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1、 北京城市学院2011届毕业设计（论文）襄樊市某一生产车间的设计学生姓名： 学 号： 班 级： 专 业： 土木工程 学 部： 城建学部 指导教师： 二一一年五月襄樊市某一生产车间的设计XIANGFAN a production workshop design 学生： 班级： 学号： 02 学部： 城建 专业： 土木工程 指导教师： 职称： 高级工程师 工作单位： 昊华工程有限公司 毕业设计（论文）完成时间： 自 2010 年 12 月 至 2011 年 5 月 摘 要单层厂房指层数仅为一层的工业厂房，适用于生产工艺流程以水平运输为主，有大型起重运输设备及较大动荷载的厂房，如机械制造工业、冶金工
2、业和其他工业等。单层厂房的骨架结构，由支撑各种竖向的与水平的荷载作用的构件所组成。厂房依靠各种结构构件合理连接为一整体，组成一个完整的结构空间以保证厂房的坚固、耐久。我国广泛采用钢筋混凝土排架结构和钢架结构，通常由横向排架、纵向联系构件、支撑系统构件和围护结构等几部分组成。单层砖柱厂房具有选价低廉、构造简单、施工方便等优点，在中小型工业厂肩中得到广泛应用，但单层厂房的端墙(山墙)受风面积较大，内部空间要求、厂房屋顶面积、荷载等均较大，构造复杂，如何进行有效的荷载效应组合、选取最不利内力组合，作为柱及基础的设计依据，将是本文要重点解决的问题。关键词：内力组合；偏心受压；混凝土AbstractSi
3、ngle plant means the layer is only a layer of industrial plant, applied to the production process to the level of transport-based, large material handling equipment and large dynamic load plants, such as machinery manufacturing industry, metallurgical industry and other industries . Single plant of
4、the skeleton structure, the support of various vertical and horizontal loads consisting of components. Plants rely on a variety of structural components as a whole a reasonable connection to form a complete structure of space to ensure the plants strong, durable. Chinas extensive use of reinforced c
5、oncrete and steel structure, bent structure, usually bent from the horizontal, vertical linkages component, support systems and building envelope components such as a few parts. Single brick column with the selected plants are cheap, simple structure, convenient for construction, the shoulder in the
6、 small and medium industrial plants has been widely used, but the single plant of the side wall (gable) larger by the wind, internal space requirements, plant roof area, load large and complex structures, how to effectively load effect combination, select the most unfavorable combination of internal
