单层工业厂房排架结构计算书.docx

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1、单层工业厂房排架结构的设计、工程概况:1. 设计题目:某锻工车间为一单层单跨钢筋混凝土装配式结构，跨度为18 m ，长度为66 m。选用两 台中级工作制桥式吊车，轨顶标高9.80 m，考虑散热通风要求，需设置天窗和挡风板。2. 设计任务:1）完成屋面板、屋架、天窗架、天沟、吊车梁、基础梁等构件的选型，并初步确 定排架和柱的截面尺寸；2）进行结构布置（包括支撑布置）；3）排架荷载计算；4）排架内力计算；5）牌价内力组合；6）柱子配筋设计（包括牛腿）；7）柱下单独基础计算；8）绘制施工图（1号图纸及2号图纸各一张，其中一张要求为手工绘制），内容包括:A. 基础平面布置图及基础配筋图；B. 屋盖结构

2、布置及结构布置平面图；C. 柱子配筋图。3. 设计资料：1）荷载25KN/4.92KN/ 0.4KN/ 0.4 KN/ 0.6 KN/0.35 KN/0.5 KN/0.5 KN/0.5 KN/0.45 KN/0.45 KN/10 t，15 t / 3 t钢筋混凝土容重 一砖墙（单面粉刷）20mm水泥砂浆找平层 钢门窗自重钢轨及垫层二毡三油防水层（沿斜面） 屋面活荷载（沿水平面） 屋面积灰荷载（沿水平面） 施工活荷载（沿水平面） 风荷载（基本风压） 雪荷载（基本雪压） 吊车荷载2）桥式吊车的技术参数：吊车跨度额定起重量Q吊车宽度B（m）轮距K（m）吊车总重G（KN）小车重g（KN）最大轮压（KN

3、）10t (98KN)5.04.114729.910115 t / 3 t (147/29.4KN)5.164.121566.11483）工程地质资料:根据地质钻探报告，天然地面下1.2 m处为老土层，修正后的地基承载力为120 KN/ ，地下水位在地面下1.3 m （标高-1.45 m）。4）材料：混凝土：柱C30，基础C20钢筋：受力筋为HRB 400级钢筋，钢箍、预埋件及吊钩为HPB 300级钢筋砌体：M5砖，M2.5砂浆5）补充资料：风载体型系数：-0. 64+0. 3一0.8风载体型系数-0.r0.68-、结构设计：1.结构平面布置：1）构件选型：A. 屋面板 板自重1.3 KN/（

4、沿屋架斜面） 嵌缝0.1 KN/（沿屋架斜面）B. 天沟板 图：天沟板770重17.4 KN/块（包括积水重）C.天窗架采用门型钢筋混凝土天窗架。11.5KN26.2KN26.2KN11.5KN300060003000天窗架及挡风板集中荷载D. 屋架采用预应力钢筋混凝土折现型屋架的型号为：YMJA-18xBb上弦杆：下弦杆：腹杆：（F1）（F2）（F3）E. 屋盖支撑屋盖支撑0.05 KN/（沿水平面）F, 梁、柱和基础 吊车梁重44.2 KN/根 （高1200 mm）； 基础梁重15.7 KN/根 （高450 mm）； 联系梁、过梁均为矩形截面； 排架柱建议尺寸：上柱为矩形下柱为工字形OO4

5、排架柱基础采用单独杯形基础或条形基础，基础顶面标高为0.6 m。2）结构平面布置图（此处略，详见图纸）2.排架柱1）截面特性、几何尺寸：A. 上柱为矩形惯性矩为:面积为：B. 下柱为工字形面积为：惯性矩为：2）荷载计算：A.恒荷载：I.屋盖部分传来：天窗重屋面板重嵌缝重防水层重找平层重屋盖支撑重屋架重合计每块天沟板及积水重-合计II. 柱自重： &上柱：下柱：柱身（）牛腿III. 吊车梁自重：B.活荷载 ：I. 屋面活荷载：屋面活荷载（沿水平面）0.5 KN/II. 雪荷载：III. 积灰荷载：屋面积灰荷载（沿水平面）0.5 KN/IV. 总计：排架计算时，屋面活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两

