单厂结构课程设计(宁波大学).doc

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宁波大学

课程设计计算书

（混凝土单层工业厂房结构设计）

指导教师李辉

班级土木081

姓名张成初

学号084774135

2011年04月

混凝土单厂结构设计

一、设计任务及资料

本工程为一工业厂房，根据工艺要求，该车间为单跨，跨度为24米，柱距6米，长60米，跨内设有10吨，中级工作制吊车（A4）一台，轨顶标高须不低于8.1米，采用纵墙开窗方案。

该厂房所在地区基本风压0.6KN/㎡，地面粗糙度B类；基本雪压0.6KN/㎡。

该地区工程地质条件良好，地面下1.5米左右为中密粗砂层，层厚6米，地基承载力特征值200KN/㎡，常年地下水位-5米以下。

抗震设防烈度为6度，不进行抗震计算，按构造设防。

建筑平剖面图如下:

二、确定做法并选型：

1、屋面为二毡三油防水层上铺小豆石作法（0.35KN/m2），下为20mm厚水泥砂浆找平层（0.4KN/m2），80mm厚加气混凝土保温层（0.65KN/m2），6m预应力混凝土大型屋面板（1.5KN/m2），算得包括屋盖支撑（0.07KN/m2）在内的屋面死载为2.97KN/m2。

