單層廠房排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

單層廠房排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)(3)材料基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20；

柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。柱中受力鋼筋基礎(chǔ)采用HRB335級(jí)、箍筋、構(gòu)造筋、基礎(chǔ)配筋采用HPB300級(jí)鋼筋。(4)設(shè)計(jì)要求分析廠房排架內(nèi)力，并進(jìn)行排架柱和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)；

繪制排架柱和基礎(chǔ)的施工圖。圖1廠房平面圖圖2廠房剖面圖2.結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型、結(jié)構(gòu)布置方案確定說(shuō)明因該廠房跨度在15?36m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)。為了保證屋蓋的整體性和剛度，屋蓋采用無(wú)檁體系。由于廠房屋面采用卷材防水做法，故選用屋面坡度較小而經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好的預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架及預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板。普通鋼筋混凝土吊車梁制作方便，當(dāng)?shù)踯嚻鹬亓坎淮髸r(shí)，有較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，故選用普通鋼筋混凝土吊車梁。廠房各主要構(gòu)件選型見(jiàn)表1。表1主要承重構(gòu)件選型表構(gòu)件名稱標(biāo)準(zhǔn)圖集選用型號(hào)重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面板04G410-11.5m×6m預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板YWB-2Ⅱ(中間跨）

YWB-2s（端跨）

(包括灌縫重)天溝板04G410-11.5m×6m預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板(卷材防水天溝）

TGB68-1屋架04G415-1預(yù)應(yīng)力混凝土折線型屋架（跨度21m）

YWJA-24-1Aa吊車梁04G323-2鋼筋混凝土吊車梁（吊車工作級(jí)別為A1-A5)DL-9Z（中間跨）

DL-9B(邊跨）

軌道連接04G325吊車軌道聯(lián)結(jié)詳圖基礎(chǔ)梁04G320鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁JL-3由上圖可知，吊車軌頂標(biāo)高為9.00m。對(duì)起重量為、工作級(jí)別為A5的吊車，當(dāng)廠房跨度為24m時(shí)，可求得吊車的跨度Lk=22.5m，由附表4可查得吊車軌頂以上高度為2.187m；

選定吊車梁的高度，暫取軌道頂面至吊車梁頂面的距離，則牛腿頂面標(biāo)高可按下式計(jì)算：

牛腿頂面標(biāo)高=軌頂標(biāo)高--=9.00—1.20—0.20=7.0m由建筑模數(shù)的要求，故牛腿頂面標(biāo)高取為7.50m。實(shí)際軌頂標(biāo)高=7.50+1.20+0.20=8.90m<9.00m?？紤]吊車行駛所需空隙尺寸=300mm，柱頂標(biāo)高可按下式計(jì)算：

柱頂標(biāo)高=牛腿頂面標(biāo)高+++吊車高度+=7.50+1.20+0.20+2.187+0.3=11.387m故柱頂（或屋架下弦底面）標(biāo)高取為11.4m。取室內(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、下柱高度和上柱高度分別為=11.4+0.5=11.9m=7.5+0.5=8.0m=11.9-8.0=3.9m根據(jù)柱的高度、吊車起重量及工作級(jí)別等條件，確定柱截面尺寸，以及由柱的截面尺寸，可求得柱的截面幾何特征及自重標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)表2。表2柱截面尺寸及相應(yīng)的計(jì)算系數(shù)柱號(hào)計(jì)算參數(shù)截面尺寸/mm面積/慣性矩/自重/（kN/m）

A，C上柱矩400×4001.6×4.0下柱400×900×1504.69B上柱矩400×6006.0下柱1400×1000×1504.943.定位軸線橫向定位軸線除端柱外，均通過(guò)柱截面幾何中心。對(duì)起重量為工作級(jí)別為A5的吊車，可查得軌道中心至吊車端部距離；

