单层工业房的设计例题1 2.docx
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单层工业房的设计例题12
单层工业房设计
一、设计资料:
1.工程概况
某造纸车间为一单跨单层钢筋混凝土厂房,厂房总长66m,跨度27m,柱距6m,设有20/5t、10t各一台中级工作级别吊车,轨顶标高+10.1m。
厂房平面图如图
(1)
2.设计资料
屋面构造:
二毡三油防水层(上铺绿豆砂);
20mm厚水泥砂浆找平层;
100mm水泥膨胀珍珠岩保温层;
一毡二油隔气层;
20mm厚水泥砂浆找平层;
预应力混凝土大型屋面板。
围护结构:
240mm厚普通砖墙,双面抹灰;钢框玻璃窗宽×高:
4000mm×5100mm和4000mm×1800lmm。
地面:
钢筋混凝土地面,室内外高差150mm。
3.设计基本原始资料
自然条件:
基本风压为0.5kN/m2,地面按B类,基本雪压为0.3KN/m2,屋面活荷载为0.5kN/m2。
地质条件:
场地地面以下0.8内为填土,填土下层4.8m内为粉质粘土,地基承载力特征值为240kN/m2,地下水位为-5.5m。
该工程位于非地震区,不考虑抗震设计。
4.材料
钢筋:
箍筋为HPB235级钢筋、受力钢筋HRB335级钢筋。
混凝土:
柱采用C40,基础采用C20。
5.设计要求
1)初步确定排架结构布置方案;
2)对结构上部的标准构件进行选型,并进行结构布置;
3)排架的荷载计算和内力分析;
4)排架柱的设计;
5)柱下独立基础的设计
二、构件选型及屋盖布置
根据厂房的跨度、吊车起重量的大小、轨顶标高,吊车的运行空间等初步确定出排架结构的剖面如图
(2)所示。
为了保证屋盖的整体性,屋盖采用无檩体系。
1.屋面板
采用1.5m×6m预应力混凝土屋面板,根据屋面做法求得屋面荷载,采用标准图集92G410
(一)中的Y—WB—2,屋面板自重标准值为1.4KN/m2(包括灌缝自重)。
2.天沟板(外天沟排水)
选用92G410(三)标准图集中的JGB77—1,自重标准值2.02kN/m。
3.屋架采用预应力混凝土折线形屋架,选用标准图集95G415(三),每榀屋架自重标准值为120kN。
4.屋盖支撑
在端部第二开间的屋架端部和跨中设三道垂直支撑、其他跨相应部位设下弦系杆,端头第二开间设下弦横向水平支撑。
5.吊车梁
选用95G425标准图集中的先张法预应力混凝土吊车梁,梁高1200mm,每根自重标准值44.2kN,轨道及垫层构造高度200mm,轨道及连接重lkN/m。
6.排架柱
排架的上柱截面为矩形,下柱采用工字形截面。
7.支撑布置
设计采用大型屋面板,可以不设屋架上弦支撑。
根据构造要求,设置相应的屋架下弦支撑,并在跨度中点处布置一道垂直支撑。
见
图(3)
本设计跨度27m,大于18m,因此需要布置支撑。
柱截面高度h>600mm,下部柱间支撑做成双片,其间距为柱截面高减去200mm,见图(4)。
图(3)屋架下弦支撑
图(4)柱的支撑布置
三、排架的荷载计算
1.排架计算简图的确定
(1)确定柱高。
吊车梁顶标高=轨顶标高—轨道构造高度=10.1—0.2=9.9m
牛腿标高=吊车梁顶标高—吊车梁高=9.9-1.2=8.7m
柱顶标高=轨顶标高+吊车高度H+上部运行尺寸,取为12.6m
上柱高Hu=柱顶标高--牛腿标高=12.6—8.7=3.9m
全柱高H=柱顶标高—基顶标高=12.6--(--0.6)=13.2m
下柱高Hl=H--Hu=13.2-3.9=9.3m,λ=Hu/H=3.9/13.2=0.295
(2)初步拟订柱尺寸
根据表一的参考尺寸,取上柱b×h=400mm×450mm,下柱b×h×hf=400mm×850mm×200mm,截面尺寸如图(5)所示。
图(5)下柱截面尺寸(单位:
mm)图(6)排架计算简图
(3)参数计算
上柱:
下柱:
比值:
排架计算简图如图(6)
2.荷载计算
(1)恒载计算。
1)屋盖结构自重标准值:
二毡三油防水层0.35KN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层;20×0.02=0.4KN/m2
