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1、塔里木大学课程设计1设计资料某金工车间为单跨厂房，跨度均为，柱距均为，车间总长。设有吊车台，吊车工作级别为级，轨顶标高为。采用卷材防水屋面，厚双面清水围护砖墙，钢窗宽度，室内外高差，素混凝土地面，房建筑剖面如图1所示。厂房所在地点基本风压为,地面粗糙度为类；基本雪压为，修正后的地基承载力特征值为。活荷载组合值系数；风荷载组合值系数取。要求进行排架结构设计（不考虑抗震设防）。2.结构构件选型及柱截面尺寸确定因为该厂房跨度为即在之间，且柱顶标高，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋盖具有较大的刚度，采用预应力混凝土折线型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。2.1构件选型厂房各主要
2、构件选型见表2.1。表2.1 主要承重构件选型表构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值屋面板G410（一）预应力混凝土屋面板YWB-2II (包括灌缝重)天沟板G410（三）预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）TGB68-1屋架G415（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度18m）YWJA-24-1Aa(屋盖钢支撑)吊车梁G323（二）钢筋混凝土吊车梁（吊车工作级别为A1-A5）DL-9Z轨道连接G325（二）吊车轨道联结详图基础梁G320钢筋混凝土基础梁JL-3注：本表图集均按TJ10-74钢筋混凝土结构设计规范设计，重力荷载已换算为法定计量单位。 图1 厂房剖面图2.2柱截面尺寸及相应的计算参
3、数由图2.1可知柱顶标高为,牛腿顶面标高为。设室内地面到基础顶面的距离为。则计算简图中柱的总高度H，下柱高度和上柱高度分别为： 根据柱顶标高、吊车起重量及工作级别等条件，可由表并参考表确定柱截面尺寸，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/面积/ 惯性矩/自重/（）A，B上柱下柱2.3计算单元和计算简图本设计为一跨厂房，取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2所示。图2 计算单元和计算简图3.荷载计算3.1恒载3.1.1屋盖恒载：防水层厚水泥砂浆找平层 厚水泥蛭石保温层一毡二油隔气层厚水泥砂浆找平层预应力混凝土屋面板（包括灌缝）屋盖钢支撑 屋架重力荷载为，则作
4、用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：3.1.2吊车梁及轨道重力荷载设计值 3.1.3柱自重重力荷载设计值A，B柱上柱：下柱：各柱恒载作用位置如图3.1所示。图3 荷载作用位置图（单位：）3.2屋面活荷载 屋面活荷载标准值为：，雪荷载标准值为。雪载小于屋面活载，故按屋面活载计算，作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：的作用位置与作用位置相同。如图3所示。3.3风荷载风荷载标准值按（）式计算。其中，根据厂房各部分标高及类地面粗糙度由附表确定如下：柱顶（标高） 檐口（标高） 屋顶（标高） 如图3.2a所示，则由式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：则作用于排架计算简图如图（b）所示上的风荷载设计值
5、为：图4 风荷载体型系数及排架计算简图3.4吊车荷载由表可知吊车参数为：,，。根据及，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5所示。图5 吊车荷载作用下支座反力影响线3.4.1吊车竖向荷载由式（）和式（）可得吊车竖向荷载设计值为：+3.4.2吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力按式（）计算，即作用于排架柱子上的吊车横向水平荷载设计值按式（）计算，即4.排架内力分析该厂房为单跨等高排架，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按式（）计算，结果见表4.1。表4.1 柱剪力分配系数柱别A，B柱4.1恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图
6、（a）所示。图中的重力荷载及力矩是根据图5确定的，即图6 恒载作用下的排架内力图 由于图6（a）所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力可根据表所列的相应公式计算。对于柱，则 根据平衡条件求出各柱截面的弯矩和剪力；柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和。恒载作用下的弯矩图轴力图如图6（b），（c）。图6（d）为排架柱的弯矩，剪力和轴力的正负规定，下同。4.2屋面活荷载作用下排架内力分析跨作用屋面活荷载：排架计算简图如图7（a）所示。其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为： 图7 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图对于柱，（柱与其相同）。
