廣東工業(yè)大學(xué)單層工業(yè)廠房課程設(shè)計(jì)

1、1.設(shè)計(jì)資料和結(jié)構(gòu)選型某金工車間立，平面布置如圖1.1.1和所示車間總長(zhǎng)48米，柱距除端部為5.5米外，其余均為6米，跨度24米+24米，每跨設(shè)有2臺(tái)吊車，吊車工作制級(jí)別為A5級(jí)，軌頂標(biāo)高為9.3米，吊車起重量20/5t、15/3t 。屋面做法：三氈四油防水層上鋪小豆石，20mm厚水泥沙漿找平層，100mm厚泡沫混凝土保溫層，20mm厚水泥砂漿。外墻墻厚240mm，每開間側(cè)窗面積24平方米，鋼窗，無天窗，室內(nèi)外高差150mm，素混凝土地面。廠房所在地點(diǎn)的基本風(fēng)壓為0.5KN/m2，地區(qū)類別為B類；屋面活載為0.5KN/m2。 因該廠房跨度在15-36m之間，且柱頂標(biāo)高大于8m，故采用鋼筋混凝土

2、排架結(jié)構(gòu)，為了使屋蓋具有較大剛度選用預(yù)應(yīng)力折線型屋架及預(yù)應(yīng)力混凝土板，選用鋼筋混凝土吊車梁及基礎(chǔ)架。2.廠房的平面布置和支撐布置2.1廠房的平面布置廠房的平面布置如圖2.1。2.22.2支撐布置屋蓋支撐布置(1)上弦橫向水平支撐上弦橫向水平支撐布置在屋蓋兩端第二開間，如圖2.2(2)下弦橫向水平支撐下弦橫向水平支撐布置在與上弦橫向水平支撐同一開間，如圖2.3(3)縱向水平支撐縱向水平支撐布置在屋架下弦端節(jié)間處，沿房屋全長(zhǎng)布置，如圖2.3(4)垂直支撐垂直支撐布置在上,下弦水平支撐同一開間內(nèi),如圖2.4(5)水平系桿在屋架端部柱頂處和上弦屋脊節(jié)點(diǎn)處設(shè)通長(zhǎng)水平剛性系桿，在屋架端部柱底處設(shè)通長(zhǎng)水平柔

3、性系桿。水平系桿布置如圖和 柱間支撐 柱間支撐布置如圖2.5符號(hào)說明：SC上上弦支撐；XC下弦支撐；CC垂直支撐;GG剛性系桿；LG柔性系桿；ZC3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型及柱截面尺寸確定因該廠房跨度是24m,且柱頂標(biāo)高大于8m,故采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu).廠房的各構(gòu)選型見表3.1表3.1 主要構(gòu)件選型表構(gòu)件名稱標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)選用型號(hào)允許荷載自重備注預(yù)應(yīng)力面板G410(一)YWB-22.461.4自重包括灌縫重嵌板G410(二)KWB-12.51.75同上天溝板G410(三)TGB68-13.051.91同上屋架04G415-1YWJ24-1D3.5112.75kN/榀,屋蓋鋼支0.05屋架邊緣高度1.65m吊

4、車梁G323-2DL9B40.8kN/根梁高1200LK16.528.5m基礎(chǔ)梁G320JL-316.7kN/根軌道連接G325(二)0.8kN/m柱頂標(biāo)高是11.7米，牛腿的頂面標(biāo)高是7.9米 ，室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離0.5米，則計(jì)算簡(jiǎn)圖中柱的總高度H,下柱高度Hl和上柱的高度Hu分別為：H=11.7m+0.5m=12.2m Hl=7.9m+0.5m=8.4m Hu=12.2m-8.4m=3.8m根據(jù)柱的高度，吊車起重量及工作級(jí)別等條件，確定柱截面尺寸，見表2表3.2 柱截面尺寸及相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算參柱號(hào)截面尺寸/mm面積/mm2慣性矩/mm4自重/(KN/m)A,C上柱矩4004004.0下

5、柱I4009001001504.69B上柱矩4006006下柱I40010001001504.943.2荷載計(jì)算 3.2.1恒載 (1)屋蓋恒載 三氈四油防水層上鋪小豆石 0.35 20mm厚水泥砂漿找平層 0.40 100mm厚泡沫混凝土保溫層 0.80 20mm厚水泥砂漿找平層 0.40 1.95 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.4 天溝板 1.91 嵌板 1.75 屋蓋鋼支撐 0.05構(gòu)造層+屋面板 天溝板 構(gòu)造層+嵌板 圖3.1求反力： Fa=237.68kN Fb=250kN 屋架重力荷載為112.75kN/榀，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)的重力荷載設(shè)計(jì)值： GA1=1.2(250+112.7

