单层厂房结构课程结构设计 24页

'单层厂房结构课程结构设计1.结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在15~36m之间，且柱顶标高大于8m，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线型屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。由图2-54可知柱顶标高为9.6m，牛腿顶面标高为6m；设室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H，下柱高度Hl，和上柱高度Hu分别为：图2-54厂房剖面图 根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表2-22。表2-22柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数 柱号截面尺寸/面积/惯性矩/自重/A，C上柱矩4004001.610521.31084.0下柱I4009001001501.875105195.381084.69B上柱矩4006002.4105721086.0下柱I40010001001501.975105256.341084.94本设计仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2-55所示。18 图2-55计算单元和计算简图 2.荷载计算1.恒载⑴屋盖恒载20厚水泥砂浆找平层280厚泡沫混凝土保温层预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）屋盖钢支撑总计屋架重力荷载为60.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为：(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值：(3)柱自重重力荷载设计值A、C柱:上柱：下柱:B柱:上柱:18 下柱:各项恒载作用位置如图2-56所示。图2-56荷载作用位置图（单位：kN） 2.屋面活荷载屋面活荷载标准值为，雪荷载标准值为，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：的作用位置与作用位置相同，如图2-56所示。3.风荷载风荷载的标准值按计算，其中,,根据厂房各部分标高(图2-54)及B类地面粗糙度确定如下：柱顶(标高)檐口(标高)屋顶(标高)如图2-57所示，则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为： 图2-57风荷载体型系数及计算简图 则作用于排架计算简图(图2-57)上的风荷载设计值为:18 4.吊车荷载由表2-16可得吊车的参数为：，，，，,,根据及可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值如图2-58所示。(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为：(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为：作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为： 图2-58吊车荷载作用下支座反力影响线3.排架内力分析该厂房为两跨等高排架，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计算，见表2-23。表2-23柱剪力分配系数柱别18 A、C柱B柱;;;由于图2-59a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可根据相应公式计算。对于A，C柱，则：本例中。求得后，可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2-59、。图2-59d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。图2-59恒载作用下排架内力图 18 2．屋面活荷载作用下排架内力分析(1)AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图2-60所示，其中，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：对于A柱，，,则对于B柱,，则将R反作用于柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与相应的柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图2-60b，c所示。图2-60AB跨作用屋面活荷载时排架内力图18  （2）BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨与AB跨作用荷载相同，故只需将图2-60中内力图的位置及方向调整一下即可，如图2-61所示。图2-61BC跨作用屋面活荷载时的排架内力图 3．风荷载作用下排架内力分析(1）左吹风时计算简图如图2-62a所示。对于A，C柱,，得各柱顶的剪力分别为排架内力如图2-62b所示18 (a)(b)图2-62左吹风时排架内力图(2)右吹风时计算简图如图2-63a所示。将图2-62b所示A，C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图2-63b所示。图2-63右吹风时排架内力图4.吊车荷载作用下排架内力分析(1)作用于A柱计算简图如图2-64a所示。其中吊车竖向荷载，。在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A柱，，则对于柱，，，得排架各柱顶的剪力分别为：排架各柱弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2－64b,c所示。18 图2-64作用在A柱时排架内力图(1)作用于B柱左计算简图如图2-65a所示,计算如下：柱顶不动铰支反力，及总反力分别为：各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2-65b，c所示18 图2-65作用于B柱左时排架内力图（3）作用于B柱右根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与作用于B柱左的情况相同，只需将A，C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图2-66所示。