混凝土及砌體結(jié)構(gòu)課程設(shè)計金屬結(jié)構(gòu)車間雙跨等高廠房

1、混凝土及砌體結(jié)構(gòu)課程設(shè)計學生姓名：學 號：導教師：所在學院：工程學院專 業(yè)：07級土木專升本中國·大慶2010年10月單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計任務書一、設(shè)計題目：金屬結(jié)構(gòu)車間雙跨等高廠房。 (每人一題，按學號分配)二、設(shè)計內(nèi)容：1計算排架所受的各項荷載；2計算各種荷載作用下的排架內(nèi)力(對于吊車荷載不考慮廠房的空間作用)；3柱及牛腿設(shè)計，柱下單獨基礎(chǔ)設(shè)計；4繪施工圖：柱模板圖和配筋圖；基礎(chǔ)模板和配筋圖。三、設(shè)計資料1金屬結(jié)構(gòu)車間為兩跨廠房，安全等級為一級，廠房總長54m，柱距為6m，廠房剖面如圖1、2、3所示；2廠房每跨內(nèi)設(shè)兩臺吊車，吊車均為軟鉤吊車；3建設(shè)地點為東北某城市(基本雪壓0.40k

2、nm，基本風壓0.50knm2，凍結(jié)深度2.0m)；4地基為均勻粘性土，地基承載力特征值190kpa；5廠房標準構(gòu)件選用及載荷標準值：(1)屋架采用梯形鋼屋架，屋架自重標準值：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(均包括支撐自重)(2)吊車梁選用預應力混凝土吊車梁，參數(shù)見表3。軌道及零件自重0. 8knm，軌道及墊層構(gòu)造高度200mm；(3)天窗采用矩形縱向天窗，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，側(cè)板

3、、窗扇支撐等自重)；(4)天溝板自重標準值為2.02knm；(5)圍護墻采用240mm雙面粉刷墻，自重5.24kn/m2。塑鋼窗： 自重0.45knm2，窗寬4.2m，窗高見圖1。(6)基礎(chǔ)梁截面為250 mmx600mm；基礎(chǔ)梁自重4.2knm；6材料：混凝土強度等級為c30，柱的受力鋼筋采用hrb335級或hrb400級，箍筋采用hpb235級；7屋面卷材防水做法及荷載標準值如下：防水層：0.4knm2；25mm厚水泥沙漿找平層：0.5knm2；100mm厚珍珠巖制品保溫層：0.4knm2；隔汽層：0.05knm2；25mm厚水泥砂漿找平層：0.5knm2；預應力大型屋面板：1.4knm2

4、。8屋面均布活荷載為0.5knm2。圖1 圖2圖3表1 各學號所對應的橋式吊車和牛腿標高跨度左跨吊車序號右跨吊車序號c1c2c3c4c1c2c3c4c1c2c3c418123456789101112c118131415161718192021222324c218252627282930313233343536c321373839404142434445464748c121495051525354555657585960c221616263646566676869707172c324737475767778798081828384c424858687888990919293949596c1249

5、79899100101102103104105106107108c227109110111112113114115116117118119120c327121122123124125126127128129130131132c427133134135136137138139140141142143144c130145146147148149150151152153154155156c230157158159160161162163164165166167168c330169170171172173174175176177178179180c4軌頂標高(m)7.88.18.48.79.09.39

6、.69.910.210.510.811.1表2 吊車數(shù)據(jù)（工作級別a5）吊車序號起重量(kn)橋跨lq(m)小車重g(kn)最大輪壓pmax(kn)大車輪距bq(m)軌道中心之端部距離b(mm)軌頂以上高度h(mm)大車寬b(m)吊車總重g(kn)c1160/3216.563.261634.0023020975.95523019.563.261854.1026020976.05527022.563.261934.1026021876.05530025.563.262055.0026021856.39034028.563.262145.0026021856.390380c2200/5016.56

