單層工業(yè)廠房課程設(shè)計(jì)計(jì)算書完整版

《單層工業(yè)廠房混凝土排架課程設(shè)計(jì)》1.1柱截面尺寸擬定由圖2可知柱頂標(biāo)高為12.4m，牛腿頂面標(biāo)高為8.6m，設(shè)室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離為0.5m，則計(jì)算簡圖中柱的總高度H、下柱高度、上柱高度分別為：H=12.4m+0.5m=12.9m，=8.6m+0.5m=9.1m=12.9m－9.1m=3.8m根據(jù)柱的高度、吊車起重量及工作級別等條件，可由表2.4.2并參考表2.4.4擬定柱截面尺寸，見表1。表1柱截面尺寸及相應(yīng)的計(jì)算參數(shù) 計(jì)算參數(shù)柱號截面尺寸/mm面積/mm慣性矩/mm自重/(KN/m)A,B上柱矩400×4001.6×1021.3×104.0下柱I400×900×100×1501.875×10195.38×104.69本例僅取一榀排架進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算單元和計(jì)算簡圖如圖1所示。1.2荷載計(jì)算1.2.1恒載(1).屋蓋恒載：兩氈三油防水層0.35KN/m220mm厚水泥砂漿找平層20×0.02=0.4KN/m2100mm厚水泥膨脹珍珠巖保溫層4×0.1=0.4KN/m2一氈二油隔氣層0.05KN/m215mm厚水泥砂漿找平層；20×0.015=0.3KN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板（涉及灌縫）1.4KN/m22.900KN/m2天窗架重力荷載為2×36KN/榀，天溝板2.02KN/m，天溝防水層、找平層、找坡層1.5KN/m，屋架重力荷載為106KN/榀，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)重力荷載設(shè)計(jì)值為：G1=1.2×(2.90KN/m2×6m×24m/2＋2×36KN/2＋2.02KN/m×6m＋1.5KN/m×6m＋106KN/2)=382.70KN(2)吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計(jì)值：G3=1.2×（44.2kN＋1.0KN/m×6m）=50.20KN(3）柱自重重力荷載設(shè)計(jì)值：上柱G4A=G4B=1.2×4kN/m×3.8m=18.24KN下柱G5A=G5B=1.2×4.69kN/m×9.1m=51.21KN各項(xiàng)恒載作用位置如圖2所示。1.2.2屋面活荷載屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5KN/m2，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.35KN/m2，后者小于前者，故僅按前者計(jì)算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計(jì)值為：Q1=1.4×0.5KN/m2×6m×24m/2=50.40KNQ1的作用位置與G1作用位置相同，如圖2所示。1.2.3風(fēng)荷載風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按式（2.5.2）計(jì)算，其中=0.35KN/m2，=1.0，根據(jù)廠房各部分標(biāo)高及B類地面粗糙度由附表5.1擬定如下：柱頂（標(biāo)高12.40m）=1.067檐口（標(biāo)高14.30m）=1.120天窗架壁底（標(biāo)高16.99m）=1.184天窗架壁頂（標(biāo)高19.86m）=1.247屋頂（標(biāo)高20.31m）=1.256如圖3a所示，由式（2.5.2）可得排架迎風(fēng)面及背風(fēng)面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別為：==1.0×0.8×1.067×0.35KN/m2=0.299KN/m2==1.0×0.8×1.067×0.35KN/m2=0.299KN/m2則作用于排架計(jì)算簡圖（圖3.b）上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為：q=1.4×0.299KN/m2×6.0m=2.51KN/mq=1.4×0.187KN/m2×6.0m=1.57KN/mFw=(+)h+(+)h+(+)hB=1.4×(0.8＋0.5)×1.120×1.9m＋(-0.2＋0.6)×1.184×2.69＋(0.6＋0.6)×1.247×2.87×1.0×0.35KN/m2×6.0m=24.51KN1.2.4吊車荷載由表2.5.1可得200/50KN吊車的參數(shù)為：B=5.55m，K=4.40m，g=75KN，Q=200KN，F(xiàn)=215KN，F(xiàn)=45KN。