单层工业厂房课程设计计算书Word下载.docx
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100)×
100+2×
25×
150=1.475×
105mm2
I2=5003×
100/12+2×
(400×
1003/12+400×
100×
3002)+4×
(253×
150/36+343.752×
1/2×
25)=8.78×
1010mm4
n=I1/I2=2.13×
109/(8.78×
109)=0.248
H1=3.6m;
H2=3.6+8.6=12.2m。
λ=H1/H2=3.6/12.2=0.295
四.荷载计算
1.恒荷载
(1)屋盖自重
SBS防水层1.2×
0.1=0.12kN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层1.2×
0.02×
20=0.48kN/m2
大型预应力屋面板(包括灌缝重)1.2×
1.4=1.68kN/m2
总1g1=3.3kN/m2
屋架1.2×
60.5=72.6kN
则作用屋架一段作用于柱顶的自重为:
G1=6×
9×
3.3+0.5×
72.6=214.5kN
(2)柱自重
上柱:
G2=1.2×
3.6×
4.0=17.28kN
下柱:
G3=1.2×
8.6×
3.69=38.08kN
(3)吊车梁及轨道自重:
G4=1.2×
(30.4+0.8×
6)=42.2kN
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,因屋面活荷载大于雪荷载0.4kN(50年一遇),故不考虑雪荷载。
Q1=1.4×
0.5×
6×
12=50.4kN
3.风荷载
由《荷载规范》查得齐齐哈尔地区基本风压为ω0=0.45kN
风压高度变化系数(按B类地面粗糙度取)为
柱顶:
(按H2=11.5m)μz=1.04
檐口处:
(按H2=13.8m)μz=1.11
屋顶:
(按H2=15.4m)μz=1.15
风荷载标准值:
ω1k=βzμs1μzω0=1.0×
0.8×
1.04×
0.45=0.37kN/m2
ω2k=βzμs2μzω0=1.0×
0.45=0.23kN/m2
则作用于排架上的风荷载设计值为:
q1=1.4×
0.37×
6=3.15kN/m
q2=1.4×
0.23×
6=1.97kN/m
Fw=γQ[(μs1+μs2)μzω0h1+(μs3+μs4)μzω0h2]×
B
=1.4×
[(0.8+0.5)×
1.11×
0.45×
2.3+(-0.6+0.5)×
1.15×
1.6]×
6=11.85kN(屋面坡度为1/8)
风荷载作用下的计算简图如下图:
图2风荷载作用下计算简图
4.吊车荷载
由附表16-2查得Pk,max=180kN;
Pk,min=1/2(G+g+Q)-Pk,max=1/2(228+200)-180=46.5kN
B=5600mm,K=4400mm
则根据支座反力影响线求出作用于柱上的吊车竖向荷载为:
Dmax=φc*γQ*Pk,max*Σyi=0.9×
1.4×
180×
(1+0.267+0.8+0.067)
=483.99kN
Dmin=φc*γQ*Pk,min*Σyi=0.9×
46.5×
=125.03kN
作用于每一轮子上的吊车横向水平刹车力
Fh1=γQ*ɑ/4(Q+g)=1.4×
0.1/4×
(200+77.2)=9.702kN
则两台吊车作用于排架柱顶上的吊车横向水平荷载为
Fh=φc*Fh1*Σyi=0.9×
9.702×
=18.63kN
五.内力计算
1.恒荷载
(1)屋盖自重作用
因为屋盖自重是对称荷载,排架无侧移,故按柱顶为不动铰支座计算。
由厂房计算简图及柱截面尺寸图取用计算截面图
图3取用计算截面
e1=0.05m,e0=0.15m,G1=214.5kN,根据n=0.248,λ=0.295查表得C1=1.760,C3=1.268,则可得
R=-G1/H2(e1*C1+e0*C3)=-214.5/12.2×
(0.05×
1.760+0.15×
1.268)=-4.97kN(→)
计算时对弯矩和剪力的符号规定为:
弯矩图绘在受拉一边;
剪力对杆端而言,顺时针方向为正(
