1、单层工业厂房课程设计姓 名： 班 级： 学 号： 一结构选型该厂房是广州市的一个高双跨（18m+18m）的机械加工车间。车间长 90m,柱矩 6 米，在车间中部，有温度伸缩逢一道，厂房两头设有山墙。柱高大于 8 米，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋架有较大的刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房的各构选型见表 1.1表 1.1 主要构件选型结 构 的 名 称 标 准 图 集 选 用 型 号 重 力 荷 载 标 准 值屋 面 板 G410(一 ),1.5m6m预 应 力混 凝 土 板 1.4KN/m天 沟 板 G410(三 ),1.5m6m预
2、应 力混 凝 土 板 (卷 材 防 水 天 沟 ) 外 天 沟 2.02KN/M内 天 沟 1.83KN/M屋 架 G314(二 ),预 应 力 混 凝 土 折 线型 屋 架 (跨 度 18) 53.5KN每 榀吊 车 梁 G323(二 ),钢 筋 混 凝 土 吊 车 梁(中 轻 级 工 作 制 ) 27.5KN每 榀轨 道 连 接 0.8KN/m基 础 梁由图 1 可知柱顶标高是 10.20 米，牛腿的顶面标高是 6.60 米 ，室内地面至基础顶面的距离 0.5 米，则计算简图中柱的总高度 H,下柱高度 Hl 和上柱的高度 Hu 分别为：H=10.2m+0.6m=10.8m Hl=6.60m
3、+0.6m=7.2m Hu=10.8m-7.2m=3.6m根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表 1.2。见表 1.2 柱截面尺寸及相应的参数截面尺寸/mm 面积/mm2惯性矩/mm 4 自重/(KN/m)上柱 矩 400400 160000 2130000000 4.0A,C下柱 I400800100150 177500 14387000000 4.43上柱 矩 400400 160000 2130000000 4B下柱 I400800100150 177500 14387000000 4.43二荷载计算 1恒载(1)屋 盖 横 载屋 面 板预 应 力 混 凝 土 屋
4、 面 板 1.4KN/m220mm厚 1:3水 泥 沙 浆 找 平 层 和 防 水 成 上 铺 石 子 0.75KN/m2总 : 2.15KN/m2外 天 沟外 天 沟 板 2.02KN/m找 平 层 1.6KN/m总 : 3.62KN/m内 天 沟内 天 沟 板 1.83KN/m找 平 层 1.6KN/m总 : 3.43KN/m嵌 板嵌 板 1.65KN/m2灌 缝 0.1KN/m2计 算 参柱 号总 1.75KN/m2屋 架屋 架屋 架 预 埋 件 53.5KN/榀钢 筋 混 凝 土 系 杆 5.94KN/榀屋 架 预 埋 件 件 0.4KN/榀总 59.84KN/榀12.9KN/m3.6
5、2KN/m m图 1求反力：F1=116.92F2=111.90屋架重力荷载为 59.84，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值：GA1=1.2(116.92+59.84/2)=176.81KNGB1=1.2(111.906+59.84/2)=170.18 KN(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值GA3=1.2（27.5+0.8 6）=38.76KNGB3=1.2（27.5+0.8 6）=38.76KN(3)柱重力荷载的设计值A,C 柱上 柱 G4A G4C=1.243.6= 17.28 KN下 柱 G5A G5C=1.24.437.2= 38.28 KNB 柱上 柱 G4A G4C=1.243
6、.6= 17.28 KN下 柱 G5A G5C=1.24.437.2= 38.28 KN2屋面活荷载屋面活荷载的标准值是 0.5KN/m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值：Q1=1.40.5618/2=37.8 KN3，风荷载风荷载标准值按 k= z s z 0 计算其中 0=0.5KN/m2, z=1, z 根据厂房各部分及 B 类地面粗糙度表 2.5.1 确定。柱顶（标高 10.20m） z=1.01橼口（标高 12.20m） z=1.06屋顶（标高 1320m） z=1.09 s 如图 3 所示，由式 k= z s z 0 可得排架的风荷载的标准值： k1= z s1 z 0=1.00.8
