单层厂房设计混凝土结构课程设计任务书Word格式.docx
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计算书内容
一、结构方案及主要承重构件选型
根据厂房跨度,柱顶高度及吊车起吊量大小,本车间采用钢筋混凝土排架结构,结构平面图如图一所示:
图一、厂房结构布置图为了保证屋盖的整体性和空间刚度,屋盖采用无檩体系,根据厂房具体条件柱间支撑设置如图二
所示:
图二、厂房平面和柱间支撑布置图
厂房各主要构件选型见下表
构件名称
标准图集
选用型号
重力荷载
标准值
容许荷载
预应力混凝土屋面板
G410
(一)
1.5*6m
YWB-3Ⅱ(中间跨)
YWB-3Ⅱs(端跨)
1.5KN/㎡
(包含灌缝重)
3.65KN/㎡
预应力混凝土折线型
屋架
G415
(一)
YWJ18-2-Aa
69KN/榀
0.05KN/㎡
(屋盖钢支撑)
4.5KN/m
预应力卷材防水天沟
板
G410(三)
TGB68-1
1.91KN/㎡
钢筋混凝土吊车梁
04G323
(二)
DL-9Z(中间跨)
DL-9B(边跨)
39.5KN/根
40.8KN/根
吊车轨道及轨道连接
构件
04G325
DGL-10
0.8KN/m
钢筋混凝土基础梁
04G320
JL-1(5.5~14.5m整体)
JL-3(5.5~18.0m有窗)
16.1KN/根
预埋件
04G362
详见施工图
5.24KN/㎡
柱间支撑
05G336
由图一知柱顶标高10.5m,牛腿顶面标高6.6m,室内地面至基础顶面的距离为1.0m.,则计算简图
中柱的的总高度H、下柱高度Hl和上柱高度Hu分别为:
H=10.5+1.0=11.5mHl=6.6+1.0=7.6mHu=11.5-7.6=3.9m
根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件,可由表2.4.2并参考表2.4.4确定柱截面尺寸见下表:
计算参数
柱号
截面尺寸/mm
面积/mm2
惯性矩
/mm4
自重/(KN/m)
A,C
上柱
矩400*400
1.6*105
21.3*108
4.0
下柱
Ⅰ400*800*100*150
1.775*105
143.8*108
4.44
B
矩400*600
2.4*105
72*108
6.0
本例仅取一榀排架进行计算,计算单元和计算简图如下图三所示:
图三、排架计算简图
二、荷载计算
1.恒载
(1)、屋盖恒载
SBS防水卷材0.25KN/㎡
20mm厚水泥砂浆找平层20KN/㎡*0.02m=0.40KN/㎡
20~30mm厚挤塑板保温层0.10KN/㎡
20mm厚水泥砂浆找平层20KN/㎡*0.02m=0.40KN/㎡预应力混凝土屋面板屋面板(包含灌缝重)1.50KN/㎡屋盖钢支撑0.05KN/㎡
共计:
2.70KN/㎡
屋架重力荷载为69KN/榀,则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为:
G1=1.2*(2.70KN/㎡*6m*18/2+69/2)=216.36KN
(2)、吊车梁及轨道重力荷载设计值
G3=1.2*(39.5KN+0.8KN/m*6m)=53.16KN(3)、柱自重重力荷载设计值
A,C柱:
上柱:
G4A=G4C=1.2*4KN/m*3.9m=18.72KN
下柱:
G5A=G5C=1.2*4.44KN/m*7.6m=40.49KNB柱:
G4B=1.2*6KN/m*3.9m=28.08KN
G5B=1.2*4.44KN/m*7.6m=40.49KN
各项恒载作用位置如图四所示
图四、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/㎡,雪荷载标准值为0.35KN/㎡,后者小于前者,故按屋面活荷载计算。
作用于柱顶的屋面活荷载设计值为:
Q1=1.4*0.5KN/㎡*6m*18/2=37.8KNQ1的作用位置与G1作用位置相同,如图四所示
3.风荷载
风荷载标准值按式(2.5.2)计算,其中w0=0.4KN/m2,βz﹦1.0,μz根据厂房各部分标高(图一)及B
类地面粗糙度由附表5.1确定如下:
柱顶(标高10.500m)μz=1.014檐口(标高12.150m)μz=1.062屋顶(标高13.445m)μz=1.096风荷载体型系数如下图五(a)所示
(a)(b)
图五、风荷载体型系数及排架计算简图
μs如图所示,由式(2.5.2)可得作用于排架简图(b)上迎风面和背风面的风荷载设计值为:
q1=1.4*w1k*6.0=1.4βzμs1μzw0*6.0=1.4*1.0*0.8*1.014*0.4*6.0=2.726KN/㎡q2=1.4*w2k*6.0=1.4βzμs2μzw0*6.0=1.4*1.0*0.4*1.014*0.4*6.0=1.363KN/㎡
FW=γQ[(μs1+μs2﹚μzh1+(μs3+μs4﹚μzh2]βzw0B
=1.4*[(0.8+0.4)*1.062*1.65m+(﹣0.6+0.5)*1.096*1.295m]*1.0*0.40*6
=6.59KN
4.吊车荷载
由表2.5.1可得200/50KN吊车的参数为:
B=5.65m,K=4.40m,g=75KN,Q=200KN,Fp,max=195KN,Fp,min=30KN。
根据B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,如图六所示。
(1)吊车竖向荷载
参照书上公式(2.5.4)和(2.5.5)可得吊车竖向荷载设计值为:
Dmax=γQFp,maxΣyi=1.4*195KN*(1+0.792+0.267+0.058)=577.94KNDmin=γQFp,minΣyi=1.4*30KN*(1+0.792+0.267+0.058)=88.91KN
(2)吊车横向水平荷载
图六、吊车荷载作用下支座反力影响线
作用于每一个轮子的吊车横向水平制动力参照式(2.5.6)计算,即
T=1×
α×
(Q+g)=1/4*0.1*(200KN+75KN)=6.875KN
4
作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值参照式(2.5.7)计算,即
Tmax=γQTΣyi=1.4*6.875*2.117=20.38KN
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。
柱的分配系数参照书上公式(2.6.16)计算,计算结果见下表。
柱别
n=Iu/Il
λ=Hu/H
C0=3/[1+λ3(1/n﹣1)]
δ=H3/C0EIl
εi=(1/δi)/(Σ1/δi)
A,C柱
n=0.148
λ=0.340
C0=2.446
δ=δ=0.284*10﹣10H3/E
AC
εA=εC=0.315
B柱
n=0.501
C0=2.887
δ=0.241*10﹣10H3/E
εB=0.370
1.恒载作用下排架内力分析
-
恒载作用下排架的计算简图如图七所示。
图中的重力荷载G及力矩M是根据图四确定的,即:
--
G1=G1=216.36KN;
G2=G3+G4A=53.16KN+18.72KN=71.88KN
G3=G5A=40.49KN;
G4=2G1=2*216.36KN=432.72KN
G6=G5B=40.49KN;
G5=G4B+2G3=28.08KN+2*53.16KN=134.40KN
M1=G1e1=216.36KN*0.05m=10.82KN·
m
M2=(G1+G4A)e0-G3e3
=(216.36KN+18.72KN)*0.2m-53.16KN*0.35m=28.41KN·
由于图七所示排架为对称结构且作用对称荷载,排架结构无侧移,故各柱按柱顶不动铰支座计算内
力。
柱顶不动铰支座范例Ri可根据教材表2.5.2所列公式计算。
对于A、C柱,n=0.148,λ=0.340,则
1;
λ2×
(1;
1)
n
31;
λ2
C1=2×
1:
λ3×
1)=2.037C3=2×
1)=1.082
nn
M1M2
RA=
×
C+×
C=(10.82KN·
m*2.037+28.41KN·
m*1.082)/11.5m=4.59KN
HH
RC=﹣4.59KN
本题中RB=0。
求得Ri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下图。
图七、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
排架计算简图如图八所示。
其中Q1=50.4KN,它在柱顶及变阶处引起的力矩为:
MIA=37.8*0.05=1.89KN·
mM2A=37.8*0.25=9.45KN·
mM1B=37.8*0.15=5.67KN·
m。
对于A柱,C1=2.037,C3=1.082,则
M1A×
C+
H
M2A×
C=(1.89KN·
m*2.037+9.45KN·
m*1.082)/11.5m=1.22KN(→)
对于B柱,n=0.501,λ=0.340,则
1)=1.610
n
RB=
M1B×
C=5.67KN·
m*1.610/11.5m=0.79KN(→)
则排架柱顶不动铰支座总反力为:
R=RA+RB=1.22KN+0.79KN=2.01KN(→)