可变荷载的标准值为基本雪压0.6KN/m2。

2、屋面荷载设计值

q=1.35×2.97+1.4×0.6×0.7=4.6KN/m2，

q=1.2×2.97+1.4×0.6=4.404KN/m2，

故取q=4.6KN/m2。

由于跨度为24m,可考虑不设天窗，排水方式选择两端外天沟排水，故采用24m跨折线形预应力混凝土屋架，屋架型号为YWJ24-1Ba。

每榀屋架重力荷载为121.7KN/m2。

3、根据轨顶标高要求选择柱子，采用上柱buhu=400mm×400mm，

下柱b×h×bf×hf=400mm×800mm×162.5mm×100mm

柱子有关参数如下表：

柱子参数（H=11.5m，Hu=3.6m，Hl=7.9m）

参数

A（B）柱

Au（mm2）

1.6×105

Iu（mm4）

2.13×109

Al（mm2）

1.775×105

Il（mm4）

14.38×109

λ=Hu/H

0.313>0.3

n=Iu/Il

0.148

ηi

0.5

自重重力荷载（KN）

（包括牛腿）

上柱P2A=P2B=14.40KN

下柱P3A=P3B=48.22KN

三、荷载计算

1、屋面死载

上柱P1A=P1B=2.97×6×（12+0.77）+121.7/2=288.41KN

M1A=M1B=P1Ae1A=288.41×0.05=14.42KN·m

M2A=M2B=P1Ae2=288.41×0.20=57.68KN·m

2、屋面可变荷载（取0.06KN/m2作用于一跨）

P1A=P1B=0.6×6×（12+0.77）=45.97KN

M1A=M1B=P1Ae1A=45.97×0.05=2.30KN·m

M2A=M2B=P1Ae2=45.97×0.20=9.19KN·m

3、柱自重重力荷载

柱选用BZ624c-4A，自重6.39t

P2A=P2B=0.16×3.6×25=14.40KN

M2A=M2B=P2Ae2=14.40×0.20=2.88KN·m

P3A=P3B=63.90－14.40=45.25KN

4、吊车梁及轨道连接重力荷载

吊车梁选用DL-6B,自重2.82t

P4A=P4B=28.20+0.81×6=33.06KN，

M4A=M4B=P4Ae4=33.06×0.35=11.57KN·m

5、吊车荷载

1）吊车主要参数

吊车吨位

Q（KN）

吊车宽度B（mm）

轮距K（mm）

Pmax（KN）

Pmin（KN）

Q1（KN）

10

100

5550

4400

125

47

39

2）吊车竖向荷载的标准值

Dmax=125×（1+0.267）=158.33KN

Dmin=47×（1+0.267）=59.55KN

a．当Dmax在A柱：

施加于A柱的P4A=N=158.33KN，M4A=M=158.33×0.35=55.42KN·m

施加于B柱的P4A=N=59.55KN，M4A=M=59.55×0.35=20.84KN·m

b．当Dmin在A柱：

施加于A柱的P4A=N=59.55KN，M4A=M=59.55×0.35=20.84KN·m

施加于B柱的P4A=N=158.33KN，M4A=M=158.33×0.35=55.42KN·m

c．吊车横向水平荷载

一台10t吊车作用时，T=0.12×（100+39）/4=4.17KN

Tmax=4.17×（1+0.267）=5.28KN

6、风荷载

1）求μz

柱顶处（按离地面10.8m计），求得μz=1.0224。

檐口处（柱顶及以上各部分风荷载均可近似以平均离地高度12.285m计），μz=1.06398。

2）求μs和各部分的qik

qik=Dwk=Dμsμzw0=6×0.6μsμz=3.6μsμz

qik值计算

q

q1

q2

q3

q4

q5

q6

μz

1.0224

1.06398

1.06398

1.06398

1.06398

1.06398

μs

0.8

0.5

0.8

0.5

0.6

0.5

qik

2.94

1.84

3.06

1.92

2.30

1.92

作用长度

1.18

1.18

1.79

1.79

方向

3）求q1、q2和Fw的设计值

q1=γQq1k=1.4×2.94=4.12KN/m

q2=γQq2k=1.4×1.84=2.58KN/m

Fw=γQ[1.18（q3k+q4k）+1.79（-q5k+q6k）]=1.4×[1.18（3.06+1.92）+1.79（-2.30+1.92）]=7.27KN

荷载汇总表

荷载类型

简图

A（B）柱

N（KN）

M（KN·m）

死载

P1A=288.41KN

P2A=14.40KN（上柱）

P2A+P4A=47.46KN（下柱）

P3A=49.50KN

M1A=14.42KN·m

M2A=57.68+2.88－11.57=48.99KN·m

屋面活载

P1A=45.97KN

M1A=2.30KN·m

M2A=9.19KN·m

吊车竖向

荷载

Dmax在A柱

P4A=158.33KN

Dmin在A柱

P4A=59.55KN

M4A=55.42KN·m

M4A=20.84KN·m

吊车横向

荷载

Tmax=5.28KN

风荷载

q1=4.12KN/m

q2=2.58KN/m

Fw=7.27KN

A柱内力汇总表

荷载

类型

序号

简图

M（KN·m）

V（KN）

N（KN）

Ⅰ—Ⅰ

Ⅱ—Ⅱ

Ⅲ—Ⅲ

M

（KN·m）

N

（KN）

M

（KN·m）

N

（KN）

M

（KN·m）

N

（KN）

V

（KN）

死载

1

12.22

302.81

-36.77

335.87

21.69

385.37

7.40

屋面

活载

2

2.45

45.97

-6.74

45.97

3.69

45.97

1.32

吊车竖向荷载

Dmax在A柱

3a

-19.94

0

35.48

158.33

-8.29

158.33

-5.54

Dmin在A柱

3b

-7.49

0

13.35

59.55

-3.08

59.55

-2.08

吊车横向水平荷载

4

±4.75

0

±4.75

0

±46.46

0

±5.28

风荷载

向

右

吹

5a

28.93

0

28.93

0

279.57

0

48.00

向左吹

5b

-46.39

0

-46.39

0

-247.08

0

-36.32

A柱内力组合表

截面

组合目的

被组合内力项序号

M

（KN·m）

N

（KN）

V

（KN）

Ⅰ—Ⅰ

+Mmax，相应N

1.2

（1）+0.9×1.4×[

（2）+（5a）]

54.20

421.29

-Mmax，相应N

1.2

（1）+0.9×1.4×[（3a）+（4）+（5b）]

-74.90

363.37

Nmax，相应±Mmax

1.2

（1）+0.9×1.4×[

（2）+（3a）+（4）+（5b）]

