1、- 1 -钢筋混凝土结构-2 课程设计任务书一、 题目：钢筋混凝土单层厂房结构设计二、 目的与要求：了解单层厂房结构设计的全过程，培养单层厂房结构设计的工作能力。要求：（1） 、掌握单层厂房结构布置和结构选型的一般原则和方法；（2） 、综合运用以往所学的力学及钢筋混凝土结构的知识，掌握排架内力分析方法以及构件截面设计方法；（3） 、掌握单层厂房结构施工图的表达方法。三、 设计内容：1、完成计算书一份，内容包括：（1）设计资料；（2）结构布置与选型；（3）排架内力分析及柱、基础的配筋计算。2、绘制施工图：（1）柱子模板图及配筋图；（2）基础平面布置图及配筋图。四、 设计资料：1、 厂房跨度 21
2、 米，总长 108 米，中间设伸缩缝一道，柱距 9 米。2、 车间内设有两台软钩 20050kN 中级工作制吊车，轨顶设计标高 12米。3、 建筑场地地质情况：地面下 0.8 米范围内为杂填土，杂填土下面 3.5米内为均匀粉土，其承载力标准值 fk200kPa,地下水位为地面下 4.50米，无腐蚀性。4、 基本风压 W0=0.4kN/m2; 基本雪压 S0=0.35kN/m2。5、 屋面是不上人的钢筋混凝土屋面，屋面均布可变荷载标准值为0.7/m2。6、 建议采用材料：（1） 、柱：混凝土 C25，纵向受力钢筋 II 级，箍筋 I 级。（2） 、基础：混凝土 C30，II 级钢筋。7、 选用的
3、标准图集：（1） 、屋面板：G410（一）标准图集，预应力混凝土大型屋面板，板重标准值（包括灌缝在内）1.4KN/m 2。（2） 、天沟板：G410（三）标准图集，JGB77-1 天沟板，板重标准值2.02kNm。（3） 、屋架：G415（三）标准图集中预应力混凝土折线形屋架，屋架自重标准值 106kN。（4） 、吊车梁：G323-12 标准图集 DLZ-4，梁高 1200 毫米，翼缘宽600 毫米，腹板宽 300 毫米，梁自重标准值 44.2kN/根，轨道及零件重 1kN/米，轨道及垫板高度 200 毫米。8、 建议采用的柱截面尺寸：上柱为矩形 bxh=400x400mm,下柱为 I 形 b
4、f=400mm，h=800mm，b=100mm，h f=150170mm。9、 屋面做法：- 2 -防 水 层 （ 0.4KN/平 米 ）20厚 水 泥 砂 浆 找 平 层 （ 0.4KN/平 米 ）屋 面 板0. 150-.15.9014.3028.60180135046 240 12 40 50吊 车 尺 寸 图剖 面 图64011平面布置图2405864010386040606060604060606060606060605660606021000- 3 -结构计算书一、 结构的计算1、计算简图的确定（1）计算上柱高及柱全高根据图 2.107 及有关设计资料：上柱高 Hu=柱顶标高-轨顶
5、标高+吊车梁高+轨道构造高=12.4-10.0+1.2+0.20=3.8m全柱高 H=柱顶标高-基顶标高=12.4-（-0.5）=12.9m故下柱高 Hl=H-Hu=12.9-3.8=9.1m上柱与全柱高的 比值（2）初步确定柱截面尺寸根据表 2.9（A）的参考数据，上柱采用矩形截面，bh=400mm400mm，下柱选用 I 形,bhhf=400mm800mm150mm（其余尺寸见图 2.108） ，根据表2.8 关于下柱截面宽度和高度的限值，验算初步确定的截面尺寸，对于下柱截面宽度 对于下柱截面高度，有吊车无吊车时 （3）上、下 柱截面惯性与其比值排架平面内：可 以 ）(4036425910
6、mbmHl )(807581290 可 以mhl )(80742525. 3 可 以hH295.0.183- 4 -上柱下柱比值排架平面外：上柱 下柱 排架计算简图（几何尺寸及截面惯性矩）如图 2.109 所示图 2.108形 截 面 尺 寸图 2.109排 架 计 算 简 图2、荷载计算（1）恒荷载49310.24012 mIu 41033 42.1.485128 mIl 0.1042.9luI493.mIu4933 1072.1204.81240.58 mIl - 5 -（）房屋结构自重预应力混凝土大型屋 面板20mm 水泥沙浆找平 层一毡二油隔气层 100mm 水泥珍珠岩制 品保温层20
