最新单层工业厂房设计课程设计

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1、河南工程学院钢筋混凝土设计 （n）课程设计某单层工业厂房设计学生姓名：柯屿学院:土木工程学院专业班级：土木工程1241专业课程：钢筋混凝土结构原理指导教师：孙彦飞谷定宇2016年1月3日某单层工业厂房设计一、设计题目某单层工业厂房设计。二、设计资料（一）车间条件某机械加工车间为单层单跨等高厂房，车间总长为60m跨度尺寸见表1,柱距6米；车间内设有两台相同的软钩吊车，吊车起重量见表1，吊车工作级别为A5级，轨顶标高见表1。采用钢屋盖、预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土 吊车梁和柱下独立基础。屋面不上人，室内外高差为0.15m。纵向围护墙为支承 在基础梁上的自承重空心砖砌体墙，厚 240mm双面采用

2、20mml厚水泥砂浆粉刷， 墙上有上、下钢框玻璃窗，窗宽为 3.6m,上、下窗高为1.8m和4.8m,钢窗自重 0.45KN/m2,排架柱外侧伸出拉结筋与其相连。（二）自然条件基本风压、基本雪压见表1；地面粗糙类别为B类；地基承载力特征值见表1。不考虑抗震设防。（三）材料箍筋采用HRB335纵向钢筋采用HRB400混凝土采用C3O表1组号吊车起重量Q（ t）轨顶标咼（m跨度（m基本风压（KN/m）基本雪压（KN/m）地基承载力特征值（KN/m）81010.2180.350.2165三、设计内容和要求（一）结构选型1. 钢屋盖采用图1所示的18m钢桁架，桁架端部高度为1.2m,中央高度为2.1m

3、,屋 面坡度为1/10。钢檩条长6m,屋面板采用彩色钢板，厚4mmo图1 18m钢桁架2. 预制钢筋混凝土吊车梁和轨道连接采用标准图（二），中间跨DL-9Z,边跨DL-9B,梁高0 =1.2m。轨道连接采 用图集G325（二）。3. 预制钢筋混凝土柱子取轨道顶面至吊车梁顶面的距离ha = 0.2m，故牛腿顶腿顶面标高=轨顶标高-入-入=10.2-1.2-0.28.800m。由附录12查得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.14m，考虑屋架下弦至吊车梁顶部所需空隙高度为 220mm故：柱顶标高=10.2 + 2.14+0.22 = +12.56m设基础顶面至室外地坪的距离为1.0m，则基础顶面至室内

4、地坪的高度为1.0 0.15 =1.15m，故从基础顶面算起的柱高 H =12.56 T.15 =13.71m上部柱高 Hu =12.56-8.8=3.76m，下部柱高 Hl =13.71 -3.76= 9.95m。参考表12-2，选择柱截面形式和尺寸：H 9950下柱截面宽度 b : b !398mm ： 400mm，取 b=400mm。25250.95Hk 0.959950 1200下柱截面冋度h : h-883mm，取h = 900mm12 12综合考虑，上部柱采用矩形截面 b h = 400mm 400mm ；下部柱采用I型截面I 400mm 900mm 150mm 150mm。4.

5、柱下独立基础采用锥型杯口基础（二）计算单元及计算简图1. 定位轴线Bi :由附表12可查得轨道中心线至吊车端部的距离 Bj二230mm ;B2 :吊车桥架至上柱内边缘的距离，一般取 B2 一 80mm ；B3 :圭寸闭的纵向定位轴线至上柱内边缘的距离，B = 400mm。Bj B2 B3 = 230 80 400 = 710mm ： 750mm，可以。故取封闭的定位轴线A、B都分别与左、右外纵墙的内皮重合。2. 计算单元由于该机械加工车间厂房在工艺上没有特殊要求， 结构布置均匀，除吊车荷 载外，荷载在纵向的分布是均匀的，故可取一榀框架为计算单元，计算单元的宽 度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离

