不等跨单层厂房设计.docx

一、设计题目工程名称某两跨等高金工车间厂房二、设计条件及有关资料2.1该车间为两跨等高厂房，无天窗，AB跨跨度为24m，BC跨跨度为18m,总长 120m，柱距均为6 m，中间设置一条伸缩缝。2.2根据工艺要求，AB跨设有2台30T软构桥式起重机，工作级别为A5级， BC跨设有2台10T软构桥式起重机，工作级别为A5级，轨顶标高10.500 m。 柱顶标高为13.200m。生产过程中无大量烟火、余热及其它有害气体产生， 无特殊要求。 2.3建筑构造 （1） 屋面： 二毡三油防水层（加绿豆沙）； 3.0cm厚水泥沙浆找平层； 8.0cm厚水泥沙浆保温层； 大型屋面板 （2） 墙体：240mm厚双面清水围护砖墙，钢窗宽度为3.6m。（3） 地面：室内外高差为150mm，素混凝土地面。 2.4工程地质及水文地质条件 厂房所在地点基本风压为0.35KN/m2,地面粗糙度为B类；基本雪压为 0.25KN/m2；修正后的地基承载力特征值为180KN/m2。2.5相关系数：活荷载组合值系数为0.7，风荷载组合值系数为0.6。2.6选用材料：柱混凝土选C30级，基础用C20，钢筋HRB335 。三、 厂房平面布置厂房的平面布置包括确定柱网尺寸、排架柱与定位轴线的关系和设置变形 缝。柱距为6m，横向定位轴线用、表示，间距取为6m，纵向定位轴线用A、B、C表示，间距取跨度尺寸，即A、B轴线距离为24m，B、C轴线距离为18m。为了布置抗风柱，端柱离开（向内）横向定位轴线600mm，其余排架柱的形 心与横向定位轴线重合。 A、B跨的吊车起重量等于30t，B、C跨的吊车起重量等于10t，A、C列 柱均初步采用非封闭结合，初步取连系尺寸D=150mm。 是否采用非封闭结合及连系尺寸取多少，需要根据吊车架外边缘与上段柱 内缘 的净空尺寸B确定。（参见建筑结构设计 附录A.1）。 假设上柱截面高度为500mm。 对于C列柱，B=750-(260+500-150)=140mm80mm,满足要求。 对于A列柱，B=750-(300+500-150)=100mm80mm,满足要求。 对于等高排架，中柱上柱截面形心与纵向定位轴线重合，吊车架外缘与上 柱内缘净空尺寸能满足要求。 厂房总长度120m，大于100m，根据变形缝设置要求应该设置一道变形缝。 根据题意可将变形缝设置在厂房对称位置即长60m处。四、结构平面布置图五、构建选型及布置 构建选型包括屋面板、天沟板、屋架（含屋盖支撑）、吊车梁、连系梁、基 础梁、柱间支撑、抗风柱等。5.1屋面构件 屋面板和嵌板屋面板的型号根据外加屋面均布面荷载（不含屋面自重且该屋面为不上人屋面）的设 计值，查92（03）G410-1。当屋架斜长不是屋面板宽1.5m的整数倍时，需要布置嵌板。嵌板查92（03）G410-2.采用预应力混凝土屋面板，查建筑结构设计书后附表C.1，中部选用Y-WB-4，端部选用Y-WB-4S，板自重1.40KN/m。 嵌板采用钢筋混凝土板， 查建筑结构设计书后附表C.2，中部选用Y-KWB-2。 端部选用KWB-2S。板自重1.70KN/m。 天沟板 当屋面板采用有组织派水时，需要布置天沟。对于多跨，内侧采用内天沟，外侧采 用外天沟。 天沟的型号根据外加均布线荷载设计值查92（03）G410-3。计算天沟的积水荷载时。 按天沟的最大深度确定。在落水管位置的天沟板需要开洞，分左端开洞和右端开洞， 分别用“a”、“b”表示，厂房端部有端壁的天沟板用“sa”，“sb”表示。本例在、 、轴线外设置落水管。 查建筑结构设计书后附表C.3，一般外天沟板选用TGB77-1，开洞天沟板选用 TGB77-1a或TGB77-1b，端部位TGB77-1sa，或TGB77-1sb,自重2.24KN/m。 同理查表可得，一般内天沟板选用TGB662-1，开洞天沟板选用TGB62-1a或TGB62-1b， 端部为TGB62-1sa或TGB62-1sb，自重2.02KN/m。