重庆科技大学土木10级单层厂房排架柱课程设计指导书(陈小英版).doc

建 筑 结 构 设 计

课程设计指导书

重庆科技学院建筑工程学院土木工程教研室编

1

目 录

钢筋混凝土单层厂房结构课程设计指导书
一、选定标准构件 4
二、排架计算 4
（一）确定柱子高度和截面尺寸 4
（二）荷载计算 5
（三）柱顶不动铰支反力计算 7
（四）内力符号规定 8
（五）排架内力分析 8
（六）荷载组合及内力组合 15
三、柱截面设计 15
四、牛腿设计 17
五、柱下独立基础设计 17
六、柱的吊装验算 21
七、绘图要求 22钢筋混凝土单层厂房结构
课程设计指导书

一、 选定标准构件
1. 预应力混凝土屋面板
根据屋面均布活荷载、水泥砂浆找平层及防水层的重量，按照预应力混凝土屋面板图集中的选用方法，选定一般开间、两端开间预应力混凝土屋面板的型号。
2. 预应力混凝土折线形屋架
根据厂房跨度、屋盖支撑、天沟类型及屋面荷载等，从预应力混凝土折线形屋架图集中选定屋架型号。
3. 天沟板
配合屋架选定天沟板型号。
4. 吊车梁
根据吊车吨位、厂房跨度选定中间跨、边跨吊车梁型号。
5. 吊车轨道联结
根据吊车吨位、吊车梁型号、厂房跨度选用。

二、 排架计算
（一） 确定柱子高度和截面尺寸（参见设计题目剖面图）

轨顶标高见表1，轨面至吊车顶距离H *见表3，吊车顶至屋架下弦底面的净空一般要有300～500mm，从±0.00标高到基础顶面的距离可以取 500mm，柱子高度H定为：
H＝500＋轨顶标高＋H *＋（300～500）
所选吊车梁高为1200mm，梁面至轨顶接近200 mm，因此：
下柱高度 Hl＝500＋轨顶标高－1400
上柱高度 Hu＝H－Hl
下柱截面宽度
下柱截面高度
设上柱：矩形，计算Au、Iu、自重。
下柱：工字形，计算Al、Il、自重。
，
（二） 荷载计算
1. 屋盖荷载
(1) 屋盖恒载F1, k
屋面恒载（折算为线荷载）
屋架自重Q1, k
屋架轴线跨度L，两端挑出外天沟各a，上弦水平投影全长为L1＝L+2×a＝ 。

求F1, k对上柱轴线的偏心距
屋架高度范围内的砖墙重量通过柱顶圈梁（兼作联系梁）由砖墙传至基础梁，不传给柱子。
(2) 屋面活载F6, k
屋面活荷载0.5kN/m2，0.5×6＝3.0kN/m

作用位置同F1, k
2. 柱自重F2, k、F3, k
(1) 上柱自重：F2, k＝ ，作用在上柱中心线上
(2) 下柱自重：F3, k＝ ，作用在下柱中心线上
3. 吊车梁及轨道零件重F4, k
吊车梁自重：
轨道联结DGL—13：钢轨
联结件
弹性垫板
找平层
———————————————
共计： kN/m
F4, k＝ ，作用在吊车梁中心线上。
4. 吊车荷载
(1) 吊车竖向荷载Dmax, k、Dmin, k
由给出的设计资料，查表3得B、K，则
S＝B－K

， ， ， 。
查表3得最大轮压Pimax, k
求出最小轮压
作用在排架上的吊车竖向荷载Dmax, k、Dmin, k为：

作用在吊车梁中心线上。
(2) 吊车横向水平荷载Tmax, k
由起重量Q，小车重G2, k求得：
对于软钩吊车：
作用在排架上的吊车横向水平荷载Tmax, k为：

作用在吊车梁面处。
5. 风荷载

，bz＝1，ms值见下图，mz为风压高度变化系数。
计算墙面风压时，mz按柱顶高度考虑；
计算无天窗屋盖风压时，mz按檐口高度考虑。
左风： kN/m（化为线荷载）
kN/m
kN

（三） 柱顶不动铰支反力计算
（先用下面的公式计算各系数，再用教材附录10校核。必须正确无误才能继续进行下面的计算。）
1. 柱顶作用一单位水平力时的位移Du（教材附图10－1）

