单层厂房课程设计指导书--大学毕业设计论文.doc

《单层工业厂房课程设计》指导书

淮 阴 工 学 院

课程设计指导书

课程名称： 钢筋混凝土结构
设计题目： 单层工业厂房课程设计
专业层次： 本 科
制定日期： 2013年11月
版 次： 1
归口单位： 建筑工程学院

附：设计范例：
单层厂房设计任务书
一、设计任务
某厂金工车间的等高排架。该金工车间平、立面布置如图所示。柱距除端部为5.5m，其余均为6.0m，跨度(18m+18m)；每跨设有两台吊车，吊车工作制级别为A5级，轨顶标高为7.2m，吊车起重量左右跨相同，具体见表2。外墙无连系梁，墙厚240mm，每开间侧窗面积24m2，钢窗，无天窗。

二、设计参考资料
1、 屋面做法：
二毡三油防水层
20mm厚水泥砂浆找平层
80mm厚泡沫混凝土保温层
预应力混凝土大型屋面板

2、荷载
表 1 荷载
基本雪压
0.4kN/m2
地区类型
B
基本风压
0.5kN/m2
屋面活载
0.5kN/m2
吊车起重量
20/5t

3、吊车起重量及其数据，见表2。
表2 吊车起重量及其数据
起重量
桥跨
轮距
吊车宽
起重机
总量
小车重
最大轮压
吊车顶
至轨顶
轨中至
车外端
最小轮压

20/5t
16.5
4000
5200
223
68.6
174
2094
230
37.5
4、地质资料，见表3。
表3 地质资料
层次
地层描述
状态
湿度
厚度()
层底深度()
地基承载力标准值
容重

1
回填土

1.4
1.4

16
2
棕黄粘土
硬塑
稍湿
3.5
4.9
200
17
3
棕红粘土
可塑
湿
1.8
6.7
250
17

5、预应力屋面板、嵌板及天沟板选用，见表4。
表4 预应力屋面板、嵌板及天沟板
名称
标准图号
选用型号
允许荷载
kN/m2
自重kN/m2
备注
预应力面板
G410(一)
YWB-2
2.46
1.40
自重包括灌缝重
嵌 版
G410(二)
KWB-1
2.5
1.75
同上
天沟板
G410(三)
TGB68-1
3.05
1.91
同上

6、屋架选用图集，见表5。
表5 屋架选用图集
跨度(m)
标准图号
选用型号
允许荷载kN/m2
自 重
屋架边缘高度（m）
18
G415(一)
YWJA-18-2Aa
3.5
60.5kN/榀屋盖钢
支撑0.05 kN/m2
2.15
7、吊车梁选用图集，见表6。
表6 吊车梁选用图集
标准图号
选用型号
起重量
Lk(m)
自 重(kN)
梁高(mm)
G425
YXDL6-6
20/5t
10.5～22.5
44.2/根
1200
注:轨道连结件重: 0.8 kN/m
8、基础梁：选用标准图号G320 JL-3,16.7 kN/根。
9、钢窗重：0.45 kN/m2。
10、常用材料自重，见表7。
表7 常用材料自重
名称
单位自重(kN/m2)
二毡三油绿豆砂面层
0.35
水泥砂浆
20
泡沫混凝土
8
240厚砖墙
4.75

单层厂房结构课程设计计算书

1.结构构件选型及柱截面尺寸确定
因该厂房跨度在15~36m之间，且柱顶标高大于8m，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋盖具有较大刚度，选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。
由图1可知柱顶标高为9.6m，牛腿顶面标高为6m；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Hl，和上柱高度Hu分别为：

根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表1。

图1 厂房剖面图
表1 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/mm2
惯性矩/mm4
自重/(kN/m)
A，C
上柱
矩400400
1.6105
21.3108
4.0
下柱
I 400900100150
1.875105
195.38108
4.69
B
上柱
矩400600
2.4105
72108
6.0
下柱
I4001000100150
1.975105
256.34108
4.94

本设计仅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
2.荷载计算
1.恒载
⑴屋盖恒载
绿豆砂浆保护层，二毡三油防水层
20厚水泥砂浆找平层
80厚泡沫混凝土保温层
预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）
屋盖钢支撑
总计
屋架重力荷载为60.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为：