7、9.771854.0023020995.95524019.569.772074.1026020996.05529022.569.772164.1026021896.05532025.569.772305.0026021896.39037028.569.772395.0026021896.390400c3320/5016.51092784.6526023416.64033019.51093014.7030024716.69038022.51093134.7030024716.69041025.51093315.0030024716.99046028.51093445.0030024716.990

8、500c4500/10016.51554204.8030027346.77544019.51554304.8030027346.77549022.51554564.8030027346.77553025.51554745.0030027346.97558028.51554875.0030027346.975620表3 吊車梁數(shù)據(jù)（工作級別a5）梁型號起重量(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

9、： 1、土木07專升本選1-55號方案2、土木07（2）選60-114號方案3、土木07（1）選120-165號方案目 錄1 設(shè)計資料12 計算簡圖的確定12.1柱頂面標高的確定12.2柱截面尺寸的確定13 荷載計算23.1 恒荷載23.1.1 屋蓋恒荷載23.1.2 吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計值23.1.3 柱自重重力荷載設(shè)計值33.2 屋面活荷載33.3 風荷載33.4 吊車荷載53.4.1 吊車豎向荷載設(shè)計值53.4.2 吊車橫向水平荷載54 排架內(nèi)力分析64.1恒載作用下排架內(nèi)力分析64.2屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析74.2.1 ab跨作用屋面活荷載74.2.2 bc跨作用屋面活荷載9

10、4.3風荷載作用下排架內(nèi)力分析94.3.1左吹風時94.3.2右吹風時104.4 吊車荷載作用下排架內(nèi)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 內(nèi)力組合156 柱截面設(shè)計186.1 上柱配筋計算186.2 下柱配筋計算196.2.1按計算196.2.2按計算206.3 柱的裂縫寬度驗算216.4 柱箍筋配置226.5 牛腿設(shè)計226.5.1 牛腿截面高度驗算226.5.2 牛腿配筋計算226.6 柱的吊裝驗算22

11、7 基礎(chǔ)設(shè)計247.1作用于基礎(chǔ)頂面上的荷載計算247.2 基礎(chǔ)尺寸及埋置深度257.2.1按構(gòu)造要求擬定高度h257.2.2基礎(chǔ)埋置深度d257.2.3 擬定基礎(chǔ)底面尺寸257.2.4 計算基底壓力及驗算地基承載力257.3 基礎(chǔ)高度驗算267.4 基礎(chǔ)底板配筋計算287.4.1 柱邊及變階處基底反力計算287.4.2 柱邊及變階處彎矩計算297.4.3 配筋計算298 參考文獻30混凝土與砌體結(jié)構(gòu)課程設(shè)計1 設(shè)計資料本設(shè)計對應任務書第28號方案，左跨吊車為c4，起重量50，右跨吊車為c3，起重量32（按最大起重量計算）。軌頂標高8.7，跨度18,選擇吊車橋跨均為16.5。吊車梁均選用ydl

12、-4型號，梁高1.5，梁重60.3。2 計算簡圖的確定2.1柱頂面標高的確定由已知條件可確定柱頂標高為11.6m，牛腿頂面標高（軌頂標高吊車梁高）為7.2m，設(shè)室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離為0.5m，則計算簡圖中柱的總高度h、下柱高度hl和上柱高度hu分別為：（因為減去了0.2m的軌道高，所以是7.0m），2.2柱截面尺寸的確定根據(jù)柱的高度、吊車起重量及工作級別等條件，查表得出柱的截面尺寸見表1。表1 柱截面尺寸及相應的計算參數(shù)柱號 計算參數(shù)截面尺寸/mm面積/mm2慣性矩/mm4自重/（kn/m）a,c上柱矩500×5002.5×10552.08×1086.25下柱