2. 柱顶作用一弯矩时（附图10－2）

3. 在牛腿面作用一弯矩时（附图10－3）

4. 离柱顶y处作用一水平集中力时（如吊车水平荷载作用在吊车梁顶面）

（可以查附表图10－4、10－5、10－6用插入法校核）
5. 沿柱高承受均布风荷载时（附图10－8）

（四） 内力符号规定
——柱的左边受拉为正，右边受拉为负。弯矩图绘在受拉边。
——压力为正。
——柱对基础顶面的剪力，向右为正。
（五） 排架内力分析

，
，
本工程A、B柱的高度和截面均相同，，因此剪力分配系数，柱顶剪力（计算时不必算出、之值），荷载位置及计算截面如下面：

1. 屋盖恒载作用
因荷载和排架柱均对称，故屋盖恒载作用下排架没有侧移，柱顶相当于不动铰支座。

（注意：、与柱顶不动铰支反力计算图中假定的方向相反，故为负值。计算结果R为负值，表示上图R的方向应该向右，下面内力计算图中把R的方向画正确即可）。
计算柱截面内力并绘内力图：

2. 柱和吊车梁自重作用
在进行排架计算时，计算简图应根据施工和荷载的具体情况而定。一般施工程序是先吊装柱、后吊装吊车梁，在屋架尚未吊装前，整个排架未形成，这时柱和吊车梁的荷载应按悬臂柱计算。吊车梁上的轨道联结一般在形成排架后才施工，但其重量较小，为计算方便起见，就一并计入吊车梁自重来考虑。
计算柱截面内力并绘内力图：

计算截面0－0、Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ、Ⅲ－Ⅲ的M、V、N。
3. 屋面活荷载作用
计算方法与屋盖恒载作用相同

，
，
（负值）
计算柱截面内力并绘内力图：

4. 吊车竖向荷载作用，Dmax, k在A柱，Dmin, k在B柱。

(1) 柱顶不动铰支反力：

(2) 把反向作用于排架A柱顶，得A、B柱顶剪力均为

(1)＋(2)得：
A柱柱顶剪力：

B柱柱顶剪力：

计算柱截面内力并绘内力图：
A柱：

B柱：

5. 吊车竖向荷载作用，Dmin, k在A柱，Dmax, k在B柱。
A柱内力相当于Dmax, k在A柱时B柱的内力，但弯矩、剪力符号相反。
B柱内力相当于Dmax, k在A柱时A柱的内力，但弯矩、剪力符号相反。
6. 吊车水平荷载作用，Tmax, k在A、B柱上。

(1) 柱顶不动铰支反力

(2) 把反向作用于排架A柱顶得A、B柱的柱顶剪力均为

A柱柱顶剪力：
B柱柱顶剪力：
计算柱截面内力并绘内力图：
A柱：

B柱：

7. 风荷载作用，左风

(1) 柱顶不动铰支反力：

(2) 把反向作用于排架A柱顶，得A、B柱的柱顶剪力均为

(1)＋(2)得：
A柱柱顶剪力：

柱柱顶剪力：

计算柱截面内力并绘内力图：
A柱：

B柱：

8. 风荷载作用，右风
A柱内力相当于左风时B柱的内力，但符号相反。
B柱内力相当于左风时A柱的内力，但符号相反。
（六） 荷载组合及内力组合
1. 荷载组合
厂房使用过程中，各种荷载以不同方式作用在结构上，但所有可变荷载都同时达到规定值的机率毕竟很小。按《建筑结构荷载规范GB50009－2001》的规定，应考虑下面几种荷载组合：
(1) 由可变荷载效应控制的组合：
a. 恒荷载＋任一活荷载，即：
b. 恒荷载+0.9（任意两个或两个以上活荷载之和），即：
(2) 由永久荷载效应控制的组合（此时可变荷载仅限于竖向荷载），即：
。在本设计中，。
2. 内力组合
内力组合一般可考虑以下四种情况：
(1) ＋Mmax及相应的N和V；
(2) －Mmax及相应的N和V；
(3) Nmax及相应的M和V；
(4) Nmin及相应的M和V。
3. 内力组合注意事项
(1) 组合表格见附表；
(2) 每种组合必须包括恒载；
(3) Dmax及Dmin二者仅选一项组合；
(4) 对于吊车荷载项要注意，当有T时必有D，但有D时不一定有T，有D一般也有T；
(5) 风载可左可右，组合时只取一项；
(6) 当进行以Nmax及Nmin为组合目标时，应使相应的M尽可能大。
三、 柱截面设计
（一） 材料
混凝土取C20～C30，主筋用HRB335级（2）或HRB400级（3）钢筋，箍筋用HPB235级（1）钢筋
（二） 内力值的取舍
内力
对于工字形截面柱，在多数情况下属大偏心受压构件。偏心距e（）的值越大（M越大，N越小），截面配筋就越多，因此一般应选取偏心距e值较大的组合。求得钢筋面积后，再对轴力N最大的组合进行校核。
（三） 计算方法

