單層廠房結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、單層廠房結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)一、結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型及柱截面尺寸確定因該廠房跨度在1536m之間，且柱頂標(biāo)高大于 8m,故采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。為了使屋蓋具有較大剛度，選用預(yù)應(yīng)力混凝土折線型屋架及預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板。選用鋼筋混凝土吊車梁及基礎(chǔ)梁。如圖1所示，根據(jù)工藝要求，確定柱頂標(biāo)高為9.6m ,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 度H u分別為：0.5m,則計(jì)算簡圖中柱的總高度H,6m ；下柱高度 Hi,和上柱高計(jì)算參數(shù)柱號(hào)截面尺寸/mm-i .2面積/mm,4慣性矩/mm自重/KN/mA , C柱矩 400 X 4001.6X105821.3父 1084.0柱1400 M 900 X 100 M

2、 1501.875 M 105195.38 父 1084.69B上柱矩 400X6002.4 父 10572 M 1086.0下柱I400 X 1000 M 100 M 1501.975 X 1058256.34 父 1084.942所示。本設(shè)計(jì)僅取一根排架進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算單元和計(jì)算簡圖如圖 圖2計(jì)算單元和計(jì)算簡圖圖1廠房剖面圖根據(jù)柱的高度、吊車起重量及工作級(jí)別等條件，可確定柱的截面尺寸，見表 表1柱截面尺寸及相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)1。二、荷載計(jì)算1.恒載(1)屋蓋恒載20厚水泥砂漿找平層80厚泡沫混凝土保溫層預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板(包括灌縫)屋蓋鋼支撐總計(jì)3220kN/m 0.02m =0.40kN/

3、m 2328kN/m 0.08m =0.64kN/m1.4k N / m0.05kN/m 222.84 kN/m屋架重力荷載為 60.5kN/根，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)的重力荷載設(shè)計(jì)值為:(2)吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計(jì)值：柱自重重力荷載設(shè)計(jì)值A(chǔ)、 C上柱柱：G4A =G4c =1.2 4.0kN/m 3.6m=17.28kN 4A 4C下柱B柱：,G5A =G5c =1.2 4.69kN/m 6.5m = 36.58kN上柱. G4B =1.2 6.0kN/m 3.6m = 25.92kN下柱G5B =1.2 4.94 kN/m 6.5m =38.53kN各項(xiàng)恒載作用位置如圖3所示。圖3荷載作

4、用位置圖(單位：kN)2.屋面活荷載22屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m ,雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.4kN/m ,后者小于前者，故僅按前者計(jì)算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計(jì)值為：Qi的作用位置與 Gi作用位置相同，如圖 3所示。3.風(fēng)荷載風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值按w k = p z Nz NsWo計(jì)算，其中2wo =0.5kN/mPz =1.0,Nz根據(jù)廠房各部分標(biāo)高（圖1）及B類地面粗糙度確定如下：柱?。?biāo)高9.6m）也=工000檐口（標(biāo)高11.75m）也.049屋頂（標(biāo)高12.80m）匕仔.。78人如圖4所示，則由上式可得排架迎風(fēng)面及背風(fēng)面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別為： 圖4 風(fēng)荷載體型系數(shù)及計(jì)算簡圖則作用于排架計(jì)

5、算簡圖（圖4）上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為：4.吊車荷載由表可得20/5t吊車的參數(shù)為：B = 5.2m , K = 4.0m , g = 68.6kN ,Q =200kNPmax =174kN Pmin =37.5kN,根據(jù)B =5.2m及K可算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)值如圖5所示。（1）吊車豎向荷載 吊車豎向荷載設(shè)計(jì)值為：（2）吊車橫向水平荷載作用于每一個(gè)輪子上的吊車橫向水平制動(dòng)力為：作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設(shè)計(jì)值為：圖5 吊車荷載作用下支座反力影響線三、排架內(nèi)力分析該廠房為兩跨等高排架，可用剪力分配法進(jìn)行排架內(nèi)力分析。其中柱的剪力分配系數(shù)計(jì)算，見表2。表2柱剪力分配系

6、數(shù)柱別A、C柱B柱1、屋面恒載作用下的內(nèi)力計(jì)算G1 =G =220.33kN. G2 =G3 G4A = 58.8kN 17.28kN = 76.08kN ;G3 =G5A =36.58kN . G4 =2G1 二2 220.33kN =440.66kN ;G6 =G5b =38.53kN . G5 =G4b =2G3 = 25.92kN 2 58.8kN =143.52kN ;由于圖 6a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(dòng)錢支座計(jì)算內(nèi)力。柱頂不動(dòng)錢支座反力Ri可根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算。對于 a, C柱 n =0.109,九=0.356則：R=-6.39 (一)本

