单层工业厂房结构设计 35页

'单层工业厂房结构设计2.1设计条件1.金加工车间跨度21m，总长60m，柱距6m。2.车间内设有2台200/50kN中级工作制吊车，其轨顶设计标高9m。3.建筑地点：信阳市郊区。4.车间所在场地：低坪下0.8m内为填土，填土下4m内为均匀亚黏土，地基承载力设计值，地下水位-4.05m，无腐蚀。基本风压W=0.45KN/m²，基本雪压S=0.40KN/m²。5.厂房中标准构件选用情况：（1）.屋面板采用G410（一）标准图集中的预应力混凝土大型屋面板，板重（包括灌浆在内）标准值1,4KN/m²，屋面板上做二毡三油，标准值为。（2）.天沟板采用G410（三）标准图集中的TGB77—1，板重标准值为。（3）.屋架采用G410（三）标准图集中的预应力混凝土折线型屋架YWJA—21，屋架辎重标准值91KN每榀。（4）.吊车梁采用G425标准图集中的先张发预应力混凝土吊车梁YXDL6—8，吊车梁高1200mm，翼缘宽500mm，梁腹板宽200mm，自重标准值45KN/根，轨道及零件重，轨道及垫层构造要求200mm。（5）材料：A.柱：混凝土C30B.基础.混凝土C30C.钢筋.Ⅱ级。2.2结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在之间，且柱顶标高大于，所以采用钢筋混凝土排架结构。为了是屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线形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。厂房各主要构件选型见下表：表2.1主要承重构件选型表构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值34 屋面板G410（一）预应力混凝土屋面板YWB—2Ⅱ（包括灌浆在内）天沟板G410（三）预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）TGB68—1屋架G415（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度）YWJA—21—1Aa每榀。吊车梁G323（二）钢筋混凝土吊车梁（吊车工作等级中级）DL—9Z（中间跨）DL—9B（边跨）根轨道连接G325（二）吊车轨道联结详图基础梁G320钢筋混凝土基础梁JL—3根由设计资料可知屋顶标高，轨顶标高为，设室内地面至基础顶面的距离为，则计算简图和吊车梁的高度求总高度H、下柱高度和上柱高度分别为：，根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可查表确定柱截面尺寸：表2.2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AB上柱下柱Ⅰ34 结构平面布置图如下2.134 2.3荷载计算2.3.1恒载（1）屋面恒载两毡三油防水层：20mm厚水泥砂浆找平层：厚水泥砾石保温层：一毡两油隔气层：厚水泥砂浆找平层：预应力混凝土屋面板：合计：屋架重力荷载为每榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：（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、B柱：上柱：下柱：2.3.2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，所以仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：34 的作用位置与作用位置相同。2.3.3风荷载垂直于建筑物表面上的风荷载标准值计算公式2.1：式中—基本风压，是以当地比较空旷平坦地面上离地高统计所得的50年一遇平均最大风速为标准确定的风压值；—高度处的风振系数，对高度小于的单层厂房，取；—风荷载体型系数，是风吹到厂房表面引起的压力或吸力与理论风压比值，与厂房的外表体型和尺度有关，可根据建筑体型查得；—风压高度变化系数，根据所在地区的地面粗糙程度类别和所求风压处离地面的高度查得。根据厂房各部分标高及B类地面粗糙查表得：柱顶（标高）檐口（标高）屋顶（标高）可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：34 图2.2风荷载体型系数则用于排架计算简图上的风荷载设计值为：2.3.4吊车荷载吊车的参数为：，，，，，。根据B及K，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2.3所示。34 图2.3吊车荷载作用下支坐反力影响线（1）吊车竖向荷载（2）吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车荷载水平制动力计算公式2.2：式中—每一个轮子作用在轨道上的横向水平制动力；—横向水平制动系数；—吊车的额定起重量的重力荷载；—小车的重力荷载。作用于拍架上的吊车横向的水平荷载设计值计算公式2.3：34 式中—第个大车轮子的横向水平制动力；—吊车梁传给柱的最大横向反力的标准值；—影响线数值。2.4排架内力计算该厂房为一跨等高排架，可用剪力分配法进行内力分析。其柱的剪力分配系数见表2.3：表2.3柱剪力分配系数柱号A、B柱2.4.1恒荷载作用下排架内力分析恒荷载作用下排架的计算简图如图所示，图中的重力荷载及力矩M是根据下图确定：34 由图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式内力。柱顶不动支座反力可根据表所列的相应公式计算。对于A柱，，，则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2.4和轴力图分别见图2.5。图2.4荷载作用位置图图2.5恒载作用下排架内力图2.4.2屋面活荷载作用下排架内力分析34 AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图2.6所示。