1、单层工业厂房结构课程设计计算书学号:学院：水利与建筑专业：土木工程班级：1103姓名：一 设计资料1. 某金工车间，单跨无天窗厂房，厂房跨度 L=24m，柱距为 6m，车间总长度为 120m，中间设一道温度缝，厂房剖面图如图所示：2. 车间内设有两台双钩桥式起重机，吊车起重量为 200/50kN。3. 吊车轨顶标高为 9.6m。4. 建筑地点：哈尔滨。5. 地基：地基持力层为亚粘性层，地基承载力特征值为 fak=180kN/m2。最高地下水位在地表 15m。6. 材料：混凝土强度等级为 C30，纵向钢筋采用 HRB400级，(360N/mm 2)箍筋采用 HPB235级。(300N/mm 2)
2、二. 选用结构形式1. 钢屋盖，采用 24米钢桁架，桁架端部高度为 1.2m,中央高度为2.4m，屋面坡度为 ， ，屋面板采用彩色钢板，厚 4mm。212. 预制钢筋混凝土吊车梁和轨道链接采用标准图 G325，中间跨 DL-9Z，边跨 DL-9B，梁高 。mhb2.1轨道连接采用标准图集 G3253. 预制钢筋混凝土取轨道顶面至吊车梁顶面的距离 ，故mha2.0牛腿顶面标高=轨顶标高- - =9.6-1.2-0.2=8.2ab查附录 12得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为 2.7m,考虑屋架下弦至吊车顶部所需空间高度为 220mm,故柱顶标高=9.6+2.7+0.22=13.52m，三 柱的各部分
3、尺寸及几何参数上柱 bh=400mm400mm (g 1=4.0kN/m) Ai=bh=1.6105m2I1=bh3/12=2.13109mm4图 1 厂房计算简图及柱截面尺寸下柱 bfhbhf=400mm800mm100mm100mm（g 2=3.69kN/m）A2=1004002+（800-2100）100+225150 =1.475105mm2I2=5003100/12+2(4001003/12+4001003002)+4（25 3150/36+343.7521/210025）=8.781010mm4n=I1/I2=2.13109/(8.78109)=0.248H1=3.6m；H 2=3
4、.6+8.6=12.2m。=H 1/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 1.20.1=0.12kN/m 220mm厚水泥砂浆找平层 1.20.0220=0.48kN/m 2大型预应力屋面板（包括灌缝重）1.21.4=1.68kN/m 2总 1 g1=3.3kN/m2屋架 1.260.5=72.6kN则作用屋架一段作用于柱顶的自重为：G1=693.3+0.572.6=214.5kN（2）柱自重上柱： G 2=1.23.64.0=17.28kN下柱： G 3=1.28.63.69=38.08kN（3）吊车梁及轨道自重：G 4=1.2（30.4+0.
5、86）=42.2kN2.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=1.40.5612=50.4kN3.风荷载由荷载规范查得齐齐哈尔地区基本风压为 0=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） z=1.04檐口处： （按 H2=13.8m） z=1.11屋顶： （按 H2=15.4m） z=1.15风荷载标准值： 1k= z s1 z 0=1.00.81.040.45=0.37kN/m2 2k= z s2 z 0=1.00.51.040.45=0.23k
6、N/m2则作用于排架上的风荷载设计值为：q 1=1.40.376=3.15kN/mq2=1.40.236=1.97kN/mFw= Q( s1+ s2) z 0h1+( s3+ s4) z 0h2B=1.4（0.8+0.5）1.110.452.3+（-0.6+0.5）1.150.451.66=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 P k，max =180kN；Pk，min =1/2(G+g+Q)- Pk，max =1/2(228+200)-180=46.5kNB=5600mm，K=4400mm则根据支座反
7、力影响线求出作用于柱上的吊车竖向荷载为：Dmax= c* Q* Pk，max *y i=0.91.4180（1+0.267+0.8+0.067）=483.99kNDmin= c* Q* Pk，min *y i=0.91.446.5（1+0.267+0.8+0.067）=125.03kN作用于每一轮子上的吊车横向水平刹车力Fh1= Q*/4(Q+g)=1.40.1/4（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= c* Fh1*y i=0.99.702（1+0.267+0.8+0.067）=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
8、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，=0.295 查表得C1=1.760，C 3=1.268，则可得R=-G1/H2(e1*C1+e0*C3)=-214.5/12.2(0.051.760+0.151.268)=-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V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
