毕业设计之单层厂房设计实例

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1、单层厂房设计示例一 设计资料（一） 设计题目：某金属装配车间双跨等高厂房（二） 设计内容：1 计算排架所受的各项荷载。2 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）3 柱及牛腿设计，柱下单独基础设计。4 绘施工图：柱模板图和配筋图，基础模板和配筋图。（三） 设计资料：1 金属结构车间为两跨厂房，跨度均为21m，厂房总长54m，柱距6m。厂房剖面如例图-1。2 厂房每跨内设两台吊车，A4级工作制，吊车的有关参数见例表-1。吊车的有关参数参数表 例表-1吊车位置起重量（KN）桥跨LK（m）小车重g（KN）最大轮压Pmax,k(KN)大车轮距K（m）大车宽B（m）车高H（m）吊

2、车总重（KN）左跨（AB）吊车200/5019.5 70.1 187 4.45.62.184264右跨（BC）吊车200/5019.570.11874.45.62.8142643 建设地点为东北某城市（基本雪压0.35KN/m2,基本风压0.55KN/m2，冻结深度1.8m。4 厂区自然地坪下0.8m为回填土，回填土的下层8m为均匀粘性土，地基承载力特征值fa=220，土的天然重度为17.5 KN/m2，土质分布均匀。下层为粗砂土，地基承载力特征值fa=350，地下水位-5.5m。5 厂房标准构件选用及荷载标准值（1） 屋架采用21m预应力折线型屋架，自重标准值95屋架。（2） 吊车梁选用钢筋

3、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。（3） 天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架每侧传给屋架的竖向荷载为34KN（包括自重，侧板，窗扇支撑等自重）（4） 天沟板自重标准为2.02KN/m（5） 维护墙采用240mm厚面粉刷墙，自重5.24KN/m2。钢窗：自重0.45KN/m2，窗宽4.0m，窗高见剖面图（例图-1），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/m6 材料：混凝土强度等级为C25，柱的纵向钢筋采用HRB335级，其余钢筋采用I级。7 屋面卷材防水做法及荷载标准值如

4、下： 三毡四油防水层上铺小石子：0.4 KN/m2 25厚水泥沙浆找平层：0.5 KN/m2 100厚珍珠岩制品保温层：0.4 KN/m2一毡二油隔气层：0.05KN KN/m2二、结构计算简图本装配车间工艺无特殊要求，荷载分布均匀。故选具有代表性的排架进行结构设计。排架的负荷范围如例图-2（a）所示。结构计算简图如例图-（2）所示。下面来确定结构计算简图中的几何尺寸。(a) (b)（一） 排架柱的高度1. 基础的埋置深度及基础高度：考虑冻结深度及回填土层，选取基础至室外地面为1.8m。初步估计基础的高度为1.0m，则基础顶面标高为-0.95m。2. 牛腿顶面标高确定：由附表可得牛腿顶标高为7

5、.6m，吊车梁高0.9m，轨道及垫层高度为0.2m。因此，轨顶标高为：7.6+0.9+0.2=8.7m3. 上柱标高的确定：如例图-1所示，上柱顶距轨顶2.4m，则上柱顶的标高为：8.7+2.4=11.1m4. 计算简图中上柱和下柱的高度尺寸确定：上柱高：HU =11.1-7.6=3.5m下柱高：HL=7.6+0.95=8.55m柱的总高度：.H=12.05m 5. 柱截面确定：上柱选矩形截面，下柱选工字形截面。由表-13-8确定柱的截面尺寸，并考虑构造要求。对于下柱截面高度h：由于下柱，吊车梁及轨道构造高度为1.1m，因此，基础顶至吊车梁顶的高度Hk=8.55+1.1=9.65m4h,所以s

6、=+0.6。风压高度变化系数z 的确定风压高度变化系数z按B类地貌由表134（或按建筑结构荷载规范GB500092001的规定）确定：作用在柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，其风压高度变化系数可按注顶标高取值。柱顶至屋脊间屋盖部分的风荷载，仍取为均布的，其对排架的作用则按作用在柱顶的水平集中风荷载标准值Fw考虑。这时的风压高度变化系数可按天窗檐口取值；柱顶至室外地面的高度为（见例图1）：Z=7.6+0.15+2.4=10.35m天窗檐口至室外地面的高度为（见例图1）：Z=7.6+0.15+2.4+1.3+2.6=15.65m.由表13-4按线性内插法确定z:柱顶:天窗檐口处: 左风情况下风荷载