7、 forces, as the pillar and foundation of the design basis, will be the focus of this paper to solve the problem.Keywords：Combination of internal forces Concrete Reinforced目 录绪论 11 设计资料 21.1 设计题目 21.2 设计内容 21.3 设计材料 22 材料的选用 33 计算图及柱界面的几何确定 33.1 计算简图 33.2 柱截面几何参数的确定 44 荷载计算 64.1 恒载 64.2 屋面活荷载 64.3 吊车
8、荷载 74.4 风荷载 85 排架内力分析 95.1 计算剪力分配系数 95.2 恒载下排架内力分析 95.3 屋面活荷载下的排架内力分析 105.4 吊车荷载作用下的排架内力分析 115.5 风载下的排架内力分析 146 最不利内力组合 156.1 荷载组合系数 156.2 控制截面 166.3 内力组合表 167 柱的设计 18 7.1 V、G 柱截面设计 188 基础的设计 249 绘制施工图 31结论34参考文献35致谢 36绪论单层厂房的结构特点大致可分为砌体结构、混凝土结构和钢结构。一般情况下，无吊车或吊车吨位不超过5t，其跨度在15m以内，柱顶标高在8m以下，无特殊工艺要求的小型
9、厂房，可采用由砖柱、钢筋混凝土屋架或木屋架或轻钢屋架组成的砌体结构；当吊车吨位在250t以上或跨度大于36m的大型厂房，或有特殊工艺要求的厂房（如设有10t以上锻锤的车间以及高温车间的特殊部位等），一般采用钢屋架、钢筋混凝土柱或者是全钢结构，其他大部分厂房均可采用混凝土结构。单层厂房结构一般由屋盖结构、排架结构、支撑系统、吊车梁、围护结构和基础等组成。它比较容易组织生产工艺流程和车间内部运输，地面上能够放置较重的机器设备和产品，所以其在工业建筑设计中得到广泛的应用。近年来，单层厂房的设计越来越重视设备节能,充分利用自然通风,利用自然采光,发展节能省地型工业厂房；运用生态学中的共生与再生原则，结
10、合自然，保护环境，防止污染，发展具有良好生态循环系统的现代工业厂房；利用高科技材料，发展更具灵活性、通用性和多样化的工业厂房。单层厂房结构一般由屋盖结构、排架结构、支撑系统、吊车梁、围护结构和基础等组成。它比较容易组织生产工艺流程和车间内部运输，地面上能够放置较重的机器设备和产品，所以其在工业建筑设计中得到广泛的应用。近年来，单层厂房的设计越来越重视设备节能,充分利用自然通风,利用自然采光,发展节能省地型工业厂房；运用生态学中的共生与再生原则，结合自然，保护环境，防止污染，发展具有良好生态循环系统的现代工业厂房；利用高科技材料，发展更具灵活性、通用性和多样化的工业厂房。1 设计资料1.1设计题
11、目某机械加工车间双跨等高厂房。1.2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（吊车荷载不考虑厂房的空间整体作用）。3、边柱（V轴线）4、绘制施工图：柱模板图和配筋图，结构布置图。1.3设计资料1、机械加工车间为两跨厂房，跨度均为18m。厂房总长54m，柱距6m。厂房标高：室内地面0.000，室外地面-0.150，吊车轨顶标高9.000m，屋架下弦标高12.000m。2、 厂房每跨内设两台吊车，A5级工作制，起重量20/5t。吊车其它参数3、建设地点为襄樊市，基本雪压0.45kN/m2（50年），基本风压0.50kN/m2（50年），冻结深度1.6m。地面粗糙度：B
12、类 场地类别：类 抗震设防烈度7度厂房自然地坪下0.6m为回填土回填土的下层8m为均匀粘土，地基承载力特征值=200kPa，土的天然重度为17.5kN/m3，土质分布均匀。下层为粗砂土，地基承载力特征值=350kPa，地下水位-5.5m。4、厂房标准构件选用及荷载标准值如下：（1）、屋架:采用标准图集G415（三）中的预应力折线型屋架（YW-JA-18-1Aa）重力荷载标准值为：65.5kN/榀。（2）、吊车梁及轨道连接：起重机梁采用标准图集G232（二）中的钢筋混凝土起重机梁（边跨：DL-9B）;梁高：1.2m，其重力荷载标准值为40.8kN/根。轨道连接采用标准图集G235（二），重力荷载