-71.81

421.29

Nmin，相应±Mmax

1.2

（1）+0.9×1.4×[（3b）+（4）+（5b）]

-74.90

363.37

Ⅱ—Ⅱ

+Mmax，相应N

1.2

（1）+0.9×1.4×[（3a）+（4）+（5a）]

43.02

602.54

-Mmax，相应N

1.2

（1）+0.9×1.4×[

（2）+（5b）]

-111.07

460.97

Nmax，相应±Mmax

1.2

（1）+0.9×1.4×[

（2）+（3a）+（4）+（5a）]

34.53

660.46

Nmin，相应±Mmax

1.2

（1）+0.9×1.4×（5b）

-102.58

344.59

Ⅲ—Ⅲ

+Mmax，相应N

1.2

（1）+0.9×1.4×[

（2）+（3b）+（4）+（5a）]

437.59

595.40

75.06

-Mmax，相应N

1.2

（1）+0.9×1.4×[（3a）+（4）+（5b）]

-354.28

661.94

-50.52

Nmax，相应±Mmax

1.2

（1）+0.9×1.4×[

（2）+（3a）+（4）+（5a）]

431.03

719.86

70.70

Nmin，相应±Mmax

1.2

（1）+0.9×1.4×（5a）

378.29

462.44

69.36

四、柱的配筋计算

材料：

混凝土C30，fc=14.3N/mm2，ftk=2.01N/mm2，ft=1.43N/mm2

钢筋（HRB335）fy=f‘y=300N/mm2

箍筋（HPB235）fy=210N/mm2，Es=2.0×105N/mm2（HRB335）

柱截面参数：

上柱Ⅰ—Ⅰ截面：

b×h=400mm×400mm，A=1.6×105mm2，a=a’=45mm，h0=355mm；

下柱Ⅱ—Ⅱ，Ⅲ—Ⅲ截面：

b’f=400mm，b=100mm，h’f=162.5mm，h=800mm。

A=bh+2（b’f－b）h’f=1.775×105mm2，a=a’=45mm，h0=755mm

截面界相对限受压区高度ξb=β1/[1+fy/（Esεcu）]=0.8/[1+300/（2.0×105×0.0033）]=0.550

Ⅰ—Ⅰ截面：

Nb=fcξbbh0=14.3×0.550×400×355=1116.83KN

Ⅱ—Ⅱ，Ⅲ—Ⅲ截面：

Nb=fcξbbh0+fc（b’f-b）h’f=14.3×[0.550×100×755+（400-100）×162.5]=1290.93KN

由内力组合结果看各组轴力N均小于Nb，故各控制截面为大偏心受压情况，均可用N小M大的内力组合作为截面配筋计算的依据。

故Ⅰ—Ⅰ截面以M=－74.90KN·m，N=363.37KN计算配筋；Ⅱ—Ⅱ，Ⅲ—Ⅲ截面：

以M=437.59KN·m，N=595.40KN计算配筋。

A柱截面配筋计算表

截面

Ⅰ—Ⅰ

Ⅲ—Ⅲ

内力

M（KN·m）

74.90

437.59

N（KN）

363.37

595.40

e0=M/N（mm）A

206.13

734.95

ea（mm）

20

800/30=26.67

ei=e0+ea（mm）

226.13

761.62

l0=2Hu；l0=Hl（mm）

7200

7900

ζ1=0.5fcAc/N≤1.0

1.0

1.0

ζ2=1.15-0.01l0/h≤1.0

0.970

1.0

η=1+（l0/h）2ζ1ζ2/[1400（ei/h0）]

