单层混凝土结构工业厂房设计11863.docx
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1、3.9单层厂房排架结构设计实例A Dessign of EExampple ffor MMill Bentts off Onee-stoory IIndusstriaal Woorkshhops3.9.11 设计资资料及要求求1工程概概况某机修车间间为单跨厂房,跨跨度为244m,柱距距均为6mm,车间总总长度为666m。每每跨设有起起重量为220/5t吊车车各2台,吊吊车工作级级别为A55级,轨顶顶标高不小小于9.660m。厂厂房无天窗窗,采用卷卷材防水屋屋面,围护护墙为2440mm厚厚双面清水水砖墙,采采用钢门窗窗,钢窗宽宽度为3. 6m,室室内外高差差为l500mm,素素混凝土地地面。建筑
2、筑平面及剖剖面分别如如图3-76和图图3-77所示示。图3-766图3-7772结构设设计原始资资料厂房所在地地点的基本本风压为,地地面粗糙度度为B类;基本雪压压为。风风荷载的组组合值系数数为0.66,其余可可变荷载的的组合值系系数均为00 7。土土壤冻结深深度为0.3m,建建筑场地为为I级非自自重湿陷性性黄土,地地基承载力力特征值为为l65kkN/m:,地下水水位于地面面以下7mm,不考虑虑抗震设防防。3材料 基基础混凝土土强度等级级为C200;柱混凝凝土强度等等级为C330。纵向向受力钢筋筋采用HRRB3355级、HRRB4000级;箍筋筋和分布钢钢筋采用HHPB2335级。4 设计要求
3、分分析厂房排排架内力,并并进行排架架柱和基础础的设计;3.9.22 构件选选型及柱截截面尺寸确确定因该厂房跨跨度在l55-36mm之间,且柱柱顶标高大大于8m,故采采用钢筋混混凝土排架架结构。为为了保证屋屋盖的整体体性和刚度度,屋盖采采用无檩体体系。由于于厂房屋面面采用卷材材防水做法法,故选用用屋面坡度度较小而经经济指标较较好的预应应力混凝土土折线形屋屋架及预应应力混凝土土屋面板。普普通钢筋混混凝土吊车车粱制作方方便,当吊吊车起重量量不大时,有有较好的经经济指标,故故选用普通通钢筋混凝凝土吊车粱粱。厂房各各主要构件件造型见表表3-166。 由由设计资料料可知,吊吊车轨顶标标高为9. 80m。对
4、对起重量为为20/55t、工作作级别为AA5的吊车车,当厂房房跨度为224m时,可可求得吊车车的跨度=24-00. 7552=22. 5m,由由附表4可可查得吊车车轨顶以上高度度为2.33m;选定定吊车梁的的高度=11.20mm,暂取轨轨道顶面至至吊车梁顶顶面的距离离=0.22m,则牛牛腿顶面标标高可按下下式计算: 牛牛腿顶面标标高=轨顶顶标高-=9.660-1.20-00.20=8.200m由建筑模数数的要求,故故牛腿顶面面标高取为为8. 440m。实实际轨顶标标高=8. 40+1. 220+0.20=99. 800m9. 60mm。考虑吊车行行驶所需空空隙尺寸=220mmm,柱顶顶标高可按
5、按下式计算算:柱顶标高=牛腿顶面面标高+吊车高度度+, =8. 40+1. 220+0. 20+2. 330+0. 22=12.332m故柱顶(或或屋架下弦弦底面)标标高取为112. 330m。 取取室内地面面至基础顶顶面的距离离为0.55m,则计计算简图中中柱的总高高度、下柱柱高度和上上柱高度分分别为 =12.3+0. 5=112. 88m =8.44+0. 5=8.9m =12.88.9=3.9mm 根根据柱的高高度吊车起起重量及工工作级别等等条件,可可由表3-5并参考考表3-77确定柱截截面尺寸为为A、B轴轴 上上柱 口口下柱 3.9.33 定位轴轴线 横横向定位轴轴线除端柱柱外,均通通
6、过柱截面面几何中心心。对起重重量为200/5t、工工作级别为为的吊车,由由附表4可可查得轨道道中心至吊吊车端部距距离;吊车车桥架外边边缘至上柱柱内边缘的的净空宽度度,一般取取。 对对边柱,取取封闭式定定位轴线,即即纵向定位位轴线与纵纵墙内皮重重合,则,故故 亦符符合要求。3.9.44 计算简简图确定 由由于该机修修车间厂房房,工艺无无特殊要求求,且结构构布置及荷荷载分布(除除吊车荷载载外)均匀匀,故可取取一榀横向向排架作为为基本的计计算单元,单单元的宽度度为两相邻邻柱间中心心线之间的的距离,即即,如图33-78(b)所示;计算简图图如图3-78(a)所示。 (a)(b)图3-7883.9.55