13、标准值为0.8kN/m（3）、天沟板:采用标准图集G415（三）1.56m预应力混凝土屋面板（卷材防水屋面板TGB68-1）自重标准值为1.91 kN/m2。（4）、屋面板：采用标准图集G410（一）中的1.56m预应力混凝土屋面板（中间跨：Y-WB-2、端跨：Y-WB-2s）板重力荷载标准值（包括灌缝在内）为1.5 kN/m2。（5）、基础梁：采用标准图集G230中的钢筋混凝土基础梁（JL-3）其重力荷载标准值为16.7kN/根。材料：混凝土强度等级C25。柱的纵向钢筋采用HRB335。其余钢筋I级。5、屋面卷材防水做法法如下：20mm厚水泥砂浆保护层 3mm厚SBS改性沥青防水卷材防水层
14、80mm聚苯乙烯泡沫塑料保温层 大跨度预应力混凝土屋面板2 材料的选用混凝土强度等级为C25，柱的纵向钢筋采用HRB335级，其余钢筋采用I级。3 计算简图及柱截面几何参数的确定3.1计算简图本装配车间工艺无特殊要求，荷载分布均匀。故选具有代表性的排架进行结构设计。排架的负荷范围如图-1所示。结构计算简图如图-2所示。计算宽度为6m图-1 厂房剖面图3.2 柱截面几何参数的确定(1)基础的埋置深度及基础高度：考虑冻结深度及回填土层，选取基础至室外地面为500mm。初步估计基础的高度为1.0m，则基础杯口顶面标高为-0.500m。(2)牛腿顶面标高确定：轨顶标高为9m，吊车梁高1.2m，轨道及垫
15、层高度为0.2m。可得牛腿顶标高为9-1.4=8.600m。(3)上柱标高的确定：屋架下弦标高为12.000m，既上柱顶的标高为12.000m。(4)计算简图中上柱和下柱的高度尺寸确定： 上柱高：HU =12.0-8.1+0.5=4.4m 下柱高： HL=9.0-1.4+0.5=8.1m 柱的总高度：.H=12.00+0.5=12.5m (5)柱截面确定：上柱选矩形截面，下柱选工字形截面对于下柱截面高度h：由于下柱HL=9.0-1.4+0.5=8.1m，吊车梁及轨道构造高度为1.4m，因此，基础顶至吊车梁顶的高度Hk=8.1+1.4=9.5m11m； 下柱截面高度hHK/9=9.5/9=1.0
16、5m。下柱截面宽度BHL/20=8.1/20=0.405m。并且B400m。对于上柱截面主要考虑构造要求，一般截面尺寸不小于400*400mm。对于本设计边柱，即V，G轴柱（图-3所示）：上柱取400*400mm下柱取 400*1000*100*150mm对于本设计中柱，即P轴柱（图-3所示）：上柱取400*600mm下柱取400*1000*100*150mm图-3 4 荷载计算 4.1 恒载（1）屋盖结构自重G1： 20mm厚水泥砂浆保护层 20 kN/m30.02m=0.4 kN/m2 3mm厚SBS改性沥青防水卷材防水层 10.50.03m=0.0315 kN/m2 80mm聚苯乙烯泡沫
17、塑料保温层 0.5 kN/m30.08m=0.04 kN/m2大跨度预应力混凝土屋面 1.5 kN/m2屋盖钢支撑系统 0.05 kN/m2屋盖恒和标准值 =2.0215 kN/m2作用于柱顶屋盖结构自重为G1=2.0215+618/2+65.5/2=88.77kNG1对边柱的偏心距e1=200-150=50mm=0.05mG1对中柱的偏心距e1B为e1P=150mm=0.015m（2）吊车梁及轨道自重G3：G3=40.8+0.86=45.6kNG3对边柱的偏心距e3 为e3 =750-1000/2=250mm=0.25mG3对中柱的偏心距e3B为e3P=750mm=0.75m(3)柱自重V、
18、G柱上柱：G4V=44.4=17.6kN下柱：G5V=4.948.1=40kNP柱上柱：G4P=64.4=26.4kN下柱：G5P=4.948.1=40kN上柱对下柱的偏心距e0为e0=1000/2-400/2=300mm=0.3m各项荷载位置如图4.2 屋面活荷载由荷规查得屋面活荷载标准值为0.5 kN/m2（无上人），雪荷载标准值为0.45 kN/m2（吉林），因后者小于前者，故仅按前者计算，作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：Q1=0.5618/2=27kNQ1作用位置于G1相同图-4荷载作用位置图4.3 吊车荷载VP、PG 跨吊车为两台200/50，A5级工作制（中级工作制）。根据B及K可
