单层工业厂房结构课程设计实例1.docx

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单层工业厂房结构课程设计实例1

单层厂房结构课程设计实例

1.结构构件选型及柱截面尺寸确定

因该厂房跨度在15~36m之间，且柱顶标高大于8m，故采用钢筋混凝土排架结构。

为了使屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线型屋架及预应力混凝土屋面板。

选用钢筋混凝土吊车梁

+12.800

+11.750

+9.600

+7.200

+6.000

-0.150

±0.000

C

图2-54厂房剖面图

B

根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表2-22。

表2-22

柱截面尺寸及相应的计算参数

计算参数

自重/（kN/m）

截面尺寸/mm

面积/mm2

惯性矩/mm4

柱号

上柱

矩400⨯400

1.6⨯105

21.3⨯108

4.0

A，C

下柱

I400⨯900⨯100⨯150

1.875⨯105

195.38⨯108

4.69

上柱

矩400⨯600

2.4⨯105

72⨯108

6.0

B

下柱

I400⨯1000⨯100⨯150

1.975⨯105

256.34⨯108

4.94

本设计仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2-55所示。

1112

600

10

600

9

600

8

600

7

600

6

5

600

4

600

3

600

2

600

600

1

EA=

EA=

101003600

900

A柱

1800

1800

1000

BC

B柱

图2-55计算单元和计算简图

2.荷载计算

1.恒载

⑴屋盖恒载

绿豆砂浆保护层

0.35kN/m2

二毡三油防水层

20

厚水泥砂浆找平层

20kN/m3⨯0.02m=0.40kN/m2

2

80

厚泡沫混凝土保温层

8kN/m3⨯0.08m=0.64kN/m2

预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）

1.4kN/m2

屋盖钢支撑

0.05kN/m2

总计

2.84kN/m2

屋架重力荷载为60.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为：

G1=1.2⨯（2.84kN/m⨯6m⨯18/2m+60.5/2kN）=220.33kN

（2）吊车梁及轨道重力荷载设计值：

G3=1.2⨯（44.2kN+0.8kN/m⨯6m）=58.8kN

（3）柱自重重力荷载设计值

A、C柱:

上柱：

G4A=G4C=1.2⨯4.0kN/m⨯3.6m=17.28kN下柱:

G5A=G5C=1.2⨯4.69kN/m⨯6.5m=36.58kN

B柱:

上柱:

G4B=1.2⨯6.0kN/m⨯3.6m=25.92kN

下柱:

G5B=1.2⨯4.94kN/m⨯6.5m=38.53kN

各项恒载作用位置如图2-56所示。

图2-56荷载作用位置图（单位：

kN）

2.屋面活荷载

屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值为0.4kN/m2，后者小于前者，故仅按前者计算。

作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：

Q1=1.4⨯0.5kN/m2⨯6m⨯18/2m=37.8kN

Q1的作用位置与G1作用位置相同，如图2-56所示。

3.风荷载

风荷载的标准值按wk=βzμzμsw0计算，其中w0=0.5kN/m2

βz=1.0,μz根据厂

房各部分标高（图2-54）及B类地面粗糙度确定如下：

柱顶（标高

9.6m

μz

=1.000

）

檐口（标高

11.75m

μz

=1.049

）

屋顶（标高

12.80m

μz

=1.078

）

ms如图2-57所示，则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：

wk=βzμzμs1w0=1.0⨯0.8⨯1.0⨯0.5kN/m2=0.4kN/m2

w2k=βzμzμs2w0=1.0⨯0.4⨯1.0⨯0.5kN/m2=0.2kN/m2

-0.6

-0.5-0.4

-0.4

Fw

+0.8

-0.4

q1

q2

BC

BC

图2-57风荷载体型系数及计算简图

则作用于排架计算简图（图2-57）上的风荷载设计值为:

q1=1.4⨯0.4kN/m2⨯6.0m=3.36kN/m

q2=1.4⨯0.2kN/m2⨯6.0m=1.68kN/m

Fw=γQ[（μs1+μs2）μzh1+（μs3+μs4）μzhz]βzω0B

=1.4⨯[（0.8+0.4）⨯1.049⨯2.15m+（-0.6+0.5）⨯1.078⨯1.05m]

⨯1.0⨯0.5kN/m2⨯6.0m

=10.89kN

4.吊车荷载

由表2-16可得20/5t吊车的参数为：

B=5.2m，K=4.0m，g=68.6kN，

Q=200kN，Pmax=174kN,Pmin=37.5kN,根据B=5.2m及K可算得吊车梁支座反

力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值如图2-58所示。

（1）吊车竖向荷载

吊车竖向荷载设计值为：

Dmax=γQPmax∑yi=1.4⨯174kN⨯（1+0.8+0.133+0.333）=551.998kNDmin=γQPmin∑yi=1.4⨯37.5kN⨯（1+0.8+0.133+0.333）=118.965kN

（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为：

T=14a（Q+g）=14⨯0.1⨯（200kN+68.6kN）=6.715kN

作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：

Tmax=γQT∑yi=1.4⨯6.715kN⨯2.15=21.30kN

400012004000

FpmaxFpmaxFpmaxFpmax=174KN

6m

6m

1330.

0.333

80.

01.

