单层厂房课程设计(等跨).doc

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1、目 录课程设计任务书 1平面示意图 3剖面图 4课程设计计算书：第一章 柱截面尺寸确定5第二章 荷载计算 61、恒载 62、屋面活荷载 73、风荷载 74、吊车荷载 8第三章 排架内力分析 101、恒载作用下排架的内力分析 102、屋面活荷载作用下排架内力分析 113、风荷载作用下排架内力分析 134、吊车荷载作用下排架内力分析 15第四章 内力组合 21第五章 柱截面设计 241、上柱配筋计算 242、下柱配筋计算 253、柱的裂缝宽度验算 264、柱箍筋配置 275、牛腿设计 286、柱的吊装验算 28第六章 基础设计 291、作用于基础顶面上的荷载计算 292、基础尺寸及埋置深度 303

2、、基础高度验算 314、基础底板配筋计算33课程设计心得体会 37单层厂房结构课程设计任务书一、 工程名称： 某厂装配车间，采用装配式钢筋混凝土双跨等高排架。二、设计资料：1、地点：长沙市2、每跨跨度：均为18m；总长90m，柱距6米，中间不设伸缩缝；3、每跨设两台吊车，中级工作制，轨顶标高为9m；4、基本风压：0.5 kN/m2；基本雪压：0.35 kN/m2；5、自然地坪下0.5m内为填土，填土下层4m内为中砂（承载力设计值为250 kN/m2）；底下水位-4.5，无腐蚀性。6、根据生产工艺要求，车间平面图如1-1，车间内设两台Q=300/50KN吊车，均为中级工作制，车间剖面图如1-27

3、、屋面构造： 改性油膏SBS防水层： 0.15 kN/m2 20厚水泥砂浆抹平： 0.4 kN/m2 100厚加气混凝土隔热： 0.6 kN/m2 大型屋面板（含灌缝重）： 1.4 kN/m2 屋盖支撑： 0.06 kN/m2 = 2.61 kN/m2墙面做法：240双面清水墙： 4.56 kN/m2钢窗： 0.45 kN/m28、构件选用构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值屋面板G410（一）1.5m6m预应力混凝土屋面板YWB-2YNBT-11.4 kN/m2天沟板G410（三）1.5m6m预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）TGB68-1（内）TGB77-1（外）2.4 kN/m2每块

4、自重2.02 kN/m2积水荷载0.6 kN/m2天窗架G316CJ9-01（中）CJ9-01（端）27kN天窗端壁G316DB9-343kN天窗侧板G316CB-16kN屋架G415（三）预应力混凝土折线型屋架（跨度18m）YWJA-30-CC79.5kN/榀0.05 kN/m2（屋盖钢支撑）轨道连接G325（二）吊车轨道联结详图0.80 kN/m吊车梁钢筋混凝土吊车梁45kN基础梁G320JL-317kN9、材料：柱：C20，纵筋级，箍筋I级基础：C20，钢筋级10 、分组数据：跨度：18m18m基本风压：0.5 kN/ m2轨顶标高：9m吊车：Q=300/50kN柱砼等级：C20 单层厂

5、房结构课程设计任务书第一章 柱截面尺寸确定由设计资料可知吊车轨顶标高为9m，每跨吊车布置型号为300/50KN。当厂房跨度为18m时，吊车跨度LK=18-0.75216.5m，查得轨顶以上高度H=2.6m,考虑吊车行使所需空隙尺寸h1=200mm，故柱顶标高为9+2.6+0.2=11.8m,取柱顶标高为11.8m，设室内地面至基础顶面的距离为0.5m，又吊车梁高度hb=1m,故： 柱的总高度 H=11.8m+0.5m=12.3m 取12.3m下柱高度 Hl=9m1m0.2m+0.5m=8.3m 取8.3mm上柱高度 Hu=12.3m-8.3m=4.0m 取4.0m根据柱的高度、吊车起重量及工作

6、级别等条件，可确定柱截面尺寸，见表一。表一 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/mm2惯性矩/mm2自重/（kN/m）A，C上柱矩4005002.010541.671085.0下柱I40010001001501.9105247.61084.94B上柱矩5006003.0105901087.5下柱I50012001001502.41054771086.0仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图一所示第二章 荷载计算1.恒载（1）屋盖恒载改性油膏SBS防水层： 0.15 kN/m2 20厚水泥砂浆抹平： 0.4 kN/m2 100厚加气混凝土隔热： 0.6 kN/m2

