单层厂房结构课程计算书

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1、单层厂房课程设计设计1 设计资料2 设计题目：某金属装配车间双跨等高厂房3 设计内容：4 计算排架所受的各项荷载。5 计算各种荷载作用下的排架内力（对于吊车荷载不考虑厂房的空间作用）6 柱及牛腿设计，柱下单独基础设计。7 绘施工图：柱模板图和配筋图，基础模板和配筋图。8 设计资料：9 金属结构车间为两跨厂房，跨度均为24m，厂房总长60m，柱距6m。厂房剖面如例图-1。10 厂房每跨内设两台吊车，A5级工作制，吊车的有关参数见例表-1。11 吊车的有关参数参数表 例表-1起重量桥跨轮距吊车宽起重机总量小车重最大轮压吊车顶至轨顶轨中至车外端最小轮压20/5t16.54000520022368.6

2、174209423037.5建设地基本雪压0.4KN/m2,基本风压0.4KN/m2。厂区自然地坪下1.4m为回填土，土的天然重度为16KN/m2，回填土的下层3.5m为棕黄粘土，地基承载力特征值fa=200，土的天然重度为17KN/m2，棕黄粘土的下层1.8m为棕红粘土，土的天然重度为17KN/m。 厂房标准构件选用及荷载标准值屋架采用24m预应力折线型屋架，自重标准值95屋架。吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁，梁高900mm，自重标准值39KN/ 根，轨道及零件自重0.8KN/m，轨道及垫层构造高度200mm。钢窗，无天窗。维护墙采用240mm厚面粉刷墙，自重4.75KN/m2。钢窗：自重

3、0.45KN/m2，每开间侧窗面积，维护墙直接支撑与基础梁上，基础梁截面240*450mm。基础梁自重2.7KN/m材料：混凝土强度等级为C30，柱的纵向钢筋采用HRB335级，其余钢筋采用I级。屋面卷材防水做法及荷载标准值如下：绿豆砂保护层 二毡三油放水层：0.35KN/m2 20厚水泥砂浆找平层：20 KN/m2 80厚泡沫砼保温层：8KN/m2预应力砼大型屋面板：1.40KN KN/m2.1、结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度为24m，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。

4、由图1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：10.1m0.5mm.9.6=+=Hm6.3.5m6m1.10u=-=H图1 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1。表1 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I40010001001501.975

5、105256.341084.94 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所示。 图2 计算单元和计算简图2.荷载计算1.恒载屋盖恒载 绿豆沙浆保护层 二毡三油防水层 20厚水泥砂浆找平层 80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80kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为：.38kN29380/2kN)24/2m6mkN/m84.2(2.11=+=G (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: 下柱: 各项恒载作用位置如图3所示。 图3 荷载作用位置图

6、（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： .4kN5024/2m6mkN/m5.04.121=Q 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4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4 风荷载体型系数及计算简图 则作用于排架计算简图(图4)上的风荷载设计值为: 4.吊车荷载 由任务书可得吊车的参数为, 根据及可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对

7、应点的竖向坐标值如图5所示。 (1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为：Dmax=0.9maxyi=0.91.4174kN(10.80.1330.333)=496.798kNDmin=0.9minyi=0.91.437.5kN(10.80.1330.333)=107.069kN(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：Tmax=0.9Tyi=0.91.46.715kN(10.80.1330.333)=19.17kN 图5 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

8、分配系数计算，见表2。表2 柱剪力分配系数柱别A、C 柱B 柱kN38.29311=GG;76.08kN17.28kNkN8.58432=+=+=AGGGkN58.3653=AGG; .76kN586kN38.2932214=GG kN53.3856=BGG; 143.52kN58.8kN2kN92.252345=+=GGGB m14.67kNm05.0kN38.293111=eGM m60.03kN0.3m58.8kN-0.25m17.28)kN38.293(=+=由于图6a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

9、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6。图6d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。 图6 恒载作用下排架内力图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7所示，其中，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：mkN52.20.05mkN4.501A=MmkN.6.120.25mkN4.50.2A=MmkN56.70.15mkN4.501B=M对于A柱，,则 对于B柱,，则 ()=kN33.110.11.781mkN56.711BBCHM

10、R )( 3.08kN1.33kNkN75.1BA=+=+=RRR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 )( 0.90kNkN08.3277.0kN75.1AAA=-=-=RRVh)( 0.04kNkN08.3446.0kN33.1BBB-=-=-=RRVh)( kN85.0kN08.3277.0CC-=-=RVh排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图7b，c所示。 图7 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图（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

