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1、混凝土与砌体结构课程设计学生姓名：张唯一学 号：20074023248指导教师：解国粱所在学院：工程学院专 业：土木工程中国大庆2010年10 - -目 录1 设计资料1 2 结构计算1 2.1 计算柱高12.2确定柱截面尺寸及相应计算参数13 荷载计算33.1 恒荷载33.1.1 屋盖恒荷载33.1.2 吊车梁及轨道重力荷载设计值43.1.3 柱自重重力荷载设计值43.2 屋面活荷载53.3 风荷载53.4 吊车荷载73.4.1 吊车梁竖向荷载73.4.2 吊车梁横向水平荷载84 排架内力分析84.1 恒载作用下排架内力分析94.2 屋面活荷载作用下排架内力分析104.2.1 AB跨作用屋面
2、活荷载104.2.2 BC跨作用屋面活荷载124.2.3 荷载作用下排架内力分析134.2.4 吊车荷载作用下的内力分析145 内力组合206 柱的设计286.1 柱的纵向钢筋计算286.1.1 选取控制截面最不利组合286.1.2 柱计算长度的确定286.1.3 上柱配筋计算286.1.4 下柱配筋计算306.2 柱的裂缝宽度验算306.3 柱箍筋配置317 牛腿设计317.1 牛腿几何尺寸的确定327.2 牛腿配筋327.3 牛腿局部挤压验算327.4 柱的吊装验算327.4.1 吊装方案327.4.2 荷载计算337.4.3 内力计算337.4.4 截面承载力计算347.4.5 裂肺宽度
3、验算348 基础设计358.1 作用于基础顶面上面的荷载计算358.2 基础尺寸及埋置深度368.3 基础高度验算368.4 基础底板配筋计算378.4.1 柱边及变阶处基底反力378.4.2 柱边及变阶处弯矩计算398.4.3 配筋计算40单层厂房结构设计任务书一、设计题目：金属结构车间双跨等高厂房。 (每人一题，按学号分配)二、设计内容：1计算排架所受的各项荷载；2计算各种荷载作用下的排架内力(对于吊车荷载不考虑厂房的空间作用)；3柱及牛腿设计，柱下单独基础设计；4绘施工图：柱模板图和配筋图；基础模板和配筋图。三、设计资料1金属结构车间为两跨厂房，安全等级为一级，厂房总长54m，柱距为6m
4、，厂房剖面如图1、2、3所示；2厂房每跨内设两台吊车，吊车均为软钩吊车；3建设地点为东北某城市(基本雪压0.40kNm，基本风压0.50kNm2，冻结深度2.0m)；4地基为均匀粘性土，地基承载力特征值190Kpa；5厂房标准构件选用及载荷标准值：(1)屋架采用梯形钢屋架，屋架自重标准值：18m跨81.50kN每榀，21m跨95kN每榀，24m跨109kN每榀，27m跨122kN每榀，30m跨136kN每榀(均包括支撑自重)(2)吊车梁选用预应力混凝土吊车梁，参数见表3。轨道及零件自重0. 8kNm，轨道及垫层构造高度200mm；(3)天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架重：18m跨25.5kN每
5、榀，21m跨30kN每榀，24m跨34kN每榀，27m跨38.3kN每榀，30m跨42.5kN每榀(包括自重，侧板、窗扇支撑等自重)；(4)天沟板自重标准值为2.02kNm；(5)围护墙采用240mm双面粉刷墙，自重5.24kN/m2。塑钢窗： 自重0.45KNm2，窗宽4.2m，窗高见图1。(6)基础梁截面为250 mmX600mm；基础梁自重4.2kNm；6材料：混凝土强度等级为C30，柱的受力钢筋采用HRB335级或HRB400级，箍筋采用HPB235级；7屋面卷材防水做法及荷载标准值如下：防水层：0.4kNm2；25mm厚水泥沙浆找平层：0.5kNm2；100mm厚珍珠岩制品保温层：0
6、.4kNm2；隔汽层：0.05kNm2；25mm厚水泥砂浆找平层：0.5kNm2；预应力大型屋面板：1.4kNm2。8屋面均布活荷载为0.5kNm2。图1 图2图3表1 各学号所对应的桥式吊车和牛腿标高跨度左跨吊车序号右跨吊车序号C1C2C3C4C1C2C3C4C1C2C3C418123456789101112C118131415161718192021222324C218252627282930313233343536C321373839404142434445464748C121495051525354555657585960C221616263646566676869707172C324
7、737475767778798081828384C424858687888990919293949596C124979899100101102103104105106107108C227109110111112113114115116117118119120C327121122123124125126127128129130131132C427133134135136137138139140141142143144C130145146147148149150151152153154155156C230157158159160161162163164165166167168C3301691701
