单层工业厂房排架结构设计

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1、目录一 设计资料 . 11. 工程概况 .12.设计要求 . 1设计资料. 13.1荷载. 13.2工程地质资料 . 23.3材料. 2 二 结构选型和结构布置 . 3 三.排架的荷载计算 . . . . 51.恒载 . 51.1屋盖部分传来的恒载 P1p . 51.2柱自重 P2p 和 P3p . 61.3混凝土吊车梁及轨道中的 P4p . 62.活荷载 . 62.1屋面活荷载 P1Q. 62.2吊车荷载. 6四、内力分析 . 91.恒载作用下的排架内力. 91. 1由 P1p 产生的弯矩和轴力 . 91.2由柱自重产生的弯矩和轴力 . 101.3由 P4p 产生的弯矩和轴力. 102.屋面

2、活载作用下的排架内力. 1133.吊车竖向荷载作用下的排架内力. 113.1最大轮压作用于 A 柱时 . 113.2最大轮压作用于 B 柱时 . 124.吊车水平制动力作用下的排架内力. 134.1Tmax 向左作用. 134.2Tmax 向右作用. 145.风荷载作用下的排架内力. 145.1左来风情况. 145.2右来风情况. 14 五、内力组合 . 15 六、 排架柱设计 . 191.A 轴柱. 191.1设计资料. 191.2内力. 191.3配筋计算（采用对称配筋） . 201.4牛腿计算. 241.5吊装阶段验算 . 251.6柱中吊环的设计 . 27七 柱下单独基础 . 301.

3、基础设计参数 . 302.荷载 . 303.确定基础底面尺寸 . 304.地基承载力验算 . 315.基础冲切承载力验算. 316.配筋计算 . 32单层工业厂房排架柱设计单层工业厂房排架结构设计一 设计资料1.工程概况某锻工车间为一单层单跨钢筋混凝土装配式结构，跨度 18m,长度 66m，选用两 台中级工作制桥式吊车，轨顶标高 9.8m，考虑散热通风要求，需设置天窗及挡 风板2.设计要求. 完成屋面板、屋架、天窗架、天沟、吊车梁、基础梁等构件的选型，幵初步确 定排架柱的截面尺寸；. 进行结构布置（包括支撑布置）. 排架荷载计算；. 排架内力计算；. 排架内力组合；. 柱子配筋设计（包括牛腿）

4、. 柱下单独基础设计；. 绘制施工图（1 号图纸及 2 号图纸各一张），内容包括 基础平面布置图及基础配筋图 屋盖结构布置及结构平面布置图 柱子配筋图设计资料3.1荷载钢筋混凝土容重25KN/m3一砖墙（单面粉刷）4.92KN/m220mm 水泥砂浆找平0.4 KN/m2 钢门窗自重 0.4 KN/m2 钢轨及垫层 0.6 KN/m2 二毡三油防水层 0.35 KN/m2 (沿斜面)屋面活荷载0.5 KN/m2 （沿水平面） 屋面积灰荷载0.5 KN/m2（沿水平面）5施工活荷载0.5 KN/m2（沿水平面）3.2工程地质资料由勘察报告提供的资料，天然地面下 1.2m 处为老土层，修正后的地基

5、承载力 为 120 KN/m2，地下水位在地面下 1.3m（标高-1.45m）3.3材料混凝土：柱 C30，基础 C15置车置钢筋：受力筋为 HRB335 级钢筋，钢箍、预埋件及吊钩为 HPB235 级钢筋 砌体：M5 砖，M2.5 砂浆1B吊车位位天 窗 位 置吊A1图 1建筑平面图+17.520+15.150-0.150112图 2 建筑立面图+17.520+17.220+15.150+14.500+12.000+9.600+9.800+8.400+4.500+3.300 0.000 -0.150A B图 3 建筑剖面图二结构选型和结构布置1.屋面板采用 1.5m6m 预应力钢筋混凝土屋面

6、板G410(一)、（二），板自重 1.3，嵌缝 重 0.1（均沿屋架斜面方向）2.天沟板天沟板G410(三)的截面尺寸见图 4，重 17.4KN/块（包含积水重）。11.5KN26.2KN26.2KN11.5KN图 4 天沟板截面尺寸（单位：mm）图 5 天窗架及挡风板示意图（单位：mm）3.天窗架 门型钢筋混凝土天窗架（G316）的示意图如图 5。4.屋架预应力钢筋混凝土折线型屋架 YMJA-18-xBb，屋架的几何尺寸如图 6上弦杆 bh=240mm220mm下弦杆 bh=240mm220mm腹杆 bh=120mm240mm（F1）bh=200mm240mm（F2） bh=120mm120

