单层工业厂房排架结构设计.doc

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1、目录一 设计资料 . 11. 工程概况 .12.设计要求 . 1设计资料. 13.1荷载. 13.2工程地质资料 . 23.3材料. 2 二 结构选型和结构布置 . 3 三.排架的荷载计算 . . . . 51.恒载 . 51.1屋盖部分传来的恒载 P1p . 51.2柱自重 P2p 和 P3p . 61.3混凝土吊车梁及轨道中的 P4p . 62.活荷载 . 62.1屋面活荷载 P1Q. 62.2吊车荷载. 6四、内力分析 . 91.恒载作用下的排架内力. 91. 1由 P1p 产生的弯矩和轴力 . 91.2由柱自重产生的弯矩和轴力 . 101.3由 P4p 产生的弯矩和轴力. 102.屋面

2、活载作用下的排架内力. 1133.吊车竖向荷载作用下的排架内力. 113.1最大轮压作用于 A 柱时 . 113.2最大轮压作用于 B 柱时 . 124.吊车水平制动力作用下的排架内力. 134.1Tmax 向左作用. 134.2Tmax 向右作用. 145.风荷载作用下的排架内力. 145.1左来风情况. 145.2右来风情况. 14 五、内力组合 . 15 六、 排架柱设计 . 191.A 轴柱. 191.1设计资料. 191.2内力. 191.3配筋计算（采用对称配筋） . 201.4牛腿计算. 241.5吊装阶段验算 . 251.6柱中吊环的设计 . 27七 柱下单独基础 . 301.

3、基础设计参数 . 302.荷载 . 303.确定基础底面尺寸 . 304.地基承载力验算 . 315.基础冲切承载力验算. 316.配筋计算 . 32单层工业厂房排架柱设计单层工业厂房排架结构设计一 设计资料1.工程概况某锻工车间为一单层单跨钢筋混凝土装配式结构，跨度 18m,长度 66m，选用两 台中级工作制桥式吊车，轨顶标高 9.8m，考虑散热通风要求，需设置天窗及挡 风板2.设计要求. 完成屋面板、屋架、天窗架、天沟、吊车梁、基础梁等构件的选型，幵初步确 定排架柱的截面尺寸；. 进行结构布置（包括支撑布置）. 排架荷载计算；. 排架内力计算；. 排架内力组合；. 柱子配筋设计（包括牛腿）

4、. 柱下单独基础设计；. 绘制施工图（1 号图纸及 2 号图纸各一张），内容包括 基础平面布置图及基础配筋图 屋盖结构布置及结构平面布置图 柱子配筋图设计资料3.1荷载钢筋混凝土容重25KN/m3一砖墙（单面粉刷）4.92KN/m220mm 水泥砂浆找平0.4 KN/m2 钢门窗自重 0.4 KN/m2 钢轨及垫层 0.6 KN/m2 二毡三油防水层 0.35 KN/m2 (沿斜面)屋面活荷载0.5 KN/m2 （沿水平面） 屋面积灰荷载0.5 KN/m2（沿水平面）6施工活荷载0.5 KN/m2（沿水平面）3.2工程地质资料由勘察报告提供的资料，天然地面下 1.2m 处为老土层，修正后的地基

5、承载力 为 120 KN/m2，地下水位在地面下 1.3m（标高-1.45m）3.3材料混凝土：柱 C30，基础 C15置车置钢筋：受力筋为 HRB335 级钢筋，钢箍、预埋件及吊钩为 HPB235 级钢筋 砌体：M5 砖，M2.5 砂浆1B吊车位位天 窗 位 置吊A1图 1建筑平面图+17.520+15.150-0.150112图 2 建筑立面图+17.520+17.220+15.150+14.500+12.000+9.600+9.800+8.400+4.500+3.300 0.000 -0.150A B图 3 建筑剖面图二结构选型和结构布置1.屋面板采用 1.5m6m 预应力钢筋混凝土屋面

