单层工业厂房课程设计计算书.doc

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1、单层厂房设计 一、设计资料1、金属结构车间为两跨厂房，跨度均为。厂房总厂，柱距。厂房标高：室内地面，室外地面，吊车轨顶标高，屋架下弦标高。2、厂房每跨内设两台吊车，A4级工作制，起重量20/5t。吊车其它参数由下表给出。吊车的有关参数表吊车位置起重量（KN）桥跨LK（m）小车重g（KN）最大轮压Pmax,k(KN)大车轮距K（m）大车宽B（m）车高H（m）吊车总重（KN）左跨（AB）吊车200/5019.5 70.1 187 4.45.62.184264右跨（BC）吊车200/5019.570.11874.45.62.814264 3、建设地点为某城市，基本雪压，基本风压，冻结深度。厂房自然地

2、坪下为回填土，回填土的下层为均匀粘土，地基承载力特征值，土的天然重度为，土质分布均匀。下层为粗砂土，地基承载力特征值，地下水位。4、厂房标准构件选用及荷载标准值如下：1）屋架采用梯形钢屋架，按建筑结构荷载规范附录A“常用构件和材料的自重”，按（含支撑，按屋面水平投影面积计算，单位；为跨度，以计）计算屋架自重标准值（包括支撑）。屋架侧段高度，屋架在天窗架侧板处的高度为。2）吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁，梁高，自重标准值，轨道及零件自重，轨道及垫层构造高度。3）天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架每侧传给屋架的竖向荷载为（包括自重、侧板、窗扇、支撑等的自重）。天窗侧板高度，天窗架坡屋顶高度，天窗跨

3、度为。4）天沟板自重标准值为。5、维护墙采用厚粉刷墙，自重。钢窗：自重，窗宽，窗高。维护墙直接支撑于基础梁上，基础梁截面。基础梁自重。6、材料：混凝土强度等级；柱的纵向钢筋采用或，其余钢筋级。7、屋面卷材放水法及荷载标准值如下：三毡四油防水层上铺小石子：；厚水泥砂浆找平层：；厚珍珠岩制品保温层：；一毡二油隔气层：；厚水泥砂浆找平层：；预应力大型屋面板：。二、材料的选用柱：混凝土C30，；纵筋HRB335级，；箍筋HPB235级，。基础：混凝土C30，；钢筋HPB235，。三、计算简图及柱截面几何参数的确定1、计算简图取基础顶面距室外地坪为，即基础顶面标高为；牛腿顶面标高；下柱的高度取牛腿顶至基

4、础顶面处。计算简图见图1。2、柱截面几何参数的确定在之间，中级工作制，上柱：矩形： 面积： 惯性矩：下柱高：，取 宽：，取下柱：工字型 柱截面尺寸见图2。四、荷载计算1、恒载（1）屋盖自重：三毡四油防水层上铺小石子 厚水泥砂浆找平层： 厚珍珠岩制品保温层： 一毡二油隔气层： 厚水泥砂浆找平层： 预应力大型屋面板： 屋面构造自重合计： 天窗自重标准值为每榀每侧，天沟板自重标准值为屋架的自重标准值则作用于柱顶的屋盖自重为（2）柱自重：上柱：下柱：上式中的系数1.05为考虑柱牛腿处及柱根部矩形部分的重量。（3）吊车梁及轨道自重：（4）墙自重（支撑于基础梁上）墙重：钢窗重：墙自重：各柱恒载的作用位置见

5、图3。2、屋面活荷载对于不上人屋面，其屋面均布活荷载标准值为；雪荷载标准值为；故仅按屋面活荷载计算。屋面荷载为，其作用位置与屋盖自重的作用位置相同。3、吊车荷载吊车其它参数由下表给出。吊车位置起重量（KN）桥跨LK（m）小车重g（KN）最大轮压Pmax,k(KN)大车轮距K（m）大车宽B（m）车高H（m）吊车总重（KN）左跨（AB）吊车200/5019.5 70.1 187 4.45.62.184264右跨（BC）吊车200/5019.570.11874.45.62.814264 AB、BC 跨吊车为两台200/50，A4级工作制（中级工作制）。最小轮压计算：AB跨：=-=-187=45KN吊

