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1、 单层钢结构加工厂课程设计课设作者:学科:土木工程研究方向:指导教师: 所在单位:建筑工程学院答辩日期: 目录一.工程概况、设计条件及资料.-3二构建选型. -42.1屋面板和屋架选择.-42.2柱的选择.-52.3吊车梁. -62.4吊车联结和车挡.-6-2.5基础梁. -62.6走道板. -62.7过梁.-6三. 计算单元、计算简图和结构布置.-63.1定位轴线. -6-3.2计算单元.-73.3计算简图. -8四荷载计算. .-9五内力分析. -115.1各柱截面参数.-11-5.2屋盖等恒荷载作用下的内力分析.-12-5.3屋面活荷载的内力分析.-135.4风荷载.-14-5.5吊车竖
2、向荷载的内力分析.-15-5.6吊车水平荷载内力分析.-19-5.7排架柱内力组合. -20-六排架柱截面计算. -25-6.1边柱计算.-256.1.1配筋计算. -25-6.1.2排架柱的裂缝宽度验算.-27-6.1.3箍筋配置. -28-6.1.4牛腿设计. -28-6.1.5排架柱的吊装验算.-28-6.2中柱计算. -30-6.2.2排架柱的裂缝宽度验算.-32-6.2.3箍筋配置. -33-6.2.4牛腿设计. -336.2.5排架柱的吊装验算.-33七锥形杯口基础设计.-357.1作用于基础上的内力.-35-7.2初步确定基础尺寸.-36-7.3地基承载力验算. -377.4基础
3、抗冲切验算.-37-7.5基础底面配筋计算.-38八施工图绘制：详见施工图.-39九参考文献.-39-41摘要:本次课设的目的是设计单层混凝土柱厂房，主要练习柱的截面配筋计算，及基础的配筋计算。根据图集选取了屋架，吊车梁，基础梁等一系列构件，通过荷载计算，内力分析及内力组合选出最不利的情况进行配筋计算。本次设计我学习并初步掌握按照标准图集选用构件的方式，厂房荷载的计算，柱内力计算和分析，柱配筋等等。一.工程概况、设计条件及资料1.该车间双跨等高厂房，无天窗，长66米，柱距6m，跨度为18m，无伸缩缝，厂房两侧设有山墙。2.根据工艺要求车间每跨设有软钩桥式起重机一台，中级工作制（A5）。吊车起重
4、量 20/5，轨顶标高 8.4m。3.风荷载：基本风压 0.65kN/m2；雪荷载：基本雪压 0.2 kN/m2；无抗震设防要求。4.根据勘察报告，场地地形平整，自地表向下为：杂填土，厚 0.30m；粘土，红黄褐色，厚度 2.50m，地基承载力特征值 180kPa；粉质粘土，厚度 2.50m，地基承载力特征值 210kPa；卵石层，较厚。未发现不良地质现象，地下水位较低，无腐蚀性。5.建筑构造（1）屋面（不上人）卷材防水，其做法如下：三毡四油防水层铺上小石子20 厚 1：3 水泥砂浆找平层120 厚泡沫混凝土保温层一毡二油隔气层20 厚 1：3 水泥砂浆找平层（2）墙体：240 厚硅酸盐砖清水
5、砖墙，钢门窗，门窗洞口宽 4m，女儿墙高 300500mm。（3）地面：室内地坪为混凝土地面，室内外高差 150mm。6.选用材料：柱混凝土可选 C25C40，纵筋 HRB400或 HRB500，箍筋 HPB300。二构件选型2.1 屋面板和屋架选择.（1）荷载计算屋面：三毡四油防水层（0.350.4）0.4 N/m220厚1:3 水泥砂浆找平层（20）200.02=0.4kN/m2120厚泡沫混凝土保温层（5） 50.12=0.60kN/m2一毡二油隔气层（0.05）0.05 N/m220 厚 1:3 水泥砂浆找平层（20）200.02=0.4kN/m2预应力大型屋面板合计：gk=1.85