吊車橋架外邊緣至上柱內(nèi)邊緣的凈空寬度，一般取值不小于80mm。對(duì)中柱，取縱向定位軸線為柱的幾何中心，則=300mm，故符合要求。對(duì)邊柱，對(duì)邊柱，取封閉式定位軸線，即縱向定位軸線與縱墻內(nèi)皮重合，則=400mm，故符合要求。4.計(jì)算簡(jiǎn)圖確定由于該金工車間廠房，工藝無(wú)特殊要求，且結(jié)構(gòu)布置及荷載分布（除吊車荷載外）均勻，故可取一榀橫向排架作為基本的計(jì)算單元，單元的寬度為兩相鄰柱間中心線之間的距離，即B=6.0m，如圖5(a)所示；

計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖5(b)所示。圖3計(jì)算單元和計(jì)算簡(jiǎn)圖5.荷載計(jì)算5.1恒載①屋蓋恒載兩氈三油防水層0.35kN/20mm厚水泥砂漿找平層20kN/×0.02m=0.40kN/100mm厚水泥珍珠巖制品保溫層4kN/×0.1m=0.40kN/一氈兩油隔氣層0.05kN/20mm厚水泥砂漿找平層20kN/×0.02m=0.40kN/預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板（包括灌縫）

1.40kN/屋架鋼支撐合計(jì)3.05kN/屋架重力荷載為106kN/榀，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)重力荷載設(shè)計(jì)值為×（3.05kN/×6m×24m/2+106kN/2)=327.12kN②吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計(jì)值×（39.5kN+0.8kN/m×6m)=53.16kN③柱自重重力荷載設(shè)計(jì)值A(chǔ)，C柱×4kN/m×3.9m=18.72kN（上柱）

×4.69kN/m×8.0m=45.024kN（下柱）

B柱×6kN/m×3.9m=28.08kN（上柱）

×4.94kN/m×8.0m=47.424kN（下柱）

各項(xiàng)恒載作用位置如圖6所示。圖4荷載作用位置圖（單位：kN）

5.2屋面活荷載屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/，兩者相等，但由于雪荷載組合系數(shù)小于屋面活荷載，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×0.5×6m×24m/2=50.40kNQ1的作用位置與作用的位置相同，如圖6所示。5.3風(fēng)荷載風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算，其中，，根據(jù)廠房各部分標(biāo)高（圖4）及B類地面粗糙度確定如下：

柱頂（標(biāo)高11.4m）=1.036檐口（標(biāo)高13.70m）=1.096屋頂（標(biāo)高15.10m）=1.132如圖7所示，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5風(fēng)荷載體型系數(shù)及排架計(jì)算簡(jiǎn)圖則作用于排架計(jì)算簡(jiǎn)圖（圖7）上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為：

5.4吊車荷載選擇大連重工起重集團(tuán)QDDQ型吊車可知吊車參數(shù)為：對(duì)于AB跨圖6吊車荷載作用下支座反力影響線根據(jù)及，可算得吊車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8所示。①吊車豎向荷載吊車豎向荷載設(shè)計(jì)值：

②吊車橫向水平荷載：作用于每個(gè)輪子上的吊車橫向水平制動(dòng)力為：

作用于排架柱上吊車橫向水平荷載設(shè)計(jì)值為：

6.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(jìn)行排架內(nèi)力分析。其中柱的剪力分配系數(shù)按下式計(jì)算：

式中：——第i根排架的抗側(cè)移剛度。其結(jié)果見(jiàn)表3。表3柱剪力分配系數(shù)柱別A，C柱B柱6.1恒載作用下排架內(nèi)力分析恒載作用下排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖9(a)所示。;:;;如圖9所示，排架為對(duì)稱結(jié)構(gòu)且作用對(duì)稱荷載，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)鉸支座反力計(jì)算如下：

對(duì)于A，C柱，，則：

求得后，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(jiàn)圖9（b）、（c）。圖9（d）為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負(fù)號(hào)規(guī)定。圖7恒載作用下排架的內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖6.2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10（a）所示其中，它在柱頂及變階處引起的力矩為：

