单层单跨工业厂房设计计算任务书.doc

混凝土结构课程设计

计
算
书

班级：08土木8班
姓名：刘宝冲
学号：05108833
老师：赵兰敏
时间：9月17日-9月30日

中 文 摘 要
摘要：在全球化经济浪潮中,中国经济蓬勃发展，作为世界工厂，中国工业厂房设计、装修和施工理应跟上世界时尚。 中国在工业厂房设计和施工领域含有优异管理理念和丰富经验，为工业商建造最符合设备、管道布局要求和最便捷人流、物流计划工业厂房。结构方面：关键进行了结构选型和结构部署；关键进行了排架荷载计算、内力计算及内力组合；排架柱截面配筋计算及牛腿设计；柱下独立基础设计和绘制结构施工图。

关键词：单层工业厂房、排架结构、内力分析、内力组合

Abstract:
The wave of economic globalization, China's economic boom, as the world factory, China's industrial plant design, decoration and construction should keep pace with global trends. China's industrial plant in the field of design and construction of advanced management ideas and experience for the industrial building the best equipment, piping layout requirements and the most convenient flow, logistics planning of industrial plant. Structure: the main structure for the selection and the structural arrangement; key was bent in the load calculation, calculation of internal force and internal force composition; bent reinforcement section column and corbel design calculations; foundation under column design and construction drawing drawing .

Key words: single industrial plants, Bent structure, internal force, internal force combination
目 录

第一章 设计资料 1
第二章 厂房标准构件及排架柱材料选择 2
2.1厂房中标准构件选择情况 2
2.2排架柱材料选择 3
第三章 排架柱高和截面计算 4
3.1排架柱高计算 4
3.2柱截面尺寸计算 4
第四章 排架柱上荷载计算 5
4.1屋盖自重计算 5
4.2柱自重计算 5
4.3吊车、吊车梁及轨道自重计算 5
4.4屋面活荷载计算 5
4.5吊车荷载计算 5
4.6风荷载计算 6
第五章 内力计算 6
5.1作用内力计算 6
5.2 屋面活荷载内力计算 8
5.3吊车竖向荷载作用内力计算 9
5.4吊车水平荷载作用内力计算 10
5.5风荷载作用 11
5.6最不利荷载组合 12
第六章 排架柱设计 14
6.1柱截面配筋计算 14
6.2柱在排架平面外承载力验算 15
6.3斜截面抗剪和裂缝宽度验算 17
6.4柱牛腿设计 18
第七章 基础设计 19
7.1荷载计算 19
7.2基底尺寸计算 20
7.3基底高度计算 21
7.4基底配筋计算 22

结论 24
参考文件 25

第一章 设计资料
1.1设计资料
(1) 工程名称: 某锻工车间。
(2) 建筑地点: 车间所在场地，地面下0.8m内为填土，填土下层3.5m内为粉质粘土，地基承载力设计值设计水位很低，不予考虑。
(3) 自然条件: 基础风压 基础雪压 。屋面积灰荷载
(4)建筑平面、剖面图1-1和图1-2所表示。
图1-1 建筑平面部署图
图1-2 I-I剖面图

第二章 厂房标准构件及排架柱材料选择
2.1 厂房中标准构件选择情况
2.1.1 屋面做法
两毡二油防水层上铺小石子： 0.35kN/m
20mm水泥沙浆找平层： 0.4kN/m
100mm珍珠岩保温层： 0.5kN/m
一毡二油隔气层： 0.05kN/m
20mm水泥沙浆找平层： 0.4kN/m
累计：
屋面活荷载：
屋面外荷载：
屋面板采取G410（一）标准图集：1.5m×6m预应力混凝土屋面板（卷材防水）
中间跨： YWB—2II
边 跨： YWB—2IIS
许可外荷载：
板自重：
灌缝重：
2.1.2檐口板、嵌板
檐口板、嵌板采取G410（二）标准图集体。
许可外荷载： 2.50kN/m
板自重： 1.65kN/m
灌缝重： 0.10kN/m
2.1.3屋架
屋架采取G415（一）标准图集预应力混凝土折线型屋架（YWJ—24—1Ba）
许可外荷载： 400kN/m
屋架自重：
2.1.4天沟板
天沟板采取G410（三）标准图集。
许可荷载： 3.05kN/m
构件自重： 1.90kN/m
2.1.5吊车梁
吊车梁选择G323（二）标准图集,中级工作制备，两台起重量为15t吊车, ,选择吊车梁：构件自重： 。
吊车轨道联接选择G325标准图集,中级吊车自重：。
2.2排架柱材料选择
(1) 混凝土：采取C30。
(2) 钢筋：纵向受力钢筋采取HRB335级。
(3) 箍筋：采取HPB235级。
(4) 型钢及预埋铁板均采取I级。