6、板G410(一)、（二），板自重 1.3，嵌缝 重 0.1（均沿屋架斜面方向）2.天沟板天沟板G410(三)的截面尺寸见图 4，重 17.4KN/块（包含积水重）。11.5KN26.2KN26.2KN11.5KN图 4 天沟板截面尺寸（单位：mm）图 5 天窗架及挡风板示意图（单位：mm）3.天窗架 门型钢筋混凝土天窗架（G316）的示意图如图 5。4.屋架预应力钢筋混凝土折线型屋架 YMJA-18-xBb，屋架的几何尺寸如图 6上弦杆 bh=240mm220mm下弦杆 bh=240mm220mm腹杆 bh=120mm240mm（F1）bh=200mm240mm（F2） bh=120mm120

7、mm（F3F6） 屋架自重：60.5KN/榀i=1/5i=2/15F1F2F3F4F6AB图 6 屋架几何尺寸5.屋盖支撑0.05 KN/m2（沿水平面）6.吊车梁重44.2 KN/根（高 1200mm）7.基础梁重15.7 KN/根8.连系梁、过梁均为矩形截面，尺寸见剖面图 39.排架柱尺寸：上柱为矩形 400mm400mm下柱为工字型 400mm800mm图 7 排架柱上柱截面图 8 排架柱下柱截面+0.4000.000-0.600图 9 排架柱标高10.基础采用单独杯形基础或条形基础，基础顶面标高为 0.6m，如图 11TGB-2TGB-1ZC-1HG ZC-2CC-2ZC-1LL-1L

8、L-1YDL-1111LL-2LL-1LL-1LL-1HGHGHGHGHGBYDL-1YDL-YDL-YDL-YDL-2SC1YWGACC-3 LG SC-3LGLGLGLGLGLGLGLGLGHGSC2YWGAKZ-1HGHGHGHGHG HGHGHGHGHGHGSC-3CC-3YWGAYWGAYWGAYWGALGLGLGLGLGLGLGLGCC-1SC2L-2LGLGHGYDL-1YDL-1YDL-1YDL-1YDL-1YDL-2LL-2LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1HGHG HG ZC-2ZC-1HGHG HGACC-2ZC-11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1

9、2图 10结构平面布置图J-2Z-2 Z-3 Z-1 Z-2 Z-3 Z-1 Z-2 Z-3KZ-1J-2KZ-1JL-3 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-3 BJL-2J-1L-2J-1JL-3 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-1 JL-3 AZ-3 Z-2 Z-1 Z-3 Z-2 Z-1 Z-3 Z-2123456789101112图 11柱、基础平面布置图三.排架的荷载计算JL-21.恒载1.1屋盖部分传来的恒载 P1p天窗重26.22=52.4KN 屋面板重1.3618=140.4 KN 嵌缝重0.1618=

10、10.8 KN 防水层重0.35618=37.8 KN 找平层重0.4618=43.2 KN 屋盖支撑重0.05618=5.4 KN 屋架重60.5 KN350.5 KN每块天沟板及积水重17.4 KNP1p=350.5/2+17.4=192.3KN1.2柱自重 P2p 和 P3p上柱重： P2p=250.40.43.6=14.4 KN下柱重：柱身 250.1877.2+0.40.8（0.2+0.4+0.6）=43.26 KN牛腿 25（0.8+1）/20.2+0.41 0.4=5.8 KN P3p=38.46+5.8=49.06 KN1.3混凝土吊车梁及轨道中的 P4pP4p=44.2+0.

11、66=47.8KN2.活荷载2.1屋面活荷载 P1Q雪荷载为 0.35 KN/m2，屋面积灰荷载为 0.5 KN/m2，屋面活荷载为 0.5 KN/m2。排架 计算时，屋面积灰荷载不雪荷载或屋面均布活载中较大值同时考虑。P1Q=(0.5+0.5)618/2=54KN P1Q 的作用位置同 P1p2.2吊车荷载采用两台中级工作级别吊车，起重量分别为 Q=10t,20/3t.吊车具体参数见表 1表 1吊车荷载表吊车跨度 Lk=16.5m额定起重量 Q(t)吊车宽度B(m)轮距K(m)吊车总重G(m)小车重g(KN)最大轮压Pmax(KN)最小轮压Pmin(KN)1054.114729.910122

