土木工程专业论文115228.doc

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1、本科毕业论文（设计）驻马店市豫南棉花加工厂施工图设计摘 要单层工业厂房常用的结构体系主要有排架结构和钢架结构两种。单层厂房依据其跨度、高度和吊车起重等因素的不同可采用装配式结构、混凝土结构、或钢结构。除特殊情况之外，一般均采用装配式钢筋混凝土结构。装配式钢筋混凝土是单层厂房中应用最广泛的一种结构形式，其传力明确，构造简单，施工亦较方便。单层厂房结构所承受的竖向荷载和水平荷载，基本上都是传递给排架柱，再由柱传至基础及地基的，因此，屋架（或屋面梁）、柱、基础是单层厂房的主要承重构件。本设计给出了驻马店市豫南棉花加工厂厂房的主体结构设计，该建筑为单层单跨装配式钢筋混凝土结构，建筑类型为等高排架结构。

2、该厂房柱距为6m，长度为60m，跨度为24m，柱基础连接为杯口插入式刚性连接，总建筑面积为1480.5，总建筑高度为18.5m。设有中级制300/50KN及150/30KN桥式吊车各一台。结构分析中考虑了恒载、活载、吊车荷载、风荷载及横向水平地震等的作用，分别用剪力分配法计算风荷载和重力荷载作用下构件的内力和用底部剪力法计算横向水平地震作用下构件的内力，由于A柱、B柱的对称性，并进行了A柱的内力组合。关键词：单层厂房；排架结构；内力分析 Abstract Commonly used single-storey industrial building structure system struc

3、ture and the main frame of two steel-framed structures. Single-plant basis for its span, height and other factors lifting crane can be fabricated in different structures, concrete structures or steel structures. Except in special circumstances, the general assembly is reinforced concrete structures.

4、 Fabricated single-storey factory building of reinforced concrete is the most widely used form of a structure, the transmission clear, simple, convenient construction than. Single-layer structure of the plant under the vertical load and horizontal load are essentially passed to the frame columns, an

5、d then spread to the basis and foundation columns, so roof (or roof beam), columns, based on single-plant The main load-bearing component.This design gives the Zhumadian City of Henan province in the main cotton processing factory structural design, the building for the assembly of single-layer sing

6、le-span reinforced concrete structure, construction type is bent structure contour. The plant for 6m, length 60m, span of 24m, based on connecting column for the cup plug-rigid connections, with a total floor area of 1480.5 square meters, total construction height of 18.5m. Intermediate system has 3

7、00/50KN and the 150/30KN a bridge crane. Structural analysis to take into account the dead load, live loads, crane loads, wind loads and the horizontal level of the role of earthquakes were calculated using the shear distribution of wind load and gravity loads and the use of internal force component

8、s at the bottom of the level of shear horizontal method earthquake under the internal force components, as the A pillar, B pillar symmetry, and a A combination of column internal forces.Key words: a single-storey factory; bent structure; internal force analysis目 录设计任务书 6计算书部分 81 设计概况 81.1 设计题目 81.2设

9、计资料 81.3建筑资料和荷载资料 81.4 构件选型及屋盖布置 91.5 排架柱高度的确定 92 荷载计算 112.1 屋盖恒载标准值 112.2 屋面活载 122.3 柱的自重重力荷载 122.4 吊车梁及轨道连接重力荷载 122.5 吊车荷载 132.6 风荷载 132.7 荷载汇总表 143 结构内力分析 163.1 恒载作用下的排架内力计算 163.2 屋面活载作用下的排架内力计算 173.3 吊车竖向荷载作用下的排架内力计算 183.4 吊车横向水平荷载作用下的排架内力计算 193.5 风荷载作用下的排架内力计算 203.6 横向水平地震作用下的排架内力计算 223.7 A柱的内力