;對(duì)于A柱，，，則對(duì)于B柱，則排架柱頂不動(dòng)鉸支座總反力為：

將R反向作用于排架柱頂，用下式計(jì)算相應(yīng)的柱頂剪力，并于柱頂不動(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：

排架結(jié)構(gòu)的彎矩圖和軸力圖分別見(jiàn)圖10（b）、（c）。圖8AB跨作用屋面活荷載時(shí)排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖（2）BC跨作用屋面活荷載由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，且BC跨與AB跨作用荷載相同，故只需將圖10中各內(nèi)力圖的位置及方向調(diào)整一下即可，如圖11所示。圖9BC跨作用屋面活荷載時(shí)排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖6.3風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析（1）左吹風(fēng)時(shí)排架計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖12（a）所示對(duì)于A，C柱，已知?jiǎng)t：

各柱頂剪力分別為：

排架彎矩圖如圖12（b）所示：

圖10左吹風(fēng)時(shí)排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖（）

(2)右吹風(fēng)時(shí)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖13（a）所示。將圖12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13（b）所示。圖11右吹風(fēng)時(shí)排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖（）

6.4吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析（1）作用于A柱計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖14（a）所示其中，吊車豎向荷載，在牛腿頂面處引起的力矩為：

對(duì)于A柱，，則：

對(duì)于B柱，，則：

排架各柱剪力為：

排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖14（b）、（c）所示：

圖12作用在A柱時(shí)排架計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖（2）作用于B柱左計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖15所示其中，吊車豎向荷載，在牛腿頂面處引起，為：

柱頂不動(dòng)鉸支反力，及總反力分別為：

排架各柱頂剪力為：

排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖15（b）、（c）所示。圖13作用在B柱左時(shí)排架計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖（3）作用于B柱右根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性及吊車噸位相等的條件，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16所示圖14作用在B柱右時(shí)排架計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖（4）作用于C柱同理，將“作用于A柱”的情況的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17所示圖15作用在C柱時(shí)排架計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖（5）作用于AB跨柱計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖18（a）所示對(duì)于A柱，，，查表得，則同理，對(duì)于B柱，，，查表得，則排架柱頂總反力為：

各柱頂剪力為：

排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖18（b）所示。圖16作用在AB跨時(shí)排架計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖（6）作用于BC跨柱由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱性及吊車噸位相等，故排架內(nèi)力計(jì)算與“作用于AB跨柱”的情況相同，只需將A，C柱內(nèi)力對(duì)換，如圖19（b）所示圖17作用在BC跨時(shí)排架計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖7.內(nèi)力組合由于排架單元為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可僅考慮A柱截面，荷載內(nèi)力匯總表見(jiàn)表4，內(nèi)力組合見(jiàn)表5，這些表中的控制截面及正號(hào)內(nèi)力方向如表4中的例圖所示。對(duì)主進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)，內(nèi)力采用準(zhǔn)永久值，同時(shí)只需要對(duì)的柱進(jìn)行驗(yàn)算。表4A柱內(nèi)力設(shè)計(jì)值匯總表荷載類別恒載屋面活載吊車豎向荷載吊車水平荷載風(fēng)荷載作用在AB跨作用在BC跨Dmax作用在A柱Dmax作用在B柱左Dmax作用在B柱右Dmax作用在C柱Tmax作用在AB跨Tmax作用在BC跨左風(fēng)右風(fēng)序號(hào)①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩?Ⅰ－ⅠM19.360.802.77-55.69-60.2942.98-1.76±6.79±24.345.96-13.53N345.8450.40000000000Ⅱ－ⅡM-51.12-11.802.77113.06-9.4142.98-1.76±6.79±24.345.96-13.53N39950.400562.49169.60000000Ⅲ－ⅢM22.16-5.008.45-1.18-133.09131.14-5.36±125.83±74.26117.78-91.08N444.0250.400562.49169.60000000V9.260.850.71-14.28-15.4611.02-0.45±14.88±6.2422.34-13.88注：M（單位為kN·m），N（單位為kN），V（單位為kN）

