單層廠房結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)實(shí)例

1、課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)改為“計(jì)算書(shū)”課程名稱(chēng)：混凝土結(jié)構(gòu)基本原理 課程編號(hào)：5107810學(xué)時(shí)學(xué)分： 1周、1學(xué)分專(zhuān)業(yè)層次： 土木工程 改為“班級(jí)： ”制訂日期： 2011年4月改為“姓名： ”歸口單位： 建筑工程學(xué)院改為“學(xué)號(hào)： ”上交時(shí)間：6月1日（周五下午），最遲，6月4日（周一下午）上交材料：（1）計(jì)算書(shū)的草稿，在實(shí)例上直接計(jì)算，修改。 （2）計(jì)算書(shū)打印稿，含小結(jié)。 （3）一張A3的柱子配筋圖。材料裝訂要求：采用訂書(shū)機(jī)裝訂，不要使用塑料夾。計(jì)算書(shū)的草稿單獨(dú)裝訂；“計(jì)算書(shū)打印稿+小結(jié)+圖紙”裝訂在一起；然后裝入紙質(zhì)檔案袋。檔案袋上寫(xiě)明班級(jí)、學(xué)號(hào)、姓名等主要信息。注意：完成所有計(jì)算內(nèi)容和設(shè)計(jì)圖紙后

2、，在計(jì)算書(shū)后面附上小結(jié)。小結(jié)內(nèi)容主要包括：設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)進(jìn)度、設(shè)計(jì)心得等單層廠房結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)實(shí)例刪除因該廠房跨度在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(chē)梁及基礎(chǔ)梁。由圖1可知柱頂標(biāo)高為9.6m，牛腿頂面標(biāo)高為6m；設(shè)室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離為0.5m，則計(jì)算簡(jiǎn)圖中柱的總高度H，下柱高度Hl，和上柱高度Hu分別為：跨度因人而異，必須修改。以下計(jì)算應(yīng)該與要求的和圖紙一致。以往出現(xiàn)：任務(wù)要求（按學(xué)號(hào)）、計(jì)算書(shū)、圖紙，三者不一致！圖1 廠房剖面圖根據(jù)柱的高度、吊車(chē)起重量及工作級(jí)別等條件，可

3、確定柱的截面尺寸，見(jiàn)表1。表1 柱截面尺寸及相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)計(jì)算參數(shù)柱號(hào)截面尺寸/面積/慣性矩/自重/A，C上柱矩400400105108下柱I400900100150105108B上柱矩40060010572108下柱I4001000100150105108本設(shè)計(jì)僅取一榀排架進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算單元和計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示?？缍纫蛉硕?，必須修改 圖2 計(jì)算單元和計(jì)算簡(jiǎn)圖屋蓋恒載 20厚水泥砂漿找平層 2 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) 屋架重力荷載為60.5kN/榀，可根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)估算。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(chē)梁及軌道重力荷載設(shè)

4、計(jì)值：(3)柱自重重力荷載設(shè)計(jì)值 A、C柱: 上柱： 下柱: B柱: 上柱: 下柱: 各項(xiàng)恒載作用位置如圖3所示。圖3荷載作用位置圖（單位：kN） 屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為因人而異，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：的作用位置與作用位置相同，如圖2-56所示。風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值按計(jì)算，其中,根據(jù)廠房各部分標(biāo)高(圖2-54)及B類(lèi)地面粗糙度確定如下： 柱頂(標(biāo)高) 檐口(標(biāo)高) 屋頂(標(biāo)高) 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(jiǎn)圖則作用于排架計(jì)算簡(jiǎn)圖(圖4)上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為: 由任務(wù)書(shū)可得吊車(chē)的參數(shù)為：

5、，,根據(jù)及可算得吊車(chē)梁支座反力影響線中各輪壓對(duì)應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)值如圖5所示。(1)吊車(chē)豎向荷載吊車(chē)豎向荷載設(shè)計(jì)值為：(2)吊車(chē)橫向水平荷載作用于每一個(gè)輪子上的吊車(chē)橫向水平制動(dòng)力為：作用于排架柱上的吊車(chē)橫向水平荷載設(shè)計(jì)值為： 圖5 吊車(chē)荷載作用下支座反力影響線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(jiàn)表2。表2 柱剪力分配系數(shù)柱別A、C 柱B 柱; ; ; 由于圖6a所示排架為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)且作用對(duì)稱(chēng)荷載，排架結(jié)構(gòu)無(wú)側(cè)移，故各柱可按柱頂為不動(dòng)鉸支座計(jì)算內(nèi)力。柱頂不動(dòng)鉸支座反力可根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算。對(duì)于A，C柱，則：本例中。求得后，可用平衡條件求出柱各截面的彎矩和剪力