13、i500×1200×200×1002.88×105705.15×1087.2b上柱矩500×7003.5×105142.92×1088.75下柱雙500×1600×300×1004.0×1051370×10810取一榀排架進行計算，計算單元和計算簡圖如圖1所示。 a，c柱 b柱 圖1 計算單元和計算簡圖（圖已放大）3 荷載計算3.1 恒荷載3.1.1 屋蓋恒荷載 防水層 0.4kn/m225mm厚水泥砂漿找平層 0.5kn/m2100mm厚珍珠巖制品保溫層 0.4k

14、n/m2隔汽層 0.05 kn/m225mm厚水泥砂漿找平層 0.5 kn/m2預應力大型屋面板 1.4 kn/m2 3.25 kn/m2屋架重力荷載為81.50 kn/每榀，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)重力荷載設(shè)計值為：3.1.2 吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計值3.1.3 柱自重重力荷載設(shè)計值a、c柱上柱：下柱： b柱上柱：下柱： 各恒荷載作用位置如圖2所示。3.2 屋面活荷載屋面活荷載標準值為0.5kn/m2，雪荷載0.4kn/m2，后者小于前者，故僅按前者計算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計值為：q1的作用位置與g1相同，如圖2所示。 圖2 荷載作用位置圖（單位kn）3.3 風荷載風荷載標準值按式計算

15、，其中，柱頂 （標高11.6m） s=1.045；檐口1（標高13.3m） s=1.092；屋頂1（標高17.35m） s=1.192；檐口2（標高14.3m） s=1.1204；屋頂2（標高13.3m） s=1.182；s如圖3所示，由式k=zsz0可得排架迎風面及背風面的風荷載標準值分別為：；則作用于排架計算簡圖上的風荷載設(shè)計值為： 圖3 風荷載體型系數(shù)及排架計算簡圖3.4 吊車荷載（這時要添加右跨c3，將結(jié)果改為用大吊車的起重量計算）查表得500/100kn吊車的參數(shù)為大車寬，大車輪距，小車重，起重量，最大輪壓，最小輪壓。查表得320/50kn吊車的參數(shù)為大車寬,大車輪距，小車重，起重量

16、，最大輪壓，最小輪壓，由于500/100kn吊車的最大輪壓大于320/50kn吊車近1.5倍，且最小輪壓相差不大，故左右兩跨吊車荷載均按500/100kn吊車計算。由500/100kn吊車的b，k可算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對應點的豎向坐標值，如圖4所示。圖4 吊車荷載作用下支座反力影響線3.4.1 吊車豎向荷載設(shè)計值 3.4.2 吊車橫向水平荷載作用于每個輪子上的吊車橫向水平制動力t為：作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設(shè)計值tmax為：4 排架內(nèi)力分析由于該廠房為兩跨等高排架，可用剪力分配法進行排架內(nèi)力分析。其中柱的剪力分配系數(shù)i結(jié)果見表2。表2 柱剪力分配系數(shù)柱別 a，c柱b柱4.1

17、恒載作用下排架內(nèi)力分析恒載作用下排架的計算簡圖如圖5（a）所示。圖中的重力荷載g及力矩m是根據(jù)圖2確定的。 （a） （b） （c） （d）圖5 恒載作用下排架內(nèi)力圖；由于兩跨均按最大吊車荷載計算，排架為對稱結(jié)構(gòu)且作用對稱荷載，排架結(jié)構(gòu)無側(cè)移，故各柱可按柱頂為不動鉸支座計算內(nèi)力。對于a、c柱，n=0.093，=0.380，則柱頂不動鉸支座反力ri為：；本例中，求得ri后，可用平衡條件求出各截面的彎矩和剪力，柱各截面的軸力為該截面以上重力荷載之和，恒載作用下排架結(jié)構(gòu)的彎矩圖和軸力圖分別見圖5（b），（c）。圖5（d）為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負號規(guī)定（以下同理）。4.2屋面活荷載作用下排架內(nèi)力

