单层厂房排架结构课程设计计算书混凝土单层工业厂房设计.docx
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单层厂房排架结构课程设计计算书混凝土单层工业厂房设计
混凝土单层工业厂房设计
一、设计目的
二、设计题目
某金工车间,厂房长度66m,柱距为6m,不设天窗。
跨度为24m,每跨间设有两台32t中级吊车。
吊车采纳大连起重机厂“85系列95确认”的桥式吊车,轨顶标志高度均为为9m。
下部窗台标高为,窗洞×;中部窗台标高为6.3m,窗洞×1.5m;上部窗台标高为9.6m,窗洞×1.2m,采纳钢窗。
室内外高差为350mm。
屋面采纳大型屋面板,卷材防水(两毡三油防水屋面),为非上人屋面。
排架柱采纳C30砼,基础采纳C20砼;柱中受力钢筋采纳HRP335钢,箍筋、构造筋、基础配筋采纳HPB235钢。
厂房所在地的地面粗糙度为B类,大体风压w0=kN/m2,组合值系数ψc=;大体雪压S0=m2,组合值系数ψc=。
三、设计任务
(1)选择厂房结构方案,进行平面、剖面设计和结构构件的选型;
(2)设计排架边柱及柱下单独基础;
(3)绘制施工图,包括屋盖平面布置图,构件平面布置图及基础、基础梁布置图,排架柱模板、配筋图;柱下单独基础的模板、配筋图。
四、设计步骤
(一)厂房平、剖面布置及结构构件选型
1.厂房平面布置
厂房的平面布置包括确信柱网尺寸、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①、②…表示,间距取为6m;纵向定位轴线用(A)、(B)表示,间距取等于跨度,即(A)~(B)轴线的间距为24m。
、
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)跨吊车起重量大于20t时,(A)列采纳非封锁结合,初步取联系尺寸D=150mm。
例图2-1单厂的净空尺寸要求
λ
B3
HB
B1
B2
HC
是不是采纳非封锁结合和联系尺寸取多大,需要依照吊车架外缘与上柱内缘的净空尺寸B2确信(参见例图2-1)。
应知足:
其中
——吊车轨道中心线至柱纵向定位轴线的距离,一样取750mm;
——吊车轮中心线至桥身外缘的距离,关于10t、16t、20t和32t吊车别离为230mm、260mm、260mm、300mm;
——是上柱内边缘至纵向定位轴线的距离,关于封锁结合等于上柱截面高度,关于非封锁结合等于上柱截面高度减去联系尺寸D。
假定上柱截面高度为400mm,那么
对(A)、(B)列柱B2=750-[300+(400-150)]=200mm>80mm,知足要求
关于单跨排架,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的净空尺寸能知足要求。
厂房长度66m,小于100m,可不设伸缩缝。
2.构件选型及布置
构件选型包括:
屋架(含屋盖支撑)、屋面板、天沟板、吊车梁、连系梁、基础梁、支撑(柱间支撑)、抗风柱等。
1)屋面构件
①屋面板和嵌板
屋面板的型号依照外加屋面均布面荷载(不含屋面板自重)的设计值,查92G410
(一)。
当屋架斜长不是屋面板宽的整数倍时,需要布置嵌板,嵌板查92G410
(二)。
荷载:
二毡三油防水层×=m2
20mm厚水泥砂浆找平层××20=m2
屋面均布活载(不上人)×=m2
雪载××=m2
------------------------------------------------------------------------------------------------
小计m2
采纳预应力混凝土屋面板。
依照许诺外加均布荷载设计值m2,查附表1-5,中部选用Y-WB-1Ⅱ,端部选用Y-WB-1Ⅱs,其许诺外加荷载m2>m2。
板自重m2。
②天沟板
当屋面采纳有组织排水时,需要布置天沟。
关于单跨,既能够采纳外天沟,也能够采纳内天沟;关于多跨,内侧只能采纳内天沟。
而本例为单跨,选用外天沟。
天沟的型号依照外加均布线荷载设计值查92G410(三)。
计算天沟的积水荷载时,按天沟的最大深度确信。
同一型号的天沟板有三种情形:
不开洞、开洞和加端壁。
在落水管位置的天沟板需开洞,分左端开洞和右端开洞,别离用“a”、“b”表示。
厂房端部有端壁的天沟板用“sa”、“sb”表示。
本例在②、④、⑥、⑧、⑩轴线处设置落水管。
