混凝土单层工业厂房研发设计计算书.docx
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混凝土单层工业厂房研发设计计算书
混凝土单层工业厂房设计
一、设计目的
二、设计题目
某金工车间，厂房长度66m，柱距为6m，不设天窗。
跨度为24m，每跨间设有两台32t中级吊车。
吊车采用大连起重机厂“85系列95确认”的桥式吊车，轨顶标志高度均为为9m。
下部窗台标高为1.2m，窗洞4.8m×3.6m；中部窗台标高为6.3m，窗洞4.8m×1.5m；上部窗台标高为9.6m，窗洞4.8m×1.2m，采用钢窗。
室内外高差为350mm。
屋面采用大型屋面板，卷材防水（两毡三油防水屋面），为非上人屋面。
排架柱采用C30砼，基础采用C20砼；柱中受力钢筋采用HRP335钢，箍筋、构造筋、基础配筋采用HPB235钢。
矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
厂房所在地的地面粗糙度为B类，基本风压w0=0.7kN/m2，组合值系数ψc=0.6；基本雪压S0=0.5kN/m2，组合值系数ψc=0.6。
聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
三、设计任务
（1）选择厂房结构方案,进行平面、剖面设计和结构构件的选型；
（2）设计排架边柱及柱下单独基础；
（3）绘制施工图，包括屋盖平面布置图，构件平面布置图及基础、基础梁布置图，排架柱模板、配筋图；柱下单独基础的模板、配筋图。
残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
四、设计步骤
（一）厂房平、剖面布置及结构构件选型
1．厂房平面布置
厂房的平面布置包括确定柱网尺寸、排架柱与定位轴线的关系和设置变形缝。
柱距为6m，横向定位轴线用①、②…表示，间距取为6m；纵向定位轴线用（A）、（B）表示，间距取等于跨度，即（A）~（B）轴线的间距为24m。
酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
为了布置抗风柱，端柱离开（向内）横向定位轴线600mm，其余排架柱的形心与横向定位轴线重合。
（A）~（B）跨吊车起重量大于20t时，（A）列采用非封闭结合，初步取联系尺寸D=150mm。
是否采用非封闭结合以及联系尺寸取多大，需要根据吊车架外缘与上柱内缘的净空尺寸B2确定（参见例图2-1）。
彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
应满足：
其中
——吊车轨道中心线至柱纵向定位轴线的距离，一般取750mm；
——吊车轮中心线至桥身外缘的距离，对于10t、16t、20t和32t吊车分别为230mm、260mm、260mm、300mm；謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
——是上柱内边缘至纵向定位轴线的距离，对于封闭结合等于上柱截面高度，对于非封闭结合等于上柱截面高度减去联系尺寸D。
厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
假定上柱截面高度为400mm，则
对（A）、（B）列柱B2=750-[300+（400-150）]=200mm>80mm，满足要求
对于单跨排架，上柱截面形心与纵向定位轴线重合，吊车架外缘与上柱内缘的净空尺寸能满足要求。
厂房长度66m，小于100m，可不设伸缩缝。
2．构件选型及布置
构件选型包括：
屋架（含屋盖支撑）、屋面板、天沟板、吊车梁、连系梁、基础梁、支撑（柱间支撑）、抗风柱等。
茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
1）屋面构件
①屋面板和嵌板
屋面板的型号根据外加屋面均布面荷载（不含屋面板自重）的设计值，查92G410
（一）。
当屋架斜长不是屋面板宽1.5m的整数倍时，需要布置嵌板，嵌板查92G410
（二）。
鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
荷载：
二毡三油防水层1.2×0.35=0.42kN/m2籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
20mm厚水泥砂浆找平层1.2×0.02×20=0.48kN/m2預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
屋面均布活载（不上人）1.4×0.5=0.70kN/m2
雪载1.4×1.0×0.5=0.70kN/m2
------------------------------------------------------------------------------------------------渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
小计1.60kN/m2铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
采用预应力混凝土屋面板。
根据允许外加均布荷载设计值1.60kN/m2，查附表1-5，中部选用Y-WB-1Ⅱ,端部选用Y-WB-1Ⅱs,其允许外加荷载1.99kN/m2>1.60kN/m2。
板自重1.40kN/m2。
擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
②天沟板