8、71172173174175176177178179180C4轨顶标高(m)7.88.18.48.79.09.39.69.910.210.510.811.1表2 吊车数据（工作级别A5）吊车序号起重量(kn)桥跨LQ(m)小车重g(kn)最大轮压Pmax(kn)大车轮距BQ(m)轨道中心之端部距离b(mm)轨顶以上高度H(mm)大车宽B(m)吊车总重G(kn)C1160/3216.563.261634.0023020975.95523019.563.261854.1026020976.05527022.563.261934.1026021876.05530025.563.262055.0026
9、021856.39034028.563.262145.0026021856.390380C2200/5016.569.771854.0023020995.95524019.569.772074.1026020996.05529022.569.772164.1026021896.05532025.569.772305.0026021896.39037028.569.772395.0026021896.390400C3320/5016.51092784.6526023416.64033019.51093014.7030024716.69038022.51093134.7030024716.6904
10、1025.51093315.0030024716.99046028.51093445.0030024716.990500C4500/10016.51554204.8030027346.77544019.51554304.8030027346.77549022.51554564.8030027346.77553025.51554745.0030027346.97558028.51554875.0030027346.975620表3 吊车梁数据（工作级别A5）梁型号起重量(kn)跨 度(m)梁 高(mm)梁 重(kn)YDL116016.5-28.5120041.3YDL220016.5-28.5
11、120041.5YDL332016.5-28.5120046.0YDL450016.5-28.5150060.3注： 1、土木07专升本选1-55号方案2、土木07（2）选60-114号方案3、土木07（1）选120-16V- V - 混凝土与砌体结构课程设计1 设计资料本设计对应任务书第100号方案，左跨吊车为C4，右跨吊车为C2，轨顶标高9.9m，跨度24m。2结构计算2.1 计算柱高因该厂房跨度在1536m之间，且柱顶标高大于8m，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线型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。由图可知轨顶标高为9.9m，设
12、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，上柱高度和下柱高度分别为：由于为双跨等高厂房，所以边柱A、C，中柱B的标高均一致。柱顶标高上柱高估计基础埋深2.2,基础高1.6，因室外地坪标高为-0.15，所以基顶标标高-0.75。全柱高下柱高因此边柱A，C及中柱B顶面标高为12.3 ，上柱高4.0，下柱高9.0，全柱高12.9。2.2 确定柱截面尺寸及相应计算参数A柱：上柱截面尺寸(mm)：bh=500500下柱截面尺寸(mm)：bhhf=5001200200B柱：上柱截面尺寸(mm)：bh=500700下柱截面尺寸(mm)：bhhf=5001600300C柱：上柱截面尺寸(m
13、m)：bh=400400下柱截面尺寸(mm)：bhhf=400800150本设计仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1所示。图1 计算单元和计算简图和截面尺寸3 荷载计算3.1 恒荷载3.1.1屋盖恒荷载 防水层 0.4 kN/m225mm厚水泥砂浆找平层 0.5 kN/m2 10mm厚珍珠岩制品保温层 0.4 kN/m2 隔汽层 0.05 kN/m225mm厚水泥砂浆找平层 0.5 kN/m2预应力大型屋面板 1.4 kN/m2 3.25 kN/m2屋架自重 109 kN/榀天窗架 34 =17kN天沟板 2.026= 12.12kN则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为：kN=1
14、00mm =150mm =100mmA柱：850-(300+500)=5080 A轴向柱内移150mmB柱左：850-(300+350)=200B柱右：850-(300+350)=200C柱：850-(300+500)=5080 C轴向柱内移150mm3.1.2吊车梁及轨道重力荷载设计值=1.2(60.3+0.86)=78.12kN3.1.3柱自重重力荷载设计值上柱自重：=1.20.50.5253.9=29.25kN =1.20.50.7253.9=40.95kN =1.2258.9(0.40.152+0.450.15+0.01375)=53.73kN 下柱自重：=1.2258.9（0.50.
