混凝土單層工業(yè)廠房課程設(shè)計計算書

1、單層工業(yè)廠房混凝土排架課程設(shè)計專業(yè)土木工程班級土木三班學(xué)號姓名王書英指導(dǎo)老師肖四喜目錄、設(shè)計資料2、計算內(nèi)容3柱截面尺寸確定3荷載計算4恒載4屋面活荷載5風(fēng)荷載5吊車荷載6排架內(nèi)力分析6恒載作用下排架內(nèi)力分析7屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析8風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析9吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析10內(nèi)力組合12柱截面設(shè)計13上柱配筋計算13下柱配筋計算14柱的裂縫寬度驗算15柱箍筋配置16牛腿設(shè)計16柱的吊裝驗算17基礎(chǔ)設(shè)計18作用于基礎(chǔ)頂面上的荷載計算18基礎(chǔ)尺寸及埋置深度19基礎(chǔ)高度驗算20基礎(chǔ)底板配筋計算21柱截面尺寸確定由圖2可知柱頂標(biāo)高為m,牛腿頂面標(biāo)高為，設(shè)室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離 為

2、，則計算簡圖中柱的總高度 H下柱高度Hi、上柱高度Hu分別為：H=+=， H | =+=Hu =根據(jù)柱的高度、吊車起重量及工作級別等條件，可由表并參考表確定柱截面 尺寸，見表1。表1柱截面尺寸及相應(yīng)的計算參數(shù)柱號計算參數(shù)截面尺寸/mm面積2/mm慣性矩/mmKN/m天窗架重力荷載為2X 36 KN /榀，天溝板KN/m，天溝防水層、找平層、找坡層 KN/m屋架重力荷載為106 KN /榀，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)重力荷載設(shè)計值 為：2G= X KN/m X6rrX24m/2+ 2X36 KN/2 + KN/mX6m+ KN/mX 6m 106 KN/2) = KN 吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計值：G

3、3=X(+ mX 6 m) = KN 柱自重重力荷載設(shè)計值： 上柱 G 4A= G4b = X 4kN/mX = KN自重/(KN/m)A , B上柱矩400X400X 105X 108下柱I400 X 900 X 100 X 1505X 105X 108本例僅取一榀排架進行計算，計算單元和計算簡圖如圖1所示荷載計算恒載m204KN/mX = KN/m2KN/m(1).屋蓋恒載：2X = KN/mX = KN/m2兩氈三油防水層20mr厚水泥砂漿找平層100m厚水泥膨脹珍珠巖保溫層一氈二油隔氣層15m厚水泥砂漿找平層；20預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板(包括灌縫)下柱 G5A= G5b=x mix =各項

4、恒載作用位置如圖 2所示屋面活荷載屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為KN/m2,雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為KN/m2,后者小于前者，故僅按 前者計算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計值為：2Q1=x KN/m x 6mx 24m/2=Q1 的作用位置與 G1 作用位置相同,如圖 2所示。風(fēng)荷載風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按式（）計算,其中 0= KN/m2 , z=, uz 根據(jù)廠房各部分標(biāo) 高及B類地面粗糙度由附表確定如下：柱頂（標(biāo)高）uz =檐口（標(biāo)高）uz =天窗架壁底（標(biāo)高）uz =天窗架壁頂（標(biāo)高）uz =屋頂（標(biāo)高）uz =us如圖3a所示，由式()可得排架迎風(fēng)面及背風(fēng)面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別為:221k = z us1 uz 0=x

5、xx KN/m2 = KN/m2222k= zus2uz 0=xxx KN/m2 = KN/m2則作用于排架計算簡圖(圖)上的風(fēng)荷載設(shè)計值為：2q 1=x KN/m2x =m2q2 =x KN/m2x =mFw= Q (us1+us2)uzh1+(us3+us4)uzh2+(us5+us6) uzh3z 0B2= x xxxxxx xx KN/m2x= KN吊車荷載由表可得 200/50KN吊車的參數(shù)為：B=, K=, g=75KN Q=200KN Fp,max=215KN Fp,min=45KN根據(jù)B及K,可算得吊車梁支座反力影響線中歌輪壓對應(yīng)點的豎向坐 標(biāo)值,如圖 4所示。（1 ）吊車豎向

6、荷載 由式（）和式（）可得吊車豎向荷載設(shè)計值為： Dmax = Q F p,max yi=x 215 KNx （1 = KNDmin = Q F p,min y i =x 45 KNx = KN(2 )吊車橫向水平荷載 作用于每一個輪子上的吊車橫向水平制動力按式()計算，即11丁=丄(Q+g =丄 XX( 200K附 75KN = KN44作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設(shè)計值按式()計算，即T max= qT yi = X KNX = KN排架內(nèi)力分析該廠房為單跨等高排架，可用剪力分配法進行排架內(nèi)力分析。 其中柱的剪力 分配系數(shù)i按式()計算，結(jié)果見表2。表2 柱剪力分配系數(shù)柱別n 嘰/1

