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1、单层工业厂房课程设计混凝土及砌体结构课程设计学生姓名： 学 号：指导教师：专业班级：11土木（1）所在学院：工程学院中国大庆2014年10月目 录1 设计资料12 荷载计算22.1 恒载22.1.1 屋盖恒载22.1.2 吊车梁及轨道重力荷载设计值32.1.3 柱自重重力荷载设计值32.2 屋面活荷载42.3 风荷载42.4 吊车荷载53 排架内力分析63.1 恒载作用下的排架内力分析73.2 屋面活荷载作用下排架内力分析83.2.1 左跨作用屋面活荷载83.2.2 右跨作用屋面活荷载93.3 风荷载作用下排架内力分析103.4 吊车作用下排架内力分析113.4.1 吊车竖向荷载作用下排架内力
2、分析113.4.2 吊车水平荷载作用下的内力分析124 内力组合175 排架柱设195.1 上柱截面配筋计算195.2 下柱截面配筋计算205.3 裂缝宽度验算235.6.1 牛腿截面高度验算245.6.2 牛腿配筋计算245.7 柱的吊装验算256 基础设计266.1 作用于基础顶面的荷载计算276.2 基础尺寸及埋置深度286.3 基础高度验算296.4 基础底板配筋计算31参考文献33单层厂房排架结构设计1. 设计资料某金属结构车间为两跨厂房，安全等级为一级，厂房总长，柱距为，跨度均为。厂房每跨内设一台吊车，左跨为吊车，右跨为吊车，吊车工作级别均为级，轨顶标高为，采用卷材防水屋面，厚双面
3、粉刷围护墙，塑钢窗宽度。室内外高差为，素混凝土地面，厂房建筑剖面图如图1所示。厂房所在地点的基本风压为，地面粗糙度为B类：基本雪压为，修正后的地基承载力特征值为。-0.150柱顶 轨顶+0.000图1 厂房剖面图由图可知柱顶标高为，牛腿顶面标高为，设室内地面至基础顶面的距离为，则计算简图中柱的总高度，下柱高度和上柱高度分别为，根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，可由表2.4.2并参考表2.4.4确定柱截面尺寸。表1 柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面尺寸面积惯性矩自重A、C上柱矩下柱IB上柱矩下柱I图2 计算单元和计算简图2. 荷载计算2.1恒载2.1.1屋盖恒载改性沥青油毡防水
4、层 厚水泥砂浆找平层 厚珍珠岩制品保温层 一毡二油隔汽层 厚水泥砂浆找平层 预应力大型屋板 天沟板 天窗自重 屋架自重 则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为2.1.2吊车梁及轨道重力荷载设计值2.1.3柱自重重力荷载设计值图3 荷载作用位置图A、C柱 （上柱） （下柱）B柱 （上柱） （下柱）2.2屋面活荷载屋面活荷载标准值为，雪荷载标准值为，后者大于前者，故仅按后者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为 的作用位置与作用位置相同，如图3所示。2.3风荷载风荷载标准值按式计算，其中，根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度查荷载规范表8.2.1确定如下：柱顶（标高） 檐口（标高） （标高） 屋顶（标
5、高） （标高） 如图4所示，由式（2.5.2）可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为 图4 风荷载体型系数及排架计算简图则作用于排架计算简图上的风荷载设计值为 2.4吊车荷载2.4.1左跨左跨吊车为吊车，其参数为：，。根据B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值，如图5所示2.4.1.1吊车竖向荷载由式（2.5.4）和式（2.5.5）可得吊车竖向荷载设计值为2.4.1.2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按式（2.5.6）计算，即作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按式（2.5.7）计算，即2.4.2右跨右跨吊车为吊车，其参数为：，根据B及K，可算
6、得吊车梁支座反力影响线中个轮压对应的竖向坐标值，如图6所示2.4.2.1吊车竖向荷载由式（2.5.4）和式（2.5.5）可得吊车竖向荷载设计值为2.4.2.2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按式（2.5.6）计算，即作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按式（2.5.7）计算，即图5 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按式（2.5.16）计算，结果见表2表2 柱剪力分配系数柱别A、C柱B柱3.1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7所示，图中的重力荷载及力矩是根据图确定的，
7、即；由于图7a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可根据表2.5.2所列的相应公式计算，对于A、C柱，则求得后，可用平衡条件求出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值和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图7c。图7d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。图7 恒载作用下排架内力图3.2屋面活荷载作用下排架内力分析3.2.1 AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图8a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，则图8 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图 （）则排架柱顶不动铰支座
8、总反力为 （）将R反向作用于排架柱顶，用式（2.5.15）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、轴力图及柱底剪力图如图8所示。3.2.2 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，故只需将图中各内力图的位置及方向调整一下即可，如图9所示。3.3风荷载所用下排架内力分析3.3.1左吹风时计算简图如图10a所示。对于A、C柱， ，由表2.5.2得图9 BC跨作用屋面活荷载时排架内力图图10 左吹风时排架内力图 （）（）（）各柱顶剪力分别为 （）（）（）排架内力图如图10所示。3.3.2右吹
