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1、目录一、定位轴线2二、选用结构型式2三、柱子高度及截面尺寸2四、圈梁5五、荷载计算5六、内力计算8七、内力组合14表一:A柱在各种荷载作用下的内力汇总表15表二:A柱承载力极限状态,荷载效应的基本组合15表三:A柱正常使用极限状态荷载效应基本组合16八、柱子设计171. 上柱配筋计算172. 下柱配筋计算193. 柱裂缝宽度验算224.柱的吊装验算245. 柱的牛腿设计276. 柱子构造要求28九、基础设计291.荷载292.地基承载力验算303.基础抗冲切验算314.基础配筋计算33十、 柱网及支撑361.柱网构造要求362.屋盖支撑的构造要求363.其他要求37单层厂房结构设计一、定位轴线
2、 横向定位轴线:本厂房长度为51m,小于混凝土结构设计规范(GB50010-2002)规定的70m。可不设置温度缝,同时本结构也不需要设置沉降缝,因此,除柱端需要内移600mm外,横向定位轴线均通过几何中心。 纵向定位轴线:查表起重运输机械专业标准ZQ-62可得B=0.26m L=22.5m B0.08m边柱B3=0.4m B1+B2+B3=0.26+0.08+0.4=0.740.75m 因此采用封闭式纵向定位轴线二、选用结构型式 预应力混凝土大型屋面板采用92G410(一)标准图集,其板重(包括灌缝)标准值为; 屋架采用CG423标准图集中的预应力混凝土折线形屋架,自重标准值为74kN; 吊
3、车梁采用92G425标准图集中的预应力混凝土吊车梁,梁高1000mm,梁腹板宽300mm,自重标准值为34.8kN,轨道零件自重标准值0.82kN/m,轨道构造高度为200mm。三、柱子高度及截面尺寸(图1) 轨顶标高+8.4mm,吊车最大为20/5t,重级工作制,轨顶至吊车顶距H=2.136m,故:柱顶标高=轨顶标高+H+吊车顶端与柱顶的净空尺寸=(取10.8m)。吊车梁高1.0m,轨顶垫高0.2m,故牛腿顶面高=。上柱高,全柱高=柱顶标高+基顶至+0.000高度,下柱高。上柱 () 下柱 () 图1 厂房计算简图及柱截面尺寸7.2010.80单层厂房剖面图四、圈梁该厂房有桥式吊车,除在檐口
4、附近设置一道圈梁外,在标高7.16m处应增设一道圈梁。五、荷载计算1. 恒荷载 屋盖自重两毡三油防水层上铺绿豆砂 15mm厚水泥砂浆找平层 80mm厚泡沫混凝土保温层 冷底子油一道,热沥青二道 15mm厚水泥砂浆找平层 预应力混凝土屋面板 屋架 则屋架一端作用于柱顶的自重 柱自重上柱: 下柱: 吊车梁及轨道自重 2. 屋面活荷载 由荷载规范查得屋面活荷载标准值为(因屋面活荷载大于雪荷载,故不考虑雪荷载) 3. 风荷载 由荷载规范查得威海地区基本风压(按50年重现期考虑)为风压高度变化系数(按A类地面粗糙度取)为在柱顶 (按) 在檐口处 (按) 在对屋顶 (按) 屋面坡度为1/10,得。风载体形
5、系数如图2+0.8-0.5-0.5+0.04 图2 风载体形系数故风荷载标准值为: 则作用于排架上的风荷载设计值为 =风荷载作用下计算简图如图3所示图3 风荷载计算简图4. 吊车荷载 查表得 吊车重量吊车梁反力影响线如图4所示图4 吊车梁反力影响线 作用于每一轮子上的吊车横向水平刹车力()则两台吊车作用于排架柱顶上的吊车横向水平荷载为:六、内力计算1. 恒荷载 屋盖自重作用 因为屋盖自重是对称荷载,排架无侧移,故按柱顶为不动铰支座计算。有图1及图5,根据,则得 ()计算时对弯矩和剪力的符号规定为:弯矩图绘在受拉的一边;剪力对杆端而言,顺时针方向为正(+V),剪力图可绘在杆件的任一侧,但必须注明
