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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。 《单层工业厂房混凝土排架课程设计》 任 务 书 专 业 土木工程 班 级 土木三班 学 号 姓 名 王书英 指导老师 肖四喜 目录 一、 设计资料 2 二、 计算内容
2、 3 1.1 柱截面尺寸确定 3 1.2 荷载计算 4 1.2.1 恒载 4 1.2.2 屋面活荷载 5 1.2.3 风荷载
3、 5 1.2.4 吊车荷载 6 1.3 排架内力分析 6 1.3.1 恒载作用下排架内力分析 7 1.3.2 屋面活荷载作用下排架内力分析 8 1.3.3 风荷载作用下排架内力分析
4、 9 1.3.4 吊车荷载作用下排架内力分析 10 1.4 内力组合 12 1.5 柱截面设计 13 1.5.1 上柱配筋计算 13 1.5.2 下柱配筋计算
5、 14 1.5.3 柱的裂缝宽度验算 15 1.5.4 柱箍筋配置 16 1.5.5 牛腿设计 16 1.5.6 柱的吊装验算 17 1.6 基础设计
6、 18 1.6.1 作用于基础顶面上的荷载计算 18 1.6.2 基础尺寸及埋置深度 19 1.6.3 基础高度验算 20 1.6.4 基础底板配筋计算 21 1.1 柱截面尺寸确定 由图2可知柱顶标高为12.4 m, 牛腿顶面标高为8.6m , 设室内地面至基础顶面的距
7、离为0.5m , 则计算简图中柱的总高度H、 下柱高度 、 上柱高度分别为: H=12.4m+0.5m=12.9m , =8.6m+0.5m=9.1m =12.9m－9.1m=3.8m 根据柱的高度、 吊车起重量及工作级别等条件, 可由表2.4.2并参考表2.4.4确定柱截面尺寸, 见表1。 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 /mm 惯性矩 /mm 自重 /(KN/m) A , B 上柱 矩400×400 1.6×10 21.3×10 4.0 下柱 I400×900×100×15
8、0 1.875×10 195.38×10 4.69 本例仅取一榀排架进行计算, 计算单元和计算简图如图1所示。 1.2 荷载计算 1.2.1 恒载 (1).屋盖恒载: 两毡三油防水层 0.35KN/m2 20mm厚水泥砂浆找平层 20×0.02=0.4 KN/m2 100mm厚水泥膨胀珍珠岩保温层 4×0.1=0.4 KN/m2 一毡二油隔气层 0.05 KN/m2 15
9、mm厚水泥砂浆找平层; 20×0.015=0.3 KN/m2 预应力混凝土屋面板( 包括灌缝) 1.4 KN/m2 2.900 KN/m2 天窗架重力荷载为2×36 KN /榀, 天沟板2.02 KN/m, 天沟防水层、 找平层、 找坡层1.5 KN/m, 屋架重力荷载为106 KN /榀, 则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为: G1=1.2×(2.90 KN/m2×6m×24m/2＋2×36 KN/2＋2.02 KN/m×6m ＋1.5 KN/
10、m×6m＋106 KN/2) =382.70 KN (2) 吊车梁及轨道重力荷载设计值: G3=1.2×( 44.2kN＋1.0KN/m×6m) =50.20 KN (3) 柱自重重力荷载设计值: 上柱 G4A= G4B =1.2×4kN/m×3.8m =18.24 KN 下柱 G5A= G5B=1.2×4.69kN/m×9.1m =51.21KN 各项恒载作用位置如图2所示。 1.2.2 屋面活荷载 屋面活荷载标准值为0.5 KN/m2, 雪荷载标准值为0.35 KN/m2, 后者小于前者, 故仅按前者计
11、算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为: Q1=1.4×0.5 KN/m2×6m×24m/2=50.40KN Q1 的作用位置与G1 作用位置相同, 如图2所示。 1.2.3 风荷载 风荷载标准值按式( 2.5.2) 计算, 其中=0.35 KN/m2 , =1.0, 根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度由附表5.1确定如下: 柱顶( 标高12.40m) =1.067 檐口( 标高14.30m) =1.120 天窗架壁底( 标高16.99m) =1.184 天窗架壁顶( 标高19.86m) =1.247
