单层工业厂房结构课程设计计算书课程设计.docx

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单层工业厂房结构课程设计计算书课程设计

单层工业厂房结构课程设计计算书

一．设计资料

1.某金工车间，单跨无天窗厂房，厂房跨度L=21m，柱距为6m，车间总长度为150m，中间设一道温度缝，厂房剖面图如图所示：

2.车间内设有两台中级工作制吊车，吊车起重量为200/50kN。

3.吊车轨顶标高为9.0m。

4.建筑地点：

哈尔滨市郊。

5.地基：

地基持力层为e及IL均小于0.85的粘性层（弱冻胀土），地基承载力特征值为fak=180kN/m2。

标准冻深为：

-2.0m。

6.材料：

混凝土强度等级为C30，纵向钢筋采用HRB400级，（360N/mm2）箍筋采用HPB300级。

（270N/mm2）

二.选用结构形式

1.屋面板采用大型预应力屋面板，其自重标准值（包括灌缝在内）为1.4kN/m2。

2.屋架采用G415

（二）折线型预应力钢筋混凝土屋架，跨度为21m，端部高度为2.3m，跨中高度为33.5m，自重标准值为83.0kN。

3.吊车梁高度为0.9m，自重30.4kN；轨道与垫层垫板总高度为184mm，自重0.8kN/m。

4.柱下独立基础:

采用锥形杯口基础。

三、柱的各部分尺寸及几何参数

采用预制钢筋混凝土柱

轨道与垫层垫板总高，吊车梁高，故

牛腿顶面标高=轨顶标高

由附录12查得，吊车轨顶只吊车顶部的高度为，考虑屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为，故柱顶标高=

基础顶面至室外地坪的距离取，则

基础顶面至室内地坪的高度为，故

从基础顶面算起的柱高，

上部柱高

下部柱高

上部柱采用矩形截面；

下部柱采用Ⅰ型截面。

上柱：

（）

下柱：

上柱：

下柱：

图1厂房计算简图及柱截面尺寸

四．荷载计算

1.恒荷载

（1）屋盖恒荷载

SBS防水层

20mm厚水泥砂浆找平层

100mm厚水泥珍珠岩保温层

隔气层

20mm厚水泥砂浆找平层

大型预应力屋面板（包括灌缝重）

总1

屋架

则作用屋架一段作用于柱顶的自重为：

作用于上部柱中心线外侧处。

（2）柱和吊车梁等恒荷载

上柱：

作用在牛腿顶截面处;

下柱：

作用在基础顶截面处；

吊车梁及轨道自重：

2.屋面活荷载

由《荷载规范》查得屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载0.75kN/m2（50年一遇），故考虑雪荷载。

作用于上部柱中心线外侧e0=50mm处。

3.风荷载

由《荷载规范》查得哈尔滨地区基本风压为

ω0=0.50kN

柱顶处集中风荷载风压高度变化系数（按B类地面粗糙度取）按檐口离室外地坪的高度来计算。

查表可得离地面时，，离地面时，，用插入法，可得

柱顶处均布风荷载风压高度变化系数（按B类地面粗糙度取）按柱顶离室外地坪的高度来计算。

同理可得

风荷载标准值：

则作用于排架上的风荷载设计值为：

（屋面坡度为1/10）

故

风荷载作用下的计算简图如下图：

图2风荷载作用下计算简图

4.吊车荷载

吊车跨度

查附录12，得Q=20/5t,Lk=19.5m时的吊车最大轮压标准值Pmax，k、最小轮压标准值Pmin，k、小车自重标准值G2，k以及吊车额定起重量相对应的重力标准值G3，k：

Pmax，k=205kN，Pmin，k=45kN，G2，k=75kN，G3，k=200kN

并查得吊车宽度B和轮距K：

B=5.55m，K=4.40m

（1）吊车竖向荷载设计值Dmax、Dmin

由图所示的吊车梁支座影响线知

（2）吊车横向水平荷载设计值Tmax

五．内力分析

1、屋盖荷载作用下的内力分析

（1）屋盖集中恒荷载F1作用下的内力分析

柱顶不动点反力

由于n=0.109，=0.284则代入公式

则

（2）屋盖集中活荷载F6作用下的内力分析

在F1、F6分别作用下的排架柱弯矩图、轴向力图和柱底剪力图如下，图中标注出的内力值是指控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面的内力设计值。

弯矩以使排架柱外侧受拉为正，反之为负；柱底剪力以向左为正、向右为负。

<1>屋盖恒荷载作用下的内力图<2>屋盖活荷载作用下的内力图

2、柱自重、吊车梁及轨道连接等自重作用下的内力分析。

不作排架分析，其对排架产生的弯矩和轴向力如下图所示：

3、吊车荷载作用下的内力分

（1）Dmax作用在A柱，Dmin作用在B柱时，A柱的内力分析

Mmax=Dmaxe=555.345×（0.75-0.45）=166.6kNm

Mmin=Dmine=121.91×（0.75-0.45）=36.57kNm

这里的偏心距e是指吊车轨道中心至下部柱截面形心的水平距离。

A柱顶的不动支点反力，代入公式得：

A柱顶不动支点反力

A柱顶不动支点反力

A柱顶水平剪力:

A柱顶水平剪力:

内力图示如下图（a）

（2）Dmin作用在A柱，Dmax作用在B柱时的内力分析

此时，A柱顶剪力与Dmax作用在A柱时相同，也是VA=9.31kN（←）故可得内力值，示于下图（b）

（3）在Tmax作用下的内力分析

Tmax至牛腿顶面的距离0.9+0.184=1.084m；

Tmax至柱底的距离为9+0.15+1.0=10.15。

因A柱和B柱相同，受力也相同，故柱顶位移相同，没有柱顶剪力，故A柱的内力如下图（c）

4、风荷载作用下A柱的内力分析

左风时，在q1、q2作用下的柱顶不动铰支座反力，代入计算公式：

不动铰支座反力：

（←）

（←）

A柱顶水平剪力：

（→）

（→）

故左风和右风是，A柱的内力图分别示于下图（a）和（b）

六．内力组合

单跨排架的A柱与B柱承受荷载的情况相同，故仅对A柱在各种荷载作

用下的内力进行组合。

表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表，表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合，表3为A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合及准永久组合。

表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表

荷载种类

恒荷载

屋面活荷载

风荷载

吊车荷载

左风

右风

T（→）

T（←）

荷载编号

1

2

3

4

5

6

7

8

Ⅰ-Ⅰ

-5.135

-1.51

36.93

-48.43

-33.52

-33.52

20.18

-20.18

272.98

75.6

-4.28

-1.08

26.38

-34.59

-23.94

-23.94

14.42

-14.42

227.48

54.0

Ⅱ-Ⅱ

3.205

-1.51

36.93

-48.43

133.08

0.004

20.18

-20.18

297.9

75.6

555.35

121.91

2.67

-1.08

26.38

-34.59

95.06

0

14.42

-14.42

248.25

54.0

396.69

87.08

Ⅲ-Ⅲ

22.42

4.20

332.81

-297.43

48.6

-81.9

188.99

-188.99

366.23

75.6

555.35

121.91

2.12

0.63

48.63

-37.48

-9.31

-9.31

18.62

-18.62

18.68

3.0

237.72

-212.45

34.71

-58.5

134.99

-134.99

305.19

54.0

396.68

87.08

1.77

0.45

34.74

-26.77

-6.65

-6.65

13.3

-13.3

注：

（1）内力的单位是kN·m，轴力的单位是kN，剪力的单位是kN；

（2）表中弯矩和剪力符号对杆端以顺时针为正，轴向力以压为正；

（3）表中第1项恒荷载包括屋盖自重、柱自重、吊车梁及轨道自重；

（4）组合时第3项与第4项、第5项与第6项、第7项与第八项二者不能同时组合；

（5）有T作用时候必须有Dmax或Dmin同时作用。

表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合

组合

荷载

组合内

力名称

Ⅰ-Ⅰ

Ⅱ-Ⅱ

Ⅲ-Ⅲ

由可变荷载效应控制的组合

（简化规则）

1+0.9（2+3）

1+0.9（3+5+7）

1+0.9（2+3+5+7）

26.74

341.02

174.38

797.72

539.56

934.09

54.83

1+0.9（4+6+8）

1+0.9（2+4+6+8）

1+0.9（4+6+8）

-97.05

272.98

-59.91

475.66

-489.67

475.92

-56.75

1+0.9（2+4+6+8）

1+0.9（2+3+5+7）

1+0.9（2+3+5+7）

-98.41

341.02

172.84

865.76

539.56

934.09

54.83

1+0.9（4+6+8）

1+0.9（4+6+8）

1+0.9（4+6+8）

-97.05

272.98

-58.84

407.62

-489.07

475.95

-56.75

注：

由永久荷载效应控制的组合：

其组合值不是最不利，计算从略。

七．柱子设计

1.上柱配筋计算

从表2中选取两组最不利的内力

M1=-97.05kN·m；N1=272.98kN。

M2=-98.41N·m；N2=341.02kN。

（1）先按M1，N1计算

l0/h=2×3600/400=18>5,故需要考虑纵向弯曲影响，其截面按对称配筋计算，偏心距为：

e0=M1/N1=97.05/272.98=0.356m

ea=h/30=400/30=13.33mm≤20mm，取20mm

ei=e0+ea=356+20=376mm

ζc=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.6×105/（272.98×103）=4.19>1.0

取ζc=1.0

则e=ηsei+h/2-as=1.21×376+400/2-40=614.96mm

ζb=0.518

N≤ɑ1fcbh0ζ

ζ=N/（ɑ1fcbh0）=272.98×103/（1.0×14.3×400×360）=0.132<ζb

ζh0=0.132×360=47.52mm<2as’=80mm

不满足则取x=2as’=80mm来计算，

e’=ηsei-h/2+as’=1.21×376-400/2+40=294.96mm

选用320，,故截面一侧钢筋截面面积

；同时柱截面总配筋

。

（2）再按M2，N2计算（M2=-98.41N·m；N2=341.02kN）

e0=M2/N2=98.41/341.02=0.289m

ea=h/30=400/30=13.33mm≤20mm，取20mm

ei=e0+ea=289+20=309mm

ζc=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.6×105/（341.02×103）=3.35>1.0

取ζc=1.0

则e=ηsei+h/2-as=1.25×309+400/2-40=546.25m