5.2屋架及支撑 屋架型号根据屋面荷载设计值，天窗类别，悬挂吊车情况及檐口形状选定。 本例跨 度较大故选用预应力折线型屋架，查95（03）G414。 本例不设天窗，由建筑结构设计书后附表D.1.1，代号为a。檐口形状为一端外 天沟，一端内天沟，代号为D。 18m跨采用预应力混凝土屋架，中间选用YWJ18-5-Da，两端选用YWJ-18-1Da，自 重68.2KN。 24m跨采用预应力混凝土屋架，中间选用YWJ24-5-Da，两端选用YWJ24-5 -Da，自 重106.8KN。5.3吊车梁 吊车梁型号根据吊车的额定起重量，吊车的跨距（Lk=L-2）以及吊车的载荷状态 选定。其中，钢筋混凝土吊车梁可查95（03）G323，先张法预应力混凝土吊车梁可 查95（03）G425，后张法预应力混凝土吊车梁可查95（03）G426。 对于18m跨，吊车起重重量为10t，中级载荷状态，Lk=18-20.75=16.5m，采用钢 筋混凝土吊车梁，查建筑结构设计书后附表B.2，中间跨采用DLZ-11Z，边跨采 用DLZ-11B，梁高1200mm，自重40.8KN。 对于24m跨，吊车起重重量为30t，中级载荷状态，Lk=24-2x0.75=22.5m，采用钢 筋混凝土吊车梁，查建筑结构设计书后附表B.2，中间跨采用DLZ-7Z，边跨采 用DLZ-7B，梁高1200mm,自重28.2KN。5.4基础梁 基础梁型号根据跨度，墙体高度，有无门窗洞等查93（03）G320。 墙厚240mm，突出于柱外。 查建筑结构设计书后附表G.1，纵墙中间选用JL-3， 纵墙边跨选用JL-15，山墙6m柱距选用JL-14。5.5柱间支撑 根据规范厂房跨度在18m以上或柱高8m以上应设柱间支撑，并应布置在变形缝左右 6米区段中。5.6抗风柱 抗风柱下柱采用工字形截面，上柱采用矩形截面。抗风柱的布置需考虑基础梁的最 大跨度。18m跨、24m跨的抗风柱沿山墙等距离布置，间距为6m。六、 排架结构分析6.1计算简图 对于没有抽柱的单层厂房，计算单元可以取一个柱距，即6m。排架跨度取厂房的跨度。上柱高度等于柱顶标高减去牛腿顶标高。下柱高度取牛腿顶标高减去基础顶面标高，一般低于地面不少于50mm，对于边柱，由于基础顶面还需放置预制基础梁，所以排架柱基础顶面一般不低于地面500mm。本例中排架柱顶面低于室外地平550mm。 （1） 确定柱子各段高度基顶标高为-0.700m，故柱总高为H=13.2+0.7=13.9m；上段柱高HU=13.9-9.3=3.9m；下段柱高Hl=13.9-3.9=10.0m。 （2） 确定柱截面尺寸由混凝土结构设计表2-8厂房柱截面形式和尺寸参考表得边柱： 上柱 矩形 b=500mm，h=600 mm。 下柱 工字形 b=500mm，h=1000mm。中柱： 上柱 矩形 b=500mm，h=600 mm。 下柱 工字形 b=500mm，h=1200mm。 （3） 计算柱截面几何尺寸 各住截面的几何特征见下表。计算参数柱号截面尺寸/mm面积/103mm2惯性矩/106mm4A上柱矩 500500 250 5208下柱工 5001000 200 270 35270 B上柱矩 500600 300 9000下柱工5001200 200 290 564036.2荷载计算 排架的荷载包括恒荷载、屋面活荷载、吊车荷载和风荷载。荷载均计算其标准值。 （1）永久荷载 永久荷载包括屋盖荷载、上柱自重、下柱自重、吊车梁及轨道自重。 