单层厂房计算书

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1、目录单层厂房结构设计计算书1. 设计资料本设计方案为左跨吊车C2，右跨吊车 C1，牛腿顶标高 m ，跨度 27 m ，柱距 6 m 。2. 柱截面尺寸确定确定柱高度估计基础埋深 m ，基础高 m ，室外地坪标高 m 。A,C 柱顶标高+=m中柱总高H =+=m下柱高H l=+=m上柱高Hu = m确定柱截面尺寸根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，由混凝土设计规范，6m柱距单层厂房矩形、工字形截面柱截面尺寸限值并参考厂房柱截面形式和尺寸参考表确定柱截面尺寸，见表 1确定柱截面惯性距排架平面内惯性矩A 柱、 C 柱 上柱： I ubh 31400400321.33108 mm 41212下柱

2、： I l14008003130045034115025( 45025 )21212223B 柱上柱： I ubh31400600372.00108 mm 41212下柱： I l14008003130045034115025( 45025 )21212223表 1柱截面计算参数计算面积惯性矩自重参数截面尺寸/ mm/ mm4/ （ kN / m ）柱号/ mm2上柱矩 400400A、C下柱上柱矩 400600B下柱本案仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1 所示。图 1 计算单元和计算简图3. 荷载计算恒荷载屋盖恒载防水层0.4kN / m 220mm厚水泥砂浆找平层0.4kN /

3、 m 2100mm厚珍珠岩制品保温层0.4kN / m 2隔气层0.05kN / m 230mm厚细石混凝土面层0.75kN / m 2预应力大型屋面板1.4kN / m 2天沟板2.02kN / m 6m 12.12kN天 窗38.30kN / 榀屋架自重122kN / 榀则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：吊车梁及轨道重力荷载设计值柱自重重力荷载设计值A柱、 C柱上柱G 4AG 4C1.24.0 2.45 11.76kN下柱G 5AG 5C1.24.44 10.3 54.88kNB 柱上柱G 4B1.26.02.45 17.64kN下柱G 5B1.24.44 10.354.88kN各项

4、恒载作用位置如图2 所示图 2 恒荷载作用位置图（单位：kN ）屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.7kN / m 2 ，雪荷载标准值为 0.4kN / 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 的作用位置与 G1 作用位置相同，如图2 所示。风荷载风荷载标准值可按式w kzsZw 0 计算，其中 w 00.50kN /m 2，z1.0， Z 根据厂房各部分标高及B 类地面粗糙度由查表确定如下：柱顶（标高 m ）檐口（标高 m ）屋顶（标高 m ）ZZZ1. 0001. 0171. 045s 如图 3a 所示，由式 w kzsZ w 0 可得排架迎风面及背风面的

5、风荷载标准值分别为：当a4h时，取 s0.2当时，a4h取 s0.6图 3 风荷载体型系数及排架计算简图则作用于排架计算简图（图3b）上的风荷载设计值为：吊车荷载已知 200/50 kN 吊车参数： B 6.39 m, K5.0m, g69.77kN , Q 200kN ,F p ,max 230kN , F p, min 60kN ；160/32 kN 吊车参数： B6.39m, K 5.0m,g 63.26kN , Q 160kN , Fp ,max 205kN , Fp, min91kN ；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4 所示。吊车竖向荷载

6、A 柱C柱图 4 吊车荷载作用下支座反力影响线A 柱与 C柱的吊车荷载作用下的支座反力影响线图形相同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作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值4. 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i 结果如表 2。表 2 柱剪力分配系数柱别A、C柱B 柱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5a 所示。图中的重力荷载 G 及力矩 M是根据图2 确定的，即A柱、 C柱G 1G1441.20kN ;G2 G3AG4 A55.56 11.76 67.32kNG 3G5 A54.88kN ;M 1G1e1

7、A 441.20.0520.06kNB柱 G5G4BG317.6455.56 2 128.76kN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R i 可根据教材表2.5.2 所列的相应公式计算。对于 A 柱、 C柱， n A 0.149,0.203 则12 (11 )312A柱 、C柱C13nA1.768 ，1.3732 13 ( 1C33 ( 11)2 11)nAnA本例中 R B0 。求得 R i 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