当屋面采用有组织排水时，需要布置天沟。
对于单跨，既可以采用外天沟，也可以采用内天沟；对于多跨，内侧只能采用内天沟。
而本例为单跨，选用外天沟。
贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
天沟的型号根据外加均布线荷载设计值查92G410（三）。
计算天沟的积水荷载时，按天沟的最大深度确定。
同一型号的天沟板有三种情况：
不开洞、开洞和加端壁。
在落水管位置的天沟板需开洞，分左端开洞和右端开洞，分别用“a”、“b”表示。
厂房端部有端壁的天沟板用“sa”、“sb”表示。
本例在②、④、⑥、⑧、⑩轴线处设置落水管。
坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
本例的外天沟宽度采用770mm。
外天沟荷载:
焦渣砼找坡层1.2×1.5×0.77=1.39kN/m蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
二毡三油防水层1.2×0.35×0.77=0.32kN/m買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。
20mm厚水泥砂浆找平层1.2×0.02×20×0.77=0.37kN/m綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。
积水荷载1.4×10×0.13×0.77=1.40kN/m
屋面均布活载1.4×0.5×0.77=0.54kN/m
-----------------------------------------------------------------------------------------------驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。
小计3.48kN/m
查附表1-6，一般天沟板选用TGB77-1，开洞天沟板选用TGB77-1a或TGB77-1b，端部为TGB77-1sa或TGB77-1sb,允许外加荷载4.13kN/m>3.48kN/m，自重2.24kN/m。
猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
2）屋架及支撑
屋架型号根据屋面面荷载设计值、天窗类别、悬挂吊车情况及檐口形状选定。
跨度较小时可采用钢筋混凝土折线型屋架，查95G314；跨度较大时可采用预应力混凝土折线型屋架，查95G414。
锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。
本例不设天窗（类别号为a），檐口形状为外天沟，代号为D。
屋面荷载:
屋面板穿来的荷载1.60kN/m2
屋面板自重1.2×1.4=1.68kN/m2
灌缝重1.2×0.1=0.12kN/m2
--------------------------------------------------------------------------構氽頑黉碩饨荠龈话骛。
小计3.40kN/m2
18m跨采用预应力混凝土屋架，中间选用YWJ18-1Da；两端选用YWJ-18-1Da'。
允许外加荷载3.5kN/m2>3.28kN/m2，自重67.6KN。
輒峄陽檉簖疖網儂號泶。
对于非抗震及抗震设防烈度为6、7度，屋盖支撑可按附图1-1~1-4布置。
当厂房单元不大于66m时，在屋架端部的垂直支撑用CC-1表示，屋架中部的垂直支撑用CC-2表示；当厂房单元不大于66m时，另在柱间支撑处的屋架端部设置垂直支撑CC-3B。
屋架端部的水平系杆用GX-1表示；屋架中部的水平系杆用GX-2表示。
屋架上弦横向水平支撑用SC表示；当吊车起重量较大、有其他振动设备或水平荷载对屋架下弦产生水平力时，需设置下弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑用XC表示。
当厂房设置托架时，还需布置下弦纵向水平支撑。
本例不需设纵向水平支撑。
尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。
3）吊车梁
吊车梁型号根据吊车的额定起重量、吊车的跨距（LK=L—2λ）以及吊车的载荷状态选定，其中钢筋混凝土吊车梁可查95G323、先张法预应力混凝土吊车梁可查95G425、后张法预应力混凝土吊车梁可查95G426。
识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。
对18m跨厂房，吊车起重量为32t，中级载荷状态，Lk=18-2×0.75=16.5m，采用混凝土吊车梁。
查附表1-4，中间跨选用DL-11Z，边跨选用DL-11。
梁高1200mm，自重39.98KN。
凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。
4）基础梁
基础梁型号根据跨度、墙体高度、有无门窗洞等查93G320。
墙厚240mm，突出于柱外。
由附表1-8，纵墙中间选用JL-3，纵墙边跨选用JL-15；山墙6m柱距选用JL-16。
基础梁布置见例图2-4。
恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。
5）柱间支撑
柱间支撑设置在⑥、⑦轴线之间，支撑型号可查表97G336。
首先根据吊车起重量、柱顶标高、牛腿顶标高、吊车梁顶标高、上柱高、屋架跨度等查出排架号，然后根据排架号和基本风压确定支撑型号。
鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。
6）抗风柱
抗风柱下柱采用工字型截面，上柱采用矩形截面。
抗风柱的布置需考虑基础梁的最大跨度。
18m跨的抗风柱沿山墙等距离布置，间距为6m。
硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。
例图2-2屋面平面布置，例图2-3构件平面布置，例图2-4基础、基础梁平面布置图三图见施工图。
3．厂房剖面设计
剖面设计的内容是确定厂房的控制标高，包括牛腿顶标高、柱顶标高和圈梁的标高。
牛腿顶标高等于轨顶标高减去吊车梁在支承处的高度和轨道及垫层高度，必须满足300mm的倍数。
吊车轨道及垫层高度可以取0.2m。
为了使牛腿顶标高满足模数要求，轨顶的实际标高将不同于标志标高。
规范允许轨顶实际标高与标志标高之间有±200mm的差值。
阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。
柱顶标高H=吊车轨顶的实际标高HA+吊车轨顶至桥架顶面的高度HB+空隙HC（参见例图2-1）
其中，空隙HC不应小于220mm；吊车轨顶至桥架顶面的高度HB可查95G323。
柱顶标高同样需满足300mm的倍数。
氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。
由工艺要求，轨顶标志高度为9m。
对于18m跨：
取柱牛腿顶面高度为7.8m。
吊车梁高度1.2m，吊车轨道及垫层高度0.2m，则轨顶构造高度，HA=7.8+1.2+0.2=9.2m。
构造高度-标志高度9.2-9=0.2m，满足±200mm差值的要求。
查附表1-1，吊车轨顶至桥架顶面的高度HB=2.347m，则H=HA+HB+Hc=9.2+2.347+0.22=11.767m。
为满足模数要求，取H=12.0m。
釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。
对于有吊车厂房，除在檐口或窗顶设置圈梁外，尚宜在吊车梁标高处增设一道，外墙高度大于15m时，还应适当增设。
圈梁与柱的连接一般采用锚拉钢筋2φ10~2φ12。
怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。
现在4.8m、9.0m和10.86m标高处设三道圈梁，分别用QL-1、QL-2、QL-3表示。
其中柱顶圈梁可代替连系梁。
圈梁截面采用240×240mm，配筋采用4φ12、φ6@200。
圈梁在过梁处的配筋应另行计算（由于A、B柱对称，下列图中部分以A柱为例）。
谚辞調担鈧谄动禪泻類。
例图2-5给出了厂房剖面布置。
三、排架柱设计
1．计算简图
对于没有抽柱的单层厂房，计算单元可以取一个柱距，即6m。
排架跨度取厂房的跨度，上柱高度等于柱顶标高减取牛腿顶标高。
下柱高度从牛腿顶算至基础顶面，持力层（基底标高）确定后，还需要预估基础高度。
基础顶面不能超出室外地面，一般低于地面不少于50mm。
对于边柱，由于基础顶面还需放置预制基础梁，所以排架柱基础顶面一般应低于室外地面500mm。
嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。
为了得到排架柱的截面几何特征，需要假定柱子的截面尺寸。
从刚度条件出发，可按教材表2-3选取。
1）确定柱子各段高度熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
基底标高为-2.0m，初步假定基础高度为1.4m，则柱总高H=12.0-（-2.0）-1.4=12.6m；上柱高度Hu=12.0-7.8=4.2m；下柱高度Hl=12.6-4.2=8.4m。
鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
2）确定柱截面尺寸
下柱截面高度，根据吊车起重量及基础顶面至吊车梁顶的高度Hk，由表2-3
当Q=32t时：
h≥Hk/10=9600/10=900mm，取900mm
下柱截面宽度,根据顶面至吊车梁底的高度Hl，由表2-3
b≥Hl/20=8400/20=400mm，且≥400mm，取400mm
（A）、（B）列柱下段柱截面采用I形，b=400mm、h=900mm，上柱截面采用正方形b=h=400mm，各柱下段柱截面的详细尺寸见例图2-6。
纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。
3）计算柱截面几何特征
各柱截面的几何特征见例表2-1。
例图2-7给出了计算简图。
例图2-7排架计算简图
例表2-1截面几何特征
柱号
A柱
B柱
上柱
下柱
上柱
下柱
截面尺寸（mm）
正方形
400×400
工字形400×900×100
矩形
400×400
工字形400×900×100
面积A（103mm2）
160.0
157.5
160.0
157.5
惯性矩I（106mm4）
2133
16611
2133
16611
每米长重量G（kN/m）
4.00
3.94
4.00
3.94
2．荷载计算
排架的荷载包括恒载、屋面活荷载、吊车荷载和风荷载。
荷载均计算其标准值。
1）恒载
恒载包括屋盖自重、上柱自重、下柱自重、吊车梁及轨道自重。
1屋盖自重P1
面荷载：
防水层、找平层等0.35+0.4=0.75kN/m2
屋面板自重1.40kN/m2
屋面板灌缝0.10kN/m2
