单层工业厂房设计计算书.doc

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1、结构选型该厂房是广州市的一个高双跨（18m+18m ）的机械加工车间。车间长90m,柱矩6米,在车间中部，有温度伸缩逢一道，厂房两头设有山墙。拄高大于8米，故采用钢筋混凝 土排架结构。为了使屋架有较大的刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房的各构选型见表计算简图中柱的总高度H,下柱高度Hi和上柱的高度 Hu分别为:表主要构件选型结构的名称标准图集'选用型号重力荷载标准值屋面板G410( ),1.5m x 6n预应力 混凝土板1.4KN/m天沟板G410（三）,1.5m x 6n预应力 混凝土板（卷材防水天沟）外天沟2.02KN/M 内天

2、沟1.83KN/M屋架G314（二）,预应力混凝土折线 型屋架（跨度18）53.5KN每榀吊车梁G323（二），钢筋混凝土吊车梁 （中轻级工作制）27.5KN每榀轨道连接0.8KN/m基础梁由图1可知柱顶标高是米，牛腿的顶面标高是米，室内地面至基础顶面的距离米，则H=+=Hi=+=Hu=根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表。见表柱截面尺寸及相应的参数柱号计-算参截面尺寸/mm面积2/mm惯性矩/mm 4自重 /(KN/m)A,C上柱矩 400X 40016000000下柱I400 X 800 X 100X 150177500B上柱矩 400X 400160000004

3、下柱I400 X 800 X 100X 150177500荷载计算1 恒载(1)屋盖横载屋面板预应力混凝土屋面板1.4KN/m220m厚1:3水泥沙浆找平层和防水成上铺石子0.75KN/m2总：2.15KN/m2外天沟外天沟板2.02KN/m找平层1.6KN/m总：3.62KN/m内天沟内天沟板1.83KN/m找平层1.6KN/m总：3.43KN/m嵌板嵌板1.652KN/m2灌缝0.1KN/m2总1.752KN/m屋架屋架屋架预埋件53.5KN/榀钢筋混凝土系杆5.94KN/榀屋架预埋件件0.4KN/榀总59.84KN/榀15KN/I3.62KN/m3.43KN/m图1求反力：F1 =F2=

4、屋架重力荷载为，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值:Ga1 = X +2)=Gb1=XX 6+2)= KN(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值11) 1 1)11,II川1川IJIJH11HiiiiiJiimmiiiniur12.9KN/mGa3= x( + X 6)=Gb3= x( +x 6)=(3)柱重力荷载的设计值A,C柱上柱G 4A= Gc=1.2 X 4X 3.6=17.28KN下柱G 5A= G5c=1.2 X 4.43 X 7.2=38.28KNB柱上柱G 4A= Gc=1.2 X 4X 3.6=17.28KN下柱G 5A= G5c=1.2 X 4.43 X 7.2=38.28K

5、N2 .屋面活荷载屋面活荷载的标准值是m2,作用于柱顶的屋面活荷载设计值:Qi=XX 6 X 18/2= KN3，风荷载风荷载标准值按3k= 3 Z(1 s(1Z30计算其中30=m2,3z=1,1 z根据厂房各部分及B类地面粗糙度表确定。柱顶(标高)1 z=橼口(标高)1 Z=屋顶(标高13.20m)i z=1 s如图3所示，由式3 k= 3 z 1 S1 Z3 0可得排架的风荷载的标准值：23 k1 = 3 z 1 si 1 z3 0=XXX = KN/m3 k2= 3 z 1 S2 1 Z3 0=XXX = KN/m2Ga=176.81KNQ=37.8KNGa=38.28KNGi=176

6、.81KNQ=37.8KNG=38.76KN图2荷载作用位置图GG7.28KN二三二二二，q2图3风荷载体型系数和排架计算简q1 = xx 6=m q1 = xx 6=mFw= Y q(sl+s2)Xy zhl + (s3+s4)Xy zh23 zW oB=+xx x 1 xx 64 .吊车荷载吊车的参数：，轮矩 K=, pmax=215KN, pmin=25KN,g=38KN。根据 B 和 K,可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图4所示:图4 吊车荷载作用下支座反力的影响线(1) 吊车的竖向荷载Dmax= 丫 QFpmax刀 yi= X 115 X (1+=Dmin=

