XX钢筋混凝土装配式单层单跨厂房设计计算书.doc
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XX钢筋混凝土装配式单层单跨厂房设计计算书.doc
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1XX钢筋混凝土装配式单层单跨厂房设计
一、设计资料:
1、工程情况:
本工程为某城市郊区某铸造车间,无抗震设防要求。
工艺要求为一单跨单层厂房,跨度为18m,长度为66m,柱距为6m。
选用二台Q=150/30kN的中级工作制桥式吊车,吊车轨顶标高为9.2m,由于散热要求需设置天窗和挡风板。
厂房采用钢筋混凝土装配式结构。
2、工程地质情况:
由勘探资料得知天然地面下1.2m处为褐黄色粘土老土层,可作为基础的持力层,该层土修正后的地基承载力特征值fa为105kN/m2。
初见地下水位在天然地面下0.7m(标高为-0.85m)处,无侵蚀性。
3、建筑设计平面、立面和剖面见图15、图16和图17。
4、荷载资料:
钢筋混凝土容重25kN/m3钢门窗自重0.45kN/m2
水泥砂浆容重20kN/m3(防水层+隔气层)自重0.35kN/m2
墙体自重4.5kN/m2(包括双面粉刷)
屋面施工荷载0.5kN/m2(沿水平面)
屋面积灰分布情况及取值见图18
屋面基本雪压0.2kN/m2(沿水平面),屋面积雪分布系数见图19。
房屋基本风压W0=0.55kN/m2,风载体型系数见图9,风载高度变化系数如下:
离地高度(m)
5
10
15
20
高度变化系数μZ
1.0
1.0
1.14
1.25
吊车规格如下
跨度
总重
宽度(B)
小车重
轮距(K)
起重量(Qc)
最大轮压
16.5m
285kN
5.5m
71.9kN
4.4m
150/30kN
152kN
5、材料强度等级:
混凝土:
柱用C30,基础用C20
钢筋:
柱纵筋用HRB335,其它均用HPB235。
6、参考标准图集:
1.5×6m预应力钢混筋凝土屋面板[G410㈠㈡]
天沟板[G410㈢]
Π形钢筋混凝土天窗架[G316]
预应力钢混筋凝土折线形屋架[G415㈠]
钢筋混凝土吊车梁[G323]
钢筋混凝土基础梁[G320]
柱间支撑[CG326㈠]
吊车轨道联结[G159]
二、结构选型:
选用的结构形式:
1、屋面板:
选自[G410㈠],见图20
板重:
1.3kN/m2(沿斜面)
嵌缝重:
0.1kN/m2(沿斜面)
2、天沟板:
选自[G410㈢],见图21
3、天沟重(包括水重):
17.4kN/根
4、天窗架:
Π形钢筋混凝土天窗架
选自[G316]。
天窗架及挡风板传
到屋架上的重量见图22
5、预应力钢混筋凝土折线形屋架选自[G415㈠],屋架轴线图尺寸如图23所示。
每榀屋架重60.5kN。
图23
6、屋盖支撑:
选自[G415㈠]
重量为:
0.05kN/m2(沿水平面)
7、基础梁:
选自[G320],b×h=250×450mm,
每根自重:
16.90kN
8、吊车梁:
选自[G323㈠],见图24
每根自重:
50kN
轨道及垫层重:
0.6kN/m
9、连系梁与过梁,截面与尺寸见剖面图。
10、柱间支撑:
选自[G142.1]
三、柱截面尺寸与高度的确定
基础采用单独杯形基础,基础顶面标高为﹣0.6m柱顶标高为11.4m,牛腿顶面标高为7.8m。
柱子尺寸:
a)、柱子高度:
上柱高
下柱高
柱总高
b)、柱截面尺寸:
建议上柱为方形截面,b×h=400×400mm,下柱为工字形截面,b×h×hf=400×800×150mm,牛腿尺寸、柱下端矩形截面部分高度尺寸见图25。
柱截面几何特征值为:
四、荷载计算
1、恒载
(1)屋盖恒载
(防水层+隔气层)自重
厚水泥砂浆找平层
预应力混凝土屋面板(包括灌缝)
屋盖钢支撑
天窗架
天沟重(包括水重)
屋架重力荷载为,则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值:
(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:
上柱
下柱
2、屋面活荷载
屋面活荷载标准值为,学荷载标准值为,后者大于前者,故仅按前者计算。
屋面积灰荷载为
作用于柱顶屋面活荷载设计值为:
。
如图26。
3、风荷载
计算,其中,根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度确定:
柱顶(标高11.4m)
檐口(标高13.5m)
屋顶(标高16.92m)
排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为:
则作用于排架计算简图(图27)上的风荷载设计值为:
屋架各点处的:
标高(m)
13.951.111
16.621.176
14.551.127
16.591.175
4、吊车荷载
150/30kN吊车的参数为:
。
根据重力荷载之间的平衡关系:
得:
。
根据B及K,可算得吊车梁支座反力影响线中各轮对应点的竖向坐标,如图28。
(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
作用于每个轮子上的吊车横向水平制动力计算:
作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值计算
五、排架内力分析
柱剪力分配系数
柱子
A,B
1、恒载作用下的排架内力分析,计算简图如图29(a)
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。
对于A、B柱。
求得后,由于平衡条件可得各柱截面的弯矩和剪力。
柱各截面的轴力为该界面以上重力荷载之和,恒载作用下的轴力弯矩如图29(b)(c)。
2、屋面活荷载作用下的排架内力分析
排架计算简图如图30(a)。
其中,它在柱顶及变阶处引起的力矩为:
排架各柱的弯矩轴力图如图30(b)(c)。
3、风荷载作用下的排架内力分析
(1)左风吹时
计算简图如图31(a)。
A,B柱有表2.5.2得
各柱顶剪力分别为:
排架内力如图31(b)
(2)右风吹时
由于死单跨,与左风吹情况相同,内力反向,计算简图和内力图如图32。
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33(a),其中吊车竖向荷载在牛腿顶面处引起的力矩为
排架各柱顶剪力分别为:
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图33(b)(c)。
·
(1)作用于B柱
由同理可得,内力图如图34。
(3)作用下
当作用吊车横向水平荷载时,排架计算简图如图35(b)。
各柱顶剪力为:
排架各柱的弯矩图及柱底剪力如图35(a)。
.
六、内力组合
表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A柱
作用在B柱
左风
右风
序号
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
Ⅰ—Ⅰ
M
5.61
3.61
﹣40.57
﹣40.57
±23.38
74.41
﹣86.26
N
262.26
71.82
0
0
0
0
0
Ⅱ—Ⅱ
M
﹣24.33
﹣10.75
119.56
28.43
±23.38
74.41
﹣86.26
N
326.58
71.82
457.52
197.16
0
0
0
Ⅲ—Ⅲ
M
17.33
6.05
24.89
-66.24
±163.66
441.6
﹣408.48
N
371.31
71.82
457.52
197.16
0
0
0
V
4.96
2.00
﹣11.27
﹣11.27
±16.70
59.84
﹣48.44
注:
M(单位为),V(单位为)。
表2A柱内力设计值组合表
截面
及相应
及相应
及相应
及相应
备注
Ⅰ—Ⅰ
①+0.9(②+⑥)
75.83
①+0.9[0.9(③+⑤)+⑦]
﹣123.82
①+0.9[②+0.9(③+⑤)+⑦]
﹣82.02
①+0.9[0.9(③+⑤)+⑦]
﹣123.82
﹣87.78
326.90
262.26
345.32
262.26
218.55
Ⅱ—Ⅱ
①+0.9[0.9(③+⑤)+⑥]
158.42
①+0.9(②+⑦)
﹣111.64
①+0.9[②+0.9(③+⑤)+⑥]
152.84
①+0.9⑦
﹣101.96
697.17
391.22
761.81
326.58
Ⅲ—Ⅲ
①+0.9[②+0.9(③+⑤)+⑥]
572.94
①+0.9[0.9(④+⑤)+⑦]
﹣536.52
①+0.9[②+0.9(③+⑤)+⑥]
572.94
①+0.9⑥
414.77
806.54
531.01
806.54
371.31
65.01
﹣61.29
65.01
58.82
411.31
﹣381.17
411.31
298.33
620.30
423.50
620.30
309.42
47.03
﹣43.19
47.03
42.60
注:
M(单位为),N(单位为),V(单位为)
七、柱截面设计
混凝土强度等级为C30,;采用HRB335级钢筋,。
上下柱均采用对称钢筋。
1、上柱配筋计算
有内力组合表可见,上柱截面共有4组内力取经判别,均为大偏压,选取一组最不利荷载组合。
由附表11.1查的有吊车厂房排架方向上柱的计算长度。
附加偏心距取(大于)。
由,故应考虑偏心距增大系数。
取。
取进行计算。
选用,则
,满足要求
由附表11.1,得垂直于排架方向柱的计算长度,则
。
满足弯矩作用平面外的承载力要求。
2、下柱的配筋计算
取,与上柱分析方法类似,在内力组合表的8组内力中选取下列2组最不利内力。
(1)按计算
下柱计算长度取,附加偏心距
。
由,故应考虑偏心距增大系数。
且取。
取。
故为大偏心受压。
先假定中和轴位于翼缘内,则
(2)按计算
计算方法同上述相同。
