單層工業(yè)房的設(shè)計(jì)例題

1、單層工業(yè)房設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)資料：1. 工程概況某造紙車間為一單跨單層鋼筋混凝土廠房，廠房總長66m，跨度27m，柱距6m，設(shè)有20/5t、10t各一臺(tái)中級(jí)工作級(jí)別吊車，軌頂標(biāo)高+10.1m。廠房平面圖如圖（1） 2. 設(shè)計(jì)資料屋面構(gòu)造：二氈三油防水層(上鋪綠豆砂)；20mm厚水泥砂漿找平層；100mm水泥膨脹珍珠巖保溫層；一氈二油隔氣層；20mm厚水泥砂漿找平層；預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板。圍護(hù)結(jié)構(gòu)：240mm厚普通磚墻，雙面抹灰；鋼框玻璃窗寬×高：4000mm×5100mm和4000mm×1800lmm。地面:鋼筋混凝土地面,室內(nèi)外高差150mm。 3設(shè)計(jì)基本原始資料

2、 自然條件：基本風(fēng)壓為0.5kN/m2，地面按B類，基本雪壓為0.3KN/m2，屋面活荷載為0.5kN/m2。 地質(zhì)條件：場地地面以下0.8內(nèi)為填土，填土下層4.8m內(nèi)為粉質(zhì)粘土，地基承載力特征值為240kN/m2，地下水位為-5.5m。 該工程位于非地震區(qū)，不考慮抗震設(shè)計(jì)。 4. 材料 鋼筋：箍筋為HPB235級(jí)鋼筋、受力鋼筋HRB335級(jí)鋼筋。混凝土：柱采用C40，基礎(chǔ)采用C20。5設(shè)計(jì)要求1)初步確定排架結(jié)構(gòu)布置方案；2)對結(jié)構(gòu)上部的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件進(jìn)行選型，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置； 3)排架的荷載計(jì)算和內(nèi)力分析； 4)排架柱的設(shè)計(jì)；5)柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)二、構(gòu)件選型及屋蓋布置根據(jù)廠房的跨度、吊車起重量

3、的大小、軌頂標(biāo)高，吊車的運(yùn)行空間等初步確定出排架結(jié)構(gòu)的剖面如圖（2）所示。為了保證屋蓋的整體性，屋蓋采用無檁體系。1.屋面板采用1.5m×6m預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板，根據(jù)屋面做法求得屋面荷載，采用標(biāo)準(zhǔn)圖集92G410（一）中的YWB2，屋面板自重標(biāo)準(zhǔn)值為1.4KN/m2（包括灌縫自重）。2天溝板(外天溝排水) 選用92G410(三)標(biāo)準(zhǔn)圖集中的JGB771，自重標(biāo)準(zhǔn)值2.02kNm。 3屋架采用預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架，選用標(biāo)準(zhǔn)圖集95G415(三)，每榀屋架自重標(biāo)準(zhǔn)值為120kN。 4屋蓋支撐 在端部第二開間的屋架端部和跨中設(shè)三道垂直支撐、其他跨相應(yīng)部位設(shè)下弦系桿，端頭第二開間設(shè)下弦橫向

4、水平支撐。 5吊車梁 選用95G425標(biāo)準(zhǔn)圖集中的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土吊車梁，梁高1200mm，每根自重標(biāo)準(zhǔn)值44.2kN，軌道及墊層構(gòu)造高度200mm，軌道及連接重 l kN/m。 6排架柱排架的上柱截面為矩形, 下柱采用工字形截面。7. 支撐布置設(shè)計(jì)采用大型屋面板，可以不設(shè)屋架上弦支撐。根據(jù)構(gòu)造要求，設(shè)置相應(yīng)的屋架下弦支撐，并在跨度中點(diǎn)處布置一道垂直支撐。見 圖（3） 本設(shè)計(jì)跨度27m,大于18m，因此需要布置支撐。柱截面高度h>600mm,下部柱間支撐做成雙片，其間距為柱截面高減去200mm，見圖（4）。 圖（3） 屋架下弦支撐圖（4）柱的支撐布置 三、排架的荷載計(jì)算 1排架計(jì)算簡圖