本例的外天沟宽度采纳770mm。
外天沟荷载:
焦渣砼找坡层××=m
二毡三油防水层××=m
20mm厚水泥砂浆找平层××20×=m
积水荷载×10××=m
屋面均布活载××=m
-----------------------------------------------------------------------------------------------
小计m
查附表1-6,一样天沟板选用TGB77-1,开洞天沟板选用TGB77-1a或TGB77-1b,端部为TGB77-1sa或TGB77-1sb,许诺外加荷载m>m,自重m。
2)屋架及支撑
屋架型号依照屋面面荷载设计值、天窗类别、悬挂吊车情形及檐口形状选定。
跨度较小时可采纳钢筋混凝土折线型屋架,查95G314;跨度较大时可采纳预应力混凝土折线型屋架,查95G414。
本例不设天窗(类别号为a),檐口形状为外天沟,代号为D。
屋面荷载:
屋面板穿来的荷载kN/m2
屋面板自重×=kN/m2
灌缝重×=kN/m2
--------------------------------------------------------------------------
小计kN/m2
18m跨采纳预应力混凝土屋架,中间选用YWJ18-1Da;两头选用YWJ-18-1Da'。
许诺外加荷载m2>kN/m2,自重。
关于非抗震及抗震设防烈度为六、7度,屋盖支撑可按附图1-1~1-4布置。
当厂房单元不大于66m时,在屋架端部的垂直支撑用CC-1表示,屋架中部的垂直支撑用CC-2表示;当厂房单元不大于66m时,另在柱间支撑处的屋架端部设置垂直支撑CC-3B。
屋架端部的水平系杆用GX-1表示;屋架中部的水平系杆用GX-2表示。
屋架上弦横向水平支撑用SC表示;当吊车起重量较大、有其他振动设备或水平荷载对屋架下弦产生水平力时,需设置下弦横向水平支撑,下弦横向水平支撑用XC表示。
当厂房设置托架时,还需布置下弦纵向水平支撑。
本例不需设纵向水平支撑。
3)吊车梁
吊车梁型号依照吊车的额定起重量、吊车的跨距(LK=L—2λ)和吊车的载荷状态选定,其中钢筋混凝土吊车梁可查95G323、先张法预应力混凝土吊车梁可查95G42五、后张法预应力混凝土吊车梁可查95G426。
对18m跨厂房,吊车起重量为32t,中级载荷状态,Lk=18-2×=,采纳混凝土吊车梁。
查附表1-4,中间跨选用DL-11Z,边跨选用DL-11。
梁高1200mm,自重。
4)基础梁
基础梁型号依照跨度、墙体高度、有无门窗洞等查93G320。
墙厚240mm,突出于柱外。
由附表1-8,纵墙中间选用JL-3,纵墙边跨选用JL-15;山墙6m柱距选用JL-16。
基础梁布置见例图2-4。
5)柱间支撑
柱间支撑设置在⑥、⑦轴线之间,支撑型号可查表97G336。
第一依照吊车起重量、柱顶标高、牛腿顶标高、吊车梁顶标高、上柱高、屋架跨度等查出排架号,然后依照排架号和大体风压确信支撑型号。
6)抗风柱
抗风柱下柱采纳工字型截面,上柱采纳矩形截面。
抗风柱的布置需考虑基础梁的最大跨度。
18m跨的抗风柱沿山墙等距离布置,间距为6m。
例图2-2屋面平面布置,例图2-3构件平面布置,例图2-4基础、基础梁平面布置图三图见施工图。
3.厂房剖面设计
剖面设计的内容是确信厂房的操纵标高,包括牛腿顶标高、柱顶标高和圈梁的标高。
牛腿顶标高等于轨顶标高减去吊车梁在支承处的高度和轨道及垫层高度,必需知足300mm的倍数。
吊车轨道及垫层高度能够取。
为了使牛腿顶标高知足模数要求,轨顶的实际标高将不同于标志标高。
标准予诺轨顶实际标高与标志标高之间有±200mm的差值。
柱顶标高H=吊车轨顶的实际标高HA+吊车轨顶至桥架顶面的高度HB+间隙HC(参见例图2-1)
其中,间隙HC不该小于220mm;吊车轨顶至桥架顶面的高度HB可查95G323。
柱顶标高一样需知足300mm的倍数。
由工艺要求,轨顶标志高度为9m。
关于18m跨:
取柱牛腿顶面高度为m。
吊车梁高度m,吊车轨道及垫层高度m,那么轨顶构造高度,HA=++=m。
构造高度-标志高度=m,知足±200mm差值的要求。
查附表1-1,吊车轨顶至桥架顶面的高度HB=,那么H=HA+HB+Hc=++=m。
为知足模数要求,取H=m。
关于有吊车厂房,除在檐口或窗顶设置圈梁外,尚宜在吊车梁标高处增设一道,外墙高度大于15m时,还应适当增设。