12、屋顶( 标高20.31m) =1.256 如图3a所示, 由式( 2.5.2) 可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为: ==1.0×0.8×1.067×0.35 KN/m2 =0.299 KN/m2 ==1.0×0.8×1.067×0.35 KN/m2 =0.299 KN/m2 则作用于排架计算简图( 图3.b) 上的风荷载设计值为: q=1.4×0.299 KN/m2×6.0m =2.51KN/m q=1.4×0.187 KN/m2×6.0m =1.57KN/m Fw=(+)h+(+)h+(+)hB = 1.4×(0.8＋0.5)×1.120×1
13、9m＋(-0.2＋0.6)×1.184×2.69＋(0.6＋0.6)×1.247×2.87 ×1.0×0.35 KN/m2×6.0m =24.51 KN 1.2.4 吊车荷载 由表2.5.1可得200/50KN吊车的参数为: B=5.55m, K=4.40m, g=75KN, Q=200KN, F=215KN, F=45KN。根据B及K, 可算得吊车梁支座反力影响线中歌轮压对应点的竖向坐标值, 如图4所示。 (1) 吊车竖向荷载 由式( 2.5.4) 和式( 2.5.5) 可得吊车竖向荷载设计值为: D= Fy=1.4×215 KN×(1＋0.0
14、80＋0.267＋0.075)=647.15 KN D= Fy=1.4×45 KN×2.15=135.45 KN (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按式( 2.5.6) 计算, 即 T=( Q+g) =×0.1×( 200KN＋75KN) =6.875 KN 作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按式( 2.5.7) 计算, 即 T=Ty=1.4×6.875 KN×2.15=20.69 KN 1.3 排架内力分析 该厂房为单跨等高排架, 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按式( 2.5.16)
15、计算, 结果见表2 。 表2 柱剪力分配系数 柱别 n=I/ I H/H C=3/1+(1/n-1) =H/ CE I = A , B柱 n=0.109 0.295 C=2.480 ==0.20610 ==0.5 1.3.1 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5所示。图中的重力荷载G及力矩M是根据图2确定, 即 G= G =382.70KN; G=G+G4A =50.20KN+18.24KN=68.44KN G= G5A =51.21KN; M= Ge=382.70KN×0.05m=19.14 KN M=
16、 G+ G4A) e－G e =(382.70 KN+18.24 KN)×0.25m－50.20 KN×0.3m=85.18 KN 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R可根据表2.5.2所列的相应公式计算, 则 C==2.122 , C==1.132 R===10.62 KN R=-10.62 KN 求得R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5.b,c。 图5.
17、d为排架柱的弯矩、 剪力和轴力的正负号规定。 1.3.2 屋面活荷载作用下排架内力分析 排架计算简图如图6a所示。其中Q=50.4 KN, 它在柱顶及变阶处引起的力矩为M=50.4KN×0.05m=2.52 ; M=50.4KN×0.25m=12.60。 对于A柱, C=2.122, C=1.132, 则 R===1.53 KN() R=-1.53 KN() 排架各柱的弯矩图、 轴力图及柱底剪力图如图6b.c所示。 1.3.3 风荷载作用下排架内力分析 (1)左吹风时 计算简图如图7a所示。对于A,B柱, n=0.109,=0.295,则 C=
18、0.329 R=- qH C=-2.51KN/m×12.9m×0.329=-10.65KN() R=- qH C=-1.57KN/m×12.9m×0.329=-6.66 KN() R= R+ R+ Fw=-10.65KN－6.66KN－24.51KN=-41.82 KN() 各柱顶剪力分别为: V= R- R=-10.65KN+0.5×41.82KN=10.26 KN() V= R- R=-6.66KN+0.5×41.82KN=14.25 KN() 排架内力图如图7b所示。 (2)右吹风时 计算简图如图8a所示。将图7b所示A,B柱内力图对换且改变内力符号后可
19、得, 如图8b所示。 1.3.4 吊车荷载作用下排架内力分析 (1) D作用于A柱 计算简图如图9a所示。其中吊车竖向荷载D, D在牛腿顶面处引起的力矩为: M= De=647.15KN×0.3m=194.15 KN M= De=135.45KN×0.3m=40.64 KN 对于A柱, C=1.132, 则 R===-17.04 KN() R===3.57 KN() R=R+R=-17.04KN+3.57KN=-13.47KN() 排架各柱顶剪力分别为: V= R- R=-17.04KN+0.5×13.47