表5A柱內(nèi)力組合表截面＋Mmax及相應(yīng)N，V－Mmax及相應(yīng)N，VNmax及相應(yīng)M，VNmin及相應(yīng)M，VMq，NqⅠ－ⅠM①＋0.9×⑥+(②+③)×0.7+0.9×0.7×⑨＋⑩×0.679.451①＋0.8×⑤+0.8×0.7×⑦+?×0.6-61.5801.35①/1.2＋(②+③)×0.7+0.9×0.7×（⑥+⑨）+0.6×⑩70.863①/1.2+0.9×⑥+0.7×③+0.9×0.7×⑨+0.6×⑩75.665N381.120288.200424.350288.200Ⅱ－ⅡM①/1.2+0.8×④+0.7×0.8×⑥+0.7×③+0.7×0.9×⑨+0.6×⑩92.766①+0.9×⑨+0.7×②+0.7×0.8×(⑤+⑦)+0.6×?-95.659①+0.9×④+0.7×(②+③)+0.9×0.7×⑨+0.6×⑩63.223①/1.2+0.9×⑨+0.9×0.7×⑦+0.6×?-82.253N782.492529.256940.521332.500Ⅲ－ⅢM①+⑩+0.7×③+0.9×0.7×⑥+0.7×0.9×⑧307.746①/1.2+?+0.7×②+0.9×0.7×⑤+0.7×0.9×⑧-276.166①+0.9×④+0.7×（②+③）+0.7×0.9×⑧+0.6×⑩173.454①/1.2+⑩+0.7×③+0.9×0.7×(⑥+⑧)304.053N444.020512.145985.541370.017V48.414-24.68220.27846.871MK222.457-165.564119.707222.457NK370.017475.467756.817370.017VK35.684-15.42615.58735.684注：M（單位為kN·m），N（單位為kN），V（單位為kN）

8.柱截面設(shè)計(jì)A柱，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，14.3N/，N/；

縱向鋼筋采用HRB335級(jí)鋼筋，，。上、下柱均采用對(duì)稱配筋。8.1選取控制截面最不利內(nèi)力A柱：

取。則大偏心受壓和小偏心受壓界限破壞時(shí)對(duì)應(yīng)的軸向力為：

由表5可見(jiàn)，上柱I-I柱底截面共有4組不利內(nèi)力，4組內(nèi)力均滿足，故均為大偏心受壓。對(duì)這4組內(nèi)力，按照“彎矩相差不多時(shí)，軸力越小越不利；

軸力相差不多時(shí)，彎矩越大越不利”的原則，可確定上柱的最不利內(nèi)力為，對(duì)下柱，截面的有效高度取，則大偏心受壓與小偏心受壓界限破壞是對(duì)應(yīng)的軸向壓力為：

對(duì)下柱，截面Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面有8組不利內(nèi)力，均滿足，對(duì)這8組內(nèi)力采用和上柱I-I截面相同的分析方法，可得下柱的最不利內(nèi)力為，8.2上柱配筋計(jì)算上柱最不利內(nèi)力為：

，由附表查得有吊車廠房排架方向上柱的計(jì)算長(zhǎng)度。附加偏心距取20mm（大于400mm/30=13.3mm）。，由，故應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)。，取。故取進(jìn)行計(jì)算：

（滿足要求）

選416（）

則，滿足要求。由得垂直于排架方向的計(jì)算長(zhǎng)度，則，。。滿足彎矩作用平面外的承載力要求。8.3下柱配筋計(jì)算由分析結(jié)果可知，與上柱分析方法類似，選取其中最不利內(nèi)力：

（1）查表得，截面尺寸：

附加偏心距先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則且為大偏心受壓構(gòu)件受壓區(qū)在受壓翼緣內(nèi)，取，則：

