1、北京城市学院毕业设计（论文）单层双跨工业厂房结构设计学生姓名： 姚志远 学 号： 班 级： 08 土木升 专 业： 土木工程 学 部： 城市建设学部 指导教师： 董晓丽 2010 年 5 月 单层双跨工业厂房结构设计Single pair of inter-industrial building design学生： 姚志远 班级： 08 土木升 学号： 学部： 城市建设学部 专业： 土木工程 指导教师： 董晓丽 职称： 副教授 工作单位： 湖南先导建筑工程有限公司 毕业设计（论文）完成时间： 自 2009 年 11 月至 2010 年 5 月 2【摘 要】单层厂房指层数仅为一层的工业厂房，适用
2、于生产工艺流程以水平运输为主，有大型起重运输设备及较大动荷载的厂房，如机械制造工业、冶金工业和其他工业等。单层厂房的骨架结构，由支撑各种竖向的与水平的荷载作用的构件所组成。厂房依靠各种结构构件合理连接为一整体，组成一个完整的结构空间以保证厂房的坚固、耐久。我国广泛采用钢筋混凝土排架结构和钢架结构，通常由横向排架、纵向联系构件、支撑系统构件和围护结构等几部分组成。单层砖柱厂房具有选价低廉、构造简单、施工方便等优点，在中小型工业厂肩中得到广泛应用，但单层厂房的端墙(山墙)受风面积较大，内部空间要求、厂房屋顶面积、荷载等均较大，构造复杂，如何进行有效的荷载效应组合、选取最不利内力组合，作为柱及基础的
3、设计依据，将是本文要重点解决的问题。关键词：内力组合；偏心受压；钢筋；混凝土【Abstract】Single plant means the layer is only a layer of industrial plant, applied to the production process to the level of transport-based, large material handling equipment and large dynamic load plants, such as machinery manufacturing industry, metallurgica
4、l industry and other industries . Single plant of the skeleton structure, the support of various vertical and horizontal loads consisting of components. Plants rely on a variety of structural components as a whole a reasonable connection to form a complete structure of space to ensure the plants str
5、ong, durable. Chinas extensive use of reinforced concrete and steel structure, bent structure, usually bent from the horizontal, vertical linkages component, support systems and building envelope components such as a few parts. Single brick column with the selected plants are cheap, simple structure
6、, convenient for construction, the shoulder in the small and medium industrial plants has been widely used, but the single plant of the side wall (gable) larger by the wind, internal space requirements, plant roof area, load large and complex structures, how to effectively load effect combination, s