7、的标准值(见例图-13(a):q1k=s1zWoB=0.8*1.01*0.55*6=2.667KN/Mq2k=s2zWoB=0.4*1.01*0.55*6=1.333KN/M柱顶以上的风荷载可转化为一个水平集中力计算,其风压高度变化系数统一按天窗檐口处z=1.1582取值.其标准值为:Fwk=szWohB=(0.8+0.4)*1.1582*0.55*6*1.4+(0.4-0.2+0.5-0.5)*1.1582*0.55*6*1.3+(0.6+0.6+0.6+0.5)*1.1582*0.55*6*2.6+(0.7-0.7+0.6+0.6)*1.1582*0.55*6*0.3=30.27KN右风和

8、左风情况对称,方向相反(见例图-13(b)。(a) 左风 （b）右风例图13风荷载作用下双跨排架的计算简图四排架结构内力分析本单层厂房是两胯的对称结构，C主和A柱受力完全一样，因此只要计算AB就可以了。本厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架结构的内力计算。在各种荷载作用柱顶按可动铰支座计算，不考虑厂房的空间工作。这里规定柱顶不动铰支座反力R，柱顶剪力V和水平荷载自左向右为正，截面弯矩以柱左侧受拉为正，柱的轴力以受压为正。（一） 各柱剪力分配系数的确定各柱的几何特征见例表-2单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：u=H3/(C0ECIL) C0=3/1+3(1-n)/n计算有关参数：AC柱：=Hu

9、/H=3.5/12.05=0.290；n=Iu/IL=5208*106/(51942.92*106)=0.104C0=3/1+3(1-n)/n=3/1+0.2903 (1-0.104)/0.104=2.479B柱：=Hu/H=3.5/12.05=0.290；n=Iu/IL=14291.67.5*106/（74060.88*106）=0.1998C0=3/1+3(1-n)/n=3/1+0.0.2903 (1-0.1998)/0.0.1998=2.733单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：A， C柱：uA=uC= H3/ (C0ECIL)=120503/（2.479*EC*50109.375*106）=

10、14.085/ ECB， B柱：uB= H3/ (C0ECIL)=120503/（2.733*EC*71509.375*106）=18.953/ EC令Ki=1/uiK=Ka+kb+kc=1/uA +1uB /+1/uc=0.2537 EC所以，三根柱的剪力分配系数为：A=K A/K=0.2798; B =K B /K=0.440; c=Kc/K=0.2798验算：A+B +c1.0当柱顶有水平荷载F时，求出剪力分配系数后，即可求出柱顶剪力：VA=AF；VB= BF；Vc=cF求出柱顶剪力后，即可按悬臂柱绘出结构的内力图。下面进行各种荷载走作用下排架的内力。（二） 在永久荷载（标准值）作用下排

11、架的内力分析如图所示：例图14永久荷载作用下双跨排架的计算简图只对M作用进行排架分析，对例图-14中的竖向荷载所产生的轴力直接累加。各柱顶不动铰支座的支座反力：A柱：= 0.290；n =0.104C1=1.5*1-2(n-1)/n/1-3(1-n)/n=1.5*1-0.2902(0.104-1)/0.104/1+0.2903(1-0.104)/0.104=2.1376C3=1.5*(1-2)/1-3(1-n)/n= 1.5*(1-0.2902)/1+0.2903(1-0.104)/0.104=1.1353R1=MC1/H=29.837*2.1376/12.05=5.2929KN()R2=MC

12、3/H=125.908*1.1353/12.05=11.8625KN()所以RA=R1+R2=17.1154KN（）B柱：RB=0C柱：RC=-RA=-17.1154KN（）所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+ RB+ RC=0所以：各柱顶的实际剪力为：VA= RA=17.1154KN（）VB= RB=0VC= -17.1154KN（）各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。现把各柱的轴力计算过程叙述如下，弯矩和剪力的计算从略。排架的弯矩图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-15所示。柱轴力标准值计算：AC柱：柱顶：N=298.37KN上柱底：N=298.37+2

