混凝土单层工业厂房课程设计.docx
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1、混凝土课程设计设计名称单层工业厂房设计专业班级土131学 号139044437姓 名陈超指导老师于峰日 期2016年6月29日建筑工程学院土木系制目录一、设计资料- 3 -二、梁柱的结构布置- 3 -三、排架结构计算- 7 -四、荷载计算- 7 -五、内力分析- 12 -六、最不利内力组合- 29 -七、排架柱的设计- 35 -八、基础设计- 45 -一、 设计资料1. 平面和剖面本车间为两跨等高厂房,车间面积为3024m2,车间长度72m。AB跨有两台30/5tA4级软钩吊车, BC跨有两台10tA5级软钩吊车,轨顶、柱顶标高和跨度见图。车间平面、剖面如下。2. 建筑构造屋 盖:三毡四油上铺
2、绿豆砂小石子(防水层)25mm厚水泥砂浆(找平层)100mm厚水泥蛭石砂浆(保温层)大型预制预应力混凝土屋面板围护结构:240mm厚普通砖墙门 窗:钢门窗,窗宽4.2m3. 自然条件基本风压:0.35kNm2基本雪压:0.20kNm24. 材料混凝土:柱采用C25或C30。钢筋:HPB300级、HRB335级、HRB400级各种直径的钢筋。5. 部分构件自重构件名称标准图号选用型号允许荷载(kN/m2)自重(kN/m2)备注屋架G415YWJ241D3.5每榀112.75kN屋架边缘高度1.4米,屋架垂直高度2.8米屋面板G410YWB22.461.4自重包括灌缝吊车梁G323DL9B40.8
3、 kN每根吊车梁梁高1.2米连系梁、基础梁G32016.7kN每根轨道连接G3250.8 kN/m天沟板G410TGB6813.051.91自重包括灌缝混凝土柱计算确定其他附件不考虑地基承载力特征值 fa=240kNm2(已修正)单层工业厂房设计时,屋架对上部柱的偏心距取为20mm。构件使用环境为一类。室外地面标高为-0.450m。二、 梁柱的结构布置1. 排架柱尺寸的选定由图可知:AB跨轨顶标高11.45m,BC跨轨顶标高11.15m,AB跨屋架顶标高17.95m,BC跨屋架顶标高18.1m柱全高 H=15.20m,上柱高度 Hu=4.20m,下柱高度 Hl=11.00m。上柱与全柱高的比值
4、 =HuH=4.2015.20=0.276。边柱A、C:上柱: bh=500500mm下柱:I bhbihi=5001000120200mm中柱B:上柱: bh=500600mm下柱:I bhbihi=5001200120200mmI字形截面其余尺寸如下图所示。2. 上下柱截面惯性矩及其比值.1) 排架平面内边柱上柱:Iu=1125005003=5.208109mm4下柱:Il=11250010003-1123805503-21238025275+2532=3.5641010mm4中柱上柱: Iu=1125006003=9.0109mm4下柱:Il=11250012003-1123807503
5、-21238025375+2532=5.7241010mm42) 排架平面外边柱上柱:Iu=1125005003=5.208109mm4下柱:Il=21122005003+1125501203+2123802560+19032=4.319109mm4中柱上柱:Iu=1126005003=6.25109mm4 下柱:Il=21122005003+1127501203+2123802560+19032=4.348109mm4三、 排架结构计算1. 计算简图2. 柱的计算参数柱的计算参数表柱号计算参数截面尺寸(mm)面积(105mm2)惯性矩(109mm4)自重(kN/m)IxIyA、C上柱5005
6、002.55.2085.2086.25下柱50010001202002.81535.644.2197.04B上柱5006003.09.06.257.5下柱50012001202003.05557.244.3487.64四、 荷载计算1. 恒载1) 屋盖自重预应力混凝土大型屋面板 1.21.4=1.68kNm225mm水泥砂浆找平层 1.2200.025=0.6kNm2100mm水泥蛭石砂浆保温层 1.260.1=0.72kNm2三毡四油上铺绿豆砂小石子防水层 1.20.4=0.48kNm2 小计 3.48kNm2天沟板 1.21.9162=27.50kN屋架自重 1.2112.75=135.3
