混凝土结构设计自考书上的课程设计.docx
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混凝土结构设计自考书上的课程设计
§1任务书……………………………………………………………13
§2构件选型表………………………………………………………5
§3工程名称…………………………………………………………6
§4工程简介…………………………………………………………6
§5设计资料…………………………………………………………6
§6结构计算…………………………………………………………8
6.1计算简图确定………………………………………………8
6.1.1柱高及柱全高确定……………………………………8
6.1.2初步确定柱截面尺寸…………………………………9
6.2荷载计算……………………………………………………10
6.2.1恒荷载…………………………………………………10
6.2.2屋面活荷载……………………………………………11
6.2.3吊车荷载………………………………………………11
6.2.4风荷载…………………………………………………13
6.3内力计算……………………………………………………15
6.3.1恒荷载作用下…………………………………………15
6.3.2屋面活荷载作用下……………………………………16
6.3.3吊车荷载作用下………………………………………17
6.3.4风荷载作用下…………………………………………19
6.4最不利内力组合……………………………………………21
§7排架柱及牛腿设计………………………………………………22
7.1排架柱设计…………………………………………………23
7.1.1柱截面配筋计算……………………………………23
7.1.2裂缝宽度验算………………………………………25
7.2牛腿设计……………………………………………………27
7.3柱的吊装验算………………………………………………28
§8排架柱基础设计…………………………………………………30
8.1.1荷载计算………………………………………………30
8.1.2基础底面尺寸确定……………………………………32
8.1.3确定基础底面高度……………………………………32
8.1.4基底配筋计算…………………………………………34
高等教育考试建筑工程专业
混凝土结构设计实践课程设计任务书
一、设计题目:
混凝土单层厂房结构设计
有一金工车间,不考虑抗震设防,采用装配式混凝土柱的等高排架结构,不设天窗,车间长60m,柱距6m,跨度见下表,吊车为每跨两台中级工作制软钩吊车,其起重量见下表。
级别
跨数
跨度(m)
吊车起重量
(t)
吊车轨顶标高(m)
基础底面标高(m)
A
1
18
15
7.8
-2.000
B
1
18
15
7.5
-1.800
C
1
18
15
7.8
-2.200
D
1
21
20
8.4
-1.800
E
1
21
20
8.4
-2.000
F
1
21
20
8.4
-2.000
二、设计资料
1、防水屋面,屋面恒荷载为1.4KN/m2(水平投影面积)。
2、面活荷载为0.70KN/m2,屋面没有积灰荷载。
3、雪荷载标准值0.4KN/m2,风荷载标准值0.35KN/m2,屋面坡度角
α=11º21ˊ。
4、已考虑深度和宽度修正后的地基承载力特征值180KN/m2。
5、在柱距6m范围内,基础梁、围护墙、窗、圈梁等传至基础顶面的竖向集中力标准值为300-350KN(吊车轨顶标高,低的取小值,高的取大值),此竖向集中力与柱外侧边的水平距离为0.12m。
6、室内地坪标高为±0.000,室外地坪标高为-0.300。
7、柱顶至檐口顶的竖向高度h1=2.1m,檐口至屋脊的竖向高度h2=1.2m。
8、混凝土强度等级,排架柱用C30,柱下扩展基础用C20。
9、排架柱主筋及柱下扩展基础内钢筋用HRB335级钢筋,柱箍筋用HPB235级钢筋。
10、吊车的有关技术参数可查阅专业标准《起重机基本参数和尺寸系列》(ZQ1-62~ZQ8-62)或直接参照吊车制造厂的产品规格得到。
三、设计内容及要求
(一)设计计算书
1、单层厂房平面、剖面结构布置及主要结构构件选型。
2、排架内力分析(计算简图,荷载计算及各种荷载作用下的排架内力分析)。
3、排架边柱内力组合。
4、排架柱设计(截面设计、配筋构造、吊装验算、牛腿设计)。
5、排架柱下扩展基础的设计(基础底面尺寸的确定、基础高度的验算、基础底部配筋计算)。
6、课程设计计算书要求:
一律用A4打印纸,黑色钢笔水手写。
7、课程设计计算书装订顺序:
封面、内容摘要、任务书、目录、具体设计计算内容。
装订成册。
(二)设计施工图
1、单层厂房平面(±0.000)、剖面结构布置图,比例1∶200、1∶100
2、装配式边柱施工图(摸板图和配筋图),柱比例:
1∶50,柱截面比例:
1∶20。
3、边柱下扩展基础的平面图与剖面图,比例:
1∶20-1∶40。
4、施工图要求用铅笔画,并按要求的比例把各部分匀称地安排在两张二号图纸上,中文字要用仿宋体工整地书写,图右下角部要写施工说明,包括混凝土强度等级、钢筋的级别以及需要说明的其他内容。
5、图纸标题栏:
天津市高自考课程设计
专业
课程
指导教师
4×10mm
姓名
工程名称
成绩
准考证号
图名
日期
20mm20mm20mm80mm20mm20
mm
四、参考资料
1.《建筑制图统一标准》
2.《88J1-88J10工程做法》
3.《房屋建筑学》
4.《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
5.《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
6《砼结构设计》;有关单层厂房结构设计资料。
构件选型表2-1
构件名称
图籍号
外形尺寸
自重
1.5m×6m预应力钢筋硁屋面板
G410
(一)
(YWB-2Ⅳ)
自重1.4KN/m2灌缝重0.1KN/m2
钢筋硁天沟板
(内天沟、外天沟)
G410(三)
(TGB68-1)
1.91KN/m2
24米预应力折线屋架
CG416(三)
(YWJ-18-1)
77KN/榀
6米钢筋硁吊车梁
G323
(二)
45.5KN
6米钢筋硁基础梁
G320(JL-1)
16.7KN
钢筋硁连系梁
TG38(DGL-4)
17.5KN
情按上课讲的顺序
§3.工程名称:
天津市红桥区××厂汽车配件加工车间单层钢筋混凝土
厂房结构设计方案
§4.工程简介:
本工程为天津市红桥区内一金工车间,本地此类建筑不考虑抗震设防.此车间为单跨车间,设计采用装配式混凝土柱的等高排架结构.
§5设计资料
(1)装配车间其跨度为18m ,车间总长为60m,柱距采用6m.
(如P5图5-1)对吗?
(2)每一跨设计为2台中级工作制软钩吊车,其设计参数见下表5-1:
表5-1电动桥式起重机基本参数5-50/5t一般用途电动桥式起重机基本参数和尺寸系列(ZQ1-62)
吊车起重量Q/t
跨度Lk/m
尺寸
吊车工作级别A4-A5
本工程轨顶标高取m
宽度B/mm
轮距K/mm
轨顶以上高度H/mm
轨道中心端部距离B1/mm
最大轮压Pmax/KN
最小轮压Pmin/KN
大车质量m1/t
小车质量m2/t
15
16.5
5650
4400
2050
230
165
34
24.1
5.5(双闸)
7.5
《混凝土结构设计》P309
(3)车间所在场地,其地基承载力特征值ƒa=180KN/㎡.
(4)厂房中标准构件选用情况:
(参见P4中构件选型表1-1)
①屋架采用钢结构屋架,屋面坡度角α=11°22′.
(5)几个相关高度尺寸,见下表5-2:
表5-2
室内地坪标高
室外地坪标高
柱顶至檐口顶竖向高度m
檐口顶至屋脊竖向高度m
±0.000
-0.300
h1=2.1m
h2=1.2
基础底面标高(含垫层200mm)为-1.800m;
(6)荷载取值,如下表5-3:
表5-3
屋面恒荷载(含防水等)
屋面活荷载(不计积灰荷载)
雪荷载标准值
风荷载标准值
基础梁底荷载标准值ªª
1.4KN/m2
0.70KN/m2
0.4KN/m2
0.35KN/m2
300KN
a)基础梁底荷载标准值:
是指在柱距6m范围内,基础梁、维护墙、窗、圈梁等传至基础顶面的竖向集中力。
此集中力与柱外侧边的水平距离本工程为0.12m;
(7)排架柱及基础材料选用情况:
《混凝土结构设计》P291
①柱
混凝土:
采用C30,(ƒc=14.3N/㎜²;ƒtk=2.01N/㎜²)
钢筋:
纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋,(ƒy=300N/㎜²,
Es=2×105N/㎜²)
箍筋采用HPB235级钢筋,(ƒy=210N/㎜²)
②基础
混凝土:
采用C20,(ƒc=9.6N/㎜²;ƒtk=1.54N/㎜²)
钢筋:
采用HRB335级钢筋
§6结构计算
(1)计算简图确定
①柱高及柱全高确定:
根据P9剖面图6-1得
柱顶标高=吊车轨顶标高+轨顶以上高度+小车顶至屋架下弦顶面高度
=7.5+2.05+0.5=10.5(m)
上柱高Hu=柱顶标高-轨顶标高+吊车梁高+轨道高度=10.5-7.5+0.9+0.2=3.65(m)
由于构造要求,基础梁顶一般底于室内地面标高50mm《房屋建筑学》
P406,由本工程所选基础梁高知基顶标高为-0.500,则
全柱高H=柱顶标高-基顶标高=10.5-(—0.5)=11(m)
应按任务书所给基础底面标高计算
下柱高Hl=H-Hu=11-3.65=7.35(m)
上柱与全柱高的比值λ=3.65/11=0.332
剖面图6-1
②初步确定柱截面尺寸《混凝土结构设计》P66表2-4
本工程选用实腹柱.上柱选取矩形截面,b×h=400mm×400mm,下柱选
取矩形截面,b×h=400mm×800mm.