13、1.875=320.245KN下柱顶：N=320.245+43.8=364.045KN下柱底：N=364.045+51.78=415.825KNB柱：柱顶：N=596.74KN上柱底：N=596.74+30.625=627.365KN下柱顶：N=627.365+43.8*2=714.965KN下柱底：N=714.965+56.43=771.395KN （a） 永久荷载作用下的弯矩（KNM）图和柱底剪力（KN） （B）永久荷载作用下的轴力（KN）例图15永久荷载作用下排架的内力图（三） 屋面活荷载（标准值）作用下排架内力分析A柱：=Hu/H=0.290；n=Iu/IL=0.104；C1=2.13

14、76；C3=1.1353R1=M1AKC1/H=3.15*2.1376/12.05=0.559 KN（）R2=M2AKC3/H=12.6*1.1353/12.05=1.187KN（）所以RA=R1+R2=1.746KN（）B柱：=Hu/H=0.290；n=Iu/IL=0.199C1=1.5*1-2(n-1)/n/1-3(1-n)/n=1.5*1-0.2902(0.1998-1)/0.197/1+0.2903(1-0.1998)/0.1998=1.827RB=R1=M1bkC1/H=4.725*1.827/12.05=0.716KN()C柱：Rc=0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R

15、=RA+RB+RC=2.462KN（）所以：各柱顶的实际剪力为：VA= RA-AR=1.057KN（）VB=RB-B R=-0.367 KN（）VC=Rc-cR=-0.689 KN（）Vi0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。排架的弯矩图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如图所-9.1474V=-0.689-3.0135V=-0.367V=1.057-8.30245-6.00950.5495-4.74-12.3-2.4115图 AB跨有屋面活荷载时排架的内力图2. AB跨有吊车荷载，Dmax,k作用在A柱，Dmin,k作用在A柱时排架内力分析，其计算简图如例图-21所示。 A柱：=0

16、0290；n=0.104；C3=1.1353 RA=R2=C3=-3.3827（ ） B柱：=0.290；n=0.1998； 例图-21 Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在A柱时排架计算简图. C3=1.5*（1-2）/1+3（-1）= 1.5*（1-0.2902）/1+0.2903（-1）=1.25175 RB=R2=C3=64.8*1.25175/12.05=6.7314KN( ） C柱：RC=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=+3.3487（ ） 所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=-3.3827-0.2798*3.3487= -4.3

17、197（ ）VB=RB-BR=6.7314-0.440*3.3487=5.2580（ ）VC=RC-CR=-0.2798*3.3487=-0.93697（ ）0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-22所示。 (a) Dmax,k在B柱时的轴力(KN) (b) Dmax,k作用在B柱时的弯距和柱底剪力 例图-22 AB跨有吊车Dmax,k作用在B柱时排架内力图 2. AB跨有吊车荷载，Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在A柱时排架内力分析，其计算简图如例图-21所示。 A柱：=0.290；n=0.104；C3=1.1353

18、RA=R2=C3=（ ） B柱：=0.290；n=0.1998； C3=1.25175 例图-21 Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在A柱时排架计算简图. RB=R2=C3=269.28*1.25175/12.05=27.9727KN(） C柱：RC=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=27.1587（ ） 所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=-0.8140-0.2798*27.1587= -9.3886（ ）VB=RB-BR=22.44-0.440*27.1587=16.0229（ ）VC=RC-CR=-0.2798*27.1587=-7.5

19、990（ ）0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-22所示。 例图-22 AB跨有吊车Dmax,k作用在B柱时排架内力图 （四）吊车水平荷载（标准值）作用下排架内力分析1 AB跨有吊车荷载Tmax,k向左作用在AB柱，其计算简图如例图-27所示。(a)AB跨有吊车Tmax,k向左 （b）AB跨有吊车Tmax,k向右图-27 AB跨有吊车，在Tmax,k作用下排架计算简图吊车水平荷载Tmax,k的作用点距柱顶的距离y=3.5-0.9=2.6m；y/Hu=0.743。因此排架柱顶不动铰支座的支座反力系数C4需用线形内插法确定。A、