9、风时计算简图如图11a所示，将图10b所示A、C柱内力图对换且改变内力符号后可得如图11b所示。图11 右吹风时排架内力图3.4吊车荷载作用下排架内力分析3.4.1作用于A柱计算简图如图12a所示，其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为 对于A柱，则 （）对于B柱，由表2.5.2得 排架各柱顶剪力分别为 （） （） （）排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图12所示。图12 作用在A柱时排架内力图3.4.2作用于B柱左计算简图如图13a所示，计算如下： 柱顶不动铰支座反力，及总反力分别为 （） （） （）各柱顶剪力分别为 （） （） （）排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图13所示。
10、图13 作用在B柱左时排架内力图3.4.3作用于B柱右计算简图如图14a所示，计算如下： 柱顶不动铰支座反力，及总反力分别为 （） （） （）各柱顶剪力分别为 （） （） （）排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图14所示。图14 作用在B柱右时排架内力图3.4.4作用于C柱计算简图如图14a所示，计算如下： 柱顶不动铰支座反力，及总反力分别为 （） （） （）各柱顶剪力分别为 （） （） （）排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图15所示。图15 作用在C柱时排架内力图3.4.5作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图16a所示，对于A柱，由表2.5.3得，则 同理
11、，对于B柱， 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图如图16所示，当方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。图16 作用于AB跨时排架内力图图17 作用于BC跨时排架内力图3.4.6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“作用于AB跨柱”的情况相同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图17所示。4. 内力组合以A柱内力组合为例。表3为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表，表4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3中的例图所示。内力组合按式（2.5.19）式（2.5.21）进行。表4中所列出的组合的内力设计值，已分别是4项组合中最不
12、利的情况。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用准永久值，同时只需对的柱进行验算。为此，表4中亦给出了和的组合值，对本例来说，这些值均取自及相应的和一项。- 18 -单层工业厂房课程设计表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左跨作用在右跨作用在A柱作用在B柱左作用在B柱右作用在C柱作用在左跨作用在右跨左风右风序号-17 -M12.770.472.41-52.81-60.2633.121.306.9625.4923.29-36.12N286.5845.36000000000-M-41.74-10.872.41103.72-1.1333.121
13、.306.9625.4923.29-36.12N343.745.40521.76197.11000000-M23.15-4.118.38-26.84-138.64115.004.50128.8688.50238.28-203.84N393.7945.360521.76197.11000000V7.290.760.67-14.67-15.459.200.3611.827.0836.75-25.12注：M（单位为kNm），N（单位为kN），V（单位为kN）。单层工业厂房课程设计- 18 -截面及相应的N，V及相应的N，V及相应的M，V及相应的M，V 备注-M0.9+0.7()0.70.90.674
14、.63/1.20.80.70.80.70.90.6-74.571.35/1.20.7()0.70.937.25/1.20.90.70.70.90.672.1745.62一项考虑重力荷载效应起控制作用N318.33238.82354.15238.82238.82-M/1.20.80.70.70.80.70.90.698.460.90.70.70.8()0.6-93.870.9()0.70.9 0.664.05/1.20.90.70.90.6-32.70N703.82485.83845.04286.42-M0.70.70.8()0.7391.98/1.20.70.90.70.9-355.950.9
15、0.70.70. 90.6220.27/1.20.70.70.9391.64N685.98484.09895.13328.16V48.89-35.6924.1253.55282.74-248.74160.09285.25536.87439.54686.26328.1635.79-23.7618.1039.99表4 A柱由可变荷载控制作用的内力组合注：M（单位为kNm），N（单位为kN），V（单位为kN）。单层工业厂房课程设计5. 柱截面设计混凝土强度等级为C35，；纵向钢筋采用HRB400级，。上、下柱均采用对称配筋。5.1选取控制截面最不利内力对上柱截面有效高度取，则大偏心受压界限破坏时对应
16、的轴向压力为由表可见，上柱-截面共有4组不利内力，4组内力均满足。故均为大偏心受压，对这4组内力，按照“弯矩相差不多时，轴力越小越不利；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则，可确定上柱的最不利内力为 对下柱截面的有效高度取，则大偏心受压与小偏心受压界限破坏时对应的轴向压力为。由表3可见，下柱-和-截面有8组不利内力，均满足对这8组内力采用与上柱-截面相同的分析方法，可得下柱的最不利内力为-截面 -截面 5.2上柱配筋计算上柱的最不利内力为 查由附表11.1可得有吊车厂房排架方向柱的计算长度为 （取） （取） 故取进行计算选316（）则，满足要求。由附表11.1，可得垂直于排架方向柱的计算长度
