单层厂房结构课程指导.doc

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1、课 程 设 计 用 纸 教师批阅：装配式钢筋混凝土排架结构单层厂房课程设计1. 设计资料：1.1 该厂房总长度L=114m，柱距6m，中间设伸缩缝一道，两跨跨度分别为L1=24和L2=18m，大跨设天窗。厂房柱网如图1.厂房每一跨内各有两台桥式软钩吊车，轨顶标高为H=8.3m。厂房剖面图如图2.1.2 自然条件：基本风压为w0=0.50kN/m2，基本雪压为s0=0.35kN/m21.3 地质条件(从上至下)：人工填土层，厚h1=1.2m中密砂土层，厚h2=4.5m f1=300kN/ m2以下为密实碎石土层，f2=400kN/ m2无地下水。1.4 构造做法及荷载值屋面恒载：二毡三油上铺小石

2、子 0.35 kN/ m220mm厚水泥砂浆抹平 0.40 kN/ m2100mm厚的加气混凝土隔热 0.60 kN/ m2大型屋面板（包括灌缝） 1.40 kN/ m2屋盖支撑 0.06 kN/ m2活载：不上人屋面 0.50 kN/ m2墙面240眠墙，由基础梁砌起 3.65.2 kN/ m2外墙水刷石粉刷（20mm厚） 0.40 kN/ m2内墙混合砂浆粉刷（15mm厚） 0.26 kN/ m2钢窗 0.45 kN/ m2课 程 设 计 用 纸 教师批阅：1.5 桥式软钩吊车数据 表1.1起重量Q跨度LK尺寸吊车工作级别A5宽度B轮距K轨顶以上高度H轨道中心至端部距离B1最大轮压FP ,

3、max最小轮压FPmin起重机总重 量G小 车总重量gkNmmmmmmmmmkNkNkNkN200/5022.5550044002200260215453207510016.555504400214023011525180381.6 采用标准图集屋面板 G410（一）（二）天沟板 G410（三）屋架 G415（一）（二）（三）天窗架 G316吊车梁 G4251.7 自行设计构件材料选用混凝土：C30钢筋：柱（牛腿）纵向受力钢筋HRB400，其他HPB235，基础HRB400课 程 设 计 用 纸 教师批阅：2. 结构选型、结构布置及截面尺寸确定因该厂房跨度在1536m之间，且柱顶标高大于8m，

4、故采用钢筋混凝土排架结构，画出结构布置图，标准构件选用见表2.1 表2.1 标准构件选用表标准构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值屋面板G410(一)1.5m6m预应力混泥土屋面板YWB2（中间跨）YWB2s（边跨）1.4 KN/m2（包括灌缝重）天沟板G410(三)1.5m6m预应力混泥土屋面板（卷材防水天沟板）TGB6811.91 kN/m2屋架G415(三)预应力混泥土折线形屋架（跨度24m）预应力混泥土折线形屋架（跨度18m）YWJA241AaYWJA181Aa106 kN/榀 0.05 kN/m268.2 kN/榀 0.06 kN/m2（屋盖刚支撑）吊车梁G425(二)钢筋混泥土吊

5、车梁（吊车工作级别为A1A5）DL9Z(中间跨)DL9B(边跨)45.5 kN/根45.5 kN/根课 程 设 计 用 纸教师批阅：轨道连接G325(二)吊车轨道联结详图详图索引号0.80 kN/m基础梁G320钢筋混泥土基础梁JL316.7 kN/根天窗架 图2.1 厂房剖面图课 程 设 计 用 纸 教师批阅：由图2.1可知柱顶标高为11m，牛腿顶面标高为6.8m；设室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H、下柱高度H1和上柱高度Hu分别为：H=11+0.5=11.5m Hl=6.8+0.5=7.3Hu=11.5-7.3=4.2m根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，

6、可由教材表2.4.2并参考表2.4.4确定柱截面尺寸，见表2.2表2.2 柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面尺寸/mm面积/2惯性矩/4自重/kN/mA上柱矩4004001.610521.31084.8下柱I 4008001001501.775105150.751085.325B上柱矩4006002.4105721087.2下柱I 4008001001501.775105150.751085.325C上柱矩4004001.610521.31034.8下柱I 4008001501.37510599.651084.125课 程 设 计 用 纸 教师批阅：取一榀排架进行计算，计算简图如图2.