7、lHu/H3C0=3/1+(1/n-1)=H3/ C0E I l=1/ ii1/ iA，B柱n=C0 =10 H 3 A = B =eA= B =1.3.1恒載作用下排架內(nèi)力分析恒載作用下排架的計算簡圖如圖5所示。圖中的重力荷載G及力矩M是根據(jù)圖2確 定，即G = G1 = ； G2 =G3 +Ga =+=G3 = G5A =；m1= G1 e1 = x = KN mm2 =( G 1 + G4A)e 0 G3 e 3=KN+ KN) X KNX = KN m由于圖5a所示排架為對稱結(jié)構(gòu)且作用對稱荷載， 排架結(jié)構(gòu)無側(cè)移，故各柱可 按柱頂為不動鉸支座計算內(nèi)力。柱頂不動鉸支座反力Ri可根據(jù)表所列的

8、相應(yīng)公式 計算，則C 1=f1 213(丄 1)n1 2(1 3(1 1) 2n) 3 = C =31 ， C3 oM. Mo _19.14KN m 2.122 85.18KN m 1.132 _RA =C1C3 = KN12.9mA H 1 H 3RB = KN求得Ri后，可用平衡條件求出柱各截面的彎矩和剪力。柱各截面的軸力為該 截面以上重力荷載之和，恒載作用下排架結(jié)構(gòu)的彎矩圖和軸力圖分別見圖,c。圖為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負號規(guī)定。屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析M2A = x = KN m。C1 =, C3 =,則M2a_2.52KN m 2.12212.6KN m 1.132 C3=

9、 KN()H排架計算簡圖如圖6a所示。其中Q = KN它在柱頂及變階處引起的力矩為 Ma = X = KN m ;對于A柱,R = M1A C12.9mraC1HRB =kn()排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力圖如圖所示。風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)左吹風(fēng)時計算簡圖如圖7a所示。對于A,b柱，n=,=,則3 14(丄 1)Cn=n =3 18 13(丄 1)nRa=- q 1H C11=mXX =()RB =- q 2 H C11 =nXX = KN()R= RA+ RB + Fw= = KN()各柱頂剪力分別為：Va= Ra- a R=+X = KN()VB= RB - B R=+X =

10、 KN() 排架內(nèi)力圖如圖7b所示。(2)右吹風(fēng)時計算簡圖如圖8a所示。將圖7b所示A,B柱內(nèi)力圖對換且改變內(nèi)力符號后可得, 如圖8b所示。吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析(1 ) Dmax作用于A柱計算簡圖如圖9a所示。其中吊車豎向荷載Dmax , Dmin在牛腿頂面處引起 的力矩為：Ma = D max e3 = X = KN mB= Dmine3=X = KN m對于A柱，C3=,則MaH194J5KN m 132= KN(12.9m12.9mRb=M3C3=40，64KN m 1.132= kn(H-R=&+Rb=+=() 排架各柱頂剪力分別為:Va= Ra- A R=+X = KN()Vb

11、= Rb - B R=+X =()排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖9b,c所示(2) Dmax作用于B柱同理，將“ Dmax作用于A柱”的情況的A,B柱對換，并注意改變符號，可求得各 柱的內(nèi)力，如圖10所示。(3) Tmax作用下排架計算簡圖如圖11a所示。對于A，B柱, n=,=,由表得a=M22 3a彳(2 a)(1 a)(2 3a)nC5:= 3 12 1 3( - 1)nRA=- T maxCs=X = KN()Rb=- T maxCs= KN( )，R=FA+Rb=X 2 =() 各柱頂剪力為：Va= Ra-卩A R=+XX = KN()Vb = R b -卩 b R=+XX

12、 = KN()排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖11b所示。當(dāng)Tmax方向相反時，彎矩圖 和剪力只改變符號，大小不變。內(nèi)力組合以A柱內(nèi)力組合為例。表3為各種荷載作用下A柱內(nèi)力設(shè)計值匯總表，表4為A 柱內(nèi)力組合表，這兩表中的控制截面及正負號內(nèi)力方向如表3中歐那個的例圖所示。內(nèi)力組合按式()式()進行。除Nmax及相應(yīng)的M和V項外，其他三項均按式()和式()求得最不利內(nèi)力值；對于 Nmax及相應(yīng)的M和N一項，U - U和川-m截面均按（gk+qk ）求得最不利內(nèi)力值，而I -I截面則是按式（）即（gk+Sqk）求得最不利內(nèi)力。對柱進行裂縫寬度驗算時，內(nèi)力 m -川采用標(biāo)準(zhǔn)值，同時只需對e/ho的柱

