单层厂房课程设计--混凝土单厂结构设计计算书79.pdf
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1、 单层厂房课程设计-混凝土单厂结构设计计算书 2 混凝土单厂结构设计计算书 一、设计资料及要求 本车间为两跨等高厂房,车间面积为 3024m2,车间长度 72m。跨度见附图,设有两台 30/5tA4 级软钩吊车,轨顶标高见图,柱顶标高见图;BC 跨跨度见图,设有两台 10tA5 级软钩吊车,柱顶标高见图。(1)屋面结构 见下表(2)排架柱及基础材料选用情况 柱 混凝土:采用 C25,cf=11.9N/,tkf=1.78N/钢筋:纵向受力钢筋采用 HRB400 级钢筋(yf=360N/,sE=2105N/),箍筋采用HPB300 级钢筋.基础 混凝土:采用 C25,cf=11.9N/,tkf=1
2、.78N/3 钢筋:采用 HPB300 级钢筋(yf=210N/)主要承重构件选型表 构 件名称 标准图号 选用型号 允许荷载(kNm2)自重(kNm2)备注 屋架 G415 YWJ241D 3.5 每榀112.75kN 屋架边缘高度 1.4 米,屋架的垂直高度 2.8 米 屋 面板 G410 YWB2 2.46 1.4 自重包括灌缝 吊 车梁 G323 DL9B 40.8 kN/每根 吊车梁梁高1.2 米 连 系梁、G320 16.7kN每 4 基 础梁 根 轨 道连接 G325 0.8 kNm 天 沟板 G410 TGB68 1 3.05 1.91 自重包括灌缝 混 凝土柱 计算确定 其
3、他附件 不考虑 二、梁柱的结构布置 排架柱尺寸的选定 算上柱高及柱全高 由所给图知:轨顶标高为+11.7m,柱顶标高14.1m,柱全高 H=14.6m 上柱高度 Hu=4.20m 下柱高度 Hl=10.4m 上柱与全柱高的比值=Hu/H=4.2/14.6=0.287 初步确定柱截面尺寸.对于下柱截面宽度:251040025=lHb=416,取 b=500mm 5 对于下柱截面高度,有吊车时 121040012=lHh=867mm 无吊车时 25106.145.1255.13=lHh=876mm 边柱 A.C 轴:上柱:bh=500mm500mm 下柱:I bhbihi=500mm1000mm1
4、20mm200mm 中柱 B 轴:上柱:bh=500mm600mm 下柱:I bhbihi=500mm1200mm120mm200mm 验算初步确定的截面尺寸,满足要求.I 字形截面其余尺寸如图所示.6 三、排架结构计算 计算简图 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)Ix Iy A、C 上柱 500500 2.5 5.208 5.208 6.25 下柱 I 5001000120200 2.815 35.64 4.219 7.04 B 上柱 500600 3.0 9.0 6.25 7.5 下柱 I 5
5、001200120200 3.055 57.24 4.348 7.64 7 四、荷载计算 永久荷载 屋盖自重 预应力混凝土大型屋面板 1.21.4=1.68KN/m2 25mm水泥砂浆找平层 1.2200.025=0.6KN/m2 100mm水泥蛭石砂浆保温层 1.260.1=0.72KN/m2 三 毡 四 油 上 铺 绿 豆 砂 小 石 子 防 水 层 1.20.4=0.48KN/m2 g=3.48KN/m2 天沟板 1.21.916=13.75KN 屋架自重 1.2112.75=135.30KN 则作用于柱顶的屋盖结构自重:BC跨:G1=3.48627/2+13.75/2+135.30/2
6、=356.405kN AB跨:G1=3.48624/2+13.75/2+135.30/2=325.085kN 8 柱自重 A、C 轴上柱:G2A=G2C=GgkHu=1.26.254.2=31.5kN.下柱:G3A=G3C=GgkHu=1.27.0410.4=87.86kN B 轴上柱:G2B=1.27.54.2=37.8kN.下柱:G3B=1.27.6411.00=100.848kN 吊车梁及轨道自重 G4=1.2(40.8+0.86.0)=54.72kN.各项永久荷载及其作用位置见下图 屋面活荷载 由荷载规范查得屋面活荷载标准值为0.7KN/m2(因屋面活活荷载大于雪荷载,故不考虑雪荷载)