6、kN/m2活载：（不上人屋面）0.5kN/m2雪荷载：0.5kN/m2积灰荷载：0.3kN/m2荷载组合：恒载控制s=1.351.85+1.4（0.70.5+0.90.3）=3.37kN/m2活载控制s=1.21.85+1.4（0.5+0.3）=3.34 kN/m2选用图集 G410-12,1.56 预应力混凝土屋面板 Y-WB-3，允许外加均布荷载基本组合设计值 3.65 kN/m23.37 kN/m2，满足要求。Y-WB-3可由规范查（C30，HRB335 钢筋直径 16）板自重标准值 1.4 kN/m2，灌封自重标准值 0.1 kN/m2，屋面板总自重标准值为 1.5 kN/m2。（2）
7、选取屋架和其他构件屋架永久荷荷载1.5 kN/m2屋面板总自重：3.35 kN/m2合计：3.35 kN/m2屋面可变荷载（经由上面步骤以求出）：取 0.5 kN/m2与0.3 kN/m2荷载组合：恒载控制：S=1.353.35+1.4（0.70.5+0.90.3）=5.38 kN/m2活载控制：S=1.23.35+1.4（0.5=0.3）=5.14kN/m2选取屋架：钢筋混凝土折线形屋架（04G415）,无天窗型（代号为 a）；檐口形状为 A，两端内天沟；根据跨度 18m 和跨中一台桥式吊车屋面荷载设计值取5.5 kN/m2等条件，选择屋架承载能力等级为 2。选用屋架的编号为：YWJ18-2
8、Aa，自重6.55t，C35。天沟：天沟板外荷载为：屋面做法恒载 1.85 kN/m2积水荷载(按 210mm 高计算)2.1 kN/m2活载 0.5kN/m2积灰荷载0.3kN/m2根据屋面排版，选择编号为TGB-99的天沟板，防水卷材考虑高低肋覆盖部分，按天沟内宽 b 的 2.5 倍计算。（b=天沟宽度-190）恒载控制q = 1.350.8（2.50.4+（1.85-0.4)+0.2110）+1.4(0.70.5+0.90.3)=5.73kN/m2活载控制q = 1.350.8（2.50.4+（1.85-0.4)+0.2110）+1.4（0.5+0.3） =5.58 kN/m2允许外加均
9、布荷载基本组合设计值 q=5.76kN/m2q=5.73kN/m2，满足要求。自重标准值 2.54 kN/m。说明：中间跨为 TGB58，中间跨左右两个边分别开洞的为 TGB58a、TGB58b，边跨分别为 TGB58sa、TGB58sb，出山墙天沟板为 TGB58a、TGB58b。 2.2柱的选择 取轨道顶面至吊车梁顶面的距离 ha=0.2m ，所以牛腿顶面标高： h= 轨顶 标高 -hb-ha=8.4-1.2-0.2=+7.000m -由技术规格表查得：吊车轨顶至吊车顶部的高度为 2200mm，考虑屋架下弦至吊车顶部所需的空隙高度为 220mm，故柱顶标高为 h=8.4+2.2+0.22=
10、+10.82m ，基础顶面至室外地坪的距离定为 1m，基础顶面至室内地坪的距离定为 1.15m，从基础顶面算得柱高 H=10.82+1.15=10.97m上部柱高 Hu=10.82-7=3.82m下部柱高 Hl=11.97-3.82=8.15m参考图集 05G335（23-9），选取 A、C 两轴的柱截面为上柱截面（口型 400400）下柱截面（工型 400800100150mm）B 轴上柱截面为上柱截面（口型 400600）下柱截面（工型 4001000100150mm）柱下基础选用锥形杯口。单层钢筋混凝土柱厂房课程设计2.3吊车梁根据跨度 18m和起重量 20/5 ，选用标准图集 G323
11、-12 中间跨： DL-8Z，边跨：DL-8B，高度1.2m（1200500180mm）自重：DL-8Z 为 38.16kN，DL-8B 为 38.16kN，C40 混凝土。2.4吊车联结和车挡根据图集 04G325，假设吊车梁上螺栓孔距为 240mm，A5 级，钢轨 38kg/m，跨度18m 等信息选择编号为 DGL-11的吊车轨道联结，吊车梁轨道联结高度：170190mm。根据吊车型号选择车挡型号为 CD-3，重128.26kg。2.5基础梁240 厚硅酸盐砖清水砖墙，钢门窗，门窗洞口宽 4m，女儿墙高 300500mm。柱距为 6m，查标准图集钢筋混凝土基础梁 04G320 整体上选择