15、152+0.850.2+0.70.0252/2） =90.11 kN =1.2258.9（0.50.22+1.150.3+0.80.025） =150.86 kN =1.2258.9（0.40.152+0.450.15+0.01375） =53.73 kN 各项恒荷载作用位置如图2所示图2 荷载作用位置图 （单位：KN）3.2 屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5 kN/m2，雪荷载标准值为0.4kN/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： =1.40.5624/2=50.40kN 3. 3 风荷载风荷载的标准值按计算，其中, , 根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度
16、由附表确定如下：柱顶：=12.3 m =1.064檐口：=14.0 m =1.112=15.00 m =1.140屋顶：=17.6 m =1.1917=18.05 m =1.2071如图3所示，则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：=1.0（0.8+0.6+0.6）1.0640.35=0.745 kN/m2kN/m2图3 风荷载体型系数及排架计算简图则作用于排架计算简图上的风荷载设计值为: 0.7456=6.258kN/m kN/m =32.00kN3. 4 吊车荷载3.4.1 吊车梁竖向荷载左跨：由表可得吊车参数为：B=6.775m，K=4.8m，456kN，Q=500kN，g
17、=155kN，G=530kN。kN。根据B，K可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值如图4所示。吊车竖向荷载设计值为：D1.4456(1+0.87)=1193.81kND1.41341.87=350.81kN右跨：由表可得吊车参数为：B=6.775m，K=4.8m，456kN，Q=500kN，g=155kN，G=530kN。kN。根据B，K可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值如图4所示。吊车竖向荷载设计值为：D1.4456(1+0.87)=1193.81kND1.41341.87=350.81kN图4 吊车荷载作用下支座反力影响线3.4.2 吊车梁横向水平荷载左跨
18、：T=kN TkN右跨：T=kN TkN4 排架内力分析该厂房为两跨等高排架，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计算，见表1。表1 柱剪力分配系数柱别A柱n=0.201=0.3050.307B 柱n=0.398=0.305=2.8760.386C 柱n=0.201=0.3050.3074. 1 恒载作用下排架内力分析恒荷作用下计算简图如图5(a)所示，图中重力荷载及力矩M是根据图2确定的。 kN kNkN kNkNkN kNmkNm 如图所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。 C kNRkN 图5 恒载作用下排架内力图4. 2
19、屋面活荷载作用下排架内力分析4.2.1 AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图6所示，其中QkN，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：kNm kNm kNm对于A柱:， kNm对于B柱:,则kN则排架柱顶不动铰支座总反力为：kN将R反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即： kNkNkN图6 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图4.2.2 BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨与AB跨作用的荷载相同，故只需将图6中个内力图的位置及方向调整一下即可，如图7所示。图7 BC跨作用屋面活荷载时的排架内力图4.2.3荷载作用下排架内力分析
20、（1） 左吹风时计算简图如图8所示。 各柱顶的剪力分别为： 图8 左吹风时排架内力图（2）右吹风时 由于结构对称，故只需将图8中个内力图的位置及方向调整一下即可,如图9所示。 图9 右吹风时排架内力图4.2.4吊车荷载作用下的内力分析（1）作用于A柱时 计算简图如图10所示。其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为： kNm kNm对于A柱：，则 R对于B柱：n=0.398=0.305，则C R=各柱顶的剪力分别为： 图10 作用在A柱时排架内力图（2）作用于B柱左时 计算简图如图11所示。其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为： kNm kNm对于A柱： 对于B柱： R=91.64()