根據(jù)B及K，可算得吊車梁支座反力影響線中歌輪壓相應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)值，如圖4所示。(1）吊車豎向荷載由式（2.5.4）和式（2.5.5）可得吊車豎向荷載設(shè)計(jì)值為：D=Fy=1.4×215KN×(1＋0.080＋0.267＋0.075)=647.15KND=Fy=1.4×45KN×2.15=135.45KN(2）吊車橫向水平荷載作用于每一個輪子上的吊車橫向水平制動力按式（2.5.6）計(jì)算，即T=（Q+g）=×0.1×（200KN＋75KN）=6.875KN作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設(shè)計(jì)值按式（2.5.7）計(jì)算，即T=Ty=1.4×6.875KN×2.15=20.69KN1.3排架內(nèi)力分析該廠房為單跨等高排架，可用剪力分派法進(jìn)行排架內(nèi)力分析。其中柱的剪力分派系數(shù)按式（2.5.16）計(jì)算，結(jié)果見表2。表2柱剪力分派系數(shù)柱別n=I/IH/HC=3/1+(1/n-1)=H/CEI=A，B柱n=0.1090.295C=2.480==0.20610==0.5恒載作用下排架內(nèi)力分析恒載作用下排架的計(jì)算簡圖如圖5所示。圖中的重力荷載G及力矩M是根據(jù)圖2擬定，即G=G=382.70KN；G=G+G4A=50.20KN+18.24KN=68.44KNG=G5A=51.21KN；M=Ge=382.70KN×0.05m=19.14KNM=(G+G4A)e－Ge=(382.70KN+18.24KN)×0.25m－50.20KN×0.3m=85.18KN由于圖5a所示排架為對稱結(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(jì)算內(nèi)力。柱頂不動鉸支座反力R可根據(jù)表2.5.2所列的相應(yīng)公式計(jì)算，則C==2.122，C==1.132R===10.62KNR=-10.62KN求得R后，可用平衡條件求出柱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(fù)號規(guī)定。1.3.2屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析排架計(jì)算簡圖如圖6a所示。其中Q=50.4KN，它在柱頂及變階處引起的力矩為M=50.4KN×0.05m=2.52；M=50.4KN×0.25m=12.60。對于A柱，C=2.122，C=1.132，則R===1.53KN()R=-1.53KN()排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力圖如圖6b.c所示。1.3.3風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)左吹風(fēng)時計(jì)算簡圖如圖7a所示。對于A,B柱，n=0.109,=0.295,則C==0.329R=-qHC=-2.51KN/m×12.9m×0.329=-10.65KN()R=-qHC=-1.57KN/m×12.9m×0.329=-6.66KN()R=R+R+Fw=-10.65KN－6.66KN－24.51KN=-41.82KN()各柱頂剪力分別為：V=R-R=-10.65KN+0.5×41.82KN=10.26KN()V=R-R=-6.66KN+0.5×41.82KN=14.25KN()排架內(nèi)力圖如圖7b所示。(2)右吹風(fēng)時計(jì)算簡圖如圖8a所示。將圖7b所示A,B柱內(nèi)力圖對換且改變內(nèi)力符號后可得，如圖8b所示。1.3.4吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析(1）D作用于A柱計(jì)算簡圖如圖9a所示。