将R反向作用于排架顶,由书上公式(2.5.15)计算相应的柱顶剪力,并与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
VA=RA-εA*R=1.22KN-0.314*2.01KN=0.59KN(→)VB=RB-εB*R=0.79KN-0.371*2.01KN=-0.05KN(←)VC=-εC*R=-0.314*2.01KN=-0.63KN(←)
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图八所示
图八、AB跨作用屋面活荷载时排架内力图
(3)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,故只需将图八中内力图的位置及方向调整一下就可,如下图九所示
图九、BC跨作用屋面活荷载时排架内力图
3.风荷载作用下排架内力分析
(1)左吹风时
计算简图如图十所示。
对于A、C柱,n=0.148,λ=0.340,由表2.5.2得:
λ4×
C1=8×
1)==0.329
RA=-q1*H*C11=-2.726KN/m*11.5m*0.329=-10.31KN(←)
RC=-q2*H*C11=-1.363KN/m*11.5m*0.329=-5.22KN(←)
R=RA+RB+FW=-10.31KN-5.16KN-6.59KN=-22.06KN(←)
各柱顶剪力分别为:
VA=RA-εA*R=-10.31KN-0.314*22.06KN=-3.38KN(←)
VB=-εB*R=-0.371*22.06KN=8.18KN(→)
VC=RC-εC*R=-5.16-0.314*22.06KN=1.77KN(→)
排架内力如图十所示
图十、左吹风时排架内力图
(2)右吹风时
计算简图如图十一所示。
将图十所示A,C柱内力图对换且改变内力符号后可得,如图十一所示。
图十一、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
计算简图如图十二所示。
其中吊车竖向荷载Dmax,Dmin在牛腿顶面处引起的力矩为:
MA=Dmax*e3=577.94KN*0.35m=202.28KN·
mMB=Dmin*e3=88.91KN*0.75m=66.68KN·
对于A柱,C3=1.082,则
R=−MA×
C=-202.28KN·
m*1.082/11.5m=-19.03KN(←)
对于B柱,n=0.501,λ=0.340,由表2.5.2得:
C3=2×
1)=1.277
MB×
C=66.68KN·
m*1.277/11.5m=7.40KN(→)
R=RA+RB=-19.03KN+7.40KN=-11.63KN(←)
排架各柱顶剪力分别为:
VA=RA-εA*R=-19.03KN+0.314*11.63KN=-15.38KN(←)VB=RB-εB*R=7.40KN+0.371*11.63KN=11.71KN(→)VC=-εC*R=0.314*11.63KN=3.65KN(→)
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图十二所示
图十二、Dmax作用在A柱时排架内力图
(2)Dmax作用在B柱左计算简图如图十三所示。
MA、MB计算如下:
MA=Dmin*e3=88.91KN*0.35m=31.12KN·
MB=Dmax*e3=577.94KN*0.75m=433.46KN·
柱顶不动铰支座反力RA,RB及总反力R分别为:
C=-31.12KN·
m*1.082/11.5m=-2.93KN(←)
C=433.46KN·
m*1.277/11.5m=48.13KN(→)
R=RA+RB=-2.93KN+48.13KN=45.20KN(→)
VA=RA-εA*R=-2.93KN-0.314*45.20KN=-17.12KN(←)VB=RB-εB*R=48.13KN-0.371*45.20KN=31.36KN(→)VC=-εC*R=-0.314*45.20KN=-14.19KN(←)
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图十三所示。
图十三、Dmax作用在B柱左时排架内力图
(3)Dmax作用在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作用在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图,如图十四所示。
图十四、Dmax作用在B柱右时排架内力图
