8+2、0）=1４、69ｋN

　　　　　　　　　　　　　Nｗk=２40、64ｋＮ

　　　　　　　　　　　　Nｗ=１、2×2４0、64=288、7７kN

　Nwk或Nｗ对基础得偏心距eW=1５０+450=60０mm

　对基础底面得偏心弯矩

（2）柱传来得第①组内力

　　　　　控制截面得内力组合－Mmax及相应得N、V为

　　N=5１9、65kＮ（↓）

　　　　　　　　　　　　　　　Ｖ＝+56、72kN（←）

　　对基础底面产生得内力设计值为

　　　　Mb①=-4８9、07－56、72×1、1（基础高度）=-５5１、4６kＮ

m（逆时针）

　　　Nb①＝5１９、65ｋN（↓）　　　Vb①＝５6、72kN（←）

　　这组内力得标准值为

　　（↓）

　　（←）

对基础底面产生得内力标准值为:

Mbk①＝－329、213-38、965×1、1（基础高度）＝-３7２、07kＮ

ｍ（逆时针）

　　Nbｋ①=39２、27kN（↓）　　　Ｖbk①＝38、９65kＮ（←）

　（3）柱传来得第②组内力

　　　　　N＝934、09kＮ（↓）

　　　　　　V=54、8３ｋN（→）

　　　对基础底面产生得内力设计值为

　Ｍb②=539、５6＋54、８３×1、１（基础高度）=599、８7３kN

ｍ（顺时针）

　　　　Nb②=934、０9ｋＮ（↓）　　Vb②=54、8３ｋN（→）

　　这组内力得标准值为

　　（↓）

　　（→）

　　对基础底面产生得内力标准值为:

　　　Mbｋ②=377、29+41、４8×1、1（基础高度）＝42２、９18kＮ

m（顺时针）

　　Nｂk②＝７39、67kN（↓）　Vbk②=４1、48ｋN（→）

　2、初步确定基础尺寸

（1）基础高度与杯口尺寸

　　已知柱插入深度为850mm，故杯口深度为850+50=９００mm。

杯口顶部尺寸:

宽为4０0+2×7５=５50，长为9０0+2×75=1050mｍ;杯口底部尺寸：

宽为

　　4００+2×50＝50０ｍm,长为900＋２×50＝1000mm。

　　查表取杯壁厚度ｔ=30０mm,杯底厚度a1=2００ｍｍ。

　　据此,初步确定基础高度为900＋2００=1100mm。

　　（２）确定基础底面尺寸

　基础埋深为d=０、15＋1、0+1、10=２、2５m＞d冻深=2m,取基础底面以上土得平均重度

ηd=１、6,则修正后得地基承载力特征值为

　　控制截面Ⅲ-Ⅲ得最大轴向力标准值

　　按轴心受压估算基础底面尺寸

　　考虑到偏心等影响,将基础再放大３0％左右，取l＝２、6ｍ，b=3、4m。

　基础底面积A=l×ｂ＝2、6×3、4=８、８4ｍ2

　基础底面弹性抵抗拒　　W=1/６×l×b2=1／6×２、6×３、42=5、０1ｍ2。

　3、地基承载力验算

　　基础及上方土得重力标准值

　　　　　　　Gｋ=γｍ·A·H=2０×２、６×３、4×２、25＝397、8kＮ

　　（１）按第①组内力标准值验算

　轴