18、分析4.2.1 ab跨作用屋面活荷載排架計算簡圖如圖6（a）所示。其中，它在柱頂及變階處引起的力矩為；。對于a柱，則對于b柱，則；則排架柱頂不動鉸支座總反力為：將r反向作用于排架柱頂，則用計算出的相應柱頂剪力同柱頂不動鉸支座反力疊加，可得屋面活荷載作用于ab跨時的柱頂剪力，即排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力如圖6（b），（c）所示。（a） （b）（c）圖6 ab跨作用屋面活荷載時排架內(nèi)力圖4.2.2 bc跨作用屋面活荷載由于結(jié)構(gòu)對稱，且bc跨與ab跨作用荷載相同，故只需將圖6中各內(nèi)力圖的位置及方向調(diào)整一下即可，如圖7所示（a） （b）（c）圖7 bc跨作用屋面活荷載時排架內(nèi)力圖4.3風荷載作

19、用下排架內(nèi)力分析4.3.1左吹風時計算簡圖如圖8（a）所示。對于a，c柱，可得：各柱頂剪力分別為：排架內(nèi)力圖如圖8（b）所示。（a） （b）圖8 左吹風時排架內(nèi)力圖4.3.2右吹風時計算簡圖如圖9（a）所示。將圖8（b）所示a，c柱內(nèi)力圖對換且改變內(nèi)力符號后可得，如圖9（b）所示。（a） (b) 圖9 右吹風時排架內(nèi)力圖4.4 吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析4.4.1 dmax作用于a柱計算簡圖如圖10（a）所示。其中吊車豎向荷載dmax，dmin在牛腿頂面處引起的力矩為：對于a柱，則對于b柱，得：排架柱各柱頂剪力分別為：排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖10（b），（c）所示。（a） （b

20、）（c）圖10 dmax作用在a柱時排架內(nèi)力圖4.4.2 dmax作用于b柱左計算簡圖如圖11（a）所示。ma，mb計算如下：柱頂不動鉸支座反力ra，rb及總反力r分別為：各柱頂剪力分別為：排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖11（b），（c）所示。（a） （b）（c）圖11 dmax作用在b柱左時排架內(nèi)力圖4.4.3 dmax作用于b柱右根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性及吊車噸位按相等計算的條件，內(nèi)力計算與“dmax作用于b柱左”的情況相同，只需將a，c柱內(nèi)力對換并改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ?，如圖12所示。（a） （b）（c）圖12 dmax作用在b柱右時排架內(nèi)力圖4.4.4 dmax作用于c柱同理，將“dm

21、ax作用于a柱”的情況的a，c柱內(nèi)力對換，并注意改變符號，可求得各柱的內(nèi)力，如圖13所示。（a） （b）（c）圖12 dmax作用在c柱時排架內(nèi)力圖4.4.5 tmax作用于ab柱當ab跨作用吊車橫向水平荷載時，排架計算簡圖如圖13（a）所示。對于a柱，查表得，則：同理，對于b柱，則排架柱頂總反力r為：各柱頂剪力為：排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖14（b）所示。當tmax方向相反時，彎矩圖和剪力只改變符號，方向不變。4.4.6 tmax作用于bc柱由于結(jié)構(gòu)對稱及計算式按吊車噸位相等，故排架內(nèi)力計算與“tmax作用ab跨”的情況相同，僅需將a柱與c柱的內(nèi)力對換，如圖14所示。（a） （b）圖1

22、3 tmax作用于ab跨時排架內(nèi)力圖（a） （b）圖14 tmax作用于bc跨時排架內(nèi)力圖上述計算缺少右跨作用c3時的情況，已在計算吊車荷載時說明5 內(nèi)力組合以a柱內(nèi)力組合為例。表3為各種荷載下a柱內(nèi)力設(shè)計值匯總表，表4為a柱內(nèi)力組合表，這兩個表中的控制截面及正號內(nèi)力方向如表3中的例圖所示。內(nèi)力組合按式、進行計算。除nmax及相應的m和n一項外，其他三項均按式和式求得最不利內(nèi)力值；對于nmax及相應的m和n一項，-和-截面均按（求得最不利內(nèi)力值，而-截面則是按式即求得最不利內(nèi)力。對柱進行裂縫寬度驗算時，內(nèi)力采用標準值，同時只需對的柱進行驗算。為此表4中亦給出了mk和nk的組合值，它們均滿足的條