第三章 排架柱高和截面计算
3.1排架柱高计算
由吊车资料表可查得：H＝2099mm,轨顶垫块高为200mm。
牛腿顶面标高 ＝轨顶标高－吊车梁－轨顶垫块高
＝9.0-1.25-0.2＝7.55m(取7.8m)
柱顶标高 ＝牛腿顶面标高+吊车梁高+轨顶垫块高+H+0.2
＝7.8+1.25+0.2+2.099+0.2=11.549(取11.7m)
上柱高 ＝柱顶标高－牛腿顶面标高
＝11.7-7.8=3.9m
全柱高＝柱顶标高－基顶标高
＝12.2-3.9=8.3m
下柱高＝全柱高－上柱高
＝12.2－3.9＝8.3m
实际轨顶标高＝牛腿顶面标高+吊车梁高+轨顶垫块高
＝7.8+1.25+0.2=9.25m(取9.3m)
则 (9.3m－9.0m)÷9.0m＝0.033＜0.200 满足要求。
3.2排架截面尺寸计算
截面尺寸需要满足条件为：b≧H/25＝344mm.h≥H/12＝717mm
取柱截面尺寸为：上柱：（b×h）＝400×500
下柱：I(b×h×b×h)＝400×1000×15×150
计算参数
①上、下柱截面惯性矩I
上柱Iu＝1/12×0.4×0.53＝0.00416m4
下柱Il＝1/12×0.4×13－1/12×0.25×0.65³－2×1/2×0.25×0.025×(325+2×0.025/3)²＝0.02688m4
②上、下柱截面面积A
上柱Au＝0.4×0.5＝0.20m2
下柱Al＝0.4×1-2×[（0.65+0.7）/2×0.125]＝0.2463m2
③上柱和全柱高比值λ
λ＝3.9/12.2=0.32
④惯性矩比值n
n＝Iu/Il=0.00416/0.02688=0.1548
排架计算简图图3-2所表示。
第四章 排架柱上荷载计算
4.1屋盖自重计算
+（1.65+0.1）×6+1.9×6
1.2×（1.70+1.30+0.10）×6×+1.2×60.5×0.5+（1.65+0.1）×6+1.9×6=225.6KN(作用在柱顶)

4.2柱自重计算
上柱：（作用于上柱中心线）

下柱：
4.3吊车、吊车梁及轨道自重计算

4.4屋面活荷载计算
×2

4.5吊车荷载计算
竖向荷载：176kN, 93.89kN, K=4000mm, B=5955mm, 250kN, 69.77kN。
依据B和K，由影响线。

能够求得
＝0.0008 ＝0.67
＝1.00, ＝0.33
由上求得

吊车水平荷载为

则
→ ←)
4.6风荷载计算
基础风压:
风压高度改变系数μz按B类地域考虑，依据柱顶标高12.0m，查看《荷载规范》用内插法得, 对Fw按檐口标高14.1m, 用内插法得，风载体型系数μs1＝+0.8, μs2＝-0.5,具体情况见下图4-2
则

柱顶风荷载集中力设计值：

第五章 内力计算
5.1作用内力计算
5.1.1 作用(排架无侧移)

由, ,则：

故作用下不动铰承柱顶反力为
(→)
同时有

故在作用下不动铰承柱顶反力为
(→)
故在共同作用下（即在G作用下）不动铰支承柱顶反力为
(→)
对应计算简图及内力图图5-1所表示

图5-1 恒荷载用下内力
(a)G作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图（kN）
5.1.2 作用计算简图及内力图
, , ,
对应计算简图及内力图图5-2所表示。

图5-2 G、G、G作用计算简图及内力图
(a) G、G、G作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图(kN)
5.2 屋面活荷载内力计算
对于单跨排架，和一样为对称荷载，且作用位置相同，但数值大小不一样。故由内力计算过程可得到内力计算数值；