图2-66作用于B柱右时排架内力图（4）作用于C柱同理，将作用于A柱情况的A，C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图2-67所示。18 图2-67作用在C柱右时排架内力图（5）作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图2-68a所示，对于A柱，，，得，则同理，对于B柱，，，,，则：排架柱顶总反力R为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图2-68b所示。当方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。18 图2-68作用于AB跨时排架内力图(6)作用于BC跨柱由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计算与作用AB跨情况相同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图2-69所示。图2-69作用于BC跨时排架内力图 5.内力组合以柱内力组合为例。表2-24为各种荷载作用下柱内力标准值汇总表，表2-25～表2-32、表2-33为柱内力组合表，这两表中的控制截面及正号内力方向如表2-24中的例图所示。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对的柱进行验算。为此，表2-33中亦给出了和的组合值，它们均满足的条件，对设计来说，这些值均取自及相应的和一项。  18 表2-24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作用在跨作用在跨作用在柱作用在B柱左作用在B柱右作用在柱作用在跨作用在BC跨左风右风序号123456789101111.980.522.30-51.19-56.7744.60-5.2910.50－18.55237.6137.8000000000-29.78-8.932.30114.41-21.0844.60-5.2910.50-18.55296.4137.80552118.9700000011.76-4.586.4621.98-123.59125.14-14.85139.76-107.20332.9937.80552118.970000006.390.670.64-14.22-15.7712.39-1.4730.81－19.10弯矩图注：单位()，单位，单位。18 表2-251.2恒载+1.4屋面活荷载截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、12314.8111.9812314.81314.8275.41237.61275.41237.6113-27.4812-38.7112-38.711-29.78296.41334.21334.21296.411318.22127.1812313.641318.22332.99370.79370.79332.99 123相应的相应的7.7`13.64370.79注：单位()，单位，单位。  表2-261.2恒载+1.4吊车荷载截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、16973.4051579-58.9516973.40516973.405237.61237.61237.61237.611469118.7131579-72.1611469118.713179-55.826738.01391.586738.01296.411468237.069158-207.0841468237.069169184.11774.59440.063774.59332.99 169相应的相应的23.454184.11332.99注：单位()，单位，单位。18  表2-271.2恒载+1.4风荷载截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、11022.48111-6.5711022.4811022.48237.61237.61237.61237.61110-19.28111-48.33111-48.33111-48.33296.41296.41296.41296.41110151.52111-95.44110151.52110151.52332.99332.99332.99332.99 110相应的相应的37.2151.52332.99注：单位()，单位，单位。  表2-281.2恒载＋0.91.4（屋面活荷载＋吊车荷载＋风载）截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、1,23,69,1079.2511,57,99-68.5551,23,691079.2511,36,91078.783271.63237.61271.63237.611,34,69,10115.3841，25，79，11-92.6551,23,46,910107.3471,7911-69.916693.85416.08727.87296.411,34,68,10346.1361，25，811-285.8021,23,46,810342.1041,36,910298.473730.43463.376764.45332.99 1,23,69,10相应的相应的50.656294.351367.01注：单位()，单位，单位18 表2-291.2恒载＋0.91.4（屋面活荷载＋吊车荷载）截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、1,23,6969.8011579-51.8601,23,6969.801136969.333271.63237.61271.63237.611,34,69105.9341，25，7975.9601,23,46,9 97.897179-53.221693.85426.088727.87296.411,34,68220.3521，25，8-189.3221，23，46，8216.231369172.689730.43463.376764.45332.99 1，23，6 相应的相应的22.927168.567367.01注：单位()，单位，单位。 表2-301.2恒载＋0.91.4（屋面活荷载＋风载）截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、1231023.968111-4.7151231023.968131023.5271.63237.61271.63237.611310-18.261211-54.5121211-54.512111-46.475296.41330.43330.43296.411310143.3581211-88.84212310139.2361310143.358332.99367.01367.01332.99 1,23,10相应的相应的35.298139.236367.01注：单位()，单位，单位。