7、mm（F3F6） 屋架自重：60.5KN/榀i=1/5i=2/15F1F2F3F4F6AB图 6 屋架几何尺寸5.屋盖支撑0.05 KN/m2（沿水平面）6.吊车梁重44.2 KN/根（高 1200mm）7.基础梁重15.7 KN/根8.连系梁、过梁均为矩形截面，尺寸见剖面图 39.排架柱尺寸：上柱为矩形 400mm400mm下柱为工字型 400mm800mm图 7 排架柱上柱截面图 8 排架柱下柱截面+0.4000.000-0.600图 9 排架柱标高10.基础采用单独杯形基础或条形基础，基础顶面标高为 0.6m，如图 11TGB-2TGB-1ZC-1HG ZC-2CC-2ZC-1LL-1L

8、L-1YDL-1111LL-2LL-1LL-1LL-1HGHGHGHGHGBYDL-1YDL-YDL-YDL-YDL-2SC1YWGACC-3 LG SC-3LGLGLGLGLGLGLGLGLGHGSC2YWGAKZ-1HGHGHGHGHG HGHGHGHGHGHGSC-3CC-3YWGAYWGAYWGAYWGALGLGLGLGLGLGLGLGCC-1SC2L-2LGLGHGYDL-1YDL-1YDL-1YDL-1YDL-1YDL-2LL-2LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1HGHG HG ZC-2ZC-1HGHG HGACC-2ZC-11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1

9、2图 10结构平面布置图J-2Z-2 Z-3 Z-1 Z-2 Z-3 Z-1 Z-2 Z-3KZ-1J-2KZ-1JL-3 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-3 BJL-2J-1L-2J-1JL-3 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-3 AZ-3 Z-2 Z-1 Z-3 Z-2 Z-1 Z-3 Z-2123456789101112图 11柱、基础平面布置图三.排架的荷载计算JL-21.恒载1.1屋盖部分传来的恒载 P1p天窗重26.22=52.4KN 屋面板重1.3618=140.4 KN 嵌缝重0.1618=

10、10.8 KN 防水层重0.35618=37.8 KN 找平层重0.4618=43.2 KN 屋盖支撑重0.05618=5.4 KN 屋架重60.5 KN350.5 KN每块天沟板及积水重17.4 KNP1p=350.5/2+17.4=192.3KN1.2柱自重 P2p 和 P3p上柱重： P2p=250.40.43.6=14.4 KN下柱重：柱身 250.1877.2+0.40.8（0.2+0.4+0.6）=43.26 KN牛腿 25（0.8+1）/20.2+0.41 0.4=5.8 KN P3p=38.46+5.8=49.06 KN1.3混凝土吊车梁及轨道中的 P4pP4p=44.2+0.

11、66=47.8KN2.活荷载2.1屋面活荷载 P1Q雪荷载为 0.35 KN/m2，屋面积灰荷载为 0.5 KN/m2，屋面活荷载为 0.5 KN/m2。排架 计算时，屋面积灰荷载不雪荷载或屋面均布活载中较大值同时考虑。P1Q=(0.5+0.5)618/2=54KN P1Q 的作用位置同 P1p2.2吊车荷载采用两台中级工作级别吊车，起重量分别为 Q=10t,20/3t.吊车具体参数见表 1表 1吊车荷载表吊车跨度 Lk=16.5m额定起重量 Q(t)吊车宽度B(m)轮距K(m)吊车总重G(m)小车重g(KN)最大轮压Pmax(KN)最小轮压Pmin(KN)1054.114729.910122

12、.520/35.164.122570.118329.5注：Pmin=G+Q/2-Pmax2.2.1 竖向吊车荷载如图 12 所示 （=0.9）15P2maxP2max P1maxP1maxP2maxP12max P1max P1max情况 a：a bX=1图 12 求 Dmax 时的吊车布置图X=1Dmax=1011.6 + 56+183（1+1.96）=316.85KN情况 b:Dmin=22.51.6 + 56+29.5（1+1.96）=57.23KNDmax=1016 + 2.66+1830.9 + 56=292.23KNDmin=22.56 + 2.66+29.50.9 + 56=55