7、mm 水泥沙浆找平层 天沟板天窗端壁屋架自重天窗架 1.240=48KN则作用于横向水平面排架一端柱顶的屋盖结构自重(b)柱自重上柱下柱28.15.21mKN24.0.0.6.5.2.1248.01.4. mKN2.35.217.gKN260.11.KNG24.64821074.1267.31 mheul 2048022 mheu 5051 KNG4.18.3.5.12 03e- 6 -（c）吊车梁与轨道自重（2）屋面活荷载由荷载规范可知,屋面均匀活荷载标准值为 0.7 KN/m2,大于该厂房所在地区的基本雪压 S0=0.30 KN/m2， ,故屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为 ， Q 1=1
8、.40.7612=70.56KNe1=50mm（3）吊车荷载由电动双钩桥式吊车数据查得PmaxK=200KN. Pmin.k=50KN, B=5000mm. k=4000mm Q2.K=75KN根据 B 与 K 及反力影响线，可算得与各轮对应的反力影响线竖标（图 2.110） ，于是可求的作用与上柱的吊车垂直荷载 图 2.10计 算 简 图作用于每个轮子上的吊车水平制动设计值KNG2.61)45(2.14 KNyDikQ 58)067.8267.01(24.909.0.maxmax KNP58aaxinin mhel 3502024 KNQTKkcGQ 875.6)20(41.)(4.2. -
9、 7 -则作用于排架上的吊车水平荷载，按比例关系由 求得 Dmax其作用点到柱顶的垂直距离（4）风荷载*地区的基本风 压 对于大城市市郊，风压 高度变化系数按 B 类地区考虑，高度的 取值，对 按柱顶标高 12.4m 考虑，查荷载规范得按天窗檐口标高 19.86m 考虑，查荷载规范得风荷载体型 系数的分布图 2.111 所示。故集中风荷载 Fw 为风 向 图 2.1风 荷 载 体 型 系 数KNDPTkQ 2.058207.6max.axmax hHyeu 6.2.1834.0.62u,35.02mKNw z21,q;08.1zwF对BhhFzwQ 032).14.03( KN86.2 635
10、.02.1)87.32.169.9 .261zz- 8 -排架受荷总图如图 2.112 所示。图 2.1 作 用 于 排 架 上 的 荷 载3、内力计算（1）恒荷载作用下如前所述，根据恒荷载的对称性和考虑施工过程中的实际受力情况，可将图2.112 中的恒载 的作用简化为图 2.113a、b、c 所示的计算简图。（a） 在 G1 作用下已知 n=0.151，=0.295，由附图 2.2 中的公式 图 2.13恒 荷 载 作 用 下 的 内 力（ ） 的 作 用 ； （ ） 的 作 用 ； （ ） 的 作 用 ； （ ） 图 （ ） （ ） 图 （ ）mKNqzsBQ 59.163.08.1504
11、.14202211 421G及、 )(56.12.04.632112 mKNeM- 9 -故在 M11 作用下不动铰支承的柱顶反力由附图 2.3 中的公式 2.15.02913123nC故在 M12 作用下不动铰支承的柱顶反力 kNHMR7.62112因此，在 M11 和 M12 共同作用下（即在 G1 作用下）不动铰支承的柱顶反力相应的弯矩图如图 2.113a 所示(b)在 G2 的作用下相应的弯矩图如图 2.113b 所示。(c)在 G4 的作用下相应的弯矩图如图 2.113c 所示。将图 2.113a、b、c 的弯矩图叠加，得在G1、G2、G3 和 G 共同作用下的恒荷载弯矩图（2.11
12、3d）,相应的轴力 N 图如图2.113e 所示。（2）屋面活荷载作用下对于单跨排架，Q 与 G 一样为对称荷载，且作用位置相同，仅数值大小不同。故由 G 的内力图按比例可求得 Q 的内力图。如：柱顶不动铰支承反力相应的 M 图如图 2.114a,b 所示。图 2.14屋 面 活 荷 载 作 用 下 的 内 力 图 （ ） 的 作 用 ； （ ） 图 （ ）（3）吊车荷载（考虑厂房整体空间工作）厂房总长 102m，中间设一道伸缩缝，跨度为 24m，吊车起重量为 20t，由表2.13 可查得无95.1.0952131233nk421 R25.14.053121 MkNeG6.4.822M2.13
