单层厂房课程设计金属结构车间双跨等高厂房.docx

混凝土及砌体结构课程设计单层厂房结构设计任务书一、设计题目：金属结构车间双跨等高厂房。 (每人一题，按学号分配)二、设计内容：1计算排架所受的各项荷载；2计算各种荷载作用下的排架内力(对于吊车荷载不考虑厂房的空间作用)；3柱及牛腿设计，柱下单独基础设计；4绘施工图：柱模板图和配筋图；基础模板和配筋图。三、设计资料1金属结构车间为两跨厂房，安全等级为一级，厂房总长54m，柱距为6m，厂房剖面如图1、2、3所示；2厂房每跨内设两台吊车，吊车均为软钩吊车；3建设地点为东北某城市(基本雪压0.40KNm，基本风压0.50KNm2，冻结深度2.0m)；4地基为均匀粘性土，地基承载力特征值190Kpa；5厂房标准构件选用及载荷标准值：(1)屋架采用梯形钢屋架，屋架自重标准值：18m跨81.50KN每榀，21m跨95KN每榀，24m跨109KN每榀，27m跨122KN每榀，30m跨136KN每榀(均包括支撑自重)(2)吊车梁选用预应力混凝土吊车梁，参数见表3。轨道及零件自重0. 8KNm，轨道及垫层构造高度200mm；(3)天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架重：18m跨25.5KN每榀，21m跨30KN每榀，24m跨34KN每榀，27m跨38.3KN每榀，30m跨42.5KN每榀(包括自重，侧板、窗扇支撑等自重)；(4)天沟板自重标准值为2.02KNm；(5)围护墙采用240mm双面粉刷墙，自重5.24KN/m2。塑钢窗： 自重0.45KNm2，窗宽4.2m，窗高见图1。(6)基础梁截面为250 mmX600mm；基础梁自重4.2KNm；6材料：混凝土强度等级为C30，柱的受力钢筋采用HRB335级或HRB400级，箍筋采用HPB235级；7屋面卷材防水做法及荷载标准值如下：防水层：0.4KNm2；25mm厚水泥沙浆找平层：0.5KNm2；100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4KNm2；隔汽层：0.05KNm2；25mm厚水泥砂浆找平层：0.5KNm2；预应力大型屋面板：1.4KNm2。8屋面均布活荷载为0.5KNm2。图1 图2图3表1 各学号所对应的桥式吊车和牛腿标高跨度左跨吊车序号右跨吊车序号C1C2C3C4C1C2C3C4C1C2C3C418123456789101112C118131415161718192021222324C218252627282930313233343536C321373839404142434445464748C121495051525354555657585960C221616263646566676869707172C324737475767778798081828384C424858687888990919293949596C124979899100101102103104105106107108C227109110111112113114115116117118119120C327121122123124125126127128129130131132C427133134135136137138139140141142143144C130145146147148149150151152153154155156C230157158159160161162163164165166167168C330169170171172173174175176177178179180C4轨顶标高(m)7.88.18.48.79.09.39.69.910.210.510.811.1表2 吊车数据（工作级别A5）吊车序号起重量(kn)桥跨LQ(m)小车重g(kn)最大轮压Pmax(kn)大车轮距BQ(m)轨道中心之端部距离b(mm)轨顶以上高度H(mm)大车宽B(m)吊车总重G(kn)C1160/3216.563.261634.0023020975.95523019.563.261854.1026020976.05527022.563.261934.1026021876.05530025.563.262055.0026021856.39034028.563.262145.0026021856.390380C2200/5016.569.771854.0023020995.95524019.569.772074.1026020996.05529022.569.772164.1026021896.05532025.569.772305.0026021896.39037028.569.772395.0026021896.390400C3320/5016.51092784.6526023416.64033019.51093014.7030024716.69038022.51093134.7030024716.69041025.51093315.0030024716.99046028.51093445.0030024716.990500C4500/10016.51554204.8030027346.77544019.51554304.8030027346.77549022.51554564.8030027346.77553025.51554745.0030027346.97558028.51554875.0030027346.975620表3 吊车梁数据（工作级别A5）梁型号起重量(kn)跨 度(m)梁 高(mm)梁 重(kn)YDL116016.5-28.5120041.3YDL220016.5-28.5120041.5YDL332016.5-28.5120046.0YDL450016.5-28.5150060.3注： 1、土木07专升本选1-55号方案2、土木07（2）选60-114号方案3、土木07（1）选120-165号方案目 录1 设计资料- 1 -2 柱截面尺寸确定- 1 -2.1 确定柱高度- 1 -2.2 确定柱截面尺寸- 1 -2.3 确定柱截面惯性距- 1 -3 荷载计算- 4 -3.1 恒荷载- 4 -3.1.1 屋盖恒载- 4 -3.1.2 吊车梁及轨道重力荷载设计值- 4 -3.1.3 柱自重重力荷载设计值- 4 -3.2 屋面活荷载- 5 -3.3 风荷载- 5 -3.4 吊车荷载- 7 -3.4.1 吊车竖向荷载- 7 -3.4.2 吊车横向水平荷载- 8 -4 内力分析- 8 -4.1 恒载作用下排架内力分析- 8 -4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析- 11 -4.2.1 A B跨作用屋面活荷载- 11 -4.2.2 B C跨作用屋面活荷载- 12 -4.3 风荷载作用下排架内力分析- 13 -4.3.1 左吹风时- 13 -4.3.2 右吹风时- 14 -4.4 吊车荷载作用下排架内力分析- 16 -4.4.1 作用于A柱- 16 -4.4.2 作用于B柱左- 17 -4.4.3 作用于B柱右- 18 -4.4.4 作用于C柱- 19 -4.4.5 作用于AB跨柱- 20 -4.4.6 作用于BC跨柱- 22 -5 内力组合- 23 -6 柱截面设计- 29 -6.1 上柱配筋计算- 29 -6.2 下柱配筋计算- 30 -6.3 柱的裂缝宽度验算- 32 -6.4 柱箍筋配置- 32 -6.5 牛腿设计- 32 -6.5.1 牛腿截面高度验算- 33 -6.5.2 牛腿配筋计算- 33 -6.6 柱的吊装验算- 33 -7 基础设计- 35 -7.1 作用于基础顶面上的荷载计算- 35 -7.2基底尺寸及埋置深度- 36 -7.2.1 按构造要求拟定高度- 36 -7.2.2 拟定基础底面尺寸- 37 -7.2.3 计算基底压力及验算地基承载力- 37 -7.3 基础高度验算- 38 -7.4 基础底板配筋计算- 39 -7.4.1 柱边及变阶处基底反力计算- 39 -7.4.2 柱边及变阶处弯矩计算- 40 -7.4.3 配筋计算- 41 - 单层厂房结构设计计算书1.设计资料本设计方案为107号，左跨吊车C3，右跨吊车C2，轨顶标高10.8，跨度24，柱距6。2.柱截面尺寸确定2.1 确定柱高度估计基础埋深2.2，基础高1.5，室外地坪标高-0.15。A柱顶标高 10.8+2.471+0.1=13.37C柱顶标高 10.8+2.189+0.1=13.09上柱高 =13.37-10.8+1.2+0.2=3.97中柱总高 H =13.37+0.70=14.07下柱高 H=14.07-3.97=10.10 2.2 确定柱截面尺寸根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，由混凝土设计规范，6m柱距单层厂房矩形、工字形截面柱截面尺寸限值并参考厂房柱截面形式和尺寸参考表确定柱截面尺寸，见表12.3 确定柱截面惯性距排架平面内惯性矩A柱 上柱：下柱： B柱 上柱：下柱： C柱 上柱：下柱： 表1 柱截面计算参数 计算参数柱号截面尺寸/面积/惯性矩/自重/（）A上柱矩下柱B上柱矩下柱C上柱矩下柱本案仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1所示。 图1 计算单元和计算简图3.荷载计算3.1 恒荷载3.1.1 屋盖恒载防水层 厚水泥砂浆找平层 厚珍珠岩制品保温层 隔气层 厚水泥砂浆找平层 预应力大型屋面板 天沟板 天 窗 屋架自重 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柱 上柱 下柱 B柱 上柱 下柱 C柱 上柱 下柱 各项恒载作用位置如图2所示 图2 恒荷载作用位置图（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，后者小于前者，故仅按前者计算。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2所示。3.3 风荷载风荷载标准值可按式计算，其中 ，根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度由查表确定如下：柱顶（标高13.37） 檐口（标高15.07） 屋顶（标高16.07） 如图3a所示，由式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为： 当时， 取当时， 取图3 风荷载体型系数及排架计算简图则作用于排架计算简图（图3b）上的风荷载设计值为： 3.4 吊车荷载已知320/50吊车参数：；200/50吊车参数：；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4所示。3.4.1 吊车竖向荷载A柱 C柱 图4 吊车荷载作用下支座反力影响线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作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值 4.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结果如表2。表2 柱剪力分配系数柱别A柱B柱C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5a所示。图中的重力荷载及力矩M是根据图2确定的，即A柱 ; ; C柱 ; ; B柱 由于图5a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教材表2.5.2所列的相应公式计算。对于A柱，；对于C柱，则A柱 ， C柱 ， 本例中。求得后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图5b，c。图5d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。图5 恒载作用下排架内力图4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析4.2.1 AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图6a所示。其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为；对于A柱，则对于B柱，则 则排架柱顶不动铰支座总反力为：将反向作用于排架柱顶，用式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，即 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图6b，c所示。 图6 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图4.2.2 BC跨作用屋面活荷载排架计算简图如图7a所示。