圈梁与柱的连接一样采纳锚拉钢筋2φ10~2φ12。
此刻、m和6m标高处设三道圈梁,别离用QL-一、QL-二、QL-3表示。
其中柱顶圈梁可代替连系梁。
圈梁截面采纳240×240mm,配筋采纳4φ1二、φ6@200。
圈梁在过梁处的配筋应另行计算(由于A、B柱对称,以下图中部份以A柱为例)。
例图2-5给出了厂房剖面布置。
三、排架柱设计
1.计算简图
关于没有抽柱的单层厂房,计算单元能够取一个柱距,即6m。
排架跨度取厂房的跨度,上柱高度等于柱顶标高减取牛腿顶标高。
下柱高度从牛腿顶算至基础顶面,持力层(基底标高)确信后,还需要预估基础高度。
基础顶面不能超出室外地面,一样低于地面很多于50mm。
关于边柱,由于基础顶面还需放置预制基础梁,因此排架柱基础顶面一样应低于室外地面500mm。
为了取得排架柱的截面几何特点,需要假定柱子的截面尺寸。
从刚度条件动身,可按教材表2-3选取。
400
400
900
100
25
25
100
400
100
A柱
B柱
例图2-6排架柱截面尺寸
1)确信柱子各段高度
基底标高为-2.0m,初步假定基础高度为1.4m,那么柱总高H==m;上柱高度Hu=4.2m;下柱高度Hl=m。
2)确信柱截面尺寸
下柱截面高度,依照吊车起重量及基础顶面至吊车梁顶的高度Hk,由表2-3
当Q=32t时:
h≥Hk/10=9600/10=900mm,取900mm
下柱截面宽度,依照顶面至吊车梁底的高度Hl,由表2-3
b≥Hl/20=8400/20=400mm,且≥400mm,取400mm
(A)、(B)列柱下段柱截面采纳I形,b=400mm、h=900mm,上柱截面采纳正方形b=h=400mm,各柱下段柱截面的详细尺寸见例图2-6。
3)计算柱截面几何特点
各柱截面的几何特点见例表2-1。
例图2-7给出了计算简图。
例图2-7排架计算简图
例表2-1截面几何特点
柱号
A柱
B柱
上柱
下柱
上柱
下柱
截面尺寸(mm)
正方形
400×400
工字形400×900×100
矩形
400×400
工字形400×900×100
面积A(103mm2)
惯性矩I(106mm4)
2133
16611
2133
16611
每米长重量G(kN/m)
2.荷载计算
排架的荷载包括恒载、屋面活荷载、吊车荷载和风荷载。
荷载均计算其标准值。
1)恒载
恒载包括屋盖自重、上柱自重、下柱自重、吊车梁及轨道自重。
1屋盖自重P1
面荷载:
防水层、找平层等+=m2
屋面板自重m2
屋面板灌缝m2
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
小计kN/m2
外天沟板线荷载:
找坡等++=m
TGB77-1自重m
-----------------------------------------------------------------
小计m
集中荷载:
18m跨屋架自重
屋架作用在柱顶的恒载标准值:
A柱:
P1A=×6×18/2+×6+×=
B柱:
P1B=×6×18/2+×6+×=
P1作用点位置与纵向定位轴线的距离为150mm,见例图2-8。
2
上柱自重P2
A柱:
P2A=4×=
B柱:
P2B=4×=
3下柱自重P3
下柱大部份截面为I形,但牛腿部位及插入杯口基础的部份是矩形截面。
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:
P3A=×()+××25×+=
B柱:
P3B=
4吊车梁、轨道、垫层自重P4
取轨道及垫层自重为m。
A柱:
P4A=×6+=
B柱:
P4B=
P4的作用点离纵向定位轴线的距离为750mm,见例图2-8。
2)屋面活荷载P5
屋面活荷载取屋面均布活载和雪荷载二者的较大值m2
A柱:
P5A=(18×6×)/2+×6×=
B柱:
P5B=(18×6×)/2+×6×=
P5作用位置同P1。
3)吊车荷载
①吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k
从产品目录查得吊车大体尺寸和轮压,列于例表2。
例表2吊车大体尺寸和轮压
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(kN)
32
6640
4650
33
278
P1max
P1max
P2max
P2max
K1
K2
x
y2
