混凝土课程设计单厂房设计.docx
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混凝土课程设计单厂房设计
某单层工业厂房设计
一、设计资料
某机械加工车间为单层单跨等高厂房,跨度为30m,柱距6m,车间总长60m,无天窗。
设有两台10t相同的软钩吊车,吊车工作级别为A5级,轨顶标高+11.4m。
采用钢屋盖、预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土吊车梁和柱下独立基础。
屋面不上人。
室外高差为0.15m,基础顶面离室外地平为1.0m。
纵向围护墙为支承在基础梁上的自承重空心砖砌体墙,厚240mm,双面采用20mm厚水泥砂浆粉刷,墙上有上、下钢框玻璃窗,窗宽为3.6m,上、下窗高为1.8m和4.8m,钢窗自重0.45kN/m2,排架柱外侧伸出拉结筋与其相连。
基本风压值W0=0.3kN/m2,地面粗糙类别为B类;基本雪压为0.2kN/m2,雪荷载的准永久值系数ψq=0.5;地基承载力特征值为200kN/m2。
不考虑抗震设防。
2、构件选型
(一)钢屋盖
采用如图1所示的30m钢桁架,桁架端部高为1.5m,中央高度为3.0m,屋面坡度为1/10。
刚檩条长6m,屋面板采用彩色钢板,厚4mm。
图130m钢桁架
(二)预制钢筋混凝土吊车梁和轨道连接
采用标准图G323
(二),中间跨DL—9Z,边跨DL—9B,梁高hb=1.2m。
轨道连接采用标准图集G325
(二)。
查标准图集《04G323-2钢筋混凝土吊车梁(工作级别A4、A5)》,预制钢筋混凝土吊车梁截面及尺寸如图2所示。
图2预制钢筋混凝土吊车梁截面
查标准图集《04G325吊车轨道联结及车档》,轨道连接剖面图如图3所示。
图3轨道连接剖面图
(三)预制钢筋混凝土柱
预制钢筋混凝土柱示意图如图4所示。
图4预制钢筋混凝土柱
取轨道顶面至吊车梁顶面距离ha=0.2m,故
牛腿顶面标高=轨顶标高-吊车梁高度-轨顶至吊车梁顶高度
。
由附录12查得,吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.19m,考虑到屋架下弦及支撑可能产生的下垂挠度,以及厂房地基可能产生不均匀沉降时对吊车正常运行的影响,屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度最小尺寸为220mm,故
柱顶标高轨顶标高吊车轨至吊车顶部高屋架下弦至吊车顶高
。
基础顶面至室外地坪的距离为1.0m,则
基础顶面至室地坪的高度=基础顶面至室外地坪距离+室外高差,故
从基础顶面算起的柱高基础顶面至室地坪高度柱顶标高
。
上部柱高柱顶标高轨顶标高轨道构造高度吊车梁支撑处的吊车梁高。
下部柱高从基础顶面算起的柱高上部柱高。
参考《混凝土结构与砌体结构设计(中册)》表,选择柱截面形式:
上部柱采用矩形截面b×h=400mm×400mm;
下部柱采用I形截面bf×h×b×hf=400mm×900mm×100mm×150mm。
(四)柱下独立基础
采用锥形杯口基础
三、计算单元及计算简图
(一)定位轴线
厂房跨度与吊车跨度的关系:
,B1+B2+B3。
B1:
由《混凝土结构与砌体结构设计(中册)》附表可查得轨道中心线至吊车端部的距离B1
B2:
吊车桥架至上柱边缘的距离,因吊车起重重量小于50t,取B2≥80mm,故取B2=80mm;
B3:
封闭的纵向定位轴线至上柱边缘的距离,B3=400mm。
B1+B2+B3<,可以。
取。
故取封闭的定位轴线、都分别与左、右外纵墙皮重合。
(二)计算单元
由于该机械加工车间厂房在工艺上没有特殊要求,结构布置均匀除吊车荷载外,荷载在纵向的分布是均匀的,故可取一榀横向排架为计算单元,计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离,即B=6.0m,如图5所示。