13、50.44 kRQ 8.67121- 10 -檩屋盖的单跨厂房空间作用分配系数 =0.9（a）吊车垂直荷载作用下作用在 A 柱的情况maxD图 2.122 中吊车垂直荷载作用下的内力，可按如图 2.115 所示的简图进行计算。因此，A、B柱顶剪力按图 2.115a 所示简图推导的下列公式进行计算：2minaxmax25.0HCMVDA 9.1235.0479.35.089 =-12.68KN（绕杆端反时针转） 2minmaxmax25.0VDDB= 9.12350479.35.089. =11.25KN(绕杆端顺时针转为正)相应的弯矩如图 2.115b 所示。图 2.15吊 车 垂 直 荷 载
14、 作 用 下 的 内 力 图在 A 柱的情况：minD由于结构对称，故只需将 A 柱与 B 柱的内力对换，并注意内力变号即可。（b）吊车水平荷载作用下从左向右作用在 A、B 柱的情况（图 2.112 中吊车水平荷载作用下）的内力，min- 11 -可按如图2.116a 所示简图推导的下列公式计算：= = TABVmax5)1(TC由式中 可按附录的附图 1.41.6 的公式计算：5当 y=0.6 时，由附图 1.4 中的公式lH0.67 15.029.12.46.08212.046.8. 335 nnC当 y=0.7 时，由附图 1.5 中的公式l 62.015.029.1.24.0212.0
15、4.1. 335 nnC当 y=0.684Hl 时，用内插法求得相应的弯矩图如图 2.116a 所示。图 2.16吊 车 水 平 荷 载 作 用 下 的 弯 矩 图Tmax 从右向左作用在 A，B 柱的情况：682.01.476.05 GkNTCVTBA 7.19max5- 12 -在这种情况下，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反（图 2.116b） 。（4）风荷载（a） 风从左向右吹（图 2.117a）先求柱顶反力系数 C11，当风荷载沿柱高均匀分布时，由附图 1.8 中的公式 95.1.02183441 nC对于单跨排架，A，B 柱顶剪力 kNqHFVw
16、5.164.2365.021 3（b）风从右向左吹（2.117b）在这种情况下，荷载方向相反，弯矩图的方向与风从左向右吹的方向相反（图 2.117b）4、最不利内力组合由于结构对称，只需对 A（或 B）柱进行最不利内力组合，其步骤如下： 确定需要单独考虑的荷载项目。本设计为不考虑地震作用的单跨排架，共有八种需单独考虑的荷载项目，由于小轮无论向右或向左运行中刹车时，A，B 柱在 Tmax 的作用下，其内力大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。因此，单独考虑的荷载项目共七项。将各种荷载作用下设计控制截面（1-1，2-2，3-3）的内力 M，N（3-3截面还有剪力 V）填入组合表（表 2.30）
17、。填表时要注意有关内力符号的规定。根据最不利又最可能的原则，确定每一内力组的组合项目，并算出相应的组合值。计算中，当风荷载与活荷载（包括吊车荷载）同时考虑时，除恒荷载外，其余荷载作用下的内力均乘以 0.85 的组合系数。- 13 -图 2.17 风 荷 载 作 用 下 的 内 力 简 图排架柱全部内力组合计算结果列入表 2.30。- 14 -表 1。 排架柱内力组合表恒荷载 屋面活荷载吊车荷载 风荷载 内力组合G1 G2 G3 G4Q1Dmax在A 柱Dmin在A 柱Tmax 左风 右风 Nmax 及M,V Nmin 及M,V Mmax 及N,V柱号 截面荷载项目内力 项目组合值项目组合值项目