100mm水泥膨胀珍珠岩保温层;4×0.1=0.4KN/m2
一毡二油隔气层;0.05KN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层;20×0.02=0.4KN/m2
预应力混凝土大型屋面板。
1.4KN/m2
gk=3.00KN/m2
天沟板2.02×6=12.12KN
屋架自重120KN
则作用在一榀横向平面排架一端柱顶的屋盖自重标准值为
2)柱自重标准值:
上柱G2k=25×0.4×0.45×3.9=17.55kN
下柱G3k=25×9.1×[0.2×0.4×2+0.4×0.1+2×
注(1.1为考虑下柱仍有部分矩形截面而乘的增大系数)
=0
3)吊车梁及轨道自重标准值:
G4k=44.2+1×6=50.2kN
=800—850÷2=375mm
(2)屋面活荷载标准值
由《荷载规范》可知,不上人屋面均不活荷载为0.50KN/m2,不大于基本雪压,屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为
Q1k=0.5×6×27÷2=40.5KN
(3)吊车荷载标准值
由DSQD型其参数如下
吊车吨位(t)
Q1k
(kN)
Q2k
(kN)
吊车宽度B
(mm)
轮距K
(mm)
Pmaxk
(kN)
Pmink
(kN)
20/5
320
69.77
6055
4100
216
79
10
240
34.61
5980
4050
136
51
根据B与K及支座反力影响线图(7),可求得
图(7)求Dmax时的吊车位置图
其作用点到柱顶的距离
y=
(4)风荷载标准值。
计算
时风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度12.6+0.15=12.75m取值,计算
时风压高度变化系数按檐口标高14.9m取值
图(8)风载体型系数(长度单位:
mm)
排架受荷总图如图(9)
图(9)排架受荷总图
3.内力计算
(1)恒载作用下。
由于单层厂房多属于装配式结构,柱、吊车梁及轨道的自重,是在预制柱吊装就位完毕而屋架尚未安装时施加在柱子上的,此时尚未构成排架结构。
但在设计中,为了与其他荷载项计算方法一致,并考虑到使用过程的实际受力情况,在柱、吊车梁及轨道的自重作用下,仍按排架结构进行内力计算。
在屋盖自重G1k、上柱自重G2k、吊车轨道及连接G4k作用下,由于结构对称、荷载对称,故可简化为如图(10)的计算简图
图(10)恒荷载作用下计算简图
1)在G1k作用下
2)在G2k作用下
3)在G4k作用下
)
叠加以上弯矩
M1k=M11k=-23.63(
)
M2k=M12k+M22k+M42k=-63.03-3.51+18.83=-47.7(
)
已知
由规范公式:
在M1k作用下
由规范公式
在M2k作用下
在G1k、G2k、G3k、G4k共同作用下的弯矩图和轴力图如图(11)
图(11)恒荷载作用下内力图图(12)屋面活荷载作用下的计算简图
(2)活荷载作用。
1)屋面活荷载作用下:
由于Q1k作用位置与G1k相同
在Q1k作用下的M图和N如图(12)所示
2)吊车竖向荷载作用下:
当Dmax,k作用在A柱时
A柱
B柱
与恒载计算方法相同,可得C2=1.21
A柱
B柱
A柱与B柱相同,剪力分配系数
内力图如图(13)
图(13)吊车竖向荷载作用下内力图
3)吊车水平荷载作用下:
当Tmax向左作用时
由规范公式可得
当
当
考虑空间作用分配系数,由表12-16可以查得
Tmax向左作用的M图、N图如图(14)所示。
Tmax向右作用的M图、N图于上述情况相反。
图(14)吊车水平荷载作用下内力图
4)风荷载作用下:
风从左向右作用,在q1和q2作用下,由规范公式:
风荷载作用下的M、N图如图(15)
当风从右向左吹时,其M、N图与上述情况相反。
图(15)风荷载作用下内力图
四、最不利内力组合
由于排架单元为对称结构,可仅考虑A柱截面,荷载内力汇总表见表一,内力组合见表二
表一A柱内力汇总表
柱号
截面
荷载项
内力
恒荷载
屋面活荷载
吊车竖向荷载
吊车水平荷载
风荷载
G1kG2k
G3kG4k
Q1k
Dmax,k
在A柱
Dmin,k