12、JL-1（墙高为 5.5m14.5m）；有窗户的基础梁选择 JL-3（墙高为 5.5m18m）；对于有门的基础梁选择 JL-3（墙高为 5.5m18m）；对于 6m 柱距的山墙也选择 JL-1（墙高为 5.5m14.5m）。JL-1（5.95m0.45m0.24m）自重为 17KN，JL-3（5.95m0.45m0.24m）基础梁重 17kN，支承长度为 500mm，计算跨度l0=5445，净跨 4950mm。2.6走道板选用标准图集 04G337 ，中间跨：（左右柱宽度均为 400mm，且柱距为 6000mm。选 DB60-1自重 7.6KN；端跨（左右柱宽度均为 400mm，且柱距为 60
13、00mm）选择 DB60-1s 自重 7.1KN。2.7过梁选用标准图集 03G322，根据窗尺寸 4000mm，选择GL-4420，净跨 4200mm，梁高300mm，宽240mm，自重846kg。三计算单元、计算简图和结构布置3.1定位轴线B1：由附表12可查得轨道中心线至吊车端部的距离，取230mm；B2：吊车桥架至上柱内边缘的距离，一般取B280mm ；B3:封闭的纵向定位轴线至上柱内边缘的距离，取400mm。B1+B2+B3=240+80+400=730mm750mm，取750mm 故封闭的定位轴线 A，C都分别与左右外纵墙墙皮重和。对于中柱（B）：B=B1+B2+B3=300+80
14、+240=620mm750mm 取 750mm 。故吊车跨度为 18-1.5=16.5m3.2计算单元取一榀横向排架计算单元，计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离，即 B=6.000m。图1 计算单元平面图3.3计算简图排架的计算简图图2 计算单元剖面图图3 荷载作用位置图四荷载计算 各种荷载以及作用位置，如上图恒载屋盖结构自重上部做法 1.85 kN/m2屋面梁自重 65.5kN天沟板自重 2.54kN/m则作用于A柱柱顶的屋盖结构自重为 0.565.5+2.546+1.8569+1.56(41.5+2.1)1.2=264.9kN柱自重A(C)柱上柱自重：1.23.82250.16
15、=18.34kN下柱自重： 1.28.15250.17=41.3kNB柱上柱自重： 1.23.82250.24=27.5kN下柱自重： 1.28.15250.19=46.2kN吊车梁及轨道联接自重：1.2(40.8+0.386+1.28)=53.3kN屋面活载:不上人屋面,其均布活荷载标准值为0.5 kN/1.469(0.5+0.3)=60.5 kN吊车荷载吊车竖向荷载及影响线图4 吊车荷载影响线图吊车荷载不利位置如图所示，由于每跨只有一台吊车，故吊车荷载不予折减。跨度16.5m ，Q=20/5 最大轮压标准值Pmax=195kN。小车自重标准值G2,k=75KN,吊车额定起重量相对应的重力标
16、准值G3,k=20kN吊车轮距=4650mm吊车竖向荷载的计算边柱吊车竖向荷载DMAx，K、DMIN，K的计算DMAx，K=PMAx=195(1+0.267)=323.4kNDMAx =1.4247.07=345.9kNDMIN，K= DMAPmin/Pma=53.22kN吊车横向水平荷载作用在每一个轮上的吊车横向水平荷载标准值为（对于20/5t软钩吊车，=0.1）Tk=0.25（m2+Q）g=0.250.1（75+200）=6.88kNTmax=DmaxTk/Pmax.k=345.96.88/195=12.20kN风荷载：该地区基本风压。 风荷载体型系数，屋面坡度=11.3查GB50009-
