[工学]中南大学自考本科混凝土厂房结构设计计算书.doc

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1、 单层厂房课程设计中南大学高等教育自学考试 混凝土厂房结构设计计算书 姓名： 专业:注：中南大学自考招生网：WWW.CSUZS.NET地址:湖南长沙市岳麓区麓山南路中南大学本部自考交流群 ： 108574258 256287419 计算书一、设计资料（一）、设计题目某金属装配车间双跨等高厂房。（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（吊车荷载不考虑厂房的空间整体作用）。3、边柱（A、C轴线）及中柱（B轴线）的柱及牛腿设计，柱下独立基础设计。4、绘制施工图：柱模板图和配筋图，基础模板图和配筋图。（三）、设计资料1、金属结构车间为两跨厂房，跨度均为21m。厂房总

2、长54m，柱距6m。厂房标高：室内地面0.000，室外地面-1.500，吊车轨顶标高10.00，屋架下弦标高12.400。2、厂房每跨内设两台吊车，A4级工作制，起重量20/5t。吊车其它参数由表-1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表-1 吊车的有关参数参数表 3、建设地点为某城市，基本雪压0.30kN/m2，基本风压0.5

3、0kN/m2，冻结深度1.6m。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=240kPa，土的天然重度为17.5kN/m3，土质分布均匀。4、厂房标准构件选用及荷载标准值如下：（1）、屋架采用21m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0.12+0.011L（含支撑，按屋面水平投影面积计算，单位kN/m2；L为跨度，以m计）计算屋架自重标准值（包括支撑）。屋架侧端高度1.4m，屋架在天窗架侧板处的高度为1.7m。（2）、吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁，梁高900mm，自重标准值29kN/根，轨道及零件自重0.8kN/m，轨道及垫层构

4、造高度200mm。（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34kN（包括自重、侧板、窗扇、支撑等的自重）。天窗侧板高度2.6m，天窗架坡屋顶高度0.3m。（4）、天沟板自重标准值为2.02kN/m。3 围护墙采用240mm厚粉刷墙，自重5.2 kN/m2。钢窗：自重0.45 kN/m2，窗宽4.0m，窗高4.8m。围护墙直接支撑于基础梁上，基础梁截面为240mm450mm。基础梁自重2.7kN/m。4 材料：混凝土强度等级C20C30；柱的纵向钢筋采用HRB335或HRB400，其余钢筋I级。5 屋面卷材防水法及荷载标准值如下：三毡四油防水层上铺小石子：0.4 kN/m

5、2；25mm厚水泥砂浆找平层：0.5 kN/m2；100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4 kN/m2；一毡二油隔汽层：0.05 kN/m2；25mm厚水泥砂浆找平层：0.5 kN/m2；6m预应力大型屋面板：1.4 kN/m2。二、材料的选用混凝土强度等级，排架柱用C30，柱下扩展基础C20.柱的纵向钢筋采用HRB335级，其余钢筋采用I级。三、计算简图及柱截面几何参数的确定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。下面来确定结构计算简图中的几何尺寸。图-1 排架的负荷范围图-2 结构计算简图2、柱

6、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1.8m。初步估计基础的高度为1.0m，则基础顶面标高为-0.95m。(2)、牛腿顶面标高确定：轨顶标高为10m，吊车梁高0.9m，轨道及垫层高度为0.2m。可得牛腿顶标高为10-1.1=8.9m。(3)、上柱标高的确定：屋架下弦标高为12.4m，既上柱顶的标高为12.4m。(4)、计算简图中上柱和下柱的高度尺寸确定：上柱高：HU =12.4-8.9=3.5m下柱高：HL=8.9+0.95=9.85m柱的总高度：.H=13.35m (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

7、h：由于下柱HL=8.9+0.95=9.85m，吊车梁及轨道构造高度为1.1m，因此，基础顶至吊车梁顶的高度Hk=9.85+1.1=10.95m4h,所以s=+0.6。作用在柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，其风压高度变化系数可按注顶标高取值。柱顶至屋脊间屋盖部分的风荷载，仍取为均布的，其对排架的作用则按作用在柱顶的水平集中风荷载标准值Fw考虑。这时的风压高度变化系数可按天窗檐口取值；柱顶至室外地面的高度为：Z=7.6+0.15+2.4=10.35m天窗檐口至室外地面的高度为：Z=7.6+0.15+2.4+1.3+2.6=15.65m.按线性内插法确定z:柱顶:天窗檐口处: 左风情况下风荷载的

8、标准值:q1k=s1zWoB=0.8*1.01*0.55*6=2.667KN/Mq2k=s2zWoB=0.4*1.01*0.55*6=1.333KN/M柱顶以上的风荷载可转化为一个水平集中力计算,其风压高度变化系数统一按天窗檐口处z=1.1582取值.其标准值为:Fwk=szWohB=(0.8+0.4)*1.1582*0.55*6*1.4+(0.4-0.2+0.5-0.5)*1.1582*0.55*6*1.3+(0.6+0.6+0.6+0.5)*1.1582*0.55*6*2.6+(0.7-0.7+0.6+0.6)*1.1582*0.55*6*0.3=30.27KN右风和左风情况对称,方向相反

9、。图-9 风荷载作用下双跨排架的计算简图五、内力分析 本单层厂房是两胯的对称结构，C主和A柱受力完全一样，因此只要计算AB就可以了。本厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架结构的内力计算。在各种荷载作用柱顶按可动铰支座计算，不考虑厂房的空间工作。这里规定柱顶不动铰支座反力R，柱顶剪力V和水平荷载自左向右为正，截面弯矩以柱左侧受拉为正，柱的轴力以受压为正。 1、计算剪力分配系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=3.5/12.05=0.290；n=Iu/IL=5208*106/(51942.92*106)=