13、進行驗算。為此，表4中亦給出了 Mk和Nk的組合值，它們均滿足e/h 的條件， 對本例來說，這些值均取自Nmin及相應(yīng)的M和V項。表3 A柱內(nèi)力設(shè)計值匯總表柱號及 正向內(nèi) 力何載類別恒載屋面活 載吊車豎向荷載吊車水平 何載風(fēng)荷載D max作用于A柱D max作用于B柱左風(fēng)右風(fēng)序號I - IMN00000n - nMN000m - mMN000V表4 A柱內(nèi)力組合表截面+ Mmax及相應(yīng)NV-Mmax及相應(yīng)N, VN max及相應(yīng)M VNmin及相應(yīng)M, VMk、U備注IIM+（+（+）+Nmax 一項，取GK +QK（+） +N出M+:+-N+出V+（+Mk（ +） +）+（ +） +NkVk

14、柱截面設(shè)計仍以A柱為例。混凝土： C30, fc 14.3N/mm2 , ftk 2.01N/mm2 ;鋼筋：受力筋為HRB335, fy fy 300N /mm2 , b 0.550。上下柱均采用對稱配筋。上柱配筋計算由表4可見，上柱截面共有4組內(nèi)力。取h0=400mm-40mm=360mn經(jīng)判別，其中三組內(nèi)力為大偏心受壓；只有（M=KNm，N= 一組為小偏心受壓，且N5故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù) 0.5 fc A 0.5 14.3N / mm24002 mm21=，取21.15 0.01h1川）h。446300N7600mm1.15 0.01 ()400mm12=11400360mm0.962

15、28mm ( 400mm7600mm)2 1.0 0.96 1.391446300N21 fcbh01.0 14.3N /mm 400mm 360mm0.2仃邑 ho80.mm0.222360 mm取x=2as進行計算。e = ei h/2 as 1.391 228mm 400mm/2 40mm 157.1mmNeAs Asfy(h as)選3 18 ( As=763mm2)，則 要求。446300 N 157.1mm2730mm2300N /mm (360mm 40mm)As /(bh)763mm2 /(400mmX 400mm)=%滿足由附表，得垂直于排架方向柱的計算長度l0=X =，則I

16、。/ b =4750mm/400mm=Nu 0.9 (fcA fy As )0.9 0.95 (14.3N / mm 400mm 400mm 300N /mm763mm2 2)2347.66KN Nmax 486.34KN滿足彎矩作用平面外的承載力要求。下柱配筋計算取h0 =900mm-40mm=860mn與上柱分析方法類似，在表4的8組內(nèi)力中，選取F面的一組不利內(nèi)力：M= KNm，N= KN下柱計算長度l0 = H | =，附加偏心距ea=900mm/30=30m大于20mm)b =100mm bf =400mm hf =150mm6549.03 10 N mmeo =M/N=512mm e

17、 =e0+ea =512mm +30mm=542mm1071900N由I0/h=91OOmm/9OOmm=5，故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)，且取2 1.0。2_ 0.5 fcA _ 0.5 14.3N / mm 100mm 900mm2 (400mm 100mm) 150mm1 =,N取1 =011071900N1 (卩1400eL hh1.116 542mm故為大偏心受壓。先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則N2=119100mm 2( )1.0 1.0 1.116 1400 542mm 900mm860mm604.9mm0.3h00.3 860mm258mmx=1071900N21.0 14.3N / m

18、m 400mm187.4mm hf 150mm1 fcbf說明中和軸位于腹板內(nèi)，應(yīng)重新計算受壓區(qū)高度X：1fc(bfb)hf1 fcb2e= ei1071900N1.0 14.3N/mm (400mm 100mm) 150mm1xNe 1 fc (bfb)hf (h。hf )1 fcbx(h。)AAsfy(h。as )2107190CN 1014.9mm 1.0 14.3N/mm(400mm 100mm) 150mm2(860mm 150mm/2) 1.0 14.3N/mm 100mm 299.6mm (860mm 299.6mm/2)/ 300N / mm2(860mm 40mm)21132

19、mm選用4 20 ( As=1272mm2)。按此配筋，經(jīng)驗算柱彎矩作用平面外的承載力 亦滿足要求。柱的裂縫寬度驗算規(guī)范規(guī)定，對e/h的柱應(yīng)進行裂縫寬度驗算。本題的下柱出現(xiàn) e/h 的 內(nèi)力，故應(yīng)對下柱進行裂縫寬度驗算。驗算過程見表5，其中，下柱的 As =1272mm2， Es = 2.0 105N /mm2 ;構(gòu)件受力特征系數(shù) “=；混凝土保護層厚 度 c取 25mm。表5柱的裂縫寬度驗算表柱截面下柱內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值Mk/( KN m)Nk/KNeo =Mk / Nk /mm480 h 0=473Aste0.5bh (bf b)hf5 1 14OoJho(l/h2skmk/(0.87hAs)0.