屋盖自重P1 面荷载： 二毡三油防水层（加绿豆沙） 0.35KN/m 30mm厚水泥砂浆找平层 0.0230KN/m2 = 0.60KN/m 80mm厚水泥砂浆保温层 0.0820KN/m2 = 1.60KN/m 屋面板自重 1.40KN/m 屋面板灌缝 0.10KN/m 钢支撑 0.05KN/m小 计 4.10KN/m外天沟板线荷载： 找坡层 1.500.77 = 1.16KN/m 防水层、找平层等 2.550.77 = 1.96KN/m TGB77-1自重 2.24KN/m小 计 5.36KN/m内天沟板线荷载： 找坡层 1.500.62 = 0.93KN/m 防水层、找平层等 2.550.62 = 1.58KN/m TGB77-1自重 2.02KN/m小 计 4.53KN/m集中荷载： 18m跨屋架自重 68.20KN 24m跨屋架自重 106.80KN屋架作用在柱顶的恒荷载设计值：A列柱： F1A=1.2（4.106240.55.3660.5106.8）= 456.9KNB列柱： 24m跨传来 F1B=1.2（4.106240.54.5360.5106.8）= 450.9KN 18m跨传来 F1B=1.2（4.106180.54.5360.568.2）= 399.2KNC列柱： F1C=1.2（4.106180.55.3660.568.2）= 345.2KN F1作用点位置与纵向定位轴线的距离150mm。上柱自重F2A柱： F2A=1.2（0.50.5253.9）= 29.3KNB柱： F2B=1.2（0.50.6253.9）= 35.1KNC柱： F2C=1.2（0.50.5253.9）= 29.3KN下柱自重F3 下柱大部分截面为工字形，但牛腿部位及插入杯口基础的部分是矩形截面。假定矩形截面的范围为自牛腿顶面向下1400mm及基础顶面以上1100mm。近似忽略牛腿的重量。A柱： F3A=1.20.27(10.01.41.1)251.00.5252.5= 98.30KNB柱： F3B=1.20.29(10.01.41.1)251.20.5252.5= 110.3KNC柱：F3C=1.20.27(10.01.41.1)251.00.5252.5= 98.30KN吊车梁、轨道、垫层自重F4取轨道及垫层自重为0.8KN/m。A柱： F4A=1.2（0.8640.8）= 54.72KNB柱： 24m跨传来 F4B=1.2（0.8640.8）= 54.72KN18m跨传来 F4B=1.2（0.8628.2）=39.60KNC柱： F4C=1.2（0.8628.2）=39.60KNF4的作用点离纵向定位轴线的距离为750mm。如下图所示：、屋面可变荷载 屋面可变荷载F5取屋面均不荷载和雪荷载两者的较大值0.5KN/m。 A柱： F5A=1.4(2460.50.50.7760.5) = 53.60KN B柱： 24m跨传来 F5B=1.4(2460.50.50.6260.5) = 53.00KN 18m跨传来 F5B=1.4(1860.50.50.6260.5) = 40.40KN C柱： F5C=1.4(1860.50.50.7760.5) = 40.03KN F5的作用点同F1（3）、吊车荷载 吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k 吊车基本尺寸和轮压起重量Q/t吊车跨度Lk/m吊车桥距B/mm轮距K/mm吊车总重(G+g)/t小车重g/t最大轮压Pmax/KN最小轮压Pmin/KN1816.555504400183.9115253022.5615048004211.829070 注：表中最小轮压Pmin=(G+g+Q)/2-Pmax 吊车竖向荷载Dmax,k，Dmin,k根据两台吊车作用的最不利位置用影响线求出。Dmax,k， Dmin,k计算简图如下。图中两台吊车的最小轮距x=(B1-K1)/2+(B2-K2)/2，对应的轮子 位置影响线高度y1,y2,y3,y4可利用几何关系求得。如下图 A、B跨吊车荷载作用下支座反力影响线24m跨两台吊车相同，均为10t，F1max=F2max=290KN，F1min=F2min=70KN，计算得y2=(6-4.8)/6=0.2，y3=(6-1.35)/6=0.775，y4=0。