单层厂房课程设计.doc

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单层钢筋混凝土柱厂房课程设计

目录

一、设计资料…………………………………………………………………………………………………………………………..

（2）

二、结构方案选择…………………………………………………………………………………………………………………..

（2）

三、结构布置及构件选型………………………………………………………………………………………………………..（3）

四、计算单元及计算简图………………………………………………………………………………………………………..（6）

（1）标高………………………………….……………………………………………………………………………………..（6）

（2）初定柱的截面尺寸…………………………………………………………………………………………………..（6）

（3）定位轴线…………………………………………………………………………………………………..……………..（6）

（4）计算单元及计算简图……………………………………………………………………………….……………..（6）

五、荷载计算…………………………………………………………………………………………………………………………..（7）

（1）屋盖荷载…………………………………………………………………………………………………………………..（7）

（2）柱和吊车梁等自重…………………………………………………………………………………………………..（7）

（3）吊车荷载………………………………………………………………………………………………………..……..（8）（4）风荷载………………………………………..…………………………………………………………………………..（9）

（5）内力分析………………………………………………………………………………………….……………………..（9）

（6）内力组合…………………………………………………………………………………….…………….…………..（17）

六、排架柱截面设计……………………………………………………………………………………………………………..（17）

（1）选取控制截面最不利内力..…………………………………………………………………………………..（17）

（2）A柱配筋计算………………….…………………………………….………………………………….…………..（18）

（3）B柱配筋计算………………….……………………………………………………………………………………..（20）

七、排架柱的裂缝宽度验算…………………………………………………………………………………………………..（23）

（1）A柱裂缝宽度验算………………………………………………………………………………………………...（23）

（2）B柱裂缝宽度验算…………………………………………………………………………………………………..（24）

八、牛腿设计………………………………………………………………………………………………………………….……..（24）

九、排架柱的吊装验算………………………………………………………………………………………………….……..（26）

十、锥形杯口基础设计……………………………………………………………………..…..……………………………..（30）

（1）荷载计算…………………………………………………………..……………….…..……………………………..（31）

（2）基础地面尺寸确定…………………………………………….….………….…..……………………………..（32）

（3）地基承载力验算……………………………………………..…..…………….…..……………………………..（33）