17、， 满足弯矩作用平面外的承载力要求。5.3下柱配筋计算由分析结果可知，下柱取下列两组为最不利内力进行配筋计算： 5.3.1按计算查附表11.1，得下柱计算长度，截面尺寸，。（取）（取）先假定中和轴在受压翼缘内侧且，为大偏心受压构件，受压区在受压翼缘内侧。 5.3.2按，计算 （取）先假定中和轴在受压翼缘内,则 且，为大偏心受压构件，受压区在受压翼缘内侧。取进行计算 选418()5.3.3验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力 满足要求5.4柱的裂缝宽度验算规范规定，对的柱应进行分裂缝宽度验算，由表4可知，按荷载准永久值组合计算时，上柱及下柱的偏心距分别为 故不需要进行裂缝宽度验算5.5柱箍筋配置非
18、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。5.6牛腿设计 根据吊车梁支撑位置，截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图18所示，其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度，。图18 牛腿尺寸示意图5.6.1牛腿截面高度验算 按式（2.6.1）验算，其中，（牛腿顶面无水平荷载）。，取，按下式确定：由式（2.6.1）得故牛腿截面高度满足要求。5.6.2牛腿配筋计算由于，因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，实际选用414（）水平箍筋选用。5.7柱的吊装验算5.7.1内力计算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊，由表2.4.6可得柱插入杯口深度
19、为，取，则柱吊装时总长度为计算简图如图19所示。 图19 柱吊装计算简图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，则下柱段最大弯矩为 5.7.2承载力和裂缝宽度验算上柱配筋为（316）其承载力按下式进行验算： 上柱裂缝宽度验算如下： （取）满足要求下柱配筋（418）其受弯承载力按下式进行验算。 下柱裂缝宽度验算如下： （取） 满足要求6. 基础设计GB50007-2002建筑地基基础设计规范规定，对于6m柱距的单层多跨厂房，其地基承载力特征值。吊车起重量，厂房跨度，设计等级为丙级时，可不作地基变形验算。基础混凝土强度等级采
20、用C20，下设100mm厚C10的素混凝土垫层。6.1 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，见表5，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。图20 基础荷载示意图表5 基础设计的不利内力组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第1组391.98685.9848.89282.74536.8735.79第2组-355.95484.09-35.69-248.74439.54-23.76第3组220.27895.1324.12160.0968
21、6.2618.10由图可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0m，总高度为13.23m，墙体为240mm双面粉刷墙（）塑钢窗（），基础梁重量为，基础梁截面为。每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：240mm双面粉刷墙 塑钢窗 基础梁 距基础形心的偏心距为 6.2基础尺寸及埋置深度6.2.1按构造要求拟定高度 由表2.4.6得柱的插入深度。取。由表2.4.7得杯底厚度应大于取则基础顶面标高为，故基础埋置深度为 由表2.4.7得杯壁厚度，取325mm；基础边缘高度取，台阶高度取，见图。6.2.2拟定基础底面尺寸由式2.7.2得 适当放大，取6.2.3计算基底压力及验算地基承载力 基地压力按式2.7.
22、3计算，结果见表6，按式2.7.8验算地基承载力，其中，验算结果见表6，可见，基础底面尺寸满足要求。表7 基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第1组第2组第3组282.74536.8735.79-248.74439.54-23.76160.09686.2618.10948850.671097.39148.5853.9931.35150.42131.66102.82101.29180148.5821690.89180150.42216117.19180131.662166.3基础高度验算这时应采用基底净反力设计值，和可按式2.7.3计算，结果见表8。对于第2组内里，按式2.7.3计算时故对该组
23、内力应按式2.7.7计算基底净反力，即表8 基础底面净反力设计值计算表类别第1组第2组第3组391.98685.9848.89-355.95484.09-35.69220.27895.1324.12808.68606.791017.83153.7519.04150.910140.4577.03 由式2.7.7得 因台阶高度与台阶宽度相等（均为400mm）所以只需验算变阶处的受冲切承载力，变阶处受冲切承载力计算截面如图所示，变阶处截面有效高度图21 基础变阶处冲剪破坏截面因为，所以应按式2.7.13计算，即 由式2.7.10得 ；因故取，由式2.7.11得 ，取，则由式2.7.9得 6.4基础底
24、板配筋计算6.4.1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9。其中第1、3组内力产生的基底反力示意图见图。第2组内力产生的基底反力示意图见图。用表列公式计算第2组内力产生的和时，相应的2.25/3.6和2.65/3.6分别用1.29/2.64和1.69/2.64代替，且图22 基底板配筋计算截面6.4.2柱边及变阶处弯矩计算 表9 柱边及变阶处基底净反力计算公式第1组第2组第3组103.2373.74116.67118.296.61123.71128.49112.33128.56135.98123.76132.0886.4075.46108.74 6.4.3配筋计算基础底板受力钢筋采用HRB400级（）长边方向钢筋面积为 选用10100（）基础底板短边方向钢筋面积为 选用10120（）基础底板配筋图见图，由于所以杯壁不需要配筋。7.参考文献1罗福午 方鄂华 叶知满. 混凝土结构及砌体结构（第二版）M2003.22混凝土结构设计规范GB50010-20103陈安英 陈昌宏. 土木工程专业课程设计 冶金工业出版社M20124彭少民. 混凝土结构（下册）武汉理工大学出版社M2011.25建筑地基基础设计规范GB0007-2002 - 39 -