(4)Dmax作用在C柱
同理,将―Dmax作用在C柱‖的情况的A,C柱内力对换,并注意改变符号,可求得各柱内力,如下图十五所示。
图十五、Dmax作用在C柱时排架内力图
(5)Tmax作用于AB跨柱
当AB跨作用吊车横向水平荷载时,排架计算简图如图十六所示。
对于A柱,n=0.148,λ=0.340,由表2.5.3得a=(3.9m-1.2m)/3.9m=0.692,则
5
2;
3aλ:
λ3[(2+a)(1−a)2;
(2;
3a)]
C=n=0.557
2[1:
λ3(1;
1)]
RA=-Tmax*C5=-20.38KN*0.557=-11.35KN(←)
同理,对于B柱,n=0.501,λ=0.340,a=0.692,C5=0.634,则
RB=-Tmax*C5=-20.38KN*0.634=-12.93KN(←)
排架柱顶总反力R为:
R=RA+RB=-11.35KN-12.93KN=-24.28KN(←)
各柱顶剪力为:
VA=RA-εA*R=-11.35KN+0.314*24.28KN=-3.73KN(←)VB=RB-εB*R=-12.93KN+0.371*24.28KN=-3.92KN(←)VC=-εC*R=0.314*24.28KN=7.62KN(→)
排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图十六所示。
当Tmax方向相反时,弯矩图和剪力只改变符号,方向不变。
图十六、Tmax作用在AB跨时排架内力图
(6)Tmax作用在BC跨柱
由于结构对称及吊车吨位相等,故排架内力计算与―Tmax作用在BC跨柱‖的情况相同,仅需将A
柱与C柱的内力对换,如图十七所示。
图十七、Tmax作用在BC跨时排架内力图
四、内力组合
下表给出各柱的内力组合。
其中表1.1为A柱内力设计值汇总表,表1.2为为A柱内力组合值表。
表2.1为B柱内力设计值汇总表,表2.2为B柱内力组合值表。
内力组合按公式(2.5.19)~(2.5.21)计算。
表1.1A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
BC跨
Dmax作用
在A柱
在B柱左
在B柱右
在C柱
Tmax作用
在AB跨
在BC跨
左风
右风
序号
○1
○2
○3
○4
○5
○6
○7
○8
○9
○10
○11
Ⅰ-Ⅰ
M
7.08
0.41
2.46
-59.98
-66.77
55.34
-1424
±
9.91
29.72
7.55
-17.27
N
235.08
37.8
Ⅱ-Ⅱ
-21.33
-9.04
142.30
-35.65
-14.24
288.24
577.94
88.91
Ⅲ-Ⅲ
13.55
-4.56
7.25
25.41
-165.76
163.19
-41.98
136.45
87.63
141.39
-110.48
328.73
V
4.59
0.59
0.63
-15.38
-17.12
14.19
-3.65
16.65
7.62
27.97
-17.44
注:
M(单位为KN·
m),N(单位为KN),V(单位为KN)
表1.2A柱内力组合表
截面
+Mmax及相应N,V
-Mmax及相应N,V
Nmax及相应M,V
Nmin及相应M,V
○1+0.9*[○2+○3+
0.9*(○6+○9)+○10]
85.36
○1+0.9*[
0.8*(○5+○7)
0.9*○9+○11]
-90.86
0.9*○6]
54.49
○1+0.9*[○3+
84.99
269.10
0.8*(○4+○6)
0.9*○9+○10]
154.05
○1+0.9*[○2+
-105.00
○1+0.9*○4
106.74
○1+0.9*[0.9*(○6+○9)
+○11]
-72.48
704.36
386.28
808.39
0.9*○8+○10]
393.64
0.9*○8+○11]
-350.08
36.42
350.49
744.85
426.77
848.88
42.96
-39.02
-9.25
48.00
MK
○1/1.2+0.9*[○3+
0.9*○8+○10]/1.4
282.79
○1/1.2+0.9*[○2+
0.9*○8+○11]/1.4
-248.45
○1/1.2+0.9*○4/1.4
27.63
0.9*(○6+○9)+○10]/1.4
251.96
NK
571.17
343.97
645.47
273.94
VK
31.23
-27.32
-6.06
34.83
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