7、2图2.2a 计算单元图2.2b 计算简图 课 程 设 计 用 纸 教师批阅：3. 荷载计算3.1恒载（1）屋盖恒载二毡三油上铺小石子 0.35kN/m220mm厚水泥砂浆抹平 0.40 kN/m2100mm厚的加气混凝土隔热 0.60 kN/m2大型屋面板（包括灌缝） 1.40 kN/m2屋盖支撑 0.06 kN/m2 总计：2.81 kN/m2跨度为24m的AB跨的屋架重力荷载为106 kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：G1A=G1BA=1.2（2.81 kN/m26m24m+106 kN/m2）/2=306.38 kN/m2跨度为18m的BC跨的屋架重力荷载为68.2 k

8、N/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：G1C=G1BC=1.2（2.81 kN/m26m18+68.2 kN/m2）/2=223.008 kN/m2吊车梁及轨道重力荷载设计值A柱上柱G4A=1.24 kN/m24.2m=20.16 kN下柱G5A=1.24.63kN/m27.3m=40.56 kNB柱上柱G4B=1.26 kN/m24.2m=30.24 kN下柱G5B=1.24.63 kN/m27.3m=40.56 kNC柱上柱G4C=1.24kN/m24.2m=20.16 kN下柱G5C=1.23.63kN/m27.3m=31.80 kN各项恒载作用位置如图3.1课 程 设 计 用

9、 纸 教师批阅：图3.1 荷载作用位置图恒载作用下排架的计算简图如图3.2。图中的重力荷载=G1A和力矩M是根据图3.1确定的，即对A柱1=G1A=306.38kN；2=G3A+G4A=80.52 kN；3= G5A=40.56 kNM1= G1Ae1=306.38kN0.05=15.32kNm M2= （G1A+ G4A ）e1 G3Ae3=（306.38kN+20.16kN）0.2560.3kN0.3=63.53 kNm对B柱1B=G1BA+G1BC=539.38kN；2B=G3BA+G4B+ G3BC=150.96kN3B= G5B=40.56kNM3= G1BAe5G1BCe5=（30

10、6.38kN233kN）0.15=11.01kNmM4= G3BAe6G2BCe6=（60.36kN60.36kN）0.75=0kNm对C柱1C= G1C=223kN；2C= G3C+ G4C=80.52kN；3C= G5C=31.80kN课 程 设 计 用 纸 教师批阅：M5= 1Ce1=223kN0.05=11.15 kNmM6=（G1C+G4C）e4G3Ce3=223kN+20.16kN0.2560.36kN0.3 =42.68kNm恒载图如图3.2 图3.2 恒载内力图 3.2屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值0.2 kN/m2，后者小于前者，故按前者计算。作用

11、于柱顶的屋面活荷载设计值为： AB跨：Q1AB=1.40.5 kN/m26m24m/2=50.4kN BC跨：Q1BC=1.40.5 kN/m26m18m/2=37.8kNQ1AB，Q1BC作用的位置与G1作用位置相同，如图3.1所示课 程 设 计 用 纸 教师批阅：排架设计简图如图3.3。其中Q1AB=50.4kN，它在柱顶及变阶处引起的力矩为M1A=Q1AB0.05=2.52kNm；M2A=50.4kN0.25m=12.6kNm；M1B=50.40kN0.15m=7.56kNm活荷载图如图3.3 图3. 3 活荷载图3.3风荷载风荷载标准值格式（2.5.2）计算，其中w0=0.35kN/m

12、2，z=1.0，z根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度由附表5.1确定如下：柱顶（标高11m） z=1.03檐口（标高13.4） z=1.10天窗架底部（标高14.41m） z=1.13天窗架中部（标高17.08m） z=1.186天窗架顶部（标高17.53m） z=1.196s如图3.4所示，则由式（2.5.2）可得排架迎风及背风的风荷载标准值分别为：w1k=zsz w0=1.00.81.030.5 kN/m2=0.412 kN/m2w2k=zsz w0=1.00.81.030.5 kN/m2=0.412 kN/m2课 程 设 计 用 纸 教师批阅：图3.4 风荷载体型系数及排架计算简图（左风

13、）则作用于排架计算简图（图3.4b）上的风荷载设计值为： q1=1.40.412 kN/m26.0m=3.46 kN/mq2=1.40.206 kN/m26.0m=1.73 kN/mFw=Q（s1+s2）zh1+（s3+s4）zh2 z w0B =1.4（0.8+0.4）1.102.4m+（-0.2+0.5）1.131.4m1.00.5 kN/m6.0m =15.30kN右风吹时：Fw=Q（s1+s2）zh1+（s3+s4）zh2+（s5+s6）zh3+（s7+s8）zh4 z w0B =1.4（0.8+0.4）1.102.4m+（-0.2+0.5）1.131.4m+（-0.5+0.4）1.1