其中，它在柱顶及变阶引起的力矩为：；；对于A柱，，，则图2.6AB跨作用屋面活荷载时排架内力图将R反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用与AB跨时的柱顶剪力：弯矩见弯矩图2.7，剪力图2.834 图2.7AB跨作用屋面活荷载时的弯矩图图2.8AB跨作用屋面活荷载时的剪力图2.4.3风荷载作用下排架内力分析（1）左吹风时计算简图如图2.9所示。对于A柱，，，由表得：34 图2.9排架内力图如图各柱顶剪力分别为：排架内力图如图2.10所示。34 图2.10左吹风时排架内力图如图（2）右吹风时计算简图如图所示。将图所示A柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图2.11所示。图2.11右吹风时的排架内力图2.4.4吊车荷载作用下排架内力分析（1）作用在A柱计算简图如图2.12所示。其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：图2.12作用在A柱时排架内力图对于A、B柱，，则34 排架各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2.13和2.14所示。图2.13作用在A柱时的排架内力图34 图2.14作用在A柱时的排架内力图（2）作用在B柱计算简图如图2.15所示。2.15作用在B柱时的计算简图其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A、B柱，，则排架各柱顶剪力分别为：34 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2.16，2.17所示。图2.16作用在B柱时的排架内力图图2.17作用在B柱时的排架内力图（3）作用于AB跨柱当AB跨作用于吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图2.18所示。图2.18作用于AB跨时计算简图34 对于A、B柱，，，由表得，则排架柱顶总反力为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图柱底剪力值如图2.19所示。当方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。图2.19作用于AB跨时排架内力图2.5内力组合以A柱为例。表2.4A柱内力设计值汇总表吊车竖向荷载风荷载34 柱号及正向内力荷载类别恒载屋面荷载吊车水平荷载作用在A柱作用在B柱左风右风序号③④⑤⑥⑦ⅠⅠⅡⅡⅢⅢⅢⅠ—ⅠM16.0232.846-35.230-21.810±21.8150.16-46.37N312.744.100000Ⅱ—ⅡM-49.0478.179139.5001.340±21.8150.16-46.37N382.944.1582.440121.910000Ⅲ—ⅢM25.663.955.150-83.010±181.06309.9-276N434.1144.1582.440121.91000V8.211.33-9.270-9.270±17.541.667-26.06注：M（单位为），N（单位为），V（单位为）。表2.5A柱内力组合表截面及相应的N，V及相应的N，V及相应M、N及相应M、NⅠ—ⅠM43.47-77.0518.5816.023N352312352312Ⅱ—ⅡM67.22-67.47167.22-64.47N946.8492.6946.8492.6M520.7-460.434 Ⅲ—Ⅲ520.7-460.4N998543.83998543.8V54.31-39.354.31-39.3344.27-289.74828.8336.73注：M（单位为），N（单位为），V（单位为）。2.6柱的设计2.6.1设计资料截面尺寸：上柱正方形截面2.6.2柱截面配筋计算34 表2.6柱在排架方向的截面内力组（KN）（KN.m）1-1M43.47123201433651.076004000.961.537N352M-77.05247202673651.076004000.961.288N312M18.585320733650.7476004000.961.779N3523-3M520.7522305528651.091009001.01.097N998M-460.4847308778651.091009001.01.061N543.8M520.7522305528651.091009001.034 1.097N998M-460.4847308778651.091009001.01.061N543.8表2.7柱在排架内的截面配筋计算截面内力组（KN.m）（KN）偏心情况计算值实配值1-1M43.471431.53738461201大184414(=)N352M-77.052671.28850855201大530N312M18.58731.77929461201大-135N3523-3M520.75521.0971020174476大1112422(=)N998M-460.48771.061134592476大1371N543.8M520.75521.0971020174476大1112N998M-460.48771.061134592476大1371N543.8表中：见表2.6；；.上柱，下柱，当时，34 ，当时，；：上柱，；下柱，当时，；当时，；上柱或下柱，当时，。2.6.3、柱的裂缝宽度验算《规范》规定，对的柱应进行裂缝宽度验算上柱：，需进行裂缝宽度验算下柱：，需进行裂缝宽度验算表2.8柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力标准值43.47520.73529981235220.00663<0.01取0.010.0076<0.01取0.0134 1.5371.097384102000.5278715.2253310.30.580.670.11<0.3满足要求0.13<0.3满足要求2.6.4、柱箍筋配置非抗震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制，根据构造要求，上、下柱均采用A8@200箍筋2.6.5、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，如下图所示。