1、单层工业厂房混凝土排架课程设计1.1 柱截面尺寸确定由图2可知柱顶标高为12.4 m,牛腿顶面标高为8.6m ,设室内地面至基础顶面的距离为0.5m ,则计算简图中柱的总高度H 、下柱高度 、上柱高度lH分别为:HuH=12.4m+0.5m=12.9m , =8.6m+0.5m=9.1m l=12.9m9.1m=3.8m根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件,可由表2.4.2并参考表2.4.4确定柱截面尺寸,见表1。表1 柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面尺寸/mm面积/mm 2惯性矩/mm 4自重/(KN/m)上柱 矩400400 1.610521.31084.0A , B下柱 I
2、400900100150 1.87510 195.3810 4.69本例仅取一榀排架进行计算,计算单元和计算简图如图1所示。21.2 荷载计算1.2.1 恒载(1).屋盖恒载: 两毡三油防水层 0.35KN/m220mm厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4 KN/m2100mm厚水泥膨胀珍珠岩保温层 40.1=0.4 KN/m2一毡二油隔气层 0.05 KN/m215mm厚水泥砂浆找平层; 200.015=0.3 KN/m2预应力混凝土屋面板(包括灌缝) 1.4 KN/m22.900 KN/m2天窗架重力荷载为 236 KN /榀,天沟板 2.02 KN/m,天沟防水层、找平层、找坡层 1.
3、5 KN/m,屋架重力荷载为 106 KN /榀,则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为:G1=1.2(2.90 KN/m26m24m/2236 KN/22.02 KN/m6m1.5 KN/m6m106 KN/2) =382.70 KN(2) 吊车梁及轨道重力荷载设计值:G3=1.2(44.2kN1.0KN/m6m)=50.20 KN3(3)柱自重重力荷载设计值:上柱 G4A= G4B =1.24kN/m3.8m =18.24 KN下柱 G5A= G5B=1.24.69kN/m9.1m =51.21KN各项恒载作用位置如图2所示。1.2.2 屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5 KN/m2,雪荷
4、载标准值为0.35 KN/m2,后者小于前者,故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为:Q1=1.40.5 KN/m26m24m/2=50.40KNQ1 的作用位置与G 1 作用位置相同,如图2所示。1.2.3 风荷载风荷载标准值按式(2.5.2)计算,其中 =0.35 KN/m2 , =1.0, 根据0zzu厂房各部分标高及B类地面粗糙度由附表5.1确定如下:柱顶(标高 12.40m) =1.067zu檐口(标高14.30m) =1.120天窗架壁底(标高16.99m) =1.184z天窗架壁顶(标高19.86m) =1.247屋顶(标高20.31m) =1.256zu如图 3a所示,
5、由式(2.5.2)可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为:su= =1.00.81.0670.35 KN/m2 =0.299 KN/m2k1z1suz04= =1.00.81.0670.35 KN/m2 =0.299 KN/m2k2z2suz0则作用于排架计算简图(图3.b)上的风荷载设计值为:q =1.40.299 KN/m26.0m =2.51KN/m1q =1.40.187 KN/m26.0m =1.57KN/m2Fw= ( + ) h +( + ) h +( + ) h BQ1su2z13su4z25su6z3z0= 1.4 (0.80.5)1.1201.9m(-0.20.6)1.
6、1842.69(0.60.6)1.2472.87 1.00.35 KN/m26.0m=24.51 KN1.2.4 吊车荷载由表2.5.1可得200/50KN吊车的参数为:B=5.55m,K=4.40m,g=75KN ,Q=200KN ,F =215KN,F =45KN。根max,pmin,p据B及 K,可算得吊车梁支座反力影响线中歌轮压对应点的竖向坐标值,如图 4所示。(1)吊车竖向荷载由式(2.5.4)和式(2.5.5)可得吊车竖向荷载设计值为:D = F y =1.4215 KN(10.0800.2670.075)=647.15 KNmaxQmax,piD = F y =1.445 KN2
7、.15=135.45 KNinin,i5(2)吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力按式(2.5.6)计算,即T= (Q+g)= 0.1(200KN75KN)=6.875 KN4141作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按式(2.5.7)计算,即T = T y =1.46.875 KN2.15=20.69 KNmaxQi1.3 排架内力分析该厂房为单跨等高排架,可用剪力分配法进行排架内力分析。其中柱的剪力分配系数 按式(2.5.16)计算,结果见表2 。i表2 柱剪力分配系数柱别n=I / IulH /HC =3/ 1+ (1/n-1)03=H / C E I0l=ii/1A