14、301.31+（0.6+0.5）1.8162.671.00.5 kN/m6.0m =-20.75kN图3.5 风荷载体型系数及排架计算简图（右风）课 程 设 计 用 纸 教师批阅：3.4吊车荷载由表2.5.1可得200/50kN吊车的参数为：B=5.55m，K=4.40m，g=75kNQ=200kN，Fp，max=215kN，Fp，min=45kN100kN吊车的参数为：B=5.55m，K=4.40m，g=38kNQ=100kN，Fp，max=115kN，Fp，min=25kN根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值，如图3.5。图3.5 吊车荷载作用下支座反力影响线3

15、.4.1 吊车竖向荷载AB跨：Dmax=Q Fp，maxyi=1.4215kN（1+0.808+0.267+0.075） =647.15kN Dmin=Q Fp，minyi=1.445kN（1+0.808+0.267+0.075） =135.45kN课 程 设 计 用 纸 教师批阅：BC跨：Dmax=Q Fp，maxyi=1.4115kN2.15=346.15 kN Dmin=Q Fp，minyi=1.445kN2.15 =135.45kN当Dmax作用于A柱计算简图如图3.6。其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面处引起的力矩为：MA=Dmaxe3=647.15kN0.3m=194.1

16、5kNmMB=Dmine3=135.45kN0.75m=101.59kNm当Dmax作用在B柱左时计算简图如图3.6。MA，MB计算如下：MA=Dmine3=135.45kN0.3m =40.64kNmMB=Dmaxe3=647.15kN0.75m =485.36kNm当Dmax作用于B柱右时计算简图如图4.8a所示。MB、MC计算如下MB=Dmax e3 =346.15 kN 0.75m = 259.60kNmMC = Dmin e3 = 75.25kN 0.3m = 22.58kNm当Dmax作用于C柱时计算简图如图3.6所示。MB、MC计算如下：MB=Dmax e3 =75.25 kN

17、0.75m = 56.44kNmMC = Dmin e3 = 346.15 kN 0.3m = 109.25kNm吊车梁竖向荷载如图3.6课 程 设 计 用 纸 教师批阅：3.4.2 吊车梁横向水平荷载作用于每个轮子上的吊车横向水平制动力按式（2.5.6）计算，T=1/4（Q+g）对AB跨T=1/40.1（200+75）=6.875kN对BC跨T=1/40.1（100+38）=3.45kN作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按（2.5.7）计算，AB跨 Tmax=Q Tyi=1.46.8752.15=20.69kNBC跨 Tmax=Q Tyi=1.44.142.15=12.46kN吊车水平荷

18、载如图3.7 图3.6 吊车竖向荷载 图3.7 吊车水平荷载 课 程 设 计 用 纸 教师批阅：4. 排架内力分析该厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。其中柱的剪力分配系数i按式（2.5.16）计算，结果见表4.1表4.1 柱剪力分配系数柱别n= IU/IL=HU/HC0=3/13(1/n-1)= H3/C0EI Li = (1/) / 1/iA柱n=0.144=0.365C0=2.327A=0.2910-10H3/EA =0.35B柱n=0.487=0.365C0=2.85B=0.2410-10H3/EB =0.425C柱n=0.233=0.365C0=2.58C=0.421

19、0-10H3/EC =0.2364.1 恒载作用下排架内力分析柱顶不动铰支座反力Ri可根据表2.5.2所列的相应公式计算。对A柱：n=0.144，=0.365，则 C1=1.512（11/n）/1+3（1/n1）=2.09 C3=1.5（12）/1+3（1/n1）=1.11RA= M1 C1/H+ M2 C3/H=（15.322.09+63.531.11）/11.5=8.92kN （）对B柱：n=0.487，=0.365，则 C1=1.512（11/n）/1+3（1/n1）=1.63C3=1.5（12）/1+3（1/n1）=1.36RB= M3 C1/H+ M4 C3/H=（11.011.63

20、+01.11）/11.5=1.56kN （）对C柱：n=0.233，=0.365，则 C1=1.512（11/n）/1+3（1/n1）=1.86 课 程 设 计 用 纸 教师批阅：C3=1.5（12）/1+3（1/n1）=0.665RC= M5 C1/H+ M6 C3/H=4.33kN （）则排架柱顶不动铰支座反力为R= RA+ RB+ RC=6.15kN则，VA= RAA R=8.920.356.15=6.77kN （）VB= RBB R=1.560.4256.15=1.054kN （）VC= RCC R=4.330.2366.15=5.78kN （）求得Ri后，可用平衡条件求出柱的各截面的