8、图5b，c。图 5d 为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。图 5 恒载作用下排架内力图屋面活荷载作用下排架内力分析跨作用屋面活荷载排架计算简图如图6a所示。其中 Q179.38kN ，它在柱顶及变阶处引起的力矩为M 1A79.380.053.97kNm对于 A柱， C11.768 ， C31.544 ，则对于 B 柱， n0.513，0.192 ，则则排架柱顶不动铰支座总反力为：将 R 反向作用于排架柱顶， 用式 VA R AA R 1.79 0.270 0.811.03kN ( ) 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于AB 跨时的柱顶剪力，即排架各柱的弯矩

9、图、轴力图及柱底剪力图如图6b，c 所示。图 6 AB 跨作用屋面活荷载时排架内力图BC跨作用屋面活荷载( b )3.9711.911.60715.8812.163.151.1840.1031.286A3.6813.2216.18BC79.3879.38( c )A79.38B79.38C由于结构对称 AB、BC跨相同，将图位置和方向调整一下即可。图 7 BC 跨作用屋面活荷载时排架内力图风荷载作用下排架内力分析左吹风时计算简图如图 8a 所示。对于 A、C 柱， n A0.149 ，0.203，由表 2.5.2得:314 (11)A柱 C11n0.3613 (1811)n各柱顶剪力分别为：排

10、架内力图如图 8b 所示。（ a）图 8 左吹风时排架内力图右吹风时将 A、 C 柱内力符号对换，且内力符号改变即可。排架内力图如图 9b 所示。（ a）图 9 右吹风时排架内力图吊车荷载作用下排架内力分析Dmax作用于 A 柱计算简图如图10a 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：对于 A柱， C31.373，则对于 B 柱， n0.503，0.192 ，由表 2.5.2得：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10b、 c 所示。图 10 D max 作用在 A 柱时排架内力图Dmax作用于 B 柱左计算简图如图 11a 所

11、示， M A ， M B 计算如下：柱顶不动铰支座反力RA ， RB 及总反力 R 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11b、 c 所示。图 11 D max 作用在 B柱左时排架内力图Dmax作用于 B 柱右计算简图如图 12a 所示， M B， M C计算如下：柱顶不动铰支座反力R B , R C 及总反力 R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12a、 b、 c 所示。图 12 Dmax 作用在 B柱右时排架内力图D max 作用于 C柱计算简图如图 13a 所示， M B， M C计算如下：柱顶不动铰支座反力R B , R

12、C 及总反力 R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13b、 c 所示。图 13 D max 作用在 C柱时排架内力图Tmax 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14a 所示。对于A 柱，n0.149,0.203,由表 2.5.3得 a(2.45 1.2) 2.45 0.510 ；对于 B 柱，n 0.503,0.192 ，则23a3 (2a)(1a2 )3a)n(2A 柱C50.7583 ( 12 11)n23a3 (2a)(1a2 )3a)n(2B 柱C50.7833 ( 12 11)n排架柱顶总反力 R 为：各柱顶剪力为：排

13、架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图14b 所示。图 14 Tmax 作用于 AB跨时排架内力图Tmax 作用于 BC跨柱当 BC 跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图15a 所示。对于B 柱，n0.503,0.192,由表 2.5.3得 a(2.45 1.2) 2.45 0.510；对 于C柱 ，n0.149,0.203 ，则23a3 (2a)(1a2 )3a)n(2B 柱C50.7833 ( 12 11)n23a3 (2a)(1a2 )3a)n(2C柱C50.7583 ( 12 11)n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15b 所示。图 15 Tmax

14、作用于 BC跨时排架内力图5. 内力组合控制截面分别取上柱底部截面I-I ，牛腿顶截面II-II和下柱底截面III-III，按公式求得最不利的内力值，见表3，4。在每种荷载效应组合中，对矩形和工字型截面柱均应考虑以下四种不利内力组合：（1）+ M max 及相应的 N， V；（2）- M max 及相应的 N， V；（3） N max 及相应的 M，V；（4） N min 及相应的 M， V；对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对e0 / h00.55 的柱进行验算。表 3 A 柱内力设计值汇总表(M / kNm, N / kN ,V / kN )屋面活荷载吊车竖向荷载吊车水平荷载