18、组合值M(KNm) 30.9 3.5 -48 -4319.4 64.3 -74.2 -33 -89.5 -89.51-1N(KN) 451.7 70.6 0 0 0 0 0+ 522.3+0.9（+）451.7+0.9（+）451.7M -66.8 -10.6 158 8 19.5 64.3 -74.2 100 -141 138.72-2N 480.5 70. 6 588 147 0 0 0+1139+480.5+0.9（+）980.3M 62.9 6.1 42 -93 191.7 370 -345.1 302.7 433 581.3N 593.2 70. 6 588 147 0 0 0 12
19、51.8 593.2 1153A柱3-3V 14.3 1.8 -12.7 -11.3 19.0 45.1 -31+22.1+59.41+0.9（+）59.4- 15 -5、排架柱设计（1）柱截面配筋计算（a）最不利内力组合的选用由于截面 3-3 的弯矩和轴向力设计值均比截面 2-2 的大，故下柱配筋由截面 3-3 的最不利内力组合确定，而上柱配筋由截面 1-1 的最不利内力组合确定。经比较，用于上，下柱截面配筋计算的最不利内力组合列入表2.31。(b)确定柱在排架方向的初始偏心距 、计算厂 及偏心距增大系数ie0l（表 2.31）表 2.31 柱在排架方向 、 、iel表中： =M/N0e ；
20、ai 取 20mm 和 h/30 的较大值；a ；0.10.1,7.2001 时 ， 取hei ，考虑吊车荷载 =2.0 （上柱） ， 5522时 ，l 0luH=1.0 （下柱） ，不考虑吊车荷载 =1.5 ；0luH0l截面内力组0e(mm)0h(mm)ie(mm)10l(mm) h(mm)(mm)2M (Knm)-33N (Kn)522.2863 365 83 0.817600 400 0.960 1.882M -89.51-1N 451.68198 365 218 1 7600 400 0.960 1.414M 433N 593.18730 765 756 1 19350 800 0.
21、908 1.384M 581.253-3N 1153504 765 530 1 9100 800 1.000 1.133- 16 - 12210 3.07.,14 MchleKc mim （C）柱在排架平面内的配筋计算（表 2.32）表 2.32 柱在排架平面内的截面配筋计算As=As(mm )2 截面内力组 ei(mm) e(mm)x(mm)bh0(mm)偏心情况计算值实配值M（kNM）-33N(kN) 522.2883 1.882 321 91 0.55365=201 大偏心13.6M 89.51-1N 451.68218 1.414 473 79 201 大偏心672.3 763（318
22、）M 433N 593.18756 1.384 1411 104 0.55765=421大偏心1885 1964(425)M 581.253-3N 1153530 1.133 965 33 421 大偏心1240表中： 见表 2.31； 、ie ；sha2 x,上柱 下柱 ,57203.1401NfbNc当 时， ；f1fxc当 时， ；cfh14713043.10.581 Nfbhc 上柱 , ;,sA、 0hxb927200 cesyces fxhNhffxNA下柱 当 时（取 35mm）, fxs219057201 xehffxNesycfSs - 17 -当 时0fbhx； 21902
23、76543352010 xNef fxhbxNeAsy cffSs 上柱或下柱 当 时， ，2sx00hfAsyS sihe（d）柱在排架平面外承载力计算上柱 Nmax=494.5kN，当不考虑吊车荷载时，按表 2.22。l0=1.2H=1.212900=154800mm,l0/b=15480/400=38.7, 查混凝土规范知=0.35，As=As=763mm2 可 以 ）(5.494.97430)6302 031(5)( max KNKNAffNsycu 下柱 ，当考虑吊车荷载时，查表.2，KN159max0.921974075. 1502)(2804 ,.,.0 9 2490i mAi