11、下即可，如图8所示。 图8 BC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9a所示。对于A，C柱, ，得310.0111811133411=-+-+=nnCll )( kN8.42 0.31 10.1m-2.688kN/m111A- = =-=HCqR 各柱顶的剪力分别为 (a) (b) 图9 左吹风时排架内力图(2)右吹风时 计算简图如图10a所示。将图10b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10 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11a所示。其中吊车竖向荷载。在牛腿顶面处引

12、起的力矩为：m149.04kN0.3mkN80.4963maxA=eDMm.30kN800.75mkN09.1073minB=eDM对于A柱，则()-=-=-=12.14957.01.1004.1493mmkN CHMRAA对于柱，得 )( kN79.4kN33.9kN12.14BA-=+-=+=RRR排架各柱顶的剪力分别为：)( 12.79kN4.79kN0.277kN12.14AAA-=+-=-=RRVh)( 11.47kN4.79kN0.446kN33.9BBB=+=-=RRVh)( 1.33kN4.79kN0.277CC=RVh排架各柱弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图11b,c所示。图1

13、1 作用在A柱时排架内力图(1) 作用于B柱左计算简图如图12a所示,计算如下：mkN12.32m3.0kN07.1073minA=eDMmkN60.372m75.0kN80.4963maxB=eDM柱顶不动铰支反力及总反力分别为：()-=-=-=kN04.3957.010.1mmkN12.323AACHMR()=-=kN30.43174.110.1mmkN60.3723BBCHMR)( kN27.40kN31.43kN04.3BA=+-=+=RRR各柱顶剪力分别为：)( 14.19kN40.27kN0.277kN04.3AAA-=-=-=RRVh)( 25.35kN.27kN400.446k

14、N31.43BBB=-=-=RRVh)( .15kN1140.27kN0.277CC-=-=RVh排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图12b，c所示 图12 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13所示。 图13 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14所示。 图14 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15a所示，对于

15、A柱，得，则 ()=-=-=9.87kN0.515kN17.195maxACTR 同理，对于B柱，则：()=-=-=11.46kN0.598kN17.195maxBCTR排架柱顶总反力R为：)( kN33.21kN46.11kN87.9BA-=-=+=RRR各柱顶剪力为：)( .96kN321.33kN0.277kN87.9AAA-=-=-=RRVh )( 1.95kN.33kN210.446kN46.11BBB-=+-=-=RRVh )( .91kN521.331kN0.277CC=-=RVh排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图15b所示。当方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。图15

16、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16所示。 图16 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。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AB跨作用在BC跨作用在A柱作用在B柱左作

17、用在B柱右作用在C柱作用在AB跨作用在BC跨左风右风 序号123456789101117.480.723.06-46.04-51.0840.14-4.798.7521.2810.5018.55310.6650.4000000000-42.55-11.883.06103.00-18.9640.14-4.798.7521.2810.50-18.55369.4650.40496.798107.0700000015.49-6.038.5919.86-111.20112.62-13.43107.6159.69139.76-107.20406.0450.40496.798107.070000008.930

18、.900.85-12.79-14.1911.15-1.3315.215.9130.8119.10弯矩图注：单位()，单位，单位。表1.2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12321.28117.4812321.281320.54361.06310.66361.06310.6613-39.4912-54.4312-54.431-42.55369.46419.86419.86369.461324.08129.4612318.051324.08406.04456.44456.44406.04123 相应的相应的10.6818.05456.44注：单位(

19、)，单位，单位。表1.2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16978.901579-53.46216978.9016978.90310.66310.66310.66310.661469105.9661579-84.9411469105.966179-68.62811.06464.633811.06369.461468240.86158-203.321468240.86169187.8847.64513.17847.64406.04169相应的相应的25.99187.8406.04注：单位()，单位，单位。 1.2恒载+1.4风荷载截面组合项及相应的

20、组合项及相应的组合项及相应的组合项及相应的11027.98111-1.0711027.9811027.98310.66310.66310.66310.66110-32.05111-60.50111-60.50111-60.50369.46369.46369.46369.46110155.25111-91.81110155.25110155.25406.04406.04406.04406.04110相应的相应的39.74155.25406.04注：单位()，单位，单位。表2-28 1.2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

21、,69,1085.611,57,911-58.0971,23,691085.611,36,91084.962361.06310.66361.06310.661,34,69,10103.3181，25，79，11-108.0891,23,46,91092.6261,7911-82.708766.90500.476812.26369.461,34,68,10351.8381，25，811-283.3461,23,46,810346.4111,36,910304.084803.48547.763848.84406.041,23,69,10相应的相应的53.588298.657451.40注：单位()