（4）基础受冲切承载力验算……………………………………………..…..…………….…..…………………..（34）

（5）基础底板配筋计算…………………………………………..…..…………….…..……………………………..（35）

参考文献………………………………………………………………………………………………………………….……………..（38）

一、设计资料

1、该车间双跨等高厂房，无天窗，长66m，柱距6m，跨度均为L=18m，无

伸缩缝，厂房两端设有山墙。

车间剖面如图1所示：

图1车间剖面图

1、根据工艺要求车间每跨设有软钩桥式起重机一台，A5工作级别。

吊车起重量100KN，

轨顶标高8.400m。

2、建设地点：

某市郊区（基本风压0.45kN/m2，基本雪压0.50kN/m2，无抗震设防要求）。

4、工程地质及水文地质条件：

根据勘察报告，场地地形平整，自地表向下为：

①杂填土，厚度0.70m；

②粘土，红黄褐色，厚度2.50m，容许承载力140kpa；

③粉质粘土，厚度2.50m，容许承载力210kPa；

④卵石层，较厚。

未发现不良地质现象。

地下水位较低，无腐蚀性。

5、建筑构造

（1）屋面（不上人）：

卷材防水，其作法如下：

三毡四油防水层上铺小石子，20厚1：

3水泥砂浆找平层，100厚泡沫混凝土保温层；一毡二油隔气层，20厚1：

3水泥砂浆找平层，预应力混凝土大型屋面板。

（2）墙体：

240厚清水砖墙，钢门窗，门窗洞口宽4m，女儿墙高度300～500mm。

（3）地面：

室内地坪为混凝土地面，室内外高差150mm。

6、选用材料：

柱混凝土可选C30，纵筋HRB400，箍筋HPB300。

柱下独立基础混凝土选

C25，纵筋HRB335；基础垫层混凝土等级采用C15。

二、结构方案选择

选用传统钢筋混凝土单厂结构“板—架—柱”体系，由以下四种结构组成：

（1）由屋面板、屋架组成的屋盖结构；

（2）由屋架、柱和基础组成的排架结构，为主要承重结构；

（3）由屋盖支承、柱间支承组成的支撑结构；

（4）由纵墙、山墙组成的维护结构；

采用单独柱下现浇钢筋混凝土杯口基础，基础梁承托围护墙，山墙为非承重墙，设抗风柱。

三、结构布置及构件选型

1）厂房柱网平面布置如图2：

图2厂房柱网布置图

另外，根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）9.1规定，装配式钢筋混凝土排架结构伸缩缝最大间距为100m（室内或土中）或70m（露天）。

而本题厂房总长66m，所以无需验算厂房的伸缩缝。

2）主要构件选型：

1、屋面

恒载：

三毡四油防水层上铺小石子0.4kN/m2

20mm厚1：

3水泥砂浆找平层0.02×20=0.4kN/m2

100mm厚泡沫混凝土保温层0.1×5=0.5kN/m2

一毡二油隔气层0.05kN/m2

20mm厚1：

3水泥砂浆找平层0.02×20=0.4kN/m2

合计1.75kN/m2

活载：

屋面不上人0.5kN/m2

雪压0.5kN/m2

可变荷载效应控制组合：

由永久荷载效应控制组合：

选用由永久荷载效应控制组合值作为选用依据值。

选用标准图集04G410-1~2中的1.5m×6.0m一般预应力混凝土屋面板Y-WB-3Ⅲ（中间跨），Y-WB-3Ⅲs（端跨）,其允许外加均布荷载基本组合设计值为，满足要求。

板自重标准值1.4kN/m2，灌缝重标准值为0.10kN/m2。

总重量标准值1.50kN/m2。

2、嵌板及檐口板

选用标准图集04G410-1中的1.5m×6.0m一般预应力混凝土屋面板Y-KWB-2Ⅱ（中间跨），Y-KWB-2Ⅱs（端跨），其允许外加均布荷载基本组合设计值为，满足要求。