),剪力图可绘在杆件的任意一侧,但必须注明正负号,亦即取结构力学的符号。
这样,由屋盖自重对柱产生的内力如下图:
图4恒荷载内力图
MⅠ=-214.5×
0.05+4.97×
3.6=7.17kN·
m
MⅡ=-214.5×
0.15+4.97×
3.6=-14.28kN·
MⅢ=-214.5×
12.2=28.46kN·
NⅠ=NⅡ=NⅢ=214.5kN,VⅢ=4.97kN
(2)柱及吊车梁自重作用
由于在安装柱子时尚未吊装屋架,此时柱顶之间无连系,没有形成排架,故不产生柱顶反力;
因吊车梁自重作用点距离柱外边缘不少于750mm,则内力如下图4所示:
MⅠ=0,MⅡ=MⅢ=+42.2×
0.50-17.28×
0.15=18.51kN·
NⅠ=17.28kN
NⅡ=17.28+42.2=59.48kN
NⅢ=59.48+35.50=94.98kN
2.屋面活荷载作用
因屋面活荷载与屋盖自重对柱的作用点相同,故可将屋盖自重的内力乘以下列系数,即得屋面活荷载内力分布图如图4所示,其轴向压力及剪力为:
Q1/G1=50.4/214.5=0.235
NⅠ=NⅡ=NⅡ=50.4kN,VⅡ=0.235×
4.97=1.168kN
3.风荷载作用
为计算方便,可将风荷载分解为对称及反对称两组荷载。
在对称荷载作用下,排架无侧移,则可按上端为不动铰支座进行计算;
在反对称荷载作用下,横梁内力等于零,则可按单根悬臂柱进行计算。
图5柱作用正风压图
当柱顶作用集中风荷载Fw时,
当墙面作用均布风荷载时,查表得C11=0.355,则得
R3=C11·
H2·
1/2(q1-q2)=0.355×
12.2×
(3.15-1.97)=2.56kN
当正风压力作用在A柱时横梁内反力R:
R=R1+R3=8.49kN
A柱内力图如图6所示,其内力为
M=(Fw-R)x+1/2q1x2
MⅠ=MⅡ=(11.85-8.49)×
3.6+1/2×
3.15×
3.62=36.07kN·
MⅢ=(11.85-8.49)×
12.2+1/2×
12.22=275.42kN·
NⅠ=NⅡ=NⅢ=0
VⅢ=(Fw-R)+q1x=(11.85-8.49)+3.15×
12.2=42.14kN
图6 A柱作用正风压 图7 A柱作用负风压
当负风压力作用在A柱时(如图7所示),其内力为
M=-Rx-1/2q2x2
MⅠ=MⅡ=-8.49×
3.6-1/2×
1.97×
3.62=-43.33kN·
MⅢ=-8.49×
12.2-1/2×
12.22=-250.19kN·
VⅢ=-R-q2x=-8.49-3.15×
12.2=-32.52kN
4.吊车荷载
(1)当Dmax值作用于A柱(如图8-a所示)
根据n=0.248,λ=0.295查表得C3=1.268。
吊车轮压与下柱中心线距离按构造要求取e4=0.35m,则得排架柱上端为不动铰支座时的反力值为:
R1=-Dmax·
e4·
C3/H2=-483.99×
0.35×
1.268/12.2=-25.15kN(←)
R2=-Dmin·
C3/H2=-125.03×
1.268/12.2=6.50kN(→)
故R=R1+R2=-25.15+6.50=-18.65kN(←)
再将R值反向作用于排架柱顶,按剪力分配进行计算。
由于结构对称,故各柱剪力分配系数相等,即μA=μB=0.5。
(如图8-b所示)各柱的分配剪力为:
V‘A=-V‘B=μAR=0.5×
18.65=9.33kN(→)
最后各柱顶总剪力为:
VA=V‘A-R1=9.33-25.15=-15.82kN(←)
VB=V‘B-R2=9.33+6.50=-15.83kN(→)
图8吊车竖向荷载作用时柱顶剪力(a)上端为不动铰支座时(b)柱顶作用R时
则A柱的内力为:
(如图9-a所示)
MⅠ=-VA·
x=-15.82×
3.6=-56.95kN·
MⅡ=-VA·
x+Dmax·
e4=-56.95+483.99×
0.35=185.05kN·
MⅢ=-15.82×
12.2+483.99×
0.5=48.99kN·
NⅠ=0kN
NⅡ=NⅢ=483.99kN
VⅢ=VA=-15.82kN(←)
图9吊车竖向荷载对A柱内力图(a)当Dmax作用于A柱时(b)当Dmin作用于A柱时
(2)当Dmin值作用于A柱时(如图9-b所示)
x+Dmin·
e4=-56.95+125.03×