17、2001建筑结构荷载规范可得风荷载体型系数如图所示。图5 风荷载体形系数图 风压高度变化系数，该地区地面粗糙度类别为B类。柱顶（按H=0.15+10.82=13.47m）=1.03檐口（按H=0.15+10.82+1.65=14.41m）=1.07Q1=szB=1.40.81.030.656= 4.50 kN/mQ2=szB=1.400.51.070.656=2.25kN/mWk=（0.8+0.4）h1+（0.5-0.6+0.4-0.4）h2zW0B=（0.8+0.4）1.65+（0.5-0.6+0.4-0.4）1.01.070.656=7.85kNW=1.47.85=10.99kN五、内力分
18、析5.1各柱截面参数.单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：u=H3/(C0ECIL) C0=3/1+3(1-n)/n计算有关参数：AC柱：=Hu/H=3.82/10.97=0.35；n=Iu/IL=2.13109/13.94109=0.15C0=3/1+3(1-n)/n=3/1+0.353(1-0.15)/0.15=2.41B柱：=Hu/H=3.82/10.97=0.35；n=Iu/IL=7.2109/24.76109=0.29C0=3/1+3(1-n)/n=3/1+0.353(1-0.29)/0.29=2.72单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：AC柱：uA=uC= H3/ (C0ECIL) =10.9
19、73/（2.41EC13.94109）=39.30/ ECB柱：uB= H3/ (C0ECIL) =10.973/（2.72EC24.76109）=19.6/ EC令Ki=1/uiK=Ka+kb+kc=1/uA +1/uB /+1/uc所以，三根柱的剪力分配系数为：A=KA/K=0.25; B =KB /K=0.50; c=Kc/K=0.25验算：A+B +c=1.0当柱顶有水平荷载F时，求出剪力分配系数后，即可求出柱顶剪力：VA=AF；VB=BF；Vc=cF求出柱顶剪力后，即可按悬臂柱绘出结构的内力图。下面进行各种作用下排架的内力5.2屋盖等恒荷载作用下的内力分析如图所示：图6 恒载内力分析
20、图= 0.35；n =0.15C1查表得2.06, C3查表得1.06 M1=11.78, M2=35.41A柱：RA=-MC1/H-MC3/H =-13.252.06/10.97-51.241.06/10.97=-7.44kN（）B柱：RB=0C柱：RC=-RA=7.44kN（）所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=0所以：各柱顶的实际剪力为：VA= RA=-7.44（）VB= RB=0VC= 7.44kN（）图7 恒载弯矩剪力图图8 恒载轴力图5.3屋面活荷载的内力分析A(C)柱：活载值=60.5 kN B柱=121kNC1查表得2.06,C3查表得1.06弯矩A(C)柱顶弯矩
21、M1=60.50.05=3.03kN/m2牛腿顶弯矩 M2=60.50.25=15.13kN/m2所以RA=-MC1/H - MC3/H =-3.032.06/10.79-15.131.06/10.79=-2.03kN（）B柱：RB=0C柱：RC=-RA=2.03kN（）将反向作用于排架柱顶，按分配系数求得排架各柱顶剪力:VA= RA=-2.03（）VB= RB=0VC= 2.03kN（）图9 活载弯矩剪力轴力图5.4风荷载分为左吹风和右吹风，两者的内力及内力图为对称形式，故只计算左吹风；q1=4,50kN/m2 q2=2.25kN/m2 Wk=10.99kN H=10.97mC11查表得0.