---------------------------------------------------------------------------------------------------------颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
小计2.25kN/m2
外天沟板线荷载：
找坡等1.16+0.27+0.31=1.74kN/m
TGB77-1自重2.24kN/m
-----------------------------------------------------------------濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
小计3.98kN/m
集中荷载：
18m跨屋架自重67.6kN
屋架作用在柱顶的恒载标准值：
A柱：
P1A=2.25×6×18/2+3.98×6+0.5×67.6=179.2kN
B柱：
P1B=2.25×6×18/2+3.98×6+0.5×67.6=179.2kN
P1作用点位置与纵向定位轴线的距离为150mm，见例图2-8。
2
上柱自重P2
A柱：
P2A=4×4.2=16.8kN
B柱：
P2B=4×4.2=16.8kN
3下柱自重P3
下柱大部分截面为I形，但牛腿部位及插入杯口基础的部分是矩形截面。
假定矩形截面的范围为自牛腿顶面向下1400mm及基础顶面以上1100mm。
近似忽略牛腿的重量。
銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
A柱：
P3A=3.94×（8.4-1.4-1.1）+0.9×0.4×25×（1.4+1.1）=45.35kN挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
B柱：
P3B=45.35kN
4吊车梁、轨道、垫层自重P4
取轨道及垫层自重为0.8KN/m。
A柱：
P4A=0.8×6+39.98=44.8kN
B柱：
P4B=44.8kN
P4的作用点离纵向定位轴线的距离为750mm，见例图2-8。
2）屋面活荷载P5
屋面活荷载取屋面均布活载和雪荷载两者的较大值0.5kN/m2
A柱：
P5A=（18×6×0.5）/2+0.77×6×0.5=29.3kN
B柱：
P5B=（18×6×0.5）/2+0.77×6×0.5=29.3kN
P5作用位置同P1。
3）吊车荷载
①吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k
从产品目录查得吊车基本尺寸和轮压，列于例表2。
例表2吊车基本尺寸和轮压
起重量
Q（t）
吊车跨度
Lk（m）
吊车桥距B（mm）
轮距K（mm）
吊车总重
（G+g）（t）
小车重g（t）
最大轮压Pmax（kN）
最小轮压Pmin（kN）
32
16.5
6640
4650
33
10.9
278
40.5
表中Pmin=0.5（G+g+Q）-Pmax赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
吊车竖向荷载Dmax、Dmin根据两台吊车作用的最不利位置用影响线求出。
Dmax、Dmin的计算简图见例图2-9。
图中两台吊车之间的最小轮距x=（B1-K1）/2+（B2-K2）/2。
对应于轮子位置影响线的高度y2、y3、y4可利用几何关系求得。
塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。
18m跨两台吊车相同，均为32t吊车，P1max=P2max=278kN，P1min=P2min=40.5kN，；x=（6640-4650）/2+（6640-4650）/2=1990mm；y2=（6-4.65）/6=0.225，y3=（6-1.9）/6=0.683，y4=0。
Dmax,k=P1max（y1+y2）+P2max（y3+y4）=278×（1+0.225+0.683+0）=530.4kN裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。
Dmin,k=P1min（y1+y2）+P2min（y3+y4）=40.5×（1+0.225+0.683+0）=77.3kN仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。
吊车横向水平荷载Tmax,k，
18m跨，吊车额定起重量16tT=α（Q+g）/4=0.1×（32+10.9）×9.8/4=10.5kN
T的最不利位置同Pmax，故
Tmax,k=10.5×（1+0.225+0.683+0）=20.0kN
Tmax作用点的位置在吊车梁顶面。
4）风荷载
该地区基本风压W0=0.7KN/m2，地面粗糙度为B类。
1作用在柱上的均布荷载
例图2-10风荷载体型系数μs（风向→）
柱顶标高12.0m，室外地面标高-0.35，则柱顶离室外地面高度为12.0-（-0.35）=12.35m，查表1-10，风压高度系数μz=1.0658。
骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。
从表1-11，可查得风荷载体型系数μs，标于例图2-10。
单层工业厂房，可不考虑风振系数，取
=1。
q1=μSμzβZW0B=0.8×1.0658×1.0×0.7×6=3.58kN/m（压力）
q2=μSμzβZW0B=-0.5×1.0658×1.0×0.7×6=-2.24kN/m（吸力）
2作用在柱顶的集中风荷载FW
作用在柱顶的集中风荷载FW由两部分组成：
柱顶至檐口竖直面上的风荷载FW1和坡屋面上的风荷载FW2（见例图2-11），其中后者的作用方向垂直于屋面，因而是倾斜的，需要计算其水平方向的分力（竖向分力在排架分析中一般不考虑）。
瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。
鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。
为了简化，确定风压高度系数时，可统一取屋脊高度。
屋脊高度=柱顶高度+屋架轴线高度（屋脊处）+上、下弦杆截面增加高度+屋面板高度。
对于18m跨：
H=12.35+（2.65+0.15+0.12）+0.24=15.51m，μz=1.15。
栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。
柱顶至檐口的高度=屋架轴线高度（端头处）+上、下弦杆截面增加高度+天沟板高度；坡屋面高度=屋脊高度-柱顶高度-柱顶至檐口的高度。
辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。
FW1=（0.8+0.5）×1.15×1×0.7×（1.18+0.27+0.4）×6=11.61615kN（→）峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。
FW2=（-0.6+0.5）×1.15×1×0.7×（15.46-12.3-1.85）×6=-0.63273kN（←）詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。
FW=FW1+FW2=11.61615-0.63273=10.98kN（→）
同理可求得右吹向左风（←）
迎风面和背风面的q1、q2大小相等、方向相反。
Fw=10.98kN（←）。
3、内力分析
在计算简图中，上柱的计算轴线取为上柱的截面形心线，下柱的计算轴线取为下柱的截面形心线。
下面计算时弯矩和剪力的符号按照下述规则：
弯矩以顺时针方向为正；剪力以使构件产生顺时针方向转动趋势为正；轴向力以压为正。
则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。
各柱的抗剪刚度计算结果见例表2-3。
例表2-3柱的抗侧刚度及剪力分配系数
项目
n=Iu/Il
λ=Hu/H
A柱
2133/16611=0.1284
4.2/12.6=0.33
2.4117
20.0266Ec
0.5
B柱
2133/16611=0.1284
0.33
2.4117
20.0266Ec
0.5
1）恒载作用下的内力分析
恒载下的计算简图可以分解为两部分：
作用在柱截面形心的竖向力和偏心力矩（例图2-12）。
胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。
屋盖自重对上柱截面形心产生的偏心力矩为（参见例图2-8）：
M1A=179.2×（0.15-0.05）=17.92kN·M
M1B=-179.2×（0.15-0.05）=-17.92kN·M
屋盖自重、上柱自重、吊车梁及轨道自重对下柱截面形心产生的偏心力矩为
M2A=-179.2×0.15-16.8×0.25+44.8×0.45=-11.56kN·M
M2B=11.56kN·M
偏心力矩作用下，各柱的弯距和剪力用剪力分配法计算。
先在柱顶加上不动铰支座，利用附录2求出各柱顶不动铰支座的反力；然后将总的支座反力反向作用于排架柱顶，根据剪力分配系数分配给各柱（剪力分配过程列于例表2-4）；最后求出各柱柱顶的剪力（见例图2-13a），得到每根柱的柱顶剪力后，单根柱利用平衡条件求出各个截面的弯矩及柱底截面剪力。
鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。
例表2-4恒载下柱的剪力分配
项目
n
λ
C1
C3
M1
M2
Ri
ηi
Vi
A柱
0.1284
0.33
2.097
1.075
17.92
-11.56
1.2（←）
0.5
-1.2（←）
B柱
0.1284
0.33
2.097
1.075
-17.92
11.56
-1.2（→）
0.5
1.2（→）
注：
，
；Ri=（M1/H）C1+（M2/H）C3；Vi=ηiR-Ri；R=RA+RB+RC。
例如对于柱A
柱顶截面的弯距：
M1=17.92kN.m
牛腿截面上的.弯距：
M1+VAHu=17.92-1.2×4.2=12.88kN.m
牛腿截面下的弯距：
M2+M1=-11.56+12.88=1.32kN.m
柱底截面弯距：
M1+M2+VAH=17.92-11.56-1.2×12.6=-8.76kN.m
同理可求出其他柱的截面弯距，见附图2-12b。
柱轴力可直接根据作用在截面形心的竖向力确定，见例图2-13c。
稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。
2）屋面活载作用下的内力分析
屋面活载下的内力分析方法同屋盖自重作用下的内力分析。
剪力分配过程列于例表2-5，例图2-14是屋面活载下的内力图。
陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。
表2-5屋面活载下柱的剪力分配
项目
C1
C3
M1
M2
Ri
ηi
Vi
A柱
2.097
1.075
29.3×0.1=2.93
-29.3×0.15=-4.395
-0.113（→）
0.5
0.113（→）
B柱
2.097
1.075
-29.3×0.1=-2.9
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