单层单跨厂房排架结构设计讲解.docx
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单层单跨厂房排架结构设计讲解
单层单跨厂房排架结构设计
一设计内容和条件
某厂装配车间，该车间为单跨厂房，柱距距为6米，厂房纵向长度为96米，跨度为27米,
15/3t中级工作制吊车二台，牛腿面标高9.00米，柱顶标高为13米。
设计条件
1屋面活何载：
q=0.5KN/M2,不考虑积灰荷载，雪荷载q-0.25KN/M2
2基本风压：
W0=0.40KN/M2
3屋面做法
三毡四油：
2
0.35KN/M
20mm水泥砂浆找平层0.4KN/M2合计gik二'g二0.75KN/M
屋面板采用G410标准图集1.51.6m预应力混泥土屋面板（卷材防水）
（板自重：
g2k-1.40KN/M2灌缝重：
g3k=0.1KN/M2）大型屋面板（包括填缝
2
4采用370mm厚烧结粘土空心砖（重度8KN/M）吊车梁以上设高侧窗，洞口尺寸为
4.21.8m，吊车梁以下设低侧窗，洞口尺寸宽高4.24m,圈梁设在柱顶处。
5排架柱：
混泥土C30钢筋：
纵向受力钢筋HRB400级箍筋：
HPB235级
柱下独立基础：
混泥土：
C20，钢筋：
HRB335级
6吊车：
Q15/3t桥式吊车中级工作制
吊车梁：
先张法预应力混泥土吊车梁，自重47.5KN/根
轨道及联结重量1.5KN/M
桥跨：
Lk=25.5m
桥宽：
B=6400m
轮距：
K二5250mm
小车重：
g=74KN
最大轮压：
Pmax=195KN
最小轮压：
Pmin-60KN
7柱高：
柱顶H=13m檐口=15.1m屋顶=17.35m
二荷载及内力计算
1柱截面尺寸的确定
Q在l5~20t之间：
10m：
：
：
Hk：
：
12m，由于是单跨结构，结构形式对称，因此A、B柱截
面尺寸相同。
A柱：
上柱：
400400（mm）下柱：
400800mm
2荷载计算
⑴永久荷载
A屋面板及每跨屋架传给每个柱子的荷载标准值G1（＜二248.75KN
荷载设计值：
G1a=1.2248.75=298.5KN
B柱自重
2
A、B柱：
上柱：
g2k/=250.44KN/M下柱：
g3k/=250.40.8=8KN/M
贝U：
G2A=1.244=19.2KNG3A=1.289=86.4KN
C吊车梁自重：
G4a=1.2（47.51.56）=67.8KN
永久荷载作用如图：
屋面活荷载q=0.5KN/M2,不考虑积灰荷载，雪荷载q=0.25KN/M2,不同时考虑可变
荷载与雪荷载，取其中的大值，作用于每跨屋面下的柱
可变荷载为：
Qj=1.40.5613.5=56.7KN
可变荷载作用如图：
Pmin二60KN
已知Lk=25.5mB=6400mmK=5250mmPmax=195KN
贝U：
查表知2=0.9-0.1
Dmax厂Fmax,k'yi"・9195（0.80810.125）=339.24KN
Dmin,k=BRmin,k迟yi=0.9汉60x（0.808+1+0.125）=104.11KN
Dmax二QDmax,k=474.94KNDmin二qDmin=145.75KN
11
Tmax,k（G2,kG3,k）0.10.9（74150^5.04KN
44
⑷风荷载
B类地面（城市郊
由已知条件可知：
基本风压W。
=0.40KN/M2，风压高度变化系数按
区）
Wk二『「'wo其中：
：
o为1.0
20m处-z=1.25
由《建筑结构荷载规范》B类地面查10m处丄z=1.015m处-^1.14中间值按插值法求得，因此可得：
柱顶：
H=13m则叮=1.084
檐口：
H=15.1则J=1.142
屋顶：
H=17.35贝yJ=1.192风荷载体形系数如下:
风荷载标准值:
Wk="s1'zWo
=0.81.0840.4=0.347KN/M
W2k="s2"zW0
=0.41.0840.4=0.173KN/M
作用在排架上的风荷载为:
q」QWkB=1.40.3476=2.91KN/Mq2iQW4kB=1.40.1736=1.45KN/M
作用在柱顶的集中荷载FW
即将柱顶以上风荷载算作集中力作用柱顶，」z按房屋檐口标高Z=15.1m处计」z=1.142
FW=1.42.1（0.80.5）1.5（-0.60.5）11.1420.46=9.90KN/M
风荷载作用示意图如下：
3内力计算：
11
刚度：
A、B柱：
儿bh30.40.4^21.3310，m4
1212
11
Ilbh30.40.83=170.6710"m4
1212
I永久荷载作用
永久荷载作用包括物价自重、上柱自重、吊车梁自重等。
永久荷载作用示意图如下：
在永久荷载作用下排架的内力如图：