5、的確定 (1)確定柱高。 吊車梁頂標(biāo)高=軌頂標(biāo)高軌道構(gòu)造高度=10.10.2=9.9m 牛腿標(biāo)高=吊車梁頂標(biāo)高吊車梁高=9.9-1.2=8.7m 柱頂標(biāo)高=軌頂標(biāo)高+吊車高度H+上部運(yùn)行尺寸，取為12.6m 上柱高Hu=柱頂標(biāo)高-牛腿標(biāo)高=12.68.7=3.9m 全柱高H=柱頂標(biāo)高基頂標(biāo)高=12.6-（-0.6）=13.2m 下柱高Hl=H-Hu=13.2-3.9=9.3m,= Hu/H=3.9/13.2=0.295（2）初步擬訂柱尺寸 根據(jù)表一的參考尺寸，取上柱b×h=400mm×450mm, 下柱b×h×hf=400mm×850mm

6、15;200mm,截面尺寸如圖（5）所示。圖（5）下柱截面尺寸（單位：mm） 圖（6）排架計(jì)算簡圖（3）參數(shù)計(jì)算上柱： 下柱： 比值： 排架計(jì)算簡圖如圖（6）2荷載計(jì)算(1)恒載計(jì)算。1)屋蓋結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值： 二氈三油防水層 0.35KN/m220mm厚水泥砂漿找平層； 20×0.02=0.4 KN/m2100mm水泥膨脹珍珠巖保溫層； 4×0.1=0.4 KN/m2一氈二油隔氣層； 0.05 KN/m220mm厚水泥砂漿找平層； 20×0.02=0.4 KN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板。 1.4 KN/m2 gk=3.00 KN/m2 天溝板 2.02×

7、;6=12.12 KN 屋架自重 120KN 則作用在一榀橫向平面排架一端柱頂?shù)奈萆w自重標(biāo)準(zhǔn)值為 2)柱自重標(biāo)準(zhǔn)值： 上柱 G2k=25×0.4×0.45×3.9=17.55kN 下柱 G3k=25×9.1×0.2×0.4×2+0.4×0.1+2×注（1.1為考慮下柱仍有部分矩形截面而乘的增大系數(shù)） =0 3）吊車梁及軌道自重標(biāo)準(zhǔn)值： G4k=44.2+1×6=50.2kN =800850÷2=375mm（2）屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 由荷載規(guī)范可知，不上人屋面均不活荷載為0.50 KN/m2

8、，不大于基本雪壓，屋面活荷載在每側(cè)柱頂產(chǎn)生的壓力為 Q1k=0.5×6×27÷2=40.5 KN （3）吊車荷載標(biāo)準(zhǔn)值 由DSQD型其參數(shù)如下吊車噸位（t）Q1k（kN）Q2k（kN）吊車寬度B（mm）輪距K（mm）Pmaxk（kN）Pmink（kN）20/532069.7760554100216791024034.615980405013651根據(jù)B與K及支座反力影響線圖（7），可求得 圖（7） 求Dmax時(shí)的吊車位置圖 其作用點(diǎn)到柱頂?shù)木嚯x y=（4）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 計(jì)算時(shí)風(fēng)壓高度變化系數(shù)按柱頂離室外天然地坪的高度12.6+0.15=12.75m取值，計(jì)算時(shí)風(fēng)

9、壓高度變化系數(shù)按檐口標(biāo)高14.9m取值 圖（8）風(fēng)載體型系數(shù)（長度單位：mm） 排架受荷總圖如圖（9） 圖（9）排架受荷總圖3內(nèi)力計(jì)算 (1)恒載作用下。 由于單層廠房多屬于裝配式結(jié)構(gòu)，柱、吊車梁及軌道的自重，是在預(yù)制柱吊裝就位完畢而屋架尚未安裝時(shí)施加在柱子上的，此時(shí)尚未構(gòu)成排架結(jié)構(gòu)。但在設(shè)計(jì)中，為了與其他荷載項(xiàng)計(jì)算方法一致，并考慮到使用過程的實(shí)際受力情況，在柱、吊車梁及軌道的自重作用下，仍按排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。 在屋蓋自重G1k、上柱自重G2k、吊車軌道及連接G4k作用下，由于結(jié)構(gòu)對稱、荷載對稱，故可簡化為如圖（10）的計(jì)算簡圖 圖（10）恒荷載作用下計(jì)算簡圖 1）在G1k作用下 2) 在