23、件，對本案來說，這些值均取自nmin及相應的m和v一項。表3 a柱內(nèi)力標準值匯總表柱號及正向內(nèi)力荷載類別恒載屋面活荷載吊車豎向荷載吊車水平荷載風荷載作用在ab跨作用在bc跨dmax作用在a柱dmax作用在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跨左風右風序號-m27.771.192.62-47.93-57.8251.57-4.51±35.84±36.830.47-32.03n309.337.8000000000-m-68.77-12.042.62117.09-38.1751.57-4.51±35.84±36.83

24、0.47-32.03n387.4237.801100.15130.97000000-m21.30-3.946.9038.94-132.45135.64-11.86±246.13±96.8239.40-186.68n452.2237.801100.15130.97000000v12.011.080.57-10.45-12.5711.21-0.98±31.33±8.0041.02-26.08- 26 -截面mmax及相應的n，vmmax及相應的n，vnmax及相應的±m，vnmin及相應的±m，vmk，nk備注-m0.90.9(）130.

25、200.90.8()+0.9×-75.740.9(0.9×)70.010.90.9（）129.1395.54nmax一項取1.35sgk+0.7×1.4sqkn343.32309.3374.42309.3257.75-m0.9+0.8(）+0.9×112.250.90.8(）0.9×+-168.970.9×36.610.90.9×（）-131.06n1179.53515.741377.56387.42-m0.9+0.8(）+0.9×+)568.030.90.8（）0.9×+-453.530.9×

26、56.350.90.9×（）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柱內(nèi)力組合表注：m（單位為kn·m），n(單位為kn)，v（單位為kn）6 柱截面設(shè)計仍以a柱為例，砼強度等級為c30，；采用hrb400級鋼筋，。上、下柱均采用對稱配筋。6.1 上柱配筋計算由表4可見，上柱截面共有4組內(nèi)力。取。對其中3組大偏心受壓內(nèi)力，在彎矩較大且比較接近的兩組內(nèi)力

27、中，取軸力較小的一組，即取查表得有吊車廠房排架方向上柱的計算長度。附加偏心距取，取。由得，故應考慮偏心距增大系數(shù)。，取。取進行計算。選420()，則，滿足要求。查表得垂直于排架方向柱的計算長度，則。滿足彎矩作用平面外的承載力要求。6.2 下柱配筋計算取。與上柱分析方法類似，在表4的8組內(nèi)力中，選取下列兩組不利內(nèi)力：6.2.1按計算下柱計算長度取，附加偏心距，。由，且應考慮偏心距增大系數(shù)。取。，故為大偏心受壓。先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則：說明受壓區(qū)高度x在翼緣內(nèi)，故6.2.2按計算下柱計算長度取，附加偏心距，。由，且應考慮偏心距增大系數(shù)。取。，故為大偏心受壓。先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則：說明受壓

28、區(qū)高度x在翼緣內(nèi)，故選518()，則。查表得垂直于排架方向柱的計算長度，則。滿足彎矩作用平面外的承載力要求。6.3 柱的裂縫寬度驗算規(guī)范規(guī)定，對的柱應進行裂縫寬度驗算。本案中上柱：上柱：，所以應進行裂縫寬度驗算。上柱，下柱；構(gòu)件受力特征系數(shù)；砼保護層厚度。表5 柱的裂縫寬度驗算表柱截面上柱下柱內(nèi)力標準值95.54310.57257.75376.85370.70.55=253824.10.55=6380.008 取0.010.009取0.011.0931.0（615.21384.100.690369.3978.9136.64122.60.140.2取0.20.030.2取0.20.060.3符合