12、.520/35.164.122570.118329.5注：Pmin=G+Q/2-Pmax2.2.1 竖向吊车荷载如图 12 所示 （=0.9）17P2maxP2max P1maxP1maxP2maxP12max P1max P1max情况 a：a bX=1图 12 求 Dmax 时的吊车布置图X=1Dmax=1011.6 + 56+183（1+1.96）=316.85KN情况 b:Dmin=22.51.6 + 56+29.5（1+1.96）=57.23KNDmax=1016 + 2.66+1830.9 + 56=292.23KNDmin=22.56 + 2.66+29.50.9 + 56=55

13、.17KN经过比较，设计时采用情况 a 中的荷载，作用位置同 P4p2.2.2水平吊车荷载 每个轮子水平刹车力：110t 吊车： T1=4120/3t 吊车: T2=4 (Q+g)= (Q+g)=10.12(98+29.9)=3.84KN410.1(196+70.1)=6.65KN4产生 Tmax 时吊车的作用位置不中的情况 a 相同，于是有：Tmax=3.843. 风荷载1.6 + 56+6.65（1+1.96）=11.68KN3.1均布风荷载单层厂房的风载体型系数如图 13 所示，根据建筑结构荷载规范可得风压高度变化 系数如表 2 所示，框架风荷载计算简图如图 14 所示：+0.3-0.8

14、-0.7-0.7-0.60 风向W q1-0.6+0.8-0.5q2图 13风载体型系数图图 14框架风荷载计算简图表 2风压高度变化系数 z(B 类粗糙度)标高（m）10152030 z11.141.251.42注：以下所用的 z 均从表 2 中的数据线性插值求得。柱顶离室外地坪高度为 12+0.15=12.15m，风压高度变化系数 z=1.0602 q1=0.81.06020.56=3.82KN/m( ) q2=0.51.06020.56=2.39KN/m( )3.2求集中风荷载屋架檐口离室外地坪高度为 14.5-0.4+0.15=14.25m, 故 z=1.119 挡风板，屋架交界处离室

15、外地坪的高度 14.55+0.15=14.7m，故 z=1.1316 天窗、屋架交界处离室外地坪高度为 15.15+0.15=15.30m， z=1.1466 天窗檐口离室外地坪高度为 17.22+0.15=17.37m ， z=1.1921 天窗顶离室外地坪高度为 17.52+0.15=20.07m， z=1.1987按图 15 计算集中风荷载 Wq8 q9q7 q10q5q6 q11q4 q12q13q3图 15 屋架集中风荷载计算简图q3=0.81.1190.756=4.03KN/m（）q4=0.30.13160.756=1.53 KN/m( )q5= 1.41.19210.756=7.

16、51 KN/m（） q6=0.81.14660.756=4.13 KN/m ( ) q7= 0.81.19210.756=4.29 KN/m( ) q8 不 q9 相抵消q10=0.61.19210.756=3.22 KN/m ( ) q11=0.61.14660.756=3.10 KN/m ( ) q12=0.61.13160.756=3.06 KN/m ( ) q13=0.51.1190.756=2.52 KN/m( )W=( q3+ q13)(14.25-12.15)+( q4+q12)(14.70-14.25)+q5(17.37-14.7)+(q6+q11)(15.3-14.7)+(q

17、7+ q10)(17.37-15.30)=33.04KN( )作用点标高 12.00m排架的计算简图及荷载的作用位置示图 14、图 15p1p1eWp2+p4+Dmax(Dmin)Tmaxp1e2+p2e2-p4e4q1 -Dmax(Dmin)e4p1p1e p2+p4+Dmax(Dmin)Tmaxp1e2+p2e2-p4e4-Dmax(Dmin)e4p1+12.000p4p2+8.400q2p3-0.600A B图 16排架荷载作用简图图 17 荷载作用位置图四、内力分析1.恒载作用下的排架内力由于单层厂房多属于装配式结构，柱、吊车梁和轨道的自重，多是在预制柱吊装就 位完毕而屋架尚未安装时加

18、在柱子上的，此时尚未构成排架结构。但是在设计中，为了 不其他荷载项的计算方法一致，在柱、吊车梁和轨道的自重作用下仍按排架结构进行内 力计算。1. 1由 P1p 产生的弯矩和轴力P1p=192.3KNM11= P1pe1=192.30.05=9.615kNm() M12= P1pe2=192.30.2=38.46 kNm()I1= Ix=1.4561010mm4Iu= 2.13109 mm4= H u =H3.612.6= 0.286n= I u =I12.1314.56= 0.146计算柱顶反力2 1 1 - l31 - nC1= =1.951-12 1 + l3 1 nP1p e1R11=