8、 ,B 柱n=0.1090.295C =2.480= =0.206 10AB13= =0.5AB1.3.1 恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图5所示。图中的重力荷载G 及力矩M是根据图2确定,即6G = G =382.70KN;G =G +G4A =50.20KN+18.24KN=68.44KN123G = G5A =51.21KN;3M = G e =382.70KN0.05m=19.14 KN1 mM =( G + G4A) e G e203=(382.70 KN+18.24 KN)0.25m50.20 KN0.3m=85.18 KN m由于图5a所示排架为对称结构且作用对
9、称荷载,排架结构无侧移,故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力R 可根据表2.5.2所列的i相应公式计算,则C = =2.122 , C = =1.132123)1(32n3)1(232nR = = =10.62 KNA31HMmKNKN9.1.854.9R =-10.62 KNB7求得R 后,可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该i截面以上重力荷载之和,恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图5.b,c。图5.d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。1.3.2 屋面活荷载作用下排架内力分析排架计算简图如图6a所示。其中Q =50.4 KN,它在柱顶及变阶
10、处引起的力矩1为M =50.4KN0.05m=2.52 ;M =50.4KN0.25m=12.60 。A1 mKNA2 mKN对于A柱,C =2.122,C =1.132,则13R = = =1.53 KN( )2HAmKN9.1132.65. R =-1.53 KN( )B排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图6b.c所示。1.3.3 风荷载作用下排架内力分析(1)左吹风时计算简图如图7a所示。对于A,B柱,n=0.109, =0.295,则C = =0.3291)1(834nR =- q H C =-2.51KN/m12.9m0.329=-10.65KN( )A1 8R =- q H C
11、 =-1.57KN/m12.9m0.329=-6.66 KN( )B21 R= R + R + Fw=-10.65KN6.66KN24.51KN=-41.82 KN( )A各柱顶剪力分别为:V = R - R=-10.65KN+0.541.82KN=10.26 KN( )V = R - R=-6.66KN+0.541.82KN=14.25 KN( )BB排架内力图如图7b所示。 (2)右吹风时计算简图如图8a所示。将图7b所示A,B柱内力图对换且改变内力符号后可得,如图8b所示。1.3.4 吊车荷载作用下排架内力分析(1)D 作用于A柱max计算简图如图9a 所示。其中吊车竖向荷载 D ,D
12、在牛腿顶面处引maxin起的力矩为:M = D e =647.15KN0.3m=194.15 KNA3 M = D e =135.45KN0.3m=40.64 KNBmin对于A柱,C =1.132,则39R = = =-17.04 KN( ) A3CHMmKN9.123.54 R = = =3.57 KN( )B6.0R=R +R =-17.04KN+3.57KN=-13.47KN( )A排架各柱顶剪力分别为:V = R - R=-17.04KN+0.513.47KN=-10.31 KN( )AV = R - R=3.57KN+0.513.47KN=10.31KN( )BB排架各柱的弯矩图、
13、轴力图及柱底剪力值如图9b,c所示。(2)D 作用于B柱max同理,将“D 作用于 A柱”的情况的A,B柱对换,并注意改变符号,可求得各柱的内力,如图10所示。10(3)T 作用下max排架计算简图如图11a所示。对于A,B柱,n=0.109, =0.295,由表2.5.3得a=(3.8m-1.4m)/3.8m=0.632,则= =0.6295C)1(2)32(33naaR =- T =-20.69KN0.629=-13.01 KN( )Amax5 R =- T =-13.01 KN( ),R=R +R =-13.01KN2=-26.02KN( )B AB各柱顶剪力为:V = R - R=-1
14、3.01KN+0.850.526.02KN=-1.95 KN( )AA V = R - R=-13.01KN+0.850.526.02KN=-1.95 KN( )B排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图11b所示。当T 方向相反时,弯矩图max和剪力只改变符号,大小不变。111.4 内力组合以A柱内力组合为例。表3为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表,表4为A柱内力组合表,这两表中的控制截面及正负号内力方向如表3中欧那个的例图所示。内力组合按式(2.5.19)式(2.5.21)进行。除N 及相应的M和V一项max外,其他三项均按式(2.5.19)和式(2.5.20)求得最不利内力值;对于N及相应的M
15、和N一项,- 和-截面均按(1.2S +1.4S )求得最不利max GKQ内力值,而-截面则是按式(2.5.21)即(1.35S +S )求得最不利内力。对柱进行裂缝宽度验算时,内力-采用标准值,同时只需对e /h 0.550的柱进行验算。为此,表4中亦给出了M 和N 的组合值,它们均满足ke /h 0.55的条件,对本例来说,这些值均取自N 及相应的M和V一项。0 min表3 A柱内力设计值汇总表吊车竖向荷载 风荷载荷载类别 恒载 屋面活载D ax作用于A柱D作用于B柱吊车水平荷载 左风 右风柱号及正向内力序号 M 21.22 3.29 -39.18 -39.18 21.5257.11 -