7、elect the most unfavorable combination of internal forces, as the pillar and foundation of the design basis, will be the focus of this paper to solve the problem.Keywords：Combination of internal forces; Concrete; Eccentric compression; Reinforced 目录 前言 11.设计条件与资料 2 1.1 建筑物基本条件 2 1.2 设计资料 2 1.3 设计要求
8、32.确定柱的截面尺寸 33.荷载计算 44.排架的内力分析 75.排架的内力组合 166.柱的截面设计 167.柱的吊装验算 208.基础的设计 229.绘制施工图 28参考文献 32致谢 331前言单层厂房的结构特点大致可分为砌体结构、混凝土结构和钢结构。一般情况下，无吊车或吊车吨位不超过 5t，其跨度在 15m 以内，柱顶标高在 8m 以下，无特殊工艺要求的小型厂房，可采用由砖柱、钢筋混凝土屋架或木屋架或轻钢屋架组成的砌体结构；当吊车吨位在 250t 以上或跨度大于 36m 的大型厂房，或有特殊工艺要求的厂房（如设有 10t 以上锻锤的车间以及高温车间的特殊部位等） ，一般采用钢屋架、钢
9、筋混凝土柱或者是全钢结构，其他大部分厂房均可采用混凝土结构。单层厂房结构一般由屋盖结构、排架结构、支撑系统、吊车梁、围护结构和基础等组成。它比较容易组织生产工艺流程和车间内部运输，地面上能够放置较重的机器设备和产品，所以其在工业建筑设计中得到广泛的应用。近年来，单层厂房的设计越来越重视设备节能,充分利用自然通风,利用自然采光,发展节能省地型工业厂房；运用生态学中的共生与再生原则，结合自然，保护环境，防止污染，发展具有良好生态循环系统的现代工业厂房；利用高科技材料，发展更具灵活性、通用性和多样化的工业厂房。由于水平所限，时间仓促，文中一定存在缺点和不足，甚至错误，恳请老师批评指正。21.设计条件
10、与资料1.1 建筑物基本条件某金工车间为两跨等高厂房，跨度均为 24m，柱距均为 6m，车间总长度66m。每跨设有 20/5t 吊车各两台，吊车工作级别为中制，轨顶标高为 9.6m，基础顶面标高为-0.8m，厂房无天窗，建筑剖面简图如图 1 所示。图 1 厂房剖面示意图1.2 设计资料（1）荷载: 屋面均布活荷载标准值为 0.7KN/m 。2（2）材料:柱: 混凝土 C30;纵筋 HRB335 级; 箍筋采用 HPB235 级。基础: 混凝土 C30;钢筋 HPB235 级。型钢及预埋件铁板用 HRB335、HPB235 级钢筋。（3）建筑构造屋面: 卷材防水屋面,其做法如下:两毡三油防水层上
11、铺小石子: 0.35 KN/m 。220mm 厚水泥砂浆找平层: 200.02=0.4 KN/m 。100mm 厚水泥珍珠岩制品保温层: 50.1=0.5 KN/m 。2一毡两油隔气层: 0.05 KN/m 。220mm 厚水泥砂浆找平层: 200.02=0.4 KN/m 。预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝)荷载标准值 1.4KN/m 。2屋盖钢支撑荷载标准值为 0.05 KN/m ,屋架自重标准值 106KN/榀,坡度:21:6。墙体用 240mm 厚双面清水维护砖墙;钢窗宽度 3.6m,纵墙上窗洞高北京城市学院 2010 届毕业设计（论文）32400mm。地面:室内素混凝土地面,室内外高差
12、 150mm。（4）吊车: 桥式吊车,软钩,中级工作制。t5/20Q吊车梁:先张法预应力混凝土吊车梁,梁高 1.2m, 自重 。个kN2.4吊车轨道联结:轨道及连接件自重 1 KN/m 。2吊车荷载:最大轮压 =215KN。pkmax最小轮压 =45KN。in小车总重 g=75KN。大车宽 B=5550mm。轮距 K=4400mm。（5）工程地质及水文条件该场地地面粗糙度为 B 类，地形平整,无滑坡,无液化土层等不良地质现象。地层自上而下为填土层: 厚度约为 0.5m。砂质粘土: 厚度约为 2.0m,f=200 KN/m 。2卵石: 中密,厚度约为 57m, f=600 KN/m 。基岩: 表