(→)
对应计算简图及内力图图5-3 所表示。

图5-3 Q作用计算简图及内力图
(a)Q作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图(kN)
5.3 吊车竖向荷载作用内力计算
作用于A柱，作用于B柱，其内力为

厂房总长72m,跨度为15m，吊车其重量为22t,则查得有檩条屋盖单跨厂房空间作用分配系数
μ＝0.85。

=7.6KN
对应计算简图及内力图图 5-4 所表示。

图5-4 D作用计算简图及内力计算
(a) D作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图(kN)
D作用于A柱时，因为结构对称，故只需A柱和B柱内力对换，并注意内力变号即可。

5.4 吊车水平荷载作用内力计算
当T向左时，A、B柱柱顶剪力按推导公式计算：
Y＝0.641H,利用内插法求得C＝0.597。另有T＝20.15kN,μ＝0.85,则
V＝V＝－(1－μ) C T＝－1.8kN(←)
对应计算简图及内力图图5-5所表示。

图5-5 T作用计算简图及内力图
（a）T作用；(b)M图(kN·m)；(c)V图(kN)
当T向右时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图方向和之相反。

5.5 风荷载作用
风从左向右吹时，先求柱顶反力系数C为

对于单跨排架，A、B柱顶剪力分别为
＝0.5[F－CH(q－q)]
＝0.5×[12.64－0.336×12.2×(2.11－1.32)]
＝4.7 kN(→)
＝0.5[F+CH(q－q)]
＝0.5×[12.64+0.336×12.2×(2.11－1.32)]
＝7.94 kN(→)

对应计算简图及内力图图5-6 所表示。

图5-6 风荷载作用计算简图及内力图
(a)风荷载作用； (b)M图（kN·m）
风从右向左吹时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图方向和之相反。
5.6最不利荷载组合。
因为本例结构对称，故只需对A柱（或B柱）进行最不利内力组合，其步骤以下：
（1）确定需要单独考虑荷载项目。本工程为不考虑地震作用单跨排架，共有8种需要单独考虑荷载项目，因为小车不管向右或向左运行中刹车时，A、B柱在T作用下，其内力大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。所以，单独考虑荷载项目共有7项。
（2）将多种荷载作用下设计控制截面（I—I、II—II、III—III）内力M、N（III—III截面还有剪力V）填入组合表5-1 。填表时要注意相关内力符号要求。
（3）依据最不利又最可能标准，确定每一内力组组合项目，并算出对应组合值。计算中，当风荷载和活荷载（包含吊车荷载）同时考虑时，除恒荷载外，其它荷载作用下内力均应乘以0.85组合系数。
排架柱全部内力组累计算结果列入表5-1。

表5-1 排架柱内力组合表

柱

号
截

面
荷
载
项
目

内

力
恒荷载
屋面活荷载
吊车荷载
风荷载
内力组合
G1.G2
G3.G4
Q1
Dmax
在A柱
Dmin
在A柱
Tmax
左风
右风
Nmax
及
M、V
Nmin
及
M、V
|M|max
及
N、V
1
2
3
4
5
6
7
项目
组合值
项目
组合值
项目
组合值
A柱
I-I
M
(kN·m)
14.07
3.91
-32.45
-29.64
-222
34.38
-41.01
①+②
17.98
①+
0.9(③+⑤+⑦)
-72.02
①+
0.9（③+⑤+⑦）
—81.59
N
(kN)
245.1
63
0
0
0
0
0
308.1
245.1
245.1
II－II
M
(kN·m)
-42.33
-11.84
78.47
29.54
-22.2
34.38
-41.01
①
+0.99（
②
+
③
+
⑤）
-2.343
①
+
⑦
-83.34
①
+
⑦
-83.34
N
(kN)
341.12
63
443.697
236.70
0
0
0
797.15
341.12
341.12
III-III
M
(kN·m)
21.4
3.182
9.416
-33.62
-164.43
214.37
-204.73
①
+0.99（
②
+
③
+
⑤
-115.25
①
+
⑦
-183.33
①+
0.9（4+⑤+⑦）
-341.1
N
(kN)
433.98
63
443.697
236.70
0
0
0
890
433．98
670.68
V
(kN)
5.16
1.81
-8.32
-7.6
1835
30.44
-8.6
15.82
-3
2.83