6、车竖向荷载、的计算，按每跨两台吊车同时工作且达到最大起重量考虑。吊车荷载的折减系数为=0.9。AB跨吊车竖向荷载DMAX，K、DMIN，K的计算：DMAX，K=PMAX=0.9*187（1+1.6/6+4.8/6+0.4/6）=359.04DMIN，K= DMAX=359.04*45.0/187=86.4KN吊车竖向荷载DMAX，K、DMIN，K的作用位置与G3作用位置相同。 吊车水平荷载TMAX，K的计算，按每跨2台吊车同时工作且达到最大起重量考虑。吊车荷载的折减系数为=0.9，吊车水平系数=1.0。每各车轮传递的水平力的标准值： TK=1/4（G2，K+G3，K）=1/4*0.1*（70.

7、1+200）=6.76KN则AB跨的吊车传给排架的水平荷载标准值： TMAX，K=TK*DMAX，K/PMAX，K=6.76*359.04/187=12.97KN各跨吊车水平荷载TMAX，K作用在吊车梁顶面，即作用在距吊车梁顶0.9m处。4、风荷载基本风压：，由于该厂建设地点为某城市郊区，则地面粗糙度按B类考虑，查得风压高度变化系数：柱顶离室外天然地坪的高度，；天窗檐口离室外天然地坪的高度，。由荷载规范查得风荷载体型系数，如图5所示。由于，则迎风面第二跨的天窗面的。则作用于排架上的风荷载设计值为：其中为排架的计算宽度。作用在柱顶的风荷载集中力：风荷载的计算简图见图6。 五、内力分析 1、计算剪

8、力分配系数 因边柱和中柱的截面相同，则；因各柱的抗侧刚度相同，则各柱的剪力分配系数相同2、恒载下排架内力恒载作用下排架的计算简图见图7。查附表9-2，9-3得各柱不动铰支承的反力为则 则排架的柱顶反向作用力最终分配到各柱的剪力分别为；恒载作用下排架弯矩图、轴力图，如图8所示。3.屋面活荷载下的内力屋面活荷载作用于AB跨时的计算简图（作用于BC跨时与其对称）见图9。 排架柱顶反向作用力最终分配到各柱柱顶剪力为；屋面活荷载作用于AB跨的排架的弯矩、轴力图见图10。4、吊车荷载作用下的排架内力（不考虑厂房整体空间工作）（1）、AB跨有吊车荷载，Dmax,k作用在A柱，Dmin,k作用在B柱时排架内力

9、分析，其计算简图如图-14所示。 A柱：=0.290；n=0.104；C3=1.1353 RA=R2=C3=35.904*1.1353/12.05=-3.3827（ B柱：=0.290；n=0.1998； C3=1.5*（1-2）/1+3（-1）= 1.5*（1-0.2902）/1+0.2903（-1）=1.25175 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=3.3487（ ） 所以：各柱顶的实际剪力为： 0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如图-11所示。 (a) Dmax,k在A柱时的轴力(KN) (b)

10、 Dmax,k作用在A柱时的弯距和柱底剪力图-11（2）、AB跨有吊车荷载，Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在A柱时排架内力分析，其计算简图如图-12所示。 A柱：=00290；n=0.104；C3=1.1353 RA=R2=C3=-3.3827（ ） B柱：=0.290；n=0.1998； C3=1.5*（1-2）/1+3（-1）= 1.5*（1-0.2902）/1+0.2903（-1）=1.25175 RB=R2=C3=64.8*1.25175/12.05=6.7314KN( ） 图-12 C柱：RC=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=+3.34

11、87（ ） 所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=-3.3827-0.2798*3.3487= -4.3197（ ）VB=RB-BR=6.7314-0.440*3.3487=5.2580（ ）VC=RC-CR=-0.2798*3.3487=-0.93697（ ）0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如图-13所示。 图-13（3）、BC跨有吊车荷载，Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在C柱时排架内力分析，其计算简图如图-14所示。B柱：=0.300；n=0.200；C3=1.31 RB=R2=C3=353.87*1.31/1