21、各柱顶的剪力分别为： 图11 作用在B柱左时排架内力图（3）作用于B柱右时 计算简图如图12所示。 图12 作用在B柱右时排架内力图（4）作用于C柱时 计算简图如图13所示。同理，将作用在A柱的A,C柱内力对换，并注意改变符号。 图13 作用在C柱时排架内力图（5）作用于AB跨柱时当吊车横向水平荷载作用于AB跨时，排架计算简图如图14所示。对于A柱：n=0.201，=0.305，则 ()对于B柱：，则 C R=各柱顶的剪力分别为： 图14 作用在AB跨时排架内力图（6）作用于BC跨柱时当吊车横向水平荷载作用于BC跨时，由于结构对称及吊车吨位相等，则排架计算简图如图15所示。图15 作用在BC跨
22、时排架内力图5 内力组合见表2，3，4, 5。32表2 A柱内力标准值汇总表 柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载AB跨BC跨在A柱在B柱左在B柱右在C柱在AB跨在BC跨左风右风序号Mk29.631.794.49-144.33-155.49109.71-11.4729.8374.612.3315.92Nk410.3950.40000000000Mk-94.48-20.894.49273.50-32.71109.71-11.4729.8374.612.33-15.92Nk488.5250.4001193.81350.81000000Mk60.11-5.3214.72-
23、55.9-38.756360.06-37.63166.23244.86172.89-134.23Nk78.6250.4001193.81350.81000000Vk17.371.751.15-37.01-39.8728.13-2.9422.0319.1331.6719.94注：M单位()，N单位KN，V单位KN。表3 A柱荷载效应组合（可变） 内力组合截面及相应N，V及相应N，V及相应M，V及相应M，V-M+0.9+153.5+0.9+-104.9+0.9+153.5+0.9+124.64N529.57549.13529.57459.13-M+0.9+265.43+0.9+-306.68+0.
24、9+244.66+0.9+21.13N617.97728.571761.59519.46-M+0.9+809.68+0.9+-373.34+0.9+830.99+0.9+657.56N1703.07805.671774.51596.56V-25.1051.98-35.85-43.65表4 A柱荷载效应组合（永久） 内力组合截面及相应N，V及相应N，V及相应M，V及相应M，V-M1.35/1.2+ 0.7(+)+0.6147.301.35/1.2+ 0.7(+)+0.6207.511.35/1.2+ 0.7(+)+0.6147.301.35/1.2+ 0.7(+)+0.6208.98N432.3
25、1152.45432.21329.36-M1.35/1.2+ 0.7(+)+0.6287.561.35/1.2+ 0.7(+)+0.6-97.541.35/1.2+ 0.7(+)+0.672.651.35/1.2+ 0.7(+)+0.6-172.30N528.79-330.19518.23318.20-M1.35/1.2+ 0.7(+)+0.699.321.35/1.2+ 0.7(+)+0.6-1281.321.35/1.2+ 0.7(+)+0.6287.311.35/1.2+ 0.7(+)+0.6132.61N518.73526.72629.36729.32V85.35-76.28-6.76
26、38.29表5 A柱荷载效应组合（标准） 内力组合截面及相应N，V及相应N，V及相应M，V及相应M，V-M/1.2+/1.4117.86/1.2+/1.4-108.85/1.2+/1.4117.86/1.2+/1.497.28N438.47381.77438.47381.77-M/1.2+/1.4206.54/1.2+/1.4-286.10/1.2+/1.4149.84/1.2+/1.4-20.88N1311.06299.931367.76432.88-M/1.2+/1.4644.49/1.2+/1.4-560.40/1.2+ +/1.4661.37/1.2+/1.4272.09N1375.3
27、1453.691432.01381.77V19.14-43.6249.45-33.866 柱的设计（以A柱为例）6.1 柱的纵向钢筋计算 以A柱为例，混凝土强度等级为，；采用HRB335级钢筋，。6.1.1 选取控制截面最不利组合其截面有效高度分别是465和1165mm对上下柱进行大小偏心受压判断：上柱：下柱：所以对于上柱，NNb=1828.61kN属于大偏心受压对于下柱，NNb=5854.06kN属于大偏心受压以下最不利内力：上柱：M=153.5 kNm N=529.7kN下柱，M=830.99kNm N=1774.5kN6.1.2上柱配筋计算 ， 故应考虑结构侧移和构件挠曲引起的二阶弯矩对