24、IHlIll l查表混凝土规范表.， 故,1964,58.02 mAs可 以 ）(153 2)19643217508.0 axKNKNu （2）裂缝宽度验算截面，当.，.，相应的 ,980me，故应作裂缝宽度验算。1-1 截面因5.07.65h ,5.0he因而不作此项验算。由内力组合表可知，验算裂缝宽度的荷载标准组合值KNm 7.3164.02.19Mk KNNk 3.492.1853 03.15)04(8015.9.0 ANeetstkmmhalss 9326.2 .740 22- 18 -则纵向受拉钢筋 合力点至受压区合力作用点间的距离为As mz hef 637576510412.08
25、7. 0)( 9202 纵向受拉钢筋 的应力AsNNzesks 216371942裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数6.0.0.565.01sktetf故最大裂缝开展宽度为满 足 要 求 ）(3.0179 023.8259.10.27.18.95maxctedEqskcr (3) 柱牛腿设计（a）牛腿几何尺寸的确定牛腿截面宽度与柱宽相等，为 400mm，若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离吊车梁端部为 340mm，吊车梁轴线到柱外侧的距离为 750mm，则牛腿mc801顶面的长度为 750-400+相应牛腿水平截面高为 600+400=1000mm，牛腿外边缘高度 ，mh501倾角 = ，于是牛腿的
26、几何尺寸如图 2.118 所示。450(b)牛腿配筋由于吊车垂直荷载于下柱截面内，即 a=750800= 500，故该牛腿可按构造要求来配筋纵向钢筋取 ，箍筋取 (图 2.118)164108 8图 2.1牛 腿 的 几 何 尺 寸 及 配 筋 示 意 图(c)牛腿局部挤压验算设垫板的长和宽为 400mm400mm，局部压力标准组合植 KNGDFKkvk 4712.64.1584max, 故局部压应力为 2273.10.475.0 5.09.mNAfcvksk （4）柱的吊装演算- 19 -(a)吊装方案：一点翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处（图 2.119）(b)荷载计算上柱自重 mKNg
27、2.740.25.11 牛腿自 重下柱自重 mKNg0.8175.2.13 计算简图如图 2.119b 所示。(c)内力计 算 弯矩图如 2.119 所示。(d)截面承载力计算截面 1-1： 220 30,76,365,40 mNmmhb fAys故截面承载力 )(52.76 )356307)(0可 以mKNMKNafAsysu 截面 2-2： 220 30,1964,765,840 mNhb fAhys故截面承载力5.1.)(.2 M8.721 mKN4.750)2.51(.42M9.462.7.90813- 20 -)(4.75430)3576019)(0可 以mKNMahfAsysu (
28、e)裂缝宽度演算故承载力计算可知，裂缝宽度演算截面 1-1 即可。钢筋应力如下：图 2.19 柱 吊 装 演 算 简 图 柱顶基顶20 179365785087. mNhAMsksk 按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率 01.,01.9.4085.06. 取bhSte故 )(3.0157. )01.28.259.1(0.2734.0128.91.7951 5max可 以cEteqskcrstetkdf 实际上吊装阶段荷载为短期作用，最大裂缝宽度应为0.252/1.5=1.168mm，满足要求，对柱若采用平卧起吊，承载力和裂缝宽度将均不满足要求。6、基础设计- 21 -（1）荷载计算(a)
29、由柱传至基顶的荷载由表 2.30 可得荷载设计植如下：第一组 KNVNmKM4.59,13,25.81max 第二组 .,8.9,43ax 第三组 V27.,.302,78.125max (b)由基础梁传至基顶的荷载墙重（含两面刷灰） KN9.36724.581.465.4 窗重（钢框玻璃窗） KN.165.08.14.52.1基础梁 .02.02KNG7645由基础梁传至基础顶面荷载设计值为：对基础地面中心的偏心距5Gme5.0283.5KNe6.25.0764(C)作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值分别为假定基础高度为 800+50+250=1100mm，则作用于基底的弯矩和相应基顶