6、。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(jiàn)圖6、。 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。圖6恒載作用下排架內(nèi)力圖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(jiǎn)圖如圖7所示，其中，它在柱頂及變階處引引起的力矩為：對(duì)于A柱，,則對(duì)于B柱,，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)鉸支座反力疊加，可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(duì)稱(chēng)，且BC跨與AB跨作用荷載相同，故只需將

7、圖2-60中內(nèi)力圖的位置及方向調(diào)整一下即可，如圖8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)荷載作用下排架內(nèi)力分析(1）左吹風(fēng)時(shí)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖9a所示。對(duì)于A，C柱, ，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(jiǎn)圖如圖10a所示。將圖10b所示A，C柱內(nèi)力圖對(duì)換且改變內(nèi)力符號(hào)后可得，如圖2-63b所示。圖10右吹風(fēng)時(shí)排架內(nèi)力圖4.吊車(chē)荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)作用于A柱計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖11a所示。其中吊車(chē)豎向荷載，。在牛腿頂面處引起的力矩為：對(duì)于A柱，則對(duì)于柱，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

8、所示。圖11作用在A柱時(shí)排架內(nèi)力圖(1) 作用于B柱左計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖12a所示,計(jì)算如下：柱頂不動(dòng)鉸支反力，及總反力分別為：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作用于B柱左時(shí)排架內(nèi)力圖（3）作用于B柱右根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性及吊車(chē)噸位相等的條件，內(nèi)力計(jì)算與作用于B柱左的情況相同，只需將A，C柱內(nèi)力對(duì)換并改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ?hào)，如圖13所示。圖13作用于B柱右時(shí)排架內(nèi)力圖（4）作用于C柱 同理，將作用于A柱情況的A，C柱內(nèi)力對(duì)換，并注意改變符號(hào)，可求得各柱的內(nèi)力，如圖14所示。圖14作用在C柱右時(shí)排架內(nèi)力圖（5）作用于AB跨柱 當(dāng)AB跨作用吊車(chē)橫向水平荷載時(shí)，排架

9、計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖15a所示，對(duì)于A柱，得，則 同理，對(duì)于B柱，,，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)方向相反時(shí)，彎矩圖和剪力只改變符號(hào)，方向不變。圖15作用于AB跨時(shí)排架內(nèi)力圖(6)作用于BC跨柱 由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)及吊車(chē)噸位相等，故排架內(nèi)力計(jì)算與作用AB跨情況相同，僅需將A柱與C柱的內(nèi)力對(duì)換，如圖16所示。圖16作用于BC跨時(shí)排架內(nèi)力圖以柱內(nèi)力組合為例。表2-24為各種荷載作用下柱內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值匯總表，表2-25重新編號(hào)表2-32、表2-33根據(jù)自己的編號(hào)重排為柱內(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2-24中的例圖所示。 對(duì)柱進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)

10、，內(nèi)力采用標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)只需對(duì)的柱進(jìn)行驗(yàn)算。為此，表2-33中亦給出了和的組合值，它們均滿足的條件，對(duì)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，這些值均取自及相應(yīng)的和一項(xiàng)。表2-24 表3依次重排柱內(nèi)力設(shè)計(jì)值匯總表柱號(hào)及正向內(nèi)力荷載類(lèi)別恒載屋面活載吊車(chē)豎向荷載吊車(chē)水平荷載風(fēng)荷載作用在跨作用在跨作用在柱作用在B柱左作用在B柱右作用在柱作用在跨作用在BC跨左風(fēng)右風(fēng)序號(hào)123456789101100000000005520000000552000000彎矩圖注：?jiǎn)挝?)，單位，單位。表2-25 截面組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、1231123131312121131212313123 相應(yīng)的相應(yīng)的注

11、：?jiǎn)挝?)，單位，單位。表2-26截面組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、169157916916914691579146917914681581468169169相應(yīng)的相應(yīng)的注：?jiǎn)挝?)，單位，單位。表2-27截面組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、110111110110110111111111110111110110110相應(yīng)的相應(yīng)的注：?jiǎn)挝?)，單位，單位。（屋面活荷載吊車(chē)荷載風(fēng)載）截面組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、1,23,69,101,57,991,23,69101,36,9101,34,69