22、328,0.353在q1作用下，A柱虚加水平不动铰支座RA= q1HC11=4.5010.970.328=16.19kN（）在q2作用下C柱虚加不动铰支座产生支座反力，其值为RC=0.3282.2510.97=11.45kN（）在q1q2的作用下，B柱没有不动支座反力。进行剪力分配：VA,2=VC,2=（W-RA-RC)=-0.25（10.99+16.19+8.71）=-8.84kN（） VB,2=（W-RA-RC)=-17.68kN（）叠加得到柱顶剪力VA=VA,2+RA=16.19-8.84=7.35（）VB=VB,2=-17.68（）VC=VC,2+RC=8.71-8.84=- 0.13
23、（）图10 风载弯矩剪力轴力图5.5吊车竖向荷载的内力分析Dmax作用在A柱C柱上查表得C3=1.06,1.19;H=10.97M1=-M3=121.07kN/m2 B柱没有弯矩 M2=0RA=RC=C3M1/H=1.06121.07/10.97=11.70kN（）RB=0，支座反力为零VA=-VC=11.70kN（）图11 吊车竖向荷载弯矩剪力轴力图Dmax作用于A柱 B柱上M1=121.07kN/m2M2= 345.90.75-53.220.75=219.51kN/m2M3=53.220.35=18.631kN/m2RA=C3M1/H=1.06121.07/10.97=11.70kN（）R
24、B=C3M2/H=1.19219.51/10.97=23.81kN（）RC=-C3M3/H=-1.0618.63/10.97=-1.80kN()R=-（11.70+23.81-1.30）=-33.71kN()VA.2=VC.2=-0.2533.71=-8.43kN()VB.2=-0.533.71=-16.86kN()VA=RA+VA.2=11.70-8.43=3.27kN（）VB=RB+VB.2=23.81-16.86=6,95kN（）VC=RC+VC.2=-1.80-8.43=-10.23kN()图12 吊车竖向荷载弯矩剪力轴力图Dmax作用于C柱 B柱上与2情况对称。Dmax都作用于 B柱
25、上M1=-M3=53.220.35=18.63kN/m2M2=0RA=-RC=C3M1/H=1.0618.63/10.97=1.80kN（）RB=0,R=0,VA=-VC=1.80kN（）图13 吊车竖向荷载弯矩剪力轴力图5.6吊车水平荷载内力分析当两跨T同向时剪力弯矩都为最大A柱：n0.15，0.35，查得C5=0.54，B柱：n0.29，0.35，查得C5=0.59，。分配剪力：，图14 吊车水平荷载弯矩剪力轴力图5.7排架柱内力组合边柱内力情况 恒载 活载 风荷载 吊车竖向荷载 吊车水平荷载 左吹风 右吹风 DMAx DMAx DMIN DMINTMAxTMAx12 67334456 M
26、 -15.17-4.724.7616.9144.6912.496.8839.08-15.8215.82N 283.2460.500000000 M 36.0710.414.7616.91-76.38-108.58-11.7510.45-15.8215.82N 336.5460.500345,.9345.953.2253.2200 M -17.13-4.10205.28136.817.28-85.201.1283.59-105.27105.27N 377.8460.500345.9345.953.2253.2200V -7.44-2.03-190.1424.8111.703.271.8011.7
27、0-12.5112.51控制截面荷载组合内力组合恒载+0.9(任意两个或两个以上活荷载之和)组合项目M(kNm)、N、V(kN)-+Mmax及相应的N、V1+0.9(2+5+7)M=54.51N=283.24-Mmax及相应的N、V1+0.9(2+4+5)M=-27.46N=337.69Nmax及相应的M、V1+0.9(2+3+5+7) M=50.26 N=337.69Nmin及相应的M、V1+0.9(4+5+7)M=49.46N=283.24-+Mmax及相应的N、V1+0.9(2+4+5+7)M=84.30N=438.89-Mmax及相应的N、V1+0.9(3+5)M=-75.89N=64
28、7.85Nmax及相应的M、V1+0.9(2+3+5)M=-66.52N=702.3Nmin及相应的M、V1+0.9(4+5+7)M=74.93N=384.44-+Mmax及相应的N、V1+0.9(3+5+7)M=207.29N=689.15V=36.68-Mmax及相应的N、V1+0.9(2+3+5+6)M=-363.37N=743.6V=-55.56Nmax及相应的M、V1+0.9(2+3+5+6)M=-363.37N=743.6V=-55.56Nmin及相应的M、V1+0.9(4+5+7)M=284.97N=425.74V=36.68控制截面荷载组合内力组合恒载+任一活荷载组合项目M(kNm)、N、V(kN)-+Mmax及相应的N、V1+3M=29.52N=283.24-Mmax及相应的N、V1+2M=-19.89N=283.24Nmax及相应的M、V1+3M=29.52N=283.24Nmin及相应的M、V1+4M=-8.29N=283.24-+Mmax及相应的N、V1+7M=52.98N=336.54-Mmax及相应的N、V1+3M=-72.51N=682.44Nmax