其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为；对于C柱，则对于B柱,则排架柱顶不动铰支座总反力为：将反向作用于排架柱顶，用式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BC跨时的柱顶剪力，即 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图7b，c所示。图7 BC跨作用屋面活荷载时排架内力图4.3 风荷载作用下排架内力分析4.3.1 左吹风时计算简图如图8a所示。对于A柱，对于C柱，由表2.5.2得:A柱 C柱 各柱顶剪力分别为： 排架内力图如图8b所示。 （a） 图8 左吹风时排架内力图4.3.2 右吹风时计算简图如图9a所示。对于A柱，对于C柱，由表2.5.2得:A柱 C柱 各柱顶剪力分别为： 排架内力图如图9b所示。（a） 图9 右吹风时排架内力图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10a所示。其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A柱， ，则对于B柱，由表2.5.2得： 排架各柱顶剪力分别为: 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图10b、c所示。图10 作用在A柱时排架内力图4.4.2 作用于B柱左计算简图如图11a所示， 计算如下：柱顶不动铰支座反力，及总反力R分别为：各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图11b、c所示。 图11 作用在B柱左时排架内力图4.4.3 作用于B柱右计算简图如图12a所示， 计算如下：柱顶不动铰支座反力及总反力R分别为：各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图12b、c所示。图12 作用在B柱右时排架内力图4.4.4 作用于C柱计算简图如图13a所示， 计算如下：柱顶不动铰支座反力及总反力R分别为：各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图13b、c所示。图13 作用在C柱时排架内力图4.4.5 作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图14a所示。对于A柱，；对于B柱，则A柱 B柱 排架柱顶总反力R为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图14b所示。 图14 作用于AB跨时排架内力图4.4.6 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15a所示。对于B柱，；对于C柱， ，则B柱 C柱 排架柱顶总反力R为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图15b所示。图15 作用于BC跨时排架内力图5.内力组合控制截面分别取上柱底部截面I-I，牛腿顶截面II-II和下柱底截面III-III，荷载效应的基本组合分别按式有；进行。见表4、5、6。在每种荷载效应组合中，对矩形和工字型截面柱均应考虑以下四种不利内力组合：（1）+及相应的N，V；（2）-及相应的N，V；（3）及相应的M，V；（4）及相应的M，V；对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对的柱进行验算。 表3 A柱内力标准值汇总表 柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活荷载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载作用在AB跨作用在BC跨作用在A柱作用在B柱左作用在B柱右作用在C柱作用在AB跨作用在BC跨左风右风序号-11.480.732.32-40.40-29.563.21-7.582.0918.6018.21-33.94342.4338.77-63.54-8.962.32108.76-21.923.21-7.582.0918.6018.21-33.94384.7738.77596.63203.01-46.46-2.428.225.97-24.5511.36-26.84151.4965.92268.96-222.48391.3638.77596.63203.0110.890.790.58-10.18-5.340.81-1.9114.794.6839.35-21.61 表4 A柱内力组合表 内力组合截面及相应的,及相应的,及相应的,及相应的,-1.2+1.40.9+0.9(+)+65.301.2+1.40.90.8(+)+0.9+-87.521.2+1.40.9+0.9(+)+65.301.2+1.40.9+0.9(+)+64.38459.77410.92459.77410.92+0.9+0.9(+)+48.28+0.90.8(+)+0.9+-76.59+0.9+0.9(+)+48.28+0.9+0.9(+)+17.49377.32342.43377.32342.43-1.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+83.581.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+-181.131.2+1.40.9+0.9(+)+79.831.2+1.40.90.9(+)+ -148.701063.13715.211187.15461.72+0.9+0.8(+)+0.9+50.62+0.9+0.8(+)+0.9+-138.46+0.9+0.9(+)+47.95+0.9+0.9(+)+ -113.20814.34565.83902.93384.77-1.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+594.261.