18  表2-311.2恒载＋0.91.4（吊车荷载＋风载）截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、1，69，1076.7131,57,911-68.5551691076.7131691076.713237.61237.61237.61237.611，46，910113.3141,57,911-84.6181,46,910113.31417911-69.916693.85382.068693.85296.411,46,810340.3221，58，11-281.6801,46,810340.3221，69，10292.659730.43429.356730.43332.99 1，69，10相应的相应的49.477292.659332.99注：单位()，单位，单位。  表2-321.35恒载+0.71.4屋面活荷载+0.71.4吊车竖向荷载截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、1，23，643.55015-22.2881，23，643.55013643.186293.771267.311293.771267.3111，34，657.1531，25，754.5211，23，433.93517-36.835642.581426.544707.681333.4611，34，6100.139125-67.8381，23，4696.93313696.590683.733476.025710.194374.614 1，23，6相应的相应的15.91193.384401.073注：单位()，单位，单位。 18 表33柱内力组合表截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、,备注1,2,36,910表1479.2511,5,79,11表14-68.5551,23,6表1843.5501,3,69,10表1478.78357.699标准值取自及相应的,项271.63237.61293.771237.61198.0081,4,69表12118.7131,2,57,911表14-92.6551,46,9表12118.7131,79,11表14-69.916 标准值取自及相应的,项738.01416.088738.01296.41 1,3,46,810表14346.1361,2,58,11表14-285.8021,46,8表12237.0691,3,69,10表14298.473214.595标准值取自及相应的,项730.43463.376774.59332.99277.49 1,2,36,910相应的相应的  50.656294.351367.01  注：单位()，单位，单位 18 6.柱截面设计以柱为例。混凝土强度等级为,，；采用HRB400级钢筋，，。上、下柱均采用对称配筋。1．上柱配筋计算。上柱截面共有4组内力。取而截面的内力均小于，则都属于大偏心受压，所以选取偏心距较大的一组内力作为最不利内力。即取=78.783,=237.61；吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心矩取（大于），应考虑偏心距增大系数。，取且选318，则满足要求。而垂直于排架方向柱的计算长度，则，（内插）满足弯矩作用平面外的承载力要求。2.下柱配筋计算 取与上柱分析方法类似。而，截面的内力均小于，则都属于大偏心受压。所以选取偏心距最大的一组内力作为最不利内力。按，计算下柱计算长度取，附加偏心距（大于20）。，，应考虑偏心距增大系数且取,取先假定中和轴位于翼缘内，则即中和轴过翼缘且选用418垂直于弯矩作用面的承载力计算：， 3．柱箍筋配置由内力组合表，相应的，验算截面尺寸是否满足要求。截面满足要求。计算是否需要配箍筋：取可按构造配箍筋，上下柱均选用箍筋。满足弯矩作用面的承载力要求。 4．柱的裂缝宽度验算相应于控制上、下柱配筋的最不利内力组合的荷载效应标准组合为：表2-34柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力标准值57.699214.595198.008277.49291.390.55773.34 0.00950.01取0.01131.11.0480.5291183.3400.523288.95722.2172.06174.0450.3410.4360.1240.3满足要求0.1470.3满足要求上柱=763，下柱=1018；构件受力特征系数；混凝土保护层厚度取30mm。验算过程见表2-34。5．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2-70所示。其中牛腿截面宽度=400mm，牛腿截面高度=600mm,=565mm。图2-70牛腿尺寸简图 (1)牛腿截面高度验算=0.65,，(牛腿顶面无水平荷载), 取。按下式确定。故截面高度满足要求。2)牛腿配筋计算。由于,因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，且纵筋不宜少于4根，直径不宜少于12，所以选用416。由于，则可以不设置弯起钢筋，箍筋按构造配置，牛腿上部范围内水平箍筋的总截面面积不应小于承受的受拉宗纵筋总面积的，箍筋选用。局部承压面积近似按柱宽乘以吊车梁断承压板宽度取用：满足要求。6．柱的吊装验算。采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。柱插入杯口深度为,取,则柱吊装时总长度为,计算简图如图2-71所示。图2-71柱吊装计算简图 柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载(应考虑动力系数)，即：在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为：由得：令，得，则下柱段最大弯矩为：柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表2-35。 表2-35柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱46.656（38.88）65.448(54.540)87.8970.946.656=41.990300.510.965.448=58.903162.69771.6060.297-0.5150.2,取0.20.1020.2(满足要求)0.0280.2(满足要求)  '