12、,101，25，79，111,23,46,9101,79111,34,68,101，25，8111,23,46,8101,36,9101,23,69,10相應(yīng)的相應(yīng)的注：?jiǎn)挝?)，單位，單位（屋面活荷載吊車(chē)荷載）截面組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、1,23,6915791,23,6913691,34,691，25，791,23,46,91791,34,681，25，81，23，46，813691，23，6相應(yīng)的相應(yīng)的注：?jiǎn)挝?)，單位，單位。（屋面活荷載風(fēng)載）截面組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、123101111231013101

13、31012111211111131012111231013101,23,10相應(yīng)的相應(yīng)的注：?jiǎn)挝?)，單位，單位。（吊車(chē)荷載風(fēng)載）截面組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、1，69，101,57,91116910169101，46，9101,57,9111,46,910179111,46,8101，58，111,46,8101，69，101，69，10相應(yīng)的相應(yīng)的注：?jiǎn)挝?)，單位，單位。吊車(chē)豎向荷載截面組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、1，23，6151，23，61361，34，61，25，71，23，4171，34，61251，23，

14、461361，23，6相應(yīng)的相應(yīng)的注：?jiǎn)挝?)，單位，單位。表33 柱內(nèi)力組合表截面組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、組合項(xiàng)及相應(yīng)的、,備注1,2,36,910表141,5,79,11表141,23,6表181,3,69,10表14標(biāo)準(zhǔn)值取自及相應(yīng)的,項(xiàng)1,4,69表121,2,57,911表141,46,9表121,79,11表14標(biāo)準(zhǔn)值取自及相應(yīng)的,項(xiàng)1,3,46,810表141,2,58,11表141,46,8表121,3,69,10表14標(biāo)準(zhǔn)值取自及相應(yīng)的,項(xiàng)1,2,36,910相應(yīng)的相應(yīng)的注：?jiǎn)挝?)，單位，單位6. 柱截面設(shè)計(jì)以柱為例?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為,，；采用HRB

15、400級(jí)鋼筋，。上、下柱均采用對(duì)稱(chēng)配筋。1上柱配筋計(jì)算。 上柱截面共有4組內(nèi)力。取而截面的內(nèi)力均小于，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 ,；吊車(chē)廠房排架方向上柱的計(jì)算長(zhǎng)度。附加偏心矩?。ù笥冢?， 應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)。， 取 且 選318，則 滿足要求。 而垂直于排架方向柱的計(jì)算長(zhǎng)度，則，（內(nèi)插） 滿足彎矩作用平面外的承載力要求。取與上柱分析方法類(lèi)似。 而，截面的內(nèi)力均小于，則都屬于大偏心受壓。所以選取偏心距最大的一組內(nèi)力作為最不利內(nèi)力。按，計(jì)算下柱計(jì)算長(zhǎng)度取，附加偏心距（大于20）。，應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)且取 , 取 先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則即中和軸過(guò)翼

16、緣 且 選用418 垂直于彎矩作用面的承載力計(jì)算：， 3柱箍筋配置由內(nèi)力組合表，相應(yīng)的，驗(yàn)算截面尺寸是否滿足要求。截面滿足要求。 計(jì)算是否需要配箍筋： 取 可按構(gòu)造配箍筋，上下柱均選用箍筋。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2-34 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00.3 滿足要求上柱=763，下柱=1018；構(gòu)件受力特征系數(shù)；混凝土保護(hù)層厚度取30mm。驗(yàn)算過(guò)程見(jiàn)表2-34。5牛腿設(shè)計(jì) 根據(jù)吊車(chē)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2-70所示。其中牛腿截面寬度=400mm，牛腿截面高度=600mm, =565mm。圖2-70 牛腿尺寸簡(jiǎn)圖 (1)牛腿截面高度驗(yàn)算=0.65, ，(牛腿頂面無(wú)水平荷載), 取 。按下式確定。故截面高度滿足要求。2)牛腿配筋計(jì)算。由于, 因而該牛腿可按構(gòu)造要求配筋。根據(jù)構(gòu)造要求，且縱筋不宜少于4根，直徑不宜少于12，所以選用416。由于，則可以不設(shè)置彎起鋼筋，箍筋按構(gòu)造配置，牛腿上部范圍內(nèi)水平箍筋的總截面面積不應(yīng)小于承受的受拉宗縱筋總面積的，箍筋選用。局部承壓面積近似按柱寬乘以吊車(chē)梁斷承壓板