7、大型屋面板（含灌缝重）： 1.4 kN/m2 屋盖支撑： 0.06 kN/m2 2.61 kN/m2屋架重力荷载为79.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：G1=1.2（2.61 kN/m26m18m/2+79.5/2）=216.83kNA、C柱：ei=h5/2-150=100mm(与上柱中心线的偏心矩)(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值G3=1.2 （45kN+0.80 kN/m6m）=59.76kN（3）柱自重重力荷载设计值A，C柱 上柱G4A=G4C=1.25 kN/m4.0 m =24.0kN下柱G5A=G5C=1.24.94 kN/m8.3 m =49.20kNB柱 上

8、柱G4B=1.27.5kN/m4.0m =36.0kN下柱G5B=1.26kN/m8.3 m =59.76kN各项恒载作用位置如图二所示。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0.35 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/m26m18m/2=37.8kNQ1的作用位置与G1作用位置相同，如图二所示。3、风荷载风荷载标准值按式（2.5.2）计算，其中0=0.50kN/m，z=1.0，z根据厂房各部分标高（剖面图）及B类地面粗糙由附表5.1确定如下： 柱顶（标高11.8m） z=1.0504 檐口（标高14

9、.1m） z=1.1148 屋顶（标高15.6m） z=1.1532 z如图 所示，则由式（2.5.2）可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：1k=zs1z0=1.00.81.05040.50kN/m2 =0.420kN/m22k=zs2z0=1.00.41.05040.50kN/m2 =0.210kN/m2则作用于排架计算简图（图三）上的风荷载设计值为： q1 =1.40.420 kN/m26.0m=3.528kN/m q2 =1.40.210 kN/m26.0m=1.764kN/mFw=Q（s1+s2）zh1+（s3+s4）zh2 z0B=1.4(0.8+0.4)1.11482.3+

10、(-0.6+0.5)1.15321.51.00.56 =12.196kN4、吊车荷载由表2.5.1可得300/50kN吊车的参数为：B=6.050m,K=4.6m，g=117kN, Q=300kN, Fp,max=270kN, Fp,mim=50kN.根据B及K，可算得吊车当梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值，如图四所示。（1）吊车竖向荷载由式（2.5.4）和（2.5.5）可得吊车竖向荷载设计值为：Dmax=QFp,max yi=1.4270kN(1+0.758+0.233)=752.60kNDmin=QFp,min yi =1.450kN(1+0.758+0.233)=139.37k

11、N（1） 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= 1/4(Q+g)= 1/40.1(300 kN+117kN)=10.425kN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Tmax=QTyi =1.410.4251.991=29.06 kN第三章 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i计算，结果见表二。表二 柱剪力分配系数柱别n=Iu/Il=Hu/HC0=3/1+3(1/n-1)= H3/C0EIli= (1/i)/( 1/i)A，C柱n=0.168=0.325C0=2.564A

12、=C=1.57510-11H3/EA=C=0.252B柱n=0.189=0.325C0=2.615B=0.80210-11H3/EB=0.4951.恒载作用下排架的内力分析恒载作用下排架的计算简图如图五a 所示。图中的重力荷载G(-)及力矩M是根据图五确定的，即G(-)1=G1=216.83 kN ；G(-)2=G3+G4=59.76 kN +24kN =83.76 kNG(-)3=G5A=49.20kN；G(-)4=2G1=433.66kNG(-)6=G5B=59.76kN；G(-)5=G4B+2G3=36kN +259.76 kN =155.52kNM1=G(-)1e1=216.83kN0

13、.1m=21.683kNmM2=(G(-)1+G(-)4A)e0-G3e3=(216.83kN +24kN)0.25m-59.76 kN0.25m=45.268kNm由于图五a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。柱顶不动铰支座反力Ri可根据表2.5.2所列的相应公式计算。对于A，C柱，n=0.163，=0.325，则 RA= M1 C1/H+ M2 C3/H=（21.6831.967+45.2681.141）/12.3=7.667kN （）RC= -7.667kNRB=0。求得Ri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截面

14、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五b，c 。图五d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。2.屋面活荷载作用下排架内力分析（1）AB跨作用下屋面活荷载排架计算简图如图六所示。其中Q1=37.8 kN，它在柱顶及变阶处引起的力矩M1A=37.8kN0.1m=3.78kNm；M2A=37.8kN0.25m=9.45kNm；M1B=37.8 kN0.15m=5.67kNm对于A柱，C1=1.967，C3=1.141，则RA= M1A C1/H+ M2A C3/H=（3.781.967+9.451.141）/12.3=1.5kN （）对于B柱，n=0.189，=0.3