7、1.010.5=0.404 KN/m2 k2= z s2 z 0=1.00.41.010.5=0.202 KN/m2G3=8.76KNQ1=37.8KNQ1=37.8KNGB0 GB0GA1=76.8KNQ3G5A=38.2KNG3=8.76KNG4A=17.28KN GA1=76.8KNQ3G3=8.76KNG5A=38.2KNG4A=17.28KN图 2 荷载作用位置图 q2q1Fw风 向图 3 风荷载体型系数和排架计算简q1=1.40.4046=3.39KN/mq1=1.40.2026=1.70KN/mFw= Q( s1+ s2) zh1+( s3+ s4) zh2 z 0B=1.4(0
8、.8+0.4)1.01(12.2-10.2)+(-0.6+0.5)1.01(13.2-12.2) 10.56=10.23KN4吊车荷载吊车的参数：B=5.55 米，轮矩 K=4.4，p max=215KN, pmin=25KN,g=38KN。根据 B 和K，可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图所示： PminaxPmin=25KNax1图 吊车荷载作用下支座反力的影响线（） 吊车的竖向荷载Dmax= QFpmaxy i=1.4115(1+0.075+0.808+0.267)=346.15KNDmin= QFpminy i=1.425(1+0.075+0.808+0.26
9、7)=75.25KN（） 吊车的横向荷载T=1/4（Q+g ）=1/4 0.12(100+38)=4.14KN吊车横向荷载设计值：Tmax QTy i=1.44.142.15=12.46KN三排架内力分析柱 别 n=Iu/Il =Hu/H C0=3/1+ 3(1/n-1) =H/C0EI i=1/ i / 1/ iA,C柱 0.15 0.33 2.47B柱 0.15 0.33 2.47 A= B= c A= B= c恒荷载作用下排架内力分析图 5 恒荷载作用的计算简图G1=GA1=176.81KN; G2=G3+G4A=38.76+17.28=56.04KN; G3=G5A=38.28KN;G
10、4=2GB1=340.361KN; G5=G3+2G4B=238.76+17.28=94.8KN;G6=G5B=38.28KN;M1= G1e1=171.810.05=8.60KN.m;M2=( G1+ G4A)e0- G3e3=(176.81+17.28) 0.2-38.280.35=25.42C1= =2.03; C1= =1.099;3)(32n （ 23)1(32n HRA= C1+ C3=(8.602.03+25.421.099)/10.8=4.20KN()H2RC=-4.20KN(); RB=0KN;内力图： 图 (KN)M图 (KN.m)图 6 恒荷载内力图活荷载作用下排架内力分
11、析(1)AB 跨作用屋面活荷载1BQA2图 7 AB 跨作用活荷载作用简图Q=37.8KN，则在柱顶和变阶处的力矩为：M1A=37.80.05=1.89KN.m，M 2A=37.80.25=7.56KN.m，M 1B=37.80.15=5.67KN.mRA= C1+ C3=(1.892.03+7.561.099)/10.8=1.124KN()HA2RB= C1 =5.672.03/10.8=1.07KN()则排架柱顶不动铰支座总的反力为：R= RA+ RB=1.124+1.07=2.19KN()VA= RAR A=1.32-0.332.19=0.40KN()VB= RBR B=1.07-0.3
12、32.19=0.35KN()VC= R C=-0.332.19=0.72KN()排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图 8 所示:M(KN.m)N图 (k)图 8 AB 跨作用屋面活荷载内力图(2)BC 跨作用屋面活荷载由于结构对称,且 BC 跨的作用荷载与 AB 跨的荷载相同,故只需叫图 8 的各内力图位置及方向调一 即可,如图 10 所示:图 9 AB 跨作用活荷载作用简图 图 (图 10 BC 跨作用屋面活荷载内力图风荷载作用下排架内力分析(1) 左吹风时C= =0.33)1(834n RA=-q1HC11=-3.3910.80.33=-12.08KN()RC=-q1HC11=-1.70
13、10.80.33=-6.06KN()R= RA+ RC+Fw=12.08+6.06+10.23=28.37KN()各柱的剪力分别为:VA= RA-R A=-12.08+0.3328.37=-272KN()VB= RB-R B=-6.06+0.3328.37=3.30KN()VC= -R C=-0.33-28.37=9.36N() 左 风 计 算 图M（ KNm)图 11 左风内力图(2) 右风吹时因为结构对称，只是内力方向相反,，所以右风吹时，内力图改变一下符号就行，如图 12 所示； 左 风 计 算 图M（ KNm)图 11 左风内力图吊车荷载作用下排架内力分析（） Dmax 作用于 A 柱