16、67.51-N 400.94 50.40 0 0 0 0 0M -63.96 -9.31 154.97 1.46 21.52 57.11 -67.51-N 451.14 50.40 647.15 135.45 0 0 0M 32.68 4.62 61.15 -92.36 192.06341.21 -314.42N 502.35 50.40 647.15 135.45 0 0 0-V 10.62 1.53 -10.31 -10.31 18.74 42.64 -34.5012表4 A柱内力组合表截面 +M 及相应maxN,VM 及相应maxN,VN 及相应maxM,VN 及相应minM,VM 、N
17、k备注M93.01-88.71 26.18 93.01 68.96-N+0.9(+0.9 +446.3+0.90.9 (+)+400.94+0.9486.34+0.9+0.9 +446.3 366.52N 一项,max取1.35S +GK0.7 1.4SQM130.40 -150.3 75.51 -142.15-N+0.90.9 (+)+975.33+0.9+0.9 +496.50+0.91033.58+0.90.9 + 451.14M 549.03 -480.68 87.72 549.03N 1071.90 612.06 1084.79 1071.9V 57.20 -43.96 1.34 5
18、7.20Mk396.05 -339.45 66.54 396.05N 825.45 496.99 834.65 825.45-V k+0.9+0.9 (+)+42.12+0.90.9 (+)+ -30.14+0.90.96+0.9+0.9 (+)+42.121.5 柱截面设计仍以A柱为例。混凝土: , , ;钢筋:受30C2/.14mNfc2/01.mNftk力筋为 , 。上下柱均采用对称配筋。 2 /,HRB35fy5.0b1.5.1 上柱配筋计算由表4可见,上柱截面共有4组内力。取h =400mm-40mm=360mm 。经判别,其中0三组内力为大偏心受压;只有(M=26.18 KN ,N
19、=486.34KN)一组为小偏心受压,且N5,故应考虑偏心距增大系数 。l = = =2.5631.0,取 =1.01NAfc5. 4/.22 196.0)76(01.501.2 mhl=20)(4ei 391.6.0)4(32842 2.036.817.60/3.160201 mhaNbhf sc取x=2 进行计算。sa= e masi 1.542/891./ 220 730)360(/31.574)(NhfeAsys 选3 18( =763 ),则 763 /(400mm400mm)2m)/bhAs2=0.48%0.2%,满足要求。由附表11.1,得垂直于排架方向柱的计算长度 =1.253
20、.8m=4.75m,则0l/ b =4750mm/400mm=11.88, =0.95。0l KNKNm mNmAfNsycu 34.866.2347)763 /304/1(95.0)(9. max2 22 满足弯矩作用平面外的承载力要求。1.5.2 下柱配筋计算取h =900mm-40mm=860mm 。与上柱分析方法类似,在表4的8组内力中,选0取下面的一组不利内力:M=549.03 KN ,N=1071.90 KNm下柱计算长度 =1.0 =9.1m,附加偏心距 =900mm/30=30mm(大于20mm)。0llHaeb =100mm, =400mm, =150mm。fbfh=M/N=
21、 =512mm, = + =512mm +30mm=542mm0eN10793.546ie0a由 /h=9100mm/900mm=10.1 ,故应考虑偏心距增大系数 ,且取 。l 51 0.12= =1NAfc. Nmmm7195)4(2/.2 =1.201.0,取 =1.0。114=210)(14hlei 16.0.)901(8654202mhmi 5839.645. 故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内,则x= mhNbf fc 104.170/3.10721 说明中和轴位于腹板内,应重新计算受压区高度x:mmNfhbxcf6.2910/3.140150)(.107)(21= eahsi
22、 9.49./ 2 2001113)4860(/0/ )2/6.980(6.91/3.1)/586( 15)4(9.7)( )2()(mmN mmNahf xhbfbfNeAsycffcs 选用4 20( =1272 )。按此配筋,经验算柱弯矩作用平面外的承载sA2力亦满足要求。1.5.3 柱的裂缝宽度验算规范规定,对 0.55的柱应进行裂缝宽度验算。本题的下柱出现 0/he 0/he0.55的内力,故应对下柱进行裂缝宽度验算。验算过程见表5,其中,下柱的=1272 , = ;构件受力特征系数 =2.1;混凝土保护sA2msE25/1.mNcr层厚度c取25mm 。表5 柱的裂缝宽度验算表柱截面 下柱M /( KN )k 396.05内力标准值 N /KN 825.45=M /N /mm0ek 4800.55 h =4730ffstehbA)(5.0.01402014les1.0( /h0.9 58.48=52.63312.910.9 84.20=75.78/(N/mm )87./ks2181.28 65.53sktef6510.38 -0.310.75,所以杯壁不2/ht需要配筋。