0.35=5.57kN·
12.2+125.03×
0.35=-130.49kN·
NⅡ=NⅢ=125.03kN
(3)当Fh值自左向右作用时(→)
由于Fh值同向作用在A、B柱上,因此排架的横梁内力为零,则得A柱的内力:
(如图10所示)
图10吊车横向水平作用(a)吊车横向水平作用于排架(b)横向水平作用时
MⅠ=MⅡ=Fhx=18.63×
1.0=18.63kN
MⅢ=18.63×
(9+0.6)=178.8kN·
VⅢ=Fh=18.63kN(←)
(4)当Fh值自右向左作用时(←)
其内力值与当Fh值自左向右作用时相同,但方向相反。
六.内力组合
单跨排架的A柱与B柱承受荷载的情况相同,故仅对A柱在各种荷载作
用下的内力进行组合。
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的基本组合,表3为A柱正常使用极限状态荷载效应的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
荷载编号
1
2
3
4
5
6
7
8
Ⅰ-Ⅰ
7.17
1.68
36.07
-43.33
-56.95
18.63
-18.63
231.78
50.4
5.98
1.4
25.76
-30.95
-40.68
13.31
-13.31
193.15
36.0
Ⅱ-Ⅱ
4.23
-3.54
-43.33
185.05
5.57
274.9
483.99
125.03
3.53
-2.53
132.18
3.99
229.08
345.71
89.31
Ⅲ-Ⅲ
46.97
6.69
275.42
-250.19
48.99
-130.49
178.85
-178.85
273.98
4.97
1.168
42.14
-32.52
-15.82
39.14
4.78
194.19
-175.96
34.99
-93.21
127.75
-127.75
228.32
36.0
4.14
0.83
29.66
-23.06
-11.3
注:
(1)内力的单位是kN·
m,轴力的单位是kN,剪力的单位是kN;
(2)表中弯矩和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Fh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的基本组合
组合
荷载
组合内
力名称
由可变荷载效应控制的组合
(简化规则)
1+0.9(2+3)
1+0.9(3+5+7)
1+0.9(2+3+5+7)
32.62
277.14
220.00
710.49
505.93
754.93
46.48
1+0.9(4+6+8)
1+0.9(2+4+6+8)
-99.85
-49.71
432.79
-456.61
386.51
-55.30
-98.34
216.82
755.85
-46.52
387.43
注:
由永久荷载效应控制的组合:
其组合值不是最不利,计算从略。
表3A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合
值:
活:
0.7;
风:
0.6;
吊车:
0.7
1+3+0.7×
1+5+0.6×
3+0.7×
1+3+0.7(2+5+7)
32.72
218.35
160.48
574.79
350.59
495.52
35.79
1+4+0.7(6+8)
1+4+0.7(2+6+8)
-76.89
-35.72
316.80
-291.49
290.84
-36.15
3+0.7(2+7)
158.71
599.99
283.42
599.23
20.35
-33.94
291.60
对准永久组合计算,其值要小于标准组合时的相应对应计算值,故在表中从略。
七.柱子设计
1.上柱配筋计算
从表2中选取两组最不利的内力
M1=-99.85kN·
m;
N1=231.78kN。
M2=-98.34kN·
N2=277.14kN。
(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=99.85/231.78=0.431m
ea=h/30=400/30=13.33mm≤20mm,取20mm