14、计算简图如图所示，其中吊车竖向荷载 Dmax，D min 在牛腿顶面引起的力矩为：MA= Dmaxe3=346.150.35=121.15KN.mMB= Dmine3=75.250.75=56.44KN.mRA= - C3=-121.151.099/10.8=-12.33KN()HMRB= C3=-56.441.099/10.8=5.74KN()R= RA+ RB=-12.33+5.74=-6.59N()各柱的剪力分别为:VA= RA-R A=-12.33+0.336.59=-10.16()VB= RB-R B=5.74+0.336.59=7.91KN()VC= -R C=0.336.59=2
15、.17N()MDmaxN（ K)minM（ KNm)图 D max 作用在 A 柱时排架的内力（） Dmax 作用于 B 柱左计算简图如图所示，其中吊车竖向荷载 Dmax，D min 在牛腿顶面引起的力矩为：MA= Dmaxe3=.0.35=.KN.mMB= Dmine3=346.150.75=.KN.mRA= C3=-.1.099/10.8=-.KN()HRB= C3=.1.099/10.8=.KN( )HMR= RA+ RB=.+. =.N()各柱的剪力分别为:VA= RA-R A=.0.33.=.KN()VB= RB-R B=.0.33.=.KN()VC= -R C=0.33.=.N(
16、)DminMM（ KNm)N（ K)Dmax图 D max 作用在 B 柱左时排架的内力（） Dmax 作用于 B 柱左根据结构对称和吊车吨位相等的条件，内力计算与 Dma 作用于 B 柱左情况相同，只需将 A，C 柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号：如图（） Dmax 作用于 C 柱同理，将 Dmax 作用于 A 柱的情况的 A，C 柱的内力对换，且注意改变符号，可求得各柱的内力，如图5（） Tmax 作用于 AB 跨柱当 AB 跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图 16-a 所示。对于 A 柱，n=0.15，=0.33，得 a=(3.6-0.9)/3.6=0.75.，T max=12.4
17、6KNC5= =0.54)1(2)32(33naaRA=T maxC5=.=6.73KN()RB=T maxC5=.=6.73KN()MDmaxCminM（ KNm)N（ K)图 D max 作用在 B 柱右时排架的内力minMcDmaxM（KNm)N（ K)图5 D max 作用在 C 柱时排架的内力排架柱顶总反力 R：R= RA+ RB= .KN各柱的简力：VA= RA-R A=.0.33.=.KN()VB= RB-R B=.0.33.=.KN ()VC=R C=0.3313.46=4.44N()minTaxmaxM（ KNm)图 16 T max 作用在 AB 跨时排架的内力（） Tma
18、x 作用于 BC 跨柱由于结构对称及吊车的吨位相等，故排架内力计算与“T max 作用于 AB 跨柱”的情况相同，只需将 A 柱与 C 柱的对换，如图 17（图 17 T max 作用 BC 跨时排架的内五柱截面设计（中柱）混凝土强度等级 C20，f c=9.6N/mm2，f tk=1.54N/mm2采用 HRB335 级钢筋，f y= fy 300 N/mm2, b=0.55，上下柱采用对称配筋上柱的配筋计算由内力组合表可见，上柱截面有四组内力，取 h0mm ，附加弯矩 ea=20mm（大于） ，判断大小偏心：M N M/N+ea 0.3ho 判 断 大 小 偏 心91124 391.66
19、252.66 108大 偏 心3179 429.35 27.40 108小 偏 心87119 357.64 263.59 108大 偏 心从中看出组内力为大偏心，只有一组为小偏心，而且：N=429.KN5应考虑偏心矩增大系数 1= =0.59.6160000/357640=2.151，取 NAfc5. 2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.017200/400=0.97, l0/h15，取 2=0.97=1+ 1 2=1+ 10.97=1.310)(14hlei )47(36.4= =357640/19.6400360=0.260bfNc2 s/h0=240/360=0.22所以 x=
20、h 0=0.26360=93.6e=e i-h/2+ s=1.31263.40-185.05mmN.e=fyAs(h0-as)- 1fcbx(x/2-as)As=As= =)(20syahfxbN )4036( )4026.93(35764 =715mm选用（A s=763mm2） 验算最小配筋率： asxfyAsys图 A s/bh=763/400400=0.47%0.2%平面外承载力验算：l0=1.5Hu=1.53.6=5.4ml0/b=5400/400=13.5，查表得 ，A c=A-Aa=4002-7632=158474mmNu=0.9 (fyAs+ fcAs)=0.90.93(300