在A柱
Tmax,k向左
Tmax,k向右
左风
右风
(1)
2
3
4
5
6
7
8
A
柱
1-1
M
-1.56
0.51
-28.94
-28.94
-8.91
8.91
29.95
-27.32
N
332.67
40.5
0
0
0
0
0
0
2-2
M
-49.26
-7.59
98.5
17.94
-8.91
8.91
29.95
-27.33
N
382.87
40.5
339.8
125
0
0
0
0
3-3
M
3.38
3.91
29.5
-51.06
-97.12
978.12
260.96
-233.67
N
437.27
40.5
339.8
125
0
0
0
0
V
5.66
0.91
-7.42
-7.42
-9.485
9.485
36.93
-28.39
表二A柱内力组合表
内力
截面
由可变荷载效应控制的组合
1.2恒载+1.4任一活载
组合项
Mmax相应
N、V
组合项
Mmin相应
N、V
组合项
Nmax相应
M、V
组合项
Nmin相应
M、V
1--1
1
7
40.06
1
8
-40.12
1
2
-1.16
1
7
40.06
399.2
339.2
455.9
399.2
2--2
1
3
78.79
1
8
-97.37
1
3
78.79
1
8
-97.37
935.16
459.44
935.16
459.44
3--3
1
7
369.4
1
8
-323.08
1
3
43.56
1
7
369.4
524.72
524.72
1000.44
524.72
58.49
-32.95
-360
58.49
内力
截面
由可变荷载效应控制的组合
1.2恒载+1.4×0.9(任意两个或两个以上活载)
组合项
Mmax相应
N、V
组合项
Mmin相应
N、V
组合项
Nmax相应
M、V
组合项
Nmin相应
M、V
1--1
1
2
7
36.51
1
3
6
8
-61.53
1
2
3
6
8
-60.89
1
3
6
8
-61.53
450.23
399.2
450.23
399.2
2--2
1
3
5
7
91.51
1
2
8
-103.11
1
2
3
7
93.17
1
8
-93.55
887.59
510.47
938.67
459.44
3--3
1
2
3
6
7
491.33
1
4
5
8
-477.08
1
2
3
6
7
491.33
1
7
332.87
957.80
682.74
957.80
524.72
57.07
-50.28
57.07
46.53
内力
截面
由永久荷载效应控制的组合
组合项
Mmax相应
N、V
组合项
Mmin相应
N、V
组合项
Nmax相应
M、V
组合项
Nmin相应
M、V
1--1
1
2
-1.61
1
2
3
-29.97
1
2
4
-29.97
1
8
-28.88
488.79
488.79
488.79
449.1
2--2
1
3
30.03
1
2
-73.94
1
2
3
22.59
849.88
556.56
889.57
3--3
1
2
3
37.3
1
4
-45.48
963
712.81
-6.38
0.37
注
五、排架柱的设计
1.柱在排架平面内的配筋计算
(1)截面尺寸。
(2)材料等级。
混凝土:
钢筋:
受力筋为
箍筋为:
(3)截面最不利内力。
由于截面3—3的弯矩和轴向力均比截面2—2的大,故下柱配筋由截面3—3的最不利内力确定。
经比较,用于上下柱截面配筋的最不利内力及柱在排架方向的初始偏心距
、计算长度
偏心距增大系数
列于表三中
表三柱在排架平面内的计算参数
截面
内力组
1--1
M(
)
-29.97
61
415
81
0.73
7800
450
0.977
1.784
N(
)
488.79
M
-61.53
154
415
174
1
7800
450
0.977
1.500
N
399.2
3--3
M
369.4
704
815
724
1
19800
850
0.917
1.400
N
524.72
M
491.33
513
815
533
1
9300
850
1
1.1.31
N
957.8
注1.