(2) 吊车梁及轨道重力荷载设计值：

(3)柱自重重力荷载设计值
A、C柱:
上柱：
下柱:
B柱:
上柱:
下柱:
各项恒载作用位置如图3所示。

图3 荷载作用位置图 （单位：kN）

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3所示。
3.风荷载
风荷载的标准值按计算，其中,,根据厂房各部分标高(图1)及B类地面粗糙度确定如下：
柱顶(标高)
檐口(标高)
屋顶(标高)
如图4所示，则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：

图4 风荷载体型系数及计算简图
则作用于排架计算简图(图4)上的风荷载设计值为:

4.吊车荷载
由表2可得吊车的参数为：，，，，,,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。
(1)吊车竖向荷载
吊车竖向荷载设计值为：

(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为：

作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：

图5 吊车荷载作用下支座反力影响线
3.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计算，见表2。
表2 柱剪力分配系数
柱别

A、C 柱

B 柱

;
;
;

由于图6a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相应公式计算。对于A，C柱，则：

本例中RB=0。求得Ri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6b、c。
图6 d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。

图6 恒载作用下排架内力图
2．屋面活荷载作用下排架内力分析
(1)AB跨作用屋面活荷载
排架计算简图如图7所示，其中Q1=37.8kN，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：

对于A柱，，,则
对于B柱,，则

将R反作用于柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与相应的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、轴力图及柱底剪力如图7b，c所示。

图7 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图
（2）BC跨作用屋面活荷载
由于结构对称，且BC跨与AB跨作用荷载相同，故只需将图7中内力图的位置及方向调整一下即可，如图8所示。

图8 BC跨作用屋面活荷载时的排架内力图
3．风荷载作用下排架内力分析
(1）左吹风时
计算简图如图9a所示。对于A，C柱, ，得

各柱顶的剪力分别为

排架内力如图9b所示

(a) (b)
图9 左吹风时排架内力图
(2)右吹风时
计算简图如图10a所示。将图9b所示A，C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图10b所示。

图10 右吹风时排架内力图
4.吊车荷载作用下排架内力分析
(1) Dmax作用于A柱
计算简图如图11a所示。其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin。在牛腿顶面处引起的力矩为：

对于A柱，，则

对于柱，，，得

排架各柱顶的剪力分别为：

排架各柱弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图11b,c所示。

图11 Dmax作用在A柱时排架内力图
(2) Dmax作用于B柱左
计算简图如图12a所示,计算如下：

柱顶不动铰支反力，及总反力分别为：

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 Dmax作用于B柱左时排架内力图
（3）Dmax作用于B柱右
根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与Dmax作用于B柱左的情况相同，只需将A，C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图13所示。

图13 Dmax作用于B柱右时排架内力图
（4）Dmax作用于C柱
同理，将作用于A柱情况的A，C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图14所示。

图14 Dmax作用在C柱右时排架内力图
（5）Tmax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15a所示，对于A柱，，，得，则

同理，对于B柱，，，,，则：

排架柱顶总反力R为：

各柱顶剪力为：

排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图15b所示。当Tmax方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。

图15 Tmax作用于AB跨时排架内力图
(6) Tmax作用于BC跨柱
由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计算与Tmax作用AB跨情况相同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图16所示。

图16 Tmax作用于BC跨时排架内力图
5.内力组合
以A柱内力组合为例。表3为各种荷载作用下A柱内力标准值汇总表，表4～表11、表12为柱内力组合表，这两表中的控制截面及正号内力方向如表3中的例图所示。
对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对e0/h0>0.55的柱进行验算。为此，表2-33中亦给出了Mk和Nk的组合值，它们均满足e0/h0>0.55的条件，对设计来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V一项。

20

表3 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
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
Dmax作用
在A柱
Dmax作
用在
B柱左
Dmax作
用在
B柱右
Dmax作
用在
C柱
Tmax作
用在
AB跨
Tmax作
用在
BC跨
左风
右风

序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

11.98
0.52
2.30
-51.19
-56.77
44.60
-5.29
±9.72
±23.65
10.50
－18.55

237.61
37.8
0
0
0
0
0
0
0
0
0

-29.78
-8.93
2.30
114.41
-21.08
44.60
-5.29
±9.72
±23.65
10.50
-18.55

296.41
37.8
0
552
118.97
0
0
0
0
0
0

11.76
-4.58
6.46
21.98
-123.59
125.14
-14.85
±119.57
±66.36
139.76
-107.20

332.99
37.8
0
552
118.97
0
0
0
0
0
0

6.39
0.67
0.64
-14.22
-15.77
12.39
-1.47
±16.9
±6.57
30.81
－19.10
弯矩图

注：M单位(kN/m)，N单位kN，V单位kN。

表4 A柱内力组合表
截面
组合项
+Mmax及相应的N、V
组合项
-Mmax及相应的N、V
组合项
+Nmax及相应的M、V
组合项
Nmin及相应的M、V
MR，NR
备注