9、图M =-214.50.05+4.973.6=7.17kNmM =-214.50.15+4.973.6=-14.28kNmM =-214.50.15+4.9712.2=28.46kNmN = N =N =214.5kN，V =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：M =0，M =M =+42.20.50-17.280.15=18.51kNmN =17.28kNN =17.28+42.2=59.48kNN =59.48+35.50=94.98kN
10、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=0.235N = N = N =50.4kN，V =0.2354.97=1.168kN3.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， 11.85932wRkN当墙面作用均布风荷载时，查表得 C11=0.355，则得R3=
11、C11H21/2(q1-q2)=0.35512.21/2(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=8.49kNA柱内力图如图 6所示，其内力为M=(Fw-R)x+1/2q1x2M =M =(11.85-8.49)3.6+1/23.153.62=36.07kNmM =(11.85-8.49)12.2+1/23.1512.22=275.42kNmN =N =N =0V =(Fw-R)+q1x=(11.85-8.49)+3.1512.2=42.14kN图 柱作用正风压 图 柱作用负风压当负风压力作用在柱时（如图所示） ，其内力为M=-Rx1/2q x
12、2M =M =-8.493.61/21.973.6 2=-43.33kNmM =-8.4912.21/21.9712.2 2=-250.19kNmN =N =N =0V =-R-q2x=-8.49-3.1512.2=-32.52kN4吊车荷载(1)当 Dmax值作用于 A柱 （如图 8-a所示）根据 n=0.248，=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=-Dmaxe4C3/H2=-483.990.351.268/12.2=-25.15kN()R2=-Dmine4C3/H2=-125.030.
13、351.268/12.2=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 A= B=0.5。 （如图 8-b所示）各柱的分配剪力为：VA=- VB= AR=0.518.65=9.33kN()最后各柱顶总剪力为：VA= VA-R1=9.33-25.15=-15.82kN()VB = VB-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）M =-VAx=-15
14、.823.6=-56.95kNmM =-VAx+Dmaxe4=-56.95+483.990.35=185.05kNmM =-15.8212.2+483.990.5=48.99kNmN =0kNN =N =483.99kNV =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）M =-VAx=-15.823.6=-56.95kNmM =-VAx+Dmine4=-56.95+125.030.35=5.57kNmM =-15.8212.2+125.030.35=-130
15、.49kNmN =0kNN =N =125.03kNV =VA=-15.82kN()(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M =M =Fhx=18.631.0=18.63kNM =18.63(9+0.6)=178.8kNmN =N =N =0V =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
16、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风荷载 吊车荷载荷载种类 恒荷 载屋面活荷载 左风 右风 maxDin()hF()h荷载编号 1 2 3 4 5 6 7 8M7.17 1.68N231.78 50.4 36.07-43.33 -56.95 -56.95 18.63 -18.63k5.98 1.4-193.15 36.025.76 -30.95 -40.68 -40.68 13.31 -13.31M4.23 -
17、3.54 185.05 5.57N274.9 50.436.07 -43.33 483.99 125.0318.63 -18.63k3.53 -2.53 132.18 3.99-229.08 36.025.76 -30.95345.71 89.3113.31 -13.31M46.97 6.69 275.42 -250.19 48.99 -130.49 178.85 -178.85N273.98 50.4 483.99 125.03V4.97 1.168 42.14 -32.52 -15.82 -15.82 18.63 -18.63k39.14 4.78 194.19 -175.96 34.99