7、0kN则作用于柱顶的屋盖结构自重:AB跨:GA=0.53.48621+27.5+135.3=300.64kNBC跨:G1=0.53.48624+27.5+135.3=331.96kNG1A+G1C=331.96+300.64=632.60kN2) 柱自重A、C轴上柱:G2A=G2C=GgkHu=1.26.254.2=31.5kN下柱:G3A=G3C=GgkHu=1.27.0411.0=92.928kNB轴上柱:G2B=1.27.54.2=37.8kN下柱:G3B= 1.27.6411.0=100.848kN3) 吊车梁及轨道自重G4=1.240.8+0.86.0=54.72kN各项永久荷载及其
8、作用位置见下图2. 屋面活荷载由荷载规范查得屋面活荷载标准值为0.5kNm2(因屋面活活荷载大于雪荷载,故不考虑雪荷载)。QAB=1.40.56210.5=44.10kNQBC=1.40.56240.5=50.40kN活荷载作用位置于屋盖自重作用位置相同,如上图所示。3. 吊车荷载本车间选用的吊车主要参数如下:AB跨:30t/5t吊车,中级工作制,吊车梁高1.2m。B=6.15m K=4.8mPmax,k=280kNPmin,k=65kNG1,k=365kNG2,k=117kNBC跨:10t吊车,中级工作制,吊车梁高0.9m。B=5.55m K=4.4mPmax,k=125kNPmin,k=4
9、7kNG1,k=224kNG2,k=38kN吊车梁的支座反力影响线如下所示。故作用于排架柱上的吊车竖向荷载分别为:AB跨:Dmax=QPmax,kyi=1.40.92801+0.775+0.2=696.78kNDmin=QPmin,kyi=1.40.9651+0.775+0.2=161.75kNBC跨:Dmax=QPmax,kyi=1.40.91251+0.775+0.808=296.57kNDmin=QPmin,kyi=1.40.9471+0.775+0.808=111.51kN由于作用在每一个轮子上的吊车横向水平荷载标准值为:Tk=14G2,k+Qg对于10t的软钩吊车:=0.12,Tk=
10、140.1238+1010=4.14kN。对于30/5t的软钩吊车:=0.10,Tk=140.10117+3010=10.43kN。故作用在排架柱上的吊车水平荷载分别为:AB跨:Tmax=DmaxTkPmax,k=696.7810.43280=25.96kNBC跨:Tmax=DmaxTkPmax,k=296.574.14125=8.93kN4. 风荷载该地区基本风压为0=0.35kNm2,风压高度变化系数按B类地面粗糙度取。柱顶至室外地面的高度为14.70m,查得 z=1.1316檐口至室外地面的高度为17.35m,查得 z=1.182风荷载标准值为:1=s1z0=0.81.13160.35=
11、0.3168kPa2=s2z0=0.41.13160.35=0.1584kPa则作用在排架计算简图的风荷载设计值为:q1=Q1B=1.40.31686=2.6611kNmq2=Q2B=1.40.15846=1.3306kNmAFw=Qzz0Bs1+s2h1+s3+s4h2=10.686kN风荷载作用下的计算简图如下图所示。五、 内力分析1. 剪力分配系数的计算=HuH,n=IuIl,C0=31+31n-1,i=H3C0EcIli,=1i1i剪力分配系数计算柱列惯性矩(109mm4)nC0i(10-11EcH3)A、C列上5.210.1460.2762.671.050.28下35.64B列上9.
12、000.1572.700.650.44下57.242. 永久荷载1) 屋盖自重作用将屋盖自重荷载简化为图6(a)其中G1C=331.96kN, G1A=300.64kN,G1B=G1AG1C=632.60kN。M1A= G1Ae1=300.640.02=6.01 kNmM1C=G1Ce1=-331.960.02=-6.64kNmM1B=M1A+M1C=6.01-6.64=-0.63 kNmM2A=G1e2=300.640.25=75.16 kNm M2C=G1e2=331.960.25=82.99kNmM2B=M1B=-0.63kNm由A、C柱:n=0.146,=0.276,查表或计算得,对C
13、柱:对A柱:查表或计算得,对C柱: 对A柱:则RC=R1C+R2C=-0.655-6.737=-7.392kN(),RA=R1A+R2A=0.5936.102=6.695kN()B柱:n=0.157,=0.276,算得C1=2.352,C3=1.089由M2B=M1B得:RB=O在R与M1、M2共同作用下,可以作出排架的弯矩图、轴力图(b)、(c),如下图6所示。图6 屋盖自重作用下排架弯矩图、轴力图2) 柱及吊车梁自重作用由于在安装柱子时尚未吊装屋架,此时柱顶之间无联系,没有形成排架,故不产生柱顶反力,则按悬臂柱分析其内力.计算简图如图7(a)所示。A柱:M2A=G2Ae2=31.50.25