13、层中度风化。地下水位在地面 7m 以下,设计时不考虑地下水的影响，也不考虑抗震设防。（6）气象资料:基本风压为 0.35 KN/m ,基本雪压为 0.2 KN/m 。2 21.3 设计要求（1）确定柱截面尺寸；（2）荷载计算；（3）分析排架内力；（4）柱、牛腿配筋计算；（5）编制荷载、内力计算说明书；（6）根据计算结果绘制排架柱结构施工图；（7）柱下基础的设计及其配筋；（8）绘制柱下基础施工图；2.确定柱的截面尺寸Q=（1520）t,中级工作制， =9.6+0.8=10.5m。kH上柱:矩形:500mm500mm面积: 2510.mAu惯性矩: 49310.mI.h.98012Kh下 柱 高
14、： ， 取419.30.50.4,502Hbmb宽 ： 取下柱:工字型 1bhff2587.225)7(Al 410233 8.301051290512 mIl 柱截面尺寸见图 2。排架计算简图见图 3。下 柱 上 柱图 2 柱 截 面 尺 寸注 ： 下 柱 的 高 度 取 牛 腿 顶 至 基 础 顶 面 处 8.4图 排 架 计 算 简 图3.荷载计算北京城市学院 2010 届毕业设计（论文）5恒载屋盖自重:两毡三油防水层上铺小石子: 0.35 （KN/m ）220mm 厚水泥砂浆找平层: 200.02=0.4 （KN/m ）100mm 厚水泥珍珠岩制品保温层: 50.1=0.5 （KN/m
15、 ）一毡两油隔气层: 0.05 （KN/m ）220mm 厚水泥砂浆找平层: 200.02=0.4 （KN/m ）预应力大型屋面板 1.4 （KN/m ）2合计 3.1 （KN/m ）屋架自重: 106 （KN/榀）则作用于屋顶的屋盖结构自重为11106.23431.42ABCGKN2.5.95G 柱 自 重 ： 上 柱 ：33 7AB下 柱 ：上式中的系数 1.05 为考虑柱牛腿处及柱根部矩形部分的重量。吊车梁、轨道及轨道联结件自重: 441.2.60.24ABC KN各柱恒载的作用位置见图 4。屋面活荷载屋面均布活荷载标准值为 0.7KN/m 。2雪荷载 20 /5.0/8.0.1mKNS
16、r 屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑.故屋面荷载为KNQCBA 6.74217.4其作用位置与屋盖自重的位置同。吊车荷载每跨设 20t 的吊车各 2 台,中级工作制,吊车的主要参数如下:轮距:K=4.44m;大车宽:B=5.55m；小车重:g=75KN；最大轮压: =215KN；最小轮压: =45KNpkmax pkmin图 5 是在 2 台 10t 吊车作用下,吊车梁的支座反力影响线。6图 4 柱 恒 载 的 作 用 位 置图 5 吊 车 梁 的 支 座 反 力 影 响 线吊车的竖向荷载iKiQyPDmaxmax= KN4.582)07.8.1267.0(54.190 iiaxin= 9.1
17、, 的作用位置同吊车梁轨道及轨道联结件自重的作用点。maxin吊车的横向水平荷载由于额定起重量在 1650t 之间,取 =10%,则KNgQTK 8.6)7520(1.4)(41KNyIiK 6.18)075.9max 其作用位置在吊车梁的顶面处。北京城市学院 2010 届毕业设计（论文）7风荷载基本风压: = 0.35KN/m ,市郊地面粗糙度按 B 类考虑,查得风压高度变化02系数:z12.31.06m柱 顶 标 高 处 ：54檐 口 标 高 处 ：查得风荷载体型系数 ,如图 6 所示,则作用于排架上的风荷载设计值为:s左 风 图 6 风 载 体 型 系 数101.40.81.356.2/
18、()QZSqBKNm2 1其中 B 为排架的计算宽度.风荷载作用的示意图及排架计算简图见图 7(a)、(b)。作用在柱顶处的风荷载集中力: isZQWhBF01.40.356(0.84)2.9(.65.4)2.10.9KN左 风檐 口 标 高 15.2m柱 顶 标 高 3（ ） )图 （ a） 风 载 作 用 下 的 示 意 图 ； （ b） 风 载 作 用 下 的 计 算 简 图4.排架的内力分析剪力分配系数的确定8因边柱和中柱的截面相同,则9105.2.48UlIn3.9012uH因各柱的抗侧移刚度相同,则各柱的剪力分配系数相同 31iiCBAu恒载作用下排架的内力恒载作用下排架的计算简图