10、0.104C0=3/1+3(1-n)/n=3/1+0.2903 (1-0.104)/0.104=2.479B柱：=Hu/H=3.5/12.05=0.290；n=Iu/IL=14291.67.5*106/（74060.88*106）=0.1998C0=3/1+3(1-n)/n=3/1+0.0.2903 (1-0.1998)/0.0.1998=2.733单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：A， C柱：uA=uC= H3/ (C0ECIL)=120503/（2.479*EC*50109.375*106）=14.085/ ECB， B柱：uB= H3/ (C0ECIL)=120503/（2.733*EC*7

11、1509.375*106）=18.953/ EC令Ki=1/uiK=Ka+kb+kc=1/uA +1uB /+1/uc=0.2537 EC所以，三根柱的剪力分配系数为：A=K A/K=0.2798; B =K B /K=0.440; c=Kc/K=0.2798验算：A+B +c1.0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。下面进行各种荷载走作用下排架的内力。2、恒载下排架内力： 图-10 永久荷载作用下双跨排架的计算简图对M作用进行排架分析，对图-10中的竖向荷载所产生的轴力直接累加。各柱顶不

12、动铰支座的支座反力：C1=1.5*1-2(n-1)/n/1-3(1-n)/n=1.5*1-0.2902(0.104-1)/0.104/1+0.2903(1-0.104)/0.104=2.1376C3=1.5*(1-2)/1-3(1-n)/n= 1.5*(1-0.2902)/1+0 A柱：= 0.290；n =0.104.2903(1-0.104)/0.104=1.1353R1=MC1/H=29.837*2.1376/12.05=5.2929KN()R2=MC3/H=125.908*1.1353/12.05=11.8625KN()所以RA=R1+R2=17.1154KN（）B柱：RB=0C柱：R

13、C=-RA=-17.1154KN（）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=0所以：各柱顶的实际剪力为：VA= RA=17.1154KN（）VB= RB=0VC= -17.1154KN（）图-11各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。现把各柱的轴力算过程叙述如下，弯矩和剪力的计算从略。排架的弯矩图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如图-12所示。柱轴力标准值计算：AC柱：柱顶：N=298.37KN上柱底：N=298.37+21.875=320.245KN下柱顶：N=320.245+43.8=364.045KN下柱底：N=364.045+51.78=415.

14、825KNB柱：柱顶：N=596.74KN上柱底：N=596.74+30.625=627.365KN下柱顶：N=627.365+43.8*2=714.965KN下柱底：N=714.965+56.43=771.395KN （a） 永久荷载作用下的弯矩（KNM）图和柱底剪力（KN） （b）永久荷载作用下的轴力（KN）图-12 永久荷载作用下排架的内力图3、屋面活荷载下的内力A柱：=Hu/H=0.290；n=Iu/IL=0.104；C1=2.1376；C3=1.1353R1=M1AKC1/H=3.15*2.1376/12.05=0.559 KN（）R2=M2AKC3/H=12.6*1.1353/12

15、.05=1.187KN（）所以RA=R1+R2=1.746KN（）B柱：=Hu/H=0.290；n=Iu/IL=0.199C1=1.5*1-2(n-1)/n/1-3(1-n)/n=1.5*1-0.2902(0.1998-1)/0.197/1+0.2903(1-0.1998)/0.1998=1.827RB=R1=M1bkC1/H=4.725*1.827/12.05=0.716KN()C柱：Rc=0-9.1474V=-0.689-3.0135V=-0.367V=1.057-8.30245-6.00950.5495-4.74-12.3-2.4115所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA

16、+RB+RC=2.462KN（）所以：各柱顶的实际剪力为：VA= RA-AR=1.057KN（）VB=RB-B R=-0.367 KN（）VC=Rc-cR=-0.689 KN（）Vi0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。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（ 图-14 B柱：=0.290；n=0.1998； C3=1.5*

17、（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-15所示。 (a) Dmax,k在A柱时的轴力(KN) (b) Dmax,k作用在A柱时的弯距和柱底剪力 图-15（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-16所示。 A柱：=00290；n=0.104；C3=1.135

18、3 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-16 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=+3.3487（ ） 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=-

19、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-17所示。 图-17（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-18所示。B柱：=0.300；n=0.200；C3=1.31 RB=R2=C3=353.87*1.31/13.45= -34.47 ） C柱：=0.260；n=0.104； RC=R2=C3=11.66*1.215/13.45=1.05KN（ ） 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+

20、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-19所示。 图-18 (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-19 （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；

21、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*4.26= 1.20KN（ ）图-20 Dmax,k作用在C柱，Dmin,k作用在D柱时排架计算简图.VB=RB-BR=-8.52+0.434*4.26=-6.67KN（ ）VC=RC-CR=4.26+0.282*4.26=6

22、.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-21 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（

23、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+0.1）/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）=

24、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*17.5=0.99KN（ ）VC=RC-CR=-0.440*17.5=-4.897KN（ ）0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。排架的弯矩图，柱底

25、剪力和轴如图所示，柱的轴力为零 5、风载下的排架内力（1）、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： 图-16A柱：=0.290；n= 0.104；C5=31+4（1/n-1）/81+3（1/n-1）=0.3745RA= -C5qH=-0.3745*2.667*12.05=-12.0369（ ） C柱：=Hu/H=0.290；n=Iu/Il=0.104；C5=0.3745RC = -C5qH=-0.3745*1.333*12.05= -6.0155KN（ ）所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和：R= RA+RB+RC=-18.0254KN（ ）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR+AFw=1.4837KN（ ）VB=RB-BR+BFw =-21.26KN（ ）VC=RC-CR+CFw =7.5051