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1、单层厂房结构课程结构设计1.结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在 1536m之间，且柱顶标高大于8m故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线型屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。由图2-54可知柱顶标高为 9.6m，牛腿顶面标高为 6m；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 H,和上柱高度 H分别为：H 10.2 m 0.5m 10.7mH | 6m 0.5m6.5mH u 10.7m6.5m4.2m图2-54厂房剖面图根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表2-22表2-22
2、柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面尺寸/ mm2面积/ mm4惯性矩/ mm自重/ kN/mA，C上柱矩 4004001.6 10521.31084.0下柱I4009001001501.875105195.381084.69B上柱矩 4006002.4105721086.0下柱I4001000 1001501.975105256.341084.941800/卜B CHEA岂EA=Q/777/777n0A柱/7Z7图2-55计算单元和计算简图2.荷载计算1.恒载屋盖恒载绿豆砂浆保护层二毡三油防水层20厚水泥砂浆找平层80厚泡沫混凝土保温层预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝)屋盖钢支撑0.3
3、5kN/m2oulnY006320kN/m 30.02m0.40kN/m 228kN/m 30.08m0.64kN/m1. 4kN/m0.05kN/m总计2.84kN/m屋架重力荷载为60.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为:G 1.2 (2.84kN/m 6m 18/2m 60.5/2kN)220.33kN(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值:G31.2 (44.2kN 0.8kN/m6m)58.8kN(3)柱自重重力荷载设计值A、C 柱：上柱:G4AG4c1.2 4.0kN/m3.6m17.28kN下柱:G5AG5c 1.2 4.69kN/m6.5m36.58kNB柱：上柱:
4、G4B1.2 6.0kN/m 3.6m25.92kN下柱：G5B 1.2 4.94kN/m6.5m38.53kN1(4= : :j900I：i.UJ 1. 1（九（I各项恒载作用位置如图2-56所示。J图2-56 荷载作用位置图 （单位：kN）2. 屋面活荷载2 2屋面活荷载标准值为 0.5kN/m ，雪荷载标准值为0.4kN/m ，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：Q,1.4 0.5kN/m2 6m 18/2m37.8kNQ1的作用位置与 G1作用位置相同，如图 2-56所示。3. 风荷载风荷载的标准值按Wkz z sW0 计算，其中 W00.5kN/m ,zO,
5、 z根据厂房各部分标高（图2-54）及B类地面粗糙度确定如下：柱顶（标高9.6m）z 1.000檐口（标高11.75m）z 1.049屋顶（标高12.80m）z 1.078s如图2-57所示，则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为:2 2wk z z siW01.0 0.8 1.0 0.5kN/m0.4kN /mW2kz z s2W 01.00.41.00.5kN/m0.2kN / m三三三三厂2 q则作用于排架计算简图（图2-57）上的风荷载设计值为4.qiq2F w1.4 0.4kN/m 2 6.0m3.36kN/m1.4 0.2kN/m 26.0m1.68kN/mq( s1
6、s2) zh( s3 s4)zhz zqB1.40.8 0.41.049 2.15m1.0 0.5kN/m 26.0m10.89kN吊车荷载-0.60.5 1.078 1.05m由表2-16可得20/5t吊车的参数为：174kN , Pmin37.5kN ,根据 B2-58所示。5.2m,K 4 0m g 68.6kN Q 200kNPmax值如图(1)吊车竖向荷载 吊车竖向荷载设计值为:5.2m及K可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标DmaxQ Pmax丫 1 .4 174kN1 0.8 0.133 0.333551.998kNDminQ Pminyi1.4 37.5kN(2)
7、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为:1 10.1(200 kN1 0.8 0.133 0.333118.965kNT 4a(Q g) 4作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为:68.6kN)6.715kNTmaxqTyi 1.4 6.715kN 2.15 21.30kNF pmaxF pmaxF pmax pmax =174KN1 /J匚壮，广1 r4000120040006m6m o-Q1图2-58吊车荷载作用下支座反力影响线3.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，见表2- 23。表2-23柱剪力分-配系数柱别