19、见图 8。)3.14(031.4.011 mKNGMACA 22()(2950.624.35AC KNmn=0.21,=0.3 查单阶柱柱顶反力系数表得,各柱不动铰支承的支反力为A 列柱: 113.4.8.()2ARH22351.CKN1697()A图 8 恒 载 作 用 下 排 架 的 计 算 简 图C 列柱:柱顶不动铰支反力同 A 柱,方向相反9.7()CRB 列柱:0B则排架柱柱顶不动铰支座的总反力为CA最终分配到各柱柱顶的剪力分别为： BV09.7()AVRKN09.7()RKN北京城市学院 2010 届毕业设计（论文）9(a)M图 （ KN m,柱 底 V/(b) N图 K图 9恒
20、载 作 用 下 排 架 内 力 图恒载作用下排架弯矩图、轴力图,如图 9 所示。屋面活荷载作用下排架的内力屋面活荷载作用于 AB 跨时的计算简图(作用于 BC 跨时与其对称),见图 10。mNQMA 06.715.0.1K4222B .图 10 屋 面 活 载 作 用 于 AB跨 排 架 的 计 算 简 图n=0.21,=0.3 查单阶柱柱顶反力系数表得,各柱不动铰支承的支反力为A 列柱: 117.0683.98()2AMRCKNH102231453()AMRCKNH1()B 柱列: 110.6.847()32B47()RKN排架柱顶不动铰支座总反力为 2.3.9AB反 方 向 作 用 于 柱
21、 顶最终分配到各柱柱顶剪力分别为12.3.7906()AV1.473.90.2()BVKN02CKN0i屋面活荷载作用于 AB 跨时排架的弯矩、轴力图见图 11。其他荷载作用下排架的内力同理可得其他荷载作用下排架的内力,计算结果列于表 1。(a) M图 kNm,柱 底 V(b) N图 k图 1屋 面 活 载 作 用 于 AB跨 排 架 的 内 力 图其余荷载作用下的计算简图及排架的弯矩、轴力图见图 1221。表 1 荷载作用下排架的内力分析结果各柱柱顶不动铰支承力反力/KN总反力/KN分配到各柱顶最后剪力/KN荷载 柱上力矩/(KNm) ARBCRAVBC北京城市学院 2010 届毕业设计（论
22、文）11吊车竖向荷载作用于 AB跨 作用于 A 列柱maxD(BC 跨与其对称)=174.7()2AM=91.4()B16.5()8.7（） 05.6()14.6()12.7（）1.9（）吊车竖向荷载作用于 AB跨 作用于 A 列柱min(BC 跨与其对称)=36.6()2A=436.8()B3.5()41.4（） 037.9（）16.1()28.7（）12.6()吊车水平荷 作用于axTAB 跨向右(向左时与其对称)=18.6KN(吊max车梁取 1.2m)11.9()11.9() 023.8()4()4()8（）风荷载作用下左来风(右来风时与其对称)=10.9KNwF=2.3KN/m1q=
23、1.25KN/m215() 05.8()31.7()4.4()10.6（）4.5（）注: CBAR在各种荷载作用之下,A 柱和 B 柱的内力图及控制截面内力汇总于表 2 和表3。12MA1=74.B2图 2 吊 车 竖 向 荷 载 作 用 于 跨 ， D 作 用 于 A列 柱 排 架 的 计 算 简 图max（ 单 位 ： kN)（ C跨 与 其 对 称 ）M17.85693240.725198.4129(a) M图 kNm,柱 底 V(b) N图 k图 吊 车 竖 向 荷 载 作 用 于 AB跨 ， D作 用 于 列 柱 排 架 内 力 图maxB2A2=36.=436.8（ 单 位 ： k
24、N m)（ BC跨 与 其 对 称 ）， D作 用 于 A列 柱 排 架 的 计 算 简 图图 14吊 车 竖 向 荷 载 作 用 于 跨 inM北京城市学院 2010 届毕业设计（论文）13(a) M图 kNm,柱 底 V(b) N图 k62.8175949.1632582.4min图 吊 车 竖 向 荷 载 作 用 于 AB跨 ， D作 用 于 列 柱 排 架 的 内 力 图（ 单 位 ： k（ C跨 与 其 对 称 ）吊 车 梁 顶 面 Tmax=18.6N图 吊 车 水 平 荷 载 作 用 于 ABmax跨 向 右 时 柱 排 架 的 计 算 简 图 （ 向 左 时 与 其 对 称 ）
25、max10.867425431.20568（ 向 左 时 与 其 对 称 ） （ 单 位 ： kN m)柱 底 V（ ）ax图 1 吊 车 水 平 荷 载 T作 用 于 AB跨 向 右 时 柱 排 架 的 M图1410.86742531.084图 19 吊 车 水 平 荷 载 T作 用 于 BC跨 向 右 时 柱 排 架 的 M图max柱 底 V（ kN）Fw=0.KN32/1q=1.25K/m图 0 左 来 风 时 排 架 的 计 算 简 图 （ 右 来 风 时 与 其 对 称 ） q（ kN m） 柱 底 V（ ） （ 右 来 风 时 与 其 对 称 ）图 21左 来 风 时 排 架 的