6、5/2)=367.65KN GB1=1.2(237.68+112.75/2)=352.87 KN (2)吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計(jì)值 GA3=1.2（40.8+0.86）=54.72KN GB3=1.2（27.5+0.86）=38.76KN (3)柱重力荷載的設(shè)計(jì)值 A,C柱 B柱 圖3.2 荷載作用位置圖3.2.2屋面活荷載 屋面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值是0.5KN/m2，作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計(jì)值：3.2.3風(fēng)荷載 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按k=zsz0計(jì)算其中0=0.5KN/m2, z=1, z根據(jù)廠房各部分 及B類地面粗糙度表確定。 柱頂（標(biāo)高11.7m） z=1.064 櫞口（標(biāo)高13.75m） z=1.

7、112 屋頂（標(biāo)高16.03m） z=1.16 s如圖3所示，由式k=zsz0可得排架的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值： k1=zs1z0=1.00.81.0640.5=0.4256 KN/m2 k2=zs2z0=1.00.41.0640.5=0.2128 KN/m2圖3.3 風(fēng)荷載體型系數(shù)和排架計(jì)算簡(jiǎn) q1=1.40.42566=3.58KN/m q1=1.40.21286=1.79KN/m Fw=Q(s1+s2)zh1+(s3+s4)zh2 z0B =1.4(0.8+0.4)1.1122.05+(-0.6+0.5)1.162.28 10.56 =10.38KN3.2.4 吊車荷載 吊車的參數(shù)：B=5.55

8、米，輪矩K=4.4，pmax=185KN, pmin=50KN,g=69KN。根據(jù)B和K，可算出出吊車梁支座反力影響線中個(gè)輪壓對(duì)應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)值，如圖所示：圖3.4吊車荷載作用下支座反力的影響線（） 吊車的豎向荷載Dmax=QFpmaxyi=1.4180(1+0.075+0.808+0.267)=541.8KNDmin=QFpminyi=1.450(1+0.075+0.808+0.267)=150.5KN（） 吊車的橫向荷載T=1/4（Q+g）=1/40.1(150+69)=5.475KN吊車橫向荷載設(shè)計(jì)值：TmaxQTyi=1.45.4752.15=16.48KN4排架內(nèi)力分析 該廠房為兩跨

9、等高排架,可用剪力分配法進(jìn)行排架內(nèi)力分析 表4.1 柱剪力分配系數(shù)柱別A Cn =0.11=0.31=2.417= Bn =0.28=0.31=2.787=4.1恒荷載作用下排架內(nèi)力分析圖4.1恒荷載作用的計(jì)算簡(jiǎn)圖G1=GA1=367.65KN; G2=18.24+54.72=72.96KN; G3=G5A=47.28KN;G4=2GB1=705.74KN; G5= 254.72+27.36=136.8KN;G6=G5B=49.79KN;M1= G1e1=367.650.05=18.38KN.m;M2=( G1+ G4A)e0- G3e3=(367.65+18.24) 0.25-54.720.

10、3= 由于為對(duì)稱結(jié)構(gòu)且作用對(duì)稱荷載,排架結(jié)構(gòu)無側(cè)移,故各柱可按柱頂為不動(dòng)鉸支座計(jì)算內(nèi)力C1=2.153; C1=1.093;RA=C1+C3=(18.382.153+80.061.093)/12.2=10.42KN()RC=-10.42KN(); RB=0KN;內(nèi)力圖：圖4.2 恒荷載內(nèi)力圖4.2屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)AB跨作用屋面活荷載圖4.3 AB跨作用活荷載作用簡(jiǎn)圖在柱頂和變階處的力矩為：M1A=53.690.05=2.68KN.m，M2A=53.690.25=13.42KN.m，M1B=50.340.15=7.55KN.mRA=C1+C3=(2.682.153+13.421