19、C1H= 1.951 9.615 = 1.49KN（ ）12.6C3=3 1 - l22 1 + l3 ( 1 - 1)n= 1.212R12= C3P1 p e2H= 1.212 38.46 =3.70KN（ ）12.6N1=192.3KNR1= R11+ R12=1.49+3.70=5.19 KN（ ）1.2由柱自重产生的弯矩和轴力 上柱重P2p=14.4KNM22= P2pe2=14.40.2=2.88 kNm（ ）R2=C3P2 p e2H=1.2122.8812.6=0.278 kN（ ）N2=14.4KN下柱重N= Pp=49.06KN仅产生轴力丌产生弯矩1.3由 P4p 产生的弯

20、矩和轴力P4p=47.8KNM44= P4pe4=47.80.35=16.73kNm（ ）R4=C3P4 p e4H=1.21216.7312.6=1.61kN（ ）N4=47.8KN恒载作用下的计算简图和内力图分别示于图 18 和图 19N1M11M12N2+4R1+R2-R49.624.27 20.34192.3206.7 254.5M22M44N314.39298.76M(KNm) N(KN)图 18 恒载计算简图图 19恒载作用下的 M、N 图2.屋面活载作用下的排架内力P1Q 的作用位置同 P1p，即成比例。P1Q=54KNR=5.1954192.3=1.46KN（）M11=9.61

21、5M12=38.46N=54KN54192.354192.3=2.70 kNm（）=10.8 kNm（）屋面活载作用下的计算简图和内力图分别示于图 20、图 21N2.70R M112.568.24M12544.90M(KNm)N(KN)图 20 屋面活载计算简图图 21屋面活载作用下作用下的 M，N 图3.吊车竖向荷载作用下的排架内力3.1最大轮压作用于 A 柱时A 柱： MA=Dmaxe4=316.850.35=110.90kNm( )B 柱：MB=Dmine4=57.270.35=20.03 kNm( )计算简图如图 22RA RB RA RBVA VBDmaxDmin DmaxDmin

22、MA MB MA=MB MA MB+ =图 22 吊车竖向荷载作用下计算简图不恒载的计算方法相同，可得 C3=1.212M AA 柱：RA= C3HM B=1.212110.9012.620.03=-10.67KN（）B 柱：RB= C3H=1.21212.6=1.93KN（）A 柱不 B 柱相同，剪力分配系数 B= A=0.5，则 A 柱不 B 柱柱顶的剪力为A 柱VA=RA- A（RA+RB）=-10.67-0.5（-10.67+1.93）=-6.3KN（）B 柱VB=RB- B（RA+RB）=1.93-0.5（-10.67+1.93）=6.3KN（） 内力图示于图 2388.2222.6

23、822.68316.8557.2731.5259.35M(KNm)N(KN)图 23吊车竖向荷载作用下 M，N 图3.2最大轮压作用于 B 柱时由于结构的对称性，A 柱同 1 中 B 柱情况，B 柱同 1 中 A 柱的情况。4.吊车水平制动力作用下的排架内力4.1Tmax 向左作用柱中轴力为零。由前述所得 n=0.146, =0.286RA RB m(R +R ) VA B A VBTmax+9.700Tmax Tmax Tmax Tmax Tmax= + =图 24 吊车水平力作用下排架计算简图A 柱 TA=Tmax=11.68KN B 柱TB=Tmax=11.68KNy = 12 - 9.7 = 0.639 ，查附录 3-2 可得H u 3.62 - 1.8l + l3 0.416n- 0.2 C5= =0.626 3 1 21 + l - 1 n RA=RB=C5Tmax=11.680.626=7.31KN()考虑空间作用分配系数 m,由表 3-5 得到 m=0.85,且 A 柱和 B 柱相同，剪力分配系 数 B= A=0.5，计算简图见图 24，则 A 柱不 B 柱柱顶的剪力为A 柱VA=RA- A（RA+RB）=7.31-0.50.85（7.3