7、 Y QFpmin 刀yi= X 25 X (1+=(2) 吊车的横向荷载T=1/4 a( Q+g) =1/4 XX (100+38)=吊车横向荷载设计值：Tmax=Y qT刀 yi=xx =排架内力分析柱别AMn=I u/I l入=Hu/HC0=3/1 +3入(1/n-1)3 二H/C0EIn i=1/ ni/ 刀 1/ ni0.150.332.473 a=3 b=3 cn A=n b=ncB柱0.150.332.471 .恒荷载作用下排架内力分析V/A£""夭图5恒荷载作用的计算简图3 1（1丄）n3C1=x2彳3/121(1)Gl=GAl = ； G2=G3

8、+G4A=+=； G3=G5A=；G4=2Gbi=; G5=Gg+2G4b=2 X +=;G6=G5B=；M1= Gi X ei= X = Gi+ G4A)eo- G3e3=+ X1)M iM 2Ra=Ci +C3= X + X /=(>)HHRb=OKN;内力图:/zrcM图(KN.m)芮图(KN)图6恒荷载内力图2 恒荷载作用下排架内力分析(1)AB跨作用屋面活荷载MaM2a'厂图7 AB跨作用活荷载作用简图Q=,则在柱顶和变阶处的力矩为:M 1A= X =， M 2A=X = , M 1B=X =M 1A M 2AH H则排架柱顶不动铰支座总的反力为:R= FA+ Rb=+

9、=(t )Va= R Rn a= R3 Rn b= Rn c=x = (j)排架各柱的弯矩图，轴力图,柱底剪力如图8所示:- , -8,05/4.4U/ 26旳L、«3.49；己E3M(KNm)N图(k N)图8 AB跨作用屋面活荷载内力图(2)BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨的作用荷载与 AB跨的荷载相同，故只需叫图8的各内力图位置及方向调一即可，如图10所示：*图9 AB跨作用活荷载作用简图oO- vIII44 一己卩(h汽J7bf3- 37.E337.8图10 BC跨作用屋面活荷载内力图3 风荷载作用下排架内力分析(1)左吹风时31C=81R=-qiHGi=xx =(

10、j )Rs=-qiHGi = xx =(j )R= RA+ Rc+Fw=+=(j )各柱的剪力分别为：Va= RA-Rn a=+X =-2.72KN(J)Vb= RB-Rn b=+X =(t)Vc= -Rn c= X =(t)左风计算图M(KNm)图11左风内力图(2)右风吹时因为结构对称,只是内力方向相反，所以右风吹时，内力图改变一下符号就行,如图12所示;左风计算图r 1 .6少：厲 333U11X_討，/&.31，JSlbU.j'3M(KNm)图11左风内力图4.吊车荷载作用下排架内力分析(1) Dmax作用于A柱计算简图如图12所示，其中吊车竖向荷载Dmax, Dmin

11、在牛腿顶面引起的力矩为：M aMbMa= DmaxX e3=X = Dmin X e3=X =Ra+ Ffe=+=(J )H H各柱的剪力分别为：Va= FA-Rn a=+ X =( j )Vb= R3-Rn b=+ X =(T)Vc= -Rn c=x =(t)DnaxM( KNm)图12Dmax作用在A柱时排架的内力(2)Dmax作用于B柱左计算简图如图12所示，其中吊车竖向荷载Dmax, Dmin在牛腿顶面引起的力矩为:Ma= DmaxX e3= 75 .25X =26 .33Mb= Dmin X e3= X = 2 5 9 . 6 1C3=- 2 6 . 3 3 X =- 2 . 6 8

12、 KN(J)RB=-匹 C3=2 =26H.4 2 KN(t)R= RA+ RB=- 2 .68 +2 6 .4 2 =23 .74 N()各柱的剪力分别为：Va= RA-Rn a=- 2 . 6 8 -X 2 3.7 4 = 10 .51 KN()Vb= RB-Rn b= 2 6 . 4 2 X 2 3.7 4 = 1 8 .59 KN()Vc= -Rn c=X 2 3 . 7 4 = 7 . 8 3 N(J)M( KNm)一316.15广、Dnin气MAMB *Dnax/In( KN)图13Dmax作用在B柱左时排架的内力(3)Dmax作用于B柱左根据结构对称和吊车吨位相等的条件，内力计算

13、与Dma作用于B柱左情况相同，只需将 A, C柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号：如图14(4)Dmax作用于C柱同理，将Dmax作用于A柱的情况的A, C柱的内力对换，且注意改变符号,可求得各柱的内力，如图15(5) Tmax作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图16-a所示。对于A柱,n=，入=，得 a=, Tmax=2 3aC5=23(2 a)(1 a) (2 3a)211)R= TmaxC5= 12 . 46X0RB= TmaxC5=12 . 46X0.5 4 = (J)r MB 八 DnaxDminM (KNm)N (KN)3G.15J图14 Dmax作用在B柱右