7、 荷载计计算1. 永久久荷载(l)屋盖盖恒载为了简化计计算,天沟沟板及相应应构造层的的恒载,取取与一般屋屋面恒载相相同。两毡三油防防水层 20mm厚厚水泥砂浆浆找平层 100mmm厚水泥蛭蛭石保温层层 一毡两油隔隔气层 20mm厚厚水泥砂浆浆找平层 预应力混凝凝土屋面板板(包括灌灌缝) 屋盖钢支撑撑 图3-79 AA、B柱永永久荷载作作用位置相相同屋架自重重重力荷载为为l06kkN/榀,则则作用于柱柱顶的屋盖盖结构自重重标准值为为 (2)吊车车梁及轨道道自重标准准值 (3)柱自自重标准值值A、B轴 上柱柱 下柱各项永久荷荷载作用位位置如图33-79所所示。 2屋面可可变荷载由荷载规规范查得得,
8、屋面活活荷载标准准值为0.5kN/,屋面雪雪荷载标准准值为0.25kNN/,由于后后者小于前前者,故仅仅按屋面均均布活荷载载计算。作作用于柱顶顶的屋面活活荷载标准准值为 的作用位置置与作用位位置相同,如如图3-779所示。3吊车荷荷载对起重量为为20/55t的吊车车,查附表表4并将吊吊车的起重重量、最大大轮压和最最小轮压进进行单位换换算,可得得: 根据据B及K,可可算得吊车车梁支座反反力影响线线各轮压对对应点的竖竖向坐标值值,如图33-80所所示,据此此可求得吊吊车作用于于柱上的吊吊车荷载。图3-800 (1)吊车竖向向荷裁 吊车竖竖向荷载标标准值为 (22)吊车横横向水下荷荷藏 作用于于每一
9、个轮轮子上的吊吊车横向水水平制动力力为 同时作作用于吊车车两端每排排架柱上的的吊车横向向水平荷载载标准值为为 4风荷载载 风荷荷载标准值值按式(3312)计计算,其中中基本风压压按B类地面面粗糙度,根根据厂房各各部分标高高(图377),由由附表3-1可查得得风压高度度变化系数数为 柱顶顶(标高112.300m) 檐口口(标高114.600m) 屋顶顶(标高116.000) 风荷荷载体型系系数如图33-81(a)所示示,则由式式(3-112)可求求得排架迎迎风面及背背风面的风风荷载标准准值分别为为则作用于排排架计算简简图(图33-81b)上的风荷荷载标准值值为 图图3-813.9.66 排架内内
10、力分析有有关系数厂房为等高高排架可用用剪力分配配法进行排排架内力分分析。由于于该厂房的的A柱和BB柱的柱高高、截面尺尺寸等均相相同,故这这两柱的有有关参数相相同。1柱顶剪剪力分配系系数柱顶位移系系数 和柱柱的剪力分分配系数 分别计算算,结果见见下表柱号A、B柱由上表可知知,。2.单阶变变截面柱柱柱顶反力系系数由表3-99中给出的的公式可分分别计算不不同荷载作作用下单阶阶变截面柱柱的柱顶反反力系数,计算结果见见表3-119。表 3-119 简图柱顶反力系系数A柱和B柱柱2.14331.10440.55990.32663 内力正负号号规定本例题中,排排架柱的弯弯矩、剪力力和轴力的的正负号规规定如图
11、33-82所所示,后面面的各弯矩矩图和柱底底剪力均未未标出正负负号,弯矩矩图画在受受拉一侧,柱柱底剪力按按实际方向向标出。图 3-8823.9.77 排架内内力分析1 永久荷载作作用下排架架内力分析析永久荷载作作用下排架架的计算简简图如图33-83(aa)所示。图中的重力力荷载 及及力矩 根根据图3-79确定定,即由于图3-83(aa)所示排排架为对称称结构且作作用对称荷荷载,排架架结构无侧侧移,故各各柱可按顶顶为不动铰铰支座计算算内力。按按照表3-19计算算的柱顶反反力系数,柱柱顶不动铰铰支座反力力可根据表表3-9所所列的相应应公式计算算求得,即即求得柱顶反反力后,可可根据平衡衡条件求得得柱