28、轴向压力偏心矩的影响，压力偏心矩的影响： ， 选用428（AS=2463mm2），全部纵向钢筋的配筋率6.1.3 下柱配筋计算 ， ，故应考虑的影响 ， 所以选422（AS= =1540mm2），6.2 柱的裂缝宽度验算选择最不利内力验算：上柱：M=153.5KN.m N=529.7KN下柱：M=-830.99KN.m N=1774.5KN根据以上两组内力组合项次，可计算出与该两组内力对应的弯矩和轴力标准值为： 上柱：MK=117.86KN.m NK=438.47KN下柱：MK=272.09KN.m NK=381.77KN上柱裂缝宽度验算：，因为，故需做裂缝宽度验算 下柱裂缝宽度验算： ， ，
29、 所以满足要求6.3 柱箍筋配置由于柱顶，柱底截面混凝土的抗震承载力显然大于剪力，故可以按构造配筋要求配筋。根据构造要求，上下柱均选用的箍筋。7 牛腿设计7.1 牛腿几何尺寸的确定 6.8.1牛腿几何尺寸的确定 牛腿截面宽度与柱宽度相等为500mm，取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离C1=130，吊车梁端部宽为340mm，吊车梁轴线到柱外侧的距离为900mm，则牛腿顶面的长度为750-400+340/2+180=700mm，相应牛腿水平截面高度为500+500=1200mm，牛腿外边缘高度h1=500mm,倾角，于是牛腿的几何尺寸如图所示：图287.2 牛腿配筋由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，即
30、a=900-1200=-300mm0，故该牛腿可按构造要求配筋纵向钢筋取416，箍筋取81007.3 牛腿局部挤压验算 设垫板的长度和宽度为500500mm，局部压力标准组合值： 故局部挤压应力为： （满足要求）7.4 柱的吊装验算7.4.1 吊装方案 吊装方案：一点翻起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处。 查表可得，如计算简图如图29所示。图29 柱吊装验算简图7.4.2 荷载计算柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载(应考虑动力系数)，即：上柱自重： 牛腿自重：下柱自重7.4.3 内力计算 7.4.4 截面承载力计算截面1-1：bh=500500mm,h0=465mm,AS=AS，=2514mm2,f
31、y=300N/mm2故截面承载力：截面2-2：bh=5001200mm,h0=1165mm,AS=AS，=1520mm2,fy=300N/mm2故截面承载力：，所以符合要求7.4.5 裂缝宽度验算由承载力计算可知，裂缝宽度验算截面1-1即可，钢筋应力如下： 按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率： ， ，满足要求8 基础设计基础混凝土强度等级采用C30，下设100mm厚C10的素混凝土垫层，地基基础承载力特征值8.1 作用于基础顶面上面的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（-截面）传给基础的M，N，V以及外墙自重重力荷载，前者可由表3表5中的-截面选取，其中内力标准组合值用于地基承载力验
32、算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算，内力正负号规定见图30 。表9组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合M/N/KNV/KN/KN/KN第一组377.34579.0662.78300.41482.5550.17第二组-257.52844.37-28.08-203.45693.11-21.94第三组303.481146.5845.39241.79932.9636.37图30 基础荷载示意图维护墙自重重力的荷载计算，有图30可见，每个基础承受外墙总宽度为6.0m，总导读为14.1m，墙体为240mm，双粉刷墙，自重5.24 KN/m2，塑钢窗自重0.45 KN/m2，基础梁尺寸250m
33、m600mm，自重4.2KN/m2，则每个基础承受的墙体传来的重力荷载为：240mm厚砖墙 5.4614.1-(4.8+1.8) 4.2=298.05 KN塑钢窗 0.45(4.8+1.8) 4.2=12.47 KN基础梁 64.2=25.2KN 距基础形心的偏心距，8. 2 基础尺寸及埋置深度根据构造要求，则 基础顶面标高为-1.000m ，故基础埋置深度d为： 基础具体尺寸如图所示。适当放大取。计算基底压力及盐酸地基承载力： 基底压力及盐酸地基承载力见表10：表10 基础底面压力计算及地基承载力验算类 别第一组第二组第三组300.41482.5550.17-203.45693.11-21.94241.79932.9636.371305.891516.451756.3173.13-413.6698.64136.9693.35185.8281.63167.30142.45115.16190136.96228133.73190185.82228154.88190167.30228故基础底面尺寸满足要求。8. 3 基础高度验算这时应采用基地净反力设计值，和，结果见表11表11基础底面净反力设计值计算表类 别第一组第二组第三组377.34579.0662.78-257.52844.37-28.08303.481146.5845.39981.9212