10、汇总 264 排架的内力组合 275 柱的配筋计算 286 牛腿的设计计算 31 7 柱子的吊装验算 328 基础设计计算 339参考文献 3710致谢 38设 计 任 务 书本设计为驻马店市豫南棉加工厂，根据设计要求，其结构形式为单层单跨装配式钢筋混凝土结构，围护墙采用240mm厚双面清水墙。总建筑面积为1480.5m2，总建筑高度为18.5m,设有中级制300/50KN及150/30KN桥式吊车各一台，跨度LK=22.5m，轨顶标高为9.0m。吊车基本参数见表1。表1 吊车基本参数吊车吨位起重量Q（KN）吊车宽B（mm）轮距K(mm)最大轮压Pmax(KN)最小轮压Pmin(KN)小车重g

11、（KN）301505550440018505074503006150480029070118屋架采用24m钢屋架，9m钢天窗架，吊车梁选自钢筋混凝土吊车梁CG426(二)，YMDL-6B,YMDL-6Z,基础梁选自G320,JL-1,JL-2,JL-17。 屋面防水做法为：二毡三油防水层上铺绿豆沙(0.35KN/m2)，水泥砂浆找平层15厚(0.3KN/m2)，加气混凝土保温层100厚(0.60KN/m2)，冷底子油一道、热沥青二道(0.05KN/m2)，水泥砂浆找平层15厚(0.3KN/m2)。自然条件：基本风压WO0.35 KN/m2，风压高度系数按B类地面取，基本雪压0.30 KN/m2

12、。地质条件：地表以下0.8m为杂填土，其下为粘性土，地基承载s标准值230 KN/m2，土质均匀，地下水位在天然地表下2.8m，且无侵蚀性（取RO=16KN/m3,D=1.6）地震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，第一组。材料： 柱：混凝土C30,纵向钢筋HRB335,箍筋HPB235; 基础：混凝土C25,钢筋HPB235。 结构设计1、 选用构件（屋面板、吊车梁、基础梁、支撑等）；2、 确定柱几何尺寸（上下柱高度及介面尺寸）、荷载计算、排架内力计算、内力组合；3、 柱、牛腿的配筋计算、基础设计；4、 完成施工图；包括：柱、基础、基础梁布置图；基础详图；吊车梁、柱间支撑布置图

13、；屋盖结构布置图；柱的模版图及配筋图；设计说明。5、结构设计计算书要求： 重点内容包括：结构方案选择、选型的比较； 结构计算基本资料； 计算简图； 计算方法及名称； 内力分析及组合； 截面设计及配筋等。 6、图示要清晰准确，字迹工整，计算正确，条理清楚。7、标准图：钢筋混凝土基础梁G320、钢筋混凝土吊车梁CG426（二）、预应力钢筋混凝土屋面板G410（一）、（二）、（三）。绘图要求： 至少两张机绘，两张手绘，总共至少五张； 建施：平面图、立面图、剖面图； 结施：结构平面布置图、基础平面布置图、柱的配筋图、基础详图。用绘图纸或描图纸（铅笔或墨线）、线性分明、材料符号准确、布图均匀、字迹工整、

14、图面干净。门窗洞口及其组合等线条，两端及分段轴线号、室外地坪、屋顶及雨篷、洞口标高、粉刷及其构件的标高和尺寸。计 算 书 部 分1 设计概况1.1 设计题目：驻马店市豫南棉花加工厂施工图设计1.2 设计资料：该车间为单层单跨装配式钢筋混凝土结构，柱距6m，长度60m，跨度24m天窗架为9m钢天窗架，设有中级制300/50KN及150/30KN桥式吊车各一台，跨度LK=22.5m，轨顶标高9.0m。厂房平面图如下图： 1.3 建筑资料和荷载资料：1.3.1 不上人屋面：活载0.5KN/m2。1.3.2 防水卷材(二毡三油防水层上铺绿豆沙)：0.35 KN/m2。1.3.3 15mm水泥砂浆找平层