8、n 1 u JliHHCq3/13(1 n 1)H 3/Cq El i1 ii1 iA、C柱n 0.1090.356C02.1928ac 2.406 10 / Eac 0.277B柱n 0.2810.356C02.690B 1.494 10 8 /EB 0.446G1G1220.33kN；G2G3G4A58.8kN17.28kN76.08kNG3Gsa36.58kN；G42G12220.33kN440.66kNG6 Gsb 38.53kN ;GsG4B2G325.92kN2 58.8kN143.52kNM1G1$220.33kN 0.05m11.02kN mM2(G1G4A)egG3e3(22
9、0.33kN17.28)0.25m-58.8kN0.3m41.76kN m由于图2-59a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可根据相应公式计算。对于a，c 柱 n0.109，0.356 则：RC6.39 ()2.231 C30.957312彳31 一 1nM1CC1H本例中RBM2 H0。求得C211.02kN m2.231 41.76kN10.1mm .957 6.39kNRi后，可用平衡条件求岀柱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2-59 b、C。图
10、2-59d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。1.761.98466.58n296.41584.18296.410332.990o332.99440.66237.61237.61C申33220.33+M+M+V+V+N|+N排架计算简图如图2-60 a所示，其中Q137.8kNM 1A37.8kN0.05m1.89kNmM 2A37.8kN0.25m9.45kNmM 1B37.8kN0.15m5.67kNm对于A柱，C12.231 C30.957,则2屋面活荷载作用下排架内力分析(1)AB 跨作用屋面活荷载它在柱顶及变阶处引引起的力矩为:M 2ARaM 1AHCiCi1.89kN m
11、 彳231 945kN m 0.957 仁依“10.1m对于B柱n 0.281,0.356，则Ci1.781RBM 1B、C1 H山 m 亿11.00kN10.1R RA RB 1.31kN1.00kN2.31kN ()并与相应的柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活VaRaaR1.31kN0.2772.31kN0.67kN ()vbRBBR1.00kN0.4462.31kN0.03kN ()VccR0.277 2.31kN0.64kN ()将R反作用于柱顶，计算相应的柱顶剪力 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2-60b，c所示。0.528.935.675.9
12、82.304.580.67Bl0.646.46(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2-60中内力图的位置及方向调整一下即可，如图2-61所示图2-61 BC跨作用屋面活荷载时的排架内力图3风荷载作用下排架内力分析(1 )左吹风时计算简图如图2-62a所示。对于a, c柱，n 0.109 ,0.356得1 1 4 - 1C11 0.3103 1.8 1 1nRaq1HC11 -3.36kN/m 10.1m 0.3110.52kN ()Rcq2HC11kN/m 10.1m 0.3110.52kN ()R RaRc Fw10.52kN 5.26kN 1
13、0.89kN26.67kN ()各柱顶的剪力分别为VARaaR 10.52kN 0.277 26.67kN3.13kN ()VBbR 0.446 26.67kN 11.89kN ()VCRc cR 5.26kN0.277 26.67kN2.13kN ()排架内力如图2-62b所示(a)(b)图2-62左吹风时排架内力图(2)右吹风时计算简图如图2-63a所示。将图2-62b所示A, C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图2-63b所示。一18.5542.8010.5019.1011.89107.2077；F0.0930.81139.76图2-63右吹风时排架内力图4.吊车荷载作用下排架内力分
14、析(1) Dmax作用于A柱计算简图如图2-64a所示。其中吊车竖向荷载 Dmax，Dmin。在牛腿顶面处引起的力矩为:MaD max e552.00kN0.3m165.6kNmMbD min e3118.97kN0.75m89.23kNm对于A柱，C30.957，则M A165.6kNmRaAC3 0.95715.69H 310.1m对于 B 柱，n 0.281，0.356，得312C31.仃42 31 11nMb89.23kN m ,RbC310.37H10.1mRRaRb15.69kN10.37kN5.32kN ()排架各柱顶的剪力分别为:VaRaaR15.69kN0.277 5.32k
15、N14.22kN ()VbRbbR10.37kN0.446 5.32kN12.74kN ()VCCR0.277 5.32kN1.47kN ()MBin114.4151.1945.8643.375.2921.9814.2239.4412.7414.851.47552118.9777；t-55218.97厂.(C图2-64 Dmax作用在A柱时排架内力图(1) Dmax作用于B柱左 计算简图如图2-65a所示M a , M b计算如下：M ADmin e3 118.97kN 0.3m 35.69kN mM BDmaxe3 552.00kN 0.75m 414.00kN m柱顶不动铰支反力RA ,
16、Rb及总反力R分别为：M a35.69kN mRa C3 0.9573.38kNH10.1mRb 呃C3414.00kN m 1.17448.12kNH10.1mR Ra Rb各柱顶剪力分别为：3.38kN48.12kN44.74kN ()VaRaaR3.38kN0.27744.74kN15.77kN ()VbRbbR48.12kN0.44644.74kN28.17kN ()VccR0.277 44.74kN12.39kN ()15.77.56.7721.08101.4728.17312.5944.60123.59773129.4812.3977；125.147J图2-65 Dmax作用于B柱