M/Gja（0.50.4-0.15）=298.50.05=14.925KNM
M2--G4A（0.75-0.4）（G1aG2A）0.2--67.80.35（298.519.2）
0.2=39.81KNM
A、B柱：
n二'二2133=0.125
1l170.67
1-丸2（1—丄）
由Ci=1.5•=2.07
31
13
（1）
n
C3
-1.5
=1.13
1■3（—-1）
n
Ri=业Ci」4.9252.07=2.38KN
H13
R2=叫C3m39811.13=3.46KN
H13
V=RR2=5.84KN
n可变荷载作用
可变荷载作用简化作用于柱顶如图，可变荷载作用下排架内力图如下
56.7567
2
M1g0.2=56.70.2=11.34KNM
查表得Cj=2.07C3=1.13
M12.835
RiLCi2.07=0.45KN
H13
M211.34
R2-C31.13=0.99KN
H13
V=R1R2=1.44KN（j）
in吊车竖向荷载:
当Dmax作用在A柱，Dmin作用在B柱时，吊车竖向荷载作用见图如下:
在吊车竖向荷载作用下内力如图；
M2a=474.940.35=166.229KNM2B=51.01KN
A、B柱：
n
Iu
Ii
21.33
170.67
=0.125
-0.308
13
C3=1.13
R2十字6=罟1.1^4.43KN（J）
R=R2A■R2B--10.02KN（j）
由于A、B柱剪力分配系数A二B=0.5
各柱上的剪力分配值：
Va=Va-R2A=5.01—14.45=—9.44KN3
VB=VB—R2B=5.01+4.43=9.44KN（j）
在吊车竖向荷载作用下的内力图如下:
F（>
当Dmin作用在A柱，Dmax作用在B柱上时，吊车荷载作用见图及在吊车竖向荷载作用下的内力图如下：
474,94
W水平刹车力作用下
水平刹车力：
Tmax=1.45.04=7.056KN作用于牛腿顶面1.4米处，当刹车力向右时,
用见图如下
内力图如下
同理得当
由于Fn同向作用在A、B柱上，因此排架的横向内力为零，剪力v-7.056KN
刹车力向左时排架的受力简图和内力图如下
V风荷载的作用
将柱顶以上风荷载作集中力作用于柱顶，柱上的风荷载看做是水平均布荷载。
当左风作用时作用简图如下：
A、B柱：
n=u21.330.125■-Hh40.308
l170.67H13
31（丄-1）
n
C11=0.331
81讥1-1）
_n
11
Ra1（q1-q2）（2.91-1.45）130.331=3.14KN
22
1
RA2Fw=0.59.9=4.45KN
2
R二Ra1Ra2=3.144.45二7.59KN
2
M=（Fw-R）xq1xV=（Fw-R）q/
2
VA=40.14KNVB=11.26KN
在风荷载作用下的内力图
当右风作用时作用简图及内力图如下:
20.84
152,56
汨KN
■
i
二_
—■—
43
A柱在各种荷载作用下的内力见表:
吊车竖向作用
吊车水平作用
风荷载
柱号及正向内力
荷载种类
恒荷载
可变荷载
Dmax在A
Dmax在
B
向右向左
左来风右来风
编号
内力图
控制截面I-IM（KNM）
8.435
2.925-37.76-37.7610.16-10.1632.52-20.84
N（KN）
317.7
56.7
-
-
-
-
-
-
n-n
M（KNM）
-31.375
-8.415
128.469
13.25
10.16
-10.16
32.52
-20.84
N（KN）
385.5
56.7
474.94
145.75
-
-
-
川-川
M（KNM）
21.185
4.545
43.509
-43.50
9
73.38
-73.38
275.93
-152.5
6
N（KN）
471.9
56.7
474.94
145.75
-
-
--
-
V（KN）
5.84
1.44
-9.44
-9.44
7.056
-7.056
40.14
11.26
柱的内力组合:
截面
内力
+Mmax及相应
一Mmax及相应
的N、V
Nmax及相应
Nmin及相应
的
M、V
的N、
V
的M
、V
组合项
数值
组合项
数值
组合项
数值
组合项
数值
I
M（KNM）
1+0.9x
40.34
1+0.9x
-53.45
1+0.9x
40.34
1+0.9x
I
N（KN）
（2+7）
368.73
（3+6+8）
317.7
（2+7）
368.73
（3+6+8）
n
M（KNM）
1+0.9汉
122.66
1+0.9汉
-57.7
1+0.9汉
115.09
1+0.9瓦（2+8）
]■
C
—1
£
n
N（KN）
（3+5+7）
812.95
（2+8）
436.53
（2+3+5+7）
863.98
M（KNM）