6、，即 B=6.0m，如图2 (a)所示。3. 计算简图排架的计算简图如图2lu =21.3 108mm4 h =197.3 108mm4n =lu /h =0.108, 二 Hu/H =0.274(a)(b)图2计算单元与计算简图(a)计算单元；(b )计算简图(三) 荷载计算1屋盖荷载(1) 屋盖恒荷载近似取屋盖恒荷载标准值为1.2kN/m2，故由屋盖传给排架柱的集中荷载设 计值F1 =1.2 1.2 9 6 =77.76kN作用于上部柱中心线外侧e0 =50mm处。(2) 屋面活荷载荷载规范规定，屋面均布活荷载标准值为0.5kN /m2， 比屋面雪荷载标准值0.2kN/m2大，故仅按屋面均

7、不活荷载计算。于是由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值F6 =1.4 0.5 6 9 = 37.8kN作用于柱上部中心线外侧 仓=50mm处。2. 柱和吊车梁等恒荷载上部柱自重标准值为4kN/m，故作用在牛腿顶截面处的上部柱恒荷载设计 值F2=1.2 3.76 4=18.05kN下部柱自重标准值为4.69kN/m，故作用在基础顶截面处的下部柱恒荷载设 计值F 1.2 9.95 4.69 二 56.00kN吊车梁自重标准值39.5kN /根，轨道连接自重标准值为0.80kN/m，故作用 在牛腿顶截面处的吊车梁和轨道连接恒荷载设计值F4=1.239.5 6 0.8i=53.16kN3. 吊车荷载吊车

8、跨度 Lk =18 - 2 0.75 = 16.5m查附录12,得Q=15t , Lk=16.5m时的吊车最大的轮压标准值 關补、最小轮压标准值Pmin,k、小车自重标准值G2,k以及与吊车额定起重量相对应的重力标准 值 G3,k :Pmax,k =115kN, Pmin,k =25kN，G?* = 38kN，G3,k=10*N并查得吊车宽度B和轮距K:B = 5.55m， K 二 4.40m吊车竖向荷载设计值Dmax， Dmin吊车梁支座反力影响线如图3所示图3吊车梁支座反力影响线D max, k = 0 Pmax,k 龙 yi = 0.9 汉 115汉(1 + 0.792 + 0.267

9、+ 0.058 )= 219.11kNDmax = Q Dmax,k =1.4 219.11 = 306.754kNDmin = Dmax 刖=306.754 孕=66.68kNPmax,k115(2)吊车横向水平荷载设计值Tmax11Tk = a(G2k +G3k )=汇0.138+100) =3.45kNDmax3 45= 306.7549.20kN11544Tmax4. 风荷载（1）作用在柱顶处的集中风荷载设计值 W檐口离室外地坪的高度 0.15 12.56 1.2 =13.91m来计算。查表 10-4，得离 地面10m时，风荷载高度变化系数 叫=1.0 ；离地面15m时，J=1.14，

10、用插入 11410法，知 叮=11.141.013.91 10 =1.1094815-10风荷载的标准值为：W =1.40.8 0.5 1.20.5 -0.6 0.9 丨 1.10948 0.35 6 = 4.80kN（2）沿排架柱高度作用的均布风荷载设计值q、q2风压高度变化系数按柱顶离室外地坪的高度0.15佗56 = 12.71m计算11410Jz =112.71 -10 =1.0758815-10q =1.4 0.8 1.07588 0.35 6 =2.53kN/mq2 =1.4 0.5 1.07588 0.35 6 =1.587kN/m（四）内力分析内力分析时所取的荷载值都是设计值，故

11、得到的内力值都是内力的设计值。1. 屋盖荷载作用下的内力分析（1）屋盖集中恒荷载F1作用下的内力分析M1 汚 =77.76 0.05 =3.89kN *m按公式计算 n =lu/l| =0.108， = Hu/ H = 0.274 :1 -0.2742 1 - G =1.5310.27410108 =2.081_1j2.108丿柱顶不动支点反力R二晋C1二琵2.00.59kN(1) Dmax作用在A柱，Dmin作用在B柱时，A柱的内力分析M6 =F6 e0 =37.8 0.05 = 1.89kN,工189 2.08=0.287kN ；H 13.71在Fi、F6分别作用下的排架柱弯矩图、轴力图和