1.3524

1.0690

x=N/fcb或x=N/fcb’f（mm）

63.53<2a’=90

2a’≤104.09≤h’f

x≤2a’时，

As=A’s=N（ηei-0.5h+a’）/[f’y（h0-a’）]（mm2）

589.28

当2a’≤x≤h’f时，

As=A’s=N（ηei-0.5h+0.5x）/[f’y（h0-a’）]（mm2）

1303.22

ρminAc（mm2）（一侧纵向钢筋）

320

355

一侧被选受拉钢筋及面积（mm2）

4Ф16（804）

3Ф18，3Ф20（1705）

五、牛腿设计计算

1、荷载计算及截面选型

Fvk=P4A（吊车梁及轨道）+P4A（Dmax）=33.06+158.33=191.39KN

Fv=1.2×33.06+1.4×158.33=261.33KN

Fhk=Tmax=5.28KN

Fh=1.4×5.28=7.39KN

牛腿截面及外形尺寸b=400mm，h=600mm，h1=400mm>h/3，c=200mm，

α=arctan（200/200）=45°，h0=h1-as-ctanα=400-45+200tan45°=555mm，a=0，β取0.65

β（1-0.5Fhk/Fvk）Ftkbh0/（0.5+a/h0）=0.65×（1-0.5×5.28/191.39）×2.01×400×555/（0.5+0）

=572.08KN>Fvk，满足要求

2、计算纵向受力筋

a=0<0.3h0，取a=0.3h0=0.3×555=166.5mm，

As=Fva/（0.85h0fy）+1.2Fh/fy

=261.33×103×166.5/（0.85×555×300）+1.2×7.39×103/300=337.01mm2

选用2Ф122Ф14（534mm2）

另选2Ф12作为锚筋焊在牛腿顶面与吊车梁连接的钢板下。

3、验算纵筋配筋率

ρ=534/（400×600）=0.22﹪>0.2﹪,且>0.45ft/fy=0.45×1.27/300=0.21﹪

4、验算牛腿顶面局部承压

近似取A=400×380=152000mm2，0.75fcA=0.75×14.3×152000=1630.2×103N=1630.2KN>Fvk。

5、按构造要求布置水平箍筋，取ф8@100，上部2h0/3（=2×555/3=370mm）范围内水平箍筋总面积为2×50.3×370/100=372.22mm2>As/2=534/2=267mm2

因为a/h0=0<0.3，可以不设弯筋。

六、柱的吊装验算

q3=[（0.8+0.2）×0.6-0.2×0.2/2]×0.4×25/0.6=9.67KN/m

q1=（48.22-0.6×9.67）/（7.9-0.6）=5.81KN/m

q2=1.6×105×25/106=4.0KN/m

按悬臂梁算得MD=-25.92KN·m，MB=-36.30KN·m

D截面：

σs=M/（0.87h0As）=1.5×25.92×106/（0.87×355×804）=156.58N/mm2

D截面ρte=804/（0.5×400×400）=0.01005

σss=195N/mm2>σs，满足要求

B截面：

σs=M/（0.87h0As）=1.5×36.30×106/（0.87×755×1705）=48.63N/mm2

D截面ρte=1705/（0.5×400×800）=0.0106

σss=178N/mm2>σs，满足要求

七、基础设计计算

设计资料：

地下水位标高为-5米，承载力特征值fa=200KN/m2，地面下1.5米左右为中密粗砂层，层厚6米，基础梁按照GB04320选用JL-1,自重1.61t，顶面标高为-0.25m。

