车间工业厂房结构设计 17页

'车间工业厂房结构设计已知条件厂房跨度21m，柱距6m，车间总长96m，无天窗。设有两台20/5t双钩吊车（A4中级工作制），柱顶标高13.2m，牛腿面标高7.8m，采用钢屋盖，预制砼柱、砼吊车梁、柱下独立基础。室外地坪标高基础顶面离室外地坪为0.5m。纵向维护墙为370mm厚烧结粘土空心砖（重）支承在基础梁上的自承重空心砖砌体墙，圈梁设在柱顶处。地基承载力特征值。取轨道顶面至吊车梁顶面的距离为。当地基本风压值，土壤冻结深度=-0.5m,一.构件选型跨度取为L=21m（Lk=21-1.5=19..5m），轨顶标高为（7.8+1.2+0.2）=9.2m，吊车为中级工作制，双钩桥式起重机的工业厂房，吊车重量为20t，牛腿面标高为7.8m。1.屋面板选用标准图集中的预应力混凝土大型屋面板，板重（包括灌缝在内）标准值为1.4kN/m22.屋架选用标准图集中的预应力混凝土折线屋架，屋架自重标准值为95kN/榀。（未包括挑出牛腿部分，挑牛腿部分根据标准图集另外计算自重）。3.天沟板选用JGB77-1天沟板，板重标准值为2.02kN/m2。4.吊车梁采用标准图集中的先张法预应力混凝土吊车梁YXDL6-YXDL8，吊车梁高1.2m，自重标准值为41.8kN/根。5.吊车轨道联结轨道及零件中为1.5kN/m2轨道及垫层构造高度为200mm.按A4级工作级别，Q=20/5t，Lk=19.5m,根据吊车规格参数计算最大、最小轮压标准值：，最大轮压设计值：Pd=1.05×1.4×1.15×1.05×1.4×1.15×205=346.55KN小车自重标准值：与吊车额定起重量相对应的重力标准值:17 6.预制钢筋混凝土柱柱顶标高=13.2m，从基础顶面算起的柱高H=13.2+0.5=13.7m上部柱高下部柱高排架柱截面尺寸确定、基础埋深确定据表12-2选择柱截面型式和尺寸：1.排架柱截面尺寸确定材料选用：C30混凝土，fc=14.3N/mm2,ftk=2.01N/mm2,ft=1.43N/mm2；钢筋：纵向受力筋为HRB400，fy=360N/mm2,Es=2.0×105N/mm2；箍筋为HPB300，fy=270上部柱采用矩形截面：下部柱采用矩形截面：计算参数截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4上柱400×4001.6×1052.13×109下柱400×9003.6×1052.43×10107.柱下独立基础采用锥形杯口基础：C20混凝土，fc=9.6N/mm2,ftk=1.54N.mm2,ft=1.1N/mm2；钢筋：HRB400，fy=360N.mm2,Es=2.0×105N.mm2二、计算单元及计算简图1.定位轴线:B1+B2+B3=2.60+80+400<750,可以。故取封闭的定位轴线都分别与左右外纵墙内皮重合。2.计算单元计算单元宽度：为纵向相邻柱间距中心线间距，即B=6.0m3.计算简图上柱：下柱：，三、荷载设计：1.屋盖恒荷载（用标准值）预应力混凝土大型屋面板：1.2×1.4=1.68（kN/m2）；20mm厚水泥砂浆找平层：1.2×20×0.02=0.48（kN/m2）；一毡二油隔气层：1.2×0.05=0.06（kN/m2）；100mm厚水泥珍珠岩制品保护层：1.2×4×0.1=0.48（kN/m2）；20mm厚水泥砂浆找平层：1.2×20×0.02=0.48（kN/m2）；三毡四油防水层1.2×0.35=0.42（kN/m2），所以屋面恒荷载kN/m2屋架自重：1.2×95=114（kN）天沟板自重：1.2×2.02=2.424（kN/m2）17 作用横向平面排架一端柱顶的屋盖结构自重设计值为：F1=0.5×(跨度×柱距)×(屋面荷载+支撑荷载)+0.5×屋架重+柱距×天沟自重=0.5×(21×6)×(3.6+0.05)+0.5×114+6×2.424+=301.49（kN）偏心距：e1=50（mm）2.