21、7632+9.6158474)= 1656.55KN下柱配筋计算取 h0=800-40=760mm，与上柱分析办法相识，选择两组最不利内力：M=217.96 KN.m M=152.69 KN.mN=810.94 KN N=473.44 KN(1) 按 M=217.96 KN.m，N=810.94 KN 计算L0=H U= 7.2=7.2m，附加偏心矩 ea=800/30=2.7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mme0=M/N=217960/810.94=268.77mm ei= e0+ ea=295.77mml0/h=7200/800=95 而且应考虑偏心矩增
22、大系数 ，取 2=1 1= =0.59.6160000/810940=1.051，取 NAfc5.=1+ 1 2=1+ 11=1.150)(4hlei 2)760(.9401e i=1.15295.77=340.140.3760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则x= =810940/19.6400=211.18hf=150mm1fcbN说明中和轴位于板内，应重新计算受压区的高度：x= fahcf1)(= =394.72mm06.9)14(5804e=e i+h/2+ s=1.15295.77 -8002-407005mmAs=As= =)()2(2)(0011sycff
23、fcahxhbbaN )4076(3 )27.39460(7.394610.5.5.708194 =272.87mm2(2) 按 M=152.69 KN.m，N=473.44 KN 计算 fyx 1图 L0=H U= 7.2=7.2m，附加偏心矩 ea=800/30=2.7mm(大于mm),b=100mm,bf=400mm, hf=150mme0=M/N=152690/473.44=322.51mm ei= e0+ ea=349.51mml0/h=7200/800=95 而且应考虑偏心矩增大系数 ，取 2=1 1= =0.59.6160000/810940=1.051，取 NAfc5.=1+
24、1 2=1+ 11=1.150)(4hlei 2)760(.9401e i=1.15295.77=340.140.3760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则x= =473440/19.6400=123.29hf=150mm1fcbN说明中和轴位于翼缘内：e=e i+h/2- s=1.15349.51 -8002-40761.93mmAs=As= =)(201syfcaxhbN )4076(3)23.176(9.13.9.7643=139.38mm2最小配筋 minA=0.2%177500=355mm2所以选（A s=461mm2）满足要求查附表.的无柱间支撑垂直排架方向
25、柱的计算长度，l 0=1Hl=7.2ml0/b=7200/400=18，查表得 0.81，A c=A-Aa=177500-4612=176578mmNu=0.9 (fyAs+ fcAs)=0.90.81(3004612+9.6176578)= 1437.40KNNmax所以满足弯矩作用平面外的承载力要求柱裂缝宽度验算规范中规定，对 e0/h00.55 的柱要进行裂缝宽度验算，本例的上柱出现e0/h0=0.55,所以应该进行裂缝验算。验算过程见下表。其中上柱的As=763mm2；E s=200000N/mm2；构件的受力特征系数 acr=2.1，混凝土的保护层厚度 c=25mm,ftk=1.54
26、N/mm2。柱裂缝宽度验算非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求，上下柱均选用 200 箍筋。牛腿设计根据吊车支承的位置，截面的尺寸及构造要求，确定牛腿的尺寸如图所示， fyx 1图 其中牛腿的截面宽度 b=400mm，牛腿截面高度 h=1050mm，h 0=1015mm.(1) 牛腿腿截面高度验算上 柱Mk/(KN.m) 62.23Nk/(KN) 296.190.210.0094 Fvk15230.4所以所选的尺寸满足要求（） 牛腿配筋计算纵向受拉钢筋总截面面积 As：A s = =550.mm 2085.hfaFyv根据规定，纵向受拉钢筋 As 的最小配筋率为 0
