单层工业厂房课程设计计算书(完整版).pdf

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1、 单层工业厂房混凝土排架课程设计 柱截面尺寸确定 由图2可知柱顶标高为 m，牛腿顶面标高为，设室内地面至基础顶面的距离为，则计算简图中柱的总高度H、下柱高度lH、上柱高度Hu分别为：H=+=，lH=+=Hu=根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可由表并参考表确定柱截面尺寸，见表1。表1 柱截面尺寸及相应的计算参数 计算参数 柱号 截面尺寸/mm 面积/mm2 惯性矩/mm4 自重/(KN/m)A,B 上柱 矩400400 105 108 下柱 I400900100150 105 108 本例仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1所示。2 荷载计算 恒载(1).屋盖恒载：两毡三油防

2、水层 m2 20mm厚水泥砂浆找平层 20=KN/m2 100mm厚水泥膨胀珍珠岩保温层 4=KN/m2 一毡二油隔气层 KN/m2 15mm厚水泥砂浆找平层；20=KN/m2 预应力混凝土屋面板（包括灌缝）KN/m2 KN/m2 天窗架重力荷载为 236 KN/榀，天沟板 KN/m，天沟防水层、找平层、找坡层 KN/m，屋架重力荷载为 106 KN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：G1=KN/m26m24m/2236 KN/2 KN/m6m KN/m6m106 KN/2)=KN (2)吊车梁及轨道重力荷载设计值：G3=（m6m）=KN 2(3）柱自重重力荷载设计值：上柱 G4A=

3、G4B=4kN/m=KN 下柱 G5A=G5B=m=各项恒载作用位置如图2所示。屋面活荷载 屋面活荷载标准值为 KN/m2，雪荷载标准值为 KN/m2，后者小于前者，故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：Q1=KN/m26m24m/2=Q1 的作用位置与G1 作用位置相同，如图2所示。风荷载 风荷载标准值按式（）计算，其中0=KN/m2，z=，zu根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度由附表确定如下：柱顶（标高）zu=檐口（标高）zu=天窗架壁底（标高）zu=天窗架壁顶（标高）zu=屋顶（标高）zu=su如图3a所示，由式（）可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：k1=z1suzu

4、0=KN/m2=KN/m2 k2=z2suzu0=KN/m2=KN/m2 则作用于排架计算简图（图）上的风荷载设计值为：2 q1=KN/m2=m q2=KN/m2=m Fw=Q(1su+2su)zuh1+(3su+4su)zuh2+(5su+6su)zuh3z0B=KN/m2 =KN 吊车荷载 由表可得200/50KN吊车的参数为：B=，K=，g=75KN，Q=200KN，Fmax,p=215KN，Fmin,p=45KN。根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线中歌轮压对应点的竖向坐标值，如图4所示。(1）吊车竖向荷载 由式（）和式（）可得吊车竖向荷载设计值为：Dmax=Q Fmax,pyi=2

5、15 KN(1=KN Dmin=Q Fmin,pyi=45 KN=KN 2 (2）吊车横向水平荷载 作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力按式（）计算，即 T=41（Q+g）=41（200KN75KN）=KN 作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按式（）计算，即 Tmax=QTyi=KN=KN 排架内力分析 该厂房为单跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。其中柱的剪力分配系数i按式（）计算，结果见表2。表2 柱剪力分配系数 柱别 n=Iu/Il Hu/H C0=3/1+3(1/n-1)=H3/C0E Il i=ii/1/1 A，B柱 n=C0=A=B=10EH3 A=B=1.3.1 恒

6、载作用下排架内力分析 恒载作用下排架的计算简图如图5所示。图中的重力荷载G及力矩M是根据图2确定，即 2 G1=G1=；G2=G3+G4A=+=G3=G5A=；M1=G1e1=KNm M2=(G1+G4A)e0G3 e3 =KN+KN)KN=KNm 由于图5a所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力Ri可根据表所列的相应公式计算，则 C1=23)11(1)11(132nn=，C3=)11(112332n=RA=3211CHMCHM=mmKNmKN9.12132.118.85122.214.19=KN RB=KN 2 求得Ri后，可

7、用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图,c。图为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。屋面活荷载作用下排架内力分析 排架计算简图如图6a所示。其中Q1=KN，它在柱顶及变阶处引起的力矩为MA1=mKN ；MA2=mKN。对于A柱，C1=，C3=，则 RA=3211CHMCHMAA=mmKNmKN9.12132.16.12122.252.2=KN()RB=KN()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图所示。风荷载作用下排架内力分析 (1)左吹风时 计算简图如图7a所示。对于A,B柱，n=,=,则 C11=)11(1

8、8)11(1334nn=RA=-q1H C11=m=()RB=-q2H C11=m=KN()2 R=RA+RB+Fw=KN()各柱顶剪力分别为：VA=RA-A R=+=KN()VB=RB-B R=+=KN()排架内力图如图7b所示。(2)右吹风时 计算简图如图8a所示。将图7b所示A,B柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图8b所示。吊车荷载作用下排架内力分析 (1）Dmax作用于A柱 计算简图如图9a所示。其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面处引起的力矩为：MA=Dmaxe3=KNm MB=Dmine3=KNm 对于A柱，C3=，则 RA=3CHMA=mmKN9.12132.115.