10、G2k作用下 3) 在G4k作用下 ) 疊加以上彎矩 M1k= M11k=-23.63() M2k= M12k +M22k +M42k=-63.03-3.51+18.83=-47.7()已知由規(guī)范公式： 在M1k作用下 由規(guī)范公式 在M2k作用下 在G1k、G2k、G3k、G4k共同作用下的彎矩圖和軸力圖如圖（11） 圖（11）恒荷載作用下內(nèi)力圖 圖（12）屋面活荷載作用下的計(jì)算簡圖 （2）活荷載作用。1）屋面活荷載作用下： 由于Q1k作用位置與G1k相同 在Q1k作用下的M圖和N如圖（12）所示2）吊車豎向荷載作用下： 當(dāng)Dmax,k作用在A柱時(shí) A柱 B柱 與恒載計(jì)算方法相同，可得C2=1

11、.21A柱B柱A柱與B柱相同，剪力分配系數(shù)內(nèi)力圖如圖（13） 圖（13）吊車豎向荷載作用下內(nèi)力圖3）吊車水平荷載作用下：當(dāng)Tmax向左作用時(shí) 由規(guī)范公式可得 當(dāng) 當(dāng)考慮空間作用分配系數(shù)，由表12-16可以查得 Tmax向左作用的M圖、N圖如圖（14）所示。Tmax向右作用的M圖、N圖于上述情況相反。 圖（14）吊車水平荷載作用下內(nèi)力圖 4）風(fēng)荷載作用下：風(fēng)從左向右作用，在q1和 q2 作用下，由規(guī)范公式： 風(fēng)荷載作用下的M、N圖如圖（15） 當(dāng)風(fēng)從右向左吹時(shí)，其M、N圖與上述情況相反。 圖（15）風(fēng)荷載作用下內(nèi)力圖四、最不利內(nèi)力組合由于排架單元為對稱結(jié)構(gòu)，可僅考慮A柱截面，荷載內(nèi)力匯總表見表一

12、，內(nèi)力組合見表二 表一 A柱內(nèi)力匯總表柱號(hào)截面荷載項(xiàng)內(nèi)力恒荷載屋面活荷載吊車豎向荷載吊車水平荷載風(fēng)荷載G1kG2kG3kG4kQ1kDmax,k在A柱Dmin,k在A柱Tmax,k向左Tmax,k向右左風(fēng)右風(fēng)(1)2345678A柱1-1M-1.560.51-28.94-28.94-8.918.9129.95-27.32N332.6740.50000002-2M-49.26-7.5998.517.94-8.918.9129.95-27.33N382.8740.5339.812500003-3M3.383.9129.5-51.06-97.12978.12260.96-233.67N437.274

13、0.5339.81250000V5.660.91-7.42-7.42-9.4859.48536.93-28.39 表二 A柱內(nèi)力組合表 內(nèi)力截面 由可變荷載效應(yīng)控制的組合 1.2恒載+1.4任一活載組合項(xiàng)Mmax相應(yīng)N 、V組合項(xiàng)Mmin相應(yīng)N 、V組合項(xiàng)Nmax相應(yīng)M、V組合項(xiàng)Nmin相應(yīng)M、V1-11740.0618-40.1212-1.161740.06399.2339.2455.9399.22-21378.7918-97.371378.7918-97.37935.16459.44935.16459.443-317369.418-323.081343.5617369.4524.72524

14、.721000.44524.7258.49-32.95-36058.49 內(nèi)力截面 由可變荷載效應(yīng)控制的組合 1.2恒載+1.4×0.9(任意兩個(gè)或兩個(gè)以上活載)組合項(xiàng)Mmax相應(yīng)N 、V組合項(xiàng)Mmin相應(yīng)N 、V組合項(xiàng)Nmax相應(yīng)M、V組合項(xiàng)Nmin相應(yīng)M、V1-112736.511368-61.5312368-60.891368-61.53450.23399.2450.23399.22-2135791.51128-103.11123793.1718-93.55887.59510.47938.67459.443-312367491.331458-477.0812367491.331