27、.002bh=0.0024001050=840mm2550.2 mm2。所以要按mm 2 配筋。现在选用（A s=1005mm2）水平箍筋选用 100 的双肢筋。图10538.)76415(）（牛腿的剪跨比 a/h0=370/1050=0.350.3，所以应该设置弯起钢筋A.A s=0.5C1005=502.5mm2 ，且 A0.0015bh=0.00154001015=609 mm 2故选用（A s=mm 2）牛腿设计采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。插入杯口深度为 800mm,则柱吊装时的总长度为 3.6+7.2+0.8=11.6m.。柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷
28、载（应考虑动力系数）即q1= Gq1k=1.51.24.0=7.2KN/mq2= Gq1k=1.51.2(0.42.125)=37.8KN/mq3= Gq1k=1.51.24.44=7.99KN/mRBRA M12M3 q123695005360图在上述荷载的作用下， 柱的控制截面的弯矩为：M1=0.5 q1Hu2=0.57.23.62=46.66KN.mM2=0.5 q1Hu2=0.57.2（3.6+1.05） 2+0.5(37.8-7.2)1.052=94.71KN.m由M B=RAl3-0.5q3l32+M2=0解得：R A=14.17KN M3=RAX- q3x2 令 =RA-q3x=
29、0 得 x=1.77m 则下柱段最大弯矩 M3 为：dxM3=14.171.77-0.57.991.772=12.55KN.m柱 的 截 面 上 柱 下 柱M(Mk)/(KNm) 46.66(38.88) 94.71(78.93)Mu=fyAs(h0-as)/(KN.m) 73.250.946.66 97.630.994.71 sk=Mk/(0.87h0As)/(N/mm2) 162.7 264.1 =1.1-0.65ftk/fte sk 0.485 0.72 max=acr sk(1.9c+0.08deq/ te)/Es 0.160由以上得知，基础的地面尺寸m 2，满足要求 04106416
30、02A2 图基础截面尺寸地基净反力计算：计 算 公 式 +Mmax组 合 Nmax组 合 Nmin组 合e0=Md/N /(cm) 0.28 0.17 0.36Pj=N/A /(KN/m2) 101.37 125.76 59.13 max=N/A(1+6e/l)/(KN/m2) 144.02 158.10 91.19 min=N/A(1-6e/l)/(KN/m2) 58.71 93.42 27.06表地基净反力由表可以看出 Nmax 最不利。 （Pjmax=158.10,Pjmin=93.42）冲剪强度验算从杯口顶面柱边开始的 0 斜拉裂面与基础底面交界处（截面）的净反力Pj1。基础的有效高度
31、 h0=1100-40=1060mmPj1=93.42+(4-0.64)/4(158.10-93.42)= 147.75KN同理按比例算得：Pj=93.42+(2+0.4)/4(158.10-93.42)= 132.23KNPj=93.42+(2+0.4+0.425)/4(158.10-93.42)= 139.10KN因为 b=2.0m PjmaxA1=158.101.08=17.75KN满足要求（）变阶截面；算法同上面的一样，同样满足要求。.配筋验算截面：M I=1/48(Pjmax+Pj)(2b+bc)+(Pjmax-Pj)b(l-hc)2=1/48(158.1+125.76)(22+0.
32、4)+ (158.1-125.76) 2(4-0.8)2=280.25KN.mAsI= MI/0.9fyh0=280.25/(0.92100001.06)=1398.9mm2截面：M I=1/48(Pjmax+Pj)(2b+b1)+(Pjmax-Pj)b(l-l1)2=1/48(158.1+125.76)(22+1.15)+ (158.1-125.76) 2(4-1.55)2=190 KN.mAsI= MI/0.9fyh0=190/(0.92100001.06)=948.4mm2比较 AsI 和 AsI，应该按 AsI 来配筋，取(As=1538)截面M = Pj(b-bc)2(2l+hc)=1/24125.76(2-0.4)2(24+0.8)=118.05KN.m41As = M /0.9fyh0=118.05/(0.9210000(1.06-0.012)=596mm2截面M = Pj(b-b1)2(2l+l1)=1/24125.76(2-1.15)2(24+1.55)=36.15KN.mAs = M /0.9fyh0=36.15/(0.9210000(0.71-0.012)=272mm2按构造配筋取（As=1963mm 2）满足要求