图2-58吊车荷载作用下支座反力影响线

3.排架内力分析

该厂房为两跨等高排架，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ηi计算，见表2-23。

表2-23

柱剪力分配系数

柱别

n=Iu

Il

C0=3[1+λ3（1n-1）]

ηi=

1δi

λ=HuH

δ=H3C0EIl

∑1δi

A、C

柱

n=0.109

C0=2.192

ηA=ηC=0.277

λ=0.356

δA=δC=2.406⨯10-8/E

B柱

n=0.281

C0=2.690

ηB=0.446

λ=0.356

δB=1.494⨯10-8/E

=G3+G4A=58.8kN+17.28kN=76.08kN

=G=220.33kN

G

G1

;

2

1

=G5A=36.58kN

G3

=2G=2⨯220.33kN=440.66kN

;

G4

1

6=G5B

=38.53kN;

=G4B=2G3=25.92kN+2⨯58.8kN=143.52kN

G

G5

M1=G1e1=220.33kN⨯0.05m=11.02kN⋅m

M2=（G1+G4A）e0-G3e3

=（220.33kN+17.28）⨯0.25m-58.8kN⨯0.3m=41.76kN⋅m

由于图2-59a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Ri可根据相应公式计算。

对于A，C柱

n=0.109，λ=0.356则：

RC=-6.39（←）

1-λ

2

⎛

-

1⎫

3

ç1

⎪

3

1-λ2

⎝

n⎭

11.02

11.02

220.33

440.66

220.33

11.98

29.78

29.78

11.98

237.61

466.58

237.61

296.41

584.18

296.41

+

+

+

11.76

6.39

6.39

11.76

332.99

332.99

B

C

B

C

M1

G1

G4

G1

M1

+V

+N

G2

G5

G2

+M

M2

M2

G3

G6

G3

+M

+V

+N

B

C

图2-59恒载作用下排架内力图

2．屋面活荷载作用下排架内力分析

（1）AB跨作用屋面活荷载

排架计算简图如图2-60a所示，其中Q1=37.8kN，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：

M1A=37.8kN⨯0.05m=1.89kN⋅m

M2A=37.8kN⨯0.25m=9.45kN⋅m

M1B=37.8kN⨯0.15m=5.67kN⋅m

对于A柱，

C=2.231

，

C3

=0.957

则

1

R

=

M1A

C+

M2A

C=

1.89kN⋅m⨯2.231+9.45kN⋅m⨯0.957

=1.31kN（→）

A

H

1

H

1

10.1m

对于B柱n=0.281,λ=0.356，则

2

⎛

1

⎫

3

1-λ

ç1-

⎪

n

C1

=

⋅

⎝

⎭=

1.781

2

3

⎛

1

⎫

1

+λ

ç

-1

⎪

⎝n

⎭

1.89

5.67

Q1

Q4

M1A

M1B

8.93

0.52

5.78

2.30

M2A

4.58

5.98

0.64

6.46

0.67

B

C

B

C

37.8

37.8

+

+

37.837.8

BC

图2-60AB跨作用屋面活荷载时排架内力图

Q1

Q1

M1B

M1C

5.67

1.89

M2C

2.30

5.78

8.93

0.52

6.46

0.645.98

0.03

0.67

4.58

B

C

B

C

37.8

37.8

+

+

37.837.8

BC

图2-61BC跨作用屋面活荷载时的排架内力图

3．风荷载作用下排架内力分析

Fw

18.55

q2

q1

19.10

107.20

BC

42.80

11.89

120.09

B

10.50

30.81

139.76

C

图2-63右吹风时排架内力图

4.吊车荷载作用下排架内力分析

（1）Dmax作用于A柱

计算简图如图2-64a所示。

其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin。

在牛腿顶面处引起的力矩为：

（1）Dmax

Qmax

MA

MBQmin

B

552

+

552

114.41

51.19

45.86

43.37

5.29

21.98

14.22

39.44

12.74

1.47

14.85

C

B

C

118.97

+

118.97

BC

图2-64Dmax作用在A柱时排架内力图

作用于B柱左

计算简图如图2-65a所示MA,MB计算如下：

MA=Dmine3=118.97kN⨯0.3m=35.69kN⋅mMB=Dmaxe3=552.00kN⨯0.75m=414.00kN⋅m

Qmax

118.97

552

MA

MB

Qmin

+

+

118.97

552

B

C

B

C

56.77

312.59

44.60

21.08

101.47

15.77

28.17

129.48

12.39

125.14

123.59

B

C

图2-65Dmax作用于B柱左时排架内力图（3）Dmax作用于B柱右

根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与Dmax作用于B柱左的情况相同，只需将A，C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图2-66所示。

Qmax

Qmin

44.60

312.59

56.77

MB

MC

101.47

21.08

Qmin

MB

CQmax

5.29

43.37

45.86

114.41

M

51.19

1.47

12.74

14.22

21.98

14.85

39.44

B

C

B

C

118.97

552

+

+

118.97

552

B

C

图2-67

Dmax作用在C柱右时排架内力图

（5）Tmax作用于AB跨柱

当AB跨作用吊车横（向水平荷载时，）排架计算简图如图2-68a所示，对于A柱，n=0.109，

λ=0.356，得a=3.6m-1.2m/3.6m=0.667，则

Tmax

Tmax

5.21

10.56

23.65

17.75

9.72

66.36

6.57

119.57

16.9

142.09

19.13

B

C

B

C

图2-69Tmax作用于BC跨时排架内力图

5.内力组合

以A柱内力组合为例。

表2-24为各种荷载作用