6、正负号,亦即取结构力学的符号。这样,由屋盖自重对柱所产生的内力(图6-a) 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;因吊车梁自重作用点距柱外边缘要求不少于750mm,则得(图6-b) 2. 屋面活荷载作用 因屋面活荷载与屋盖自重对柱的作用点相同,故可将屋盖自重的内力乘以下列系数,即得图6-c的屋面活荷载内力分布图以及其轴向压力及剪力为(c)(b)(a)图6 恒荷载内力图图5 取用计算截面3. 风荷载作用 为了计算简便,可将风荷载分解为对称及反对称两组荷载。在对称荷载作用下,排架无侧移,则可按上端为不动铰支座进行计算;在反对称荷载作用
7、下,横梁内力等于零;则可按单根悬臂柱进行计算(图7)(a) (b) 图7 柱作用正风压图(a)当柱顶作用集中荷载时;(b)当墙面作用均布荷载时当柱顶作用集中荷载时(图6-a)当墙面作用均布荷载时,查表得,则得当正风压力作用在A柱时横梁内反力R(图7)则A柱的内力为当负风压力作用在A柱时(图8),则A柱的内力为图8 A柱作用负风压图7 A柱作用正风压 4. 吊车荷载 当值作用于A柱(图9-a) 根据,查表得。吊车轮压与下柱中心线距离按构造要求取,则得排架柱上端为不动绞支座时的反力值为:()()()再将R值反向作用于排架柱顶,按剪力分配进行计算。由于结构对称,故各柱剪力分配系数相等,即(图9-b)
8、。各柱的分配剪力为()最后各柱顶总剪力为()()(a)(b)图9 吊车竖向荷载作用时柱顶剪力(a)当柱上端为不动绞支座时柱顶反力;(b)柱顶作用R时,柱顶的分配剪力则A柱的内力为(图10-a); () 当值作用于A柱时(图10-b); ()(b)(a)图10 吊车竖向荷载对A柱内力图(a)当作用于A柱时;(b)当作用于A柱时 当值自左向右作用时() 由于值同向作用在A、B柱上,因此排架的横梁内力为零,则得A柱的内力为(图11)。() 当值自右向左作用时()其内力值与当自左向右作用时相同,但方向相反(b)(a)图11 吊车横向水平荷载作用(a)吊车横向水平力作用于排架;(b)横向水平力作用时内力
9、图 七、内力组合 单跨排架的A柱与B柱承受荷载情况相同,故仅对A柱在各种荷载作用下的内力进行组合。表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表;表2为承载力极限状态荷载效应的基本组合;表3为正常使用极限状态荷载效应的标准组合。表一:A柱在各种荷载作用下的内力汇总表荷载种类恒荷载屋面活荷载风荷载吊车荷载左风右风DmaxDmin(向左)(向右)荷载序号12345678截面M15.532.7361.36-77.75-45.18-45.1822.44-22.44N303.650.40M12.941.9543.83-55.54-32.27-32.2716.03-16.03N25336截面M-28.49-7.34
10、61.36-77.75145.4711.4522.44-22.44N351.350.40544.7161.8M-23.74-5.2443.83-55.54103.918.1816.03-16.03N292.7536389.07115.57截面M36.174.04459.28-411.9948.83-85.19166.43-166.43N35650.40544.7161.8V8.291.4675.28-58.27-12.55-12.5518.7-18.7M30.142.89328.06-294.2834.88-60.85118.88-118.88N296.6736389.07115.57V6.9
11、11.0453.77-41.62-8.96-8.9613.36-13.36注:(1)内力的单位,弯矩为,轴力为,剪力为; (2)表中弯矩和剪力符号对杆端以顺时针转动为正,轴向力以压为正; (3)表中第1项恒荷载包括屋盖自重、柱自重、吊车梁及轨道自重; (4)组合时第3项、第5项与第6项、第7项与第8项二者不能同时组合;(5)有值作用必须有或同时作用。表二:A柱承载力极限状态,荷载效应的基本组合组合荷载组合内力名称由可变荷载效应控制的组合Mmaxk1+0.9(2+3)1+0.9(3+5+7)1+0.9(2+3+5+7)73.21348.96177.85841.53646.89891.5982.8