21、弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图4.1a，b （a） （b）M、V图 （c）N图 图4.1 恒载作用下排架内力图 课 程 设 计 用 纸 教师批阅：4.2屋面活荷载作用下排架内力分析4.2.1 AB跨作用屋面活荷载对A柱，C1=2.09 C3=1.11RA= M1A C1/H+ M2A C3/H=（2.522.09+12.61.11）/11.5=1.67kN （）对B柱，C1=1.63 RB= M1B C1/H =（7.561.63）/11.5=1.07kN （）则排架柱顶不动铰支座反力为R= RA+ RB =1.67kN+1.07

22、kN=2.74kN （）将R反向作用于排架柱顶，用式（2.5.15）计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力。VA= RAA R=1.670.352.74=0.71kN （）VB= RBB R=1.070.4252.74= 0.09kN （）VC=C R=0.2366.15=0.66kN （）AB跨作用屋面活荷载时排架内力图如图4.2： （a） （b）M、V图 （c）N图 图4.2 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图课 程 设 计 用 纸 教师批阅：4.2.2 BC跨作用屋面活荷载排架计算简图如图4.3a。其中Q1BC=37.8kN，它在柱顶及变阶处

23、引起的力矩为M1C=Q1BC0.05=21.89kNm；M2C=37.8kN0.25m=9.45kNm；M1B=37.8kN0.15m=5.67kNm对C柱，C1=1.86 C3=0.665RC= M1C C1/H+ M2C C3/H=（1.891.86+9.450.67）/11.5=0.86kN （）对B柱，C1=1.63 RB= M1B C1/H =（5.671.63）/11.5=0.80kN （）则排架柱顶不动铰支座反力为R= RC+ RB =0.86kN+0.80kN=1.66kN （）将R反向作用于排架柱顶，用式（2.5.15）计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面

24、活荷载作用于BC跨时的柱顶剪力。VA=A R=0.56kN （）VB= RBB R=0.800.4251.66=0.47kN （）VC= RCC R=0.860.2361.66=0.09kN （）BC跨作用屋面活荷载时排架内力图如图4.3 4.3 风荷载作用下排架内力分析4.3.1 左吹风时对A柱：n=0.144，=0.365，由表2.5.2得C11A=31+4（1/n1）/81+3（1/n1）=0.322RA=q1HC11=3.46kN/m11.5m0.322=12.81kN （）对C柱：n=0.233，=0.365，C11CRC=q2HC11=1.73kN/m11.5m0.342=6.80

25、kN （）R= RA+ RC+Fw=34.91kN （） VA= RAA R=12.81+0.3534.91=0.59kN （）课 程 设 计 用 纸 教师批阅：VB=B R=0.42534.91=14.84kN （）VC= RCC R=6.800.23634.91=1.44kN（）左吹风时排架内力图如图4.4（a） （b）M、V图（c）N图 图4.3 BC跨作用屋面活荷载时排架内力图 （a） （b）图4.4 左吹风时排架内力图课 程 设 计 用 纸 教师批阅：4.3.2 右吹风时对C柱：n=0.233，=0.365，由表2.5.2得C11C=31+4（1/n1）/81+3（1/n1）=0.3

26、42RC=q2HC11=3.46kN/m11.5m0.342=13.61kN （）对A柱：n=0.144，=0.365，C11A=0.322RA=q1HC11=1.73kN/m11.5m0.322=6.41kN （）R= RA+ RC+Fw=35.32kN （）各柱顶剪力分别为：VA= RAA R=6.41kN+0.3535.32kN=5.95kN （）VB=B R=0.425kN35.32kN=15.01kN （）VC= RCC R=16.61kN+0.23635.32kN=5.27kN（）右风吹时排架内力图如图4.5b（a） （b）图4.5 右吹风时排架内力图4.4 吊车荷载作用下排架内力

27、分析4.4.1 Dmax作用于A柱计算简图如图4.6a。MA= 194.15kNmMB= 101.59kNm 课 程 设 计 用 纸 教师批阅：对A柱 C3=1.11RA= M A C3/H=194.15kN1.11/11.5m=18.74kN（）对B柱 C3=1.36RB= M B C3/H=12.01kN （）R= RA+ RB=6.73kN （）各排架柱剪力分别为VA= RAA R=18.74kN+0.356.73kN=16.38kN （）VB= RBB R=12.01kN+0.4256.73kN=14.87kN （）VC= C R=0.2366.73kN=1.59kN（）排架各柱内力图