Dmax,k=Fy =1.40.9290(10.20.775)=721.67KNDmin,k=Fminy =1.40.970(10.20.775)=174.20KN18m跨有两台10t吊车，吊车计算简图如下，同理可求得： B、C跨吊车荷载作用下支座反力影响线 Dmax,k=Fy =1.40.9115(10.8080.2670.075)=311.5KNDmin,k= Fminy =1.40.925(10.8080.2670.075)=67.73KN 吊车横向水平荷载Tmax,k 24m跨，吊车额定起重量15tQ50t，吊车横向水平荷载系数=0.1,=0.9 Tmax,k=(G2,KG3,K)y =1.40.10.9(300+118)(10.20.775)=26.0KN Tmax,k的作用点位置在吊车梁顶面。 18m跨，吊车额定起重量1Q10t，吊车横向水平荷载系数=0.12,=0.9 Tmax,k=(G2,KG3,K)y =1.40.120.9(100+39)(10.8080.2670.075)=11.3KN Tmax,k的作用点位置在吊车梁顶面。（4）风荷载 该地区的基本风压0=0.35KN/m，地面粗糙度为B类。作用在柱上的均布荷载： 风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度13.2+0.15=13.35m取值。查表可知：离地面10m时， z=1.00，离地面15m时，z=1.14。用线性插入法求得离室外地坪13.35m的z=1（1.14-1.00）/（15-10）（13.35-10）=1.09。同理可知檐口处的z为1.16。 排架的风压体型系数s，标于例图2-1单层工业厂房可不考虑风振系数，取z=1。左吹风： q1=szz0B=1.40.81.090.356=2.56KN/m（) q2=szz0B=1.40.41.090.356=1.28KN/m（) 作用在柱顶的集中风荷载Fw h1 =2.4, h2=1.4 作用在柱顶的集中风荷载Fw由两部分组成：柱顶至檐口竖直面上的风荷载 Fw1和坡屋面上的风荷载Fw2，其中后者的作用方向垂直于屋面，因而是倾斜的， 需要计算其水平方向的分力（竖直分力在排架分析中一般不考虑）. 为了简化，确定风压高度系数时，可统一取屋脊高度。 Fw=(s2-s1)h1(s4-s3)h2z0B =1.4(0.80.4)2.4（0.5-0.6）1.41.166 =9.34KN。（）右吹风： 迎风面和背风面的q1、q2大小相等，方向相反。 Fw=(s2-s1)h1(s4-s3)h2z0B =1.4(0.80.4)2.4（0.5-0.6）1.41.166 =9.34KN。（）由于左右吹风荷载相同，可任取其一，此处取左吹风进行排架内力计算。6.3内力计算 在计算简图中，上柱的计算轴线取为上柱的截面形心线，下柱的计算轴线取为下柱的截面形心线。下面计算时弯矩和剪力的符号按照下述规则：弯矩以顺时针方向为正，剪力以使构件产生顺时针方向转动趋势为正；轴力以压为正。 各柱的抗剪刚度计算结果见下：项目n=Iu/IL=Hu/HC0=3/(1+3(1/n-1)D= C0EcIL /H3i=Di/DiA柱0.14770.2812.6634.93Ec0.276B柱0.15960.2812.6956.50Ec0.448C柱0.14770.2812.6634.93Ec0.276 柱的抗侧刚度及剪力分配系数 、永久荷载作用下 永久荷载下的计算简图可以分解为两部分：作用在柱截面形心的竖向力和偏心力矩.，如下图，且前者只产生轴力。 屋盖自重对上柱截面形心产生的偏心力矩为: M1A= 456.9（0.15-0.10）=22.85KN.m M1B=-(450.9399.2)0.15=-16.76KN.m M1C=-345.2(0.15-0.10) =-17.26KN.m 屋盖自重、上柱自重、吊车梁及轨道自重对下柱截面形心产生的偏心力矩 M2A=-456.9 0.25-29.3 0.25 +54.3 0.4=-99.66KN.m M2B=0+0+(-54.72+39.6) 0.75=-11.34KN.m M2C=345.2x 0.25+29.3 x 0.25 -39.6 0.4=77.79KN.m 偏心力矩作用下，各柱的弯矩和剪力用剪力分配法计算。