12、9-Mmaxk1+0.9(4+6+8)1+0.9(2+4+6+8)1+0.9(4+6+8)-115.30303.6-114.96542.28-561.08501.62-72.29Nmaxk1+0.9(2+3)1+0.9(2+3+5+7)1+0.9(2+3+5+7)73.21348.96171.25886.89646.89891.5982.89-Nmink1+0.9(4+6+8)1+0.9(4+6+8)1+0.9(4+6+8)-115.30303.6-108.36496.92-561.08501.62-72.29注:(1)简化规则: (2)由永久荷载效应控制的组合:其组合值不是最不利。表三:A柱
13、正常使用极限状态荷载效应基本组合组合荷载组合内力名称标准组合荷载效应组合值Mmaxk1+3+0.7*21+5+0.7*7+0.6*31+3+0.7(2+5+7)58.14278.2117.69681.82467.86594.2264.49-Mmaxk1+4+0.7(6+8)1+4+0.7(2+6+8)1+4+0.7(6+8)-76.41253-88.44429.16-389.95377.57-50.33Nmaxk1+3+0.7*21+5+0.7(2+7)+0.6*31+5+0.7(2+7)+0.6*358.14278.2114.02707.02347.10780.2840.29-Nmink1+
14、4+0.7(6+8)1+4+0.7(6+8)1+4+0.7(6+8)-76.41 253-84.77403.96-389.95377.57-50.33八、柱子设计1. 上柱配筋计算 从表二选取两组最不利内力 按计算 ,需考虑纵向弯曲影响,其截面按对称配筋计算,其偏心距为 由,故取。 又因为,故 则 因,故属于大偏心受压构件 按计算 ,需考虑纵向弯曲影响,其截面按对称配筋计算,其偏心距为 由,故取。 又因为,故 则 因,故属于大偏心受压构件综合以上计算结果,最后上柱钢筋截面面积选用每侧为228()2. 下柱配筋计算 从表二中选取两组最不利的内力 按计算 ,需考虑纵向弯曲影响,其截面按对称配筋计算
15、,其偏心距为 由,故取。 又因为,故取 则 先按大偏心受压情况计算受压区高度x,并假定中和轴通过翼缘,则应 说明中和轴位于受压翼缘又因故属于大偏心受压情况,则按计算 ,又因为,故取 则 先按大偏心受压情况计算受压区高度x,并假定中和轴通过翼缘,则应 说明中和轴位于受压翼缘内 又因故属于大偏心受压情况,则综合以上两种计算结果,最后下柱钢筋截面面积选用每侧为4 25()。3. 柱裂缝宽度验算 上柱 从表三种取一组荷载效应组合内力值: , 截面偏心距 钢筋的等效直径为, 下柱 从表三中取一组荷载效应组合内力值: 截面偏心距 则 因,故取 按荷载标准组合计算的纵向受力钢筋应力 裂缝间钢筋应变不均匀系数
16、为 则偏心受压构件在纵向受拉钢筋截面重心处,混凝土侧表面的最大裂缝宽度为 满足要求。4.柱的吊装验算 荷载计算(柱子尺寸如图12)上柱截面面积:0.16图12 柱子尺寸下柱工字形截面面积:下柱矩形截面面积:上柱平均线荷载:下柱平均线荷载:牛腿部分线荷载 弯矩计算: 如图12及图13所示 图13 柱吊装验算的计算简图 则得: 求AB跨最大弯矩,先求反力 故AB跨最大弯矩为 令 故最不利截面为B及C截面 配筋验算对B截面荷载分项系数为1.2,动力系数为1.5,对一般建筑物,构件的重要性系数取降低一级后的值为0.9,则其弯矩设计值为 受拉钢筋截面面积(为偏于安全,下柱取工字形截面计算) 查得 下柱原