28、如图4.6。 （a） （b）M、V图 （c）N图图4.6 Dmax作用在A柱时排架内力图课 程 设 计 用 纸 教师批阅：4.4.2 Dmax作用在B柱左时计算简图如图4.7a。MA= 40.64kNmMB= 485.36kNm柱顶不动铰支座反力RA，RB及总反力R分别为：RA= M A C3/H=40.64kN1.11/11.5m=3.92kN （）RB= M B C3/H=57.40kN （）R= RA+ RB=53.48kN （）各排架柱剪力分别为VA= RAA R=3.92kN0.3553.48kN=22.64kN （）VB= RBB R=57.40kN0.42553.48kN=34.

29、67kN （）VC= C R=0.23653.48kN=12.62kN（）排架各柱内力图如图4.7（a） （b）M、V图 （c）N图图4.7 Dmax作用在B柱左时排架内力图课 程 设 计 用 纸 教师批阅：4.4.3 Dmax作用于B柱右时计算简图如图4.7a所示。MB=259.60kNmMC = 22.58kNm柱顶不动铰支座反力RA,RB及总反力分别为： RB= MB C3 / H = 259.60kNm1.36/11.5 m = 30.70 kN（） RC= MC C3 / H = 11.29 kNm1.174/11.4 m =1.16 kN () R = RB RC =29.19kN

30、1.16 kN =28.03kN ()排架各柱顶剪力分别为：VA= A R=0.3528.03kN =9.73 kN ()VB= RB B R=29.19 kN0.42528.03kN =17.78kN ()VC= RC C R = 1.16 kN 0.236 28.03 kN = 8.05 kN ()排架各柱的内力图如图4.8所示（a） （b）M、V图课 程 设 计 用 纸 教师批阅：（c）N图 图4.8 Dmax作用在B柱右时排架内力图4.4.4 Dmax作用于C柱时计算简图如图4.9a所示。MB= 56.44kNmMC = 109.25kNm柱顶不动铰支座反力RA,RB及总反力分别为：R

31、B= MB C3 / H = 56.44kNm1.36/11.5 m = 6.67kN ()RC= MC C3 / H = 109.25kNm0.665/11.5 m =6.32kN ()R = RB RC =6.67kN6.32 kN =0.35kN ()排架各柱顶剪力分别为：VA= A R=0.350.35kN =0.12 kN ()VB= RB B R=6.67 kN0.4250.35kN =6.52kN ()VC= RC C R =6.32kN0.236 0.35 kN =6.40kN ()排架各柱的内力图如图4.9所示。4.4.5 Tmax作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时

32、，排架计算简图如图2.1.10a所示。对于A柱，n=0.141 ，=0.365，由表2.5.2得a = （4.2m1.2m）/4.2m =0.714 则课 程 设 计 用 纸 教师批阅：（a）（b）M、V图（c）N图 图4.9 Dmax作用在C柱右时排架内力图C5 = 23a 3 (2 a)(1a)2 /n (23a) /213(1/n1) =0.50RA = Tmax C5 = 20.69 kN 0.50 = 10.35kN ()对于B柱，n=0.487 ，=0.365，a = 0.714，C5=0.59，则RB = Tmax C5 = 20.69 kN 0.59 = 9.84 kN ()排

33、架柱顶总反力R为：课 程 设 计 用 纸 教师批阅：R= RA RB = 10.35kN 9.84 kN = 20.19kN ()各柱顶剪力为：VA= RA A R=10.35 kN0.3520.19kN =3.28 kN ()VB= RB B R=9.84 kN0.42520.19kN =1.26kN ()VC= C R = 0.236 20.19kN = 4.76kN ()排架各柱的内力图如图4.10，所示。当Tmax 方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。 （a）（b）M、V图 图4.10 Tmax作用于AB跨时排架内力图4.4.6 Tmax作用于BC跨柱当BC跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图4.11a所示。RB ，RC计算如下：对B柱，n=0.487 ，=0.365，a =0.714，C5=0.59RB = Tmax C5 = 10.38 kN 0.59= 7.35kN ()课 程 设 计 用 纸 教师批阅：对C柱，n=0.233 ，=0.365，a = 0.714，C5=0.55，则RC= Tmax C5 = 12.46 kN 0.55 = 6.82 kN ()排架柱顶总反力R为：R= RBRC = 14.17kN ()各柱顶剪力为：VB= RB B R=7.35 k