13、.17KN经过比较，设计时采用情况 a 中的荷载，作用位置同 P4p2.2.2水平吊车荷载 每个轮子水平刹车力：110t 吊车： T1=4120/3t 吊车: T2=4 (Q+g)= (Q+g)=10.12(98+29.9)=3.84KN410.1(196+70.1)=6.65KN4产生 Tmax 时吊车的作用位置不中的情况 a 相同，于是有：Tmax=3.843. 风荷载1.6 + 56+6.65（1+1.96）=11.68KN3.1均布风荷载单层厂房的风载体型系数如图 13 所示，根据建筑结构荷载规范可得风压高度变化 系数如表 2 所示，框架风荷载计算简图如图 14 所示：+0.3-0.8

14、-0.7-0.7-0.60 风向W q1-0.6+0.8-0.5q2图 13风载体型系数图图 14框架风荷载计算简图表 2风压高度变化系数 z(B 类粗糙度)标高（m）10152030 z11.141.251.42注：以下所用的 z 均从表 2 中的数据线性插值求得。柱顶离室外地坪高度为 12+0.15=12.15m，风压高度变化系数 z=1.0602 q1=0.81.06020.56=3.82KN/m( ) q2=0.51.06020.56=2.39KN/m( )3.2求集中风荷载屋架檐口离室外地坪高度为 14.5-0.4+0.15=14.25m, 故 z=1.119 挡风板，屋架交界处离室

15、外地坪的高度 14.55+0.15=14.7m，故 z=1.1316 天窗、屋架交界处离室外地坪高度为 15.15+0.15=15.30m， z=1.1466 天窗檐口离室外地坪高度为 17.22+0.15=17.37m ， z=1.1921 天窗顶离室外地坪高度为 17.52+0.15=20.07m， z=1.1987按图 15 计算集中风荷载 Wq8 q9q7 q10q5q6 q11q4 q12q13q3图 15 屋架集中风荷载计算简图q3=0.81.1190.756=4.03KN/m（）q4=0.30.13160.756=1.53 KN/m( )q5= 1.41.19210.756=7.

16、51 KN/m（） q6=0.81.14660.756=4.13 KN/m ( ) q7= 0.81.19210.756=4.29 KN/m( ) q8 不 q9 相抵消q10=0.61.19210.756=3.22 KN/m ( ) q11=0.61.14660.756=3.10 KN/m ( ) q12=0.61.13160.756=3.06 KN/m ( ) q13=0.51.1190.756=2.52 KN/m( )W=( q3+ q13)(14.25-12.15)+( q4+q12)(14.70-14.25)+q5(17.37-14.7)+(q6+q11)(15.3-14.7)+(q

17、7+ q10)(17.37-15.30)=33.04KN( )作用点标高 12.00m排架的计算简图及荷载的作用位置示图 14、图 15p1p1eWp2+p4+Dmax(Dmin)Tmaxp1e2+p2e2-p4e4q1 -Dmax(Dmin)e4p1p1e p2+p4+Dmax(Dmin)Tmaxp1e2+p2e2-p4e4-Dmax(Dmin)e4p1+12.000p4p2+8.400q2p3-0.600A B图 16排架荷载作用简图图 17 荷载作用位置图四、内力分析1.恒载作用下的排架内力由于单层厂房多属于装配式结构，柱、吊车梁和轨道的自重，多是在预制柱吊装就 位完毕而屋架尚未安装时加

18、在柱子上的，此时尚未构成排架结构。但是在设计中，为了 不其他荷载项的计算方法一致，在柱、吊车梁和轨道的自重作用下仍按排架结构进行内 力计算。1. 1由 P1p 产生的弯矩和轴力P1p=192.3KNM11= P1pe1=192.30.05=9.615kNm() M12= P1pe2=192.30.2=38.46 kNm()I1= Ix=1.4561010mm4Iu= 2.13109 mm4= H u =H3.612.6= 0.286n= I u =I12.1314.56= 0.146计算柱顶反力2 1 1 - l31 - nC1= =1.951-12 1 + l3 1 nP1p e1R11=

19、C1H= 1.951 9.615 = 1.49KN（ ）12.6C3=3 1 - l22 1 + l3 ( 1 - 1)n= 1.212R12= C3P1 p e2H= 1.212 38.46 =3.70KN（ ）12.6N1=192.3KNR1= R11+ R12=1.49+3.70=5.19 KN（ ）1.2由柱自重产生的弯矩和轴力 上柱重P2p=14.4KNM22= P2pe2=14.40.2=2.88 kNm（ ）R2=C3P2 p e2H=1.2122.8812.6=0.278 kN（ ）N2=14.4KN下柱重N= Pp=49.06KN仅产生轴力丌产生弯矩1.3由 P4p 产生的弯