柱自重上柱自重设计值：F2=1.2×25×1.6×10-1×5.4=25.92（kN），偏心距：e2=（hl-hu）/2=（900-400）/2=250（mm）下柱自重设计值：F3=1.2×25×8.3×3.6×10-1=89.64（kN），偏心距：e3=03.吊车梁及轨道等自重设计值F4=1.2×（41.8+1.5×6）=60.96（kN）偏心距：e4=(L-Lk)/2-hl/2=（21000-19500）/2-900/2=300（mm）4.屋面活荷载屋面活荷载的标准值是0.5KN/m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值：F6=1.4×0.5×6×21/2=44.1KNe6=50（mm）5.吊车竖向荷采用两台中级工作制吊车，起重量分别为Q=20t，20t，吊车跨度19.5m。吊车具体参数见表：额定起重量Q(t)吊车宽度B（m）轮距K（m）轨顶以上高度H(mm）起重机总重G1（kN）小车重G2（kN）最大轮压Pmax（kN）最小轮压Pmin（kN）吊车跨度Lk（m）轨道中心至端部距离B1（mm)205.554.42300280752053522.5260如图所示：查表可得β=0.9（1）吊车竖向荷载设计值Dmax和Dmin。故e5=750-450=300（mm）（2）吊车横向水平荷载设计值Tmax每个轮子水平刹车力：20t吊车：产生Tmax时吊车的作用位置与竖向荷计算中情况相同，则有17 6.风荷载(1)作用在柱顶处的集中风荷载设计值这时风荷载高度变化系数μz按檐口离室外地坪高度13.2+2.02=15.22m来计算。查表得离地面10m时，μz=1.0;离地面20m时，μz=1.25，用插入法，知由图知h1=2.02m；h2=1.77m.=5.89KN(2)沿排架高度作用的均布风荷载设计值q1;q2这时风压高度变化系数μz按柱顶离室外地坪的高度13.2m来计算。四、内力分析：1.在屋盖集中荷载F1作用下的内力计算由于结构对称，荷载对称，故结构可取半边计算，上端为不动铰支座。柱顶不动支点处反力按，查表得柱顶弯矩作用下的系数C1=2.4按公式计算：计算结果与查表所得的接近相等，取C1=2.4。(2)屋盖集中活荷载F6作用下的内力分析：，17 2.由柱自重和吊车梁及轨道连接等自重作用下的内力分析：3.吊车竖向荷荷载作用下的排架内力分析（1）Dmax作用于A柱，Dmin作用在B柱时，A柱内力分析Mmax=Dmaxe5=555.35kN×0.3m=166.61kN.m（→弯）Mmin=Dmine5=94.82kN×0.3m=28.45kN.m（←弯）计算简图如图13所示：A柱顶的不动支点反力，查表得C3=0.76，按计算式：，取C3=0.76A柱顶不动支点反力：（←）B柱顶不动支点反力：（→）A柱与B柱相同，剪力分配系数==0.5，则A柱与B柱柱顶水平剪力为：A柱：（←）B柱：（→）(2)Dmax作用于A柱，Dmin作用在B柱时的内力分析此时，A柱顶剪力与Dmax作用于A柱时的相同，即VA=5.14KN（←），(3)吊车水平荷Tmax作用下的排架内力分析Tmax至牛腿顶面的距离为9.2-7.8=1.4m，Tmax至柱底的距离为9.2+0.5=9.7m因为两柱相同受力也相同，故A,B的柱顶剪力为VA=VA=0，柱A的内力如图4.风荷载作用下A柱的内力分析：①风从左向右吹时首先求在q1q2作用下的柱顶不动铰支座反力系数C11，查附表得C11=0.286，按计算式：，取C11=0.287A柱柱顶水平剪力可按下式计算：风左吹和右吹时，A柱内力图分别示于图17 17 