7、对于柱: ,方向与相反。排架各柱的弯矩图轴力图及柱底剪力如图4.2（b）（c）所示。4.3风荷载作用下排架内力分析只考虑左吹风计算简图如图8（a）所示，对于柱。，由表得： 图8 左吹风时排架内力图各柱顶剪力分别为：排架内力图如图4.3（b）所示。4.4吊车荷载作用下排架内力分析4.4.1作用于A柱计算简图如图4.5（a）所示，其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：对于柱，则图9 作用于A柱时排架内力图对于B柱，则排架各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图、柱底剪力值如图4.5（b）（c）所示。4.4.2作用于B柱其计算简图如图10（a）所示，其弯矩图、轴力图、柱底剪力与作用于A柱时大
8、小相同，弯矩和剪力方向与作用在A柱相反，轴力图方向相同，如图（b）（c）所示。图10 作用于B柱时排架内力图5.4.3作用于跨柱当跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图4.7（a）所示。对于柱，由表得， 则同理，对于B柱：则 排架柱顶总反力R为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图如图4.7（b）所示。当跨作用吊车横向水平荷载相反时，排架弯矩图与向左作用时相反，如图4.7（c）所示。图11 作用于AB跨柱时排架内力图5.内力组合以A柱为例（B柱和A柱完全相同）其内力设计值汇总如表5.1，内力组合表见表5.2。34表5.1 A柱内力设计值汇总表柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活载作用在跨吊车竖向荷载
9、吊车水平荷载风荷载作用柱作用柱作用在跨左吹风序号-注：（单位为），（单位为），（单位为）表5.2 A柱内力组合表截面+及相应-及相应及相应及相应备注-(+) (+)一项，取-（+） (+)-(+)(+）注：（单位为），（单位为），（单位为）6.柱截面设计以柱为例：混凝土：,， 钢筋：受力钢筋为，。上下柱均采用对称配筋。6.1上柱配筋计算由表6.2可见，上柱截面共有4组内力。取 。经判别，其中3组内力为大偏心受压；对3组大偏心受压内力，在弯矩较大且比较接近的两组内力中，取轴力较小的一组，即取：，由附表查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度，附加偏心矩取（大于），应考虑偏心矩增大系数。，取 取进行计
10、算。因此：选用318 (),则由附表11.1得垂直于排架方向柱的长度则，满足弯矩作用平面外的承载力要求。6.2下柱配筋计算取，与上柱分析方法类似，在表6.2中的8组内力中，选取下组不利内力： 下柱计算长度取，附加偏心，。 ， 应考虑偏心矩增大系数，且取。取。故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则 综上计算结果，下柱截面选用418）。按此配筋，经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦满足要求。6.3柱的裂缝宽度验算规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。本例的上柱,下柱,均小于.故可不进行裂缝宽度验算.6.4柱箍筋配置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8200
11、箍筋。6.5牛腿设计根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸如图6.1所示。其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度。（1）牛腿截面高度验算按式（）验算其中，（牛腿顶面无水平荷载），按下式确定：故牛腿截面高度满足要求。图6.1牛腿尺寸简图牛腿配筋计算由于，因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，实际选用414。水平箍筋选用8100。6.6柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。由表可得，柱插入杯口深度为。则柱吊装时总长度为：，计算简图如图6.2所示。图6.2 柱吊装计算简图柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即在上述荷载作用下，柱各控制截面的
12、弯矩为：由得， ，则 令，得则下柱段最大弯矩为：柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表6.2表6.2 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱 （满足要求） （满足要求）7.基础设计基础混凝土强度等级采用，下设厚素混凝土垫层。7.1作用于基础顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（-截面）传给基础的以及外墙自重重力荷载。前者可由表7.2中的-截面选取，见表8.1，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算。表7.1 基础设计的不利内力组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第1组第2组第3组图7.1 基础荷载示意图由图7.1(a)可见，每个基础