29、要求0.050.3符合要求6.4 柱箍筋配置非地震區(qū)的單層廠房柱，其箍筋數(shù)量一般由構(gòu)造要求控制，根據(jù)構(gòu)造要求，上、下柱均選用箍筋。6.5 牛腿設(shè)計根據(jù)吊車梁志成位置、截面尺寸及構(gòu)造要求，初步擬定牛腿尺寸，如圖15所示。其中牛腿截面寬度，牛腿截面高度。6.5.1 牛腿截面高度驗算其中（牛腿頂面無水平荷載），。取，fvk按下式確定：故牛腿截面高度滿足要求。6.5.2 牛腿配筋計算 圖15 牛腿尺寸簡圖由于，因而該牛腿可按構(gòu)造要求配筋。根據(jù)要求。實際選用514（）。水平箍筋選用。6.6 柱的吊裝驗算采用翻身起吊，吊點設(shè)在牛腿下部，混凝土達到設(shè)計強度后起吊，查表可得柱插入杯口深度，取，則柱吊裝時總長度

30、為，計算簡圖如圖16所示。柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載（應考慮動力系數(shù)），即在上述荷載作用下，柱各控制截面的彎矩為：由得：令得，則下柱段最大彎矩m3為：圖16 柱吊裝計算簡圖柱截面受彎承載力及裂縫寬度驗算過程見表6。表6 柱吊裝階段承載力及裂縫寬度驗算柱截面上 柱下 柱133.94（99.21）182.77（135.39）189.91>0.9133.94=120.55512.87>0.9182.77=164.49197.37105.470.44-0.14<0.2 取0.20.19<0.2(滿足要求)0.04<0.2(滿足要求)7 基礎(chǔ)設(shè)計基礎(chǔ)混凝土采用c30，

31、下設(shè)100mm厚的素混凝土墊層。7.1作用于基礎(chǔ)頂面上的荷載計算作用于基礎(chǔ)頂面上的荷載包括柱底（-截面）傳給基礎(chǔ)的m,n,v以及外墻自重重力荷載。前者可由表4中的-截面選取，計算結(jié)果見表7，其中內(nèi)力標準組合值用于地基承載力驗算，基本組合值用于受沖切承載力驗算和底板配筋計算，內(nèi)力的正號規(guī)定見圖17所示。表7 基礎(chǔ)設(shè)計的不利內(nèi)力組 別荷載效應的基本組合荷載效應的標準組合第一組431.25452.2265310.57375.8547.86第二組-453.53580.54-45.62-321.41468.51-31.16第三組56.351442.362.6342.791084.093.31 圖17 基

32、礎(chǔ)荷載示意圖（圖中字太大，已改正）由圖17可見，每個基礎(chǔ)承受的外墻總寬度為6.0，總高度為13.2m，墻體為240mm厚雙面粉刷墻（5.24kn/m2），塑鋼窗（0.45kn/ m2），基礎(chǔ)梁重量為4.2 kn/ m2，每個基礎(chǔ)承受的由墻體傳來的重力荷載為：厚雙面粉刷墻 塑鋼窗 基礎(chǔ)梁 距基礎(chǔ)形心的偏心距ew為：，。7.2 基礎(chǔ)尺寸及埋置深度7.2.1按構(gòu)造要求擬定高度h查表得柱的插入深度。查表得杯底厚度a1應大于250mm，取，則7.2.2基礎(chǔ)埋置深度d查表得杯壁厚度；基礎(chǔ)邊緣高度a2取450mm，臺階高度取400mm。見圖17。7.2.3 擬定基礎(chǔ)底面尺寸適當放大。7.2.4 計算基底壓力及驗算地基承載力基底壓力按式計算，計算結(jié)果見表8；驗算地基承載力時，驗算結(jié)果見表8，可見基礎(chǔ)底面尺寸滿足要求。表8 基礎(chǔ)底面壓力計算及地基承載力驗算類 別第一組第二組第三組310.57376.8547.86-321.41468.51-31.1642.791084.093.31828.58