20、C柱：=0290；n= 0.104；当y=0. 7 Hu时：C4=2-2.1+3（0.243/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.698当y=0. 8 Hu时：C4=2-2.4+3（0.112/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.654所以当y=0. 743Hu时：C4=0.582+（0.743-0.7）（0.532-0.582）（0.8-0.7）=0.607B柱：= 0.290；n= 0.1998C4=2-2.1+3（0.234/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.679当y=0. 8 Hu时：C4=2-2.4+3（0.112/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.68

21、9所以当y=0. 743Hu时：C4=0.689+（0.743-0.7）（0.646-0.689）（0.8-0.7）=0.670柱顶不动铰支座反力的计算：A柱：RA=R2= C4Tmax,k=0.679*12.97=8.81KN（ ）B柱：RB=R2= C4Tmax,k=0.670*12.97=8.69KN （ ）C柱：RC=0所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和：R= RA+RB+RC=17.5KN（ ）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=8.86 -0.2798*17.5= 3.194KN（ ）VB=RB-BR=8.69-0.440*17.5=0.99KN（ ）VC=RC-CR

22、=-0.440*17.5=-4.897KN（ ）0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。排架的弯矩图，柱底剪力和轴如图所示，柱的轴力为零 （五）风荷载（标准值）作用下排架结构内力分析1 左风情况：其计算简图如例图-33（a）所示在均布风荷载作用下，各柱顶不动铰支座反力的计算：A柱：=0.290；n= 0.104；C5=31+4（1/n-1）/81+3（1/n-1）=0.3745RA= -C5qH=-0.3745*2.667*12.05=-12.0369（ ） C柱：=Hu/H=0.290；n=Iu/Il=0.104；C5=0.3745RC = -C5qH=-0.3745*1.333

23、*12.05= -6.0155KN（ ）所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和：R= RA+RB+RC=-18.0254KN（ ）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR+AFw=1.4837KN（ ）VB=RB-BR+BFw =-21.26KN（ ）VC=RC-CR+CFw =7.5051KN（ ）Fw各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。排架的弯矩图，柱底剪力和轴力图如例图-34所示，柱的轴力为零。图 左右风情况排架的弯矩图2右风情况：其计算简图如图-所示。由于对称性，右风作用时的内力图如图所示。（四）吊车水平荷载（标准值）作用下排架内力分析2 AB跨有吊车荷载Tmax,k

24、向左作用在AB柱，其计算简图如例图-27所示。(a)AB跨有吊车Tmax,k向左 （b）AB跨有吊车Tmax,k向右图-27 AB跨有吊车，在Tmax,k作用下排架计算简图吊车水平荷载Tmax,k的作用点距柱顶的距离y=3.5-0.9=2.6m；y/Hu=0.743。因此排架柱顶不动铰支座的支座反力系数C4需用线形内插法确定。B、 C柱：=0290；n= 0.104；当y=0. 7 Hu时：C4=2-2.1+3（0.243/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.698当y=0. 8 Hu时：C4=2-2.4+3（0.112/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.654所以当y=0. 7

25、43Hu时：C4=0.582+（0.743-0.7）（0.532-0.582）（0.8-0.7）=0.607B柱：= 0.290；n= 0.1998C4=2-2.1+3（0.234/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.679当y=0. 8 Hu时：C4=2-2.4+3（0.112/n+0.1）/21+3（1/n-1）=0.689所以当y=0. 743Hu时：C4=0.689+（0.743-0.7）（0.646-0.689）（0.8-0.7）=0.670柱顶不动铰支座反力的计算：A柱：RA=R2= C4Tmax,k=0.679*12.97=8.81KN（ ）B柱：RB=R2= C4Tmax

26、,k=0.670*12.97=8.69KN （ ）C柱：RC=0所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和：R= RA+RB+RC=17.5KN（ ）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=8.86 -0.2798*17.5= 3.194KN（ ）VB=RB-BR=8.69-0.440*17.5=0.99KN（ ）VC=RC-CR=-0.440*17.5=-4.897KN（ ）0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。排架的弯矩图，柱底剪力和轴如图所示，柱的轴力为零 （五）风荷载（标准值）作用下排架结构内力分析2 左风情况：其计算简图如例图-33（a）所示在均布风荷载作用下，各柱顶