19、算得起重机梁及支座反力影响线中各轮压的对应点的竖向坐标，如图-5所示AB跨吊车竖向荷载DMAX，K、DMIN，K的计算：1）、起重机荷载DMAX，K=PMAX=215kN（1+0.808+0.267+0.075）=462.25kNDMIN，K=PMIN =45kN（1+0.808+0.267+0.075）=96.75KN吊车竖向荷载DMAX，K、DMIN，K的作用位置与G3作用位置相同。 2）、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。按建筑结构荷载规范GB50009-2001的规定，吊车荷载的折减系数为=0.9，吊车水平系数=1.0。吊车水平荷载的计算也可利用
20、吊车竖向荷载计算时吊车粮支座反力影响线求的。每各车轮传递的水平力的标准值： TK=1/4（G2，K+G3，K）=1/40.1（75+200）=6.875KN则AB跨的吊车传给排架的水平荷载标准值： TMAX，K=TiYi=6.8752.15=14.78KN各跨吊车水平荷载TMAX，K作用在吊车梁顶面处。图-54.4 风荷载本地区基本风压W0=0.5kN/m2。根据厂房各部分标高（见建施图）及地面粗糙度风荷载高度变化系数下(B类)s如图-6所示排架迎风面及被风面的风荷载标准值为1k=s1z0=0.81.0560.5=0.4224 kN/m22k=s2z0=0.41.0560.5=0.2112 k
21、N/m2则作用于排架计算简图（见建施图）上的风荷载设计值为 q1=0.4246=2.5344kN/mq2=0.21126=1.2672kN/mFw=(s1+s2)zh1(s3+s4)zh20B=(0.8+0.4)1.142.5+(-0.6+0.5)1.141.4 0.56=9.7812kN右风和左风情况对称,方向相反。图-6 风荷载作用下双跨排架的计算简图5 排架内力分析 5.1 计算剪力分配系数单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：=H3/(C0ECIL) C0=3/1+3(1-n)/n计算有关参数见表 柱别n=Iu/Il=Hu/HC0=3/1+3(1-n)/n=H3/(C0ECIL)i=(1/i)
22、/(1/i)V、Gn=0.083=0.352C0=2.0245V=G=1.92710-11 H3/EV=G=0.30Pn=0.281=0.352C0=2.699B=1.44510-11 H3/EB=0.45.2 恒载下排架内力分析：恒载作用下排架计算简图如图 所示，图中重力荷载G及力矩是根据图 确定的，即 G1= G1=88.77kN G2= G3+ G4A=45.6+17.6=63.2kN G3= G5A=40kN G4= 2G1=288.77=177.54kN G5= G4B+2 G3= 26.4+245.6=117.6kNG6= G5B=40kNM1= G1 e1=88.770.05=4
23、.44kNmM2=G1 (e0+e1)+G4Ae0-G3e3=88.77(0.05+0.3)+17.60.3-45.60.25=24.93kNm由于图 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，柱顶不动铰支座反力Ri可按相应公式计算对于V、G柱：n=0.083; =0.352;则C1V、G=1.51-2(n-1)/n/1-3(1-n)/n=2.398C3V、G=1.5(1-2)/1-3(1-n)/n=0.887RV=M1C1/H+ M2C3/H=(4.442.398+24.930.887)/12.5=2.62kN()RG=-2.62()本设计中RB=0