14、时排架的内力Q346 EBN (KN)75.25J c 346.35图1 5Dmax作用在C柱时排架的内力排架柱顶总反力R：R= RA+ Rb= - 6 .73 6 .73=13.4 6 KN各柱的简力：Va= FA-Rn a= 6 . 7 3 +X 1 3 .4 6 = 2 .29 KN()Vb= FB-Rn b= 6 . 7 3 +X 1 3 .4 6 = 2 .2 9 KN (J)Vc= Rn C=X =(T)4.44M( KNm)图16 Tmax作用在AB跨时排架的内力(6) Tmax作用于BC跨柱由于结构对称及吊车的吨位相等，故排架内力计算与“ Tmax作用于AB跨柱”的情况相同，只

15、需将 A柱与C柱的对换，如图17(I图17 Tmax作用BC跨时排架的内五柱截面设计(中柱)混凝土强度等级C20,fc=mm2,ftk=mm2.采用 HRB335级钢筋，fy= fy300 N/mm2,Zb=,上下柱采用对称配筋.1上柱的配筋计算由内力组合表可见，上柱截面有四组内力，取ho= 400-40 = 360 mm ,附加弯矩ea=20mm （大于4 0 0 / 3 0 ），判断大小偏心:MNM/N+q0.3h o判断大小偏心91124391.66252.66108大偏心3179429.3527.40108小偏心87119357.64263.59108大偏心从中看出3组内力为大偏心，只

16、有一组为小偏心，而且:N=< z ba fcb ho= 0 .5 5 0 X 1 X 9. 6X400X360 =所以按这个内力来计算时为构造配筋.对三组大偏心的，取偏心矩较大的的一组.即:M=N=上柱的计算长度：Lo=2Hu=2 X =eo=M/N=ei= eo+ ea=l o/h=72OO/ 400=18>5 .应考虑偏心矩增大系数n1=0.5 fcAN=XX 160000/357640=>1，取zi =1Z 2= b/h>15，取 Z 2=n =1 + 1400 到 h02 Z 1Z 2=1+ 亠釁2360f姓N=357640/1 XX 400 X 360= fc

17、bh0>2 a s/h 0=2 X 40/360=所以 x=ZX h0=X 360=e = n ei-h/2+ a s=X4 0 0/ 2 + 4 0 =fyAs(h0-as)- a 1fcbx(x/2-as)图 18、xNe + a1 fcbx(as)As=As =2fy(ho as)93.6357640 1 8 5 .0 5 + 19.6 4 0 0 9 3.6(40)2300 (360 40)=715mm选用318( As=763mm2) 验算最小配筋率：P = As/bh=763/400X 400=%>%平面外承载力验算：l0=X =l0/b=5400/400=，查表得 2

18、 = 0 9 3,Ac=A-Aa=4002-763X 2=158474mmNu= 2 (fy As + fcAs)=XX (300 X 763 X 2+X 158474)=2 下柱配筋计算取h0=800-40=760mm，与上柱分析办法相识，选择两组最不利内力：M=M=N= KNN= KN(1)按 M= , N= KN 计算Ld= 1 Hu= 1 X =,附加偏心矩 ea=800/30=(大于 2 0 mm),b=100mm,b f=400mm, hf=150mme0=M/N=217960/=ei= e0+ ea=l0/h=7200/800=9>5而且V15 .应考虑偏心矩增大系数n,取

19、Z2=1”0.5fcA廿Z 1=- =XX 160000/810940=>1，取Z 1=1Nn =1 +1400沖 Z 1Z 2= fcbf + 丄(鬻)2 1X 1 =h0760n ei=x => X 760=228,所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则x=t =810940/1 xx 400=>hf=150mmi fcbf说明中和轴位于板内，应重新计算受压区的高度:Nx=ai fc(bfb)hfaifcb81094019.6150 (400100)19.6 100e= n ei+h/2+ a s=x -800/ 2-40= 7005mmNeAs=As =a1