15、25，则RB= M1B C1/H =（5.671.90）/12.3=0.876kN （）则排架柱顶不动铰支座总反力为：R=RA+RB=1.5kN+0.876kN=2.376kN ()将R反向作用于排架柱顶，用式（2.2.15）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VA= RA-AR=1.5kN -0.2522.376kN=0.9 ()VB= RB-BR=0.876 kN-0.4952.376kN= -0.3kN()VC= -CR= -0.2522.376= -0.6kN() 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪如图六所示。（2） BC跨作用屋面活

16、荷载由于结构对称，且BC跨与AB跨作用荷载相同，帮只需将图2.10.7中各内力图的位置及方向调整一下即可，如图七所示。3.风荷载作用下排架内力分析（1）左吹风时计算简图如图八所示。对于A，C柱，n=0.163，=0.325,由表2.5.2得：C11A=31+4（1/n1）/81+3（1/n1）=0.337-3.528 kN/m12.3m0.337= -14.624 kN()-1.764kN/m12.3m0.337= -7.312kN()R=RA+RC+Fw= -14.624kN -7.312 kN -12.196kN = -34.132kN()各柱顶剪力分别为：VA= RA-AR= -14.6

17、24kN+0.25234.132kN = -6.02kN()VB= -BR=0.49534.132 kN =16.90 kN()VC= RC-CR= -7.312 kN +0.25234.132 kN =1.29()排架内力图如图八所示。（2）右吹风时计算简图如图九a所示。将图八b所示A，C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图九所示。4.吊车荷载作用下排架内力分析（1）Dmax作用于A柱计算简图如图十所示。其中吊车竖向荷载Dmax，Dmax在牛腿顶面处引起的力矩为：752.60 kN0.15m=112.89kNm139.37kN0.75m=104.53kNm对于A柱，C3=1.141，则RA

18、= M A C3/H=112.89kN1.141 /12.3m=10.472kN（）对于B柱，n=0.189，=0.325，由表（2.5.2）得：RB= M B C3/H=104.53kN1.169 /12.3m=9.935kN （）R=RA+RB= -10.472 kN+9.935kN= -0.537kN()排架各柱顶剪力分别为：VA= RA -AR=10.472kN + 0.2520.537kN = -10.34kN()VB= RB -BR=9.935kN +0.4950.537kN =10.20 kN()VC= -CR= 0.2520.537 kN= 0.14 kN()排架各柱的弯矩图、

19、轴力图及柱底剪力值如图十所示。（2）Dmax作用于B柱左计算简图如图十一所示。MA，MB计算如下：139.37kN0.15m=20.91 kNm752.60 kN0.75m=564.45kNm柱顶不动铰支座反力RA，RB及总反力R分别为：RA= M A C3/H=20.91kN1.141/12.3m=1.94kN ()RB= M B C3/H=564.45kN1.169/12.3m=53.65kN ()R=RA+RB=1.94kN+53.65kN =51.71kN ()排架各柱顶剪力分别为：VA= RA -AR= -1.94 kN -0.25251.71kN= -14.97kN ()VB= R

20、B -BR=53.65 kN -0.49551.71kN= 28.05kN ()VC= -CR= -0.25251.71kN= -13.03kN ()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图十一所示。（3） Dmax作用于B柱右根据结构对称性及吊车吨们相等的条件，内力计算与“Dmax作用于B柱左”的情相同，只需将A，C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力的符号，如图十二所示。（4） Dmax作用于C柱右同理将“Dmax作用于A柱”情况的A，C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图十三所示。（5） Tmax作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图十四所示。对于A柱，n

21、=0.163，=0.325，由表2.3得a=(4.0m-1m)/4.0m=0.75,则RA= -TmaxC5=- -29.06 kN0.605= -17.58 kN ()同理，对于B柱，n=0.189，=0.325，a=0.76，C5=0.57，则RB= -TmaxC5= -29.06kN0.57= -16.56kN ()R=RA+RB= -17.58kN -16.56kN = -34.14kN ()排架柱顶总反力R为：VA= RA -AR= -17.58kN + 0.25234.14kN= -8.98 kN ()VB= RB -BR= -16.56 kN + 0.49534.14kN=0.3

22、4kN ()VC= -CR=0.25234.14kN=8.60 kN ()排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图十四所示。当Tmax方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。（6） Tmax作用于BC跨柱由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计算与“Tmax作用于AB跨柱”的情况相同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图十五所示。第四章 内力组合以A柱内力组合为例。表三为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表，表四为A柱内力组合表，这两表中的控制截面及正号内力方向如表三中的例图所示。内力组合按式（2.5.19）（2.5.21）进行。除Nmax及相应M和N一项外，其他三项均是按式（2.5.19）和式（2.