7、.Q=1.40.7612=70.56kN 活荷载作用位置于屋盖自重作用位置相同,如图括号所示.9 吊车荷载 吊车计算参数见表 4-1,并将吊车吨位换算为 kN.表 4-1 跨度(m)起重量Q(t)跨度Lk(m)最大轮压Pmax(kN)最小轮压Pmin(kN)大车轮距K(m)吊 车最 大宽 度B(m)吊车总重G(kN)小车重g(kN)24 30/5 22.5 290 70 4.8 6.15 420 117 27 10 25 135 50 5.25 6.4 270 38 10.5 根据 B 与 K,算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的坐标值如图所示,依据该图求得作用于柱上的吊车竖向荷载.车竖向
8、荷载 Dmax=QPk,max yi=0.9 1.4 135(1+0.136)+290(0.8+0)=485.55kN Dmin=QPk,min yi=0.9 1.4 50(1+0.136)+70(0.8+0)=142.13kN 吊车横向水平刹车力(作用于吊车梁顶)当吊车起重量Q100kN 时,12.0=Q=150500kN时10.0=1)当吊车起重量在 Q=150500kN 时,=0.10 11 T300=()()11730041.04.19.04+=+gQQ=13.14kN T100=()()38100412.04.19.04+=+gQQ=5.22kN 2)当一台 30/5t,一台 10t
9、 吊车同时作用时,Tmax=Tyi=13.14(1+0.136)+5.22(0.8+0)=19.1kN 当一台 30/5t 吊车作用时,Tmax=Tyi=13.14(1+0.136)=14.93kN 风荷载 该地区基本风压为0=0.35KN/m2,按 B 类地面粗糙度,从荷载规范查得风压高度变化系数z为:柱顶至室外地面的高度为 14.1m,查得z=1.112,檐 口 至 室 外 地 面 的 高 度 为 16.75m,查 得z=1.179,风荷载标准值为:1=1sz0=0.81.1120.35=0.31136kPa.2=2sz0=0.41.1120.35=0.15568kPa.则作用在排架计算简
10、图的风荷载设计值为:63114.04.111=BqQ=2.616kN/m 61557.04.122=BqQ=1.308kN/m ABwHHFzzzssssQw043121)()(+=12=1.4(0.80.4)2.65(-0.60.5)0.91.1791.00.356=10.738kN 风荷载作用下的计算简图如图 2-9 所示.五、内力分析 剪力分配系数的计算 A、C 轴柱:146.01064.3510208.59921=IIn,288.06.142.421=HH 63.2)1146.0/1(288.013)1/1(13330=+=+=nC 则EHEHCEIHCA329932023210010
11、5.063.264.3510=13 B 轴柱:157.01024.57100.99921=IIn,288.06.142.421=HH,66.2)1157.0/1(288.013)1/1(13330=+=+=nC,则EHEHCEIHB3299320232100065.066.224.5710=各柱的剪力分配系数:28.0100065.01100105.02100105.0111329329329=+=HEHEHEiACA 44.028.028.011=CAB 永久荷载 屋盖自重作用 其 中G1C=356.405kN,G1A=325.085kN G1B=G1AG1C=681.5kN M1C=G1C
