单层厂房结构课程设计.docx

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单层厂房结构课程设计

单层厂房结构课程设计

一、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及基础梁。

如图1所示，根据工艺要求，确定柱顶标高为9.6m，牛腿顶面标高为6m；

设室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H，下柱高度Hl，和上柱高度Hu分别为：

图1厂房剖面图

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1。

表1柱截面尺寸及相应的计算参数

计算参数

柱号

截面尺寸/

面积/

惯性矩/

自重/KN/m

A，C

柱

矩400400

1.6105

21.3108

4.0

柱

I400900100150

1.875105

195.38108

4.69

B

上柱

矩400600

2.4105

72108

6.0

下柱

I4001000100150

1.975105

256.34108

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所示。

图2计算单元和计算简图

二、荷载计算

1.恒载

（1）屋盖恒载

20厚水泥砂浆找平层2

80厚泡沫混凝土保温层

预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）

屋盖钢支撑

总计

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：

（2）吊车梁及轨道重力荷载设计值：

（3）柱自重重力荷载设计值

A、C柱:

上柱：

下柱:

B柱:

上柱:

下柱:

各项恒载作用位置如图3所示。

图3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，雪荷载标准值为，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：

的作用位置与作用位置相同，如图3所示。

3.风荷载

风荷载的标准值按计算，其中

,

根据厂房各部分标高（图1）及B类地面粗糙度确定如下：

柱顶（标高）

檐口（标高）

屋顶（标高）

如图4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：

图4风荷载体型系数及计算简图

则作用于排架计算简图（图4）上的风荷载设计值为:

4.吊车荷载

由表可得吊车的参数为：

，，，，,,

根据及

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5所示。

（1）吊车竖向荷载

吊车竖向荷载设计值为：

（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：

作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：

图5吊车荷载作用下支座反力影响线

三、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计算，见表2。

表2柱剪力分配系数

柱别

A、C柱

B柱

1、屋面恒载作用下的内力计算

;

;

;

由于图6a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可根据相应公式计算。

对于A，C柱，则：

本例中。

求得后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。

柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图6、。

图6d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。

图6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7所示，其中，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：

对于A柱，，,则

对于B柱,，则

将R反作用于柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与相应的柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图7b，c所示。

图7AB跨作用屋面活荷载时排架内力图

（2）BC跨作用屋面活荷载

由于结构对称，且BC跨与AB跨作用荷载相同，故只需将图7中内力图的位置及方向调整一下即可，如图8所示。

图8BC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

（1）左吹风时

计算简图如图9a所示。

对于A，C柱,，得

各柱顶的剪力分别为

排架内力如图9b所示

（a）（b）

图9左吹风时排架内力图

（2）右吹风时

计算简图如图10a所示。

将图9b所示A，C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图10b所示。

图10右吹风时排架内力图

4.吊车荷载作用下排架内力分析

（1）作用于A柱

计算简图如图11a所示。

其中吊车竖向荷载，。

在牛腿顶面处引起的力矩为：

对于A柱，，则

对于柱，，，得

排架各柱顶的剪力分别为：

排架各柱弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图11b,c所示。

图11作用在A柱时排架内力图

（1）作用于B柱左

计算简图如图12a所示,计算如下：

柱顶不动铰支反力，及总反力分别为：

各柱顶剪力分别为：

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图12b，c所示

图12作用于B柱左时排架内力图

（3）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13所示。

图13作用于B柱右时排架内力图

（4）作用于C柱

同理，将作用于A柱情况的A，C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图14所示。

图14作用在C柱右时排架内力图

（5）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15a所示，

对于A柱，，，得，则

同理，对于B柱，，，,，则：

排架柱顶总反力R为：

各柱顶剪力为：

排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图15b所示。

当方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。

图15作用于AB跨时排架内力图

（6）作用于BC跨柱

由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计算与作用AB跨情况相同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图16所示。

图16作用于BC跨时排架内力图

5.内力组合

以柱内力组合为例。

表3为各种荷载作用下柱内力标准值汇总表，表4～

表12、表3为柱内力组合表，这两表中的控制截面及正号内力方向如表3中的例图所示。

对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对的柱进行验算。

为此，表3中亦给出了和的组合值，它们均满足的条件，对设计来说，这些值均取自及相应的和一项。

表3柱内力设计值汇总表

柱号及正向内力

荷载类别

恒载

屋面活载

吊车竖向荷载

吊车水平荷载

风荷载

作用在

AB跨

作用在

BC跨

作用在A柱

作用在

B柱左

作用在

B柱右

作用在

C柱

作用在

AB跨

作用在

BC跨

左风

右风

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

11.98

0.52

2.30

-51.19

-56.77

44.60

-5.29

10.50

－18.55

237.61

37.8

0

0

0

0

0

0

0

0

0

-29.78

-8.93

2.30

114.41

-21.08

44.60

-5.29

10.50

-18.55

296.41

37.8

0

552

118.97

0

0

0

0

0

0

11.76

-4.58

6.46

21.98

-123.59

125.14

-14.85

139.76

-107.20

332.99

37.8

0

552

118.97

0

0

0

0

0

0

6.39

0.67

0.64

-14.22

-15.77

12.39

-1.47

30.81

－19.10

弯矩图

注：

单位（），单位，单位。

表41.2恒载+1.4屋面活荷载

截面

组

合

项

及

相应的、

组

合

项

及相应的

、

组

合

项

及相应的

、

组

合

项

及

相应的

、

1

2

3

14.8

1

11.98

1

2

3

14.8

1

3

14.8

275.41

237.61

275.41

237.61

1

3

-27.48

1

2

-38.71

1

2

-38.71

1

-29.78

296.41

334.21

334.21

296.41

1

3

18.22

1

2

7.18

1

2

3

13.64

1

3

18.22

332.99

370.79

370.79

332.99

1

2

3

相应的

相应的

7.7

`13.64

370.79

注：

单位（），单位，单位。

表5恒载+1.4吊车荷载

截面

组

合

项

及相应的

、

组

合

项

及相应的

、

组

合

项

及相应的

、

组

合

项

及相应的

、

1

6

9

73.405

1

5

7

9

-58.95

1

6

9

73.405

1

6

9

73.405

237.61

237.61

237.61

237.61

1

4

6

9

118.713

1

5

7

9

-72.161

1

4

6

9

118.713

1

7

9

-55.826

738.01

391.586

738.01

296.41

1

4

6

8

237.069

1

5

8

-207.084

1

4

6

8

237.069

1

6

9

184.11

774.59

440.063

774.59

332.99

1

6

9

相应的

相应的

23.454

184.11

332.99

注：

单位（），单位，单位。

?

表61.2恒载+1.4风荷载

截面

组

合

项

及

相应的

、

组

合

项

及

相应的

、

组

合

项

及

相应的

、

组

合

项

及

相应的

、

1

10

22.48

1

11

-6.57

1

10

22.48

1

10

22.48

237.61

237.61

237.61

237.61

1

10

-19.28

1

11

-48.33

1

11

-48.33

1

11

-48.33

296.41

296.41

296.41

296.41

1

10

151.52

1

11

-95.44

1

10

151.52

1

10

151.52

332.99

332.99

332.99

332.99

1

10

相应的

相应的

37.2

151.52

332.99

注：

单位（），单位，单位。

表71.2恒载＋0.91