7、例中Rb =0。求得R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6b、Co圖6d為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負(fù)號(hào)規(guī)定，下同G220.33Oi237.61296.41332.99440.66466.581-1584.18mJ©+M二 M2+M+V220.33Q-l237.61-11296.41332.997+N+NfB圖6恒載作用下排架內(nèi)力圖Qi= 37.8kN，它在柱頂及變階處引引起的力矩為:2.屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析 (1)AB跨作用屋面活荷載排架計(jì)算簡圖如圖7a所示，其中對于 A 柱，C1

8、=2.231, C3 = 0.957，則M1A c M2A c 1.89kN m 2.231 9.45kN m 0.957二C1C1 =對于可8H H10.1mb 柱 n = 0.281，九=0.356,則將r反作用于柱頂，計(jì)算相應(yīng)的柱頂剪力，并與相應(yīng)的柱頂不動(dòng)較支座反力疊加， 得屋面活荷載作用于AB跨時(shí)的柱頂剪力，即排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力如圖7b, c所示。圖7 AB跨作用屋面活荷載時(shí)排架內(nèi)力圖(2) BC跨作用屋面活荷載由于結(jié)構(gòu)對稱，且 BC跨與AB跨作用荷載相同，故只需將圖7中內(nèi)力圖的位置及方向調(diào)整一下即可，如圖所示。圖8 BC跨作用屋面活荷載時(shí)的排架內(nèi)力圖3.風(fēng)荷載作用下排

9、架內(nèi)力分析(1)左吹風(fēng)時(shí)計(jì)算簡圖如圖9a所示。對于a, c柱，n =0.109,九=0.356得各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為排架內(nèi)力如圖9b所示(a)(b)圖9左吹風(fēng)時(shí)排架內(nèi)力圖(2)右吹風(fēng)時(shí)計(jì)算簡圖如圖10a所示。將圖9b所示A, C柱內(nèi)力圖對換且改變內(nèi)力符號(hào)后可得，如圖10b所示。圖10右吹風(fēng)時(shí)排架內(nèi)力圖4.吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析(1) Dmax作用于A柱計(jì)算簡圖如圖11a所示。其中吊車豎向荷載Dmax, Dmin。在牛腿頂面處引起的力矩為：對于A柱，C3 =0.957,則對于 b柱，n= 0.281,九= 0.356,得排架各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為：排架各柱彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖11b,c所

10、示。圖11 Dmax作用在A柱時(shí)排架內(nèi)力圖(1) Dmax作用于B柱左計(jì)算簡圖如圖12a所示M A,M b計(jì)算如下：柱頂不動(dòng)較支反力 Ra, Rb及總反力R分別為：各柱頂剪力分別為：排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖12b, c所示圖12 Dmax作用于B柱左時(shí)排架內(nèi)力圖(3) Dmax作用于B柱右根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性及吊車噸位相等的條件，內(nèi)力計(jì)算與Dmax作用于B柱左的情況相同，只需將 A, C柱內(nèi)力對換并改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ?hào)，如圖13所示。圖13 Dm a作用于B柱右時(shí)排架內(nèi)力圖(4) Dmax作用于C柱同理，將作用于A柱情況的A, C柱內(nèi)力對換，并注意改變符號(hào)，可求得各柱的內(nèi)力，如圖

11、14所示。圖14 Dm a作用在C柱右時(shí)排架內(nèi)力圖(5) Tmax作用于AB跨柱當(dāng)AB跨作用吊車橫向水平荷載時(shí)，排架計(jì)算簡圖如圖15a所示，對于 a 柱，n =0.109,九= 0.356,得 a uefmrZmJfmu0.667,則同理，對于 b 柱，n =0.281,九=0.356, a = 0.667 ,C5 = 0.598 ,則：排架柱頂總反力R為：各柱頂剪力為：排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖15b所示。當(dāng)Tmax方向相反時(shí)，彎矩圖和剪力只改變符號(hào)，方向不變。圖15 Tmax作用于AB跨時(shí)排架內(nèi)力圖(6) Tmax作用于BC跨柱由于結(jié)構(gòu)對稱及吊車噸位相等，故排架內(nèi)力計(jì)算與Tmax作用

