单层工业厂房设计课程设计-学位论文.doc

河南工程学院钢筋混凝土设计()课程设计某单层工业厂房设计 学生姓名： 柯屿 学 院： 土木工程学院 专业班级： 土木工程1241 专业课程： 钢筋混凝土结构原理 指导教师： 孙彦飞 谷定宇 2016 年 1 月 3 日 某单层工业厂房设计 一、设计题目某单层工业厂房设计。二、设计资料（一）车间条件某机械加工车间为单层单跨等高厂房，车间总长为60m，跨度尺寸见表1，柱距6米；车间内设有两台相同的软钩吊车，吊车起重量见表1，吊车工作级别为A5级，轨顶标高见表1。采用钢屋盖、预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土吊车梁和柱下独立基础。屋面不上人,室内外高差为0.15m。纵向围护墙为支承在基础梁上的自承重空心砖砌体墙，厚240mm，双面采用20mm厚水泥砂浆粉刷，墙上有上、下钢框玻璃窗，窗宽为3.6m，上、下窗高为1.8m和4.8m，钢窗自重0.45KN/m2，排架柱外侧伸出拉结筋与其相连。（二）自然条件基本风压、基本雪压见表1；地面粗糙类别为B类；地基承载力特征值见表1。不考虑抗震设防。（三）材料箍筋采用HRB335，纵向钢筋采用HRB400，混凝土采用C30。表1组号吊车起重量Q（t）轨顶标高（m）跨度（m）基本风压（KN/m2）基本雪压（KN/m2）地基承载力特征值（KN/m2）81010.2180.350.2165三、 设计内容和要求 （一）结构选型1. 钢屋盖采用图1所示的18m钢桁架，桁架端部高度为1.2m，中央高度为2.1m，屋面坡度为1/10。钢檩条长6m，屋面板采用彩色钢板，厚4mm。图 1 18m钢桁架2. 预制钢筋混凝土吊车梁和轨道连接采用标准图（二），中间跨DL-9Z,边跨DL-9B，梁高。轨道连接采用图集G325（二）。3. 预制钢筋混凝土柱子 取轨道顶面至吊车梁顶面的距离，故。由附录12查得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.14m，考虑屋架下弦至吊车梁顶部所需空隙高度为220mm，故：设基础顶面至室外地坪的距离为1.0m，则基础顶面至室内地坪的高度为，故从基础顶面算起的柱高 上部柱高， 下部柱高。参考表12-2，选择柱截面形式和尺寸：下柱截面宽度：，取。下柱截面高度：，取。综合考虑，上部柱采用矩形截面；下部柱采用I型截面。4. 柱下独立基础采用锥型杯口基础（二）计算单元及计算简图1. 定位轴线：由附表12可查得轨道中心线至吊车端部的距离；：吊车桥架至上柱内边缘的距离，一般取；：封闭的纵向定位轴线至上柱内边缘的距离，。，可以。故取封闭的定位轴线A、B都分别与左、右外纵墙的内皮重合。2. 计算单元由于该机械加工车间厂房在工艺上没有特殊要求，结构布置均匀，除吊车荷载外，荷载在纵向的分布是均匀的，故可取一榀框架为计算单元，计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离，即，如图2（a）所示。3. 计算简图排架的计算简图如图2（b）所示。 （a） （b）图2 计算单元与计算简图（a）计算单元；（b）计算简图（三）荷载计算1.屋盖荷载（1）屋盖恒荷载近似取屋盖恒荷载标准值为，故由屋盖传给排架柱的集中荷载设计值作用于上部柱中心线外侧处。（2） 屋面活荷载荷载规范规定，屋面均布活荷载标准值为，比屋面雪荷载标准值大，故仅按屋面均不活荷载计算。于是由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值作用于柱上部中心线外侧处。2.柱和吊车梁等恒荷载上部柱自重标准值为，故作用在牛腿顶截面处的上部柱恒荷载设计值下部柱自重标准值为，故作用在基础顶截面处的下部柱恒荷载设计值吊车梁自重标准值，轨道连接自重标准值为，故作用在牛腿顶截面处的吊车梁和轨道连接恒荷载设计值3. 