图5计算单元
(三)计算简图
排架的计算简图如图6所示。
排架柱截面尺寸如图7所示。
图6计算简图
图7排架柱的截面尺寸
排架柱截面特性:
;
,。
四、荷载计算
(一)屋盖荷载
1.屋盖恒荷载
近似取屋盖恒荷载标准值为,故由屋盖传给排架柱的集重荷荷载设计值F1=γG×g恒荷载标准值×柱距×(厂房跨度/2)=1.2×1.2×6×15=129.6kN,作用于上部柱中心线外侧e0=h上/2-150=50mm处。
2.屋面活荷载
《荷载规》规定,屋面均布活荷载标准值为0.5kN/m2,比屋面雪荷载标准值0.2kN/m2大,故仅按屋面均布活荷载计算。
故由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值F6=γG×g活荷载标准值×柱距×(厂房跨度/2)=1.4×0.5×6×15=63kN,
作用于上部柱中心线外侧e0=h上/2-150=50mm处。
(二)柱和吊车梁等恒荷载
上部柱自重标准值为,故作用在牛腿顶截面处的上部柱恒荷载设计值F2=γG×g上部柱自重标准值×上部柱高=1.2×4×3.81=18.29kN。
作用于牛腿顶截面上部柱中心线处。
下部柱自重标准值为4.69kN/m2,故作用在基础顶截面处的下部柱恒荷载设计值F3=γG×g下部柱自重标准值×下部柱高=1.2×4.69×11.15=62.75kN。
作用于基础顶截面下部柱中心线处。
吊车梁自重标准值为39.5kN/根,轨道连接自重标准值为0.80kN/m2,故作用在牛腿顶截面处的吊车梁和轨道连接的恒荷载设计值F4=γG×(g吊车梁自重标准值+6×g轨道连接自重标准值)=1.2×(39.5+6×0.8)=53.16kN。
作用于牛腿顶截面下部柱中心线外侧e4=e-h下/2=750-900/2=300mm处。
上、下柱中心线距离为e=400-150=250mm。
F1、F2、F3、F4和F6的作用位置如图8所示。
图8恒荷载的作用位置
(三)吊车荷载
吊车跨度Lk=厂房跨度L-2e=30-2×0.75=28.5m。
查《混凝土结构与砌体结构设计(中册)》附录,得吊车轮压和基本尺寸:
起重量,Lk=28.5m时的吊车最大轮压标准值Pmax,k=140kN、最小轮压标准值Pmin,k=66kN、小车自重标准值G2,k=38kN、与吊车额定其中量相对应的重力标准值G3,k=100kN,吊车宽度B和轮距K:
B=6.4m,K=5.25m。
1.吊车竖向荷载设计值Dmax、Dmin
相邻吊车轮距=B-K=6.4-5.25=1.15m。
吊车梁支座反力影响线如图9所示。
图9吊车梁支座反力影响线
查《混凝土结构与砌体结构设计(中册)》表12-1多台吊车的荷载折减系数β=0.9,由吊车梁支座反力影响线可知:
Dmax,k=βPmax,k∑yi=0.9×140×(0.904+0.904+0.03+0.03)=235.37kN
Dmax=γQDmax,k=1.4×235.37=329.52kN
Dmin=Dmax×(Pmin,k/Pmax,k)=329.52×66/140)=155.35kN
2.吊车横向水平荷载设计值Tmax
因吊车额定起重量Q10t,故取吊车横向水平荷载系数α=0.12。
Tk=α(G2,k+G3,k)/4=0.12×(38+100)/4=4.14kN
Tmax=Dmax×(Tk/Pmax,k)=329.52×(4.14/140)=9.74kN
(四)风荷载
1.作用在柱顶处的集中风荷载设计值——W
这时风荷载的高度变化系数μZ按檐口离室外地坪的高度0.15+柱顶标高13.81+屋架端部高度1.5=15.46m来计算。
查《混凝土结构与砌体结构设计(中册)》表10-4风压高度变化系数:
离地面15m时,μZ=1.14;离地面20m时,μZ=1.25,用插入法,知μZ=1.14+(1.25-1.14)/(20-15)×(15.46-15)=1.15。
由图1知,h1=h2=1.5m,查《混凝土结构与砌体结构设计(中册)》表10-5风荷载体形系数,该厂房的风荷载体形系数如图10所示。
——Wkh1h2μZB=1.15
kN
——WγQ——WkkN
图10风荷载体形系数
2.沿排架柱高度作用的均布风荷载设、计值q1、q2
这时风荷载的高度变化系数μZ按柱顶离室外地坪的高度0.15+柱顶标高13.81=13.96m来计算。
μZ=1+(1.14-1.0)/(15-10)×(13.96-10)=1.11。
q1=γQμsμZW0B=1.4×0.8×1.11×0.3×6=2.24kN/m(压力)
q2=γQμsμZW0B=1.4×0.5×1.11×0.3×6=1.40kN/m(吸力)
五、力分析
力分析时所取得荷载值都是设计值,故得到的力值都是力设计值。
(一)屋盖荷载作用下的力分析
1.屋盖集中恒荷载F1作用下的力分析
M1=F1×e0=129.6×0.05=6.48kN•m。
由图7排架柱的截面尺寸知n=Iu/Il=21.3/195.38=0.109,λ=Hu/H=3.81/14.96=
0.255,查《混凝土结构与砌体结构设计(中册)》附图9-2柱顶力矩作用下系数C1的数值,得C1=2.13。
按公式计算:
C1=1.5×=1.5×=2.02
可见与查附图9-2所得接近,取C1=2.02。
R=(M1/H)×C1=(6.48/14.96)×2.02=0.88kN
2.屋盖集中活荷载F6作用下的力分析
M6=F6×e0=63×0.05=3.15kN•m
R=(M6/H)×C1=(3.15/14.96)×2.02=0.43kN
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,分别如图11(a)和(b)所示。
图中标出的力值是指控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面的力设计值。
弯矩以排架柱外侧受拉的为正,反之为负;柱底剪力以向左为正、向右为负。
(a)屋盖恒荷载作用下的力图
(b)屋盖活荷载作用下的力图
图11屋盖荷载作用下的力图
(二)柱自重、吊车梁及轨道连接等自重作用下的力分析
按悬臂柱来分析。
其对排架柱底部产生的弯矩和轴向力为:
M=F4×e4-F2×0.25=53.16×0.3-18.29×0.25=+11.38kN•m
N=F2+F3+F4=18.29+53.16+62.75=134.2kN。
其对排架柱产生的弯矩和轴力图如图12所示。
图12柱自重及吊车梁等作用下的的力图
(三)吊车荷载作用下的力分析
1.Dmax作用在A柱,Dmin作用在B柱时A柱的力分析
Mmax=Dmax×e4=329.52×0.3=98.86kN•m
Mmin=Dmin×e4=155.35×0.3=46.61kN•m
这里的偏心距e4是指吊车轨道中心线至下部柱截面形心的水平距离。
A柱顶的不动支点反力,查《混凝土结构与砌体结构设计(中册)》附图9-3力矩作用在牛腿顶面时系数C3的数值,得C1=1.24。
按公式计算:
C3=1.5×=1.5×=1.24,取C3=1.24。
A柱顶的不动支点反力RA=(Mmax/H)×C3=(98.86/14.96)×1.24=8.19kN(←)
B柱顶的不动支点反力RB=(Mmin/H)×C3=(46.61/14.96)×1.24=-3.86kN(→)
A柱顶水平剪力VA=RA+(-RA-RB)/2=8.19+(-8.19+3.86)/2=6.03kN(←)
B柱顶水平剪力VB=RB+(-RA-RB)/2=
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