15、风荷载柱号及荷载类别恒载作用作用作用作用正向内作用在作用在作用在作用在力在 AB在 BC在在左风右风B 柱左B 柱右AB跨BC跨跨跨A 柱C柱序号?- -表 4 A 柱内力组合表内力组合+ M max 及相应的 N , V- M max 及相应的 N , VN max 及相应的 M , VN min 及相应的 M , V截面+ + (+ + +- )+ +?( +)+( +)+ + + + +( +)- +( +)+( +)+ +?+?+ + + + +(+)+ +( +)+ +? +?- 6. 柱截面设计混凝土等级强度为C30，c2， f tk 2.01N / mm 2；采用级钢筋，f14.

16、3N / mmHRB400f y f y 360N / mm2 , b0.518 。上下柱均采用对称配筋。上柱配筋计算由表 7 可见，上柱截面共有4 组内力。取 h040040360mm 。轴力较小的一组，即由规范查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度 l 02 2.45 4.9m 。附加偏心距ea 取 20mm （大于 400/30 mm ）。由l0h490040012 .25 5，故应考虑偏心距增大系数 。由l0h490040012 .25 5，故应考虑偏心距增大系数取 x2as 进行计算。按构造配筋，选 316（ A s603mm 2 ），则A s /(bh )603 /(400400)

17、0.37%0.2% ，满足要求。由规范得垂直于排架方向柱的计算长度l 01.252.453.063m, 则 l 0 / b3063 / 4007.66,1.0 。N u0.9 (f cAf y A s )0.9 1.0 （14.34004003606032） 3352.10kN N max满足弯矩作用平面外的承载力要求。下柱配筋计算取 h 080040760mm 。与上柱分析方法类似，在表7 的 8 组内力中，选取下列两组不利内力：（1）按 M591.19kNm，N 1029.74kN 计算下柱计算长度取 l 0 1.0H l 10.3m 。附加偏心距 ea 800 / 3027 mm （大于

18、 20 mm ）。b 100mm , bf 400mm , h f 150mm 。由 l 0 h 10300800 12 .88515 ，故应考虑偏心距增大系数 。由 l 0 h10300 80012 .88155 ，故应考虑偏心距增大系数故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则（2）按 M90.90kNm，N563.4kN 计算下柱计算长度取 l 0 1.0H l10.3m 。附加偏心距 ea 800 / 30 27 mm （大于 20 mm ）。b 100mm , bf 400mm , h f150mm 。由 l 0 h 10300800 12 .88155 ，故应考虑偏心距增大系数 。

19、由 l 0 h10300 80012 .88155 ，故应考虑偏心距增大系数 故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则综合上述计算结果，下柱截面选用6 18（ As1527mm2 ）。按此配筋，经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦满足要求。柱的裂缝宽度验算规范规定，对 e0 / h0 0.55 的柱进行裂缝宽度验算， 本设计中下柱未出现 e0 / h0 0.55 的内力，故不需进行裂缝宽度验算。柱箍筋配置箍筋数量由构造要求控制。根据构造要求，上、下柱均选用8200 箍筋。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16 所示。其中牛腿截面宽度 b500mm ，牛腿截面高

20、度 h600mm , h0565mm 。牛腿截面高度验算0.65， f tk 2.01N / mm2（牛腿顶面无水平荷载） a 50 2030mm0 ，, Fhk 0取 a=0， Fvk 按下式确定：故牛腿截面高度满足要求。图 16 牛腿尺寸简图牛腿配筋计算由 于 a30mm0 ， 因 而 该 牛 腿 按 构 造 要 求 配 筋 ， 根 据 构 造 要 求 ，A smin bh0.002500600600mm 2 。实际选用414(A s616mm 2 ) 。水平箍筋选用8100 。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h10.9 800 720