378.81
-221.32
378.81
N（KN）
1+0.9汉
950.38
1+0.9汉
603.08
1+0.9汉
950.38
1+0.9汉
E■
■n
V（KN）
（2+3+5+7）
41.12
（4+6+8）
1.13
（2+3+5+7）
41.12
（4+6+8）
1.13
柱的截面设计：
1选取控制截面的大偏心受压界限破坏时的轴力Nb为:
上柱：
Nb=rfcbbh0=114.34000.5536^1132.56KN
下柱：
Nb=：
rfcbbh0=114.34000.55760=2390.96KN
经比较A柱的所有N对称配筋的柱，在“M”相差不多时,
由此可以确定各柱的最不利内力。
[M=40.34KNM
A柱：
1-I①丿
N=368.73KNN
M=378.81KNM
川-川①=950.38KNN
V=41.12KN
截面纵向配筋计算表:
截面
I-1
I-I
川-川
川-川
M（KNM）
40.34
-53.45
378.81
-221.32
N（KN）
368.73
317.7
950.38
603.08
M.、e°=N（mm）
109
168
399
367
h
e0取—与20mm中的较30
大值
20
20
27
27
C=e°+ea（mm）
129
188
426
394
广0.5fcA
-1一■
N
3.1
3.6
2.4
3.79
l0=2.0出上柱
l0=1.0已下柱
8
8
9
9
l0
h
20
20
11.25
11.25
戶0.5fcA
q-c<1.0
N
3.1>1取1
3.6>1取1
2.4>1取1
3.79>1取1
il0
匚2=1.15-0.01上h
0.95
0.95
1
1
2
-1+（dh）g
1400eih0
1.76
1.52
1.61
1.17
0.3h0
108
108
228
228/
8
227
286
686
461
十h/、
e=9__+as（mm）2
67
126
326
101
AA,Ne
乓一As—
fy（h0-&）
214
347
1195
235
2
实配钢筋（mm）
4柱22
4哲22
4宜22
4注22
1251
1251
1251
1251
A
卩侧=仝％
bh
0.39%>0.2%
0.39%>0.2%
0.39%>0.2%
0.39%>0.2%
P全部=As+As%
bh
0.78%>0.6%
0.78%>0.6%
0.78%>0.6%
0.78%>0.6%
即上柱：
422下柱：
4三22
3箍筋的配置
因柱底剪力较小：
Vmax=41.12KN
若剪跨比'=3则；
1.751.75
ftbho1.43400760=190.19KN
■131
远大于柱底的剪力值（还没有考虑轴向压力对斜截面的有利影响），所以排架柱的箍筋按构
造配置为$10@200，柱箍筋加密区取为$10@100
4牛腿的设计
㈠牛腿几何尺寸的确定
牛腿截面宽度与柱宽度相等为400mm,若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离C1=80mm,吊车梁端部宽为340mm,吊车梁轴线到柱外侧的距离为750mm则牛腿面的长度为600mm,
牛腿外缘高度为500mm，牛腿的截面高度为700mm，牛腿的几何尺寸及配筋示意图如下：
㈡牛腿高度验算
作用于牛腿顶部按荷载标准组合计算的竖向力值；
Fv二DmaxGA4=474.9467.8=542.74KN
Fvk=Dmax,k+GA4,k=339.24+56.5=395.74KN
牛腿顶部按荷载标准组合计算水平拉力值；
Fhk=0.9Tk=0.95.04=4.536KNFh二二0.97.506=6.35KN
牛腿截面有效高度：
h0二h-as二700-40二760mm
竖向力Fvk作用点位于下柱截面内，a=0
牛腿的配筋
由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，故该牛腿可按构造要求配筋，纵向钢筋取
16,箍筋取08@100。
牛腿局部受压验算
0.75Afc=0.7540034014.3=1458.6KN-Fvk，满足要求
牛腿纵向受压钢筋的计算
因为a：
O.3h0，取a=O.3h0=0.3660=198mm
bh400700
0.2%<仝二—804—=0.287%<0.6%
柱的吊装验算
采用翻身吊，吊点设牛腿与下柱的交接处，起吊时，混凝土达到设计强度的100%，计算
简图如下
荷载计算
根据构造要求，取柱插入基础的深度0.9h=720，取800mm
自重线荷载，考虑动力系数1.5，各段荷载标准值分别为上柱：
g,=1.5（1.610二）25=6KN/M牛腿：
g2=1.5（0.241）25=9KN/M
g3
=1.5（6.410」）25=24KN/M