17、左时排架内力图(3)Dmax作用于b柱右根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，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2-66所示。iin44.60125.14 /12.39.552552312.5956.77101.4721.08丁28.17129.48 荡7 123.59 15.77-118.9718.97图2-66 Dmax作用于B柱右时排架内力图2-67所示。(4)Dmax作用于c柱同理，将作用于 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，如图图2-67 Dmax作用在C柱右时排架内力图(5) Tmax作用于a
18、b跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图2-68a所示，对于A柱，n 0.109 ,0.356，得a 3.6m 1.2m /3.6m 0.667，则32 a 1 a2 3anC50.5152 13 1 1nRaTmaxC521.30kN 0.515 -10.97kN同理，对于b柱，n0.281，0.356，a0.667 , C50.598，则：RBTmaxC521.30kN0.598-12.74kN排架柱顶总反力R为：R RA Rb10.97kN 12.74kN23.71kN ()各柱顶剪力为：VARa aR 10.97kN0.277 23.71kN4.40kN ()VBRbbR
19、 12.74kN 0.446 23.71kN2.17kN ()VC cR 0.277 23.71kN6.57kN ()排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图2-68 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。0TmaxTmax10.56C15.21图 2-689.7217.7523.65119.57/716.9尸142.0 71913Tmax作用于AB跨时排架内力图66.366.57(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AB跨情况相同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图 2-69所示。OTmax0TmaxO5.21110.56i图
20、2-69/Z7Tmax作用于BC跨时排架内力图23.65；17.75；9.7266.366.57142.09TZ扁閉57B16.95.内力组合以A柱内力组合为例。表 2-24为各种荷载作用下 A柱内力标准值汇总表，表2-25表2-32、表2-33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2-24中的例图所示。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对e / ho .55的柱进行验算。为此，表 2-33中亦给出了 M k和Nk的组合值，它们均满足e0/h00.55的条件，对设计来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V 项。屋面活载柱号及正向内力荷载类别恒载作用在AB跨作用在B
21、 C跨Dmax作用在A柱吊车竖向荷载Dmax 作Dmax 作Dmax 作吊车水平荷载Tm ax 作Tm ax 作用在用在风荷载B柱左B柱右用在C柱用在A B跨用在BC跨左风右风L-InU序号II IIIIIIII弯矩图11.98237.61-29.78296.4111.76332.996.3910110.5237.8-8.9337.8-4.5837.80.672.30-51.19-56.7744.60-5.299.72236510.50-18.552.30114.41-21.0844.60-5.299.72236510.50-18.55552118.976.4621.98-123.59125.
22、14-14.85119.5766.36139.76-107.20552118.970.64-14.22-15.7712.39-1.4716.96.5730.81-19.10I注：M单位（kN m）, N单位kN , V单位kN截面组 合 项M max 及相应的N、V组 合 项M max及相组 合 项N max及相组 合 项N min及相应 的M、V应的N、V应的M、V1114.811.98114.814.8I I21233275.41237.613275.41237.611-27.481-38.711-38.71-29.78II II2132296.41334.21334.21296.4111
23、1118.227.1813.6418.22III III3223332.99370.793370.79332.991V max相应的M相应的2N37.713.64370.79注：M单位（kN m）, N单位kN , V单位kN表2-26 1.2 恒载+1.4吊车荷载截面组 合 项M max 及相应的N、V组 合 项M max 及相应的N、V组 合 项N max及相 应的 M、V组 合 项卜 min及相应的M、V173.4051-58.95173.405173.405I I65661 179237.61237.619237.619237.619p11118.713-72.161118.7131-
24、55.826II II454767699738.019391.5869738.01296.41III III14237.0691-207.08414237.0691184.116566774.598440.063774.599332.99881Vmax相应的M相应的N6923.454184.11332.99截面组 合 项M max及相 应的N、V组 合 项M的max及相应N、V组 合 项N max及相 应的M、V组 合 项N min及相 应的M、VI I122.481-6.57122.48122.4810237.6111237.6110237.6110237.61II II1-19.281-4