12、e1=356.4050.02=7.128kNm,M1A=325.0850.02=6.502kN.m M1B=M1A-M1C=7.128-6.502=0.626kN.m M2C=G1e2=356.4050.25=89.101kNm,M2A=325.0850.25=81.27kN.m M2B=M1B=0.626kN.m 由 A、C 柱:n=0.146,=0.288,查表或计算得5.1)1/1(1)/11(1 5.1321=+=nnC,14 对 C 柱:)(732.06.14128.75.12111kNHMCRCC=对 A 柱:)(668.06.14502.65.12111kNHMCRAA=查表或计
13、算得,234.1)1/1(1)1(5.1323=+=nC,对 C 柱:)(531.76.14101.89234.12232kNHMCRCC=对 A 柱:)(869.66.1427.81234.12232kNHMCRAA=则RC=R1C+R2C=0.732+7.531=8.263kN(),RA=R1A+R2A=0.668+6.869=7.537kN()B柱:n=0.157,=0.288,算得C1=2.352,C3=1.089 由 M2B=M1B得:RB=O 在 R 与 M、M 共同作用下,可以作出排架的弯矩图、轴力图,如下图图(b)、(c)所示.15 柱及吊车梁自重作用 由于在安装柱子时尚未吊装
14、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 2-11(a)所示.A 柱:M2A=G2Ae2=31.50.25=7.875kNm,G3A=87.86kN,G4A=54.72kN,M4A=G4Ae=54.720.25=13.68kNm.16 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(b)、(c)所示.屋面活荷载作用 AB 跨作用有屋面活荷载 由屋架传至柱顶的压力为 Q=70.56kN,由它在 A、B 柱柱顶及变阶处引起的弯矩分别为:M1A=Q1e=70.560.02=1.411
15、kNm,M2A=Q1e=70.560.27=19.051kNm,M1B=Q1e=70.560.15=10.58kNm,17 计算不动铰支座反力 A 柱:由前知 C1=1.5,C3=1.234,)(139.02.15411.15.12111kNHMCRAA)(547.12.15051.19234.12232kNHMCRAA 则 RA=R1A+R2A=0.139+1.547=1.686kN()B 柱:由前知 C1=1.60,)(637.12.1558.10352.2211kNHMCRBB 则排架柱顶不动铰支座总反力为:R=RA+RB=1.686+1.637=3.323kN()将 R 反作用于排架柱
16、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=1.686-0.283.323=0.756kN()VB=RB-B R=1.637-0.443.323=0.175kN()VC=RC-C R=0-0.283.323=-0.930kN()计算简图、排架各柱的弯矩图、轴力图如下图所示.18 BC 跨作用有屋面活荷载 由于结构对称,故只需将 AB 跨作用有屋面活荷载情况的A柱与C柱的内力对换并将内力变号即可,其排架各柱内力见下图 吊车荷载作用(不考虑厂房整体空间工作)19 Dmax作用于 A 柱 由前,Dmax=485.55kN(Dmin=142.13kN),由吊车
17、竖向荷载、在柱中引起的弯矩为:MA=Dmax e=485.550.25=121.38kNm,MB=Dmin e=142.130.75=106.6kNm,计算简图如下图(a)所示.计算不动铰支座反力 A 柱:n=0.146,=0.288,查表得 C3=1.234,B 柱:n=0.157,=0.288,查表得 C3=1.089,)(26.106.1438.121234.123kNHMCRAA)(95.76.146.106089.123kNHMCRBB 则不动铰支座总反力为:R=RA+RB=-10.26+7.95=-2.31kN()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.
