车间单层工业厂房结构设计 34页

'北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>车间单层工业厂房结构设计1.设计条件与资料1.1建筑物基本条件某金工车间为两跨等高厂房，跨度均为24m，柱距均为6m，车间总长度66m。每跨设有20/5t吊车各两台，吊车工作级别为中制，轨顶标高为9.6m，基础顶面标高为-0.8m，厂房无天窗，建筑剖面简图如图1所示。图1厂房剖面示意图1.2设计资料（1）荷载:屋面均布活荷载标准值为0.7KN/m。（2）材料:①柱:混凝土C30;纵筋HRB335级;箍筋采用HPB235级。②基础:混凝土C30;钢筋HPB235级。③型钢及预埋件铁板用HRB335、HPB235级钢筋。（3）建筑构造①屋面:卷材防水屋面,其做法如下:两毡三油防水层上铺小石子:0.35KN/m。20mm厚水泥砂浆找平层:20×0.02=0.4KN/m。100mm厚水泥珍珠岩制品保温层:5×0.1=0.5KN/m。一毡两油隔气层:0.05KN/m。20mm厚水泥砂浆找平层:20×0.02=0.4KN/m。预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝)荷载标准值1.4KN/m。②屋盖钢支撑荷载标准值为0.05KN/m34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>,屋架自重标准值106KN/榀,坡度:1:6。③墙体用240mm厚双面清水维护砖墙;钢窗宽度3.6m,纵墙上窗洞高2400mm。④地面:室内素混凝土地面,室内外高差150mm。（4）吊车:桥式吊车,软钩,中级工作制。吊车梁:先张法预应力混凝土吊车梁,梁高1.2m,自重。吊车轨道联结:轨道及连接件自重1KN/m。吊车荷载:最大轮压=215KN。最小轮压=45KN。小车总重g=75KN。大车宽B=5550mm。轮距K=4400mm。（5）工程地质及水文条件该场地地面粗糙度为B类，地形平整,无滑坡,无液化土层等不良地质现象。①地层自上而下为填土层:厚度约为0.5m。砂质粘土:厚度约为2.0m,[f]=200KN/m。卵石:中密,厚度约为5～7m,[f]=600KN/m。基岩:表层中度风化。②地下水位在地面7m以下,设计时不考虑地下水的影响，也不考虑抗震设防。（6）气象资料:基本风压为0.35KN/m,基本雪压为0.2KN/m。1.3设计要求（1）确定柱截面尺寸；（2）荷载计算；（3）分析排架内力；（4）柱、牛腿配筋计算；（5）编制荷载、内力计算说明书；（6）根据计算结果绘制排架柱结构施工图；（7）柱下基础的设计及其配筋；（8）绘制柱下基础施工图；2.确定柱的截面尺寸Q=（15~20）t,中级工作制，=9.6+0.8=10.5m。上柱:矩形:500mm×500mm面积:惯性矩:34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>下柱:工字型柱截面尺寸见图2。排架计算简图见图3。3.荷载计算⑴恒载①屋盖自重:34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>两毡三油防水层上铺小石子:0.35（KN/m）20mm厚水泥砂浆找平层:20×0.02=0.4（KN/m）100mm厚水泥珍珠岩制品保温层:5×0.1=0.5（KN/m）一毡两油隔气层:0.05（KN/m）20mm厚水泥砂浆找平层:20×0.02=0.4（KN/m）预应力大型屋面板1.4（KN/m）合计3.1（KN/m）屋架自重:106（KN/榀）则作用于屋顶的屋盖结构自重为上式中的系数1.05为考虑柱牛腿处及柱根部矩形部分的重量。③吊车梁、轨道及轨道联结件自重:各柱恒载的作用位置见图4。⑵屋面活荷载屋面均布活荷载标准值为0.7KN/m。雪荷载屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑.故屋面荷载为其作用位置与屋盖自重的位置同。⑶吊车荷载每跨设20t的吊车各2台,中级工作制,吊车的主要参数如下:轮距:K=4.44m;大车宽:B=5.55m；小车重:g=75KN；最大轮压:=215KN；最小轮压:=45KN图5是在2台10t吊车作用下,吊车梁的支座反力影响线。34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>①吊车的竖向荷载==,的作用位置同吊车梁轨道及轨道联结件自重的作用点。②吊车的横向水平荷载由于额定起重量在16~50t之间,取=10%,则其作用位置在吊车梁的顶面处。34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>⑷风荷载基本风压:=0.35KN/m,市郊地面粗糙度按B类考虑,查得风压高度变化系数:查得风荷载体型系数,如图6所示,则作用于排架上的风荷载设计值为:其中B为排架的计算宽度.风荷载作用的示意图及排架计算简图见图7(a)、(b)。作用在柱顶处的风荷载集中力:4.