板自重标准值1.70kN/m2，灌缝重标准值为0.10kN/m2。

总重量标准值1.80kN/m2。

板宽900mm。

3、天沟板

屋面采用有组织排水，选用标准图集04G410-1~2中的天沟板（TGB58），中间跨：

TGB58（无落水洞），TGB58a、TGB58b（有落水洞口），边跨：

TGB58sa、TGB58sb。

允许外加均布荷载基本组合值[q]=3kN/m>q=2.85kN/m。

板自重标准值2.01kN/m。

天沟板宽580mm。

天沟板外荷载为：

屋面做法荷载：

1.85kN/m2

积水荷载（按210mm高计）：

2.1kN/m2

活荷载：

0.5kN/m2

外加均布荷载基本组合值：

q=1.4x（1.85+2.1）x（580-190）+1.3x0.7x0.5x（580-190）=2.33kN/m<[q]=3kN/m，满足条件。

4、钢筋混凝土屋架及支撑

屋架跨度为18m。

该厂房不设天窗（类别号为a），檐口形状为两端内天沟（代号为C）。

有悬挂吊车时屋面增设支承。

荷载计算：

外加荷载：

1.75kN/m2

屋面板加灌缝重：

1.40+0.1=1.5kN/m2

屋面支撑及吊管自重：

0.15kN/m2

恒载标准值合计：

3.4kN/m2

活载标准值：

0.5kN/m2

可变荷载效应控制组合：

由永久荷载效应控制组合：

选用标准图集04G415-1中：

YWJ18-2Aa，允许外加荷载5.5kN/m2>5.2kN/m2，满足要求；自重标准值65.5kN/榀，端部高度为1650mm，中央高度为2650mm。

屋面梁选用标准图集G353-4~6中：

SL12-2C，屋面梁自重51.33.4kN/根。

5、吊车梁

，采用钢筋混凝土吊车梁。

选用标准图集G323-1~2，根据吊车起重量100KN、大连重工起重集团有限公司DQQD型、中级工作制A5、车间每跨设有软钩桥式起重机一台，查A4、A5（中级工作制吊车梁选用表），边跨选用编号DL-7B，允许内力Mmax=301.1KN.m，梁重28.2KN/根；中跨选用DL-7Z，允许内力Mmax=421.6KN.m，Va=285.2KN，Vz=142.8KN，梁重27.5KN/根。

电动单钩桥式吊车数据表表1

吊车起重量Q

跨度LK

起升高度

中级工作制A5

吊车总重

Pmax

Pmin

小车重g

吊车总重

吊车最大宽度B

打车轮距K

大车底面至轨道顶面的距离F

B1轨道顶面至吊车顶面的距离

轨道中心至吊车外缘的距离

KN

m

m

KN

KN

KN

KN

mm

mm

mm

mm

mm

100

16.5

12

117

26

39.0

186

5150

4050

226

1677.0

230.3

吊车梁截面及尺寸如图2所示：

图2吊车梁截面及尺寸

6、吊车梁走道板

选用标准图集04G337，取边跨上柱截面：

400x400；中间跨上柱截面：

矩形400x600。

对中跨：

，取600mm，选用DB60-3。

对边跨：

，取400mm，选用DB40-3S。

7、吊车轨道联结及车挡

轨道连接：

最大轮压标准值为Pdk=117KN。

最大轮压设计值≤330KN。

则选用标准图集04G325中，吊车梁上螺栓孔距为200mm，轨道联结型号DGL-6，轨道面至梁顶面距离164mm~184mm；车挡型号CD-2，自重89.08+1.95=910.3N，为便于计算取其计算值为0.9KN，且吊车梁端应根据CD-2安装要求预留螺栓。

8、基础梁

墙高约。

基础梁承托围护墙，突出于柱外的墙厚240mm，墙有窗洞。

选用标准图集04G320中，JL-3（中跨），重力荷载标准值16.1kN/根；JL-17（边跨），重力荷载标准值13.1kN/根。

；山墙有门，选用JL-4，重力荷载标准值16.7kN/根。

四、计算单元及计算简图

（1）标高

1）轨顶标高8.400m

2）查DGL-6，轨道顶面至吊车梁顶面的距离ha=0.19，故

牛腿顶面标高=轨顶标高-ha-hb=8.4-0.19-1.2=7.01m，牛腿顶面标高取为7.0m。

3）柱顶标高

吊车轨顶至吊车顶部高度为2.475m；屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为220mm；屋架下弦至柱顶高度为75mm。

柱顶标高=8.4+2.475+0.22+0.075=11.02m，柱顶标高取为11.0m。

4）取基础顶面至室内外地坪高差为0.8m，则从基础顶面算起的：

全柱高H=11.0+0.8=11.8m

上柱高Hu=11.0-7.0=4.0m

下柱高Hl=11.8-4=7.8m

（2）初定柱的截面尺寸

当吊车起重量为100KN和轨顶标高为8.400m时，则实腹柱截面高度h≥Hk/14=657mm；截面宽度b≥max{Hl/14，400}=400mm。

对边柱A（C）柱：

上柱：

矩形截面400mmx400mm，截面积Al=0.16m2，自重4KN/m，Iu=2.13x10-3m4。

吊车桥架外边缘与上柱内边缘之间的空隙=750-400-230=120mm>80mm，满足要求。

下柱：

I形截面400mmx900mmx120mmx150mm，Al=0.193m2，自重4.825KN/m，Il=19.95x10-3m4。

对中柱B柱：

上柱：

矩形截面400x600,Al=0.24m2，自重6KN/m，Iu=7.2x10-3m4。

吊车桥架外边缘与上柱内边缘之间的空隙=750-300-230=220mm>80mm，满足要求。

下柱：

I形截面400mmx1100mmx120mmx150mm,Al=0.217m2，自重5.425KN/m，Il=32.6x10-3m4

图3柱截面尺寸

（3）定位轴线

B1:

