《混凝土及砌体结构课程设计金属结构车间双跨等高厂房.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土及砌体结构课程设计金属结构车间双跨等高厂房.doc（38页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、混凝土及砌体结构课程设计学生姓名：学 号：导教师：所在学院：工程学院专 业：07级土木专升本中国大庆2010年10月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，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
2、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
3、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：0.4KNm2；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
4、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C1C2C3C4C1C2C3C4C1C2C3C418123456789101112C118131415161718192021222324C218252627282930313233343536C321373839404142434445464748C121495051525354555657585960C221616263646566676869707172C324737475767778798081828384C424858687888990919293949596C1249798991
5、00101102103104105106107108C227109110111112113114115116117118119120C327121122123124125126127128129130131132C427133134135136137138139140141142143144C130145146147148149150151152153154155156C230157158159160161162163164165166167168C330169170171172173174175176177178179180C4轨顶标高(m)7.88.18.48.79.09.39.69.91
6、0.210.510.811.1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)C1160/3216.563.261634.0023020975.95523019.563.261854.1026020976.05527022.563.261934.1026021876.05530025.563.262055.0026021856.39034028.563.262145.0026021856.390380C2200/5016.569.7718
7、54.0023020995.95524019.569.772074.1026020996.05529022.569.772164.1026021896.05532025.569.772305.0026021896.39037028.569.772395.0026021896.390400C3320/5016.51092784.6526023416.64033019.51093014.7030024716.69038022.51093134.7030024716.69041025.51093315.0030024716.99046028.51093445.0030024716.990500C45
8、00/10016.51554204.8030027346.77544019.51554304.8030027346.77549022.51554564.8030027346.77553025.51554745.0030027346.97558028.51554875.0030027346.975620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)YDL116016.5-28.5120041.3YDL220016.5-28.5120041.5YDL332016.5-28.5120046.0YDL450016.5-28.5150060.3注： 1、土木
9、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120-165号方案目 录1 设计资料12 计算简图的确定12.1柱顶面标高的确定12.2柱截面尺寸的确定13 荷载计算23.1 恒荷载23.1.1 屋盖恒荷载23.1.2 吊车梁及轨道重力荷载设计值23.1.3 柱自重重力荷载设计值33.2 屋面活荷载33.3 风荷载33.4 吊车荷载53.4.1 吊车竖向荷载设计值53.4.2 吊车横向水平荷载54 排架内力分析64.1恒载作用下排架内力分析64.2屋面活荷载作用下排架内力分析74.2.1 AB跨作用屋面活荷载74.2.2 BC跨作用屋面活荷载94.3风荷载
10、作用下排架内力分析94.3.1左吹风时94.3.2右吹风时104.4 吊车荷载作用下排架内力分析104.4.1 Dmax作用于A柱104.4.2 Dmax作用于B柱左124.4.3 Dmax作用于B柱右134.4.4 Dmax作用于C柱134.4.5 Tmax作用于AB柱144.4.6 Tmax作用于BC柱145 内力组合156 柱截面设计186.1 上柱配筋计算186.2 下柱配筋计算196.2.1按计算196.2.2按计算206.3 柱的裂缝宽度验算216.4 柱箍筋配置226.5 牛腿设计226.5.1 牛腿截面高度验算226.5.2 牛腿配筋计算226.6 柱的吊装验算227 基础设计
11、247.1作用于基础顶面上的荷载计算247.2 基础尺寸及埋置深度257.2.1按构造要求拟定高度h257.2.2基础埋置深度d257.2.3 拟定基础底面尺寸257.2.4 计算基底压力及验算地基承载力257.3 基础高度验算267.4 基础底板配筋计算287.4.1 柱边及变阶处基底反力计算287.4.2 柱边及变阶处弯矩计算297.4.3 配筋计算298 参考文献30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28号方案，左跨吊车为C4，起重量50，右跨吊车为C3，起重量32（按最大起重量计算）。轨顶标高8.7，跨度18,选择吊车桥跨均为16.5。吊车梁均选用YDL-4型号，梁