20、矩和轴力P4p=47.8KNM44= P4pe4=47.80.35=16.73kNm（ ）R4=C3P4 p e4H=1.21216.7312.6=1.61kN（ ）N4=47.8KN恒载作用下的计算简图和内力图分别示于图 18 和图 19N1M11M12N2+4R1+R2-R49.624.27 20.34192.3206.7 254.5M22M44N314.39298.76M(KNm) N(KN)图 18 恒载计算简图图 19恒载作用下的 M、N 图2.屋面活载作用下的排架内力P1Q 的作用位置同 P1p，即成比例。P1Q=54KNR=5.1954192.3=1.46KN（）M11=9.61

21、5M12=38.46N=54KN54192.354192.3=2.70 kNm（）=10.8 kNm（）屋面活载作用下的计算简图和内力图分别示于图 20、图 21N2.70R M112.568.24M12544.90M(KNm)N(KN)图 20 屋面活载计算简图图 21屋面活载作用下作用下的 M，N 图3.吊车竖向荷载作用下的排架内力3.1最大轮压作用于 A 柱时A 柱： MA=Dmaxe4=316.850.35=110.90kNm( )B 柱：MB=Dmine4=57.270.35=20.03 kNm( )计算简图如图 22RA RB RA RBVA VBDmaxDmin DmaxDmin

22、MA MB MA=MB MA MB+ =图 22 吊车竖向荷载作用下计算简图不恒载的计算方法相同，可得 C3=1.212M AA 柱：RA= C3HM B=1.212110.9012.620.03=-10.67KN（）B 柱：RB= C3H=1.21212.6=1.93KN（）A 柱不 B 柱相同，剪力分配系数 B= A=0.5，则 A 柱不 B 柱柱顶的剪力为A 柱VA=RA- A（RA+RB）=-10.67-0.5（-10.67+1.93）=-6.3KN（）B 柱VB=RB- B（RA+RB）=1.93-0.5（-10.67+1.93）=6.3KN（） 内力图示于图 2388.2222.6

23、822.68316.8557.2731.5259.35M(KNm)N(KN)图 23吊车竖向荷载作用下 M，N 图3.2最大轮压作用于 B 柱时由于结构的对称性，A 柱同 1 中 B 柱情况，B 柱同 1 中 A 柱的情况。4.吊车水平制动力作用下的排架内力4.1Tmax 向左作用柱中轴力为零。由前述所得 n=0.146, =0.286RA RB m(R +R ) VA B A VBTmax+9.700Tmax Tmax Tmax Tmax Tmax= + =图 24 吊车水平力作用下排架计算简图A 柱 TA=Tmax=11.68KN B 柱TB=Tmax=11.68KNy = 12 - 9.

24、7 = 0.639 ，查附录 3-2 可得H u 3.62 - 1.8l + l3 0.416n- 0.2 C5= =0.626 3 1 21 + l - 1 n RA=RB=C5Tmax=11.680.626=7.31KN()考虑空间作用分配系数 m,由表 3-5 得到 m=0.85,且 A 柱和 B 柱相同，剪力分配系 数 B= A=0.5，计算简图见图 24，则 A 柱不 B 柱柱顶的剪力为A 柱VA=RA- A（RA+RB）=7.31-0.50.85（7.31+7.31）=1.10KN（）B 柱VB=RB- B（RA+RB）=7.31-0.50.85（7.31+7.31）=1.10KN

25、（） 根据柱顶剪力和求得 Tmax 向左作用下排架的弯矩如图 25 中实线所示。RA2.53 2.5311.22 11.22106.44 106.44M(KNm)图 25吊车水平力作用下 M 图4.2Tmax 向右作用由于结构对称，M 图可见图 25 中虚线所示5.风荷载作用下的排架内力5.1左来风情况q1=3.82KN/m,q2=2.39KN/m,W=33.04KN13 + l4 1- 1 nC11= =0.343 3 181 + l - 1 nR1=-C11q1H=-0.3433.8212.6=-16.51KN（）R1=-C11q2H=-0.3432.3912.6=-10.33KN（） 排