其中吊車豎向荷載D，D在牛腿頂面處引起的力矩為：M=De=647.15KN×0.3m=194.15KNM=De=135.45KN×0.3m=40.64KN對于A柱，C=1.132，則R===-17.04KN()R===3.57KN()R=R+R=-17.04KN+3.57KN=-13.47KN()排架各柱頂剪力分別為：V=R-R=-17.04KN+0.5×13.47KN=-10.31KN()V=R-R=3.57KN+0.5×13.47KN=10.31KN()排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖9b,c所示。(2）D作用于B柱同理，將“D作用于A柱”的情況的A,B柱對換，并注意改變符號，可求得各柱的內(nèi)力，如圖10所示。(3）T作用下排架計(jì)算簡圖如圖11a所示。對于A，B柱，n=0.109,=0.295,由表2.5.3得a=(3.8m-1.4m)/3.8m=0.632,則==0.629R=-T=-20.69KN×0.629=-13.01KN()R=-T=-13.01KN()，R=R+R=-13.01KN×2=-26.02KN()各柱頂剪力為：V=R-μR=-13.01KN+0.85×0.5×26.02KN=-1.95KN()V=R-μR=-13.01KN+0.85×0.5×26.02KN=-1.95KN()排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖11b所示。當(dāng)T方向相反時，彎矩圖和剪力只改變符號，大小不變。1.4內(nèi)力組合以A柱內(nèi)力組合為例。表3為各種荷載作用下A柱內(nèi)力設(shè)計(jì)值匯總表，表4為A柱內(nèi)力組合表，這兩表中的控制截面及正負(fù)號內(nèi)力方向如表3中歐那個的例圖所示。內(nèi)力組合按式（2.5.19）～式（2.5.21）進(jìn)行。除N及相應(yīng)的M和V一項(xiàng)外，其他三項(xiàng)均按式（2.5.19）和式（2.5.20）求得最不利內(nèi)力值；對于N及相應(yīng)的M和N一項(xiàng)，Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面均按（1.2S+1.4S）求得最不利內(nèi)力值，而Ⅰ-Ⅰ截面則是按式（2.5.21）即（1.35S+S）求得最不利內(nèi)力。對柱進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算時，內(nèi)力Ⅲ-Ⅲ采用標(biāo)準(zhǔn)值，同時只需對e/h>0.55的柱進(jìn)行驗(yàn)算。為此，表4中亦給出了M和N的組合值，它們均滿足e/h>0.55的條件，對本例來說，這些值均取自N及相應(yīng)的M和V一項(xiàng)。表3A柱內(nèi)力設(shè)計(jì)值匯總表柱號及正向內(nèi)力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D作用于A柱D作用于B柱左風(fēng)右風(fēng)序號①②③④⑤⑥⑦Ⅰ-ⅠM21.223.29-39.18-39.1821.5257.11-67.51N400.9450.4000000Ⅱ-ⅡM-63.96-9.31154.971.4621.5257.11-67.51N451.1450.40647.15135.45000Ⅲ-ⅢM32.684.6261.15-92.36192.06341.21-314.42N502.3550.40647.15135.45000V10.621.53-10.31-10.3118.7442.64-34.50表4A柱內(nèi)力組合表截面+M及相應(yīng)N，V－M及相應(yīng)N，VN及相應(yīng)M，VN及相應(yīng)M，VM、N備注Ⅰ-ⅠM①+0.9（②+0.9⑤+⑥〕93.01①+0.9〔0.9（③+⑤）+⑦〕-88.71①+0.9②26.18①+0.9〔②+0.9⑤+⑥〕93.0168.96N一項(xiàng)，取1.35S+0.71.4SN446.3400.94486.34446.3366.52Ⅱ-ⅡM①+0.9〔0.9（③+⑤）+⑥〕130.40①+0.9〔②+0.9⑤+⑦〕-150.3①+0.9③75.51①+0.9〔0.9⑤+⑦〕-142.15N975.33496.501033.58451.14Ⅲ-ⅢM①+0.9〔②+0.9（③+⑤）+⑥〕549.03①+0.9〔0.9（④+⑤）+⑦-480.68①+0.9③87.72①+0.9〔②+0.9（③+⑤）+⑥〕549.03N1071.90612.061084.791071.9V57.20-43.961.3457.20M396.05-339.4566.54396.05N825.45496.99834.65825.45V42.12-30.140.9642.121.5柱截面設(shè)計(jì)仍以A柱為例?；炷粒?，；鋼筋：受力筋為，。上下柱均采用對稱配筋。