根据刚度要求初步验算,
HK=吊车梁高+下柱高=0.9+7.35=8.25m≤10m,
则所选截面高度800≥HK/11≈0.75(可以).
截面宽度400≥Hl/20=367.5mm(可以)
③上下柱截面惯性矩及其比值
排架平面内:
上柱Iu=400×4003/12=2.133×109mm4
下柱Il=400×8003/12=1.7064×1010mm4
比值η=Iu/Il=0.125
排架平面外:
比值η=Iu/Il=0.5
排架计算简图如下图6-2
(2)荷载计算
①恒荷载
(a)屋盖结构自重
屋面恒荷载1.2×1.4=1.68KN/m2
天沟板1.2×1.91×6=13.752KN
屋架自重1.2×77=92.4KN
则作用于横向平面排架一端柱顶的屋盖结构自重
G1=1.68×18×6/2+13.752+92.4/2=150.67KN
e1=hu/2-150=50mm(hu为上柱截面高)
hu=?
(b)柱自重
上柱G2=1.2×25×0.4×0.4×3.65=17.52KN
e2=hl/2-hu/2=200mm
hu=?
h1=?
下柱G3=1.2×25×0.4×0.8×7.35=70.56KN
e3=0mm
(c)吊车梁及轨道自重
G4=1.2×(45.5+1×6)=61.8KN
e4=?
G5=?
e5=?
②屋面活荷载
由于屋面活荷载0.7KN/m2大于该工程所在地基本雪压0.4KN/m2.故此屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为:
Q1=1.4×0.7×(6×18/2)=52.92KN
e1=hu/2-150=50mm
③吊车荷载
由前面表5-1知,
Pmax,k=165KN,Pmin,k=34KN,B=5650mm,K=4400mm,Q2,K=55KN,
根据B与K及反力影响线,可以算出与各轮对应的影响线竖标(如图6-3)
由图得:
《混凝土结构设计》P43图2-22
l1=1600mm,K=l4=4400mm,l5=350mm
则y2=l1/l=0.2667,y1=1,y3=0.792,y4=0.0583
则∑yi=y1+y2+y3+y4=2.117
查《混凝土结构设计》P46表2-1得β=0.9
至此可得出柱上的吊车荷载:
Dmax=βrQPmax,k∑yi=0.9×1.4×2.117×165=440.12KN
Dmin=Dmax×Pmin,k/Pmax,k=440.12×34/165=90.7KN
吊车中心线至纵向定位轴线的距离e,按照工程经验Q≤50t采用750mm.同情况下满足,吊车端部外边缘至上柱内边缘的安全净空尺寸
Cb≥80mm.《房屋建筑学》P387则
e4=750-hl/2=750-800/2=350mm
作用于每一个吊车轮子上的吊车水平制动设计值:
《混凝土结构设计》P45
由于是软钩吊车,且Q=15-50t,故取α=0.10;小车重力Q2,K=55KN表5-1,吊车额定起吊质量重力Q3,K=150KN
TK=α/4×(rG•Q2,K+rQ•Q3,K)=0.1/4×(1.2×55+1.4×150)=6.9KN
那么,在考虑二台吊车的荷载折减系数β后,吊车对排架的最大横向水平荷载标准值Tmax,k=β•Tk•∑yi=0.9×6.9×2.117=13.147KN
其作用点到柱顶的垂直距离y=Hu—he=3.65-0.9=2.75m(he为吊车梁高)
则y/Hu=2.75/3.65=0.7534
④风荷载
天津本地区基本风压wo=0.35KN/m2.对于天津这样的大城市市郊,风压高度变化系数μz按B类地区考虑.