y3
y4
y1=1
例图2-9吊车荷载计算简图
表中Pmin=(G+g+Q)-Pmax
吊车竖向荷载Dmax、Dmin依照两台吊车作用的最不利位置用阻碍线求出。
Dmax、Dmin的计算简图见例图2-9。
图中两台吊车之间的最小轮距x=(B1-K1)/2+(B2-K2)/2。
对应于轮子位置阻碍线的高度y2、y3、y4可利用几何关系求得。
18m跨两台吊车相同,均为32t吊车,P1max=P2max=278kN,P1min=P2min=,;x=(6640-4650)/2+(6640-4650)/2=1990mm;y2=/6=,y3=/6=,y4=0。
Dmax,k=P1max(y1+y2)+P2max(y3+y4)=278×(1+++0)=
Dmin,k=P1min(y1+y2)+P2min(y3+y4)=×(1+++0)=
吊车横向水平荷载Tmax,k,
18m跨,吊车额定起重量16t T=α(Q+g)/4=×(32+×4= T的最不利位置同Pmax,故 Tmax,k=×(1+++0)= Tmax作用点的位置在吊车梁顶面。 + 4)风荷载 该地域大体风压W0=m2,地面粗糙度为B类。 1作用在柱上的均布荷载 例图2-10风荷载体型系数μs(风向→) 柱顶标高m,室外地面标高,那么柱顶离室外地面高度为()=5m,查表1-10,风压高度系数μz=。 从表1-11,可查得风荷载体型系数μs,标于例图2-10。 单层工业厂房,可不考虑风振系数,取 =1。 q1=μSμzβZW0B=××××6=m(压力) q2=μSμzβZW0B=××××6=m(吸力) 2作用在柱顶的集中风荷载FW 作用在柱顶的集中风荷载FW由两部份组成: 柱顶至檐口竖直面上的风荷载FW1和坡屋面上的风荷载FW2(见例图2-11),其中后者的作用方向垂直于屋面,因此是倾斜的,需要计算其水平方向的分力(竖向分力在排架分析中一样不考虑)。 400 150 屋架端头轴线高度 h1 h2 S=h2/sinα α Wk Wk,h Wk=BSwk;Wk,h=Wksinα=Bh2wk 例图2-11屋盖部分风荷载的计算 为了简化,确信风压高度系数时,可统一取屋脊高度。 屋脊高度=柱顶高度+屋架轴线高度(屋脊处)+上、下弦杆截面增加高度+屋面板高度。 关于18m跨: H=+(++)+=m,μz=。 柱顶至檐口的高度=屋架轴线高度(端头处)+上、下弦杆截面增加高度+天沟板高度;坡屋面高度=屋脊高度-柱顶高度-柱顶至檐口的高度。 FW1=+××1××(++)×6=(→) FW2=+××1××()×6=(←) FW=FW1+FW2=同理可求得右吹向左风(←) 迎风面和背风面的q1、q2大小相等、方向相反。 Fw=(←)。 3、内力分析 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依照下述规那么: 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;轴向力以压为正。 各柱的抗剪刚度计算结果见例表2-3。 例表2-3柱的抗侧刚度及剪力分派系数 项目 n=Iu/Il λ=Hu/H A柱 2133/16611= = B柱 2133/16611= Ec 1)恒载作用下的内力分析 A B M1A M2A M1B M2B 例图2-12恒载产生的偏心力矩 恒载下的计算简图能够分解为两部份: 作用在柱截面形心的竖向力和偏心力矩(例图2-12)。 屋盖自重对上柱截面形心产生的偏心力矩为(参见例图2-8): M1A=×()=·M M1B=×()=·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为 M2A=×偏心力矩作用下,各柱的弯距和剪力用剪力分派法计算。 先在柱顶加上不动铰支座,利用附录2求出各柱顶不动铰支座的反力;然后将总的支座反力反向作用于排架柱顶,依照剪力分派系数分派给各柱(剪力分派进程列于例表2-4);最后求出各柱柱顶的剪力(见例图2-13a),取得每根柱的柱顶剪力后,单根柱利用平稳条件求出各个截面的弯矩及柱底截面剪力。 例表2-4恒载下柱的剪力分派 项目 n λ C1 C3 M1 M2 Ri ηi Vi A柱 (←) (←) B柱 (→) (→) 注: , ;Ri=(M1/H)C1+(M2/H)C3;Vi=ηiR-Ri;R=RA+RB+RC。 例如关于柱A 柱顶截面的弯距: M1=牛腿截面上的.