排架的内力分析⑴剪力分配系数的确定因边柱和中柱的截面相同,则34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>因各柱的抗侧移刚度相同,则各柱的剪力分配系数相同⑵恒载作用下排架的内力恒载作用下排架的计算简图见图8。n=0.21,λ=0.3查单阶柱柱顶反力系数表得,各柱不动铰支承的支反力为A列柱:C列柱:柱顶不动铰支反力同A柱,方向相反B列柱:则排架柱柱顶不动铰支座的总反力为最终分配到各柱柱顶的剪力分别为：34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>恒载作用下排架弯矩图、轴力图,如图9所示。③屋面活荷载作用下排架的内力屋面活荷载作用于AB跨时的计算简图(作用于BC跨时与其对称),见图10。n=0.21,λ=0.3查单阶柱柱顶反力系数表得,各柱不动铰支承的支反力为A列柱:34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>B柱列:排架柱顶不动铰支座总反力为最终分配到各柱柱顶剪力分别为屋面活荷载作用于AB跨时排架的弯矩、轴力图见图11。⑷其他荷载作用下排架的内力同理可得其他荷载作用下排架的内力,计算结果列于表1。其余荷载作用下的计算简图及排架的弯矩、轴力图见图12~21。表1荷载作用下排架的内力分析结果荷载柱上力矩/(KN·m)各柱柱顶不动铰支承力反力/KN总反力/KN分配到各柱顶最后剪力/KN34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>吊车竖向荷载作用于AB跨作用于A列柱(BC跨与其对称)=174.7(↘)=91.4(↙)16.5(←)8.7（→）05.6(←)14.6(←)12.7（→）1.9（→）吊车竖向荷载作用于AB跨作用于A列柱(BC跨与其对称)=36.6(↘)=436.8(↙)3.5(←)41.4（→）037.9（→）16.1(←)28.7（→）12.6(←)吊车水平荷作用于AB跨向右(向左时与其对称)=18.6KN(吊车梁取1.2m)11.9(←)11.9(←)023.8(←)4(←)4(←)8（→）风荷载作用下左来风(右来风时与其对称)=10.9KN=2.3KN/m=1.25KN/m15(←)05.8(←)31.7(←)4.4(←)10.6（→）4.5（→）注:在各种荷载作用之下,A柱和B柱的内力图及控制截面内力汇总于表2和表3。34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>5.排架的内力组合在各种荷载作用下,对边柱和中柱进行最不利内力组合.其中未考虑厂房的整体空间的作用.A柱加B柱的内力组合结果见表4和表5。表4A柱的内力组合截面内力+及相应的N、V-及相应的N、V及相应的M、V及相应的M、V组合项数值组合项数值组合项数值组合项数值Ⅰ-ⅠM①+0.9[③+⑦+⑨+⑩]88①+0.9[②+0.8(⑤+⑥+⑧)+⑨+]-28.5①+0.9[②+0.8(⑤+⑥+⑧)+⑨+]-28.5①+0.9[③+⑦+⑨+⑩]88N306.7424.2424.2306.7Ⅱ-ⅡM①+0.9[③+0.8(④+⑦)+⑨+⑩]110①+0.9[②+0.8(⑤+⑧)+⑨+]-35.9①+0.9[②+0.8(④+⑦)+⑨+⑩]90.3①+0.9[⑦+⑨+⑩]29.6N840.2572.2903.7420.9Ⅲ-ⅢM①+0.9[③+⑦+⑨+⑩]501.5①+0.9[②+⑤+⑥+]-147①+0.9[②+④+⑥+]8.86①+0.9[③+⑦+⑨+⑩]501.5N487.9661.11076487.9V28.6-11.5-10.128.6表5B柱的内力组合截面内力+及相应的N、V-及相应的N、V及相应的M、V及相应的M、V组合项数值组合项数值组合项数值组合项数值Ⅰ-ⅠM①+0.9[③+⑤+⑥+⑩]152.8①+0.9[②+⑦+⑨+]-152.8①+0.9[②+③+⑤+⑥+⑩]143.9①+0.9[⑤+⑥+⑩]143.9N726.4726.4790662.9Ⅱ-ⅡM①+0.9[③+⑦+⑨+⑩]284.4①+0.9[②+⑤+⑥+]-284.4①+0.9[②+③+⑦+⑨+⑩]275.6①+⑩41.3N134013401404752.3Ⅲ-ⅢM①+0.9[③+0.8(④+⑦)+⑥+⑩]294.6①+0.9[②+0.8(⑤+⑧)+⑥+]-294.6①+0.9[②+③+0.8(④+⑦)+⑥+⑩]287.4①+⑩140N139013901453819.3V-5.85.8-5.610.6注:1）组合及中,±M的绝对值相等.因柱为对称配筋,所以表中的M只取了正值.2）表中0.8为参与组合的吊车竖向荷载为4台时的荷载折减系数。根据《荷载规范》,荷载效应的基本组合有两种.一种由可变荷载效应控制的组合;一种由永久荷载效应控制的组合.单层厂房中排架的内力通常由第一种组合控制。6.柱的截面设计⑴选取控制截面的最不利内力34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>大偏心受压和小偏心受压界限破坏时的轴压力为:A、B柱:上柱:下柱:(取=40mm)经比较,A、B柱的所有<,所以A、B柱组合后的内力值均为大偏心受压.