30、的轴向力设计值：第一组 KNNmMbot 76.15.401539.423928第二组 bot .989.第三组 KNNmbot 54.167.40.12523基础的受力情况如图 2.120 所示。图 2.10 基 础 底 面 尺 寸 的 确 定 基底尺寸的确定- 22 -由第二组荷载确定 和lb283.6.5.1204698.1mAllmb blAl 0.4.3.;5.2 14., 取取 解 得由取演算 的条件60e验算其他两组荷载设计值作用下的基底应力第一组（ 可以）第三组 mPmKNfKN22in 22ax 09.13.9 )(.6754.13 7.153.65.10.45.6可 以 可
31、 以 ）因为该车间属于可不作地基变形计算的二级建筑物，所以最后确定基底尺寸为2.3m3.7m（图 2.120） 。（2）确定基底的高度前面已初步确定基础的高度为 1.1m，如采用锥形杯口基础，根据构造要求，初步确定的基础剖面尺寸如图 2.121 所示。由于上阶底面落在柱 边破坏锥面之内，故该基础只须进行变阶处的抗冲击切力验算。可 以222max 40.1.173 4.139.7356045.2698 mKNfKNWMdANAp botGbotbot 可 以mlmNMbot 67.04241.0 6.145.259Pfm 22in 09.1329. 5.4- 23 -（a） 在个组荷载设计值作用
32、下的地基最大净反力第一组 mPKNs 2max, 6.371248.51.第二组 , 599第三组 s 2ax, 0.6抗冲切计算按第二组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算。 图 2.1 基 础 抗 冲 切 演 算 简 图 （b） 在第一组荷载作用下的冲切力冲切力近似按最大地基净反力 计算 ，既取Psmax,PKNss 2max,16.37由于基础宽度 b=2.5m，小于冲切锥体底边宽故h025.011 KNAblFsl 491.6371.5270max, 21(c)变阶处的抗冲切力- 24 -由于基础宽度小于冲切锥体底边宽，故 KNmFhbfFLmthltm 4098471059.017.
33、7.08525.10 （满足要求）因此，基础的高度及分阶可按图 2.121 所示的尺寸采用。（3）基底配筋计算包括沿长边和短边两个方向的配筋计算，由前述三组荷载设计植作用下最大地基净反力的分析可知，应按第一组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算。而沿短边方向，由于为轴心受压，其钢筋用量按第三组荷栽设计值作用下的平均地基净反力进行计算。（a） 沿长边方向的配筋计算在第二组荷载设计值作用下，前面已算得 ，相应于柱边及mPKNs2max,6.371变阶处的反力（图 2.122a）：pPKNss 221 6485.1024.935.8763.则 选用 1514（14220） （可以）mAS 22845
34、.30（b） 沿短边方向的计算在第三组荷载设计值作用下，均匀分布的地基土净反力（图 2.122b） 图 2.1 基 底 配 筋 计 算 简 图mAMPsSsm mKNKNAN264 262145309.2 25.14.1573. 68.09.24185. AMhf eGblSyS cSs mKN26 26025max.1847139.484385.12. 057.9. 7.9.07.3674 - 25 -选用 1910（10220） ， （可以）mAs 22573.149基础底面沿两个方向的配筋如图 2.122c 所示，由于长边 l 大于 3m，其钢筋长度可切断 10%，如交错布置，钢筋可用同一编号。单层厂房排架柱（Z-1）和基础（J-1）的模板及配筋施工详图见图 2.123。