a)对于两侧墙面,q1、q2高度的取值按柱顶离室外天然地坪的高度10.05+0.3=10.35m考虑,查《荷载规范》得离地10m时,μz=1.00
离地15m时,μz=1.14.由插值法得,离地10.35m时,
μz=1+[(1.14-1.0)/(15-10)]×(10.35-10)
=1.0098
由屋面坡度角α=11°22′≤15°知,风荷载的计算简图为下图6-4
《混凝土结构设计》P48中图2-26
图6-4风荷载的计算简图
则,q1=rQ•μs•μz•wo•B=1.4×0.8×1.0098×0.35×6=2.375KN(单位?
)
q2=rQ•μs•μz•wo•B=1.4×0.5×1.0098×0.35×6=1.4844KN
b)对于屋盖部分,由于无天窗设置,FW则按照厂房檐口标高=柱顶标高+柱顶至檐口顶部垂直距离-室外地坪标高=10.05+2.1-(-0.3)=12.45m,由插值法得,此时μz=1+[(1.14-1.0)/(15-10)]×(12.45-10)
=1.0686
《混凝土结构设计》P49式2-10
那么,FW=W1K+W2K=rQ•[(μs3+μs4)•h1+(μs2-μs1)•h2]•μz•wo•B
=1.4×[(0.8+0.5)×2.1+(0.5-0.6)×1.2]×1.0686×0.35×6
=8.2KN
⑤排架受荷载总图如下图6-5
(3)内力计算
①恒荷载作用下
根据恒荷载的对称性,以及施工中的实际受力情况,可将图6-5中的恒荷载G1、G2、G4简化为图6-6中的计算简图.
图6-6G1、G2、G4作用下的计算简图
a)在G1的作用下
M11=G1•e1=150.672×0.05=7.5366KN•m
M12=G1•e2=150.672×0.2=30.13KN•m
《混凝土结构设计》P51知n=Iu/Il=0.125,λ=Hu/H=0.315
(见前面第9页);由《混凝土结构设计》P301表4-2,表4-3可得
C1=3/2•[1-λ2•(1-1/n)]/[1+λ3•(1/n-1)]=2.1
C3=3/2•(1-λ2)/[1+λ3•(1/n-1)]=1.1077
则,支座反力R1=M11•C1/H=7.5366×2.1/11=1.4388KN
R2=M12•C3/H=30.13×1.1077/11=3.0341KN
不动铰支座柱顶反力R=R1+R2=1.4388+3.0341=4.4729KN
其相应弯矩图为图6-6中a;
b)在G2的作用下
上柱对下柱的偏心弯矩M22=-G2•e2=-17.52×0.2=-3.504KN•m
其相应弯矩图为图6-6中b.
c)在G4的作用下
吊车竖向荷载对下柱的偏心弯矩
M44=G4•e4=61.8×0.35=21.63KN•m
其相应弯矩图为图6-6中c.
将图6-6中a、b、c弯矩图叠加,得到在G1、G2、G4共同作用下的恒荷载弯矩图,既图6-6中的d;轴力图N为图6-6中的e.
②屋面活荷载作用下
单跨排架,Q1与G1一样为对称荷载,且作用位置相同,所以由G1的内力图按照比例可求得Q1的内力图.此时不动铰支座柱顶反力为
RQ1=Q1•R1/G1=-52.92×4.4729/150.672=-1.571KN()
MQ11=Q1•e1=1.571×0.05=0.0786KN•m
MQ12=Q1•e2=1.571×0.2=0.3142KN•m
相应的M图,N图,如图6-7
③吊车荷载(考虑厂房整体空间作用)
查得单跨厂房整体空间作用分配系数μ=0.9.
a)吊车垂直荷载作用下
ⅰ>Dmax作用在A柱的情况
此时吊车垂直荷载作用下的内力,可以按照图6-8中的简图a计算.
图6-8吊车垂直荷载作用下的内力计算简图
因此A、B柱顶剪力可按照所示简图推导的下列公式计算:
(采用弯矩作用在上柱底面时的系数C3,弯矩分配后,按照其公式计算)
Vmax=-0.5×[(2-μ)MDmax+μMDmin]C3/H
=-0.5×[(2-0.9)×440.24×0.35+0.9×90.7×0.35]×1.1077/11
=-9.972KN
Vmin=0.5×[(2-μ)MDmin+μMDmax]C3/H
=0.5×[(2-0.9)×90.7×0.35+0.9×440.24×0.35]×1.1077/11
=8.7405KN
(绕杆端顺时针转为正)其相应弯矩图为图6-8中的图b.