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+-354.181.2+1.40.9+0.9(+)+580.511.2+1.40.9+0.9(+)+-427.251071.04723.121195.06748.7070.71-25.7869.60-35.99+0.9+0.8(+)+0.9+431.11+0.9+0.8(+)+0.9+-246.35+0.9+0.9(+)+421.29+0.9+0.9(+)+-298.54820.93572.42909.52590.6952.06-16.8651.27-24.15表5 A柱内力组合表 内力组合截 面及相应的,及相应的,及相应的,及相应的,-1.2+1.40.917.421.2+1.40.9-19.751.2+1.40.914.801.2+1.40.937.42410.92410.92410.92410.92+0.914.08+0.9-12.46+0.912.21+0.914.08342.43342.43381.20342.43-1.2+1.40.947.091.2+1.40.9-119.011.2+1.40.9-72.611.2+1.40.9-119.011138.30461.72461.72461.72+0.924.56+0.9-94.09+0.9-60.94+0.9-94.09867.90384.77384.77384.77-1.2+1.40.9394.641.2+1.40.9-224.571.2+1.40.962.521.2+1.40.9-224.57469.63469.631146.21469.6362.65-14.161.52-14.16+0.9288.52+0.9-153.77+0.951.30+0.9-153.77391.36391.36874.63391.3646.31-8.562.64-8.56表6 A柱内力组合表 内力组合截 面及相应的,及相应的,及相应的,及相应的,-1.35+1.40.7+0.9（+）+55.571.35+1.40.70.8（+）+0.9+-71.781.35+1.40.7+0.9（+）+55.571.35+1.40.7+0.9+0.9+22.04500.28462.28500.28462.28+0.7+0.9（+）+40.10+0.70.8（+）+0.9+-50.86+0.7+0.9（+）+40.10+0.7+0.9+0.9+16.16369.57342.43369.57342.43-1.35+1.40.7+0.8（+）+0.9+38.531.35+1.40.7+0.8（+）+0.9+-167.351.35+1.40.7+0.9+0.9+-15.491.35+1.40.70.9+0.9+-142.13987.20716.591083.66519.44+0.7+0.8（+）+0.9+25.25+0.7+0.8（+）+0.9+-121.81+0.7+0.9+0.9+-11.71+0.70.9+0.9+-103.79718.88525.59787.79384.77-1.35+1.40.7+0.8（+）+0.9+481.481.35+1.40.7+0.8（+）+0.9+-256.091.35+1.40.7+0.9+0.9+424.411.35+1.40.70.9+0.9+-310.58996.09725.491092.56707.3959.53-15.5158.67-24.23+0.7+0.8（+）+0.9+345.63+0.7+0.8（+）+0.9+-181.28+0.7+0.9+0.9+337.99+0.70.9+0.9+-220.18725.47532.18794.38519.2642.91-10.6942.30-16.92 表7 A柱内力组合总表 内力组合截面及相应的,及相应的,及相应的,及相应的,-1.2+1.40.9+0.9(+)+65.301.2+1.40.90.8(+)+0.9+-87.521.2+1.40.9+0.9(+)+65.301.2+1.40.9+0.9(+)+64.38459.77410.92459.77410.92+0.9+0.9(+)+48.28+0.90.8(+)+0.9+-76.59+0.9+0.9(+)+48.28+0.9+0.9(+)+17.49377.32342.43377.32342.43-1.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+83.581.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+-181.131.35+1.40.7+0.9+0.9+-15.491.2+1.40.9-119.011063.13715.211083.66461.72+0.9+0.8(+)+0.9+50.62+0.9+0.8(+)+0.9+-138.46+0.7+0.9+0.9+-39.20+0.9-94.09814.34565.83645.69384.77-1.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+594.261.2+1.40.9+0.8(+)+0.9+-354.181.2+1.40.9+0.9(+)+580.511.35+1.40.70.9+0.9+-310.581071.04723.121195.06707.3970.71-25.7869.60-24.23+0.9+0.8(+)+0.9+431.11+0.9+0.8(+)+0.9+-246.35+0.9+0.9(+)+421.29+0.70.9+0.9+-220.18820.93572.42909.52519.2652.06-16.8651.27-24.156.柱截面设计混凝土等级强度为C30，；采用HRB400级钢筋，。上下柱均采用对称配筋。6.1 上柱配筋计算由表7可见，上柱截面共有4组内力。取。轴力较小的一组，即由规范查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心距取20（大于400/30）。由故应考虑偏心距增大系数。取。 取进行计算。选318（），则，满足要求。由规范得垂直于排架方向柱的计算长度 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7的8组内力中，选取下列两组不利内力：（1）按计算下柱计算长度取。附加偏心距（大于20）。由，故应考虑偏心距增大系数，且取。取。 故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则 （2）按计算下柱计算长度取。附加偏心距（大于20）。由，故应考虑偏心距增大系数，且取。取。 故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则 综合上述计算结果，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，对的柱进行裂缝宽度验算，本设计中下柱出现的内力，故应进行裂缝宽度验算。验算过程见表8，其中下柱； ；构件受力特征系数；混凝土保护层