15、：0.3 KN/m2。1.3.4 100mm厚加气混凝土保温层：0.60 KN/m2。1.3.5 围护墙（240mm厚双面清水墙）：19 KN/m21.3.6 门窗（钢门窗）：0.45 KN/m2。1.3.7冷底子油一道，热沥青二道：0.05 KN/m2.1.3.8 15mm厚水泥砂浆找平层：0.30 KN/m2。1.3.9 屋面板：2.80 KN/m2（允许荷载）。1.3.10 天窗檐口板：3.30 KN/m2（允许荷载），其中板自重：1.30 KN/m2，灌缝重：0.10 KN/m2，。1.3.11 天沟板（770mm宽外天沟）:2.02 KN/m2。1.3.12 屋架采用24m钢屋架，每

16、榀屋架自重标准值55KN/榀。1.3.13天窗架（9m钢天窗架）传给屋架重力荷载：23KN/支柱。1.3.14 基础梁：自重16.70KN/根。截面尺寸:b*h=240*450mm。1.3.15 吊车梁：自重45.5KN根，梁端部截面尺寸:b*h=300*1000mm,轨道联结G325，自重：0.81KN/m。1.4 构件选型及屋盖布置：根据厂房的跨度、吊车起重量的大小、轨顶标高，吊车的运行空间等初步确定出排架结构的剖面如下图所示。为了保证屋盖的整体性，屋盖采用无檩体系。 1.4.1 屋面板采用1.5m6m预应力混凝土屋面板，根据屋面做法求得屋面荷载，采用标准图集92G410（一）中的YWB2

17、，屋面板自重标准值为1.4KN/m2（包括灌缝自重）。1.4.2 天沟板(外天沟排水) 选用92G410(三)标准图集中的JGB771，自重标准值2.02kNm。 1.4.3 屋架采用预应力混凝土屋架，选用标准图集95G415(三)，每榀屋架自重标准值为55KN/榀。1.4.4 吊车梁：选钢筋混凝土吊车梁CG426(二)，边跨用YMDL-6B,在中间跨用YMDL-6Z。1.4.5 排架柱：排架的上柱截面为矩形, 下柱采用工字形截面。1.4.6 基础梁：选自G320，JL-1,JL-2,JL-17。1.5 排架柱的高度（由于A、B柱的对称性，所以以下计算过程以A柱为例）1.5.1 基础的埋置深度

18、及基础高度设室内外地坪高差为150mm，基础梁高度为450mm，则基础顶面的标高为-0.6m,初步假定基础高度为1.4m，则基底标高为-2.0m.1.5.2 排架柱高度的确定根据设计资料及图集得轨顶标高为9.0m，吊车梁高为1.0m，轨道及垫层高度为0.20m。柱顶标高=吊车轨顶标高+吊车轨顶至桥架顶面的高度+空隙 =9.0+0.30+2.189 =11.489m 取12.00m牛腿顶标高=轨顶标高-吊车梁高-轨道高（包括垫高） =9.00-1.00-0.2 =7.8m 取7.80m上柱柱高=柱顶标高-牛腿顶标高 =12.00-7.80 =4.20m全柱高H=柱顶标高-基顶标高 =12.00-

19、（-0.6） =12.6m下柱柱高=全柱高H-上柱柱高Hu =12.6-4.2 =8.4m柱的截面尺寸及几何特征及自重柱的截面尺寸：上柱矩形截面：bh400mm500mm下柱工字型截面：400mm800mm150mm100mm。柱的尺寸见下图柱的截面几何特征及柱的自重计算对于排架柱A、B：上柱 下柱A=1504002+100450+21/2(100+400) 25=1.78105mm2Il=1/124008003-1/123004503-21/230025(225+225/3)2 =1.441010mm4G=250.178=4.45KN/m柱截面尺寸及相应的计算参数见表2。 表2 柱截面尺寸及