18、 -93.21 127.75 -127.75N228.32 36 0 345.71 89.31- kV4.14 0.83 29.66 -23.06 -11.3 -11.3 13.31 -13.31注：（1）内力的单位是 kNm，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 组合内 -
19、 - -荷载 力名称 MNMNV1+0.9(2+3) 1+0.9(3+5+7) 1+0.9(2+3+5+7)max32.62 277.14 220.00 710.49 505.93 754.93 46.481+0.9(4+6+8) 1+0.9(2+4+6+8) 1+0.9(4+6+8)maxM-99.85 231.78 -49.71 432.79 -456.61 386.51 -55.301+0.9(2+4+6+8) 1+0.9(2+3+5+7) 1+0.9(2+3+5+7)maxN-98.34 277.14 216.82 755.85 505.93 754.93 46.481+0.9(4+6
20、+8) 1+0.9(4+6+8) 1+0.9(4+6+8)由可变荷载效应控制的组合（简化规则） 10.9GKnQiiSmin-99.85 231.78 -46.52 387.43 -456.61 386.51 -55.30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 3 A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合- - -组合荷载组合内力名称 kMkNkkkMkNkV1+3+0.72 1+5+0.63+0.77 1+3+0.7(2+5+7)max,k32.72 218.35 160.48 574.79 350.59 495.52 35.791+4+0.7(6+8) 1+4+0.7
21、(2+6+8) 1+4+0.7(6+8)ax,k-76.89 193.15 -35.72 316.80 -291.49 290.84 -36.151+3+0.72 1+5+0.63+0.7（2+7） 1+5+0.63+0.7(2+7)max,kN32.72 218.35 158.71 599.99 283.42 599.23 20.351+4+0.7(6+8) 1+4+0.7(6+8) 1+4+0.7(6+8)由可变荷载效应控制的组合（简化规则） 12GKQnciiiS值：活：0.7；风：0.6；吊车：0.7in,k-76.89 193.15 -33.94 291.60 -291.49 290
22、.84 -36.15注：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=-99.85kNm；N 1=231.78kN。M2=-98.34kNm；N 2=277.14kN。(1)先按 M1，N 1计算l0/h=23600/400=185,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=0.431mea=h/30=400/30=13.33mm20mm，取 20mmei=e0+ea=431+20=451mm 1=0.5fcA/N=0.514.31.6105/(231
23、.78103)=4.91.0取 1=1.0又 l0/h=1815，故取 2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.0118=0.97=1+ 1 2=1+1.00.97=1.199e i=1.199451=532.75mm0.3h0=109.5mm故按大偏心受压计算则 e=e i+h/2-as=532.75+400/2-35=697.75mm b=0.482N 1fcbh0=N/( 1fcbh0)=231.78103/(1.014.3400365)=0.1111.0取 1=1.0又 l0/h=1815，故取 2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.0118=0.97=1+ 1 2=1+
24、1.00.97=1.233e i=1.233378=466.07mm0.3h0=109.5mm故按大偏心受压计算则 e=e i+h/2-as=466.07+400/2-35=631.07mm b=0.482N 1fcbh0=N/( 1fcbh0)=277.14103/(1.014.3400365)=0.133 minbh=0.002400400=320mm2取 As=358.82mm2配置 220（A s=628mm2）综合两组计算结果，最后上柱钢筋截面面积每侧选用(220（A s=628mm2）)2.下柱配筋计算从表 2中选取两组最不利的内力M1=-456.61kNm；N 1=386.51k
25、N。M2=505.93kNm；N 2=754.93kN。(1)先按 M1，N 1计算l0/h=8600/800=10.755,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=1.181mea=h/30=800/30=26.67mm20mmei= e0+ea=1181+26.67=1207.67mm 1=0.5fcA/N=0.514.31.475105/(386.51103)=2.731.0取 1=1.0又 l0/h=10.75 minA=0.0021.475105mm2=295mm2(2)再按 M2，N 2计算（M 2=505.93kNm