12、AB跨情況相同，僅需將 A柱與C柱的內(nèi)力對換，如圖16所示。圖16 Tmax作用于BC跨時(shí)排架內(nèi)力圖5.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)力標(biāo)準(zhǔn)值匯總表，表4表12、表3為A柱內(nèi)力組合表，這兩表中的控制截面及正號(hào)內(nèi)力方向如表3中的例圖所示。對柱進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)，內(nèi)力采用標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)只需對e0/h0 > 0.55的柱進(jìn)行驗(yàn)算。為此，表 3中亦給出了 M k和Nk的組合值，它們均滿足e0 /h0 >0.55的條件，對設(shè)計(jì)來說，這些值均取自Nmin及相應(yīng)的M和V 一項(xiàng)。表3 A柱內(nèi)力設(shè)計(jì)值匯總表柱 號(hào)及正 向內(nèi)力荷載類別恒 載屋面活載吊車豎向荷載吊車水平荷載風(fēng)荷

13、載作 用在AB跨作 用在BC跨作用在A柱作用 在B 柱 左作用在B柱 右作 用在C柱作用 在AB跨作用 在BC跨左 風(fēng)右 風(fēng)序號(hào)123456789101111.980.522.30-51.19-56.7744.60-5.2910.50一18.55237.6137.8000000000-29.78-8.932.30114.41-21.0844.60-5.2910.50-18.55296.4137.80552118.9700000011.76-4.586.4621.98-123.59125.14-14.85139.76-107.20332.9937.80552118.970000006.390.6

14、70.64-14.22-15.7712.39-1.4730.81-19.10彎矩圖注：M單位（kN m）, N單彳至kN , V單位kN截 面+ M max組若口 相應(yīng)埠勺N、VM max組 心相應(yīng)的 :N 、“+ N1' max組委相應(yīng)的合市 M 、N min及組 相應(yīng)柒項(xiàng)M 、V114.8-211.98114.8114.83275.411237.6123275.413237.61-27.4811-38.711-38.71-29.783296.412334.212334.211296.4118.22117.18113.64118.223332.992370.79-23370.7933

15、32.991相應(yīng)的M相應(yīng)的N237.7'13.64370.79注：M單位（kN m）, N單彳ikN, V單位kN表5恒載+1.4吊車荷載截 面牙 q+M ma目應(yīng)的N、x小的 合及相N、口 及相 人應(yīng)的合幣 M 、%組合 項(xiàng)及相應(yīng)的M、V73.40173.40155-58.9515173.4056237.676237.66919237.61919237.611118.71-72.161118.71-55.82641351413-76738.07391.586738.079196919296.411237.01-207.01237.01184.1146984469656-774.544

16、0.066774.58983899332.991相應(yīng)的M相6應(yīng)的N923.454184.11332.99注：M單位（kN m）, N單彳ikN, V單位kN截 面+ Mmax絨合相應(yīng)的項(xiàng)N 、V- M max組妥口相應(yīng)的項(xiàng)MN、V+ N max修合相應(yīng)的項(xiàng)M 、VN min及組'人 相應(yīng)的項(xiàng)M、V0122.48111-6.5710122.48101 22.481237.61237.61237.61237.6101 -19.28111 -48.33111 -48.33111-48.313296.41296.41296.41296.41011151.521111-95.441011151.

17、52101151.512332.99332.99332.99332.9901相應(yīng)的M相應(yīng)的N137.2151.52332.99注：M單位（kN m）, N單位kN,V單彳i kN。表7 1.2恒載+0.9M1.4M （屋面活荷載十吊車荷載十風(fēng)載）截面L及同入相應(yīng)的三N頁、V4 工二及相應(yīng)的,N'、V4口及組;相應(yīng)的 合用 M項(xiàng)、V綃 臺(tái) 項(xiàng)Nm及相應(yīng)的M、V,2I79.2511,5,99-68.555,2179.25131,378 .783：,6!,103271 ).63237.61,60392711 .636 ,910237.61,3,6!,101151.3841 ,2-92.655

18、,211073 .3471,7911-69.916693) .85vJ,79,11416.08,4,9067271.87296.41n,3,6,103461 .1361 ,25 ,811-285.802,2,4,8 013423 .1041,36,910298.473I7303 .43463.37667641 .45332.99,2：,6!,10r相應(yīng)的M相應(yīng)的Nr50.656294.351367.01注：M單位（kN m）, N單位kN, V單位kN截 面=TM-IVI max及W ，一&相應(yīng)B LL的 N、V組 合 項(xiàng)M max及相應(yīng)的N 、V組 合 項(xiàng)+ N1" max