25、8.331-48.331-48.3310296.4111296.4111296.4111296.41III III1151.521-95.441151.521151.5210332.9911332.9910332.9910332.991Vmax相应的M相应的N1037.2151.52332.99注：M单位（kN m）, N单位kN , V单位kN表2-28 1.2 恒载+ 0.91.4（屋面活荷载+吊车荷载+风载）截面组合 项及相应的N、V组合 项及相应的N、V组合 项Nmax及相应的M、V组合项N min 及相应的M、V1,21,279.2511,5-68.5553,679.2511,378
26、.783I I3,67,96,91 199,10271.639237.6110271.6310237.611,31,2115.3841，2-92.6553,4107.3471,7-69.916II II4,65，796,99,10693.859，11416.0810727.8711296.411,21,3346.1361，2-285.802342.1041,3298.4733,4III III4,65，86,86,98,10730.4311463.376764.4510332.99101,2Vmax相应的M相应的N3,69,1050.656294.351367.01截面组合项M max 及相应
27、的N、V组合项M max及相组合项N max 及相应的M、V组合项N min及相应的M、V应的N、VI I1,23,669.80115-51.8601,23,669.8011369.3337699271.639237.61271.639237.611,31,21105.9341, 275.9603,497.897-53.221II II4,65, 7796,99693.859426.088727.87296.411,3220.352-189.3221 , 2216.231172.689III III4,61, 23, 435, 8686, 8730.43463.376764.459332.99
28、1, 2Vmax相应的M相应的N3,622.927168.567367.01注：M单位（kN m）, N单位kN , V单位kN表2-30 1.2 恒载+ 0.91.4（屋面活荷载+风载）截面组合项M max 及相应的N、V组合项M max 及相应的N、V组合项Nh1N max 及 相应的M、V组合项N min及相应的M、V1223.9681-4.7151223.968123.5I I31 1311310271.63237.6110271.6310237.611-18.261-54.5121-54.5121-46.475II II3221011296.4111330.4311330.43296
29、.411143.3581-88.8421139.2361143.358III III3102332.99211367.013367.01310332.99101,2Vmax相应的M相应的N3,1035.298139.236367.01截面组合 项及相应的N、V组合项及相应的N、V组合 项N1N max 及相应的M、V组合 项N min 及相应的M、V1，676.7131,5-68.5551676.7131676.713I I9，10237.617,911237.61910237.61910237.611 ,4113.3141,5-84.6181,4113.3141-69.916II II6，9
30、7,96,9791110693.8511382.06810693.85296.41III III1,46,8340.3221，5-281.6801,46,8340.3221, 6292.6598，119，1010730.43429.35610730.43332.991, 6Vmax相应的M相应的N9，1049.477292.659332.99注：M单位（kN m）, N单位kN , V单位kN表2-32 1.35 恒载+0.71.4屋面活荷载+0.71.4 吊车竖向荷载截面组合项M max 及相应的N、V组合项及相应的N、V组合项N max及相应的M、V组合项N min 及相应的M、VI I1
31、，243.5501-22.2881, 243.5501343.1863，6293.7715267.3113, 6293.7716267.311II II1，357.1531，254.5211, 233.9351-36.8354，6642.5815，7426.5443, 4707.6817333.461III III1，3100.13912-67.8381, 23, 4696.9331396.5904，6683.7335476.025710.1946374.6141，2Vmax相应的M相应的N3，615.91193.384401.073截面组合项M max 及相应的N、V组合项M max 及相应
32、的N、V组合项N max 及相应的M、V组合项N min 及相应的M、VMr NrJ备注1,2,379.2511,5,7-68.5551,243.5501,3,678.78357.6996,9标准值取自N min9 113 69 101 1109,113,66 1 U及相应的M ,V项表14表18表14表14271.63237.61293.771237.61198.0081,4,6Q118.7131,2,57,9-92.6551,4118.7131,7-69.916标准值取自N min9Q QOdd1 1 1 1116,99,|及相应的M ,V项表12表12表14738.01表14416.088738.01296.411,3,46,8346.1361,2,5-285.8021,4237.0691,3,6298.473214.595标准值取自N minIII III8 116 89,10111 111及相应的M ,V项10表14表12表14表14730.43463.376774.59332.99277.491,2,3Vmax相应的M相应的N6,9