26、M图7.4390614.8351516北京城市学院 2010 届毕业设计（论文）175.排架的内力组合在各种荷载作用下,对边柱和中柱进行最不利内力组合.其中未考虑厂房的整体空间的作用.A 柱加 B 柱的内力组合结果见表 4 和表 5。表 4 A 柱的内力组合+ 及相应的maxMN、V- 及相应的maxN、V及相应的maxM、V及相应的minNM、V截面内力组合项 数值 组合项 数值 组合项 数值 组合项 数值M 88 -28.5 -28.5 88-N+0.9+ 306.7+0.9+0.8(+)+ + 424.2+0.9+0.8(+)+ + 424.2+0.9+ 306.7M 110 -35.9
27、 90.3 29.6-N+0.9+0.8(+)+ 840.2+0.9+0.8(+)+ + 572.2+0.9+0.8(+)+ + 903.7+0.9+ 420.9M 501.5 -147 8.86 501.5N 487.9 661.1 1076 487.9-V+0.9+ 28.6+0.9+ + -11.5+0.9+ -10.1+0.9+ 28.6表 5 B 柱的内力组合+ 及相应的maxN、V- 及相应的maxMN、V及相应的 M、Vmax及相应的minNM、V截面内力组合项 数值 组合项 数值 组合项 数值 组合项 数值M 152.8 -152.8 143.9 143.9-N+0.9+ 72
28、6.4+0.9+ 726.4+0.9+ 790+0.9+ 662.9M 284.4 -284.4 275.6 41.3-N+0.9+ 1340+0.9+ 1340+0.9+ 1404+752.3M 294.6 -294.6 287.4 140N 1390 1390 1453 819.3-V+0.9+0.8(+)+ -5.8+0.9+0.8(+)+ + 5.8+0.9+0.8(+)+ -5.6+10.6注: 1）组合 及 中,M 的绝对值相等.因柱为对称配筋,所以表中的 M 只取了正maxin值.2）表中 0.8 为参与组合的吊车竖向荷载为 4 台时的荷载折减系数。根据荷载规范,荷载效应的基本组
29、合有两种.一种由可变荷载效应控制的组合;一种由永久荷载效应控制的组合.单层厂房中排架的内力通常由第一种组合控制。6.柱的截面设计选取控制截面的最不利内力大偏心受压和小偏心受压界限破坏时的轴压 力为:bN18A、B 柱:上柱: KNhbfNcb 1809465.03.1401 下柱: )(ffhb)(8.5. (取 =40mm)K376s经比较,A、B 柱的所有 51510.2551510.251.0取 1.03.641.0取 1.02.71.0取 1.01.281.0取 1.00.12hl0.99 1.05 0.99 1.0521014lei2.5 1.23 2.7 1.35)(2mahsi9
30、77.5 1711.3 850 736.71bfNc42.8 sa2 fh)(2As1357 3) 1768 3) 2262 3) 0 2)实配钢筋/(mmmm) 422(1520) 522(1900) 428(2463) 422(1520).0侧0.61 0.76 0.99 0.61配筋率 /% 6全 部1.22 1.53 1.97 1.22注:1) ,则 .ffchmbN)(9.101 )(4.286)(1mbfhNcf2) )(20syciSs ahfbfeA3) )(0syiSsfeN204)矩形截面: ,%bhAs侧bhAs全 部5)形截面: ,)(2ffs侧 %)(2ffshbA全
31、 部2 A柱 牛 腿 的 配 筋 图吊 车 梁 垫 板牛腿截面尺寸的验算KNDGFAV 64.2.5824.60max4 K.11.NTh8ax3.4.6.m012058610.5.65097hKtVFfb KN （ a=0)05habfFtKVhVK牛腿的截面尺寸满足要求。牛腿顶面局部受压验算取吊车梁的垫板尺寸为 500mm250mm,则)/(7.103475.0.N/m73.2501.46 22 mNfAFcVK 牛腿顶面的局压满足要求。北京城市学院 2010 届毕业设计（论文）21牛腿纵向受拉钢筋的计算因为 ,取 =0.3760=228mm03.ha03.h )(4.10736.8217