1.5.1上柱配筋計(jì)算由表4可見，上柱截面共有4組內(nèi)力。取h=400mm-40mm=360mm。經(jīng)判別，其中三組內(nèi)力為大偏心受壓；只有（M=26.18KN，N=486.34KN）一組為小偏心受壓，且N<=0.550×1.0×14.3×400mm×360mm=1132.56KN,故按此組內(nèi)力計(jì)算時為構(gòu)造配筋。對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)力中，取較小的一組，即取M=93.01KN，N=446.30KN由附表11.1查得有吊車廠房排架方向上柱的計(jì)算長度=2×3.8m=7.6m。附加偏心距取20mm（大于400mm/3）。=M/N==208mm，=+=208mm+20mm=228mm由/h=7600mm/400mm=19>5，故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)。===2.563>1.0，取=1.0=取x=2進(jìn)行計(jì)算。=選318（=763），則763/(400mm×400mm)=0.48%>0.2%,滿足規(guī)定。由附表11.1，得垂直于排架方向柱的計(jì)算長度=1.25×3.8m=4.75m，則/b=4750mm/400mm=11.88，=0.95。滿足彎矩作用平面外的承載力規(guī)定。1.5.2下柱配筋計(jì)算取h=900mm-40mm=860mm。與上柱分析方法類似，在表4的8組內(nèi)力中，選取下面的一組不利內(nèi)力：M=549.03KN，N=1071.90KN下柱計(jì)算長度=1.0=9.1m，附加偏心距=900mm/30=30mm(大于20mm)。b=100mm，=400mm，=150mm。=M/N==512mm，=+=512mm+30mm=542mm由/h=9100mm/900mm=10.1，故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)，且取。===1.20>1.0，取=1.0。=故為大偏心受壓。先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則x=說明中和軸位于腹板內(nèi)，應(yīng)重新計(jì)算受壓區(qū)高度x:=選用420（=1272）。按此配筋，經(jīng)驗(yàn)算柱彎矩作用平面外的承載力亦滿足規(guī)定。1.5.3柱的裂縫寬度驗(yàn)算《規(guī)范》規(guī)定，對>0.55的柱應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。本題的下柱出現(xiàn)>0.55的內(nèi)力，故應(yīng)對下柱進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。驗(yàn)算過程見表5，其中，下柱的=1272，=；構(gòu)件受力特性系數(shù)=2.1；混凝土保護(hù)層厚度c取25mm。表5柱的裂縫寬度驗(yàn)算表柱截面下柱內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值M/(KN)396.05N/KN825.45=M/N/mm480>0.55h=4730.01401.0(/h<14)8900.523702.2173.60.570.16<3(滿足規(guī)定)1.5.4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)造規(guī)定控制。根據(jù)構(gòu)造規(guī)定，上下柱均選用8@200箍筋。1.5.5牛腿設(shè)計(jì)根據(jù)吊車梁支承位置、截面尺寸及構(gòu)造規(guī)定，初步擬定牛腿尺寸，如圖12所示。其中牛腿截面寬度b=400慢慢，牛腿截面高度h=600mm，h=565mm。(1)牛腿截面高度驗(yàn)算按式（2.6.1）驗(yàn)算，其中=0.65，=2.01N/，=0（牛腿頂面無水平荷載），a=-150mm+20mm=-130mm<0,取a=0,按下式擬定：=由式（2.6.1）得：故牛腿截面高度滿足規(guī)定。(2)牛腿配筋計(jì)算由于a=-150mm+20mm=-130mm<0,因而該牛腿可按構(gòu)造規(guī)定配筋。根據(jù)構(gòu)造規(guī)定，?？v向鋼筋取414（=616），水平箍筋選用8@100。1.5.6柱的吊裝驗(yàn)算采用翻身起吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿與下柱交接處，混凝土達(dá)成設(shè)計(jì)強(qiáng)度后起吊。