20、65ftk1.1 te sk取skd eqmaxcr 孑(1 0.08)E ste/mm （滿足要求）300mm取325mm基礎(chǔ)邊緣高度a2取350mm臺階高度取 400mm見圖 14b。（2）擬定基礎(chǔ)底面尺寸由式（）得:A Nk,macx Nwkmd834.65KN298.20KN2235.47m240KN / m 20KN/m 1.65m適當(dāng)放大，取A=bl= x =2（3）計算基底壓力及驗算地基承載力GkmdA 20KN /m3 1.65m 8.64m2 285.12KN121223W lb2 2.4m 3.62m25.184m36 6基底壓力按式（）計算，結(jié)果見表8 ;按式（）驗算地基

21、承載力，其中fa 1.2 240KN /m2 288KN /m2，驗算結(jié)果見表&可見，基礎(chǔ)底面尺寸滿足要求。表8基礎(chǔ)底面壓力計算及地基承載力驗算表類別第1組第2組第3組Mk/( KN m)Nk/KNVK /KNNbk( Nk Gk Nwk)/KNMbk( Mk Vk Nwkew)/(KN m)一一Pk,max (山 MbL)/(KN /m2)k,minAWp ( pk, maxpk ,min ) / 2 / KNfa / KNPk,max/KN1.2 fa /KN240288240288240288基礎(chǔ)高度驗算這時應(yīng)采用基底凈反力設(shè)計值 Pj， Pj,max和Pj,min可按式（）計算，結(jié)果見

22、 表9。對于第2組內(nèi)力，按式（）計算時，Pj,min0，故對該組內(nèi)力應(yīng)按式（）計 算基底凈反力，即：Mb ebNb735.20KN m969.90KN0.758mb3.6mae0.758m1.042m22由式（）得：2Nb2 969.90 KNp j, max258.56KN /mla32.4m 1.042m因臺階高度與臺階寬度相等（均為400mr）i,所以只需驗算變階處的受沖切承 載力。變階處受沖切承載力計算截面如圖15所示。變階處截面有效高度hc=750mm（40mm+5mm）=705mm因為at計算Al，即:b(22ho1200mm 2705mm2610m l 2600mm，所以應(yīng)按式(

23、)Aibtho)l.6m(0.705m) 2.4m0.588m22由式()得：at 1.2m ;因 atFi2hoPjAi2.61mh=750mm800mm取 hp =；0.7 hp ftamh00.7 1.0 1.1N/977.13KN Fl 152.03KN故基礎(chǔ)高度滿足要求。258.56KN / m2 0.588m2152.03KNl 2.6m，故 ab = l =,由式()得：(1.2m 2.4m)/21.8m1.1N / mm2，則由式()得:23mm 1800mm 705mm 977.13 10 N表9基礎(chǔ)底面凈反力設(shè)計值計算表類別第1組第2組第3組M( KN m)ZKNV/KNN

24、b( N Nw)/KNMb( M Vh N wew) /(KN m)一一Pk max N b M b2Pk, ()/(KN /m )Pk,minA W0基礎(chǔ)底板配筋計算(1 )柱邊及變階處基底反力計算基礎(chǔ)底板配筋計算時長邊和短邊方向的計算截面如圖16所示。三組不利內(nèi)力設(shè)計值在柱邊及變階處的基底凈反力計算見表10。其中第1,3組內(nèi)力產(chǎn)生的基底反力 示意圖見圖16,第2組內(nèi)力產(chǎn)生的基底反力示意圖見圖15;用表列公式計算第2 組內(nèi)力產(chǎn)生的Pj和Pj時，相應(yīng)的和分別用和代替，且 Pj,min=0。(2 )柱邊及變階處彎矩計算1 Pj ,maxPj2應(yīng)2 (b bc)M285.57 106N m(2llc)124180.80KN /m2 (3.6m 0.9m)2(22.4m0.4m)285.57KN m1 Pj,maxPj2242 (b bc)124223.99KN/m2 (3.6m 1.7m)2 (22.4m1.2m)202.15KN m1 P