第六章 排架柱设计
6.1柱截面配筋计算
最不利内力组选择：因为截面3—3弯矩和轴向力设计值均比截面2—2大，故下柱配筋由截面3—3最不利内力组确定，而上柱配筋由截面1—1最不利内力组确定。
6.1.1 Ⅰ——Ⅰ 截面配筋：
1. 组合(和组合相同)
M=66.54 N=319.74
h0=h-=400-40=360
L0=2H0=2×3900=7800
A=400400=160000mm2
纵向受力钢筋采取HRB335级ξb
ea=max(h/30,20)=20
e0＝M/N=208.1
ei= e0+ ea =228.1
ζ1=0.5fCA/N=0.5×14.3×160000/319740=3.578>1取ζ1=1.0
ζ2=1.15-0.01×L0/h=0.955
1.409
e=ηei+h/2-=1.409×228.1+400/2-40=481.39
ξ<ξb （大偏心受压）
X= h0ξ=360×0.155=56
h0ξb=360×0.55=198
2as=80
经比较：X< h0ξb且X< 2as,则说明受压筋不能达成屈服强度，此时应按以下公式计算。
=ηei-h/2+ as =1.409×228.1-400/2+40=161.39
As=N es`/[fy(h-2as)=319740×161.39/[300×（400-80）]=537.5
Amin=0.2%×160000=320

2.组合
M=29.35 N=370.14
h0=h-as=400-40=360
L0=2H0=2×3900=7800
A=400400=160000
纵向受力钢筋采取HRB335级ξb
ea=max(h/30,20)=20
e0＝M/N=79.3
ei= e0+ ea =99.3
ζ1=0.5fc A /N =0.5×14.3×160000/370140=309>1取ζ1=1
ζ2= =1.15-0.01×L0/h=0.955
1.940
e=ηei+h/2-=1.940×99.3+400/2-40=354.07
ξ<ξb （大偏心受压）
X= h0ξ=360×0.180=65
h0ξb=360×0.55=198
2as=80
经比较X< h0ξb且X< 2as,则说明受压筋不能达成屈服强度，此时应按以下公式计算。
es`=ηei-h/2+ as =1.940×99.3-400/2+40=32.64
As=N es`/[fy(h-2as)=370140×32.64/[300×（400-80）]=125.8
Amin0.2%×160000=320
6.2柱在排架平面外承载力验算

截面
1-1
3-3
最不利内力
1M1max
Nmax
Nmin
︳M1max
Nmax
Nmin
M
M
N
M
N
M
N
M
N
M
N
M
N
N
-81.59
245.1
17.98
308.1
-72.02
245.1
-341.1
670.68
-115.25
890
-183.23
433.98
e
333
58
294
509
129
422
截面尺寸
B×h=400×500
bj×h×b×hf=400×1000×150×150
H0
460
960
Ea
20
20
20
32
32
32
ei
353
78
314
541
161
454
L0
7800
8300
18300
ζ1
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
ζ2
0.944
0.944
0.944
0.984
0.984
0.984

1.225
2.019
1.258
1.086
10289
10397
X
42.85
53.86
42.84
117.25
61.84
75.87
As
427.2

512
139.6
355.1
2152.5
1643
h0ξb
253﹥X
528﹥X
实配值
2Φ20（628mm²）
4Φ28（2463mm²）

6.3柱牛腿设计
6.3.1牛腿几何尺寸确实定：
牛腿截面尺寸和柱宽相等，为400，牛腿顶面长度为800，对应牛腿水平截面长度为1200。取牛腿外边缘高度为h＝300，倾角ɑ＝45°,于是牛腿几何尺寸图6-1所表示。
.
图6-1 牛腿几何尺寸及配筋图

6.3.2牛腿几何尺寸验算：
F＝D＋G＝443.697+54.72＝498.417
F＝T＝20.15/1.4＝14.39
＝709.98KN>FvK
所以截面尺寸满足要求。
6.3.3牛腿配筋：
因为吊车垂直荷载作用下柱截面内，故该牛腿可按结构要求配筋：
As=452mm²>Pminbh=0.021×400×500=420mm²
箍筋取Φ8@100有，2/3×h0×As×2/100=375.6mm²>As/2=226mm²
a/h0=150/560=0.267<0.3
6.3.4局部承压强度验算：
0.75fA＝0.75×14.3×400×500＝2145 kN＞F=498.417
所以满足要求。