单跨排架柱的内力组合表（单位：kN、kN·m）
柱号、
控制截面
及
正向内力
荷载类型
恒荷载
活荷载
荷载编号
①屋面恒荷载
②柱、吊车梁自重
③屋面均布活荷载
④Dmax, k在A柱
⑤Dmin, k在A柱
⑥Tmax, k
⑦左风
⑧右风
控 制 截 面
内力标准值
M
V
N
M
N
M
V
N
M
V
N
M
V
N
M
V
M
V
M
V

荷载组合

内力组合
由可变荷载效应控制的基本组合
由永久荷载效应控制的基本组合（此时可变荷载仅限于竖向荷载）
（本设计中）

组合式
M
N
V
组合式
M
N
V
组合式
M
N
V
Ⅰ—Ⅰ
＋Mmax及相应N、V

－Mmax及相应N、V

Nmax及相应M、V

Nmin及相应M、V

Ⅱ—Ⅱ
＋Mmax及相应N、V

－Mmax及相应N、V

Nmax及相应M、V

Nmin及相应M、V

Ⅲ—Ⅲ
＋Mmax及相应N、V

－Mmax及相应N、V

Nmax及相应M、V

Nmin及相应M、V

标准组合
组合式
Mk
Nk
Vk
——
组合式
Mk
Nk
Vk
Ⅲ—Ⅲ
＋Mmax,k及相应Nk、Vk

Nmax,k及相应Mk、Vk

－Mmax,k及相应Nk、Vk、

Nmin,k及相应Mk、Vk

参看混凝土结构教材相关内容。
四、 牛腿设计
（一） 牛腿尺寸
牛腿尺寸应符合下列裂缝控制要求和构造要求：

局部受压验算：

（二） 承载力计算和配筋构造

水平箍筋和弯起钢筋的构造要求：
牛腿应设置水平箍筋，箍筋直径6～12mm，间距宜为100~150mm，且在上部范围内的水平箍筋总截面面积不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的二分之一。
当牛腿的剪跨比时，宜设置弯起钢筋。弯起钢筋宜采用HRB335级或HRB400级钢筋，并宜使其与集中荷载作用点到牛腿斜边下端点连线的交点位于牛腿上部至之间的范围内，l为该连线的长度，其截面面积不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的二分之一，根数不宜少于2根，直径不宜小于12mm。纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。
五、 柱下独立基础设计
（一） 材料
混凝土采用C20，HPB235级钢筋或HRB335级钢筋。
（二） 确定基础荷载计算值
在内力组合表中选出Ⅲ—Ⅲ截面Mk的绝对值最大（Mmax、Mmin）的两组内力（包括Nk、Vk）。由于本工程中外墙荷载作用在基础顶面上，还要把选出来的两组内力分别与外墙荷载作用组合起来计算作用在基底的两组力。组合以后正、反两个方向两组力的差别不太大时，基础可以设计成对称的。
外墙荷载G1k＝（柱距×墙高－窗总面积）×单位面积墙重
＋窗总面积×单位面积钢窗重
G1k作用在轴线外侧1/2基础梁宽（即0.12m）处
柱距＝6m
墙高见设计题目剖面图，24墙双面粉刷共重5.24kN/m2
窗宽4.2m，窗总高按窗地面积比（窗洞面积与地面面积之比）为1/2确定，并分为吊车梁上、下两段。
钢窗重量0.4kN/m2
（三） 确定基础底面积
1. 基础埋置深度d的确定
d＝h＋500mm（计算时以m为单位）
h＝柱的插入深度h1＋垫层厚度（50mm）＋基底厚（取200mm）
对于截面高度500mm≤hc＜800mm的矩形、工字形柱，柱的插入深度h1≥hc，且h1还应同时满足柱纵向受力钢筋锚固长度的要求，以及柱吊装时稳定性的要求——即h1≥0.05倍柱长。
2. 基础底面尺寸的确定：
先根据柱传来的最大轴向力（即内力组合表中的Nmax, k组合）和墙传来的荷载G1k，按中心受压基础估算底面积A1。然后考虑基础偏心荷载的影响，根据偏心距的大小将面积A1增大20％～40％作为偏心受压基础的底面积A。即：