9、194=KN()2 RB=3CHMB=mmKN9.12132.164.40=KN()R=RA+RB=+=()排架各柱顶剪力分别为：VA=RA-A R=+=KN()VB=RB-B R=+=()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图9b,c所示。(2）Dmax作用于B柱 同理，将“Dmax作用于A柱”的情况的 A,B柱对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图10所示。2 (3）Tmax作用下 排架计算简图如图 11a所示。对于A，B柱，n=,=,由表得 a=则 5C=)11(12)32()1)(2(32323nanaaa=RA=-Tmax5C=KN()RB=-Tmax5C=KN()，R=RA

10、+RB=2=()各柱顶剪力为：VA=RA-A R=+=KN()VB=RB-B R=+=KN()排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图11b所示。当Tmax方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，大小不变。2 内力组合 以A柱内力组合为例。表3为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表，表4为A柱内力组合表，这两表中的控制截面及正负号内力方向如表3中欧那个的例图所示。内力组合按式（）式（）进行。除Nmax及相应的M和V一项外，其他三项均按式（）和式（）求得最不利内力值；对于Nmax及相应的M和N一项，-和-截面均按（GK+QK）求得最不利内力值，而-截面则是按式（）即（GK+SQK）求得最不利内力。对柱进行裂缝

11、宽度验算时，内力-采用标准值，同时只需对e0/h0的柱进行验算。为此，表4中亦给出了Mk和Nk的组合值，它们均满足e0/h0的条件，对本例来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V一项。表3 A柱内力设计值汇总表 柱 号 及正 向 内力 荷载类别 恒载 屋 面 活载 吊车竖向荷载 吊车水平荷载 风荷载 Dmax作用于A柱 Dmax作 用 于B柱 左风 右风 序号 -M N 0 0 0 0 0-M N 0 0 0 -M N 0 0 0 V 2 表4 A柱内力组合表 截面+Mmax及相应N，V Mmax及相应N，V Nmax及 相应M，V Nmin及相应M，V Mk、Nk 备注-M+（+（+）+Nm

12、ax一项，取GK+QK （+）+N -M+（+）+（+）+（+）+N V Mk Nk Vk 柱截面设计 仍以A柱为例。混凝土：30C,2/3.14mmNfc，2/01.2mmNftk；钢筋：受力筋为2/300,HRB335mmNffyy，550.0b。上下柱均采用对称配筋。上柱配筋计算 由表4可见，上柱截面共有4组内力。取h0=400mm-40mm=360mm。经判别，其中三组内力为大偏心受压；只有（M=KNm，N=）一组为小偏心受压，且N5，故应考虑偏心距增大系数。1=NAfc5.0=NmmmmN446300400/3.145.0222=，取1=96.0)4007600(01.015.101

13、.015.102mmmmhl 2 21200)(140011hlhei=391.196.00.1)4007600(3602281400112mmmmmmmm 222.0360.802217.0360400/3.140.14463000201mmmmhammmmmmNNbhfNsc取x=2sa进行计算。e=mmmmmmmmahesi1.157402/400228391.12/220730)40360(/3001.157446300)(mmmmmmmmNmmNahfeNAAsyss 选3 18（sA=7632mm），则)/(bhAs7632mm/(400mm400mm)=%,满足要求。由附表，得垂

14、直于排架方向柱的计算长度0l=，则 0l/b=4750mm/400mm=，=。KNNKNmmmmNmmmmmmNAfAfNsycu34.48666.2347)2763/300400400/3.14(95.09.0)(9.0max222满足弯矩作用平面外的承载力要求。下柱配筋计算 取h0=900mm-40mm=860mm。与上柱分析方法类似，在表4的8组内力中，选取下面的一组不利内力：M=KNm，N=KN 下柱计算长度0l=lH=，附加偏心距ae=900mm/30=30mm(大于20mm)。b=100mm，fb=400mm，fh=150mm。0e=M/N=NmmN10719001003.5496

15、=512mm，ie=0e+ae=512mm+30mm=542mm 由0l/h=9100mm/900mm=515，故应考虑偏心距增大系数，且取0.12。1=NAfc5.0=NmmmmmmmmmmmmN1071900150)100400(2900100/3.145.02=，取1=。21200)(140011hlhei=116.10.10.1)9009100(8605421400112mmmmmmmm mmmmhmmmmei2588603.03.09.604542116.10 故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则 x=mmhmmmmmmNNbfNffc1504.187400/3.140.110

16、7190021 说明中和轴位于腹板内，应重新计算受压区高度x:2 mmmmmmNmmmmmmmmNNbfhbbfNxcffc6.299100/3.140.1150)100400(/3.140.11071900)(2211 e=mmmmmmmmahesi9.1014402/9009.6042/2222001011132)40860(/300/)2/6.299860(6.299100/3.140.1)2/150860(150)100400(/3.140.19.10141071900)()2()21()(mmmmmmmmNmmmmmmmmmmNmmmmmmmmmmmmNmmNahfxhbxfhhhb