20、fc(bfb)hf(h。fy(h。hfx)a1 fcbx(h0 q)810940 700.5 1 9.6 (4 0 0 100) 150 760 罟 1 9.6100 394.72(760 39：72)300 (760 40)(2)按 M= , N= KN 计算L0= 1 Hu= 1 x =,附加偏心矩 ea=800/30=(大于 2 0 mm),b=100mm,b f =400mm,hf=150mme0=M/N=152690/=ei= e0+ ea=l0/h=7200/800=9>5而且V15 .应考虑偏心矩增大系数n,取Z 2=1Z 1=0.5fcAN=xx 160000/81094

21、0=>1，取Z1=1n=1+乔宦Z1Z 2=1+圭(鲁)2h0760n ei=x => x 760=228,所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则Nx=' =473440/1 xx 400=>hf=150mm 1说明中和轴位于翼缘内：e=n ei+h/2-a s=x -800/ 2-40 =NeaifcbfX(ho -)As=As ='2 =fy(hoas)123 3473440761.931 9.6 400 123.29(760)2300 (76040)最小配筋 B minA=%x 177500=355mm 2所以选314( As=461mm2)满

22、足要求查附表11 . 1的无柱间支撑垂直排架方向柱的计算长度，b=1H =l0/b=7200/400=18，查表得 ® = , Ac=A-Aa=177500-461 X 2=176578mmNu= p (fy As + fcAs)= XX (300 X 461 X 2+X 176578)= >Nmax所以满足弯矩作用平面外的承载力要求3 柱裂缝宽度验算规范中规定，对 e°/h0>的柱要进行裂缝宽度验算，本例的上柱出现e°/h0=>,所以应该进行裂缝验算。验算过程见下表2 1。其中上柱的As=763mm2 ； Es=200000N/mm 2;构件的

23、受力特征系数 acr=,混凝土的保护层厚度 c=25mm,ftk=mm2。4柱裂缝宽度验算非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求，上下柱均选用$8 200箍筋。5 牛腿设计根据吊车支承的位置，截面的尺寸及构造要求，确定牛腿的尺寸如图22所示，其中牛腿的截面宽度 b=400mm，牛腿截面高度 h=1050mm , h°=1015mm.(1) 牛腿腿截面高度验算柱截面上柱内力标准值Mk/(KN.m)62.23Nk/(KN)296.19e°=Mk/Nk /mm0.21p tk =As/(0.5bh+(b f -b)h f)0.0094<0.01,取

24、0.01n s=1+1(l 0/h) 2/(400(e 0/h 0)1.15e=n se°+h/2-a s /mm401.50Y f =hf'(h f、-b)h f /mm0.00z=0.87-0.12(1- y f')(h 0/e)2h 0/mm278.47c sk=N(e-z)/A sZ171.51书=1.1-0.65f tk / P te c sk0.52CO =acr ©c sk /Es(19C+0.08d ep/ p et )0.17表 21柱的宽度验算表17 <,所以满足要求Fv<3(1 一 0.5 Fhk/Fvk)込验算0.5ho3

25、 = 0 . 65, ftk=mm2,Fhk=0, a=650-175-250/2=350mmFVk=Dmax/ 丫 Q+G3/ y G=+(10 . 5 Fhk/F vk)ftkbh。0.5ah。1.54 400 1015X=> Fvk350 200.51015所以所选的尺寸满足要求(2) 牛腿配筋计算纵向受拉钢筋总截面面积 As：AsFva0.85fyh°(346150 38760) (350 20)=550. 2 mm20.85 300 1015根据规定，纵向受拉钢筋As的最小配筋率为=X 400 X 1050=840mm2> mm2。所以要按8 4 0 mm2配筋

26、。现在选用516( As=1005mm2)水平箍筋选用$8100的双肢筋。牛腿的剪跨比a/h 0=370/1050=>，所以应该设置弯起钢筋A>0 . 5 As=，且 A> = X 400X 1015=609 mm2故选用 4$14( As= 615 mm2)6牛腿设计采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部， 混凝土达到设计强度后起吊。插入杯口深度为800mm,则柱吊装时的总长度为 +=.。柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载(应考虑动力系数)即q1=Gq1k= xx =mq2=Gq1k= xxxx 25)=mq3=(iu Gq1k= xx =mq2在上述荷载的作用下，柱的控制截面的弯矩

27、为：M1= q1Hu2=XX = q1Hu2=XX( +) 2+X 由刀 Mb=+M2=0解得：RA=M3=Rax- q3x2令dM=RA_q3x=0 得x= 则下柱段最大弯矩 M3为:dxM3=X柱的截面上柱下柱M(M)/(KNm)46.66(38.88)94.71(78.93)Mu=fA(ho-as')/(KN.m)73.25>0.9 X 46.6697.63>0.9 X 94.712(T sk=M/(0.87h 0As)/(N/mm2)162.7264.1书=1.1-0.65f tk/ f te C sk0.4850.723 max=acrsk (1.9c+0.08d