12、3.45= -34.47 （ ） C柱：=0.260；n=0.104； RC=R2C3=11.66*1.215/13.45=1.05KN（ ） 图-14 A柱：RA=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-33.42（ ） 所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=0.282*33.42= 9.42KN（ ）VB=RB-BR=-34.47+0.434*33.42=-19.97KN（ ）VC=RC-CR=1.01+0.282*33.42=10.47KN（ ）0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如图-15

13、所示。 (a) Dmax,k在B柱时的轴力(KN) (b) Dmax,k作用在B柱时的弯距和柱底剪力 图-15 （4）、BC跨有吊车荷载，Dmax,k作用在C柱，Dmin,k作用在B B柱：=0.260；n=0.200；C3=1.31 RA=R2=C3=-87.47*1.31/13.45= -8.52（ ） C柱：=0.260；n=0.104；C3=1.215 RC=R2=C3=47.18*1.215/13.45=4.26KN（ ） A柱：RA=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-4.26（ ） 所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=0.282*4.2

14、6= 1.20KN（ ）图-16 VB=RB-BR=-8.52+0.434*4.26=-6.67KN（ ）VC=RC-CR=4.26+0.282*4.26=6.11KN（ ）0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如图-21所示。 (a) Dmax,k在B柱时的轴力(KN) (b) Dmax,k作用在B柱时的弯距和柱底剪力 图-17 BC跨有吊车Dmax,k作用在C柱时排架内力图 （5）、作用于AB跨，即 AB跨有吊车吊车水平荷载Tmax,k的作用点距柱顶的距离y=3.5-0.9=2.6m；y/Hu=0.743。因此排架柱顶不动铰支座的支

15、座反力系数C4需用线形内插法确定。A、 C柱：=0290；n= 0.104；当y=0. 7 Hu时：C4=2-2.1+3（0.243/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.698当y=0. 8 Hu时：C4=2-2.4+3（0.112/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.654所以当y=0. 743Hu时：C4=0.582+（0.743-0.7）（0.532-0.582）（0.8-0.7）=0.607B柱：= 0.290；n= 0.1998C4=2-2.1+3（0.234/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.679当y=0. 8 Hu时：C4=2-2.4+3（0.112/n+0

16、.1）/21+3（1/n-1）=0.689所以当y=0. 743Hu时：C4=0.689+（0.743-0.7）（0.646-0.689）（0.8-0.7）=0.670柱顶不动铰支座反力的计算：A柱：RA=R2= C4Tmax,k=0.679*12.97=8.81KN（ ）B柱：RB=R2= C4Tmax,k=0.670*12.97=8.69KN （ ）C柱：RC=0所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和：R= RA+RB+RC=17.5KN（ ）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=8.86 -0.2798*17.5= 3.194KN（ ）VB=RB-BR=8.69-0.440*17

17、.5=0.99KN（ ）VC=RC-CR=-0.440*17.5=-4.897KN（ ）0（图-18）各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。排架的弯矩图，柱底剪和轴如图所示，柱的轴力为零。5、风荷载下的排架内力左来风时排架计算简图见图19（右来风风时与其对称）。排架柱顶反向作用力；左来风时排架的弯矩图见图20。由对称性可知右来风时排架的弯矩图见图21。六、最不利内力组合1、荷载组合系数关于荷载组和系数，风荷载：0.6，其他0.7。准永久 值系数风0，屋面活荷载：不上人0，上人：0.4，吊车：0.6。四台吊车的转换系数为0.8/0.9。2、控制截面上柱底I-I、下柱顶II-II、下柱