五、内力组合表及其说明排架柱内力表：柱号截面截面处内力恒荷载屋面活载吊车荷载风荷载F1F2,F3,F4F6Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax左风右风①②③④⑤⑥⑦⑧A柱1-1M/kN.m-0.820-0.12-29.12-29.21-26.0449.42-55.78N/kN301.4925.9244.1000002-2M/kN.m-0.8211.81-0.12137.4-0.764±26.0449.42-55.78N/kN301.4989.6444.1555.3594.820003-3M/kN.m21.1011.813.1092.49-45.67±180.61270.93-232.49N/kN301.49176.5244.1555.3594.82000V/kN2.6400.3875.415.41±18.6237.31-27.92排架柱内力组合表：表6截面荷载组合内力组合恒荷载+0.9（任意两种以上活荷载）组合项目MN,V1-1+Mmax及相应N-Mmax及相应N①+②+0.9[③+④+⑥+⑧]-Mmax=-100.77N=367.1Nmax及相应M①+②+0.9[③+④+⑥+⑧]M=-100.77Nmax=367.1Nmin及相应M①+②+0.9[④+⑥+⑧]M=-100.67Nmin=327.412-2+Mmax及相应N①+②+0.9[④+⑥+⑦]+Mmax=202.56N=890.95-Mmax及相应N①+②+0.9[③+⑤+⑥+⑧]-Mmax=-63.44N=516.20Nmax及相应M①+②+0.9[③+④+⑥+⑦]M=202.46Nmax=930.64Nmin及相应M3-3+Mmax及相应NV①+②+0.9[③+④+⑥+⑦]+Mmax=525.33N=1017.52V=48.50-Mmax及相应N,V①+②+0.9[⑤+⑥+⑧]-Mmax=-379.98N=563.35V=-44.12Nmax及相应M,V①+②+0.9[③+④+⑥+⑦]M=525.33Nmax=1017.52V=48.50Nmin及相应M,V17 截面荷载组合内力组合恒荷载+任意一种活荷载组合项目MN,V1-1+Mmax及相应N①+②+⑦+Mmax=48.6N=327.41-Mmax及相应NNmax及相应M①+②+③M=-0.94Nmax=371.51Nmin及相应M①+②+⑧M=-56.6Nmin=327.422-2+Mmax及相应N①+②+④+Mmax=148.39N=946.48-Mmax及相应N①+②+⑧-Mmax=-44.79N=391.13Nmax及相应M①+②+④M=-148.39Nmax=946.48Nmin及相应M①+②+⑦M=60.41Nmin=391.133-3+Mmax及相应NV①+②+⑦+Mmax=303.84N=478.01V=39.95-Mmax及相应N,V①+②+⑧-Mmax=-199.58N=478.01V=-25.28Nmax及相应M,V①+②+④M=125.4Nmax=1033.36V=2.77Nmin及相应M，V①+②+⑦+Mmax=303.84N=478.01V=39.951.评判2-2截面的内力组合时，对+Mmax=202.56kN.m及相应N=890.95KN，e0=0.25m稍小于0.3h0=0.3*0.86=0.258,但考虑到P-δ二阶效应后弯矩会增大，故估计是大偏压，因此取他为最不利内力组合，对3-3截面，Nmin=478.01KN及相应M=+303.84kN.m,e0=1.107m偏心距很大，故也取为最不利内力组合。`2.控制截面3-3的-Mmax及相应N,V的组合，是为基础设计用的。六、排架柱截面设计采用就地预制柱，混凝土强度等级为C30,纵向受力筋为HRB400级钢筋，采用对称配筋。1.上部柱配筋计算由内力组合表知，控制截面1-1的内力设计值为M=100.77KN.m,N=367.1KN（1）考虑P—δ二阶效应e0=M/N=275mm,ea=20mm,ei=eo+ea=295A=bh=400×400=160×103mm2查表知，17 （2）截面设计假设为大偏心受压，则取选用516，,故界面一侧钢筋截面面积同时柱截面总配筋2×1005=2010mm2＞0.55％×400×400=880mm2（3）垂直于排架方向的截面承载力验算由表知垂直于排架方向的上柱计算长度，查表得ψ=.85承载力满足要求。