28、eq/ p te )/Es0.16<0.20.09<0.2表 2 4吊装时柱的宽度验算表六.基础设计(B柱下基础)1 初步确定杯口尺寸及基础埋深(1)杯口尺寸-0.00075-0.600图2 5基础截面尺寸杯口的深度：柱子的插入深度Hi=800m m,所以杯口深度为 800+50=850mm杯口顶部尺寸：宽为 400+2X 75=550mm，长为 800+2X 75=950mm杯口底部尺寸：宽为 400+2X 50=500mm，长为 800+2X 50=900mm杯口厚度：因为800<hc<1000,所以杯壁的厚度取 t=350mm杯壁高度：hiw t/=350/=46

29、6mm，取 hi=350mm杯底厚度；ai=250mm，根据a2> ai原则，取a2为250mm根据以上尺寸，确定基础总高度Hi+ai+50=800+250+50=1100mm地基承载里设计值：fa=200KN/m 2(2) 基础面积计算计算公式+Mma组合Nma组合Nmir组合Fd=N(KN)810.941006.06473.44Md=M+Vh(KN.m)227.49172.48171.02表26 B柱在基础地面的荷栽估算基础底面积:A>N=(200-20 X = r°D考虑偏心受压，将基础的面积增大2 0%G=y gy yDA=X 20XX 8=326.4KN计算公式

30、+MmO组合Nma组合Nmir组合N+G/(KN)1137.341332.46799.84e=Md/N+G0.200.130.21p max=(N+G)/A(1+6e/l)/(KN/m2)184.82198.90132.05p min=(N+G)/A(1-6e/l)/(KN/m2)99.51134.2267.91表2 7基础底面压应力计算取基础地面长边与短边的比为2,则l=, b=，取 1=4 m, b= 2 m校核基础底面积是否满足要求：(1)校核(Pmax+Pmin)< f(Pmax+Pmi n)=x +=<f=200(2) 校核 Pmaxw Pmax=<=X 200=2

31、40KN(3) 校核Pmin0Pmin=>0由以上得知，基础的地面尺寸4X2 = 8m2,满足要求图2 8基础截面尺寸2 .地基净反力计算:计算公式+MmO组合Nma組合Nmin组合e0=Md/N /(cm)0.280.170.36Pj =N/A /(KN/m2)101.37125.7659.13p max=N/A(1+6e/l)/(KN/m2)144.02158.1091.19p min=N/A(1-6e/l)/(KN/m2)58.7193.4227.06表29地基净反力由表可以看出 Nmax最不利。(Pjmax=,Pjmin=)3.冲剪强度验算从杯口顶面柱边开始的4 50斜拉裂面与基

32、础底面交界处(截面1-1)的净反力Pj1。基础的有效高度ho=11OO-4O=1O6OmmPj1=+/4 X同理按比例算得：Pj I =+(2+/4XPj I '=+(2+/4 X因为 b=<bc+2ho=400+ 2 X 1060=25200mm，所以Ai=(|/2+hv/2-ho)b=(4/ X 2=A2=(bc+ho)ho-(ho+bc/2-b/2)2=+ X +2-2/2)2= m2(1)柱边截面PjmaxAi = x =，查表的B np=C15 ft=mm23 npA2= xxx 1480000=PjmaxAi=x =满足要求(2)变阶截面；算法同上面的一样，同样满足要

33、求。4 配筋验算I I截面：Mi=i/48(Pjmax+Pj)(2b+bc)+(Pjmax-Pj)b(l-hc)2=1/48+(2 X 2+ X 22=Asi= Mi/= X 210000 X =I ' I '截面：M=1/48(Pjmax+Pj)(2b+b1)+(Pjmax-Pj)b(l-l1)2=1/48+(2 X 2+ X 22=190Asi'= Mi/=190/ X 210000 X =比较Asi和Asi',应该按 Asi来配筋，取1 016(As=1538)n n截面Asn = M n /= X 210000 XAs n '= M n '/= X 210000 X1M n=Pj(b-bc)2(2l+hc)=1/24 X 2(2 X 4+=24n '截面1M n '=Pj(b-b1)2(2l+l1)=1/24 X 2(2 X 4+=按构造配筋取2 510( As=1963mm2)满足要求24