6、者中的大值计算，并与积灰荷载同时考虑，故，活荷载为： （）C.吊车荷载:吊车跨度额定起重量Q吊车宽度B（m）轮距K（m）吊车总重G（KN）小车重g（KN）最大轮 压（KN）最小轮 压（KN）10t (98KN)5.04.114729.910121.515 t / 3 t (147/29.4KN)5.164.121566.114833根据max minG + Q2，可得最小轮压。（见上表）且, 竖向吊车荷载:对于不利情况一：D = P (y. + y)= 148 x (1 +1.9/6) +101 x (0.92/6 + 5.02/6) = 294.86KND . =EP . (y. + y)=

7、 33x(1 +1.9/6) + 21.5x(0.92/6 + 5.02/6) = 64.735KN对于不利情况二：D =X P (y. + y)= 101 x (1 +1.9/6) +148 x (0.92/6 + 5.02/6) = 279.5KND . =EP _ (y. + y)= 21.5x(1 +1.9/6) + 33x(0.92/6 + 5.02/6) = 60.978KN故，综上所述，D= 294.86KNDmaX = 64.735KN 吊车水平荷载：采用软钩吊车：每个车轮传给吊车梁的水平力为: 10 t (98KN)T = Ttra 4 = 0.12(2 + g )/4 =

8、3.827 KN 15 t / 3 t (147/29.4KN)T =七、=0.1(2 + g)/4 = 5.3275KN产生 气x=T叫+七)的，吊车情况如不利情况一：maxT =S T (y + y ) = 5.3275 x (1 +1.9/6) + 3.827 x (0.92/6 + 5.02/6) = 10.8KNmaxi i i考虑两台吊车作用，对吊车荷载进行折减0.9,如下：D = 0.9 x 294.86 = 265.4KNDmaX = 0.9 x 64.735 = 58.3KNT min= 0.9 x 10.8 = 9.72KND.风荷载：柱顶离室外地坪高度为12+0.15=1

9、2.15 m查荷载规范，风压高度变化系数为：七=0.74P = 1.0R s = 0.8 & -0.5q1 = P R R W01 = 1.0 x 0.8 x 0.74 x 0.45 x 6 = 1.5984KN / mq2 = P R R W01 = 1.0 x 0.5 x 0.74 x 0.45 x 6 = 1.0KN / m屋面与天窗架风荷载折算成作用在柱顶上的集中水平风荷载计算：屋架檐口离室外地坪高度：14.5-0.4+0.15=14.25 m R = 0.74挡风板屋架交界处离室外地坪高度：14.55+0.15=14.7 m R=0.74z天窗屋架交界处离室外地坪高度：15.15+0

10、.15=15.3 m R, = 0.746天窗檐口离室外地坪高度：17.22+0.15=17.37 m R = 0.7874天窗顶离室外地坪高度：17.52+0.15=17.67 m R = 0.7934计算简图如下：可得各荷载:序号PR5RW0q(KN/m)方向110.80.740.453.552一210.30.740.451.332一311.40.78740.456.61416一410.80.7460.453.5808J510.80.78740.453.77952J610.70.79340.453.33228J710.70.79340.453.33228一810.60.78740.452.

11、83464一910.60.7460.452.6856一1010.60.740.452.664一1110.50.740.452.22一故， 29.07 KN （一）作用点标高为12.00 m。3）内力分析：排架计算简图及荷载作用如下图:计算简图A.恒载作用下的排架内力:恒载作用下 计算简图N3/I.由产生的弯矩和轴力:。J f =1212 Zl + X3(_-1)nH.由柱自重 &上柱：产生的弯矩和轴力:下柱:仅产生轴力不产生弯矩III.有 产生的弯矩和轴力：厂、()屋面活荷载的作用位置与由屋面传来的恒荷载相同，故相应的内力成比例。活载作用下计算简图及内力图:2.56M22M_(KN.m)计算简

12、圈/8.24M11C. 吊车竖向荷载作用下排架内力:I. 最大轮压作用于A柱时，M =DA-Rg-RbDo ixP血、B柱:M =DDmaz厂 MiDmioXXX /、/z计算筒囹Dnunw ZZ/，则A柱与B柱柱顶的A柱与B柱相同，故剪力分配系数 剪力为：A柱:内力图为:II.最大轮压作用于B柱时，由于结构的对称性，A柱同1中B柱的情况，B柱同1中A柱的情况。M、N图可以参照得出。内力图:/XXXD.吊车水平荷载作用下排架内力:I.向左作用：柱中轴力为零。由前述所得，C - m (0.416 c c2 1.8人 + 人3 0.2C =rL = 0.6851 + *D x 之R = R = C