12、高1.5，梁重60.3。2 计算简图的确定2.1柱顶面标高的确定由已知条件可确定柱顶标高为11.6m，牛腿顶面标高（轨顶标高吊车梁高）为7.2m，设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、下柱高度Hl和上柱高度Hu分别为：（因为减去了0.2m的轨道高，所以是7.0m），2.2柱截面尺寸的确定根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，查表得出柱的截面尺寸见表1。表1 柱截面尺寸及相应的计算参数柱号 计算参数截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/（kN/m）A,C上柱矩5005002.510552.081086.25下柱I50012002001002.88105705
13、.151087.2B上柱矩5007003.5105142.921088.75下柱双50016003001004.0105137010810取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1所示。 A，C柱 B柱 图1 计算单元和计算简图（图已放大）3 荷载计算3.1 恒荷载3.1.1 屋盖恒荷载 防水层 0.4kN/m225mm厚水泥砂浆找平层 0.5kN/m2100mm厚珍珠岩制品保温层 0.4kN/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屋架重力荷载为81.50 kN/每榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷
14、载设计值为：3.1.2 吊车梁及轨道重力荷载设计值3.1.3 柱自重重力荷载设计值A、C柱上柱：下柱： B柱上柱：下柱： 各恒荷载作用位置如图2所示。3.2 屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载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：Q1的作用位置与G1相同，如图2所示。 图2 荷载作用位置图（单位kN）3.3 风荷载风荷载标准值按式计算，其中，柱顶 （标高11.6m） s=1.045；檐口1（标高13.3m） s=1.092；屋顶1（标高17.35m） s=1.192；檐口2（标高14.3m） s=1.1204；屋顶2（标高13.3m）
15、 s=1.182；s如图3所示，由式k=zsz0可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：；则作用于排架计算简图上的风荷载设计值为： 图3 风荷载体型系数及排架计算简图3.4 吊车荷载（这时要添加右跨C3，将结果改为用大吊车的起重量计算）查表得500/100kN吊车的参数为大车宽，大车轮距，小车重，起重量，最大轮压，最小轮压。查表得320/50kN吊车的参数为大车宽,大车轮距，小车重，起重量，最大轮压，最小轮压，由于500/100kN吊车的最大轮压大于320/50kN吊车近1.5倍，且最小轮压相差不大，故左右两跨吊车荷载均按500/100kN吊车计算。由500/100kN吊车的B，K可算得吊
16、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。图4 吊车荷载作用下支座反力影响线3.4.1 吊车竖向荷载设计值 3.4.2 吊车横向水平荷载作用于每个轮子上的吊车横向水平制动力T为：作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值Tmax为：4 排架内力分析由于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结果见表2。表2 柱剪力分配系数柱别 A，C柱B柱4.1恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图5（a）所示。图中的重力荷载G及力矩M是根据图2确定的。 （a） （b） （c） （d）图5 恒载作用下排架内力图；由于两跨均按最大吊车荷载计算，排架为对
17、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。对于A、C柱，n=0.093，=0.380，则柱顶不动铰支座反力Ri为：；本例中，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截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图5（b），（c）。图5（d）为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定（以下同理）。4.2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（a）所示。其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为；。对于A柱，则对于B柱，则；则排架柱顶不动铰支座总反力为：将R反向作用于排架柱顶，则用计算出的相应柱顶
18、剪力同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，即排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图6（b），（c）所示。（a） （b）（c）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跨作用荷载相同，故只需将图6中各内力图的位置及方向调整一下即可，如图7所示（a） （b）（c）图7 BC跨作用屋面活荷载时排架内力图4.3风荷载作用下排架内力分析4.3.1左吹风时计算简图如图8（a）所示。对于A，C柱，可得：各柱顶剪力分别为：排架内力图如图8（b）所示。（a） （b）图8 左吹风时排架内力图4.3.2右吹风时计算简图如图9（a）所