ei=e0+ea=431+20=451mm
ζ1=0.5fcA/N=0.5×
14.3×
1.6×
105/(231.78×
103)=4.9>
1.0
取ζ1=1.0
又l0/h=18>
15,故取ζ2=1.15-0.01·
l0/h=1.15-0.01×
18=0.97
η=1+
ζ1ζ2=1+
×
1.0×
0.97=1.199
ηei=1.199×
451=532.75mm>
0.3h0=109.5mm
故按大偏心受压计算
则e=ηei+h/2-as=532.75+400/2-35=697.75mm
ζb=0.482
N≤ɑ1fcbh0ζ
ζ=N/(ɑ1fcbh0)=231.78×
103/(1.0×
365)=0.111<
ζb
ζh0=0.111×
365=40.5mm<
2as’=70mm
不满足
取x=2as’=70mm,则ζ=2as’/h0=70/365=0.192
As=As’=[Ne-ɑ1fcbh02ζ(1-0.5ζ)]/[fy(h0-as)
e=ηei+h/2-as’=532.75+400/2-35=697.75mm
As=[231.78×
103×
697.75-1.0×
3652×
0.192×
(1-0.5×
0.192)]/[360×
(365-35)]=247.96mm2
因As=247.96mm2<
ρminbh=0.002×
400=320mm2
取As=320mm2
配置2φ20(As=628mm2)
(2)再按M2,N2计算(M2=-98.34kN·
N2=277.14kN)
e0=M2/N2=99.34/277.14=0.358m
ei=e0+ea=358+20=378mm
105/(277.14×
103)=4.1>
0.97=1.233
ηei=1.233×
378=466.07mm>
则e=ηei+h/2-as=466.07+400/2-35=631.07mm
ζ=N/(ɑ1fcbh0)=277.14×
365)=0.133<
ζh0=0.133×
365=48.5mm<
e=ηei+h/2-as’=466.07+400/2-35=631.07mm
As=[277.14×
631.07-1.0×
(365-35)]=358.82mm2
因As=358.82mm2>
取As=358.82mm2
综合两组计算结果,最后上柱钢筋截面面积每侧选用(2φ20(As=628mm2))
2.下柱配筋计算
M1=-456.61kN·
N1=386.51kN。
M2=505.93kN·
N2=754.93kN。
l0/h=8600/800=10.75>
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=456.61/386.51=1.181m
ea=h/30=800/30=26.67mm>
20mm
ei=e0+ea=1181+26.67=1207.67mm
1.475×
105/(386.51×
103)=2.73>
又l0/h=10.75<
15,故取ζ2=1.0
η=1+
1.0=1.059
则e=ηei+h/2-as=1278.92+800/2-35=1643.92mm
先按大偏心受压计算相对受压区高度x,并假定中和轴通过翼缘,则有,x<
hf’=112.5mm,ζb=0.550,x=N/(ɑ1fcbf’)=386.51×
400)=67.57mm<
ζbh0=0.55×
765=420.75mm
As=As’=[Ne-ɑ1fcbf’x(h0-0.5x)]/[fy(h0-as)]=[386.51×
1643.92-1.0×
67.57×
(765-0.5×
67.57)]/[360×
(765-35)]=1342mm2>
ρminA=0.002×
105mm2=295mm2
(2)再按M2,N2计算(M2=505.93kN·
N2=754.93kN)
e0=M2/N2=505.93/754.93=0.670m
ei=e0+ea=670+26.67=696.67mm
ζ1=0.5fcA/N=0.5×
105/(754.93×
103)=1.397>
ζ2=1.0
1.0=1.102
则e=ηei+h/2-as=1.102×
696.67+800/2-35=1133mm
先按大偏心受压计算相对受压区高度