12、柱底剪力图，分别如图4(a)、(b)所示，图中标注出的内力值是指控制截面i -i、u-川截面的柱底剪力以向左为正,内力设计值。弯矩以排架柱外侧受拉上的为正，反之为负;向右为负。F.=77- 76kX(a)F -37. SOkN(b)图4屋盖荷载作用下的内力图(a)屋盖恒荷载作用下的内力图(b)屋盖活荷载下的内力作用用图2. 柱自重、吊车梁及轨道连接等的自重作用下的内力分析。不作排架分析，其对排架柱产生的弯矩和轴力如图5所示刖图K图图5柱自重及吊车梁等作用下的内力图3. 吊车荷载作用下的内力分析Mmax 二 Dmax 2=306.7540.75-0.45 =92.026kNmM min = Dm

13、in e = 66.68，0.75 - 0.45 - 20.004kN * m这里的偏心距e是指吊车轨道中心线至下部柱截面形心上网水平距离A柱顶的不动支点反力，C3 =1.5= 1.5= 1.19，1-0.27421+0.2743 -1 I0.108丿A柱顶不动支点反力B柱顶不动支点反力A柱顶水平剪力Ra 晋。3需 1.19 5 k)20.0041.19 一1.74kN13.7111 JVa=RaRa-RbU7.997.99 1.741=4.865kN (j)22B柱顶水平剪11VB 二 RbRa-Rb =-1.747.99 1.74 = -4.865kN ()22内力如图6 (a)所示(2)

14、 Dm.作用在A柱、Dmax作用在B柱时的内力分析此时，A柱顶剪力与Dmax作用在A柱时的相同，也是Va=6.91KN(J),故可-ir65KN-4.865KN得内力值，如图6 (b)所示3n17別KN(a)(b)图6吊车竖向荷载作用下的内力图(a) Dmax作用在A柱时；(b) Dmin作用在B柱时(3)在Tmax作用下的内力分析Tmax至牛腿顶面的距离为10.2 -8.8 - 0.2 =1.2m ；Tmax至柱底的距离为;10.2 0.15 1.0=11.35m因A柱与B柱相同，受力也相同，故柱顶水平位移相同，没有柱顶水平剪 力，故A柱的内力如图7所示。图7 Tmax作用下的内力图4. 风

15、荷载作用下，A柱的内力分析左风时，在q、q2作用下的柱顶不动铰支座反力，按计算:Ci13 1 0.27448 1 0.27430.108丿0.108丿二 0.336 ；取C =0.336，不动铰支座反力:11Ra =qHC11 =2.53 13.71 0.336 = T1.65kN ()Rq2HC11.587 13.71 0.336 =7.31kN ()A柱顶水平剪力:1 L、1/、Va 二 RaW -Ra -Rb =-11.654.80 11.65 7.31 = 0.23kN ()2 21丄一1Vb =RbW - Ra - Rb =-7.314.80 11.65 7.31 =4.57kN (

16、)22故左风和右风时，A柱的内力分别如图8 (a)、(b)所示。E/N目肆0. 23KN4. 57KNtr-岳6oi-26. 33KN(b)(a)风荷载作用下A柱的内力图(a)左风时；（b）右风时（五）内力组合表及其说明1.内力组合表A柱控制截面I - i、u -川的内力组合表，见表2。（六）排架柱截面设计采用就地预制柱，混凝土强度等级为 C30,纵向受力钢筋为HRB40C级钢筋,采用对称配筋。1.上部柱配筋计算由内力组合表2可知，控制截面I - I的内力设计值为:M =55.28 kN m N =95.81kN(1) 考虑P- 二阶效应q 二 M / N = 55.28/95.81 = 57

17、7mm，ea = 20mm， sMe 二ea =577 1.15 20 =684mm ;NA 二 bh =400 400 =160000 mm2 ；0.5 fcAN30.5 14.3 160 1095.81 103= 11.9 1.0取 c=1.0；查表 12-3 可知，I。=2Hu =3.76 2 =7.52m,s =1-1500ho吨;74丿竺】：1=1.15(2) 截面设计假设为大偏压,则:95.81 103x =a1fcb；1x14.3400=16.75mm:-minbh =0.2% 400 400 =320 mm2，同时柱截面纵配筋2 X 603=1206mm2 20.55% 400

18、 400 二 880 mm。(3)垂直于排架方向的截面承载力验算由表12-3知，垂直于排架方向的上柱计算长度I 4 7|0 九卄.25 X 3.76=4.7m，九 g ；查上册表 5-1 得=96，Nu =09 fcA fyA i=0.9 0.96 14.3 400 400 360 1206A2351.95kNNmax =129.83kN ,承载力满足。2.下部柱配筋计算按控制截面川-川进行计算。由内力组合表知，有二组不利内力:(a) M =351.10 kN m (b)N =515.07kNM =256.57 kN mN =204.97kN(1)按(a)组内力进行截面设计351.10515.