先在柱顶加上不动铰支座，利用附录求出各柱顶不动铰支座的内力；然后将总的支座反力作用下排架柱顶，根据剪力分配系数分配给各柱；最后求出各柱顶的剪力，得到每根柱的柱顶剪力后，单根柱利用平衡条件求出各截面的弯矩及柱底截面剪力。 ； 在各住柱顶施加虚加水平不动铰，由下式可得各项反力值及剪力值 ; ; 永久恒载作用下的剪力分配项目nA柱0.14770.2811.931.2222.85-99.66-5.57()0.2764.43()B柱0.15960.2811.901.24-16.76-11.34-3.30()0.4481.31()C柱0.14770.2811.931.22-17.2677.794.43()0.267-5.66()例如对于A柱柱顶截面的弯矩：M1=22.85KN牛腿截面上的弯矩：M1+VAHu=22.854.343.9=39.78KN牛腿截面上的弯矩:M2M1+VAHu=-99.66+39.78=-59.87KN柱顶截面的弯矩：M2M1VAH=-99.66+22.854.3413.9=-16.484KN（2）屋面活荷载作用下的内力分析 屋面活荷载作用下的内力分析方法同屋盖自重作用下的内力分析。 屋面可变荷载作用下柱的剪力分配项目nA柱0.14770.2811.931.222.68-13.4-0.80()0.2760.42()B柱0.15960.2811.901.24-1.890-0.26()0.448-0.36()C柱0.14770.2811.931.22-2.05-0.51-0.33()0.267-0.05() (3) 吊车竖向荷载作用下 吊车竖向荷载四种基本情况：(a)、Dmax作用于A柱；(b)、Dmin作用于A柱；(c)、Dmax作用于C柱；(d)、Dmin作用于C柱。如下图所示。 吊车竖向荷载的计算简图可分解成两部分：作用在下柱截面形心的竖向力和作用在牛腿顶面的偏心力矩。 吊车竖向荷载作用下柱剪力的分配计算项目Dmax作用于A柱A柱1.22288.6725.34()13.680.276-21.56()B柱1.24-174.20-11.66()0.44817.79)C柱1.22000.2763.78()Dmin作用于A柱A柱1.2269.686.12()-42.160.276-17.76()B柱1.24541.25-48.28()0.44829.35()C柱1.22000.276-11.64()Dmax作用于A柱A柱1.2200-6.410.276-1.77()B柱1.2450.804.53()0.448-7.40()C柱1.22-124.6-10.94()0.2769.17()Dmin作用于A柱A柱1.220018.460.2765.09()B柱1.24233.6320.84()0.448-12.57()C柱1.22-27.09-2.38()0.2767.47()（4） 吊车水平荷载作用下 吊车水平荷载作用下有两种情况：(a)、AB跨作用Tmax；(b)、BC跨作用Tmax，每种情况下的荷载可以反向。 ; 吊车水平荷载下柱剪力的分配计算项目nAB跨作用TmaxA柱0.14770.6422619.69()33.510.276-7.44()B柱0.15960.6472616.82()0.448-1.81)C柱0.1477000.2769.25()BC跨作用TmaxA柱0.14770014.560.2764.02()B柱0.15960.64711.37.31()0.448-0.79()C柱0.14770.64211.34.21()0.276-3.23() （5） 风荷载作用下的内力分析 风荷载作用下有两种情况：因本例右吹左风时的荷载值与左吹右风时的荷载值很接近，可利用左吹右风的内力图。 