20、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上柱矩4005002.01054.171095.0下柱I 4008001501001.781051.4410104.452 荷载计算2.1 屋盖恒载标准值天窗檐口板（含灌缝） 1.40天沟板（770mm宽外天沟） 2.0215mm厚水泥砂浆找平层 0.3100mm厚加气混凝土保温层 0.6二毡三油防水层上铺绿豆沙 0.35冷底子油一道、热沥青二道 0.0515mm厚水泥砂浆找平层 0.30合计 5.02每榀天窗架每侧传至屋架的荷载 23KN/支柱屋架自重 55KN/榀则作用于横向平面排架边柱柱顶屋盖结构自重为2.2 屋面活载（不上

21、人屋面，取0.5）取屋面均布活荷载和雪荷载两者的较大值，这里取屋面活载2.3 柱的自重重力荷载 2.4 吊车梁及轨道连接重力荷载 2.5 吊车荷载由表1可得A4工作级300/50KN桥式吊车的基本参数为：290KN,70KN，g118KN，Q300KN, K=4800mm，B=6150mm，A4工作级150/30KN桥式吊车的基本参数为：185KN,50KN，g74KN，Q150KN, K=4400mm，B=5550mm，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及两台吊车的布置如图所示 2.5.1 吊车竖向荷载查表知，=0.9，rQ=1.4，=0.1Dmax=rQPmaxyi=0.

22、91.4290(1+0.2)+0.91.4185(0.79+0.06)=636.62KN=rQPminyi =0.9.470(1+0.2)+0.91.450(0.79+0.06)=159.39KN在柱A时： 在柱A时： 2.5.2 吊车横向水平荷载300/50KN桥式吊车一个轮子横向水平制动力： T1K=1/40.10.9(118+300)=9.41KN150/30KN桥式吊车一个轮子横向水平制动力：T2K=1/40.10.9(74+150)=5.04KN =0.9(9.41.2+5.040.85) =14.0KN 2.6 风荷载该地区的基本风压，对于城市地区，风压高度变化系数按B类地区考虑高

23、度取值。对按柱顶标高12.15m考虑查得。对按天窗檐口标高14.5m考虑查得。对于单层厂房z=1，风荷载体型系数的分布如图下图所示。 风荷载体型系数图2.6.1 用在柱上的均布荷载q1k=zszWoB=10.81.060.3524=7.12KN/mq2k=zszWoB=10.51.060.3524=4.45KN/mq1=rQ q1k=1.47.12=9.97KN/mq2=rQ q1k=1.44.45=6.23KN/m2.6.2 作用在柱顶的集中风荷载Fw=(0.8+0.5) 2.5+(0.7-0.7) 3 1.130.3524=30.85KNFw= rQ Fw=1.430.85=43.19KN

24、2.7 荷载汇总表见表3 表3 荷载汇总表 荷载类型简图A（B）柱N(KN)M(KNm)恒载G1A=424.06KNG2A21KNG2A+ G4A=21+50.36=71.36KNG3A=37.83KNM1A=21.20 KNmM2AM4A=84.81+4.217.63=71.38KNm屋面活载G1A=38.31KNM1A=1.92KNmM2A=7.66KNm吊车竖向荷载Dmax在A柱：G4A=636.62KNDmin在A柱：G4A=159.39KNDmax在A柱：M4A=222.82 KNmDmin在A柱：M4A=55.79KNm吊车横向水平荷载Tmax14.0KN风荷载（向右吹）Fw43.