19、示。将图8（b）所示A，C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图9（b）所示。（a） (b) 图9 右吹风时排架内力图4.4 吊车荷载作用下排架内力分析4.4.1 Dmax作用于A柱计算简图如图10（a）所示。其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A柱，则对于B柱，得：排架柱各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图10（b），（c）所示。（a） （b）（c）图10 Dmax作用在A柱时排架内力图4.4.2 Dmax作用于B柱左计算简图如图11（a）所示。MA，MB计算如下：柱顶不动铰支座反力RA，RB及总反力R分别为：各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩
20、图、轴力图及柱底剪力值如图11（b），（c）所示。（a） （b）（c）图11 Dmax作用在B柱左时排架内力图4.4.3 Dmax作用于B柱右根据结构对称性及吊车吨位按相等计算的条件，内力计算与“Dmax作用于B柱左”的情况相同，只需将A，C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图12所示。（a） （b）（c）图12 Dmax作用在B柱右时排架内力图4.4.4 Dmax作用于C柱同理，将“Dmax作用于A柱”的情况的A，C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图13所示。（a） （b）（c）图12 Dmax作用在C柱时排架内力图4.4.5 Tmax作用于AB柱当AB跨作用吊车横向水平
21、荷载时，排架计算简图如图13（a）所示。对于A柱，查表得，则：同理，对于B柱，则排架柱顶总反力R为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图14（b）所示。当Tmax方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。4.4.6 Tmax作用于BC柱由于结构对称及计算式按吊车吨位相等，故排架内力计算与“Tmax作用AB跨”的情况相同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图14所示。（a） （b）图13 Tmax作用于AB跨时排架内力图（a） （b）图14 Tmax作用于BC跨时排架内力图上述计算缺少右跨作用C3时的情况，已在计算吊车荷载时说明5 内力组合以A柱内力组合为例。表3为各种荷载下A柱内力设
22、计值汇总表，表4为A柱内力组合表，这两个表中的控制截面及正号内力方向如表3中的例图所示。内力组合按式、进行计算。除Nmax及相应的M和N一项外，其他三项均按式和式求得最不利内力值；对于Nmax及相应的M和N一项，-和-截面均按（求得最不利内力值，而-截面则是按式即求得最不利内力。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对的柱进行验算。为此表4中亦给出了Mk和Nk的组合值，它们均满足的条件，对本案来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V一项。表3 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荷载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载作用在AB跨作用在BC跨Dmax作用在A柱Dmax作用在
23、B柱左Dmax作用在B柱右Dmax作用在C柱Tmax作用在AB跨Tmax作用在BC跨左风右风序号-M27.771.192.62-47.93-57.8251.57-4.5135.8436.830.47-32.03N309.337.8000000000-M-68.77-12.042.62117.09-38.1751.57-4.5135.8436.830.47-32.03N387.4237.801100.15130.97000000-M21.30-3.946.9038.94-132.45135.64-11.86246.1396.8239.40-186.68N452.2237.801100.15130
24、.97000000V12.011.080.57-10.45-12.5711.21-0.9831.338.0041.02-26.08- 26 -截面Mmax及相应的N，VMmax及相应的N，VNmax及相应的M，VNmin及相应的M，VMk，Nk备注-M0.90.9(）130.200.90.8()+0.9-75.740.9(0.9)70.010.90.9（）129.1395.54Nmax一项取1.35SGk+0.71.4SQkN343.32309.3374.42309.3257.75-M0.9+0.8(）+0.9112.250.90.8(）0.9+-168.970.936.610.90.9（）-
25、131.06N1179.53515.741377.56387.42-M0.9+0.8(）+0.9+)568.030.90.8（）0.9+-453.530.956.350.90.9（）431.25N1244.33580.541442.36452.22V75.39-45.622.6365.00Mk408.27-321.4142.79310.57Nk942.64468.511084.09376.85Vk55.28-31.163.3147.86表4 A柱内力组合表注：M（单位为kNm），N(单位为kN)，V（单位为kN）6 柱截面设计仍以A柱为例，砼强度等级为C30，；采用HRB400级钢筋，。上、下
26、柱均采用对称配筋。6.1 上柱配筋计算由表4可见，上柱截面共有4组内力。取。对其中3组大偏心受压内力，在弯矩较大且比较接近的两组内力中，取轴力较小的一组，即取查表得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心距取，取。由得，故应考虑偏心距增大系数。，取。取进行计算。选420()，则，满足要求。查表得垂直于排架方向柱的计算长度，则。满足弯矩作用平面外的承载力要求。6.2 下柱配筋计算取。与上柱分析方法类似，在表4的8组内力中，选取下列两组不利内力：6.2.1按计算下柱计算长度取，附加偏心距，。由，且应考虑偏心距增大系数。取。，故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则：说明受压区高度x在翼缘内，故