18、28,B=0.44)VA=RA-A R=-10.26+0.284.28=-11.458kN()VB=RB-B R=7.95+0.444.28=9.833kN()VC=RC-C R=0+0.284.28=1.198kN()排架各柱的弯矩图、轴力图如下图(b)、(c)所示.20 Dmax作用于 B 柱左 由吊车竖向荷载,Dmax=485.55kN(Dmin=142.13kN),在柱中引起的弯矩为:MA=Dmin e=142.130.25=35.532kNm,MB=Dmax e=485.550.75=364.163kNm,计算简图如下图(a)所示.计算不动铰支座反力 A 柱:n=0.146,=0.2
19、88,查表得 C3=1.234,B 柱:n=0.157,=0.288,查表得 C3=1.089,)(003.36.14532.35234.123kNHMCRAA)(163.276.14163.364089.123kNHMCRBB 21 则不动铰支座总反力为:R=RA+RB=-3.003+27.163=24.16kN()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=-3.003-0.2824.16=-9.768kN()VB=RB-B R=27.163-0.4424.16=16.533kN()VC=RC-C R=0-0.2824.16=
20、-6.765kN()排架各柱的弯矩图、轴力图如图 2-15(b)、(c)所示.Dmax作用于 B 柱右 根据结构的对称性,其内力计算同“Dmax作 22 用于 B 柱左”情况,只需将 A、C 柱内力对换一下,排架各柱的弯矩图、轴力图如下图所示.Dmax作用于 C 柱 同理,将“Dmax作用于 A 柱”情况的 A、C 柱内力对换,并注意改变符号,得出各柱的内力,如下图所示.:AB 跨的二台吊车刹车 计算简图如下图所示.吊车水平荷载Tmax,k的作用点距柱顶的距离 23 y=4.2-1.2=3m A 柱:由714.02.40.3uHy及 n=0.146,=0.276,查表 y=0.7Hu得 C5=
21、0.649,查表 y=0.8Hu得 C5=0.606,内插后得 C5=0.643 RA=-TmaxC5=-20.730.643=-13.33kN()B 柱:由714.02.40.3uHy及 n=0.157,=0.276,查表 y=0.7Hu得 C5=0.654,查表 y=0.8Hu得 C5=0.611,内插后得 C5=0.648 RB=-TmaxC5=-20.730.648=-13.43kN()则 R=RA+RB=-13.33-13.43=-26.76kN()各柱顶剪力为(A=C=0.28,B=0.44)VA=RA-A R=-13.33-0.28(-26.76)=-5.84kN()VB=RB-
22、B R=-13.43-0.44(-26.76)=-1.66kN()VC=RC-C R=0-0.28(-26.76)=7.49kN()排架各柱的内力如下图(b)所示.24 :BC 跨的二台吊车刹车 根据结构的对称性,内力计算同“AB 跨的二台吊车刹车”情况,仅需将 A 柱和 C 柱的内力对换.排架各柱的内力如下图(b)所示.:AB 跨与 BC 跨各有一台 30/5t 吊车同时刹车时,计算简图如下图(a)所示.A 柱:同前 C5=0.643,25 RA=-TmaxC5=-16.200.643=-10.42kN()B 柱:同前 C5=0.648,RB=-TmaxC5=-16.200.6482=-10
23、.50kN()C 柱:同 A 柱,RC=-10.42kN()则 R=RA+RB+RC=-10.422-10.50=-31.34kN()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=-10.42+0.2831.34=-1.64kN()VB=RB-B R=-10.50+0.4431.34=3.29kN()VC=RC-C R=-10.42+0.2831.34=-1.64kN()排架各柱的弯矩图、轴力图如下图(b)所示.风荷载作用 风自左向右吹时,计算简图如下图(a)26 所示.A 柱:n=0.146,=0.276,查表得 C11=0.34
24、5,RA=-q1H2C11=-2.6615.20.345=-13.95kN()C 柱:同 A 柱,C11=0.345,RC=-q2H2C11=-1.3315.20.345=-6.97kN()则R=RA+RC+FW=-13.95-6.97-10.74=-31.66kN()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=-13.95+0.2831.66=-5.09kN()VB=RB-B R=0+0.4431.66=13.93kN()VC=RC-C R=-6.97+0.2831.66=1.89kN()排架各柱的内力如图 2-21(b)所示.
25、27 风自右向左吹时,此种荷载情况的排架内力与“风自左向右吹”的情况相同,仅需将 A、C 柱的内力对换,并改变其内力的符号即可.排架各柱的内力如下图所示.六、最不利内力组合 首先,取控制截面,对单阶柱,上柱为-截面,下柱为-、-截面.考虑各种荷载同时作用时出现最不利内力的可能性,进行荷载组合,在本设计中,取常用的荷载组合有三种,即 28 永久荷载+0.9(可变荷载+风荷载);永久荷载+其它可变荷载;永久荷载+风荷载.在每种荷载组合中,对柱仍可以产生多种的弯矩 M 和轴力N 的组合.由于 M 和 N 的同时存在,很难直接看出哪一种组合为最不利.但对 I 字形或矩形截面柱,从分析偏心受压计算公式来
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