13、承受的外墙总宽度为，呢边总高度为，墙体为厚双面清水砖墙（）。钢框玻璃窗（）基础梁重量为.每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：厚砖墙 钢框玻璃窗 基础梁 距基础形心的偏心距为：7.2基础尺寸及埋置深度7.2.1按构造要求拟定高度h柱的插入深度，取杯底厚度应大于，取，则基础顶面标高为，故基础埋置深度为：杯壁厚度，取；基础边缘高度取，台阶高度取，见图7.1（b）。7.2.2拟定基础地面尺寸适当放大，取7.2.3计算基底压力及验算地基承载力验算地基承载力，其中验算结果见下表7.2。可见，基础底面尺寸满足要求。表7.2 基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第1组第2组第3组7.3基础高度验算这时采用
14、基地净反力设计值，和计算，结果见下表7.3。表7.3 基础底面净反力设计值计算表类别第1组第2组第3组因台阶高度与台阶宽度相等（均为400mm），所以只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力截面如图7.2所示。变阶处截面有效高度。因为即：；因，所以取，取；故基础高度满足要求。7.2 变阶处的冲切破环截面7.4基础底板配筋计算7.4.1柱边及变阶处基底反力计算基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面简图如图7.3所示。三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表7.4。其中第1，3组内力产生的基底反力示意图见图7.3，第二组产生的基底反力示意图见图7.2；用表列公式计算第2组内
15、力产生的和时，相应的2.25/3.6和2.65/3.6分别用2.202/3.552和2.602/3.552代替，且。表7.4 柱边及变阶处基底净反力计算公式第1组第2组第3组175.63121.485158.96187.58132.485167.89196.52140.71163.65102.50146.21168.11163.62110.43163.43 图7.3 基础底板配筋计算截面7.4.2柱边及变阶弯距计算 7.4.3配筋计算基础底板受力钢筋采用级（）长边方向钢筋面积为：选用.短边方向钢筋面积为：选用.基础底板配筋见图8.4。由于，所以杯壁不需要配筋。7.4基础底板配筋图8.绘制施工图
16、8.1柱配筋图如下图8.1所示 图8.1柱配筋图8.2基础配筋图如下图8.2所示图8.2基础配筋图8.3 施工说明排架柱采用预制钢筋混凝土，在浇筑时要注意对柱的养护和其配料的严格要求以及生产环境的严格要求避免不必要的污染。浇筑中把预埋件按要求埋到合适的位置，比如说柱顶，牛腿上。在运输时要做好柱与柱间的隔垫以避免柱的棱角被损害，以及柱顶的保护。避免缺角和裂缝的产生，柱在堆积时不能过高。在吊装时柱的强度要达到75%，并做相应的吊装试验看能否满足强度要求。在施工时做好对柱的编号及柱的中线的确定和定位中线的确定。柱的吊装采用直吊绑扎法。当柱子平放起吊抗弯强度不满足要求时，需先将柱子侧翻，再吊起，以提高
17、柱截面的抗弯能力。采用滑行法吊什柱时，起重机只收钩，柱脚沿地面滑行，在绑扎点位置柱身呈直立状态，然后吊离地面。滑行法吊升时柱受震动较大应对柱脚采取保护措施。柱脚插入杯口后，停在离杯口处进行对位。柱的构造要求：柱的箍筋采用封闭式，如结施1所示，箍筋间距为。牛腿构造要求：1.纵筋构造要求，采用HRB335级钢筋。根数不少于4根。直径不少于。2.水平箍筋和弯筋的构造要求，本设计中牛腿不进行斜截面受剪承载力计算，需按构造配筋，当剪跨比小于0.3时可不设弯起钢筋。全部纵向受力钢筋沿牛腿外边缘向下伸入柱内后截断。致 谢经过了这十五天的学习和做课程设计的锻炼，使我得到了很多宝贵的经验和学习的方法。这个过程不
18、仅让我学会怎样去做一门设计，还让我更加深入的理解了本门课程的重要性，更使我加深了对本课程的学习和理解。通过这段时间的学习，对以前所学的专业知识有了更全面、更系统的认识，使我们对所学的基本理论知识有了进一步的认识和体会，基本上能将所学的课程进行综合利用，真正做到了学以致用，克服了课本的局限性。之所以这次我们可以最后完成这次设计，我想这和我们的姚老师的辛勤工作是分不开的，在我们做设计的这个过程中，姚宝林老师给予了我们耐心的帮助和细心的指导，及时地解答了我们的困惑。帮助我们度过了一个又一个问题和难关。这让我们少走了很多弯路从而令我们的设计可以顺利按时的完成。同时我也要感谢同学们给我的意见和对我的帮助。设计中还有诸多不足之处望老师批评指正。参考文献【1】 沈蒲生，梁兴文主编.钢筋混凝结构设计.北京：高等教育出版社，2005【2】 沈蒲生，梁兴文主编.钢筋混凝结构设计原理.北京：高等教育出版社，2005【3】 GB-50009-2001 建筑结构荷载规范.北京：中国建筑工业出版社，2002【4】 GB-50010-2002 混凝土结构设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2002