19、07=681mm,ea = h/30 =900/30=30mms =1-1500h0怕V500860雪匚 1.0 = 1.07711 i 0.9 丿eisMNea = 68130 = 759 mmA=bh 2bf-bhf =150 900 2 400-150 150 125=2.163 10550.5fcA 0.5 14.3 2.163 10c c3=3.00 1.0, 取 c =1.0 ；N3515.07 10偏设为大偏心受压，且中和轴在翼缘内:x=4 = 515.7 ，。口叶 280mma1fcb 1 汇14.3 汉 400v hf = 162.5mm ；说明中和轴确实在翼缘内则:h二75

20、9 -450 40 =349mm，Ne 7 fcbf xAs 二 A2-as _ 515-07 103 34914.3 400 90 T-40fy ho - as360 860 - 402=600mm ；采用 416, A = A = 804mm2。(2)按(b)组内力组合进行截面设计_ 256.57204.97= 1252 mm , ea = 30mm ,0.5 fc AN0.5 14.3 2163 價订.!.。，取！. ；204.97 103=191.0=1.061500 湮 a860Mea -1.06 125230 =1355mmN204.97E03x 二Ne204.97 103 945

21、氏八 订H 二 盂86訂4訂二656mm : 4 16,= 35.8mm 33+104.42+2493)卜 25Nq =77.76 127.21 (5 03 37.8 06 306.754) =344.52kN q1.4 0.51.4ysAs0.5bh (bf -b)hf8040.5 150 900 (450-150) 162.5= 0.007一 _as=450-40=410mm q =2Nq172.34 106344.52 103=500.23mmbh150 9000.870.12(= 0.87 -0.12 (1 -0.30)860 $910.23 丿i 汇 860 = 683.7mmlc9

22、 95卫=11.056 ：14，故取 s =1. h 0.9e 二 se) ys =1.0 500.23 410 = 910.23mm ；bf -b hf 400 -150162.5 门“.0.30 .sq141.98kN/mm2Nq e-z 344.52 103 910.23-683.7Az一804 683.7f2 01。砂丈九1。.65 0118 一21 负值取巾2 ；W 6sq丄deq141.98 f亠18Wmax=acr屮1 1.9cs+0.08T =1.9 汉 0.2 汉5 1.9 汉 28 + 0.08 汉|= 0.053mmEs i s 仏丿2.100.01 丿Fvk=263.4

23、1kN，满=0.567，基础底面有一部分出现拉6 6应力。a = b - e = 3.4 - 0.58 = 1.12 :2 2k,max2(Nwk * NbkGj3al2 714.963 1.12 2.6= 163.68P k ,amxPk,min163.68 =81.84kN /m2 ： fa = 200kN /m2，满足。 2(2)按第组内力标准值验算轴向力：Nwk Nbk2 Gk=306.46+408.82+190.06=905.3kN ;弯矩：Mbk -Nwkew =281.56-306.46 X 0.57=106.88kN mPk, maxPk, min905.3 106.88123

24、.74kN/m22=1.2 f240kN / m，满足。8.845.0181.08kN/m2Pkmx 如23.41 81.08 =102.41kN/m： fa =200kN/m2，满足2 24.基础受冲切承载力验算Rmax515.07390.898.845.012= 136.28kN/m。只考虑杯口顶面由排架柱传到基础底面的内力设计值，显然这时第组内力 最不利：Nb =515.07kN，Mb =390.89kN m，故:柱边冲切承载力验算:有效高度hc=1100-50=950mm冲中切破坏锥体最不利一侧上边长 at和下边长 比分别为at = 400 mm, ab 二 2000 mm11am =

25、 :at ab A 1400 2000 ；= 1200mm22考虑冲切荷载时取用的基础底面多边形面积，即图13中打斜线的部分的面Alb=(2h34002 -h0)l=( 290022-1050) 2000 = 0.4mF =Ps,maxA =136.28 沃 0.4 = 54.512kN0 9 _1 1 jhp=11000 -900 =0.822000 -9000.7 hpftamh0 =0.7 0.82 1200 105 723.24KN F严 54 .512KN故此柱边满足受冲切承载力的要求。对台阶以下进行受冲切承载力验算，这是冲切锥体的有效高度h=700-50=650mm冲切破坏锥体最不