14、=7.875kNm,G3A=92.928kN,G4A=54.72kN,M4A=G4Ae=54.720.25=13.68kNm。B柱:G2B=37.8kN,G3B=100.848kN,G4B=54.72kN。排架各柱的弯矩图、轴力图如下图7(b)、(c)所示。图7 柱及吊车梁作用下排架各柱弯矩图、轴力图3. 屋面活荷载作用1) AB跨作用有屋面活荷载由屋架传至柱顶的压力为Q=44.10kN,由它在A、B柱柱顶及变阶处引起的弯矩分别为:M1A=QABe1=44.100.02=0.882kNm,M2A=QABe2=44.100.25=11.03kNm,M1B=QABe3=44.100.15=6.62
15、 kNm,计算不动铰支座反力A柱:由前知C1=1.5,C3=1.234,则RA=R1A+R2A=0.087+0.895=0.982kN()B柱:由前知C1=2.352,则排架柱顶不动铰支座总反力为:R=RA+RB=0.982+1.024=2.006kN()将R反作用于排架柱顶,按分配系数求得排架各柱顶剪力(A=C=0.28,B=0.44)VA=RA-A R=0.982-0.282.006=0.420kN()VB=RB-B R=1.024-0.442.006=0.141kN()VC=RC-C R=0-0.282.006=-0.562kN()计算简图、排架各柱的弯矩图、轴力图如图8所示。图8 AB
16、跨活荷载作用下排架各柱弯矩图、轴力图2) BC跨作用有屋面活荷载由屋架传至柱顶的压力为Q=50.40kN,同理可得M1C=QBCe1=50.400.02=-1.01kNm,M2C=QBCe2=50.400.25=-12.60kNm,M1B=QBCe3=50.400.15=-7.56 kNm,计算不动铰支座反力A柱:由前知C1=1.5,C3=1.234,则R=R1C+R2C+RB=00.100+0.895+1.023=2.293kN()则排架柱顶不动铰支座总反力为:R=RA+RB=0.982+1.024=2.006kN()将R反作用于排架柱顶,按分配系数求得排架各柱顶剪力(A=C=0.28,B=
17、0.44)VA= -A R=0.642kN()VB=RB-B R=-0.161kN()VC=RC-C R=-0.481kN()计算简图、排架各柱的弯矩图、轴力图如下图9所示。图9 BC跨活荷载作用下排架各柱弯矩图、轴力图4. 吊车荷载作用(不考虑厂房整体空间工作)1) AB跨Dmax作用于A列柱时由于吊车竖向荷载Dmax和Dmin的偏心作用而在柱中引起弯矩。,其计算简图如图10所示。图10 Dmax作用于A列柱的计算简图各柱不动铰支座反力分别为:A列柱:n=0.146,=0.276, B列柱:n=0.157,=0.276,排架柱柱顶不动铰支座的总反力为:排架柱柱顶分配后的剪力分别为:当AB跨D
18、max作用于A列柱时,排架各柱的弯矩图和轴力图如图所示。图11 AB跨作用于A柱时排架柱的弯矩图轴力图2) AB跨Dmax作用于B列柱左侧时由于吊车竖向荷载和的偏心作用而在柱中引起弯矩。,其计算简图如图12所示。图12 Dmax作用于B列柱左侧的计算简图各柱不动铰支座反力分别为:A列柱:n=0.146,=0.276, B列柱:n=0.157,=0.276,排架柱柱顶不动铰支座的总反力为:排架柱柱顶分配后的剪力分别为:当AB跨作用于B列柱左侧时,排架各柱的弯矩图和轴力图如图13所示。图13 Dmax作用于B列柱左侧的内力图3) BC跨Dmax作用于B列柱右侧时由于吊车竖向荷载和的偏心作用而在柱中
19、引起弯矩。其计算简图如图14所示。图14 Dmax作用于B列柱右侧的计算简图各柱不动铰支座反力分别为:B列柱:n=0.157,=0.276, C列柱:n=0.146,=0.276,排架柱柱顶不动铰支座的总反力为:排架柱柱顶分配后的剪力分别为:当BC跨作用于B列柱右侧时,排架各柱的弯矩图和轴力图如图15所示。图15 Dmax作用于B列柱右侧的内力图4) BC跨Dmax作用于C列柱时由于吊车竖向荷载和的偏心作用而在柱中引起弯矩。其计算简图如图16所示。图16 Dmax作用于C列柱的计算简图各柱不动铰支座反力分别为:B列柱:n=0.157,=0.276, C列柱:n=0.146,=0.276,排架柱
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