式中：——修正后的地基承载力特征值；
——基础及基础以上填土的平均容重，；
d ——基础埋置深度。
设基础底面的长边为b，短边为l，并令b/l＝m，m＝1～2，m值一般在1.5左右。于是，

根据已求得的b、l值验算基底持力土层的应力，使基底应力，，。当不满足这些条件时需要重新调整b、l值，直到满足为止。

基底应力按下式计算：

式中：

Mk、Nk、Vk分别为排架计算求得的基础顶面的弯矩、轴力、剪力，应同属于所采用的某一组内力，并注意力的作用方向也要与实际情况符合。
（四） 受冲切承载力计算
1. 基底净应力计算：

式中：

2. 基础剖面设计
当h≤1.10m时，基础可以设计成两阶。有关构造要求见教材§13.4节。

3. 基础高度验算
基础高度冲切验算应根据基础剖面和平面尺寸以及冲切线的具体情况来进行。

受冲切承载力应按下列公式验算：

式中：
——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，取1.0；当h大于等于2000mm时，取0.9；其间按线性内插法取用。
ft——混凝土轴心抗拉强度设计值。
h0——基础冲切破坏锥体的有效高度。
——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度。
——冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽。
——冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽加两倍基础有效高度；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽加两倍该处的基础有效高度。当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外，即＋2h0≥l时，=l。
——扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面积净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力。
——冲切验算时取用的部分基底面积（上图中的阴影面积ABCDEF，或阴影面积ABCD）。
——相应于荷载效应基本组合时作用在上的地基土净反力设计值。
（五） 基底配筋计算

1. 计算弯矩：
围绕短轴旋转

围绕长轴旋转

2. 计算钢筋面积：
钢筋用HPB235或HRB335级钢筋，
长边：

短边：

长边和短边一般选用相同的钢筋直径d。
六、 柱的吊装验算
考虑翻身起吊，对1－1、2－2、3－3截面进行承载力、裂缝宽度验算，验算应取吊装时的混凝土实际强度（设计强度的70﹪）

1. 荷载计算
近似化为均布荷载来计算：

（应包含柱在基础杯口中的插入深度h1）
BC段线荷载：

AB段线荷载：

2. 柱危险截面弯矩

（一般不起控制作用）
3. 承载力验算
4. 裂缝宽度验算（参考教材《混凝土结构．上册．混凝土结构设计原理》第9章）
根据已配钢筋代入

若不满足要求，则加大钢筋面积As，直到满足裂缝宽度要求为止。
七、 绘图要求
1. 布置图包括：
(1) 柱、基础、基础梁平面布置图；
(2) 屋面构件布置图；
2. 柱及基础施工图要有钢筋表；
3. 简要的说明，如材料要求，特别需要交代的问题等。
4. 构件代号：
(1) 基础：
J1——A、B轴线基础（施工大样图只绘J1）
J2——山墙抗风柱基础
(2) 基础梁：
JL1——纵墙基础梁
JL2——山墙基础梁（大门下一般不设基础梁）
(3) 柱：
Z1—— 一般柱（施工大样图只绘Z1）
Z1a—— 角柱
Z1b—— 角柱
（注意：两端角柱预埋件不同，因此代号不同。前左角与后右角相同，后左角与前右角相同）
Z1c——柱间支撑柱
Z1d——柱间支撑柱
（注意：预埋件也有方向性）
KZ1——山墙抗风柱
(4) 柱间支撑：
ZC1——下柱柱间支撑
ZC2——上柱柱间支撑
(5) 屋面板：
Y－WB－1Ⅱ （中间开间）
Y－WB－1ⅡS （两端开间）
(6) 天沟板：
TGB77－1 （中间开间）
TGB77－1Da （前左端及后右端）
TGB77－1Db （前右端及后左端）
(7) 连系梁：
连系梁一般采用预制，两端留出钢筋，安装后现浇接头。根据构件尺寸、荷载大小、构造方式等区别，型号可能不同，分别为LL1、LL2、LL3等，但应注意种类不要太多。
(8) 如果还有其他构件，可以参照上面的编号方法进行编号。构件代号采用汉语拼音字母。