26、利一侧上边长 at和下边长ab分别为at =400+2 X 375=1150mmab =2(200+375)+2 X 700=25500mm1amat ab =0.5 X (1150+2550)=1850mm考虑冲切荷载时取用的基础底面多边形面积，即图13中打斜线的部分的面A廿訂0厂匕I00 _ 900 _ 6502550 二 1.40m2 2Fi =Ps,maxA =136.28x1.4 =190.79KN ;0.7p ftamh0 =0.7 X 0.82 X 1.10 X 1850X 650=817.66kN F=190.79kN。图12基础受冲切承载力验算5.基础底板配筋计算按地基净反力

27、设计值进行配筋计算(1) 沿排架方向，即沿基础长边b方向的底板配筋计算由前面的计算可知，第组内力最不利，再考虑由基础梁和围护墙传来的内 力设计值，故作用在基础底面的弯矩设计值和轴向力设计值为：Mb =Mw Mb =209.62+346.74=556.36kN m(/);Nb 二 Nw Nb=367.75+264.98=632.73kN ;偏心距 e = M b =556.36 =0.879 b =0.567，基础底面有一部分出现拉应Nb632.736a = b _e=1.7-0.879=0.821m ;2FS,max2Nb3al2 515.073 0.821 2.62= 160.86kN/m。

28、设应力为零的截面至Ps,max截面的距离为X，2Nbx =Ps,maxl2 515.07160.86 2.6=2.463m;此截面在柱中心线右侧空06-2.463-齐。苗处，柱边截面离柱中 心线左侧为0.45m,变阶截面离柱中心线为 0.725m。故，柱边截面处的地基净反力：Ps0.45 * 0.763 60.86 = 79.22kN / m2 ；J 2.463变阶截面处的地基净反力：Fs f = 0.725+ 763 “68.86 =102.02kN / m2u 2.463图13所示为地基净反力设计值的图形图13地基静反力设计图沿基础长度方向，对柱边截面I - I处的弯矩按式（12-38 ）

29、计算:12 I.飞石 ai21aPs,maxPs,Ps,maxPs,d-1.2521-2 2.6 0.4 160.86 79.22160.86-79.22 2.6】12= 220.70kN *m变阶处截面I - I的弯矩：M =*印221 aPs,maxPs,R,maxPs,- 0.97522 2.6 1.15 160.86 102.02 亠 1160.86 -102.022.6】12=144.32kN *m M ，故按 M 配筋。采用HRB335级钢筋，fy =300N/mm2,保护层厚度为40mm故h=1060mm,故:M-.0.9 fyg220.70 1060.9 300 1060=77

30、1.13mm2采用16B12, A = 1809mm2，见基础施工图。(2) 垂直排架方向，即沿基础短边I方向的底板配筋计算按轴心受压考虑。轴向力设计值2=701.95kN,计算柱边截面U -U的弯矩1 2 1 2MI a (2b b)(Ps,maxPs,min)2.6 -0.4 (2.6 3 0.9)(160.86 0)48481 2l-9 (2b b)(ps,max“41.11KN *m+ ps min)=丄(2.6 1.15 $ (2 汇 3.4 +1.65)(160.86 十 0)48= 59.53KN *m ： M ,按M 配筋M0.9 fyh) If141 1仆1062 Am220

31、.9 300 105497.74mm，-T=165.9mm /m UM 75mm按构造配筋 B12200 A=505.0mm/m。参考文献1 GB/T 50104-2010，建筑制图标准S.2 GB 50068-2001 ,建筑结构可靠度设计统一标准S.3 GB 50009-2012，建筑结构荷载规范S.4 GB 50010-2010，混凝土结构设计规范S.5 GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范S. 国家建筑标准设计图集7 程文瀼、李爱群.混凝土结构（上册）一混凝土结构设计原理（第五版） M.北京：中国建筑工业出版社,2012.8 程文瀼、李爱群混凝土结构（中册）一混凝土结构与砌体结构设计（第 五版）M.北京：中国建筑工业出版社,2012.