24、，求得Ri后可用平衡条件求出各截面的弯矩和剪力，柱各截面的轴力为该界面以上的重力之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图-7所示图-7 永久荷载作用下双跨排架的计算简图5.3 屋面活荷载下的排架内力分析VP跨作用屋面活荷载，排架计算简图如图-8所示，其中Q1=27kN,它在V柱柱顶及 变阶处产生的力矩分别为M1A和M2A，在P柱柱顶产生的力矩为M1B。 M1A= Q1e1=270.05=1.35kNm M2A= Q1(e0+ e1)=27(0.05+0.3)=9.45kN M1B= Q1e1B=270.15=4.05kN 对于V柱：C1V、G=2.398； C3V、G=0.887；则
25、RV=M1VC1/H+ M2VC3/H=（1.352.398+9.450.887）/12.5=0.93kN（） 对于P柱：n=0.281； =0.352 C1P=1.51-2(n-1)/n/1-3(1-n)/n=1.777 RP= M1PC1/H=（4.051.777）/12.5=0.58kN() 则排架柱顶不动铰支座总反力值为 R= RV+RP=0.93+0.58=1.51kN()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跨时的柱顶剪力，即 VRVVR=0.93-0.31.51=0.48kN（） PRPPR=0.58-0.41.51=-0.02
26、4kN（） GGR=-0.31.51=-0.453kN（） 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图-8所示图-8PG跨作用屋面活荷载由于结构对称，且PG跨与VP跨作用荷载相同，故只需将图-8中各力图的位置及方向调整一下即可。图-95.4 吊车荷载作用下的排架内力分析（不考虑厂房整体空间工作）、VP跨有吊车荷载，Dmax,k作用在V柱，Dmin,k作用在P柱时排架内力分析，其计算简图如图-14所示。Dmin,k在牛腿顶面处引起的力矩为MV=Dmax,ke3=462.250.25=115.56kNmMP=Dmin,ke3B=96.750.75=72.56kNm对于V柱：=0.352；n=0.083
27、；C3=0.887 则 RV =C3=115.560.887/12.5=8.2kN（）对于P柱：=0.352；n=0.281；则 C3P=1.5（1-2）/1+3（-1）=1.182 所以假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RV+RP=1.34（） 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-10所示。 图-10、VP跨有吊车荷载，Dmax,k作用在P柱左，Dmin,k作用在V柱时排架内力分析， MV=Dmin,ke3=96.750.25=24.19kNmMP=Dmax,ke3B=462.250.75=34
28、6.69kNm柱顶不动铰支座的反力RV、RP及总反力R分别为RV =C3=24.190.887/12.5=1.72kN（）R=RV+RP=31.06kN（）各柱顶剪力分别为 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。 图-11、PG跨有吊车荷载，Dmax,k作用在P柱右，Dmin,k作用在G柱时排架内力分析，其计算简图如图-18所示。根据结构的对称性及起重机吨位条件，内力计算与“Dmax,k作用在P柱左，Dmin,k作用在V柱”时情况相同，只需将V、柱的内力对换并注意改变符号，可求得各柱内力如图-12所示。图-12、PG跨有吊
29、车荷载，Dmax,k作用在G柱，Dmin,k作用在P柱。同理，将“Dmax,k作用在V柱，Dmin,k作用在P柱”的情况的V、G柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱内力如图-13所示 图-13（5）、作用于VP跨，即 VP跨有吊车吊车水平荷载Tmax,k的作用点距柱顶的距离y=4.4-1.2=3.2m；y/Hu=0.727。因此排架柱顶不动铰支座的支座反力系数C5需用线形内插法确定，排架计算简图如图-14所示对于V、G柱：=0.352；n=0.083；C5V=2-3a+3（2+a）(1-a)2/n-(2-3a)/21+3（1/n-1）=0.455RV=-C5V=-14.780.455=-6.