32、6085.462185. 23 mfFfAyyVS )(24sm选 取%.4.%.0.min bhAfSyt牛腿的箍筋牛腿的水平箍筋选用 10100,牛腿 的范围有,箍筋的总截面面积为032)(681570.8452mAS故箍筋的设置满足构造要求。牛腿的 =014 10.21420s)(41le1.1 1.00myeS535 14380)(bhfff 0 0.41)()1(2.872eZf360 726/2mNAzSKS75.5 194fftehb)(56.00.01 0.148SKte1-0.630.2 取 0.2 0.64)(8.9max mdCEWtqSKcr0.036mm0.3mm 0
33、.23mm0.3mm注： 1）内力的标准值近似值取设计值除 1.3 的系数。） 已 知 ， 1.2,m30,/10.2,/01.2225 crstk CNENf 根据构造要求,取柱入基础的深度 ,所以柱吊装验h891算时的计算简图如图 24 所示。Kq/25052.1N418.)39(2 m/3.47.3考虑到牛腿根部及柱底部为矩形截面,下柱自重乘 1.1 的系数,1.5 为动力系数。）（ KlqM6.859.32121北京城市学院 2010 届毕业设计（论文）23m)KN(5.1278.093.2518.04212121 lqlM93470qlMM21图 2 柱 吊 装 时 的 计 算 简
34、图 及 弯 矩 图不 是 跨 中 弯 矩 ， 是 最 大 正 弯 矩由 得0B42.7(KN)9.21.5312132 lMqRA的最大位置maxM).47(123mq74.1()3.123.23 xRAx）（上 柱 ： 862S m)(KN85.609M)(KN.040)( 10 ahAfMSyu ）（式中: 结构重要性系数,取为 0.9）（下 柱 ： 215mS)m(374)086(30)(0 ahfSyu )(7.649.2302 KN所以柱吊装的承载力满足要求。8.基础的设计混凝土采用 C30; , ,垫层采用 C10 素混凝土,厚2/3.14mNfC2/43.1mNft100.A 柱
35、基础的标高见图 25。A 柱:24由基础梁传至基础顶面的荷载计算:基础梁 bh=250mm500mm,围护墙为 240mm 厚清水砖墙图 25 A柱 基 础 的 标 高-0.15墙上开有上下两层钢窗,上窗:宽高为 3.6m2.4m；下窗：宽高为3.6m4.8m；钢窗重取为 0.45 ;清水砖墙为 180.24=4.322/mKN2/mKN墙重:(15.2+0.15)6-（4.8+2.4）3.64.32=285.9KN钢窗重:（4.8+2.4）4.20.45=13.6KN基础梁自重:0.250.5625=18.8KN合计WK4.316KNN7.92A 柱基础顶面最不利内力(设计值): VmM56
36、.284.0VmM5.1647KNVmM1.0768.B 柱基础顶面最不利内力(设计值):KN.765-1390.KN.58-4627.10.6893.基础的受力图见图 26。地基承载力的验算A 柱基础底面积的确定由杯口基础的构造要求可初步确定基础的尺寸及埋置深度 d,见图 27。d=1.1+0.8=1.9m北京城市学院 2010 届毕业设计（论文）25)(1.7920436.12mdfNAmaWK(式中 1.3 为系数 1.2 与 1.4 的平均值)-8A图 27 柱 基 础 尺 寸图 26 基 础 的 内 力 图 （ 图 中 的 方 向 为 正 ） h=10ewMGNdVW b将基础底面积
37、扩大 1.4 倍,1.4A=1.47.1=9.9 2m8.12.4lb寸初 步 确 定 基 础 的 底 面 尺)(7466132WB 柱基础底面积的确定由杯口基础的构造要求可初步确定基础的尺寸及埋置深度 d,见图 27。d=1.1+0.8=1.9m2m85.9120436.5dfNAmaWK(式中 1.3 为系数 1.2 与 1.4 的平均值)将基础底面积扩大 1.4 倍,1.4A=1.48.85=12.4 2.75.4lb寸初 步 确 定 基 础 的 底 面 尺3221961地基承载力的验算;WMANpdKdKmax WMANpdKdmin基础自重和基础上土重的标准值为）（Gk7.461.259.120)/(1faA 柱和 B 柱基础底面压力标准值分别见表 8 和表 9。
