单层工业厂房课程设计计算书完整版

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1、单层工业厂房混凝土排架课程设计1.1柱截面尺寸确定由图2可知柱顶标高为12.4 m，牛腿顶面标高为8.6m ，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Hi、上柱高度Hu 分别为：H= 12.4m+0.5m=12.9m， H l =8.6m+0.5m=9.1mHu =12.9m 9.1m=3.8m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柱号计算参数截面尺寸/mm面积2/mm惯性矩4/mm自重/(KN/m)A , B上柱矩400 X40051.6 X10821.3 X104.0下柱I400 X9

2、00 X100 X1501.875X10 58195.38 X104.69本例仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1所示呂拭 S3 8 吕岳1.2荷载计算恒载L Art . L- k 11 T4：-F LF算(1).屋盖恒载：两毡三油防水层20mm厚水泥砂浆找平层100mm厚水泥膨胀珍珠岩保温层一毡二油隔气层15mm厚水泥砂浆找平层；预应力混凝土屋面板(包括灌缝)0.35KN/m 220 X0.02=0.4 KN/m4 X0.1=0.4 KN/m0.05 KN/m20 X0.015=0.3 KN/m1.4 KN/m2.900 KN/m 2天窗架重力荷载为2 X36 KN /榀，天沟板2

3、.02 KN/m，天沟防水层、找平层、QfSO.IOJG38270250r90C找坡层1.5 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：Gi=1.2 X(2.9O KN/m 2 X6m X24m/2 + 2 X36 KN/2 + 2.02 KN/m X6m+ 1.5 KN/m X6m + 106 KN/2) =382.70 KN(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值：G3=1.2 X(44.2kN + 1.0KN/m X6m ) =50.20 KN(3)柱自重重力荷载设计值：上柱G4a= G 4B =1.2 X4kN/m X3.8m =18.24 KN下柱G

4、5a= G 5b=1.2 X4.69kN/m X9.1m =51.21KN各项恒载作用位置如图2所示。400.fGk=18,21I; 2 i. ：.| II f . | | ： I1.2.2 屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5 KN/m 2,雪荷载标准值为0.35 KN/m 2,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=1.4 X0.5 KN/m 2X6m X24m/2=50.40KNQ1的作用位置与G1作用位置相同，如图2所示。123 风荷载风荷载标准值按式（）计算，其中0=0.35 KN/m 2 , z=1.0 , Uz根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度由附表5

5、.1确定如下：柱顶（标咼12.40m ）uz=1.067檐口（标咼14.30m ）uz=1.120天窗架壁底（标高16.99m ）uz=1.184天窗架壁顶（标高19.86m ）Uz=1.247屋顶（标高20.31m ）uz=1.256Us如图3a所示，由式（2.5.2 ）可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为:1k = z us1 uz 0 =1.0 X0.8 X1.067 X0.35 KN/m 2 =0.299 KN/m 22k = z us2 uz 0=1.0 X0.8 X1.067 X0.35 KN/m 2 =0.299 KN/m 2则作用于排架计算简图(图3.b)上的风荷载设计值

6、为：q 1=1.4 X0.299 KN/m 2 X6.0m =2.51KN/mq 2 =1.4 X0.187 KN/m 2X6.0m =1.57KN/mFw= Q (Us1+Us2)Uzh1+( Us3+Us4)Uzh2+( Us5+Us6)Uzh3 z B=1.4 X (0.8 + 0.5) X1.120 X1.9m + (-0.2 + 0.6) X1.184 X2.69 + (0.6 + 0.6) X1.247 X2.87X1.0 X0.35 KN/m 2 X6.0m=24.51 KNoo -.吊车荷载由表可得200/50KN 吊车的参数为：B=5.55m , K=4.40m , g=75

7、KN ,Q=200KN , Fp,max=215KN , F卩时=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 Fp,max yi= 1.4 X215 KN X(1 + 0.080 + 0.267 +0.075)=647.15 KNDmi n= Q F p,minyi= 1.4 X45 KN X2.15=135.45 KN11.0rL(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11T= (Q+g ) = X0.1 x(200KN + 75KN

8、 ) =6.875 KN 44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= qT yi= 1.4 X6.875 KN X2.15=20.69 KN1.3 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= lu/l iHu/HCq=3/31+(1/n-1)=H 3/ CqE ll1/ ii1/ in=0.109C q=2.48QA , B柱0.295A =H3E10b =Q.20610A =b =0.5恒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