6.4柱吊装验算

6.4.1吊装方案：
采取一点翻身起吊，吊点设在牛腿和下柱交接处，动力系数取1.5。

6.4.2荷载计算：
上柱自重:g＝1.2×1.5×25×0.4×0.5＝9
牛腿自重:g＝1.2×1.5×25×＝23.85
下柱自重:g＝1.2×1.5×25×0.231＝10.4

6.4.3内力计算:
M＝×9×3.9＝17.11
M＝×9×4.5＋×(23.85－9)×0.6＝93.8
M＝×10.4×7.7－＝30.18
柱吊装验算简图图6-2所表示
.
图6-2 柱吊装验算简图
6.4.4截面承载力计算:
截面1-1：

故截面承载力为

截面2-2：

故截面承载力为

故满足要求。
第七章 基础设计
7.1 荷载计算
由柱子传至基顶荷载。由排架柱内力组合表可得设计值以下：
第一组：
第二组：
第三组：

由基础梁传至基顶荷载：
墙重 （含两面刷灰）：
窗重（钢框玻璃窗）：
基础梁：

由基础梁传至基础顶面荷载设计值：
对基础底面中心偏心距：
对应偏心弯矩设计值：

作用于基底弯矩和响应基顶轴向设计值。假定基础高度为，则作用于基底弯矩和对应基顶轴向力设计值为:
第一组：

第二组：

第三组：

7.2基底尺寸确实定
由第二组荷载确定和：
～～
取，则取
验算条件：

验算其它两组荷载设计值作用下基底应力：
第一组：

)
第二组：

）
所以最终确定基底尺寸为，图7-1所表示。

图7-1 基础底面尺寸图
7.3确定基底高度
前面已初步假定基础高度为1.1m，若采取锥形杯口基础，依据结构要求，初步确定基础剖面尺寸图7.2 所表示。因为上阶底面落在柱边破坏锥面之内，故该基础只需进行变阶处抗切验算。
在各组荷载设计值作用下地基最大净反力：
第一组：
第二组：
第三组：
抗冲切计算按第二组荷载设计值作用下地基净反力进行计算。
在第二荷载作用下冲切力。冲切力近似按最大低级净反力计算，即取
,因为基础宽度，小于冲切锥体底边宽。
故

变阶处抗冲切力。因为基础宽度小于冲切锥体底边宽，
故

（满足要求）
所以，基础高度及分阶可按图7-2所表示尺寸采取。
.
图7-2 基础抗冲切验算简图

7.4 基底配筋计算
沿长边方向配筋计算。由前述三组荷载设计值作用下最大地基净反力分析可知，应按第二组荷载设计值作用下地基净反力进行计算，
：

则

选择1212(12@200),则

沿短边方向配筋计算。因为沿短边方向为轴心受压，其钢筋用量应按第三组荷载设计值作用下平均地基净反力进行计算。

选择1910（10@200），则
）
基础底面沿两个方向配筋图7-3所表示，因为长边大于3，其钢筋长度可切断10％，若钢筋交错部署，则可选择同一编号。

结论：
（1）本设计按单层工业厂房结构设计步骤及其相关标准或通用、定型构件选择方法进行设计和取件，选择出最合理基标注构件和平面尺寸，并对牛腿柱尺寸、配筋进行计算和合理设计。经计算设计，符合要求。
（2）本设计对屋面恒载 、活载、风荷载、吊车荷载、柱自重作用选择合理取值方法及多种荷载在单厂结构上可能组合方法进行组合；对平面排架进行内力分析，对排架柱最不利内力进行组合，求解排架柱控制截面最不利内力，得出截面配筋。经计算设计，符合要求。
（3）本设计对杯口基础受力特点和基础底面尺寸进行计算确定和对杯口基础底板配筋进行计算和对基础抗冲切验算及底板受力筋计算。经计算设计，符合要求。

参考文件
关键参考文件：
《混凝土结构基础原理》马芹永 主编 机械工业出版社
《混凝土设计基础原理》梁兴文 主编 科学出版社