13、 T = 0.68 x 9.72 = 6.6KN考虑空间作用分配系.am，查表得，且a柱与b柱相同，剪力分配系数，则A柱与B柱柱顶的剪力为：A柱：入=()B柱：=()其，计算简图为：吊车水平荷载作用下的内力图如下：II. 向右作用：由于结构的对称性，此种情况下的内力图，可以同样分析得到。III. 作用下的内力图为：E.风荷载作用下排架内力:I.左来风的情况:q1 =。日日 Wl = 1.0 x 0.8 x 0.74 x 0.45 x 6 = 1.5984KN / mq2 =。日日 W01 = 1.0 x 0.5 x 0.74 x 0.45 x 6 = 1.0KN / m29.07 KN (一)

14、C113兰M = 0.3438 1 + %H 3(1 - 1)R = C q H = 0.343 x 1.5984 x 12.6 = 6.91KN.R = C q H = 0.343 x 1.0 x 12.6 = 4.32KN211 2排架单元为对称结构，柱中的轴力为零，计算简图如下:A柱与B柱相同，故剪力分配系数剪力为:B柱柱顶的B柱：=内力为 :7 / /M (KN.m) 、293.763.47293.7278,863.4758.02278.8II. 右来风的情况：由于结构对称，其弯矩图，如上图中的虚线所示。4）内力组合：排架单元为对称结构，可考虑A柱一边，内力方向及验算截面如图：（计算结

15、 果详见附录三表）5）排架柱设计：A. A轴柱：I.设计资料： 截面尺寸：上柱为矩形下柱为工字形25 80025 材料等级：混凝土：柱C30钢筋：受力筋为HRB 400级钢筋，钢箍、预埋件及吊钩为HPB 300级钢筋计算长度：柱高大于8米，设柱间支撑排架平面内（排架方向）：上柱：下柱：排架平面外（垂直排架方向）：上柱：II.下柱：内力：上柱：=0.55A _0.8_0.8& b = f =匚 3601 + 0.003E*0.0033 x 2 x 10人6S内力表中I-I截面控制内力均小于，所以属于大偏心受压，故选取弯矩较大，轴力较小的情况。经比较可选取该内力组合：N=330.3KN； M=92

16、.0676KN.mN=295.0425KN； M=-14.83KN.m由于下柱在长度范围内配筋相同，比较II-II及III-III截面控制内力，可看出III-III截面其控制作用。III-III截面控制内力N均小于，属于大偏心受压，故选取弯矩较大， 轴力较小的情况，选取内力组合为：N=818.0556 KN； M=533.5638 KN.mN=378.492 KN； M=493.4958 KN.mIII. 配筋计算（采用对称配筋） 上柱：/弯矩平面内承载力验算：采用对称配筋，由上述可知，该截面为大偏心，通过大偏心计算 公式可以计算得其配筋。详细结果见附录一表一。根据表格计算结果，可知设置的纵向

17、受拉钢筋为：220箍筋直径不应小于d/4，且不应小于6 mm （d为纵向受拉钢筋 的最大直径）；箍筋间距不应大于400 mm及构件截面的短边尺 寸，且不应大于15 d （d为纵向受拉钢筋的最小直径）。故，箍筋选用：6200/垂直弯矩平面的承载力验算：采用轴压进行验算。详细结果见附录一表二。 下柱：在所有的内力组合中，所用内力均小于，故易知，中和轴均在翼 缘内。对于工字形截面，首先根据面积相等的原理，将截面等效为简化截面。面积为：惯性矩为：/弯矩平面内承载力验算：采用对称配筋，由上述可知，该截面为大偏心，通过大偏心计算 公式可以计算得其配筋。详细结果见附录一表一。根据表格计算结果，可知设置的纵向

18、受拉钢筋为：4 22箍筋直径不应小于d/4，且不应小于6 mm （d为纵向受拉钢筋 的最大直径）；箍筋间距不应大于400 mm及构件截面的短边尺 寸，且不应大于15 d （d为纵向受拉钢筋的最小直径）。故， 箍筋选用：6200。/垂直弯矩平面的承载力验算：采用轴压进行验算。详细结果见附录一表二。i = 4TTa = 970mm人=l0/i = 74.2查表得：0=0.713可以验算垂直弯矩作用平面的承载力，详细结果见附录一表二。IV.牛腿计算：吊车梁与牛腿的关系，参见下图:牛腿面上无水平力。作用于牛腿面的竖向荷载为: 牛腿截面尺寸的验算一一高度验算：f = 2.0N / mm 2 b = 40