18、底III-III。每一个控制截面均进行基本组合，用于柱配筋计算和基础设计；标准组合：用于柱裂缝宽度验算和地基承载力设计。由于地质条件较好，本题不进行地基变形验算，否则还应增加III-III截面的准永久组合。基本组合采用的荷载组合方式用规范给出的简化组合方式，即：（1） 恒荷载+0.9（任意两个或者两个以上活荷载之和）（2） 恒载+任意活载标准组合，也可采用上述的基本组合规则，但荷载的分项系数均为1.0。最不利内力：七、柱的设计1、选取控制截面的最不利内力大偏心受压和小偏心受压界限破坏时的轴压力为A、B柱： 上柱： 下柱： 经比较，A、B柱的所有，所以A、B柱组合后的内力值均为大偏心受压。对大偏

19、心受压，对称配筋的柱，在“相差不多时，越小越不利；相差不大时，越大越不利”。本设计采用对称配筋，选取内力时，只考虑弯矩绝对值取舍原则对大偏压：M相等或接近时，取N小者； N相等或接近时，取M大者；对小偏压：M相等或接近时，取N大者； N相等或接近时，取M大者；由此可确定各柱的最不利内力为：A柱：1-1：，； 3-3：，；B柱：1-1：，； 3-3：，；2、纵向受力钢筋的计算（表1）表1 A、B柱纵向受力钢筋的计算表柱截面A柱B柱项目1-13-31-13-394.40562.52148.14398.05353.83458.15681.411250.63262.91227.8217.4318.3（

20、取及20中较大值）20302030282.91257.8237.4348.3（上柱）（下柱）79.279.2141510.215141510.21.0取1.03.431.0取1.02.621.0取1.01.261.0取1.0 当1.01.01.01.01.231.051.271.18558.01730.7511.5821.049.52取8064.12取8095.3274.64671696495282实配钢筋416(804)522(1900)416(804)416(804)配筋率0.32%0.86%0.32%0,32%配筋率0.64%1.73%0.64%0.64%注：1），则。2）。3）。现在进

21、行排架柱轴心受压承载力验算：取配筋中的较小值验算。A、B柱：上柱：，查表得 （所有的轴力）下柱：，查表得 （所有的轴力）所以A、B柱轴心受压承载力满足要求。3、箍筋的配置因柱底的剪力很小，（A柱）若取剪跨比 则远远大于柱底的剪力值（还未考虑轴向压力对斜截面受剪的有利影响），所以排架柱的箍筋按构造配置为，柱箍筋加密区取为。4、柱裂缝验算只有A柱的1-1，3-3截面处，需进行裂缝宽度的验算，见表2。由混凝土规范知，排架柱的裂缝控制等级为三级，按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度。表2 A柱裂缝宽度的验算截面1-1（上柱）3-3（下柱）项目71.85432.71272.15352

22、.42262.91227.8149.2 当，1.01.0472.91637.800.70348740121.52250.00640.018-0.580.2 取0.20.780.0660.30.290.3注：1）内力的标准值近似值取设计值处1.3的系数。2）已知，。5、牛腿设计A柱：根据牛腿的构造要求，初步确定牛腿的尺寸，如图22所示。 （1）牛腿截面尺寸的验算即，牛腿的尺寸满足要求。（2）牛腿顶面局部受压验算取吊车梁的垫板尺寸为，则牛腿顶面的局部受压满足要求。（3）牛腿纵向受拉钢筋的计算因为，取选取418（）（4）牛腿的箍筋牛腿的水平箍筋选用，牛腿的范围有，箍筋的总截面面积为，故箍筋的设置满足

23、构造要求。牛腿的，可不设弯起钢筋。B柱：根据牛腿的构造要求，初步确定牛腿的尺寸，如图23所示。（1）牛腿截面尺寸的验算；即，牛腿的尺寸满足要求。（2）牛腿顶面局部受压验算取吊车梁的垫板尺寸为，则牛腿顶面的局部受压满足要求。（3）牛腿纵向受拉钢筋的计算选取418（）（4）牛腿的箍筋同A柱牛腿一样用。因为，则需配置弯起钢筋218，弯起钢筋截面积6、运输吊装验算A、B柱的界面尺寸相同，B柱的荷载在牛腿处稍大些，因此只需对B柱进行吊装时的验算。（1）柱吊装时的承载力验算混凝土达到设计强度的100%时方可吊装。根据构造要求，取柱插入基础的深度，所以柱吊装验算时的计算简图如图24所示。图24 柱吊装时的计