基础用C20混凝土，fc=9.6N/mm2，ft=1.1N/mm2，

钢筋用HRB235，fy=210N/mm2，钢筋的保护层厚度为40mm，

垫层采用C10混凝土，厚100mm。

1、荷载计算：

基础梁传来的荷载：

梁自重16.1KN

窗重（0.9+3.6）×3.6×0.45=7.29KN

墙（圈梁）[（1.2+10.8+0.15）×6-（0.9+3.6）×3.6]×0.24×19=258.55KN

Pk=16.1+7.29+258.55=281.94KN

P=1.2Pk=1.2×281.94=338.33KN

Pk、P对基底的偏心距ew=120+400=520mm

Mk=Pkew=281.94×520/1000=146.61KN·m

M=Pew=338.33×520/1000=175.93KN·m

2、荷载组合

柱传来的荷载与基础梁传来荷载效应标准组合

内力种类

+Mmax，相应N

-Mmax，相应N

Nmax，相应±Mmax

Nmin，相应±Mmax

轴向力

柱传来（NK）

490.89

543.20

589.67

385.37

基础梁传来（PK）

281.94

281.94

281.94

281.94

合计（Ndk）

772.83

825.64

871.61

667.31

弯矩

柱传来

348.33

-280.14

343.12

310.26

柱剪力产生

（1.05VK）

62.92

-41.73

59.28

58.17

基础梁传来（Mk）

-146.61

-146.61

-146.61

-146.61

合计（Mdk）

264.64

-468.48

255.79

221.82

3、底面尺寸选取与地基承载力验算

底面尺寸，先按Nmax考虑，取γm=20KN/m3

A0=NK/（fa-γm×d）=877.61/（200-20×1.9）=5.38m2

按（1.1~1.4）A0估计偏心受压基础底面积A，并求出基底面积抵抗弯矩W及基底以上基础及土自重标准值Gk：

（1.1~1.4）×5.38=5.92~7.53m2

取A=L1L2=3.2m×2.2m

W=3.75m3，GK=24×（2.5×3.5×1.2）+17×[2.5×3.5×（1.9-1.2）]=305.25KN

地基承载力：

Pkmax=（NK+GK）/A+|Mdk|/W

Pkmin=（NK+GK）/A-|Mdk|/W

地基反力标准值计算

+Mmax，相应N

-Mmax，相应N

Nmax，相应±Mmax

Nmin，相应±Mmax

NK/A

109.78

117.28

123.81

94.79

GK/A

43.36

43.36

43.36

43.36

±|Mdk|/W

±70.57

±124.93

±68.21

±59.15

PkmaxKN/m2

223.71

239.58

235.38

197.30

PkminKN/m2

82.57

35.71

98.96

79.00

因1.2fa=1.2×200=240N/m2>Pkmax，Pkmin>0，（Pkmax+Pkmin）/2

均满足条件，故上述假设的基础底面尺寸合理。

4、基础高度验算

基础边缘最大地基静反力设计值计算表

+Mmax，相应N

（1）

-Mmax，相应N

（2）

Nmax，相应±Mmax

（3）

Nmin，相应±Mmax

（4）

柱传来轴力（N）

595.40

661.94

719.86

462.44

基础梁传来轴力（P）

338.33

338.33

338.33

338.33

Nd

933.73

1000.27

1058.19

800.77

Nd/A

106.71

114.32

120.94

91.52

柱传来的弯矩（M）

437.59

-354.28

431.03

378.29

柱剪力产生

（1.05VK）

78.81

-53.05

74.24

72.83

基础梁产生弯矩

-175.93

-175.93

-175.93

-175.93

Md

340.47

-583.26

329.34

275.73

ed=Md/Nd

0.365

0.583

0.311

0.344

合力到Pmax的

距离a=L1/2-ed

1.135

0.917

1.189

1.156

Pnmax=

Nd/A+|Md|/W

182.37

243.93

194.13

152.79

Pnmin=

Nd/A-|Md|/W

31.05

-15.09

47.75

30.25

5、验算柱边冲切

1）以-Mmax的基底反力验算，根据比例关系，得到：

PnⅠ1=137.87KN/m2

PnⅠ2=173.23KN/m2

PnⅠ3=208.58KN/m2

2）按构造要求假定基础尺寸：

H=1050mm，分三个阶梯，每阶梯高度350mm，

杯底厚度a1=350mm，杯壁最小厚度t=350mm，

H1=350mm，t/H1=350/350=1>0.75，故杯壁可以不配筋；

柱截面bh=400mm×800mm。

H0Ⅰ1=1050-45=1005mm，

b+H0Ⅰ1=350+1005=1355mm

b+2H0Ⅰ1=350+2×1005=2360mm

属于（b+2H0Ⅰ1）>L2>（b+H0Ⅰ1）情况，

Vl=Pnmax[（L1/2-h/2-H0Ⅰ1）L2]=243.93×[（3/2-0.8/2-1.005）×2