11、.093)/12.2=1.68KN()對(duì)于B柱 RB=C1 =7.551.737/12.2=1.07KN()則排架柱頂不動(dòng)鉸支座總的反力為：R= RA+ RB=1.68+1.07=2.75KN()VA= RARA=1.68-0.2852.75=0.90KN()VB= RBRB=1.07-0.432.75=-0.11KN()VC= RC=-0.2852.75=0.73KN()排架各柱的彎矩圖,軸力圖,柱底剪力如圖4.4所示:圖4.4 AB跨作用屋面活荷載內(nèi)力圖(2)BC跨作用屋面活荷載由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱,且BC跨的作用荷載與AB跨的荷載相同,故只需叫圖4.4的各內(nèi)力圖位置及方向調(diào)一 即可,如圖4.6所

12、示:圖4.5 BC跨作用活荷載作用簡(jiǎn)圖 圖4.6 BC跨作用屋面活荷載內(nèi)力圖4.3風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)左吹風(fēng)時(shí)=0.336RA=-q1HC11=-3.5812.20.336=-14.68KN()RC=-q1HC11=-1.7912.20.336=-7.34KN()R= RA+ RC+Fw=-32.4KN()各柱的剪力分別為:VA= RA-RA=-14.68+0.28532.4=-5.45KN()VB= -RB=-0.43(-32.4)=13.93KN()VC= RC -RC=-7.34+0.28532.4=1.89N()圖4.7 左風(fēng)內(nèi)力圖(2)右風(fēng)吹時(shí)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)對(duì)稱，只是內(nèi)力方向相反

13、,，所以右風(fēng)吹時(shí)，內(nèi)力圖改變一下符號(hào)就行，如圖4.8所示； 圖4.8 左風(fēng)內(nèi)力圖4.4吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)Dmax作用于A柱計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖12所示，其中吊車豎向荷載Dmax，Dmin在牛腿頂面引起的力矩為：MA= Dmaxe3=541.80.3=162.54KN.mMB= Dmine3=150.50.75=112.88KN.mRA=-C3=-162.541.093/12.2=-14.56KN()RB=C3=112.881.259/12.2=11.65KN()R= RA+ RB=-14.56+11.65=-2.91N()各柱的剪力分別為:VA= RA-RA=-14.56+0.2852.

14、91=-13.73()VB= RB-RB=11.65+0.432.91=12.90KN()VC= -RC=0.2852.91=0.83kN()圖4.9Dmax作用在A柱時(shí)排架的內(nèi)力(2)Dmax作用于B柱左計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.10所示，其中吊車豎向荷載Dmax，Dmin在牛腿頂面引起的力矩為：MA= Dmine3=150.50.3=45.15KN.mMB= Dmaxe3=541.80.75=406.35KN.mRA=C3=-45.151.093/12.2=-4.04KN()RB=C3=406.351.259/12.2=41.93KN()R= RA+ RB=4.04+41.93=37.89kN()各

15、柱的剪力分別為:VA= RA-RA=4.040.28537.89=14.84KN()VB= RB-RB=41.930.4337.89=25.64KN()VC= -RC=0.28537.89=10.80N()圖4.10Dmax作用在B柱左時(shí)排架的內(nèi)力(3) Dmax作用于B柱右根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱和吊車噸位相等的條件，內(nèi)力計(jì)算與Dma作用于B柱左情況相同，只需將A，C柱內(nèi)力對(duì)換和改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ?hào)：如圖4.11圖4.11Dmax作用在B柱右時(shí)排架的內(nèi)力(4) Dmax作用于C柱同理，將Dmax作用于A柱的情況的A，C柱的內(nèi)力對(duì)換，且注意改變符號(hào)，可求得各柱的內(nèi)力，如圖4.12圖4.12Dmax作用在

16、C柱時(shí)排架的內(nèi)力(5)Tmax作用于AB跨柱當(dāng)AB跨作用吊車橫向水平荷載時(shí)，排架計(jì)算簡(jiǎn)圖16所示。對(duì)于A柱，n=0.11，=0.31，得a=(3.8-1.2)/3.8=0.684.，C5=0.579RA=TmaxC5=16.480.579=9.54KN()B柱，n=0.28，=0.31 C5 =0.647RB=TmaxC5=16.480.647=10.66KN()排架柱頂總反力R：R= RA+ RB=9.5410.6620.2KN各柱頂剪力：VA= RA-RA=9.540.28520.2=3.78KN()VB= RB-RB=10.660.4320.2=1.974KN ()VC=RC=0.285