2.下部柱配筋计算按控制截面3-3进行计算。由内力组合表知，有二组不利内力：第一组：M=525.33KN.m,N=1017.52KN;第二组：M=303.84KN.m,N=478.01KN；（1）按一组内力进行截面设计A=bh=400×900=360×103mm2假设为大偏心受压，则取17 采用418，。（2）按第二组内力进行截面设计A=bh=400×900=360×103mm2假设为大偏心受压，则取小于418，故最终配筋：（3）垂直于排架方向的承载力验算由表知，有柱间支撑时垂直排架方向的下柱计算长度为0.8Hl=0.8×8.3=6.64m大于第一组轴向力N=1017.52KN,满足。3.排架柱的裂缝宽度验算（二）.裂缝宽度验算（1）按荷载的准永久组合对于截面1-1的准永久组合内力值：因为：,所以无需验算裂缝宽度对于3-3截面内力组合+Mmax及相应的情况进行裂缝宽度验算。17 ,所以无需验算裂缝宽度4.箍筋配置上下柱均采用φ8@200，在牛腿处箍筋加密为φ8@100。5.牛腿设计据吊车梁支撑位置，吊车梁尺寸及构造要求，确定牛腿尺寸截面宽度为b=400mm，截面高度为h=600mm，截面有效高度为560mm.（1）按裂缝控制要求验算牛腿截面高度作用在牛腿顶面的竖向力标准值设裂缝宽度系数故取a=0，由式得，满足。(2)牛腿配筋由于a=-130mm,故可按构造要求配筋。水平纵向受拉钢筋截面面积As≥Pminbh=0.002×400×600=480mm2,采用5φ14，As=769mm2，其中2φ14是弯起钢筋。牛腿处水平箍筋φ8@100.6.排架柱的吊装验算（1）计算简图排架柱插入基础杯口内的高度h1=0.9×900=810mm,取850mm。故柱总长度5.4+8.3+0.85=14.55m。（2）荷载设计：吊装时，应考虑动力系数μ=1.5，柱自重重力荷载分项系数1.35（3）弯矩计算17 由，故M3=28.57×3.53-0.5×8.1×3.53×3.53=50.39KN.m（4）截面受弯承载力及裂缝宽度验算上柱：截面1-1裂缝宽度验算:Mk=118.1÷1.35=87.48KN.m钢筋应力则为：，按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率为：,则有，则：,满足。下柱截面2-2裂缝宽度验算:Mk=75.82÷1.35=56.16KN.m钢筋应力则为：，按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率为：,则有，则：17 ,满足。7.绘制排架柱的施工图七、锥形杯口基础设计1.作用在基础底面的内力（1）基础梁和围护的重力荷载每个基础承受的围护墙宽度为计算单元的宽度B=6.0m，墙高15.22m（柱顶至檐口）+0.5-0.45（基础梁高）15.27m。墙上有上、下钢框玻璃窗，窗宽4.2m，上下窗高度分别为1.8m、4m，钢窗自重0.45KN/m2，每根基础梁自重标准值为16.7KN/m2，内，外20mm厚水泥石灰砂浆粉2×0.36KN/m2刷，空心砖重度8KN/m3。故由墙体和基础梁闯来的重力荷载标准值Nwk和设计值Nw。基础梁自重:16.7KN/m2维护墙自重：(2×0.36+8×0.37)×[6×15.27-(1.8+4)×4.2]=247.52KN/m2钢窗自重:0.45×4.2×（4+1.8）=10.69KN/m2Nwk=274.91KNNw=1.2Nwk=329.89KNNwk或Nw对基础的偏心距ew=185+450=635mm对基础底面的偏心弯矩Mwk=Nwkew=274.91×0.635=174.57KN.mMw=Nwew=329.89×0.635=209.48KN.m（2）柱传来的第组内力由排架柱内力组合表知，控制截面的内力组合-Mmax及相应的M,V为-Mmax=-379.98KN.m←N=563.