20、KN=-10.31 KN() V= R- R=3.57KN+0.5×13.47KN=10.31KN() 排架各柱的弯矩图、 轴力图及柱底剪力值如图9b,c所示。 (2) D作用于B柱 同理, 将”D作用于A柱”的情况的A,B柱对换, 并注意改变符号, 可求得各柱的内力, 如图10所示。 (3) T作用下 排架计算简图如图11a所示。对于A, B柱, n=0.109,=0.295,由表2.5.3得 a=(3.8m-1.4m)/3.8m=0.632,则 ==0.629 R=- T=-20.69KN×0.629=-13.01 KN() R=- T=-
21、13.01 KN(), R=R+R=-13.01KN×2=-26.02KN() 各柱顶剪力为: V= R-μ R=-13.01KN+0.85×0.5×26.02KN=-1.95 KN() V= R-μ R=-13.01KN+0.85×0.5×26.02KN=-1.95 KN() 排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图11b所示。当T方向相反时, 弯矩图和剪力只改变符号, 大小不变。 1.4 内力组合 以A柱内力组合为例。表3为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表, 表4为A柱内力组合表, 这两表中的控制截面及正负号内力方向如表3中欧那个的例图所示。 内力组合按式( 2.5.19)
22、 ～式( 2.5.21) 进行。除N及相应的M和V一项外, 其它三项均按式( 2.5.19) 和式( 2.5.20) 求得最不利内力值; 对于N及相应的M和N一项, Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面均按( 1.2S+1.4S) 求得最不利内力值, 而Ⅰ-Ⅰ截面则是按式( 2.5.21) 即( 1.35S+S) 求得最不利内力。 对柱进行裂缝宽度验算时, 内力Ⅲ-Ⅲ采用标准值, 同时只需对e/h>0.55的柱进行验算。为此, 表4中亦给出了M和N的组合值, 它们均满足e/h>0.55的条件, 对本例来说, 这些值均取自N及相应的M和V一项。 表3 A柱内力设计值汇总表 柱号及正向内力
23、 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 D作用于A柱 D作用于B柱 左风 右风 序号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ Ⅰ-Ⅰ M 21.22 3.29 -39.18 -39.18 21.52 57.11 -67.51 N 400.94 50.40 0 0 0 0 0 Ⅱ-Ⅱ M -63.96 -9.31 154.97 1.46 21.52 57.11 -67.51 N 451.14 50.40 647.15 135.45 0 0 0 Ⅲ-Ⅲ
24、 M 32.68 4.62 61.15 -92.36 192.06 341.21 -314.42 N 502.35 50.40 647.15 135.45 0 0 0 V 10.62 1.53 -10.31 -10.31 18.74 42.64 -34.50 表4 A柱内力组合表 截面 +M及相应N, V －M及相应N, V N及相应M, V N及相应M, V M、 N 备注 Ⅰ-Ⅰ M ①+0.9( ②+0.9⑤+⑥〕 93.01 ①+0.9〔
25、0.9( ③+⑤) +⑦〕 -88.71 ①+0.9② 26.18 ①+0.9〔②+0.9⑤+⑥〕 93.01 68.96 N一项, 取1.35S+ 0.71.4S N 446.3 400.94 486.34 446.3 366.52 Ⅱ-Ⅱ M ①+0.9〔0.9( ③+⑤) +⑥〕 130.40 ①+0.9〔②+0.9⑤+⑦〕 -150.3 ①+0.9③ 75.51 ①+0.9〔0.9⑤+⑦〕 -142.15 N 975.33 496.50 1033.58
26、451.14 Ⅲ-Ⅲ M ①+0.9〔②+0.9( ③+⑤) +⑥〕 549.03 ①+0.9〔0.9( ④+⑤) +⑦ -480.68 ①+0.9③ 87.72 ①+0.9〔②+0.9( ③+⑤) +⑥〕 549.03 N 1071.90 612.06 1084.79 1071.9 V 57.20 -43.96 1.34 57.20 M 396.05 -339.45 66.54 396.05 N 825.45 496.99 834.65 825.45 V 42.12 -30.14 0.96 42.12 1.5