由厂房设计任务书上所给附表查得，轨道中心线至吊车端部的距离B1=230mm。

B2：

吊车桥架至上柱内边缘的距离，当吊车起重量不大于500KN时，一般B2≥80mm，取B2=80mm。

B3：

边柱的上柱截面高度或中柱边缘至其纵向定位轴线的距离，取B3=400mm。

e=B1+B2+B3=710mm<750mm，满足要求。

计算中取e=750mm。

故取封闭的定位轴线A、B都分别与左右外纵墙内皮重合。

（4）计算单元及排架的计算简图

由于该车间没有特殊要求，结构布置均匀，除吊车荷载外，荷载在纵向的分布是均匀的，

故可取一榀横向排架为计算单元，计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离，即B=6.0m，如图2（a）所示。

排架的计算简图如图2（b）所示。

图4（a）图4（b）

五、荷载计算

（1）屋盖荷载

1）取屋盖恒荷载标准值为3.4KN/m2，屋架自重标准值65.5kN/榀，故屋盖传给排架柱的集中恒荷载设计值

G1=1.2x3.4x6x9+66.5/2=253.57KN

作用于上部柱中心线外侧e0=50mm。

2）屋面活荷载

由《荷载规范》规定，屋面均布活荷载标准值为0.5KN/m2，与雪荷载相等，故仅取其一项计算。

则由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值为：

Q1=1.4x0.5x6x9=37.8KN

作用于上部柱中心线外侧e0=50mm处。

（2）柱和吊车梁等自重

吊车梁及轨道：

边跨：

G3=1.2x（28.2+6x0.8）=39.6KN

中跨：

G3=1.2x（27.5+6x0.8）=38.76KN

边柱A（C）柱：

上柱：

G4A=G4C=1.2x4x4=19.2KN

下柱:

G5A=1.2x4.825x7.8=45.16KN

中柱B柱：

上柱：

G4B=G4C=1.2x4x6=28.8KN

下柱:

G5B=1.2x5.425x7.8=50.78KN

各永久荷载作用位置如图5所示：

A柱B柱C柱

图5各永久荷载作用位置

（3）吊车荷载

由表一可查得，Pmax,k=117KN，Pmin,k=26KN，G2k=39KN，B=5150mm，K=4050mm。

图6吊车梁支座反力影响线

由于每跨只有一台吊车，则：

（4）风荷载

基本风压；；

按B类地面粗糙度，根据各部分标高，可由教材表10-4查得风压高度变化系数μz为：

柱顶（标高11.1m）:

μz=1.033

檐口（标高12.75m）:

μz=1.077

屋顶（标高13.75m）:

μz=1.105

风荷载体型系数μs及排架计算简图见图4：

图7风荷载体型系数及排架计算简图

则作用于排架上的迎风面和背风面的风荷载设计值分别为：

屋盖受到的风荷载对排架的作用，考虑成集中荷载作用在柱端，其设计值为：

（5）内力分析

等高排架可用剪力分配法进行排架内力分析。

5.1、柱剪力分配系数

柱剪力分配系数表2

柱号

边柱A、C

n=0.107;λ=0.338

C0=2.269;δ=1.225x10-3

0.256

中柱B

n=0.221;λ=0.338

C0=2.641;δ=0.644x10-3

0.488

2.单阶变截面柱柱顶反力系数

单阶变截面柱柱顶反力系数表3

简图

柱顶反力系数

边柱A、C

中柱B

2.216

1.852

1.005

1.170

0.677

0.957

0.333

——

其中a=（4-1.2）/4=0.7。

5.2、永久荷载作用下排架内力分析

内力正负号规定：

排架柱的弯矩图画在受拉侧，剪力以顺时针方向为正，轴力以受压为正。

结合图3可得如下：

弯矩方向见图5。

由于排架为正对称结构并作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。

结合表三可得：

RC=-7.18KN（←）

此时排架各柱内力图见图8：

图8恒载作用下排架内力图

5.3、屋面可变荷载作用下排架内力分析

当AB跨作用屋面活荷载时的内力图与BC跨作用屋面活荷载的内力图呈镜像对称，所以只需讨论AB跨作用屋面活荷载时的内力图即可。

在柱顶附加不动铰支座:

撤销附加的不动铰支座，在排架柱顶施加集中力-（RA+RB），并与柱顶附加不动铰支座时反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的各柱顶剪力，即：

此时排架各柱内力图见图9：

图9AB跨作用屋面活荷载时排架内力图

根据镜像对称规律可得当BC跨作用屋面活荷载的排架各柱内力图，如图10：

图10BC跨作用屋面活荷载时排架内力图

5.4、吊车荷载用用下排架内力分析（不考虑厂房整体空间作用）

①作用于A柱

计算简图见图8。

则吊车竖向荷载、在牛腿顶面出引起的力矩分别为：

在柱顶附加不动铰支座:

撤销附加的不动铰支座，在排架柱顶施加集中力-（RA+RB），并与柱顶附加不动铰支座时反力叠加，可得作用于A柱时的各柱顶剪力，即：

此时排架各柱内力图见图11：

图11作用于A柱时排架内力图

②作用在B柱左

计算简图见图12。

则吊车竖向荷载、在牛腿顶面出引起的力矩分别为：

在柱顶附加不动铰支座:

撤销附加的不动铰支座，在排架柱顶施加集中力-（RA+RB），并与柱顶附加不动铰支座时反力叠加，可得作用于B柱左时的各柱顶剪力，即：

此时排架各柱内力图见图12：

图12作用于B柱左时排架内力图

③作用在B柱右

根据镜像对称规律可得当作用在B柱右时排架内力图，见图13：

图13作用于B柱右时排架内力图

④作用在C柱

同理，根据镜像对称规律，将“作用于A柱”情况的A、C柱内力互换，可求得各柱的内力，如图14：

图14作用于C柱时排架内力图

⑤作用在AB跨

当方向相反时，弯矩和剪力只改变符号，数值不变。

结合表2可得：

此时排架各柱内力图见图15：

图15作用在AB跨时排架内力图

⑥作用在BC跨

图16作用在BC跨时排架内力图

5.5、风荷载作用下排架内力分析

（1）左风

计算简图如图17所示。

结合表2可得：

此时排架各柱内力图如图17所示：

图17左吹风时排架内力图

（2）右风

风荷载为右吹风时，排架各柱内力图如图18所示：

图18右吹风时排架内力图

（6）内力组合

A、B柱的内力组合如附表3、表4所示。

六、排架柱截面设计

采用就地预制柱，混凝土强度等级C30,，纵向受力钢筋为HRB400级钢筋，，箍筋选用HPB300级钢筋，。

。

上下柱均采用对称配筋。

（1）选取控制截面最不利内力

大偏心受压和小偏心受压界限破坏时对应的轴力为：

A柱：

上柱：

下柱：

B柱：

上柱：

下柱：

当，按大偏心受压计算。

对大偏心受压对称配筋的柱，根据“弯矩相差不多时，轴力越小越不利；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则，可确定各柱的最不利内力设计值：

A柱：

Ⅰ-ⅠⅢ-Ⅲ

B柱：

Ⅰ-Ⅰ

Ⅲ-Ⅲ（a）（b）

（2）A柱配筋计算

1）上柱配筋计算

考虑二阶效应：

附加偏心距：

则：

查教材表12-3知，

考虑二阶效应后的弯矩设计值和偏心距为：

，按大偏心受压计算。

选用3C16（）。

截面一侧配筋率

截面总配筋率，满足要求

对垂直于排架方向的截面承载力验算：

由教材表12-3知，对垂直于排架方向的上柱计算长度

，查教材