其中牛腿截面宽度,牛腿截面高度,34 2.20A柱牛腿尺寸简图牛腿截面高度验算取故牛腿截面高度满足要求牛腿配筋计算，所以牛腿按构造配筋选用4B16（），水平箍筋选用B8@1002.6.6、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，取850mm则柱吊装时总长度为3.8+9.1+0.85=13.75m,计算简图如图34 2.21A柱吊装计算简图柱吊装阶段的荷载为柱自重，考虑动力系数，则在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为由得令得，则柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算经初步验算，上柱裂缝宽度不满足要求，采用吊点处局部加强，加2B16，实际配筋34 表2.9柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算柱截面上柱下柱71.44（52.92）90.98（67.39）57.88<96.4890.18<151.29168.1161.30.4780.290.126<0.20.07<0.2满足要求2.7、抗风柱设计2.7.1、尺寸确定截面尺寸上柱，下柱2.7.2、荷载计算（1）柱自重及截面参数表2.10柱别截面尺寸/mm自重/kN面积/（）惯性矩/()上柱300×3005.880.90.675下柱300×60054.91.85.4（2）风荷载，迎风面、背风面风荷载标准值为则作用于抗抗风柱计算简图上的风荷载设计值为34 风荷载作用下弯矩图如下2.22抗风柱内力图2.7.3、抗风柱截面设计（1）正截面承载力计算上柱：因为构件轴力较小，故按纯弯构件双筋矩形截面计算，故按最小配筋率配筋34 ，取4B14，下柱：因为构件轴力较小，故按纯弯构件双筋矩形截面计算，选用4B25+2B22，验算：，符合要求。（2）斜截面承载力计算上柱属厚腹构件故按构造配置箍筋，取箍筋为A8@150，可以下柱属厚腹构件34 故按构造配置箍筋，取箍筋为A10@250，可以2.8基础设计2.8.1.荷载计算：（1）由柱传至基顶的荷载由内力组合表可得荷载设计值如下：（2）由基础梁传至基础顶的荷载墙重：窗重：基础梁：距基础形心的偏心距为：2.8.2.基础尺寸及埋置深度（1）假定基础高度为则作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值为：34 （2）基底尺寸的确定由第二组荷载确定和，即：取，计算基底压力及验算地基承载力：，符合要求。验算其它两组荷载设计值作用下的基底压力：第一组：，符合要求。，，符合要求。第三组：，符合要求。，34 ，符合要求。第四组：，符合要求。，，符合要求。2.8.3.确定基底的高度前面已初步假定基础的高度为1150mm,如果采用杯形基础，按构造要求，（1）在各组荷载设计值作用下的地基最大净反力第一组：，第二组：，第三组：，第四组：。抗冲切计算按第一组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算。（2）验算基础高度34 ，满足要求。2.8.4.基底配筋计算包括沿长边和短边两个方向的配筋计算。沿长边方向的配筋计算，由前述四组荷设计值作用下最大地基净反力的分析可知，应按第一组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算。而沿短边，由于为轴心受压，其钢筋用量应按第四组荷载设计值作用下的平均地基净反力进行计算。（1）沿长边方向的配筋计算：选用B14@110()（2）沿短边方向的配筋计算在第三组载荷设计值作用下，均匀分布的地基上净反力。34 选用B12@150()34 参考资料1、混凝土结构设计规范GB50010-20022、建筑结构荷载规范GB50009-20013、建筑地基基础设计规范GB50007-20024、混凝土结构构造手册5、《混凝土结构设计原理》（第四版）、中国建筑工业出版社6、《混凝土结构及砌体结构设计》（第四版）、中国建筑工业出版社7、《混凝土结构设计原理》（第三版）、沈蒲生、高等教育出版社8、《混凝土结构设计》（第三版）、沈蒲生、高等教育出版社9、国家建筑标准设计图集08G118-工业厂房设计选用、中国建筑工业出版社10、《混凝土结构设计》（第一版）、中国电力出版社34 编后语经过紧张而又辛苦的两周，终于完成了单层厂房的课程设计．刚刚接手任务时一头雾水，不知如何下手去做。当我经过老师的指导，同学的讨论，和自己的研读以后思路才渐渐的清晰，仿佛经过一次翻山越岭，登上了高山之颠，顿感心旷神怡，眼前豁然开朗．课程设计是我们专业课程知识的综合应用，包括混凝土结构设计、土木材料、房屋建筑学、理论力学、材料力学、结构力学、CAD、word、甚至有些地方还有施工现场的要求，是一次参加工作前为数不多的实战训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程．通过课程设计，使我深深的体会到，干任何事都必须耐心，细致．课程设计过程中，数据会常常发生错误，有时候前面的一不留神就会牵动后面所有的结果，让我心烦意乱，但一想起XXX老师和他本人对我们的教导，就毫不留情的重新去做。也只有脚踏实地去做才能在竞争激烈的社会中走得更远，更久。说实话，课程设计真的是有点累．然而，当我看着自己密密麻麻的手稿和最后的成果时，心中充满着自豪，最后，我要感谢我的老师，是您的严厉批评唤醒了我，是您的敬业精神感动了我，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我．今天我以您自豪，明天您以而骄傲。34'