27、柱截面设计 仍以A柱为例。混凝土: , , ; 钢筋: 受力筋为, 。上下柱均采用对称配筋。 1.5.1 上柱配筋计算 由表4可见, 上柱截面共有4组内力。取h=400mm-40mm=360mm 。经判别, 其中三组内力为大偏心受压; 只有( M=26.18 KN, N=486.34KN) 一组为小偏心受压, 且N<=0.550×1.0×14.3×400mm×360mm=1132.56 KN,故按此组内力计算时为构造配筋。对3组大偏心受压内力, 在弯矩较大且比较接近的两组内力中, 取较小的一组, 即取 M=93.01 KN, N=446.30 KN
28、 由附表11.1查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度=2×3.8m=7.6m 。附加偏心距取20mm( 大于400mm/3) 。 =M/N==208mm, =+=208mm +20mm=228mm 由/h=7600mm/400mm=19>5, 故应考虑偏心距增大系数。 ===2.563>1.0, 取=1.0 = 取x=2进行计算。 = 选3 18( =763) , 则763/(400mm×400mm)=0.48%>0.2%,满足要求。 由附表11.1, 得垂直于排架方向柱的计算长度=1.25×3.8m=4.75m, 则 / b
29、4750mm/400mm=11.88, =0.95。 满足弯矩作用平面外的承载力要求。 1.5.2 下柱配筋计算 取h=900mm-40mm=860mm 。与上柱分析方法类似, 在表4的8组内力中, 选取下面的一组不利内力: M=549.03 KN, N=1071.90 KN 下柱计算长度=1.0=9.1m, 附加偏心距=900mm/30=30mm(大于20mm)。 b =100mm, =400mm, =150mm。 =M/N==512mm, =+=512mm +30mm=542mm 由/h=9100mm/900mm=10.1, 故应考
30、虑偏心距增大系数, 且取。 ===1.20>1.0, 取=1.0。 = 故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内, 则 x= 说明中和轴位于腹板内, 应重新计算受压区高度x: = 选用4 20( =1272) 。按此配筋, 经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦满足要求。 1.5.3 柱的裂缝宽度验算 《规范》规定, 对>0.55的柱应进行裂缝宽度验算。本题的下柱出现>0.55的内力, 故应对下柱进行裂缝宽度验算。验算过程见表5, 其中, 下柱的=1272, =; 构件受力特征系数=2.1; 混凝土保护层厚度c取25mm 。 表5 柱的
31、裂缝宽度验算表 柱截面 下柱 内力标准值 M/( KN) 396.05 N/KN 825.45 =M/N /mm 480>0.55 h=473 0.0140 1.0(/h<14) 890 0.523 702.2 173.6 0.57 0.16<3 (满足要求) 1.5.4 柱箍筋配置 非地震区的单层厂房柱, 其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求, 上下柱均选用8@200箍筋。 1.5.5 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12所示
32、其中牛腿截面宽度b=400慢慢, 牛腿截面高度h=600mm, h=565mm 。 (1)牛腿截面高度验算 按式( 2.6.1) 验算, 其中=0.65, =2.01N/, =0( 牛腿顶面无水平荷载) , a=-150mm+20mm=-130mm<0,取a=0, 按下式确定: = 由式( 2.6.1) 得: 故牛腿截面高度满足要求。 (2)牛腿配筋计算 由于a=-150mm+20mm=-130mm<0,因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求, 。纵向钢筋取4 14( =616) , 水平箍筋选用8@100。 1.5.6 柱的吊装验算 采用翻身起吊, 吊
33、点设在牛腿与下柱交接处, 混凝土达到设计强度后起吊。由表2.4.6可得柱插入杯口深度为=0.9×900mm=810mm,取=850mm,则柱吊装时总长度为3.8m+9.1m+0.85m=13.75m,计算简图如图13所示。 柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载( 应考虑动力系数) , 即 = 在上诉荷载作用下, 柱各控制截面的弯矩为: 由得: , 令, 得x=3.73m,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6。 表6 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表 柱截面 上柱 下柱 M(M)/( KN) 58.