12、各截面面的弯矩和和剪力。柱柱各截面的的轴力为该该截面以上上重力荷载载之和。恒恒载作用下下排架结构构的弯矩图图、轴力图图和柱底剪剪力分别见见图3-883(b)、(c)。图3-8332 屋面可变荷荷载作用下下排架内力力分析排架计算简简图如图33-84(a)所示示。屋架传传至柱顶的的集中荷载载,它在柱柱顶及变阶阶处引起的的力矩分别别为按照表3-19计算算的柱顶反反力系数和和表3-99所列的相相应公式可可求得柱顶顶不动铰支支座反力即即则排架柱顶顶不动铰支支座总反力力为:排架各柱的的弯矩图、轴轴力图及柱柱底剪力如如图3-884(b)、(c)所示。图 3-8843 屋面可变荷荷载作用下下排架内力力分析(1
13、)作用用于A柱计算简图如如图3-886(a)所示。其其中吊车竖竖向荷载、在牛腿顶顶面处引起起的力矩分分别为:按照表3-19计算算的柱顶反反力系数和和表3-99所列的相相应公式可可求得柱顶顶不动铰支支座反力分分别为排架各柱顶顶剪力分别别为排架各柱的的弯矩图、轴轴力图及柱柱底剪力如如图3-886(b)、(c)所示。图 3-886(2) 作用于B柱柱同理,将 作用于AA柱情况的的A、B柱柱内力对换换,并改变变内力符号号可求得各各柱的内力力。(3) 作用于ABB跨柱当AB跨作作用吊车横横向水平荷荷载时,排排架计算简简图如图33-90(a)所示示。由表3-99得 , 则柱顶不不动铰支座座反力分别别为排架
14、柱顶总总反力R为各柱顶剪力力分别为排架各柱的的弯矩图及及柱底剪力力值如图33-90(bb)所示。当当方向相反反时,弯矩矩图和剪力力图只改变变符号,数数值不变。图 3-9904 风荷载作用用下排架内内力分析(1) 左吹风时计算简图如如图3-992(a)所示。柱顶不动铰铰支座反力力及总反力力分别为 各柱顶剪力力分别为排架内力图图如图3-92(bb)所示。(2) 右吹风时将图3-992(b)所示A、BB柱内力图图对换,并并改变内力力符号后即即可。图 3-9923.9.88 内力组组合以A柱内力力组合为例例。控制截截面分别取取上柱底部部截面I-I、牛腿腿顶截面和下柱柱底截面-,如图33-53所所示。表
15、33-20为为各种荷戴戴作用下AA柱各控制制截面的内内力标准值值汇总表。表中控制截截面及正号号内力方向向如表3-20中的的例图所示示。荷载效效应的奉基基本组合设设计值按式式(3-224)进行行计算。在在每种荷载载效应组合合中,对矩矩形和I形形截面柱均均应考虑以以下四种组组合,即(1)及相相应的(2)及相相应的;(3)及相相应的;(4)及相相应的。表 3-220控制截面及及正向内力力荷载类别永久荷载效效应SGKK屋面可变荷荷载效应SSGK吊车竖向荷荷载效应SSGK吊车水平荷荷载效应SSQK风荷载效应应SQK作用在A柱柱作用在B柱柱作用在ABB跨左风右风弯矩图及柱柱底截面剪剪力序号I-IMK15.
16、5332.41-27.222-27.777019.466-27.228NK295.44036.00000000II-IIIMK-45.003-6.599111.4461.26019.466-27.228NK339.77036.000462.22596.755000III-IIIIMK22.3553.0249.344-62.11+62.11165.883-140.24NK381.44436.000462.22596.755000VK7.571.08-6.988-7.1228.2624.411-16.665由于本例不不考虑抗震震设防,对对柱截面一一般不需进进行受剪承承载力计算算。故除下下柱底截面面
17、-外,其他他截面的不不利内力组组合未给出出所对应的的剪力值。对柱进行裂裂缝宽度验验算和基础础地基承载载力计算时时,需采用用荷载效应应的标准组组合和准永永久组合的的效应设计计值。表33-2l和和表3-222为A柱柱荷载效应应的基本组组合和标准准组合。43表 3-221截面内力组组合基本组合(可可变荷载控控制)标准准组合:+Mmaxx及相应的的N,V-Mmaxx及相应的的N,VNmax及及相应的MM,VNmin及及相应的NN,VI-IM1.2+1.44+11.400.748.244+1.440.99+11.400.700.9+0.66-66.3381.2+1.40.9+1.40.745.244+1
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