吊车荷载吊车跨度查附录12，得，时的吊车最大的轮压标准值、最小轮压标准值、小车自重标准值以及与吊车额定起重量相对应的重力标准值：,，并查得吊车宽度B和轮距K：，吊车竖向荷载设计值，吊车梁支座反力影响线如图3所示图3 吊车梁支座反力影响线（2） 吊车横向水平荷载设计值4. 风荷载（1） 作用在柱顶处的集中风荷载设计值檐口离室外地坪的高度来计算。查表10-4，得离地面10m时，风荷载高度变化系数；离地面15m时，用插入法，知风荷载的标准值为：（2） 沿排架柱高度作用的均布风荷载设计值、风压高度变化系数按柱顶离室外地坪的高度计算。（四）内力分析内力分析时所取的荷载值都是设计值，故得到的内力值都是内力的设计值。1. 屋盖荷载作用下的内力分析（1） 屋盖集中恒荷载作用下的内力分析按公式计算，：柱顶不动支点反力（2)屋盖集中活荷载作用下的内力分析，；在、分别作用下的排架柱弯矩图、轴力图和柱底剪力图，分别如图4（a）、(b)所示，图中标注出的内力值是指控制截面-、-、-截面的内力设计值。弯矩以排架柱外侧受拉上的为正，反之为负；柱底剪力以向左为正，向右为负。 （a） （b）图4 屋盖荷载作用下的内力图（a）屋盖恒荷载作用下的内力图 （b）屋盖活荷载下的内力作用用图2.柱自重、吊车梁及轨道连接等的自重作用下的内力分析。不作排架分析，其对排架柱产生的弯矩和轴力如图5所示。图5 柱自重及吊车梁等作用下的内力图3.吊车荷载作用下的内力分析（1）作用在A柱，作用在B柱时，A柱的内力分析这里的偏心距e是指吊车轨道中心线至下部柱截面形心上网水平距离。A柱顶的不动支点反力， A柱顶不动支点反力（） B柱顶不动支点反力（） A柱顶水平剪力 （） B柱顶水平剪 （） 内力如图6（a）所示。（2）作用在A柱、作用在B柱时的内力分析 此时，A柱顶剪力与作用在A柱时的相同，也是=6.91KN(),故可得内力值，如图6（b）所示。（a） （b） 图6 吊车竖向荷载作用下的内力图（a）作用在A柱时； （b）作用在B柱时（3) 在作用下的内力分析 至牛腿顶面的距离为； 至柱底的距离为； 因A柱与B柱相同，受力也相同，故柱顶水平位移相同，没有柱顶水平剪力，故A柱的内力如图7所示。图7 作用下的内力图4.风荷载作用下，A柱的内力分析左风时，在、作用下的柱顶不动铰支座反力，按计算：；取=0.336，不动铰支座反力：（）（）A柱顶水平剪力：（）（）故左风和右风时，A柱的内力分别如图8（a）、（b）所示。（a） （b）图8 风荷载作用下A柱的内力图（a）左风时； （b）右风时（五）内力组合表及其说明1.内力组合表A柱控制截面-、-、-的内力组合表，见表2。（六）排架柱截面设计采用就地预制柱，混凝土强度等级为C30，纵向受力钢筋为HRB400级钢筋，采用对称配筋。1.上部柱配筋计算由内力组合表2可知，控制截面-的内力设计值为：=55.28 =95.81kN（1）考虑P-二阶效应，；，取=1.0；查表12-3可知，（2)截面设计假设为大偏压，则：=80mm，取=80mm；选用316，故截面一侧钢筋截面面积603mm2 ，同时柱截面纵配筋2603=1206。（3）垂直于排架方向的截面承载力验算由表12-3知，垂直于排架方向的上柱计算长度=1.253.76=4.7m，；查上册表5-1得=0.96，,承载力满足。2.下部柱配筋计算按控制截面-进行计算。由内力组合表知，有二组不利内力：(a) =351.10 (b) =256.57 =515.07kN =204.97kN（1）按(a)组内力进行截面设计=681mm ，=900/30=30mm， =3.001.0，取；偏设为大偏心受压，且中和轴在翼缘内：=90.04mm ；说明中和轴确实在翼缘内则：， ；采用416，。