弯距: M1+VAHu=牛腿截面下的弯距: M2+M1=+=柱底截面弯距: M1+M2+VAH=同理可求出其他柱的截面弯距,见附图2-12b。 柱轴力可直接依照作用在截面形心的竖向力确信,见例图2-13c。 2)屋面活载作用下的内力分析 屋面活载下的内力分析方式同屋盖自重作用下的内力分析。 剪力分派进程列于例表2-5,例图2-14是屋面活载下的内力图。 表2-5屋面活载下柱的剪力分派 项目 C1 C3 M1 M2 Ri ηi Vi A柱 ×= ×= (→) (→) B柱 ×= ×= (←) (←) 3)吊车竖向荷载作用下的内力分析 A B Dmax Dmin a) A B Dmin Dmax b) 吊车竖向荷载有二种大体情形,如例图2-15所示。 a)Dmax作用在A柱;b)Dmin作用在A柱; 例图2-15吊车竖向荷载的2种大体情形 吊车竖向荷载下的计算简图也能够分解成两部份: 作用于下柱截面形心的竖向力和作用在牛腿顶面的偏心力矩。 在偏心力矩下的剪力分派进程列于例表2-6。 例图2-16~2-17是吊车竖向荷载下内力图。 计算项目 C3 M2 Ri ΣRi ηi Vi Dmax作用于 A柱 A柱 ×= (←) (←) B柱 ×= (→) (→) Dmin作用于 A柱 A柱 ×= (←) = (←) B柱 ×= (→) (→) 例表2-6吊车竖向荷载下柱剪力的分派 4)吊车水平荷载作用下的内力分析 吊车水平荷载下有两种情形,每种情形的荷载能够反向,如图2-18中的虚线所示。 图2-18吊车水平荷载 A B Tmax 吊车水平荷载的剪力分派进程见附表2-7,例图2-19是其内力图。 例表2-7吊车水平荷载下柱剪力的分派 注: C5依照n、λ和吊车水平荷载的作用位置由附录2图2-5~2-7查得。 计算项目 C5 T Ri=C5T ΣRi ηi Vi A、B跨作用Tmax A柱 20 (←) += 0(←) B柱 20 (←) 0(←) 例图2-19A、B跨作用Tmax排架柱内力 5)风荷载作用下的内力分析 风荷载作用下有两种情形。 左吹向右风荷载下的剪力分派进程见附表2-8,例图2-20是风荷载下的内力图。 因本例右吹向左风时的荷载值与左吹向右风时的荷载数值很接近(q1、q2大小相等,Fw=、Fw’=),可利用左吹向右风的内力图。 例表2-8风荷载下柱剪力的分派 计算项目 C11 q Ri=qHC11 W R=W+ΣRi ηi Vi 左吹向右风 A柱 (←) ++= (→) B柱 (←) (→) 注: 由附录2, 。 4内力组合 1.荷载组合 排架柱截面尺寸符合表2-3要求后,一样不需要进行正常利用极限的变形验算,仅需要进行承载力计算。 承载能力极限状态采纳荷载效应的大体组合。 大体组合考虑两类情形: 由活荷载效应操纵的组合和由恒荷载效应操纵的组合。 关于排架结构,由活荷载效应操纵的组合可采纳简化规那么,取以下两种情形的较大值: ①γGSGK+γQ1SQ1K ②γGSGK+ 式中SGK、SQiK——别离为恒载标准值和活载标准值下的荷载效应,即内力; γG、γQi——为荷载和活载的分项系数,别离取和; ——简化组合值系数。 由恒载效应操纵的组合按下式进行 S=γGSGK+ 式中 为活荷载的组合值系数,中级载荷状态吊车荷载的组合值系数为。 现在恒载分项系数取。 设计基础,确信基础底面尺寸时,需进行地基计算,现在上部结构传来的荷载效应采纳标准组合。 故关于下柱的Ⅲ—Ⅲ截面,尚需按下式进行荷载的标准组合: S=SGK+SQ1K+ 2.内力组合 排架柱属偏心受压构件,剪力一样不起操纵作用(斜截面承载力一样能知足)。 最不利内力组合包括: 最大正弯矩及相应的轴力、最大负弯矩及相应的轴力、最大轴力及相应的弯矩、最小轴力及相应的弯矩。 当采纳对称配筋时,前两项可归并为弯矩绝对值最大及相应的轴力。 每项组合,按一个目标(如弯矩最大)确信活荷载是不是参与组合。 需注意: 1)当组合中包括吊车水平荷载时,必需同时包括吊车竖向荷载; 2)由于吊车水平荷载最多考虑两台,故A、B跨作用Tmax和B、C跨作用Tmax两种情形(例表2-9中⑦、⑧)只能取一种;吊车水平荷载可反向,依照组合目标选择; 3)关于多跨厂房,吊车竖向荷载最多能够考虑四台吊车,因此例表2-9中的荷载种类③或④和⑤或⑥能够同时考虑
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