ⅱ>Dmin作用在A柱的情况
由于结构对称,只须将A、B柱的内力对换,内力正负变号.
b)吊车水平荷载作用下
ⅰ>Tmax从左向右作用在A、B柱上的情况的内力,可按照图6-9的计算简图计算.
此时,A、B柱顶剪力可按照所示简图推导的下列公式计算:
VTA=VTB=-(1-μ)•C5•Tmax
由《混凝土结构设计》P302-P303表4-4至表4-7可得C5的值;
当y=0.7Hu时,C5=0.5753;当y=0.8Hu时,C5=0.527;因为此时吊车梁顶至柱顶垂直距离=上柱高-吊车梁高=3.65-0.9=2.75m,y=2.75/3.65≈0.7534.由插值法得此时C5=0.5495
VTA=VTB=-(1-μ)•C5•Tmax=-(1-0.9)×0.5495×13.147
=-0.7224KN
其相应弯矩图为图6-9.
ⅱ>Tmax从右向左作用在A、B柱上的情况的内力,与Tmax从左向右作用的弯矩图相反.其相应弯矩图为图6-10.
④风荷载
ⅰ>风荷载从左向右作用在A、B柱上的情况的内力,可按照图6-11计算简图计算.由《混凝土结构设计》P304表4-8可得柱顶反力系数C11的值;
对于单跨排架,A、B柱顶剪力
VA=0.5•[FW-C11•H(q1-q2)]=0.5×[8.2-0.33×11×(2.375-1.4844)]
=2.4836KN
VB=0.5•[FW+C11•H(q1-q2)]=0.5×[8.2+0.33×11×(2.375-1.4844)]
=5.7164KN
ⅱ>风荷载从右向左作用在A、B柱上的情况的内力,与上一种作用的弯矩图相反.
两者弯矩图见图6-11.
⑷最不利内力组合
本结构对称,故只须对柱A进行最不利内力组合,其步骤如下:
主要原则在《混凝土结构设计》P58-P60.
1由于小车无论向左、向右运行中刹车,A、B柱内力大小相等,而符号相反,在组合时可考虑合并为一项.
2根据最不利又最有可能的原则,确定每一项内力组合.
排架的内力组合如下表6-1
请见EXCEL文件:
内力组合表.xls
以及CAD文件:
表6-1-B_t3.dwg
无法打开
****************************************
§7排架柱及牛腿设计
(1)排架柱设计
①柱截面配筋计算
(a)最不利内力选择
由于截面Ⅲ-Ⅲ的弯矩与轴向力均比截面Ⅱ-Ⅱ的大,故下柱截面配筋由截面Ⅲ-Ⅲ的最不利内力确定.上柱截面配筋由截面I-I的最不利内力确定.经比较,将此两部分最不利内力列于下表6-2中:
(b)同时将柱在排架方向的初始偏心距ei、计算长度l0、偏心距增大系数η求出列于表7-1中.
表7-1
截面
内力组
e0(mm))
h0(mm)
ei(mm)
ζ1
l0(mm)
h(mm)
ζ2
η
I-I
M(KN•m)
-67.1
400
365
420
1
7300
400
0.9675
1.2
N(KN)
168.2
M
-64.3
297
365
317
1
7300
400
0.9675
1.265
N
215.8
Ⅲ-Ⅲ
M
N
318
380
765
407
1
7350
800
1
1.1133
N
836
M
-256
877
765
904
1
7350
800
1
1.051
N
292
注:
e0=M/N;
ei=e0+eS;(eS取20mm与h/30中较大的值);
ζ1=0.2+2.7•ei/h0,ζ1>1.0时,ζ1取1.0;
ζ2=1.15-0.01•l0/h,l0/h<15时,ζ2取1.0;
考虑吊车荷载时,l0=2•Hu(上柱),l0=1•Hu(下柱);不考虑吊车荷载时,l0=1.5•H;
η=Cm•[1+K/(1400•ei/h0)•(l0/h)2•ζ1•ζ2;Cm=0.7+0.3•M2/M1;
(c)柱在排架平面内的配筋计算(见
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