风荷载作用下柱剪力的分配计算项目nqW左吹右风A柱0.14770.3752.5613.34()9.3429.340.276-5.24()B柱0.15960.374000.44813.15()C柱0.14770.3751.28 6.67()0.276-1.43() 七、 内力组合 7.1. 荷载组合 排架柱截面尺寸符合要求后，一般不需要进行正常使用极限的变形验算，仅需要进行承载力验算。承载力计算采用荷载效应的基本组合。 对于排架结构，由可变荷载效应控制的组合可采用简化规则，取下列两种情况中的较大者。“恒载”+任意一种“活荷载” S=S+S ， 其中，=1.2, =1.4。 “恒载”+0.9（任意两种或两种以上“活荷载”） S=S+0.9，其中，=1.2, =1.4。 排架柱属于偏心受压构件，剪力一般不起控制作用（斜截面一般可以满足要求).最不利内力组合包括： Mmax及其相应的N、V Mmin及其相应的N、V Nmax及其相应的M、V Nmin及其相应的M、V 每一项组合，按一个目标（如弯矩最大）确定可变荷载是否参与组合。需要注意以下几点：、当组合中包含吊车水平荷载T时必须同时包括吊车竖向荷载D。、由于吊车水平荷载最多考虑两台，故AB跨作用Tmax和BC跨作用Tmax只能取一 种，水平荷载可反向。、对于多跨厂房，吊车竖向荷载最多可以考虑四台，且一跨在某一时刻只能出现一 种情况。、同时考虑多台吊车时，折减系数均取0.9。、组合最大轴力和最小轴力时，轴力为0的项也要加进去。尽管这样做对轴力没有 影响，但可使弯矩有变化。 7.2.荷载组合 各柱的组合内力如附表 A柱内力设计值汇总表 柱号 及 正向内力 荷载 类别 永久 荷载 屋面 荷载 吊车 竖向荷载 吊车水平荷载 风荷载 Dmax作用在 A柱 Dmin作用在 A柱 Dmax作用在 C柱 Dmin作用在 C柱 Tmax作用在 AB跨 Tmax作用在 BC跨 左风 右风 序号 - M39.784.32-84.08-69.26-6.9019.852.1815.680.97-15.31 N48.6253.600000000 - M-59.88-9.08204.59204.59-6.9019.852.1815.680.97-15.31 N540.9253.6721.67721.67000000 - M-16.48-4.88-11.01-11.01-24.6070.7587.7855.88174.47143.5 N639.253.6721.67721.67000000 V4.340.42-21.56-21.56-1.775.0918.564.0230.34-19.22 A柱内力设计值汇总表 组合项目MN、V组合项目MN、V- B柱内力设计值汇总表 柱号 及 正向内力 荷载 类别 永久 荷载 屋面 荷载 吊车 竖向荷载 吊车水平荷载 风荷载 Dmax作用在 A柱 Dmin作用在 A柱 Dmax作用在 C柱 Dmin作用在 C柱 Tmax作用在 AB跨 Tmax作用在 BC跨 左风 右风 序号 -M-11.65-3.2969.38-28.86114.62-49.0210.4851.2951.29-51.29N825.293.400000000 -M-22.99-3.29-61.2721.94-426.63184.6110.4851.2951.29-51.29N919.593.4174.2067.73721.67311.50000 -M-9.89-6.89116.63-52.06-132.7358.91266.04187.79182.79-182.79N1029.893.4174.2067.73721.67311.50000V1.31-0.3617.79-7.4029.39-12.57-24.1913.1513.21-13.15 B柱内力设计值汇总表 组合项目MN、V组合项目MN、V- C柱内力设计值汇总表 柱号 及 正向内力 荷载 类别 永久 荷载 屋面 荷载 吊车 竖向