35KN↓V=-＋44.12KN←对基础底面产生的内力设计值为：Mb=-379.98-44.12×1.1=-428.51KN.m←Nb=N=563.35KN↓Vb=-＋44.12KN←这组内力的标准值Mkmax=KN.m←Nk=KN↓Vk=KN←对基础底面产生的内力标准值Mbk=-251.79-32.68×1.1=-287.74KN.m←Nbk=466.07KN↓Vbk=29.77KN←（3）柱传来的第组内力的标准值为：由排架柱内力组合表知，控制截面的内力组合-Mmax及相应的M,V-Mmax=525.33KN.m←N=1017.52KN↓V=-＋48.5KN←对基础底面产生的内力设计值为：Mb=525.33+48.5×1.1=-578.68KN.m→Nb=1017.52KN↓Vb=-＋48.5KN→17 这组内力的标准值Mkmax=→Nk=↓Vk=→对基础底面产生的内力标准值Mbk=359.03+1.1×35.93=398.55KN.m→Nbk=817.07KN↓Vbk=33.7KN→2.初步确定基础尺寸（1）基础高度和杯口尺寸已知柱插入杯口深度为850mm，故杯口深度为850+50=900mm。杯口顶部尺寸：宽为400+2×75=550mm，长为900+2×75=1050mm，杯口底部尺寸：宽为400+2×50=500mm,长为900+2×50=1000mm。按表取杯壁厚度t=300mm，杯底厚度a1=200mm据此，初步确定基础高度为850+50+200=1100mm.（2）确定基础底面基础埋深为d=0.5+1.1=1.6m，取基础底面以上土的重度为γm=18.6KN.m,则深度修正后的地基承载力特征值为280+1.5×18.6×（1.6-0.5）=310.69KN.m由内力组合表知，按式子控制截面3-3的最大轴向标准值Nk,max=817.07KN按轴心受压估算基础底面尺寸考虑到偏心等影响，将基础再放大40％左右，取l=2m,b=3.0m基础底面积:A=2×3.0=5.6m2基础底面弹性抵抗矩:3.地基承载力的验算基础及基础以上土的重力标准值Gk=3×2×0.5×18.6=55.8KN（1）按第组内力的标准值验算轴向力:Nwk+Nbk+Gk=274.91+466.07+55.88=796.78KN弯矩:Nwkew+Mbk=274.91×0.635+287.74=462.31KN.m偏心距e=462.31÷796.78=0.58>b÷6=0.47,基础底面有一部分出现拉应力a=b÷2-e=3÷2-0.58=0.92<1.2fa=1.2×320.92=385.1KN/m2,满足。Pk=0.5Pkmax=144.35KN/m2l=2000mm，所以ab=l=2000mmam=(at+l)/2=1475mm考虑冲切荷载时取用的基础底面多边形面积故此基础高度满足受冲切承载力的要求。5.基础底板配筋计算按地基净反力设计值进行配筋计算（1）沿排架方向，既沿基础长边b方向的底板配筋计算第组内力最不利，作用在基础底面的弯矩设计值和轴向力设计值为：Mb=Mw_+Mb=209.48+428.51=637.99KN.mNb=Nw+Nb=329.89+563.35=893.24KN偏心距e=Mb/Nb=0.714>b/6=0.46717 a=b/2-e=1.4-0.714=0.686m设计值为零时的截面至Psmax截面的距离为x此截面在柱中线右侧处。柱边截面离柱中心线左侧为0.45m，変阶截面离柱中心线为0.725m故，柱边缘截面处的地基净反力变阶截面处的地基净反力沿基础长边方向，对柱边截面1-1处的弯矩按式子计算`对变阶截面3-3处的弯矩按式子计算故按M1配筋，采用HRB400级钢筋，fy=360N/mm2,保护层厚度取为45mm，故h01=1055mm采用7φ14，As=1078mm2垂直于排架方向，即沿基础短边l方向柱边2-2处的弯矩计算式对变阶截面4-4处的弯矩按式子计算17 故按M3配筋采用6φ14，As=923mm17'