30、72kN()对于P柱：n=0.281； =0.352C5B=2-3a+3（2+a）(1-a)2/n-(2-3a)/21+3（1/n-1） =0.572RP=-C5P=-0.57214.78=-8.45kN（）所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和： R= RV+RP =-6.72-8.45=-15.17kN（）所以：各柱顶的实际剪力为： VV=RV-VR=-6.72+0.315.17= -2.169kN（） VP=RP-PR=-8.45+0.415.17=-2.382kN（） VG=GR=-0.3（-15.17）=4.55kN（） 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
31、矩图，柱底剪力和轴如图所示，柱的轴力为零 图-14 5.5 风载下的排架内力分析 、左风情况： 在均布风荷载作用下，各柱顶不动铰支座反力的计算： 对于V、G柱：=0.352；n= 0.083；则 C11=31+4（1/n-1）/81+3（1/n-1）=0.296 RV= -C11q1H=-2.534412.50.296=-9.38kN（） RG = -C11q2H=-1.267212.50.296=-4.69kN（） 所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和： R= RV+RG+Fw=-9.38-4.69-9.7812=-23.85kN（） 所以：各柱顶的实际剪力为： VV=RV-VR =-9
32、.38+0.323.85=-2.225kN（） VP=RP-PR =-0.4(-23.85)=9.54kN（） VG=RG-GR=-4.69+0.323.85=2.47kN（） Fw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，柱底剪力和轴力图如图-15所示，柱的轴力为零。图-15、右风情况：其计算简图如图-所示。由于对称性，右风作用时的内力图如图-16所示。 图-166 最不利内力组合6.1 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。6.2 控制截面上柱底
33、I-I、下柱顶II-II、下柱底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+1.40.9（任意两个或者两个以上活荷载之和）（2） 1.35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。6.3内力组合表分别对V、P柱，绘制内力组合表。由附表给出。7 柱的设计7.1 V、G 柱截面设计砼：强度等级C25（f=11.9N/mm,f=1.2
34、7N/mm）,=0.550钢筋：采用HRB335级：fy=fy=300 N/mm;上下柱均采用对称配筋。、上柱配筋计算，由表2-14可见，上主截面共有4组内力取值。 经判别，其中三足内力为大偏心受压；只有（M=12.23kNm;N=170.60kN）一组为小偏心受压。且N故按此内力组合计算时均为构造配筋，对另三组大偏压，在弯矩较大且比较接近的两组内力中取轴力较小的一组，即M=99.74kNm； N=127.64kN 上柱计算长度为 =1521.71KNea=400/30=13.320mm;故取ea=33.33mmb=100mm; bf=400mm; hf=150mm;则 ;故应按偏心距增大系数
35、计算，且。先假定中性轴在翼缘内部，则2）、按组内力计算;故应按偏心距增大系数计算，且。先假定中性轴在翼缘内部，则综合上述计算结果下柱截面选用322（As=1140mm2） 满足最小配筋率要求垂直于排架方向承载力验算（按轴心受压验算），查表得，所以垂直于排架方向承载力满足要求。（三）、柱裂缝宽度验算根据混凝土结构设计规范规定对的柱应进行裂缝宽度验算，本设计的上柱及下柱均出现，故应当进行裂缝宽度盐酸，验算过程见表-3 其中上柱As=1140mm2，下柱As=1140mm2，Es=2.0105N/mm2,构件受力特征系数cr=2.1,混凝土保护层厚度C=25mm。表-3柱截面上柱下柱内力标准值Mk(
36、kNm)71.75302Nk(kN)106.37191.1(mm)67015800.014250.00571.1851.178(mm)954232102.0125Z=0.87-0.12(1-rf)(h0/e)2h0(mm)307883196.642730.6870.3560.240.3()（4）、柱箍筋设置襄樊市抗震设防烈度为7度，场地类别类，在柱顶以下500mm范围内加密8100，在柱顶第一道箍筋下40mm处增设8箍筋一道，在柱顶两侧增设416纵筋。在牛腿顶面至吊车梁面以上300mm范围内加密箍筋8100，在两侧增加416纵筋。柱子根部在基础顶面至地坪标高500mm范围内加密8100，柱根两侧加416纵筋。（5）、牛腿设计1、几何尺寸，如图所示2、牛腿截面高度验算=0.8； ftk=1.78 N/mm2; Fhk=0(顶面无水平荷载)a=-250+20=-2300.取a=0故牛腿截面高度满足要求。（6）、牛腿配筋计算由于，故牛腿纵向配筋按构造计算，根据构造要求， 实选414，水平箍筋为8100；（7）、柱的吊装验算采用翻身吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到强度后起吊，插入杯口的深度为850mm,柱吊装时总长度为12.5+0.85=13.35mm,计算简图如图-20所示。柱子吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数）即在上述荷载作