9、矩M是根据图2 确定，即G1= G 1 =382.70KN ； G2 =G 3+G 4A =50.20KN+18.24KN=68.44KNG3= G5a =51.21KN ;m 1 = G 1 e1 =382.70KN X0.05m=19.14 KN mm 2 =( G 1+ G 4A)e 0 G 3 e 3=(382.70 KN+18.24 KN)X0.25m 50.20 KN X0.3m=85.18 KNm-/1i；恒载作氏下排架内力悒由于图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=3

10、212（in）3 12=2.122， C3= =1.13213（-1）213（丄1）nnrMiR a = Ci HM219.14KN m 2.122 85.18KN m 1.132-C3=10.62 KNH12.9mRB =-10.62 KN求得Ri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 5.b,c 图5.d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。1.3.2 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Q ! =50.4 KN，它在柱顶及变阶处引起的力矩为M1A=50.4KN X 0.05m=

11、2.52 KN m2A=50.4KN X0.25m=12.60 KN m。对于A柱，Ci=2.122 , C3=1.132，则M 1A、百ClM 2A百C3 =2.52KN m 2.122 12.6KN m132 =1.53 (12.9mRB =-1.53 KN( )排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图6b.c所示團6 H竟屋面:師仙於卜j力團1.3.3 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=0.109,=0.295,贝U3 14(丄 1)C11 =n =0.329113 18 13(- 1)nRa=- q 1 H C11=-2.51KN/m X12

12、.9m X0.329=-10.65KN()RB =- q 2H Cn=-1.57KN/m X12.9m X0.329=-6.66 KN( )R= R a+ R b + Fw=-10.65KN 6.66KN 24.51KN=-41.82 KN()各柱顶剪力分别为：VA= R A- A R=-10.65KN+0.5 X41.82KN=10.26 KN( )Vb= R b - b R=-6.66KN+0.5 X41.82KN=14.25 KN()排架内力图如图7b所示。(Q)7(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K3 I 1 II. I

13、I n ；：J!1.3.4 吊车荷载作用下排架内力分析(1)D max作用于A柱计算简图如图9a所示。其中吊车竖向荷载D max，D min在牛腿顶面处引 起的力矩为：M a= D max e3=647.15KN X0.3m=194.15 KNmM b= D mine3=135.45KN X0.3m=40.64 KNm对于A柱，C3=1.132，则RaMC3=194.15KN m 1.132 =-17.04 KN( )H 312.9mRB = MbC3= 40.64KN m 1.132 =3.57 KN( ) H12.9mR=R a+R b =-17.04KN+3.57KN=-13.47KN(

14、排架各柱顶剪力分别为：Va= R a- a R=-17.04KN+0.5 X13.47KN=-10.31 KN(Vb= R b - b R=3.57KN+0.5 X13.47KN=10.31KN(排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图 9b,c所示。举 DMHii.-liLIIU 朋(2)D max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。, oj聞 %*46、/Xj39 托 L9.f10.31、M?1I / f*92.36X* f $ A丿Q0.55 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e

15、/h 00.55的条件，对本例来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V项。表3A柱内力设计值汇总表柱号及 正向内 力何载类别恒载屋面活 载吊车竖向荷载吊车水平何载风荷载D max作用于A柱D max作用于B柱左风右风序号I - IM21.223.29-39.18-39.1821.5257.11-67.51N400.9450.4000000n - nM-63.96-9.31154.971.4621.5257.11-67.51N451.1450.40647.15135.45000川-川M32.684.6261.15-92.36192.06341.21-314.42N502.3550.40647.1

16、5135.45000V10.621.53-10.31-10.3118.7442.64-34.50表4A柱内力组合表截面+ M max及相应-M max及相应N max及相应N min及相应M k、备注N , VN , VM，VM，VNkIMN max 一项，-+0.9+0.9-88.71+026.18+0.993.0168.96取1.35S gk +I（+0.993.010.9（.9+0.9N+446.3+）+400.9486.34+446.3366.520.71.4 SQK4nM-+0.9130.40+0.9-150.3+075.51+0.9-142.1n0.90.5N9（+）+975.33

17、+0.9+496.501033.589+451.14出M549.03-480.687.72549.03-+0.9+0.98+0+0.9出N1071.90.9612.0.91084.71071.9+0.90（69+0.9V（57.20+）-43.961.34（57.20M+）396.05+-339.466.54+）396.05k+5+N825.45496.9834.65825.45k9Vk42.12-30.140.9642.121.5 柱截面设计仍以A柱为例。混凝土： C30, fc 14.3N/mm2 , g 2.01N/mm2 ;钢筋：受力筋为HRB335, fy fy 300N /mm2