22、，单位，单位表2-29 1.2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1,23,6976.161579-41.4021,23,6976.16136976.16361.06310.66361.06310.661,34,6993.8681，25，79-91.3941,23,46,983.176179-66.013766.90500.476812.26369.461,34,68226.0541，25，8-186.8661，23，46，8220.6271369178.3803.48547.763848.84406.041，23，6相应的相应的2

23、0.54119.152451.40注：单位()，单位，单位。表2-30 1.2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1231030.2691110.7851231030.269131029.684361.06310.66361.06310.661310-30.3461211-72.4041211-72.404111-72.404369.46414.82414.82369.461310149.0051211-86.41712310143.5781310149.005406.04451.40451.40406.041,23,10相应的相应的3

24、8.234143.578451.40注：单位()，单位，单位。表2-31 1.2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1，69，1082.2081,57,911-58.0971691082.2081691082.208310.66310.66310.66310.661，46，910100.5641,57,911-97.3971,46,910100.56417911-82.708766.90455.116766.90369.461,46,810344.1071，58，11-277.9191,46,810344.1071，69，10296.35

25、3803.48502.403803.48406.041，69，10相应的相应的52.013296.353406.04注：单位()，单位，单位。表2-32 1.35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1，23，650.41015-16.0921，23，650.41013649.910384.77349.493384.77349.4931，34，643.3381，25，7-70.9621，23，418.05817-51.221724.76517.544798.68415.6441，34，6105.871125-64.63

26、51，23，46101.65136102.273758.670567.025793.980456.7861，23，6相应的相应的19.07798.052492.076注：单位()，单位，单位。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1485.611,5,79,11表14-58.0971,23,6表1850.4101,3,69,10表1484.96262.768标准值取自及相应的,项361.06310.66384.77310.66258.8831,4,69表12105.9661,2,57,911表14-108.0891,46,9

27、表12105.9661,79,11表14-82.708标准值取自及相应的,项811.06500.476811.06369.461,3,46,810表14351.8381,2,58,11表14-283.3461,46,8表12240.861,3,69,10表14304.084219.047标准值取自及相应的,项803.48547.763847.64406.04338.3671,2,36,910相应的相应的53.588298.657451.40注：单位()，单位，单位6. 柱截面设计以柱为例。混凝土强度等级为,，；采用HRB335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

28、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 ； 吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心矩取（大于） mm276N10310.7mmN1061.85360=NMe，296mm20mmmm2760i=+=+=aeee 应考虑偏心距增大系数。 ， 取 273.197.00.1400mm7200360mmmm296140011140011221200i=+=+=xxhhlhe mm31.544003.140.1310660c1=bfNxa 且 mm81.1762400mmmm296273.12i=-=+-=aheeh ()()220ysmm57

29、240mmmm360mm300mm81.176310660=-=-=NNahfeNAAsS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）。， mm90.748406040NmmN10084.30460=NMe778.90mm30mmmm90.7480i=+=+=aeee 应考虑偏心距增大系数且取 , 取 10.10.1900mm6500mm860mm90.77814001

30、1140011221200i=+=+=xxhhlhe 先假定中和轴位于翼缘内，则 mm15099.70mm400mm3.140.1406040f2fc1=Nbhfb 截面满足要求。 计算是否需要配箍筋： 取 kN40.451kN8041004.810875.13.143.03.055c=NAf 30t1058.43607.086010043.10.10.375.107.00.175.1+=+Nbhfl kN588.53kN4.8575.85401max=VN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

31、为： =kN883.258mkN768.62kkNM上柱： = = kN367.338 m kN047.219柱：kkNM下表2-34 柱的裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱内力标准值62.768219.047258.883338.367242.46647.370.00950.01取0.01131.121.02431.881070.3200.523283.18716.42178.12164.190.3670.3960.1380.3 满足要求0.1360.3满足要求上柱，下柱；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

32、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。kN856.4031.2kN8.584.1kN798.496G3Qmaxvk=+=+=ggGDF vk200tkvkhkkN538.5900.5565mmmm400N/mm01.265.05.05.01FhabhfFF=+-b 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

33、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：2c253vsN/mm725.1075.0953.2mm1020N10583.590A=fF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)73.2480.946.656=41.990250.4280.965.448=58.903162.69771.6060.297-0.5150.2, 取0.20.1020.2 (满足要求)0.0280.2 (满足要求)