17、20.2=5.76kN()圖4.13Tmax作用在AB跨時(shí)排架的內(nèi)力(6)Tmax作用于BC跨柱由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱及吊車的噸位相等，故排架內(nèi)力計(jì)算與“Tmax作用于AB跨柱”的情況相同，只需將A柱與C柱的對(duì)換，如圖4.14圖4.14Tmax作用BC跨時(shí)排架的內(nèi)5 內(nèi)力組合 以B柱內(nèi)力組合為例。表5為各種荷載作用下A柱內(nèi)力設(shè)計(jì)值匯總表，表5.1為A柱內(nèi)力組合表，這兩表中的控制截面及正福號(hào)內(nèi)力方向如表4中的例圖所示。內(nèi)力組合按式（）式（）進(jìn)行。除及相應(yīng)和一項(xiàng)外，其他三項(xiàng)均是按式（）和式（）求得最不利內(nèi)力值；對(duì)于及相應(yīng)和一項(xiàng)，-和-截面均按（）求得最不利內(nèi)力值，而-截面是按式（）即（）求得最不利內(nèi)力。對(duì)柱

18、進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)，內(nèi)力采用標(biāo)準(zhǔn)值。同時(shí)只需對(duì)的柱進(jìn)行驗(yàn)算。為此，表5.2中亦給出和的組合值，它們均滿足的條件，對(duì)本例來說，著些均取自及相應(yīng)和表5.1 B柱內(nèi)力設(shè)計(jì)值匯總表荷載類別恒載屋面活載吊車豎向荷載吊車水平荷載風(fēng)荷載AB跨 BC跨在A柱在B柱左在B柱右在C柱在AB跨在BC跨左風(fēng)右風(fēng)序號(hào)I-IM0-7.977.9749.0297.43-97.43-49.017.4117.4152.9-52.93N733.150.3450.3400000000II-IIM0-7.977.97-63.8-308.9308.9263.8617.4117.4152.9-52.93N842.5450.3450.34

19、150.5541.8541.8150.50000III-IIIM0-8.898.8943.21-93.5493.54-43.2139.3139.3169.95-169.95N892.3350.3450.34150.5541.8541.8150.50000V0-0.110.1112.9025.64-25.64-12.914.5114.5113.93-13.93截面+及相應(yīng)N,V-及相應(yīng)N,V及相應(yīng)M,V及相應(yīng)M,VMk,NkI-IM+0.9【+0.8(+)+ 】147.83+0.9【+0.9(+)+ 】-147.83+97.43+0.9【0.9(+)+ 】140.66100.47N778.477

20、8.4833.78733.1610.92II-IIM+0.9【+0.8(+)+ 】319.14+0.9【+0.9(+)+ 】-319.14+0.9【+0.8(+】0+52.93N1326.71326.71713.34852.54III-IIIM+0.9【+0.8(+)+0.9+ 】372.25+0.9【+0.8(+)+0.9+ 】-372.25+0.9【+0.8(+】0+169.95N1436.091436.091763.1892.33V15.22-16.97013.93Mk265.89-265.890121.39Nk113211321356.59743.61Vk10.87-12.0809.9

21、5 表5.2 B柱內(nèi)力組合表6 柱截面設(shè)計(jì)（中柱） 混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，fc=14.3N/mm2，ftk=2.01N/mm2采用HRB400級(jí)鋼筋，fy= fy =360 N/mm2,b=0.518，上下柱采用對(duì)稱配筋6.1上柱的配筋計(jì)算由內(nèi)力組合表可見，上柱截面有四組內(nèi)力，取h0600-40=560mm，在彎矩較大且比較接近的兩組內(nèi)力中,取軸力較小的一組,即取 M=140.66kN.m N=733.1kN由附表11.1查得有吊車廠房排架方向上柱的計(jì)算長(zhǎng)度,附加彎矩ea=20mm（大于400/30），e0=M/N=192mm ei= e0+ ea=212mml0/h=7600/600=12.