内力分析
1212
M1g1L16448KNM
12切12
M21
2
12
由RaL3M2g3L30得:
2
所以M3二Rax-丄g3x2,令Ra-g3X=0得柱下最大弯矩发生在:
2
12
则M3=89.763.74243.74=167.85KNM
2
上柱吊装验算：
2
上柱配筋：
人二As=760mm受弯承载力验算：
Mu=fyAs（h。
-as）=360760（360-40）10^-87.55KN>
oM1G=0.9481.2二51.84KNM满足要求。
700
裂缝宽度验算：
从弯矩图上可以看出，只需对上柱M2处的裂缝宽度进行验算即可。
厂=1.1一0.656ftk^te^sk=1.1一0.652.01（0.015614（725=0.5
Wmax^cr坐（1.9c0.08^）=2.10.5140:
725（1.9300.08丝）crE/J21050.0156
满足要求
下柱验算：
2
代=As=1251mm受弯承载力验算
Mu=360X251汇（760—40）=324.26KNM>YoM3Yg=0.9"67.85".2=181.28KN
（裂缝不需要验算）
柱的配筋图:
基础设计：
由基础梁传至基础顶面的外墙重量的设计值为Gw（370mm厚墙容重取为8KN/M2）
Gw=1.216.16-（1.84）4.28=693.5KN
确定基础尺寸；
柱插入深h=0.9h=0.9800=720mm取g=800mm
杯底厚度a1_200mm选a1=250mm杯口底垫层为50mm，则基础的高度即为
1100mm，由于杯壁厚度t-300mm，且大于基础梁宽，取t=375mm。
基础底面尺寸
地基承载力设计值按下式计算
f二fk•b（b-3厂do（d-0.5）并由表查的d=1.0b=0，取土平均自重
0=20KN/M3，则得f=280120（1.1-0.5）=292KN/M2
由Nmax的一组荷载，按轴压基础初估其底面尺寸
2
因该基础为偏心受压，故取A=1.3A=1.36.088=7.92m底面选为矩形
212123
ab=3.82.8=10.64m。
则基础底面的Wba2.83.8=6.739m，
66
13134
Iba2.83.8=12.8m
1212
基础及其上填土重G=1.2oabH=1.2202.83.81.1=251.328KN
.1900—一1900
o0寸T—I
S'BW
450800⑸I
>n*
3JJ00
地基承载力验算：
作用于基础底面的力矩及轴力设计值:
第一组荷载:
MbWWGwe=378.8141.121.2693.5（0.1850.4）=833.85KNM
Nb=口GGw=950.38251.328693.5=1895.21KN
第二组荷载：
Mb二M2V2h—Gwe=221.32603.081.1-693.5（0.1850.4）=479.01KNM
（顺时针）
NbGGw=603.08251.328693.5-1547.91KN
验算基地应力：
计算公式：
p；max二弘-叫；且满足：
Pmax乞1.2f=1.2292=350.4KN/M2Aw
12
；-（PmaxPminHf=：
292KN/M及Pmin_°由前：
A=ab=3.82.8=10.64
3
W=6.739m按上式计算公式的计算结果列于下表:
荷载组别
Pmax
Pmin
二（Pmax+Pmin）
2
①
301.85
54.39
178.12
②
216.56
74.4
145.48
故按所设计的基础底面尺寸合适基础受冲切承载力验算
按第一组荷载验算（因改组荷载产生的基础底边净反力为最大）。
此时，Mb=833.85KN，
Nb-G=1895.21-251.328=1641.88KN；则基础底边净反力为:
柱边冲切面承载力验算:
因Nb=2.8mR2h。
=0.421.16=2.72m
则
A=（a-at-h°）b-（b-bt-h。
）2=（3.8-0.8-1.055）2.8-（2.8-0.4-1.055）2=1.225m222222222
冲切荷载设计值：
Fl=pmaxA=278.041.22^340.6KN
冲切投影面积：
A（bth°）h。
=（0.41.055）1.05^1.535m2
抗冲切承载能力：
0.6ftA=0.61.271.535103=116.67KNR=340.6KN
故抗冲切承载力满足
变阶处冲切承载力验算：
此时冲切破坏面与柱边破坏边重合，故可不验算基础底边净反力计算公式同前：
smaxPsmin
Nb-GMb..,-x1.90.45
—，Ps■二Psmin（Psmax-Psmin）~~~
Aw3.8
28
PsU=Psmin-（Psmax-Ps
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