21、mm , 取 h1 750mm , 则柱的吊装时总 长度 为2.4510.3 0.72 13.47m 。计算简图如图 17 所示。99006002450M2M 3M1图 17 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M BR A l 31 q3l32M2 0得；2令dM 3dxR Aq3 x0 ，得xRA/ q331.02/ 8.993.45m , 则下柱最大弯矩M 3为：柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表9。表柱截面9柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表上柱下柱=7. 基础设计GB50007-2002建筑地基基础设计规范规

22、定，对于6m 柱距的单层多跨厂房，其地基承载力特征值160kN / m 2f k200kN / m 2、吊车起重量160200kN 、厂房跨度l30m 、设计等级为丙级时，可不做地基变形验算。本案满足上述要求，故可不做地基变形验算。基础混凝土强度等级采用C30，下设 100 mm 厚 C10的混凝土垫层。作用于基础顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（- 截面）传给基础的M，N，V 以及外墙自重重力荷载，前者可由表8 中的 - 截面选取，见表10，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算，内力的正负号见图18b。表 10 基础设计的不利内力荷

23、载效应基本组合荷载效应标准组合组别第一组第二组第三组图 18 基础荷载示意图由图18a 可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0m ，总高度为14.65m ，墙体为240mm双面粉刷墙（5.24kN / m2）塑钢窗（0.45kN / m 2），基础梁截面为250mm600mm(4.2kN / m ) ，每个基础承受的自由墙体传来的重力荷载为：240mm厚双面粉刷墙5.24 6 14.65 （4.81.8） 4.2315.34kN塑钢窗0.45 （4.81.8） 4.212.47kN基础梁6 4.225.2kNN wk 距基础形心的偏心距ew 为：7.2基底尺寸及埋置深度按构造要求拟定高度柱的插

24、入深度 h1 0.9h c0.9 800mm720mm800mm ，取 h1 800mm 。杯底厚度 a1 应大于 200 mm ，取 a1250mm ，则 h850 25050 1100mm 。基础顶面标高为 m ，故基础埋置深度d 为：杯壁厚度 t300mm ,取 325mm ；基础边缘高度 a2取 400mm ，台阶高度取500mm ，见图 18b。拟定基础底面尺寸适当放大，取 Abl4.22.510.50m 2 。计算基底压力及验算地基承载力pk.maxNbkM bk计算，结果见表pk, maxpk ,min基地压力按式AW11；按 pf a 且p2k.minpk ,max 1.2f

25、a 验算地基承载力，其中 1.2f a1.2 190 228kN / m 2 ，验算结果见表 11。可见，基础底面尺寸满足要求。表 11 基础底面压力计算及地基承载力验算类 别第一组第二组第三组190190190228228228基础高度验算这时应采用基地净反力设计值p j ， pj ,max和 pj,min，结果见表12。表类别12基础底面净反力设计值计算表第一组第二组第三组因台阶高度大于台阶宽度，则基础底面落在从柱边向外扩散45o 线以内，因此只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力计算截面如图19 所示。变阶处截面有效高度 h 09004010/2855mm 。因为 at2h 0

26、12002855 2910mm l 2500mm ，所以：a t1.2m；因为 at2h02.91m l 2.5m，故取 a b l2.5m ，则：h800mm, 则 hp 1.0； f t1.43N / mm 2 ，有：故基础高度满足要求。MNNwV00500MN005445450104pjminpjmax400245248130005AL060000 42000502204056130040040040040013004200图 19 变阶处的冲切破坏界面基础底板配筋计算柱边及变阶处基底反力计算基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如图20 所示。各组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表13。 其中第 1,3 组内力长生的基底反力示意图见图 20，第 2 组内力产生的基底反力示意图见图 19。图 20 基础底板配筋计算截面表 13 柱边及变阶处基地净反力计算公 式第一组第二组第三组柱边及变阶处弯矩计算配筋计算基础底板受力钢筋采用HPB235级（ f y210N / mm 2 ）。长边方向钢筋面积为：选用14100（ A s1539 mm 2 ) 。基础底板短边方向钢筋面积为：选用14140（ A s923mm 2 ) 。基础底板配筋图详见施工图。