15、7332.87957.80682.74957.80524.7257.07-50.2857.0746.53 內(nèi)力截面 由永久荷載效應(yīng)控制的組合 組合項(xiàng)Mmax相應(yīng)N 、V組合項(xiàng)Mmin相應(yīng)N 、V組合項(xiàng)Nmax相應(yīng)M、V組合項(xiàng)Nmin相應(yīng)M、V1-112-1.61123-29.97124-29.9718-28.88488.79488.79488.79449.12-21330.0312-73.9412322.59849.88556.56889.573-312337.314-45.48963712.81-6.380.37注 五、排架柱的設(shè)計(jì) 1柱在排架平面內(nèi)的配筋計(jì)算 (1)截面尺寸。 (2)材料等

16、級(jí)?；炷粒? 鋼筋：受力筋為 箍筋為: (3)截面最不利內(nèi)力。由于截面33的彎矩和軸向力均比截面22的大，故下柱配筋由截面33的最不利內(nèi)力確定。經(jīng)比較，用于上下柱截面配筋的最不利內(nèi)力及柱在排架方向的初始偏心距、計(jì)算長度偏心距增大系數(shù)列于表三中 表三 柱在排架平面內(nèi)的計(jì)算參數(shù)截面內(nèi)力組1-1M()-29.9761415810.7378004500.9771.784N()488.79M-61.53154415174178004500.9771.500N399.23-3M369.47048157241198008500.9171.400N524.72M491.3351381553319300850

17、11.1.31N957.8注 1. 截面 內(nèi)力組 eO 九o e 邑 o 丘 (2 叮 M(hN·m) 一1463 33 365 53 059 7800 400 0955 1896 11 N(kN) 4428 M 一7677 216 365 236 1 7800 400 0955 1341 N 35558 M 31854 679 765 706 1 19助0 800 0903 1364 33 N 4691 M 4412 468 765 461 1 9300 800 1000 1127 N 9426 柱在排架平面內(nèi)的配筋計(jì)算過程在此略去，計(jì)算結(jié)果見表四 表四 柱在排架平面內(nèi)的配筋計(jì)算截

18、面內(nèi)力組x偏心情況計(jì)算實(shí)配1-1M()-29.73811.78433564228大偏壓0N()488.79M-94.511741.545152228大偏壓218236 310N399.23-3M317.877241.4140469448大偏514.25M441.455331.131993125448大偏壓9931256420N993.48注1. 2. =0.5502.柱在排架平面外的承載力驗(yàn)算 上柱，Nmax =488.79kN,考慮吊車荷載時(shí)，按規(guī)范有 由規(guī)范知下柱Nmax=1000.4,當(dāng)考慮吊車荷載時(shí)，按規(guī)范有 故承載力滿足要求。3裂縫寬度驗(yàn)算(1)11截面：

19、(2)下柱33截面 驗(yàn)算裂縫寬度的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合值，按GB500092001荷載規(guī)范有 =3.38+260.96+（3.91×0.7+29.5×0.7+97.12×0.7）=288.46 裂縫間縱向鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù) = 4柱牛腿設(shè)計(jì) (1)牛腿幾何尺寸的設(shè)計(jì)。 牛腿寬b=400，若取吊車梁外側(cè)至牛腿外邊緣的距離C1=80mm，吊車梁下部尺寸為340mm，則牛腿水平截面高度 牛腿外邊緣高度h1=500mm，傾角=，牛腿高度h=500+200=700mm。 (2)牛腿配筋。 由于吊車垂直荷載作用于下柱截面內(nèi)，故a=800-850=-50mm<0，故該牛腿可按構(gòu)造配筋，縱向鋼筋取416，箍筋為8100。 (3)牛腿局部承壓驗(yàn)算設(shè)墊板尺寸為400×400mm,局部壓力標(biāo)準(zhǔn)值 故局部壓應(yīng)力圖（16） 牛腿詳圖 （mm）5柱的吊裝驗(yàn)算采用翻身吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿與下柱交接處。（1） 荷載計(jì)算上柱自重 牛腿自重 下柱自重 計(jì)算簡圖如下（2） 內(nèi)力計(jì)算。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0 彎矩圖如圖（17）圖（17） 柱吊裝驗(yàn)算圖（單位mm）(3)截面承載力計(jì)算。11截面： 22截面： 1-1截面承載力不滿足要求，需加筋。加為316 ，As=603mm2,Mu=68.7>61.6。滿足要求。(4)裂縫寬度驗(yàn)算。由承載力計(jì)算可知，只驗(yàn)算1