選418（）

（2）驗(yàn)算垂直于彎矩作用平面的受壓承載力滿足要求。8.4柱的裂縫寬度驗(yàn)算《規(guī)范》規(guī)定，對(duì)的柱應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。上柱下柱本例對(duì)各控制截面荷載按準(zhǔn)永久組合計(jì)算時(shí)，上柱及下柱的偏心距都有，故不需要進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。8.5柱的箍筋配置非地震區(qū)的單層廠房柱，其箍筋數(shù)量一般由構(gòu)造要求控制。根據(jù)構(gòu)造要求，上、下柱均選用箍筋。8.6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20所示。其中牛腿截面寬度，牛腿截面高度，。圖18牛腿尺寸簡(jiǎn)圖（1）牛腿截面高度驗(yàn)算已知，，（牛腿頂面無(wú)水平荷載），，取，故牛腿截面高度滿足要求。（2）牛腿配筋計(jì)算由于，因而牛腿可按構(gòu)造要求配筋。根據(jù)構(gòu)造要求，。實(shí)際選用414（）。水平箍筋選用。8.7柱的吊裝驗(yàn)算（1）內(nèi)力計(jì)算采用翻身起吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿下部，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后起吊。由附表查得柱插入杯口深度為，取，則柱吊裝時(shí)的總長(zhǎng)度為圖19柱吊裝計(jì)算簡(jiǎn)圖柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載（吊裝時(shí)，應(yīng)考慮動(dòng)力系數(shù)=1.5，柱自重的重力荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2），即：

在上述荷載作用下，各柱控制截面的彎矩為：

由得：

令，得，則下柱段最大彎矩為：5（2）承載力和裂縫寬度驗(yàn)算柱截面受彎承載力及裂縫寬度驗(yàn)算過(guò)程見(jiàn)表7表7柱吊裝階段承載力及裂縫寬度驗(yàn)算表柱截面上柱下柱54.76（45.63）

74.84（62.37）

70.96＞0.9×54.76=49.28247.38＞0.9×74.84=67.36193.6382.630.00954<0.1取0.10.01130.43-0.30<0.2取0.233331.91.90.16＜0.2（滿足要求）

0.03＜0.2（滿足要求）

9.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)因?yàn)樾拚蟮牡鼗休d力特征值為，在單層排架結(jié)構(gòu)，柱距為6m，吊車起重量為，廠房跨度為，設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)時(shí)，要進(jìn)行地基變形驗(yàn)算，但該單層排架的吊車起重量為，不在500-1000kN之間，故不作變形驗(yàn)算。則基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C20，下設(shè)100mm厚C10混凝土墊層。9.1作用于基礎(chǔ)頂面上的荷載計(jì)算作用于基礎(chǔ)頂面上的荷載包括柱底（Ⅲ—Ⅲ截面）傳給基礎(chǔ)的M，N，V以及外墻自重重力荷載。前者由表5中的Ⅲ—Ⅲ截面選取，見(jiàn)表8，其中內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)組合值用于地基承載力驗(yàn)算，基本組合值用于受沖切承載力驗(yàn)算和地板配筋計(jì)算，內(nèi)力的正號(hào)規(guī)定見(jiàn)圖22（b）。表8基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的不利內(nèi)力組別荷載效應(yīng)基本組合荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合第1組307.746444。02048.144222.457370.01735.684第2組-276.166512.145-24.682-165.564475.467-15.426第3組173.454985.54120.278119.707756.81715.587圖20基礎(chǔ)荷載示意圖由圖22(a)可見(jiàn)，每個(gè)基礎(chǔ)承受的外墻總寬度為，總高度為，墻體為厚雙面粉刷磚墻厚（）。鋼框玻璃窗（）基礎(chǔ)梁重量為/根。每個(gè)基礎(chǔ)承受的由墻體傳來(lái)的重力荷載為：

厚磚墻鋼框玻璃窗基礎(chǔ)梁距基礎(chǔ)形心的偏心距為：

9.2基礎(chǔ)尺寸及埋置