22、675應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)1=0.514.3600400/733100=2.341，取120/h=1.15-0.017600/600=1.023 1.0，取2=1=1+12=1+11=1.30屬于大偏心=157.7按配筋, 選垂直于排架方向柱的計(jì)算長(zhǎng)度,則 = 滿足彎矩作用平面外的承載力要求6.2下柱配筋計(jì)算（1） 按，計(jì)算。下柱計(jì)算長(zhǎng)度，附加偏心距。b=100mm, ,.， ，應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù),且取。取，故為大偏心受壓。中和軸位于腹板內(nèi)，計(jì)算受壓區(qū)高度XX=(2)按，計(jì)算 計(jì)算方法與上述相同,計(jì)算過程從略,計(jì)算結(jié)果為 下柱截面選用.按此配筋,經(jīng)驗(yàn)算柱彎矩作用平面外的承載力亦滿足要求6.3

23、柱裂縫寬度驗(yàn)算規(guī)范中規(guī)定，對(duì) 不需進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算6.4柱裂縫寬度驗(yàn)算非地震區(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200箍筋。6.5牛腿設(shè)計(jì)根據(jù)吊車梁支承位置、截面尺寸及構(gòu)造要求，初步擬定牛腿尺寸如圖23所示。其中牛腿截面寬度，牛腿截面高度，。(1)牛腿截面高度驗(yàn)算按式（）驗(yàn)算，其中，（牛腿頂面無水平荷載）；，按下式確定：， 由式（）得：故牛腿截面高度滿足要求。 圖6.1 牛腿圖(2)牛腿配筋計(jì)算由于選用水平箍筋選用。6.6柱的吊裝驗(yàn)算采用翻身起吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿下部，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后起吊。由表可得柱插入杯口深度，取900mm。則柱吊裝時(shí)總長(zhǎng)度為3.8m+8

24、.4m+0.9mm=13.1mm,計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖18所示。 圖6.2 柱吊裝計(jì)算簡(jiǎn)圖柱吊裝階段的荷載4為柱自重重力荷載（應(yīng)考慮動(dòng)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，則下柱段最大彎矩為：柱截面受彎承載力及裂縫寬度驗(yàn)算過程見表6.1表6.1 柱吊裝階段承載力及裂縫寬度驗(yàn)算表柱截面上柱下柱92.4（68.44）84.93(62.91)142.8383.16300.220.984.93=76.44184.1182.68-1.120.2,取0.2-2.200.2,取0.20（滿足要求）0（滿足要求）7基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對(duì)于6m柱距的單層多跨廠房，其地基承載力特

25、征值、吊車起重量200 kN300kN、廠房跨度、設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)時(shí)，可不做地基變形驗(yàn)算。本例滿足上述要求，故不需做地基變形驗(yàn)算。基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C20，下設(shè)100mm厚C10素混凝土墊層。7.1 作用于基礎(chǔ)頂面上的荷載計(jì)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及外墻自重重力荷載。前者可由表5.2中的-截面選取，見表7.1，其中內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)組合值用于地基承載力驗(yàn)算，基本組合用于受沖切承載力驗(yàn)算和底筋計(jì)算，內(nèi)力的正號(hào)規(guī)定見圖24b。 表7.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的不利內(nèi)力組別菏載效應(yīng)基本組合菏載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合第1組372.251436.0915.22265.89113210.87第2組

26、-372.251436.09-16.97-265.891132-12.08第3組01763.1001365.590每個(gè)基礎(chǔ)承受的外墻總寬度為6.0m，基礎(chǔ)梁重量為，每個(gè)基礎(chǔ)承受的由墻體傳來的重力荷載為：基礎(chǔ)梁 16.70kN 16.70kN距基礎(chǔ)形心的偏心距為：， 7.2基礎(chǔ)尺寸及埋置深度（1）按構(gòu)造要求擬定高度h 由表得柱的插入深度，取900mm。由表得杯底厚度應(yīng)大于200mm，取，則，基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為-0.500m,故基礎(chǔ)埋置深度d 為：，由表得杯壁厚度，取375mm?；A(chǔ)邊緣高度取350mm,臺(tái)階高取400mm。（2）擬訂基礎(chǔ)底面尺寸由式（）得：適當(dāng)放大，?。?）計(jì)算基底壓力及驗(yàn)算地基承載力基底壓力按式（）計(jì)算，結(jié)果見下表，按式（）驗(yàn)算地基承載力，其中，驗(yàn)算結(jié)果見表8，可見地基底面尺寸滿足要求。 表7.2 基礎(chǔ)底面壓力計(jì)算及低級(jí)承載力驗(yàn)算表類別第1組第2組第3組265.89113210.87-256.871132-12.0801763.101611.11611.12242.2268.08 -282.22 -10.86148.0288.91163.2887.35166.07163.67118.47180148.02216125.32180163.28216163.37180166.07216