17、配受拉钢筋425()因,故安全对C截面 查得 上柱原配受拉钢筋228()因,故安全 裂缝宽度验算对B截面 (满足要求)对C截面 (满足要求)5. 柱的牛腿设计 荷载计算竖向荷载 吊车梁加轨道重 共计水平荷载 截面尺寸验算,则取,。 (满足要求) 配筋计算纵筋截面面积 又 按最小配筋率配筋,选用414()箍筋选用8间距(28,),则在上部处实配箍筋截面面积为 符合要求因,故无需设置弯起钢筋。6. 柱子构造要求 当偏心受压柱截面高度时,侧边需设置直径为的侧向构造钢筋,故在下柱和牛腿处每边设置一根10的纵向构造钢筋,与外纵墙预留拉筋采用;牛腿纵向受拉钢筋锚固长度,故受拉钢筋应在伸入上柱向下弯折,弯折
18、长取,插入下柱的长度为150mm。 上柱钢筋锚固长度,与下柱搭接长度为并且在牛腿内有弯折,弯钩半径,平直段长度 上柱和下柱的箍筋由标准图集取6200; 上柱纵向受力钢筋和下柱侧向构造钢筋搭接长度由标准图集得。九、基础设计1.荷载按地基规范规定,对地基承载力特征值为、单跨厂房的跨度、吊车起重量不超过的丙级建筑物,设计时可不作地基变形验算。确定基础面积应选用荷载标准组合值,由表三选取以下两组控制内力进行计算。 先不考虑偏心荷载,由公式 把面积提高30%得到 ,取为 取基础高度,基础埋深为,则基础自重和土重 ,由基础梁传至基础顶面的外墙重2.地基承载力验算 修正后的地基承载力特征值:。以为b3m,持
19、力层土质为砾砂层,。基底以上土平均自重按第一组荷载验算,其基础底面荷载效应标准值为: 按第二组荷载验算,其基础底面荷载效应标准值为: 此时基础最大应力值应按下式计算: (满足要求)3.基础抗冲切验算 从表二中取如下荷载作抗冲切验算:, 基础底面相应荷载设计值为: 基础自重:不考虑 外墙传至基础顶面重 基础底面土净反力: 最小净反力为负值,故底面净反力按下式计算:, 故 柱根冲切面验算(图14-a及14-b):(b)(a)图14 基础抗冲切验算(a)柱根处冲切面 (b)变阶处冲切面3600244524453600因 其冲切荷载计算值为: 则冲切承载力按下式计算: 上式中,计算得0.983。 则冲
20、切承载力为: 满足要求。变阶处冲切面冲切验算(图14-b) 则冲切荷载设计值为: 冲切承载力为: 满足要求4.基础配筋计算 基础长边方向配筋:按第一组最不利荷载计算得基础底边土净反力(图15) 柱根土净反力:则得其截面相应弯矩:相应于和截面的配筋:250016003600图15 第二组荷载作用下基地土净反力 又 选用 基础短边方向计算按第二组荷载进行计算(最不利荷载):基础底边土净反力(图15)则得其截面相应弯矩:相应于和截面配筋为:又 选用十、 柱网及支撑1.柱网构造要求抗风柱截面尺寸由钢筋混凝土抗风柱标准图集得为;抗风柱布置间距由标准图集得,。2.屋盖支撑的构造要求由于大型屋面板不能满足要
21、求、不能起水平支撑作用,故在伸缩缝内两端各设置一道上弦横向水平支撑;当厂房跨度时,在伸缩缝两端第一或第二柱间的跨中,设置一道屋架间垂直支撑;并在各跨跨中下弦处,设置一道通长的水平系杆;采用折线形屋架,在伸缩缝区段两端第一或第二柱间内,在屋架两端支座处设置端部垂直支撑和通长的下弦水平系杆; 为了将抗风柱荷载传给屋架,则在第一和第二柱间设置刚性系杆。3.其他要求厂房外墙厚度为;由于厂房跨度,柱高,故需设置柱间支撑,上柱支撑设置在区段两端和设置有下柱支撑处,下柱支撑设置在区段中间。 相应于和截面配筋为:又 选用十一、 柱网及支撑1.柱网构造要求抗风柱截面尺寸由钢筋混凝土抗风柱标准图集得为;抗风柱布置间距由标准图集得,。2.屋盖支撑的构造要求由于大型屋面板不能满足要求、不能起水平支撑作用,故在伸缩缝内两端各设置一道上弦横向水平支撑;当厂房跨度时,在伸缩缝两端第一或第二柱间的跨中,设置一道屋架间垂直支撑;并在各跨跨中下弦处,设置一道通长的水平系杆;采用折线形屋架,在伸缩缝区段两端第一或第二柱间内,在屋架两端支座处设置端部垂直支撑和通长的下弦水平系杆; 为了将抗风柱荷载传给屋架,则在第一和第二柱间设置刚性系杆。3.其他要求厂房外墙厚度为;由于厂房跨度,柱高,故需设置柱间支撑,上柱支撑设置在区段两端和设置有下柱支撑处,下柱支撑设置在区段中间。
限制150内