25、19KNq19.97KN/m，q26.23KN/m风荷载(向左吹)Fw43.19KNq19.97KN/m，q26.23KN/m3 结构内力分析由于A、B柱的对称性，所以以下计算过程以A柱为例。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计算，见表4。表4 柱剪力分配系数表柱的类别A、B柱n=0.29=0.33=2.763.1 恒载作用下的排架内力计算分配给A柱的剪力为A柱柱顶的剪力为从而求得A柱的其它内力为，, , 恒载计算简图 M（KN.m） N(KN)3.2 屋面活载作用下的排架内力计算分配给A柱的剪力为A柱柱顶的剪力为从而求得A柱的其它内力为，3.3 吊车竖

26、向荷载作用下的排架内力计算3.3.1 当Dmax在A柱时：分配给A柱的剪力为 A柱柱顶的剪力为从而求得A柱的其它内力为，3.3.2 当Dmin在A柱时：分配给A柱的剪力为A柱柱顶的剪力为从而求得A柱的其它内力为，3.4 吊车横向水平荷载作用下的排架内力计算吊车横向水平荷载是作用于吊车梁顶面。当Tmax向左作用时Ra=-TmaxC5=-14.00.610=-8.54KN()Rb=Ra=-8.54KN()分配给A柱的剪力为a(RaRb)=-0.5(-8.54-8.54)=8.54KNA柱柱顶的剪力为Va=-8.54+8.54=0从而求得A柱的其它内力为，当Tmax向左作用时,内力图与向右作用时相反

27、。3.5 风荷载作用下的排架内力计算3.5.1 当风为右吹时：对于作用，剪力分配对于作用，剪力分配：叠加后：从而求得A柱的其它内力为：3.5.2当风为左吹时对于作用，剪力分配对于作用，剪力分配：叠加后： 从而求得A柱的其它内力为：3.6 横向水平地震计算3.6.1 一般重力荷载计算3.6.1.1屋盖结构重力荷载（Gr）：Gr=5.02246=722.88KN3.6.1.2活载（Gqn）： Gqn=0.3246=43.2KN3.6.1.3 柱子重(Gc)： 以A柱：上柱 0.2 4.225=21KN 下柱 0.1788.625=38.27KN Gc=59.27KN 3.6.1.4 吊车梁重（Gb

28、）： Gb=45.5KN/根3.6.1.5 吊车桥架重（Gcr）：一台150/30吊车 Gcr=321KN一台300/50吊车 Gcr=420KN3.6.1.5 围护纵墙重（Gwl）（扣除门、窗洞口）：Gwl=453.91KN3.6.2 结构计算简图：3.6.3 质点集中重力荷载代表值计算：柱顶标高处：3.6.3.1 计算基本周期：G1=1.0Gr+0.5Gq+0.5Gb+0.25Gcs+1.0Gwe =1.0722.88+0.543.2+0.545.52+0.2560.162+1.0453.9 =1274KN3.6.3.2 计算地震作用：G1=1.0722.88+0.543.2+0.7545

29、.52+0.560.162+1.0453.9=1326.79KN吊车梁面标高处： Gcr1=58.85KN3.6.4 排架基本周期计算：3.6.4.1 单柱位移计算简图已知Hu=4.2m H=12.6mIu=4.1710-3m4I=1.4410-2m4Ec=2.55107KN/m2可算得 a=b=1/3Ec(H13/I1+H3-H13/I2) =1/32.5107(4.23/4.1710-3+12.63-4.23/1.4410-2) =1.9810-3m/KN3.6.4.2 排架横梁内力计算K=1/a+1/b=1.01VA=1/aK=0.50VB=1/bK=0.50由此得X11=1- VA=1

30、-0.50=0.50计算简图如下图3.6.4.3 排架侧移计算 排架在单位力作用下的计算简图如下图11=（1-X11）a=（1-0.50）1.9810-3=0.9910-3m/KN3.6.4.4 排架基本周期计算 单质点的排架基本周期T1可按以下公式计算：T1=2t -3=1.80(s)式中t-周期修正系数，按2001规范规定，取0.8.36.5 排架横向水平地震作用计算用底部剪力法求算排架底部总水平地震剪力标准值该厂房位于6度区，场地土为类，根据2001规范的规定，其地震动峰值加速度为0.20g，特征周期值为0.35s，属一区。其水平地震影响系数最大值max为0.16. 由此得 Tg=0.3