24、算简图及弯矩图考虑到牛腿根部及柱底部为矩形截面，下柱自重乘1.1的系数，1.5为动力系数。 由得的最大位置上柱：式中：为结构重要性系数，取为0.9下柱：所以柱吊装的承载力满足要求。（2）裂缝宽度的验算从弯矩图中可看出，只需对上柱处的裂缝宽度进行验算即可。钢筋应力为受拉钢筋的应变不均匀系数为即裂缝宽度满足要求。7、基础设计混凝土采用C30，垫层采用C10素混凝土，厚100。A柱基础的标高见图25。图25 A柱基础的标高基础梁自重合计A柱基础顶面最不利内力（设计值）： ；： ；： ；A柱基础受力图见图26。（1）地基承载力的验算1）确定杯口基础的构造要求可初步确定基础的尺寸及埋置深度，A柱基础尺寸

25、见图27。假设基础宽度小于3m，则将基础底面积扩大1.4倍，初步确定基础的底面尺寸2）地基承载力验算；基础自重和基础上土重的标准值为基础底面压力标准值见表3。表3 A柱基础底面压力标准值内力项目432.7-359.9-269.6352.4463.6711.223.4-13.4-7.3949.51060.71308.3258.4-574.6-477.6213.0311.4316.680.116.079.2146.6163.7197.9注：1）表中的内力标准值为设计值除1.3的系数。2）表中为基础高度1.1m。从表3中可看出，基础底面积满足地基承载力要求。（2）基础的受冲切承载力验算扣除基础自重及

26、其上土重后，基础底面内力设计值在基础底面产生的净反力计算见表4。表4 A柱基础底面净反力设计值内力项目879.21023.71345.6356.0-727.1-601227.2344.9362.244.228.953.2因柱与基础交接处杯壁厚300mm小于杯壁高400mm，说明上阶底落在冲切破坏锥体内，故仅需对变阶处进行冲切验算。此时冲切破坏锥体最不利一侧斜截面上边长和下边长分别为，取则基础的高度满足受冲切承载力要求。（3）基础底板的配筋计算取组的最不利基底净反力计算配筋，见图28。由于，则沿基础长边方向，柱边截面处的弯矩为： 变阶处截面处的弯矩为：基础长边配沿基础短边方向，柱截面处的弯矩为：

27、基础短边配B柱：同A柱的区别就是没有墙自重和基础梁自重。B柱基础顶面的最不利内力（设计值）： ；： ；： ；柱基础受力图见图29。 （1）地基承载力的验算1）基础尺寸同A柱基础（图略），2）地基承载力的验算；基础自重和基础上土重的标准值为基础底面压力标准值见表5。表5 B柱基础底面压力标准值内力项目306.2-306.2302.6962962992.63.7-3.7-10.51208.241208.241238.8310.27-310.27291.1266.2266.2266106.7106.7116.3186.45186.45191.2注：1）表中的内力标准值为设计值除1.3的系数。2）表中

28、为基础高度1.1m。从表5中可看出，基础底面积满足地基承载力要求。（2）基础的受冲切承载力验算扣除基础自重及其上土重后，基础底面内力设计值在基础底面产生的净反力计算见表6。表6 A柱基础底面净反力设计值内力项目1250.631250.31290.32403.4-403.4378.4296.7296.7296.489.389.3101.8因柱与基础交接处杯壁厚300mm小于杯壁高400mm，说明上阶底落在冲切破坏锥体内，故仅需对变阶处进行冲切验算。此时冲切破坏锥体最不利一侧斜截面上边长和下边长分别为；，则基础的高度满足受冲切承载力要求。（3）基础底板的配筋计算取组的最不利基底净反力计算配筋，见图30。由于，则沿基础长边方向，柱边截面处的弯矩为： 变阶处截面处的弯矩为：基础长边配沿基础短边方向，柱截面处的弯矩为：基础短边配