19、及相應(yīng) 的M、V組 合 項(xiàng)N1 弋 min及相應(yīng)的M、V,2,6169.80131579-51.8601 ,23 ,6969.801136969.333271.693237.61271.63237.61,3,61105.9341 ,25 ,7975.9601 ,23,46 ,997.897179-53.221L693.89 5426.088727.87296.41,3,61220.3521 ,25 ,8-189.3221 ,23 ,46 ,8216.231369172.6894730.43 3463.376764.45332.99,26?1相應(yīng)的M相應(yīng)的N322.927168.567367.0

20、1注：M單位（kN m）, N單位kN , V單位kN表9 1.2恒載+0.9M1.4M （屋面活荷載十風(fēng)載）截線應(yīng)的及相41應(yīng)的及相%1應(yīng)的及相組 合的及相應(yīng)石N、X-N、4面期V工5V工5VM、項(xiàng)VM 、12823.9615-4.711223.9681323.531311271.61237.61271.6031030237.611-18.21-54.51-54.511-46.475362122211296.41330.41330.40113131296.411143.31-88.81139.21143.35358242236381 0332.9911367.01V310367.011033

21、2.991 ,23 ,10相應(yīng)的M相應(yīng)的N35.298139.236367.01注：M單位（kN m）, N單位kN , V單位kN表10 1.2恒載+0.9父1.4M （吊車荷載十風(fēng)載）截 面及 組一,， 相應(yīng)的 A :N 頃V且及相應(yīng)的NN頁、V沙口 及相組 應(yīng)的合一eM項(xiàng)V組 合 項(xiàng)及 相應(yīng)的M、V,61076.71131,5-68.55576.71 131691076.7139237.61,911237.610691237.61237.61,4,90,113.1314.,5,911-84.618,4,901113.31417911-69.9166693.1 8585382.068669

22、3.1 85296.41,4,8 0340.1 3221,5811-281.680,4,8 01340.3221 ,69 ,10292.6596730.143429.3566730.1 43332.99,6101相應(yīng)的M相應(yīng)的N949.477292.659332.99注：M單位（kN m）, N單位kN , V單位kN表11 1.35恒載+0.7父1.4 M屋面活荷載+0.7父1.4M吊車豎向荷載截 面組及相合應(yīng)的項(xiàng) N、V組及合相應(yīng)的項(xiàng)N2. 彳1及，相應(yīng)的1M2目及爭相應(yīng)的頁M、V、V、V,2,6143,550-22.1 2881 ,293 ,643.5501q643.1863293.77

23、15267.311293.771267.311,3,6157,153,2,7154.5211 ,293 ,433.935-7-36.8354642.5815426.544707.681333.461,3,6100.131 9-67.1 8381 ,23 ,4696.9331q696.5904683.73325476.025710.194374.614,2，61相應(yīng)的M相應(yīng)的N315,91193,384401.073注：M單位（kN m）, N單位kN, V單位kN表12 A柱內(nèi)力組合表截 面組 合 項(xiàng)及相 應(yīng)的N、V組 合 項(xiàng)及相 應(yīng)的N、V組 合 項(xiàng)及相 應(yīng)的M 、V組 合 項(xiàng)及 相應(yīng)的M、

24、VMr ,Nr備注1, 2,36, 910表1479.2511,5,79,11表14-68.5551, 23, 6表1843.5501, 3,69, 10表1478.78357.699標(biāo)準(zhǔn)值取自Nmin及相應(yīng)的M ,V項(xiàng)271.63237.61293.771237.61198.0081, 4,69表12118.7131, 2,57,911表14-92.6551,46,9表12118.7131,79,11表14-69.916標(biāo)準(zhǔn)值取自N min及相應(yīng)的M ,V項(xiàng)738.01416.088738.01296.411, 3,46, 810表14346.1361, 2,58,11表14-285.802

25、1,46,8表12237.0691,3,69,10表14298.473214.595標(biāo)準(zhǔn)值取自N min及相應(yīng)的M ,V項(xiàng)730.43463.376774.59332.99277.491,2,3相應(yīng)的M相應(yīng)的N6, 91050.656294.351367.01注：M單位（kN m）, N單位kN , V單位kN六、柱截面設(shè)計(jì)22以A柱為例?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C30 fc=14.3N/mmftk =2.01N / mm,采用HRB400級(jí)鋼筋，fy = fy =360N/mm , 3 = 0.518 o上、下柱均采用對稱配1 .上柱配筋計(jì)算。上柱截面共有4組內(nèi)力。取h° =400mm -