对大偏心受压,对称配筋的柱,在“︱M︱相差不多时,N越小越不利;N相差不大时︱M︱越大越不利”.由此可确定各柱的最不利内力为:A柱:B柱:⑵纵向受力钢筋的计算(表6)⑶箍筋的配置因柱底的剪力很小=28.6KN(A柱)若取剪跨比=3则远远大于柱底的剪力值(还未考虑轴向压力对斜截面受剪的有利影响),所以排架柱的箍筋按构造配置为10@200,柱箍筋加密区取为10@100,加密区范围(此处按抗震要求配置)，柱配筋施工图见图28和图29。⑷排架柱平面外轴心受压承载力验算取配筋中的较小值验算。AB柱:，所以A、B柱平面外受压承载力满足要求。A、B柱截面配筋图，见图29和图30。⑸牛腿的设计A柱:根据牛腿的构造要求,初步确定牛腿的尺寸,如图22所示。34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>表6A、B柱纵向受力钢筋的计算表柱截面项目A柱B柱Ⅰ-ⅠⅢ-ⅢⅠ-ⅠⅢ-ⅢM/(KN·m)88501.5143.9294.6N/KN306.7487.9662.913902871028217212(取及20中较大值)(mm)203020303071058237242(上柱)(下柱)7.89.27.89.215.6>5>1510.2>5<1515.6>5>1510.2>5<155.83>1.0取1.03.64>1.0取1.02.7>1.0取1.01.28>1.0取1.00.991.050.991.052.51.232.71.35977.51711.3850736.742.8<取8068.2<<取8092.7194.4>>13573)17683)22623)02)实配钢筋/(mm×mm)4φ22(1520)5φ22(1900)4φ28(2463)4φ22(1520)配筋率/%0.610.760.990.611.221.531.971.22注:1),则.2)3)34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>4)矩形截面:,5)Ⅰ形截面:,①牛腿截面尺寸的验算牛腿的截面尺寸满足要求。②牛腿顶面局部受压验算取吊车梁的垫板尺寸为500mm×250mm,则牛腿顶面的局压满足要求。34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>③牛腿纵向受拉钢筋的计算因为,取=0.3×760=228mm④牛腿的箍筋牛腿的水平箍筋选用10@100,牛腿的范围有,箍筋的总截面面积为故箍筋的设置满足构造要求。牛腿的=0<0.3,可不设弯起钢筋.牛腿的配筋如图23所示。同理,可设计出B柱牛腿的尺寸及配筋如图23所示。⑹使用阶段柱的裂缝宽度的验算由《混凝土规范》知,排架柱的裂缝控制等级为三级,按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度。只有A柱的I-I,Ⅲ-Ⅲ截面处,需进行裂缝宽度的验算,见表7。7.柱的吊装验算A、B柱的截面尺寸相同,B柱的荷载在牛腿处稍大些,因此只需对B柱进行吊装时的验算。⑴柱吊装时的承载力验算混凝土达到设计强度的100%时方可吊装。34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>表7A柱裂缝宽度的验算项目截面I-I（上柱）Ⅲ-Ⅲ（下柱）67.7385.8235.9375.3287102815.6>1410.2<141.11.0535143800.4136072675.51940.010.148-0.63<0.2取0.20.640.036mm<0.3mm0.23mm<0.3mm注：1）内力的标准值近似值取设计值除1.3的系数。根据构造要求,取柱入基础的深度,所以柱吊装验算时的计算简图如图24所示。考虑到牛腿根部及柱底部为矩形截面,下柱自重乘1.1的系数,1.5为动力系数。34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>由得的最大位置式中:—结构重要性系数,取为0.9所以柱吊装的承载力满足要求。8.基础的设计混凝土采用C30;,,垫层采用C10素混凝土,厚100.A柱基础的标高见图25。A柱:由基础梁传至基础顶面的荷载计算:基础梁b×h=250mm×500mm,围护墙为240mm厚清水砖墙34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>墙上开有上下两层钢窗,上窗:宽×高为3.6m×2.4m；下窗：宽×高为3.6m×4.8m；钢窗重取为0.45;清水砖墙为18×0.24=4.32墙重:[(15.2+0.15)×6-（4.8+2.4）×3.6]×4.32=285.9KN钢窗重:（4.8+2.4）×4.2×0.45=13.6KN基础梁自重:0.25×0.5×6×25=18.8KN合计A柱基础顶面最不利内力(设计值):B柱基础顶面最不利内力(设计值):基础的受力图见图26。