由表2.4.6可得柱插入杯口深度為=0.9×900mm=810mm,取=850mm,則柱吊裝時總長度為3.8m+9.1m+0.85m=13.75m,計(jì)算簡圖如圖13所示。柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載（應(yīng)考慮動力系數(shù)），即=在上訴荷載作用下，柱各控制截面的彎矩為：由得：，令，得x=3.73m,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。表6柱吊裝階段承載力及裂縫寬度驗(yàn)算表柱截面上柱下柱M(M)/(KN)58.48(43.32)84.20(62.37)/(KN)73.25>0.958.48=52.63312.91>0.984.20=75.78/(N/mm)181.2865.530.38-0.31<0.2,取0.20.14<0.2（滿足規(guī)定）0.02<0.2(滿足規(guī)定)1.6基礎(chǔ)設(shè)計(jì)1.6.1作用于基礎(chǔ)頂面上的荷載計(jì)算作用于基礎(chǔ)頂面上的荷載涉及柱底（Ⅲ-Ⅲ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Ⅲ-Ⅲ截面選取，見表7，其中內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)組合值用于地基承載力驗(yàn)算，基本組合值用于受沖切承載力驗(yàn)算和底板配筋計(jì)算，內(nèi)力的正號規(guī)定見圖14b。表7基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的不利內(nèi)力組別荷載效應(yīng)基本組合荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合M/(KN)N/KNV/KNM/(KN)N/KN/KN第1組549.031017.9057.20396.05825.4542.12第2組－480.68612.06－43.96－339.45496.99－30.14第3組87.721084.791.3466.54834.650.96由圖14a可見，每個基礎(chǔ)承受的外墻總寬度為6.0m,總高度為14.35m，墻體為240mm磚墻（4.7KN/m），鋼框玻璃窗（0.45KN/m），基礎(chǔ)梁重量為16.7KN/根。每個基礎(chǔ)承受的由墻體傳來的重力荷載為：240mm磚墻4.7KN/m〔6m×14.35m-(5.1m+1.8m)×4.2m〕=268.46KN鋼框玻璃窗0.45KN/m×(5.1m+1.8m)×4.2m=13.04KN基礎(chǔ)梁16.7KN=298.20KN距基礎(chǔ)形心的偏心距為：=（240mm+900mm）/2=570mm=1.2=1.2×298.20KN=357.84KN1.6.2基礎(chǔ)尺寸及埋深(1)按構(gòu)造規(guī)定擬定高度h:h=由表2.4.6得柱的插入深度，取=850mm。由表2.4.7得杯底厚度應(yīng)大于200mm，取=250mm,則h=850mm+250mm+50mm=1150mm?；A(chǔ)頂面標(biāo)高為-0.500m,故基礎(chǔ)埋深d為：d=h+0.5m=1.650m由表2.4.7得杯壁厚度t≥300mm,取325mm；基礎(chǔ)邊沿高度取350mm，臺階高度取400mm,見圖14b。(2)擬定基礎(chǔ)底面尺寸由式（2.7.2）得：A≥適當(dāng)放大，取A=bl=3.6m×2.4m=8.64m(3)計(jì)算基底壓力及驗(yàn)算地基承載力基底壓力按式（2.7.3）計(jì)算，結(jié)果見表8；按式（2.7.8）驗(yàn)算地基承載力，其中1.2，驗(yàn)算結(jié)果見表8?？梢姡A(chǔ)底面尺寸滿足規(guī)定。表8基礎(chǔ)底面壓力計(jì)算及地基承載力驗(yàn)算表類別第1組第2組第3組M/(KN)N/KN/KN396.05825.4542.12－339.45496.99－30.1466.54834.650.961408.771080.311417.97274.51－544.09－102.33216.01110.10229.9920.08183.86144.38163.06<240216.01<288125.04<240229.99<288164.12<240183.86<2881.6.3基礎(chǔ)高度驗(yàn)算這時應(yīng)采用基底凈反力設(shè)計(jì)值，和可按式（2.7.3）計(jì)算，結(jié)果見表