34、48(43.32) 84.20(62.37) /( KN) 73.25>0.958.48=52.63 312.91>0.984.20=75.78 /(N/mm) 181.28 65.53 0.38 -0.31<0.2,取0.2 0.14<0.2( 满足要求) 0.02<0.2(满足要求) 1.6 基础设计 1.6.1 作用于基础顶面上的荷载计算 作用于基础顶面上的荷载包括柱底( Ⅲ-Ⅲ截面) 传给基础的M,N,V以及外墙自重重力荷载。前者可由表4中Ⅲ-Ⅲ截面选取, 见表7, 其中内力标准组合值用于地基承载力验算, 基本组合值
35、用于受冲切承载力验算和底板配筋计算, 内力的正号规定见图14b。 表7 基础设计的不利内力 组别 荷载效应基本组合 荷载效应标准组合 M/( KN) N/KN V/KN M/( KN) N/KN /KN 第1组 549.03 1017.90 57.20 396.05 825.45 42.12 第2组 －480.68 612.06 －43.96 －339.45 496.99 －30.14 第3组 87.72 1084.79 1.34 66.54 834.65 0.96 由图14a可见, 每个基础承受的外墙总宽度为
36、6.0m,总高度为14.35m, 墙体为240mm砖墙( 4.7KN/ m) , 钢框玻璃窗( 0.45 KN/ m) , 基础梁重量为16.7KN/根。每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为: 240mm砖墙 4.7 KN/ m〔6m×14.35m-(5.1m+1.8m)×4.2m〕=268.46KN 钢框玻璃窗 0.45 KN/ m×(5.1m+1.8m)×4.2m=13.04KN 基础梁 16.7KN
37、 =298.20 KN 距基础形心的偏心距为: =( 240mm+900mm) /2=570mm =1.2=1.2×298.20KN=357.84KN 1.6.2 基础尺寸及埋深 (1)按构造要求拟定高度h:h= 由表2.4.6得柱的插入深度, 取=850mm。由表2.4.7得杯底厚度应大于200mm, 取=250mm,则h=850mm+250mm+50mm=1150mm。基础顶面标高为-0.500m,故基础埋深d为: d =h+0.5m=
38、1.650m 由表2.4.7得杯壁厚度t≥300mm,取325mm; 基础边缘高度取350mm, 台阶高度取400mm,见图14b。 (2)拟定基础底面尺寸 由式( 2.7.2) 得: A≥ 适当放大, 取A=bl=3.6m×2.4m=8.64m (3)计算基底压力及验算地基承载力 基底压力按式( 2.7.3) 计算, 结果见表8; 按式( 2.7.8) 验算地基承载力, 其中1.2, 验算结果见表8。可见, 基础底面尺寸满足要求。 表8 基础底面压力计算及地基承载力验算表 类别 第1组 第2组 第3组 M/( KN)
39、 N/KN /KN 396.05 825.45 42.12 －339.45 496.99 －30.14 66.54 834.65 0.96 1408.77 1080.31 1417.97 274.51 －544.09 －102.33 216.01 110.10 229.99 20.08 183.86 144.38 163.06<240 216.01<288 125.04<240 229.99<288 164.12<240 183.86<288 1.6.3 基础高度验算 这时应采用基底净反力设计值, 和可按式(
40、 2.7.3) 计算, 结果见表9。对于第2组内力, 按式( 2.7.3) 计算时, <0, 故对该组内力应按式( 2.7.7) 计算基底净反力, 即: 由式( 2.7.7) 得: 因台阶高度与台阶宽度相等( 均为400mm) , 因此只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力计算截面如图15所示。变阶处截面有效高度=750mm－(40mm+5mm)=705mm。 因为, 因此应按式( 2.7.13) 计算, 即: 由式( 2.7.10) 得: ; 因, 故==2.4m, 由式( 2.7.11) 得:
41、 h=750mm<800mm, 取=1.0; , 则由式( 2.7.9) 得: 故基础高度满足要求。 表9 基础底面净反力设计值计算表 类别 第1组 第2组 第3组 M/( KN) N/KN /KN 549.03 1071.90 57.20 －480.68 612.06 －43.96 87.72 1084.79 1.34 1429.74 969.90 1442.63 410.84 －735.20 －114.71 244.73 86.23 258.56 0 189.
42、10 144.84 1.6.4 基础底板配筋计算 (1) 柱边及变阶处基底反力计算 基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如图16所示。三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表10。其中第1,3组内力产生的基底反力示意图见图16, 第2组内力产生的基底反力示意图见图15; 用表列公式计算第2组内力产生的和时, 相应的2.25/3.6和2.65/3.6分别用2.202/3.552和2.602/3.552代替, 且=0。 (2) 柱边及变阶处弯矩计算 表10 柱边及变阶处基底净反力计算 公式 第1
43、组 第2组 第3组 185.29 160.29 172.50 202.90 189.41 177.42 215.01 221.93 180.80 223.82 223.99 183.26 165.48 129.28 166.97 (3)配筋计算 基础底板受力钢筋采用HPB235级( ) 。长边方向钢筋面积为: 选用14@100( =1539) 。 基础底板短边方向钢筋面积为: 选用14@120( =1283) 。 基础底板配筋图见图17。由于=325mm/400mm=0.81>0.75, 因此杯壁不需要配筋。
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