17、bfNeAAsycfffcss 选用4 20（sA=12722mm）。按此配筋，经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦满足要求。柱的裂缝宽度验算 规范规定，对00/he的柱应进行裂缝宽度验算。本题的下柱出现00/he的内力，故应对下柱进行裂缝宽度验算。验算过程见表5，其中，下柱的sA=12722mm，sE=25/100.2mmN；构件受力特征系数cr=；混凝土保护层厚度c取25mm。表5 柱的裂缝宽度验算表 柱截面 下柱 内 力 标准值 Mk/(KNm)Nk/KN 0e=Mk/Nk/mm 480 h0=473 ffstehbbbhA)(5.0 2000)(140011hlhes (0l/h14)mm

18、aheesok/2/1 890 offfbhhbb)(mmhehzoof/)(1(12.087.02 )/()(2mmNzAzeNsksk 2 sktetkf65.01.1 mmdcEteeqsskcr/)08.09.1(max 3(满足要求)柱箍筋配置 非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求，上下柱均选用8200箍筋。牛腿设计 根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图12所示。其中牛腿截面宽度b=400慢慢，牛腿截面高度h=600mm，h0=565mm。(1)牛腿截面高度验算 按式（）验算，其中=，tkf=2mm，hkF=0（牛腿顶面无水平荷载

19、），a=-150mm+20mm=-130mm0,取a=0,vkF按下式确定：vkF=KNKNKNGDGQ08.5042.120.504.115.6473max 由式（）得：vkootkvkhkFKNhabhfFF54.5905.056540001.265.05.0)5.01(故牛腿截面高度满足要求。(2)牛腿配筋计算 由于 a=-150mm+20mm=-130mm )87.0/(0skskAhm2 sktetkf65.01.1 取 mmdcEteeqsskcr/)08.09.1(max （满足要求）(满足要求)基础设计 作用于基础顶面上的荷载计算 作用于基础顶面上的荷载包括柱底（-截面）传给基

20、础的M,N,V以及外墙自重重力荷载。前者可由表4中-截面选取，见表7，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算，内力的正号规定见图14b。表7 基础设计的不利内力 组别 荷载效应基本组合 荷载效应标准组合 M/(KNm)N/KN V/KN Mk/(KNm)Nk/KN KV/KN 第1组 第2组 第3组 由图14a可见，每个基础承受的外墙总宽度为,总高度为，墙体为240mm砖墙（m2），钢框玻璃窗（KN/m2），基础梁重量为根。每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：240mm砖墙 KN/m26m+=2 钢框玻璃窗 KN/m2+=基础梁 wkN=KN wk

21、N距基础形心的偏心距we为：we=（240mm+900mm）/2=570mm wN=wkN=基础尺寸及埋深(1)按构造要求拟定高度h:h=mmah5011 由 表 得 柱 的 插 入 深 度mmmmmmhhc8008109009.09.01，取1h=850mm。由 表 得 杯 底 厚 度1a应 大 于 200mm，取1a=250mm,则h=850mm+250mm+50mm=1150mm。基础顶面标高为,故基础埋深d为：d=h+=由表得杯壁厚度t300mm,取325mm；基础边缘高度2a取350mm，台阶高度取400mm,见图14b。(2)拟定基础底面尺寸 由式（）得：A232,47.565.1

22、/20/24020.29865.834mmmKNmKNKNKNdfNNmawkmacxk 适当放大，取A=bl=2 (3)计算基底压力及验算地基承载力 KNmmmKNdAGmk12.28564.865.1/2023 3222184.56.34.26161mmmlbW 基底压力按式（）计算，结果见表8；按式（）验算地基承载力，其中22/288/2402.1mKNmKNfa，验算结果见表8。可见，基础底面尺寸满足要求。表8 基础底面压力计算及地基承载力验算表 类别 第1组 第2组 第3组 Mk/(KNm)Nk/KN KV/KN KNNGNNwkKkbk/)()/()(mKNeNVMMwwkkKbk

23、 )/()(2max,min,mKNWMANbkbkppkk KNfKNpKNfKNpppakakk/2.1/2/)(max,min,max,240 288 240 288 240 288 基础高度验算 这时应采用基底净反力设计值jp，max,jp和min,jp可按式（）计算，结果见 2 表9。对于第2组内力，按式（）计算时，min,jp0，故对该组内力应按式（）计算基底净反力，即：mKNmKNNMebb758.090.96920.7350 mmmeba042.1758.026.32 由式（）得：2max,/56.258042.14.2390.96922mKNmmKNlaNpbj 因台阶高度与台阶宽度相等（均为400mm），所以只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力计算截面如图15所示。变阶处截面有效高度0h=750mm(40mm+5mm)=705mm。因为mmlmmmmmhat260026107052120020，所以应按式（）计算LA，即：20588.04.2)705.027.126.3()22(mmmmmlhbbAtl 由式（）得：KNmmKNApFljl03.152588.0/56.25822 mat2.1；因mlmhat6.261.220，故ba=l=，由式（）得：mmmam8.12/)4.22.1(h=750mm，所以杯壁不需要配筋。