23、5.20）求得最不利内力值；对于Nmax及相应的M和N一项，-和-截面均按（1.2SGK+1.4SQK）求得最不利内力值，而-截面是按式（2.5.21）即（1.35SGK+SQK）求得最不利内力。对进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对e0/h00.55的柱进行验算。为此，表四中亦给出了Mk和Nk的组合值，它们均满足e0/h00.55的条件，对本设计来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V一项。风荷载右风-19.270-19.270-149.30-22.99左风4.1404.140192.83037.37吊车水平荷载Tmax作用在BC跨左34.4034.40105.7808.6Tmax

24、作用在AB跨6.8606.860159.8020.08吊车竖向荷载Dmax作用在C柱-0.560-0.560-1.720-0.14Dmax作用在B柱右52.12052.120160.27013.03Dmax作用在B柱左-59.880-38.97139.37-163.22139.37-14.97Dmax作用在A柱-41.36071.53752.60-14.29752.60-10.34屋面活载作用在BC跨2.402.407.3800.6作用在AB跨-0.1837.8-9.6337.8-2.1637.80.9恒载8.985240.83-36.28300.5927.35349.797.67荷载类别序号

25、MNMNMNV-柱号及正向内力 Mk，Nk61.75200.69Nmin及相应M，V84.95240.83-81.94300.59423.04349.7959.36305.43291.4943.31+0.9+0.9(+) +0.90.9 (+)+0.9+0.9(+) +Nmax及相应M，V53.36240.8352.75842.46132.46891.669.6197.87678.547.77+0.9(+0.9)+0.9(+)0.8+0.9(+)0.8-Mmax及相应N，V-79.74240.83-118.62434.96-357.16484.16-39.36-251.86387.47-27.

26、20+0.90.8 (+)+ 0.9+0.9+0.8(+)+ 0.9 +0.9+0.8(+)+ 0.9 +Mmax及相应N，V84.95240.8386.50842.46466.80349.7968.66336.68291.4949.96+0.9+0.9(+) +0.9+0.8(+)+ 0.9+0.9(+0.9+ 0.9+)截面MNMNMNVMkNkVk-第五章 柱截面设计对A柱进行设计。混凝土强度等级为C20，fc=9.6 N/mm2，ftk=1.54 N/mm2,采用HRB400级钢筋，fy=fy=360 N/mm2，b=0.518。上、下柱均采用对称配筋。1. 上柱配筋计算由表四可见，上

27、柱截面共有4组内力。取h0= 500mm-40mm=460mm。Nb=b1fc b h0=0.5181.09.6400460=914.995kN第一组内力： M=84.95kN/m N=240.83kN由附表11.1查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度l0=24.0m=8.0m。附加偏心距ea取20mm（大于500mm/30=16.67mm）。e0 = M/N = 84.95106Nmm/240.83103N =352.7mm，ei = e0+ea=352.7mm+20mm =372.7mml0 /h=8000mm / 500mm = 16 5,应考虑偏心距增大系数。1 = 0.5fcA/ N

28、 =（0.59.6N/mm2500400mm2）/ 240.83103 N= 4.01.0，取1=1.02 = 1.150.01 l0 / h = 0.99= 1 + 12（l0 /h）2 / 1400ei / h0=1.223 = N/1fcbh0 =240.83103N/1.09.6N/mm2400mm460mm=0.1360.3 h0 =138mm,且N 5,应考虑偏心距增大系数，1=1.0，2 = 0.99= 1 + 12（l0 /h）2 / 1400ei / h0=1.237ei =1.237351=434.2mm 0.3 h0 =138mm,且N 5,应考虑偏心距增大系数，1=1.