19、0mma = 0=-+ ,=400-35+200h h a c tga0.8 x 叩tk = 0.8 x 400 x 565x 2 = 723.2KN max 200,匚 l = 770mm 伸入根部的牛腿纵向受力筋的下弯位置不应与上、下柱的纵向受力钢 筋相重合。VI.吊装阶段验算： 荷载：上柱：牛腿：下柱：柱脚: 考虑荷载系数1.2,动力系数1.5，结构重要性系数0.9 上柱：牛腿： 下柱： 柱脚： 内力: 采用结构力学求解器计算柱内力可得:7*tlO所以可得各内力为: 标准值：设计值：配筋验算：现按平吊验算，截面按双筋截面计算，裂缝允许宽度m 0.3mm 具体计算结果见附录二表。VII.柱

20、中吊环设计：则，吊环采用I级钢筋，按上图所示布置吊环，则每个吊环承受的力为:按规范规定，在构件自重标准值下，每个吊环按两个截面计算的应力不应大于65KN/mm2，于是有：所以在A处每个吊环用1 12；在C处每个吊环采用1 18弯成。B. B轴柱：由于排架单元为对称结构，所以B轴柱设计与A轴柱相同。3.杯形基础：1）基础设计参数：柱下单独杯形基础，基础顶部标高为-0.60 m，基底标高为-1.80 m；下柱的截 面尺寸为400mm 800mm；天然底面下1.2m处（标高为-1.35m）为老土层， 修正后的地基承载力为120KN/m2 ； 土及基础平均重度为；基础采用C20，HPB300级钢筋（I

21、级钢筋），基底采用100厚素混凝土垫层。2）基础设计荷载：取 III-III 截面组合力为：N=818.0556 KN； M=533.5638 KN.m V=51.64KNN2为基础梁、墙、窗自重设计值：基础梁重： 钢门窗重：（）一砖墙重：（）过梁连系梁重： 合计至底面中心距离为0.4+0.24/2=0.52m计入地下柱重为：3）基础底面尺寸的确定：根据地基承载力确定柱下独立基础底面尺寸1085.5656, F_A k= 12.41m2f y g - d 120 - (20 x 1.45 + 0.35 x 10)考虑偏心，取故定，柱下独立基础的尺寸为: 实际基础的底面积为:4）地基承载力验算：

22、p = Fk + Gk = 1654.32 = 94.53KPa f = 120KPak A 17.5p = Fk + Gk + = 94.53 土 459.42 = 94.53 土 31.51 = 126.04(63.02)KPak max lb W14.58k minxPk 0lPk max 技fa地基承载力满足要求。5）基础冲切承载力验算: 地基净反力计算:F 1085.5656=62.03KPaA 17500000F M .459.42 一 一Pk max k min=土 奸=62.03 土 一 = 93.54(30.52) KPalb W14.58上阶底刚好落在冲切破坏角锥形内，所以

23、对柱边不作冲切验算。 假设基础高度h为：1200 mm，则基础有效高度为相关系数:II3 hp= 1.0 ft =1-10 MPaat=a=1200 mm=1200+1530=2730 mmA =fb - b - h -fl - - - h T =(2500 - 800 - 765)x 3500 -(1750 - 600 - 765* i 2 20) 2 20)=3124000mm 2F = pA, = 292.22KNa = (a + a )/2 = 1965mmF 0.75故，杯壁内可不配筋。设计控制截面在变阶处，此时相应的和的值分别为：5.0p = 30.52 + (93.54 - 30.52) x 055 十15 孔6 = 72.11KPa长边方向：M = a 2i 12 1(2/ + aPmax+p I+ (p max - p I)l=157.97KN .m短边方向：M = (l a(2b + bl p + p迨)=43.75KN.mii48 max min A j所以配筋为: 长边方向：A =工 si0.9 f h0=849.8mm 2短边方向：A sli=237.8mm 20.9f (h d)y 0所以两个方向配筋可取为一样，其产生的钢筋面积的误差在0.5%范围内，故 实际在长边和短边方向的配筋为；中8200(实际配筋面积为1256.6mm2)。