27、6.2.2按计算下柱计算长度取，附加偏心距，。由，且应考虑偏心距增大系数。取。，故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则：说明受压区高度x在翼缘内，故选518()，则。查表得垂直于排架方向柱的计算长度，则。满足弯矩作用平面外的承载力要求。6.3 柱的裂缝宽度验算规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。本案中上柱：上柱：，所以应进行裂缝宽度验算。上柱，下柱；构件受力特征系数；砼保护层厚度。表5 柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力标准值95.54310.57257.75376.85370.70.55=253824.10.55=6380.008 取0.010.009取0.011.0931.0（615
28、.21384.100.690369.3978.9136.64122.60.140.2取0.20.030.2取0.20.060.3符合要求0.050.3符合要求6.4 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，上、下柱均选用箍筋。6.5 牛腿设计根据吊车梁志成位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图15所示。其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度。6.5.1 牛腿截面高度验算其中（牛腿顶面无水平荷载），。取，Fvk按下式确定：故牛腿截面高度满足要求。6.5.2 牛腿配筋计算 图15 牛腿尺寸简图由于，因而该牛腿可按构造要求配筋。根据要求。实际选用514（）。水平
29、箍筋选用。6.6 柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊，查表可得柱插入杯口深度，取，则柱吊装时总长度为，计算简图如图16所示。柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为：由得：令得，则下柱段最大弯矩M3为：图16 柱吊装计算简图柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表6。表6 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算柱截面上 柱下 柱133.94（99.21）182.77（135.39）189.910.9133.94=120.55512.870.9182.77=164.49197.37105.470.44-0.140.2 取
30、0.20.190.2(满足要求)0.040.2(满足要求)7 基础设计基础混凝土采用C30，下设100mm厚的素混凝土垫层。7.1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4中的-截面选取，计算结果见表7，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算，内力的正号规定见图17所示。表7 基础设计的不利内力组 别荷载效应的基本组合荷载效应的标准组合第一组431.25452.2265310.57375.8547.86第二组-453.53580.54-45.62-321.41468.51-
31、31.16第三组56.351442.362.6342.791084.093.31 图17 基础荷载示意图（图中字太大，已改正）由图17可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0，总高度为13.2m，墙体为240mm厚双面粉刷墙（5.24kN/m2），塑钢窗（0.45kN/ m2），基础梁重量为4.2 kN/ m2，每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：厚双面粉刷墙 塑钢窗 基础梁 距基础形心的偏心距ew为：，。7.2 基础尺寸及埋置深度7.2.1按构造要求拟定高度h查表得柱的插入深度。查表得杯底厚度a1应大于250mm，取，则7.2.2基础埋置深度d查表得杯壁厚度；基础边缘高度a2取450mm，台
32、阶高度取400mm。见图17。7.2.3 拟定基础底面尺寸适当放大。7.2.4 计算基底压力及验算地基承载力基底压力按式计算，计算结果见表8；验算地基承载力时，验算结果见表8，可见基础底面尺寸满足要求。表8 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310.57376.8547.86-321.41468.51-31.1642.791084.093.31828.58920.241535.82299.29-439.37-28.65141.8235.23176.5520.08169.18158.9888.53190141.8222898.32190176.55228164.081901
33、169.182287.3 基础高度验算这时应采用基地净反力设计值，和，结果见表9。表9 基础底面净反力设计值计算表类 别第一组第二组第三组431.25452.2265-453.53580.54-45.6256.351442.362.63578.71707.031568.85427.93-606.19-31.17138.03-14.37183.480173.16162.06因柱与基础交接处杯壁厚375mm小于杯壁高度500mm，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。变阶处受冲切承载力计算截面如图18所示。所以变阶处截面有效高度。因为，所以；因，故取。则又因，取，故所以基础高度
34、满足要求。图18 变阶处的冲切破坏截面7.4 基础底板配筋计算7.4.1 柱边及变阶处基底反力计算基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如图19所示，三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表10。其中第1，3组内力产生的基底反力示意图见图19，第2组内力产生的基底反力示意图见图18。用表列公式计算第2组内力产生的Pj和Pj时，相应的分别用代替，且Pj，min=0.图19 基础底板配筋计算截面表10 柱边及变阶处基地净反力计算公 式第一组第二组第三组80.88113.75169.0097.81134.41170.23109.46148.62171.08117.92158.95171.7061.8391.74167.617.4.2 柱边及变阶处弯矩计算