（2)按（b）组内力组合进行截面设计，,取； ；按计算：；416,。（3)垂直于排架方向的承载力验算由表12-3知，有柱间支撑时，垂直排架方向的下柱计算长度为：；可得，（a）组轴向力=515.07kN满足。3.排架柱的裂缝宽度验算裂缝宽度应按内力的准永久组合值进行验算。内力组合表中给出的是内力的设计值，因此要将其改为内力的准永久组合值，即把内力设计值乘以准永久组合值系数，再除以活荷载分项系数。风荷载的=0，故不考考虑风荷载；不上人屋面的屋面活荷载，其=0，故把它改为雪荷载，即乘以系数30/50。（1）上部柱裂缝宽度验算按式（10-35）的荷载准永久组合，可得控制截面-的准永久组合内力值： ；,，不必验算。（2) 下部柱裂缝宽度验算 =450-40=410mm；，故取；负值，取；=0.567，基础底面有一部分出现拉应力。；，满足。（2）按第组内力标准值验算 轴向力：=306.46+408.82+190.06=905.3kN； 弯矩 ：=281.56-306.460.57=106.88kNm；=，满足。，满足。4.基础受冲切承载力验算只考虑杯口顶面由排架柱传到基础底面的内力设计值，显然这时第组内力最不利：，故：。柱边冲切承载力验算：有效高度h0=1100-50=950mm,冲切破坏锥体最不利一侧上边长at和下边长ab分别为考虑冲切荷载时取用的基础底面多边形面积，即图13中打斜线的部分的面积故此柱边满足受冲切承载力的要求。对台阶以下进行受冲切承载力验算，这是冲切锥体的有效高度h0=700-50=650mm,冲切破坏锥体最不利一侧上边长at和下边长ab分别为 =400+2375=1150mm；=2(200+375)+2700=25500mm；=0.5(1150+2550)=1850mm。考虑冲切荷载时取用的基础底面多边形面积，即图13中打斜线的部分的面积： ；=0.70.821.101850650=817.66kN=190.79kN。 图12 基础受冲切承载力验算5.基础底板配筋计算按地基净反力设计值进行配筋计算（1）沿排架方向，即沿基础长边b方向的底板配筋计算由前面的计算可知，第组内力最不利，再考虑由基础梁和围护墙传来的内力设计值，故作用在基础底面的弯矩设计值和轴向力设计值为：=209.62+346.74=556.36kNm()；=367.75+264.98=632.73kN；偏心距 ，基础底面有一部分出现拉应力。=1.7-0.879=0.821m；。设应力为零的截面至截面的距离为x，；此截面在柱中心线右侧处，柱边截面离柱中心线左侧为0.45m，变阶截面离柱中心线为0.725m。故，柱边截面处的地基净反力：；变阶截面处的地基净反力：图13所示为地基净反力设计值的图形。 图13 地基静反力设计图沿基础长度方向，对柱边截面-处的弯矩按式（12-38）计算： 变阶处截面-的弯矩：=，故按配筋。采用HRB335级钢筋，保护层厚度为40mm，故=1060mm,故：；采用16B12， ，见基础施工图。（2） 垂直排架方向，即沿基础短边方向的底板配筋计算按轴心受压考虑。轴向力设计值Nb=701.95kN,计算柱边截面-的弯矩 按构造配筋B12200，As=505.0mm2/m。 参考文献1GB/T 50104-2010，建筑制图标准S.2GB 50068-2001，建筑结构可靠度设计统一标准S.3GB 50009-2012，建筑结构荷载规范S.4GB 50010-2010，混凝土结构设计规范S.5GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范S.6国家建筑标准设计图集.7程文瀼、李爱群.混凝土结构（上册）混凝土结构设计原理（第五版）M.北京：中国建筑工业出版社,2012.8程文瀼、李爱群.混凝土结构（中册）混凝土结构与砌体结构设计（第五版）M.北京：中国建筑工业出版社,2012.29