26、40mm =360mm而1- I截面的內(nèi)力均小于 Nb，則都屬于大偏心受壓，所以選取偏心距較大的一組內(nèi)力作為最不利內(nèi)力。即取M =78.783 kN m , N = 237.61 kN ;吊車廠房排架方向上柱的計(jì)算長度l0 = 2 M 3.6m = 7.2m。附加偏心矩ea取20mm （大于400mm/30）e0 =一NM 78.783 106N mm237.6 103N=332 mm應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)0.5 fcA 0.5 14.3N/mm 2 4002mm2 =4.81 1.0237610N取 1 = I.0x 二 bh0=186.48mm 且2=763mm )貝ux : 2a = 80

27、mm滿足要求。而垂直于排架方向柱的計(jì)算長度l0 =1.25 3.6m =4.50, 4500mm/10 b11.25400 mmNu =0.9 ： fcA fyAs= 0.9 0.961 14.3N：=0.961mm400mm 400mm 360N mm2 763mm2 2= 2454.03kN N 293.771kN max滿足彎矩作用平面外的承載力要求。2 .下柱配筋計(jì)算取 h0 = 900mm - 40mm = 860mm與上柱分析方法類似。而I I , III - HI截面的內(nèi)力均小于Nb ,則都屬于大偏心受壓所以選取偏心距e0最大的一組內(nèi)力作為最不利內(nèi)力。按 M =278.473kN

28、 m, N=332.99kN 計(jì)算下柱計(jì)算長度取l0 =1.0Hl = 6.5m ,附加偏心距 ea =900mm/30 =30mm （大于 20mm）。b =100mm , " = 400mm , hf = 150mm應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù) "且取-2 =1.00.5fcA 0.5 14.3N mm2 100mm 900mm2 400mm - 100mm150mm 1332990N= 3.865 1.0b 1 21400 里 hh。,取-1 = 1.01=1 2 1.0 1.0=1.035- 926.34mm6500mm、1400 Mi860mm 1 900 JG =1.0

29、5 926.34mm =958. 76mm先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則 即中和軸過翼緣 x 二:2: s =80mm2、選用 418 As =(1018mm )垂直于彎矩作用面的承載力計(jì)算：84A =1.875x105mm2, ly =195.38父10 mm3.柱箍筋配置由內(nèi)力組合表Vmax =50.656kN max,相應(yīng)的N =367.01kN, M = 294.351kN m 驗(yàn)算截面尺寸是否滿足要求。600=50.656kN4000.25 -c fcbh0 =0.25 1.0 14.3 400 860 = 1229800 N = 1229.8kN - Vmax c c 0max截面滿足

30、要求。計(jì)算是否需要配箍筋：取 =3可按構(gòu)造配箍筋，上下柱均選用d8200箍筋。 滿足彎矩作用面的承載力要求。4.柱的裂縫寬度驗(yàn)算相應(yīng)于控制上、下柱配筋的最不利內(nèi)力組合的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合為:表13柱的裂縫寬度驗(yàn)算表柱截面上柱下柱內(nèi)力 標(biāo)準(zhǔn)值57.699214.595198.008277.49291.39 >0.55 ho = 198773.340.0095 >0.01 取Pte =0.010.01131.11.0卜£480.5291183.3400.523288.95722.2172.06174.0450.3410.4360.124 <0.3滿足要求0.147C0.3

31、 滿足要求上柱A =763 mm2,下柱As =1018 mm2 Es = 2.0 "° N,/mm ；構(gòu)件受力特征系數(shù)口cr =2；混凝土保護(hù)層厚度 c取30mm。驗(yàn)算過程見表5。5.牛腿設(shè)計(jì)根據(jù)吊車梁支承位置、截面尺寸及構(gòu)造要求，初步擬定牛腿尺寸,如圖6所示。其中牛腿截面寬度 b=400mm ,牛腿截面高度 h =600mm,圖6牛腿尺寸簡圖h0=565mm。(1)牛腿截面高度驗(yàn)算=0 65 ftk =2.01N/mm 取 a = 0。=0 （牛腿頂面無水平荷載),DmaxFvk按下式確定。vk ? Q551.998kN十1.4誓=443.284kN1 1 -0.5Fhkftkbh。二 0.65Fvk 0