截面
内力组
eO
九o
e/
邑
/o
丘
(2
叮
M(hN·m)
一14.63
33
365
53
0.59
7800
400
0.955
1.896
1—1
N(kN)
442.8
M
一76.77
216
365
236
1
7800
400
0.955
1.341
N
355.58
M
318.54
679
765
706
1
19助0
800
0.903
1.364
3—3
N
469.1
M
441.2
468
765
461
1
9300
800
1.000
1.127
N
942.6
柱在排架平面内的配筋计算过程在此略去,计算结果见表四
表四柱在排架平面内的配筋计算
截面
内力组
x
偏心情况
计算
实配
1--1
M(
)
-29.73
81
1.784
335
64
228
大偏压
0
N(
)
488.79
M
-94.51
174
1.5
451
52
228
大偏压
218
236
3Ф10
N
399.2
3--3
M
317.87
724
1.4
1404
69
448
大偏压
1372
1520
4Ф22
N
514.25
M
441.45
533
1.131
993
125
448
大偏压
993
1256
4Ф20
N
993.48
注1.
2.
=0.550
2.柱在排架平面外的承载力验算
上柱,Nmax=488.79kN,考虑吊车荷载时,按规范有
由规范知
下柱Nmax=1000.4,当考虑吊车荷载时,按规范有
故承载力满足要求。
3.裂缝宽度验算
(1)1—1截面:
(2)下柱3—3截面
验算裂缝宽度的荷载标准组合值,按GB50009—2001《荷载规范》有
=3.38+260.96+(3.91×0.7+29.5×0.7+97.12×0.7)=288.46
裂缝间纵向钢筋应变不均匀系数
ψ=
4.柱牛腿设计
(1)牛腿几何尺寸的设计。
牛腿宽b=400,若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离C1=80mm,吊车梁下部尺寸为340mm,则牛腿水平截面高度
牛腿外边缘高度h1=500mm,倾角α=
,牛腿高度h=500+200=700mm。
(2)牛腿配筋。
由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内,故a=800-850=-50mm<0,故该牛腿可按构造配筋,纵向钢筋取4Ф16,箍筋为
8@100。
(3)牛腿局部承压验算
设垫板尺寸为400×400mm,局部压力标准值
故局部压应力
图(16)牛腿详图(mm)
5.柱的吊装验算
采用翻身吊,吊点设在牛腿与下柱交接处。
(1)荷载计算
上柱自重
牛腿自重
下柱自重
计算简图如下
(2)内力计算。
结构重要性系数取1.0
弯矩图如图(17)
图(17)柱吊装验算图(单位mm)
(3)截面承载力计算。
1—1截面:
2—2截面:
1--1截面承载力不满足要求,需加筋。
加为3Ф16,As=603mm2,
Mu=68.7
>61.6
。
满足要求。
(4)裂缝宽度验算。
由承载力计算可知,只验算1—1截面即可。
钢筋应力如下
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数
故最大裂缝宽度为
排架柱施工图见附录一
六、基础设计
1.由柱传至基顶的荷载
(1)由表11—7选出两组最不利内力
(2)由基础梁传至基础顶面的荷载:
钢框玻璃窗
基础梁
G5=414.4kN
(3)由基础梁传来的荷载G5对基础底面产生的偏心弯矩设计值为
(4)作用于基底的总弯矩和轴向力设计值为(假定基础高度H=1100mm)
第一组
第二组
基底受力情况如图
2.基底尺寸的确定
由第二组确定b和l:
取b=2.5m,l=4.0m,A=10m2
第一组基底尺寸验算
第二组基底尺寸验算
=
=267.8<1.2
=1.2×240=288kN/mm2
Pmin=32.5>0(可以);Pm=147.2kN/mm2<240kN/mm2
该房屋是可不作地基变形的二级建筑物,不作地基变形验算。
3.确定基础高度
前面已初步假定基础H=1.1m,如采用锥形基础,根据构造要求,初步确定基础尺寸如图(18)所示。
由于上阶底面落在柱边冲切破坏锥体之内,故仅在变阶处作冲切验算。
(1)各组荷载设计值作用下的地基净反力
第一组
第二组
故按第二组进行计算。
(2)基础抗冲切验算简图如图(19)
由于基础宽度b=2.5m,故小于冲切破坏锥体底宽
故冲切破坏荷载
变阶处抗冲切力=
=
4.基础配筋验算
(1)沿长方向的配筋计算。
在第二组荷载作用下,
相应于柱边的净反力
相应于变阶的净反力
则
图(18)确定基础尺寸(单位:
mm)图(19)基础抗冲切验算简图(单位:
mm)