18、, b 0.550。上下柱均采用对称配筋。1.5.1 上柱配筋计算由表4可见，上柱截面共有4组内力。取h =400mm-40mm=360mm。经判别，其中三组内力为大偏心受压；只有（M=26.18 KN m，N=486.34KN ） 一组为 小偏心受压，且 N5，故应考虑偏心距增大系数。2 2 20.5fcA 0.5 14.3N/mm400 mm 小 _ ,小=2.5631.0N446300N，取 1=1.021.15 0.01h1益中ho7600mm、1.15 0.01 ()0.96400mm2 = 11(7600mm)2 1.0 0.96 1.3911400228mm 400mm360mm

19、埠0仝 0.2171 fcbh01.0 14.3N /mm 400mm 360mm2ash竺mm 0.222360mm取x=2 as进行计算。e = e h/2 as 1.391 228mm 400mm/2Ne446300 N 157.1mm40mm157.1mmA5 Asfy(h as) 300N / mm2 (360mm 40 mm)选 318 ( As =763 mm2 ),贝UAs/(bh)763730mm22mm /(400mm X400mm)=0.48%0.2%,满足要求。由附表11.1，得垂直于排架方向柱的计算长度10=1.25 X3.8m=4.75m，则=0.95。l0/ b

20、=4750mm/400mm=11.882 2Nu 0.9 (fcA fy As ) 0.9 0.95 (14.3N/mm 400mm 400mm 300N/mm 763mm2 2)2347.66KN Nmax 486.34KN满足弯矩作用平面外的承载力要求。1.5.2 下柱配筋计算取h 0 =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=549.03 KN m，N=1071.90 KN下柱计算长度10 =1.0 H|=9.1m ，附加偏心距ea =900mm/30=30mm(大于bf =400mm ， hf =150mm 。 549.03

21、 106N mm20mm)。=512mme + ea =512mmb =100mme0 =M/N=1071900N+30mm=542mm由l/h=9100mm/900mm=10.1 5s，故应考虑偏 心距增大系数 ，且取2 1 .0。0.5 fcA 21071900N0.5 14.3N /mm 100mm 900mm 2 (400mm 100mm) 150mm21 01=1.0 o211 1400 eh。1.116 542mm2=19100mm 2c()2 1.0 1.0 1.1161400 542mm 900mm 860mm604.9mm0.3h00.3 860mm258mm故为大偏心受压。

22、先假定中和轴位于翼缘内，则N1071900N，小x=1fcbf2187.4mm hf 150mm1.0 14.3N /mm 400mm说明中和轴位于腹板内，应重新计算受压区高度X：N 1仙b)hfx1 fcb21071900N 1.0 14.3N /mm (400mm 100mm) 150mm1.0 14.3N /mm 100mm299.6mmh/2 as604.9mm 900mm/ 240mm 1014.9mmNe1 fc (bfAAsb)hf (h0 hf)1 fcbx(hfy(h0 as )21071900N 1014.9mm 1.0 14.3N / mm (400mm 100mm) 1

23、50mm(860mm 150mm/2) 1.0 14.3N /mm 100mm 299.6mm (860mm 299.6mm/ 2)2/300N / mm (860mm 40mm)1132mm2选用4 20( As =1272 mm2 )。按此配筋，经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦满足要求。1.5.3 柱的裂缝宽度验算规范规定，对 仓/ho 0.55的柱应进行裂缝宽度验算。本题的下柱出现eg/he 0.55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As =1272 mm2， Es= 2.0 105N / mm2 ;构件受力特征系数 cr =2.1 ;混凝 土保护层厚度

24、c取25mm 。表5柱的裂缝宽度验算表柱截面下柱内力标准值M k/( KN m)396.05N k /KN825.45e0 = M k/N k /mm4800.55 h 0 =473Aste0.5bh (bf b)hf0.0140s11e(lh)21400电 h ho1.0( l0/h14)e 知 h/ 2 as / mm890(bf b)hf fbho0.523ho2z 0.87 0.12(1f)()2ho/mme702.2Nk(e z)2、sk/(N /mm )Asz173.61 10.65ftkte sk0.57maxcr(1.9c 0.08) / mmE ste0.163（满足要求）柱