29、0，2 = 0.99= 1 + 12（l0 /h）2 / 1400ei / h0=1.344ei =1.344242=325.25mm 0.3 h0 =138mm,且NNb 为大偏心受压第四组内力： M=84.95kN/m N=240.83kN 计算结果与第一组相同。四组内力均需按计算配筋，选取弯矩较大且轴力较小的一组内力，即第一组（第四组）内力。M=84.95kN/m N=240.83kN=N/1fc b =240.83103 /9.6400=63Nmax =240.83kN，满足弯矩作用平面外的承载力要求。2. 下柱配筋计算取h0=1000mm-40mm=960mm。与上柱分析方法类似，在

30、表四的8组内力中，选取下列两组最不利内力组：（1）M=466.8kNm ， N=349.79 kN （2）M=423.04kNm ， N=349.79 kN(1)按M=466.8kNm ， N=349.79 kN计算下柱计算长度取l0=1.0Hl=8.3m，附加偏心矩ea=1000mm/30=33.3mm(大于20mm)。b=100mm,bf=400mm,hf=150mm。e0 = M/N =1335mm， ei = e0+ea=1335mm+33.3mm =1368.3mml0 /h=8300mm /1000mm = 8.3 5且1.0 取1=1.0= 1 + 12（l0 /h）2 / 14

31、00ei / h0=1.035ei =1.035 1368.3mm=1415.54 0.3 h0 =288mm 故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则x = N/（1fc bf）=349.79103/（1.09.6400） = 91.1mm2 as=80mm e=ei+h/2-as=1415.54+1000/2-40=1875.54mmAs=As=1015mm2(2)按M=423.04kNm ， N=349.79 kN计算e0 = M/N =1209.4mm， ei = e0+ea=1209.4mm+33.3mm =1242.7mm= 1 + 12（l0 /h）2 / 1400ei / h

32、0=1.038ei =1.038 1242.7mm=1289.9 0.3 h0 =288mm 故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则x = N/（1fc bf）=349.79103/（1.09.6400） = 91.1mm0.2%，垂直与排架柱的计算长度l0=0.8Hl=0.88.3=6.64m,则l0 /b=6640/400=16.6, 得=0.852, NU=0.9（fc A+ fy AS）= 1940.5kN Nmax = 349.79kN，满足弯矩作用平面外的承载力要求。3. 柱的裂缝宽度验算规范规定，对e0/h00.55的柱应进行裂缝宽度验算。A柱的上柱e0/h00.55，下柱e

33、0/h00.55，故应对A柱进行裂缝宽度验算验算过程见表五，其中上As=603mm2，下柱As=1963m2；Es=2.0105 N/mm2 ；构件受力特征系数cr=2.1；混凝土保护层厚度c取25mm。表五 柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力标准值Mk/(kNm)61.75336.68Nk/kN200.69291.49e0=Mk/Nk/mm307.70.55h0 =2531155.030.55h05280.0060.01取0.0211.0831.012（l0 /h15）592181100.469357.3802.8218.6186.50.640.840.260.3(满足要求)0.230.3

34、(满足要求)4.柱箍筋配置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，下、下柱均选用8200箍筋。5 牛腿设计根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸如图十六所示。其中牛腿截面宽度b=400mm，牛腿截面高度h=800mm，h0=765mm。（1） 牛腿截面高度验算按式（2.6.1）验算，其中=0.65，ftk=1.54 N/mm2 ,Fbk=0(牛腿顶面无水平荷载)，a=-150mm+20mm=-130mm Fvk 故牛腿截面高度满足要求。（2） 牛腿配筋计算由于a=-150mm+20mm=-130mm0，因面该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，。实际

35、选用416（As=804mm2）。水平箍筋选用8100。6.柱的吊装验算:采用翻身起吊，故不需验算亦能满足构造要求。第六章 基础设计基础混凝土强度等级采用C20，下设100mm厚C10素混凝土垫层。1.作用于基础顶面上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.前者可由表四中的-截面选取,见表七,其中内力标准组合值用于地基承载力验算,基本结合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算,内力的正号规定见图十八b。表七 基础设计的不利内力组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合M/(kNm)N/kNV/kNMk/(kNm)Nk/kNVk/kN第一组466.8349.7968.66336.68291.4949.96第二组357.16484.1639.36251.86387.4727.20第三组132.46891.669.6197.87678.547.77由图十八a可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0m，总高度为14.2m，墙体为240mm实心砖墙(19kN/m3)，基础梁重量为17 kN/m2。每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：240mm厚砖墙19 kN/m30.24