⑴地基承载力的验算①A柱基础底面积的确定由杯口基础的构造要求可初步确定基础的尺寸及埋置深度d,见图27。d=1.1+0.8=1.9m(式中1.3为系数1.2与1.4的平均值)34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>将基础底面积扩大1.4倍,1.4A=1.4×7.1=9.9②B柱基础底面积的确定由杯口基础的构造要求可初步确定基础的尺寸及埋置深度d,见图27。d=1.1+0.8=1.9m(式中1.3为系数1.2与1.4的平均值)将基础底面积扩大1.4倍,1.4A=1.4×8.85=12.4③地基承载力的验算;基础自重和基础上土重的标准值为A柱和B柱基础底面压力标准值分别见表8和表9。表8A柱基础底面压力标准值内力项目ⅠⅡⅢ385.8-113.16.834 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>375.3508.5827.722-8.8-7.81026.91160.11479.3228.1-304.7-183.7153.4180.9197.579.582.2138116.5131.6167.8注:1)表中的内力标准值为设计值除1.3的系数。2)表中h为基础高度1.1m。表9B柱基础底面压力标准值内力项目ⅠⅡⅢ22622110810691120630-4.43-4.38.21847189814083934.3-65156160123148152109152156116注:1)表中的内力标准值为设计值除1.3的系数。2)表中h为基础高度1.1m。从表8和表9可看出基础底面积满足地基承载力的要求。⑵基础的受冲切承载力验算扣除基础自重及其上土重后,基础地面内力设计值在基础底面产生的净反力计算见表9。因柱与基础交接处杯壁厚300mm小于杯壁高度400mm,说明上阶底落在冲切破坏锥体以内,故仅需对变阶处进行冲切验算。.表9基础底面净反力设计值项目内力ⅠⅡⅢA柱B柱A柱B柱A柱B柱34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>867.617701040.818361455.71199306.21165-3781232-538.2613148274179.2286252.216648.81856.815.777.931此时=700-40=660mm冲切破坏锥体最不利一侧斜截面上边长和下边长分别为A柱：=500+2×375=1250mm=1250+2×660=2570mm>2100mm,取=2100mmB柱：=500+2×375=1250mm=1250+2×660=2570mm<2700mm,取=2570mm基础的高度满足受冲切承载力要求。⑶A柱基础底板的配筋计算取Ⅲ组的最不利基底净反力计算配筋,见图28。沿基础长边方向,柱边Ⅰ-Ⅰ截面处的弯矩为变阶处截面处的弯矩为沿基础短边方向,柱Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>⑷B柱基础底板的配筋计算取Ⅲ组的最不利基底净反力计算配筋,见图28。沿基础长边方向,柱边Ⅰ-Ⅰ截面处的弯矩为变阶处截面处的弯矩为沿基础短边方向,柱Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为。34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>9.绘制施工图A、B柱配筋图见图29和图30。厂房基础平面布置见图31。A、B柱的基础配筋图见图32。34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>参考文献[1]阎兴华、李玉顺.混凝土结构设计[M]北京：科学出版社，2008：35~183.[2]徐占发.建筑结构与构件[M]北京：人民交通出版社，2006：254~281；647~699.[3]GB50009-2001,建筑结构荷载规范[S].[4]GB/T50001-2001,房屋建筑制图统一标准[S].[5]GB/T50103-2001,总制图标准[S].[6]GB/T50105-2001,建筑结构制图标准[S].[7]GB/T50104-2001,建筑制图标准[S].[8]GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].[9]混凝土结构计算手册(第三版)[S].[10]GB50010-2002，混凝土结构设计规范[S].34 北京城市学院2010届毕业设计（论文）<>致谢论文的完成，离不开老师们的谆谆教导和悉心帮助，在此，我要对我的班主任王志敏老师和指导老师董晓丽老师说声谢谢，是老师们给了我无私的帮助和教导，是老师们付出了辛勤的汗水，我的论文才得以顺利完成，真的很感谢老师们。我还要谢谢长沙先导建设工程有限公司，给了我这么好的实践学习的机会，让我对建筑工程有了全新的认识，感谢总经理在实习生活中教给我那么多的工作技巧、经验和知识。最后，再次对帮助过我的良师益友表示深深的感谢。34'