25、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。1.5.5 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12所示。其中牛腿截面宽度b=400慢慢，牛腿截面高度h=600mm , h=565mm。（1）牛腿截面高度验算按式（）验算，其中 =0.65， ftk=2.01N/ mm2， Fhk =0 （牛腿顶面无水平荷载），a=-150mm+20mm=-130mm0,取a=0, Fvk按下式确定:D maxFvk =Q647.15KN50.20KN1.41.2504.08KN由式（2.6.1）得:(1ftkbl%0.5

26、旦ho0.652.01 400 5650.5590.54KNvk故牛腿截面高度满足要求(2)牛腿配筋计算由于 a=-150mm+20mm=-130mm0.因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，Asminbh0.002 400mm 600mm480mm2。纵向钢筋取4 14(As =616 mm 2 1 2 2M2 8.1KN /m (3.8m 0.6m)- (20.25KN /m 8.1KN /m) 0.6 m84.20KN 2)，水平箍筋选用8100。1.5.6 柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处，混凝土达到设计强度后起吊。由表可得柱插入杯口深度为 hi =0.9 X90

27、0mm=810mm, 取hi =850mm,则柱吊装时总长度为3.8m+9.1m+0.85m=13.75m,计算简图如图13所示。柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载(应考虑动力系数)，即q1 = Gq1k 1.5 1.35 4.0KN /m 8.1KN/mq2Gq2k 1.5 1.35 (0.4m 1.0m 25KN /m3) 20.25KN /mq3Gq3k 1.5 1.35 4.69KN / m 9.50KN /m在上诉荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为：1 2 1 2 2M1qHj 8.1KN /m 3.82m258.48KN m2 21 2由 Mb RaI 3q33 M 2 0 得:2Ra

28、184.20KN m-9.50KN /m 9.35m35.41KN29.35mm2Raq3xM3M3RaX1q3X2，令 dM3235.41KN 3.73m - 9.50KN/m20,得x=3.73m,则下柱段最大弯矩为:3.732 m265.99KN m313痢叢il算简團柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表 60.958.48=52.63312.910.984.20=75.782sk mk/(0.87hAs)/(N/mm )181.2865.53彳彳 0.65ftk1.1te sk0.38-0.310.2,取 0.2skd eqmaxcr(1 .9C0.08)Este/mm0.140.2

29、 （满足要求）0.02N k ,macxfaN wkmd834.65KN298.20KN23240KN /m 20KN /m 1.65m5.47m2适当放大，取A=bl=3.6mX2.4m=8.64m(3) 计算基底压力及验算地基承载力32GkmdA 20KN /m3 1.65m 8.64m2 285.12KN121223W lb2.4m 3.6 m 5.184m6 6基底压力按式()计算，结果见表8;按式()验算地基承载力，其中1.2 fa 1.2 240KN /m2 288KN /m2，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M

30、k/( kn m)396.05339.4566.54N k/KN825.45496.99834.65VK /KN42.1230.140.96Nbk(NkGkNwk)/KN1408.771080.311417.97M bk (MKVk Nwkew)/(KN m)274.51544.09102.33Pk, max pk, min(NbkAM bk2-L)/(KN /m2)W216.01229.99183.86110.1020.08144.38p(pk,maxPk,min)/2/KNfa /KN163.06240125.04240164.12240pk ,max / KN1.2 fa / KN216

31、.01288229.99288183.86288163基础高度验算这时应采用基底净反力设计值Pj , Pj,max和Pj,min可按式（）计算，结果见表9。对于第2组内力，按式（）计算时，Pj,min0，故对该组内力应按式（2.7.7）计算基底净反力，即：M b 735.20KN mb0.758mNbe。969.90KN由式（2.7.7）ba2得：0.758m1.042m22 969.90KN2Nb2258.56KN /m3 2.4m 1.042 m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pj ,maxla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h0=750mm (40mm+5mm)=705mm。因为 at 2h01200mm2 705mm2610m l 2600mm，所以应按式()计算 A，即:b bt3.6m 1.7m2A, (h0 )l (0.705m) 2.4m 0.588m2 2 2 2由式()得：2 2Fipj A,258.56KN / m 0.588m152.03KNat 1.2m ;因 at 2h 2.61m l 2.6m，故 ab = l =2.4m，由式()得：am (1.2m 2.4m) /21.8mh=750mm0.75,所以杯 壁不需要配筋。