26、架单元为对称结构，柱中的轴力为零，计算简图见图 26 =0.5VA=R1+ （-R1-R2+w）=13.43KN（）VB=R2+ （-R1-R2+w）=19.61KN（） 根据计算，左来风的情况下框架的 M 图如图 27 中实线所示。5.2右来风情况由于结构对称，M 图如图 27 中虚线所示。W R1 R2VA VBq1 q2图 26 风荷载作用下排架计算简图3.1086.06.0873.17 8 8 0436.80472.45 436.80图 27 风荷载作用下 M 图472.45五、内力组合排架单元为对称结构，可仅考虑 A 柱的截面。具体组合情况见表 3,表 3 中截面和内 力的正方向如图

27、 28 所示。表 3内力组合表截面内力恒载活载竖向吊车荷载水平吊车荷载风荷载最大轮压作用于水平力作用方向左来风右来风AB向左向右12345678 V N M图 28-M4.272.56-22.68-22.68-11.22-11.2273.1-86.08N206.754000000-M-20.34-8.2488.22-2.65-11.22-11.2273.1-86.08N254.554316.8557.270000-M14.394.931.52-59.35-102.59102.59472.45-436.8N298.7654316.8557.270000V3.861.46-6.3-6.3-10.5

28、810.5867.56-49.7218表 4永久荷载控制下截面内力最丌利组合表永久荷载控制下截面内力最丌利组合截面内力正 M 相应N V负 M 相应N VN 相应M VN 相应M V组 合 项内力组 合 项内力组 合 项内力组 合 项内力V N M-M（KNm）12769.681358-99.7612358-97.261358-99.76N (KN)331.97279.05331.97279.05-M（KNm）1367131.42458-121.432358-32.3818-99.77N (KN)654.09447.72707.01343.58M（KNm）167552.511458-506.1

29、9167552.5117416.28V(KN)67.59-53.167.5961.96表 5可变荷载控制下截面内力最丌利组合表可变荷载控制下截面内力最丌利组合截面内力正 M 相应N V负 M 相应N VN 相应M VN 相应M V组 合 项内力组 合 项内力组 合 项内力组 合 项内力V N M-M（KNm）127100.461358-146.0512358-111.631358-146.05N (KN)316.08248.04316.08248.04-M（KNm）1367192.992458-160.732358-46.2318-132.87N (KN)704.63439.3772.6730

30、5.4M（KNm）167787.711458-737.14167787.7117-533.1V(KN)96.99-79.2896.99-58.02六、 排架柱设计1.A 轴柱1.1设计资料截面尺寸：上柱400mm400mm 的正方形截面下柱工字型截面b=120mmh=800mm bf=bf=400mm hf=hf=150mm材料等级;混凝土C30fc=14.3N/mm2钢筋受力筋为 HRB335fy=fy=300 N/mm2箍筋、预埋件和吊钩为 HPB235 级钢筋 fy=210 N/mm2计算长度：排架平面内上柱：23.6=7.2m下柱：19=9m排架平面外上柱：1.253.6=4.5m下柱

31、：0.89=7.2m1.2内力 上柱Nb=fcbh0b=14.34003650.55=1148.3KN25其中b=1 +0.8f ye cu Es= 0.81 + 3000.0033 2 105= 0.55内力组合表中-截面的控制内力 N 均小于 Nb,则都属于大偏心受压，所以选取弯 矩较大而轴力较小的情况，经过比较选出下面内力组合：M=-146.05 kNmN=248.04KN 下柱由于下柱在长度范围内配筋相同，比较-和-截面的控制内力，可以看出 -截面起控制作用。可以令Nb= fc (bf-b) hf+ fcbh0b=14.3400-120150+14.37650.55=1322.6KN

32、从内力组合表。中-截面的控制内力均小于 Nb,则都属于大偏心受压，所以选取弯 矩较大而轴力较小的情况，经过比较取出下面几组内力组合：M=787.71KNN=825.78KNV=96.99KN M=737.14KNN=424.37KNV=79.28KNM=533.1KNN=358.5KNV=58.02KN1.3配筋计算（采用对称配筋） 上柱sM=-146.05 kNmN=248.04KNX= N =248040 = 43.36 2a =70所以属于大偏心受压， 取 X=70mme0=f c bMN14.3 400146.05KN m=248.04=588.8mmhea=30=13.33mm158(l为排架方向上柱的计算长度)h 400x1 = 1x = 1.15 - 0.01 l 02 h= 0.