26、；N 2=754.93kN）e0=M2/N2=505.93/754.93=0.670mea=h/30=800/30=26.67mm20mmei= e0+ea=670+26.67=696.67mm 1=0.5fcA/N=0.514.31.475105/(754.93103)=1.3971.0取 1=1.0 2=1.0=1+ 1 2=1+ 1.01.0=1.102 则 e=e i+h/2-as=1.102696.67+800/2-35=1133mm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=112.5mmx2as=70mm，按中和轴在腹板内的大偏心受压对称配筋计算。
27、x=N-1fc(bf-b)hf/(1fcb) =754.93103-1.014.3(400-100)100/(1.014.3100)=227.92mmAs=As=Ne-1fcbfx(h0-0.5x) - 1fc(bf-b)hf(h0- hf)/fy(h0-as)=754.931031133-1.014.340067.57(765-0.567.57)- 14.3(400-100)100(765-100)/360(765-35)=1093mm2 minA=0.0021.475105mm2=295mm2综合两组计算结果，最后上柱钢筋截面面积每侧选用(422（A s=1520mm2）)3.柱裂缝宽度验
28、算(1)上柱从表-3 中取一组正常使用极限状态荷载效应的组合值进行裂缝宽度验算：Mk=76.89kNm,Nk=193.15kNe0=Mk/Nk=0.398m te=As/Ate=As/(0.5bh)=628/(0.5400400)=0.0078514； 1=1.0； 2=0.97 s=1+ 1.00.97=1.157则 e= se0+h/2-as=1.157398+400/2-35=625mm f=0，z=0.87-0.12(1- f)(h0/e)2h0=0.87-0.12(1-0)(365/625)2365=303mm按荷载标准组合计算的纵向受拉钢筋应力 sk=Nk(e-z)/(zAs)=1
29、93.15103(625-303)/(303628)=326.8N/mm2裂缝间钢筋应变不均匀系数为:=1.1-0.65f tk/( te sk)=1.1-0.652.01/(0.01326.8)=0.7 max=2.1( sk/Es)(1.9c+0.08deq/pte)=2.10.7(326.8/200000)(1.925+0.0820/0.001)=0.498mm0.3mm不满足要求，故重新配置钢筋：420（A s=1256mm2）则 te=0.0157； sk=163.42N/mm2=1.1-0.65f tk/( te sk)=1.1-0.652.01/(0.01163.42)=0.59
30、1故 max=2.1( sk/Es)(1.9c+0.08deq/pte)=2.10.591(163.8/200000)(1.925+0.0820/0.001)=0.21mmFvk=371.2kN1/2As=1/2402=201mm2满足要求a/h0=50/465=0.112.4m，取 2.4mA=(b/2-bt/2-h0)l=(3.6/2-0.8/2-1.055)2.4=0.345m2其冲切荷载计算值Fl=pn,maxA=268.850.345=92.75kN则冲切承载力按下式计算Fl0.7 hftamh0 h=0.948, am=1/2(at+ab)=1/2(0.4+2.4)=1.4m 则冲
31、切承载力为0.7 hftamh0=0.70.9481.431.41031055=1441.5kNFl=92.75kN满足要求。(2)变阶处冲切面抗冲切验算ab=0.4+20.4+20.755=2.71m2.4m，取 2.4mA=(b/2-bt/2-h0)l-(l/2-at/2-h0)=(3.6/2-0.8/2-1.055)2.4-(2.4/2-1.2/2-0.755)=0.708-0.024=0.684m2其冲切荷载计算值Fl=pn,maxA=268.850.684=183.89kN h=1.0,am=1/2(at+ab)=1/2(1.2+1.4)=1.8m则冲切承载力为0.7 hftamh0
32、=0.71.01.431.81031055=1360kNFl=183.89kN满足要求。3.基础抗冲切验算(1)基础长边方向配筋按第一组荷载计算（最不利）：基础底边土净反力 pn,max=268.85kN/m2在柱根处及变阶出净反力pn1=(3a-b/2+bt/2)/(3a)pn,max=(30.868-1.8+0.4)/(30.868)268.85=124.3kN/m2pn2=(2.064-1.8+0.4)/2.064268.85=165.6kN/m2则其截面相应弯矩为M =1/12(b/2-bt/2)2(2l+at)(pn,max+pn1)+(pn,max-pn1)=1/12(3.6/2-
33、0.8/2)2(22.4+0.4)(268.85+124.3)+(268.85-124.3)=126.7kNmM =1/12(3.6/2-1.6/2)2(22.4+1.2)(268.85+124.3)+(268.85-124.3)=153.4kNm相应于-和-截面的配筋为As=M /(0.9h01fy)=126.7106/(0.91055360)=371mm2As=M /(0.9h02fy)=153.4106/(0.9755360)=627mm2选用 168180（A s=804.8mm2）(2)基础短边方向配筋按第二组荷载计算（最不利）：M2=505.93kNm；N 2=754.93kN；V 2=46.49kN；G w=453.6kN