M
1+0.9*[2+3
+0.9*(6+9)
+10]
79.251
1+0.9[0.8(5
+7)+0.9×9
+11]
-68.555
1,2
3,6
43.550
1+0.9[3+
0.9(6+9)
+10]

78.783
57.699
Nmax一项取
1.35SGK+0.7×1.4SQK标准值取自Nmin
及相应的M、V项
N
271.63
237.61
293.771
237.61
198.008

M
1+0.9*[3+0.8
*(4+6)+0.9*9
+10]
115.4
1+0.9[2+0.8(5
+7)+0.9×9
+11]
-92.655
1,4
6,9
表12
118.713
1+0.9[
0.9(7+9)
+11]
-69.916

N
693.85
416.088
738.01
296.41

M
1+0.9*[3+0.8
*(4+6)+0.9*8
+10]
346.136
1+0.9[2+0.8(5
+7)+0.9×8
+11]
-285.802
1,4
6,8
表12
237.069
1+0.9[3+
0.9(6+9)
+10]
298.473
214.595

N
730.43
463.376
774.59
332.99
277.49
V

MK

NK

VK

6. 柱截面设计
以柱为例。混凝土强度等级为,，；采用HRB400级钢筋，，。上、下柱均采用对称配筋。
1．上柱配筋计算。
上柱截面共有4组内力。取

而截面的内力均小于，则都属于大偏心受压，所以选取偏心距较大的一组内力作为最不利内力。即取
M=78.783kN·m，N= 237.61 kN；
吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心矩取（大于）
，

， 取

且

选3 18，则
满足要求。
而垂直于排架方向柱的计算长度，则，（内插） 满足弯矩作用平面外的承载力要求。

2.下柱配筋计算
取与上柱分析方法类似。

而，截面的内力均小于，则都属于大偏心受压。所以选取偏心距最大的一组内力作为最不利内力。
按，计算
下柱计算长度取，附加偏心距（大于20）。，，

即中和轴过翼缘
且

选用4 18
垂直于弯矩作用面的承载力计算：

，

3．柱箍筋配置
由内力组合表，相应的，
验算截面尺寸是否满足要求。

截面满足要求。
计算是否需要配箍筋：
取

可按构造配箍筋，上下柱均选用箍筋。

满足弯矩作用面的承载力要求。
4．柱的裂缝宽度验算
相应于控制上、下柱配筋的最不利内力组合的荷载效应标准组合为：

表13 柱的裂缝宽度验算表
柱截面
上柱
下柱
内力
标准值

57.699
214.595

198.008
277.49

291.390.55h0=198
773.34

0.00950.01取ρte=0.01
0.0113

1.1
1.0

480.529
1183.34

0
0.523

288.95
722.2

172.06
174.045

0.341
0.436

0.1240.3 满足要求
0.1470.3满足要求
上柱=763，下柱=1018；构件受力特征系数；混凝土保护层厚度取30mm。验算过程见表13。
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17所示。其中牛腿截面宽度b=400mm，牛腿截面高度h=600mm, h0=565mm。

(1)牛腿截面高度验算
=0.65, ，(牛腿顶面
无水平荷载),

取 。
按下式确定。

图17 牛腿尺寸简图
故截面高度满足要求。
2)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，
且纵筋不宜少于4根，直径不宜少于12，所以选用416。
由于，则可以不设置弯起钢筋，箍筋按构造配置，牛腿上部范围内水平箍筋的总截面面积不应小于承受的受拉宗纵筋总面积的，箍筋选用。
局部承压面积近似按柱宽乘以吊车梁断承压板宽度取用：

满足要求。
6．柱的吊装验算。
采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。柱插入杯口深度为,取,则柱吊装时总长度为,计算简图如图2-71所示。

图18 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，柱各控制截面的弯矩为：

由得：

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14。

表14 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表
柱截面
上柱
下柱

46.656 （38.88）
65.448 (54.540)

87.8970.946.656
=41.990
300.510.965.448
=58.903

162.697
71.606

0.297
-0.5150.2, 取0.2

0.1020.2 (满足要求)
0.0280.2 (满足要求)