31、5s max=0.16 则1=( Tg/T1)0.9max=( 0.35/1.80)0.90.16=0.04 Geq=Ge=G1=1326.79KN排架底部的总地震剪力应为 FEK=1 Geq=0.041326.79=53.07KN柱顶处的横向水平地震作用即为 F1= FEK=53.07KN吊车梁面标高处由吊车桥架引起的横向水平地震作用应为Fcr1=1Gcr1Hcr/H=0.0458.859/12=1.77KN3.6.6 排架地震作用效应计算3.6.6.1 在柱顶横向水平地震作用下的排架地震作用效应见下图 A柱：MI-I=111.47KN.m VI-I=26.54KN.m MII-II=222

32、.94KN.m VII-II=26.54KN.mB柱的内力同A柱。3.6.6.2 吊车地震作用下的排架地震作用效应可按柱顶为不动铰的计算简图进行计算，如下图所示。吊车地震作用分别在跨排架左右两柱各一半共同承受。A柱 Fcr1=1.77KN按不动铰单柱反力计算公式可算得各柱柱顶的反力为： RA=1.10KN 由此得各柱截面的吊车地震作用效应为：A柱： MI-I=-1.104.2+1.771.2=-2.50KN.m VI-I=0.67KN MA-A=-1.103.0=-3.3KN.m MII-II=-1.1012+1.779.0=2.73KN.m VII-II=0.67KNB柱的地震作用效应值同A

33、柱。3.6.7 排架地震作用效应考虑空间工作影响的调整和吊车地震作用效应考虑局部振动增大效应的放大3.6.7.1 排架地震作用效应考虑空间工作影响的调整 根据2001规范规定，其排架柱截面-和-的地震作用效应，应按2001规范附录H表H.2.3.1的空间工作影响调整系数0.80进行调整。即A柱： MI-I=0.80111.47=89.18KN.m VI-I=0.8026.54=21.23KN MII-II0.80222.94=178.35KN.m VII-II=0.8026.54=21.23KNB柱同A柱。 3.6.7.2 吊车地震作用效应的局部振动增大效应放大吊车地震作用效应（截面A-A），

34、应按2001规范附录H表H.3.1的增大系数进行放大。增大系数为2.0，放大后的A-A截面吊车地震作用效应为：A柱： MA-A=2.003.3=6.6 KN.m VA-A=2.000.67=1.34KNB柱同A柱。3.7 A柱的内力汇总A柱的内力值汇总表见表5 表5 A柱的内力值汇总表 荷载类型序号M( KNm)N(KN)M( KNm)N(KN)M( KNm)N(KN)V(KN)恒载138.13445.06-33.25495.420.60533.254.03屋面活载2a3.9438.31-3.7238.310.3138.310.48吊车竖向荷载Dmax在A柱3a165.70-57.12636.

35、62-51.46636.62-13.6Dmin在A柱3b-57.1201.33159.39-115.57159.39-13.6吊车横向水平荷载Tmax向右作用时4a24.79024.790177.68014.0Tmax向左作用时4b-24.790-24.790-177.680-14.0风荷载向右吹5a-38.650-38.650430.95097.48向左吹5b109.760-109.760-677.40092.794 排架的内力组合由于A、B柱的对称性，所以以下组合过程以A柱为例以A柱内力组合为例，列表进行内力组合，见表6。 表6 A柱内力组合表 内力截面由可变荷载效应控制的组合1.2恒载+1.4任一活载组合项+Mmax相应N 、V组合项Mmax相应N 、V组合项Nmax相应M、V组合项Nmin相应M、V 13a277.7413b-34.2112a51.2713a277.74534.07534.07587.71534.07 14a-5.1913a-119.8713a-119.8714a-5.19594.481485.771485.77594.48 14a249.4714b-248.0313a-71.3214a249.47639.9639.91531.17639.924.44-14.76-14.2024.44