27、不动铰支座反力的计算：A柱：=0.290；n= 0.104；C5=31+4（1/n-1）/81+3（1/n-1）=0.3745RA= -C5qH=-0.3745*2.667*12.05=-12.0369（ ） C柱：=Hu/H=0.290；n=Iu/Il=0.104；C5=0.3745RC = -C5qH=-0.3745*1.333*12.05= -6.0155KN（ ）所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和：R= RA+RB+RC=-18.0254KN（ ）所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR+AFw=1.4837KN（ ）VB=RB-BR+BFw =-21.26KN（ ）VC=RC

28、-CR+CFw =7.5051KN（ ）Fw各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。排架的弯矩图，柱底剪力和轴力图如例图-34所示，柱的轴力为零。图 左右风情况排架的弯矩图2右风情况：其计算简图如图-所示。由于对称性，右风作用时的内力图如图所示。（四）吊车竖向荷载（标准值）作用下排架内力分析1 AB跨有吊车荷载，Dmax,k作用在A柱，Dmin,k作用在B柱时排架内力分析，其计算简图如例图-19所示。 A柱：=0.290；n=0.104；C3=1.1353 RA=R2=C3=35.904*1.1353/12.05=-3.3827（ ） B柱：=0.290；n=0.1998； 例图-1

29、9 Dmax,k作用在A柱，Dmin,k作用在B柱时排架计算简图. C3=1.5*（1-2）/1+3（-1）= 1.5*（1-0.2902）/1+0.2903（-1）=1.25175 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=3.3487（ ） 所以：各柱顶的实际剪力为： 0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-20所示。 (a) Dmax,k在A柱时的轴力(KN) (b) Dmax,k作用在A柱时的弯距和柱底剪力 图-20 AB跨有吊车Dmax,k作用在A柱时排架内力图 3. BC跨有吊车荷载，Dmax,

30、k作用在B柱，Dmin,k作用在C柱时排架内力分析，其计算简图如例图-23所示。 B柱：=0.300；n=0.200；C3=1.31 RB=R2=C3=353.87*1.31/13.45= -34.47 ） C柱：=0.260；n=0.104； 例图-23 Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在C柱时排架计算简图. RC=R2=C3=11.66*1.215/13.45=1.05KN（ ） A柱：RA=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-33.42（ ） 所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=0.282*33.42= 9.42KN（ ）VB=RB-B

31、R=-34.47+0.434*33.42=-19.97KN（ ）VC=RC-CR=1.01+0.282*33.42=10.47KN ）0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-24所示。 (a) Dmax,k在B柱时的轴力(KN) (b) Dmax,k作用在B柱时的弯距和柱底剪力 例图-24 BC跨有吊车Dmax,k作用在B柱时排架内力图 4.BC跨有吊车荷载，Dmax,k作用在C柱，Dmin,k作用在B B柱：=0.260；n=0.200；C3=1.31 RA=R2=C3=-87.47*1.31/13.45= -8.52（ ） C

32、柱：=0.260；n=0.104；C3=1.215 RC=R2=C3=47.18*1.215/13.45=4.26KN（ ） A柱：RA=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-4.26（ ） 所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=0.282*4.26= 1.20KN（ ）例图-25 Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在C柱时排架计算简图.VB=RB-BR=-8.52+0.434*4.26=-6.67KN（ ）VC=RC-CR=4.26+0.282*4.26=6.11KN（ ）0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向左为正）和轴力图如例图-26所示。 (a) Dmax,k在B柱时的轴力(KN) (b) Dmax,k作用在B柱时的弯距和柱底剪力 例图-26 BC跨有吊车Dmax,k作用在C柱时排架内力图 3.BC跨有吊车荷载，Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在C柱时排架内力分析，其计算简图如例图-23所示。 B柱：=0.300；n=0.200；C3=1.31 RB=R2=C3=353.87*1.31/13.45= -34.47 ） C柱：=0.260；n=0.104； 例图