计算过程从略,计算结果。
综合上述计算结果,下柱截面选用按此配筋,经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦,满足要求。
3、柱的裂缝宽度验算
《规范》规定,对的柱应进行裂缝宽度验算。
上柱及下住均出现的内力。
故应进行裂缝宽度验算。
验算过程见表3,其中上柱,下柱;构件特征系数,混凝土保护层厚度c取。
表3主的裂缝宽度验算表
柱截面
上柱
下柱
内力标准值
88.78
381.17
218.55
423.50
0.0231
1.072
595.4
1260
0
0.592
297.4
647.7
174.4
203.8
0.62
0.82
0.17<0.3
(满足要求)
0.24<0.3
(满足要求)
4、柱的箍筋配置
非地震区的单层厂房柱,其箍筋数量一般有构造要求,上、下柱均选用箍筋。
5、牛腿设计
根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造要求,初步拟定牛腿尺寸,如图36.。
其中牛腿截面宽度,牛腿截面高度。
(1)牛腿截面高度验算
其中
:
故牛腿截面高度满足要求。
图36牛脚尺寸简图
(2)牛腿配筋计算
由于,因而该牛腿可按构造要求配筋。
根据构造要求,。
实际选用。
水平箍筋选用。
6、柱的吊装验算
采用翻身起吊,吊点设在牛腿下部,混凝土达到强度后起吊。
由表3可得柱插入杯口深度为,取,则柱吊装时总长度为
,计算简图如图37.。
图37柱吊装计算简图
柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载(应考虑动力系数),即
在上述荷载作用下,柱各控制截面的弯矩为:
由得:
令,则下柱最大弯矩
为:
柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表4.。
表4柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表
柱截面
上柱
下柱
52.49(38.88)
73.63(54.54)
120.58>0.9×52.49=47.24
424.22>0.9×84.20=66.27
98.84
42.00
0.26
﹣0.25<0.2,取0.2
0.04<0.2
(满足要求)
0.012<0.2
(满足要求)
八、基础设计
GB5007—2002《建筑地基基础设计规范》规定,对于6m柱距的单层多跨厂房,其他基承载力特征值、吊车起重量200~300Kn/N、厂房跨度、设计等级为丙级时。
可不做地基变形验算。
此厂房满足上述要求,故不作地基变形设计验算。
基础混凝土强度等级采用C20,下设100mm厚C10的素混凝土叠层。
1、作用于基础顶面上的荷载计算
作用于基础顶面上的荷载包括柱顶(Ⅲ—Ⅲ截面)传给基础的M,N,V以及外墙自重重力荷载。
前者可用表2中的Ⅲ—Ⅲ截面选取,见表5,其中内力标准组合值用于地基承载力验算,基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算,内力的正负号规定见图38(b)。
表5基础设计的不利内力
组别
荷载效应基本组合
荷载效应标准组合
第一组
572.94
806.54
65.01
441.31
620.30
47.03
第二组
﹣536.52
531.01
﹣61.29
﹣381.17
423.50
﹣43.19
第三组
414.77
371.31
58.82
298.33
309.42
42.60
由图38(a)可见,每个基础承载的外墙总宽度为6.0m,总高度为13.25m,墙体自重(),门窗自重(),基础梁重量为。
每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为:
墙体自重
门窗自重
基础梁
———————————————————————————————————————
距基础形心的偏心距为:
图38基础荷载示意图
2、基础尺寸及埋置深度
(1)按构造要求拟定高度h
柱的插入深度。
杯底厚度。
基础顶面标高为﹣0.600m,故基础埋置深度d为:
杯壁厚度为
见图38(b)。
(2)拟定基础底面尺寸
适当放大,取
(3)计算基地压力及验算地基承载力
计算基底压力并验算地基承载力,其中,验算结果见表6.可见,基础底面尺寸满足要求。
表6基础底面压力计算及地面承载力验算表
类别
第一组
第二组
第三组
1470.98
1274.18
1160.1
334.26
﹣561.97
﹣561.97
112.09
59.96
118.33
30.69
84.70
50.99
86.03<105
112.09<126
74.51<105
118.33<126
67.84<105
101.64<126
3、基础高度验算
这时应采用基地净反力设计值,经计算得,结果见表7.。
表7基础底面净反力设计值计算表
类别
第一组
第二组
第三组
1109.16
833.63
673.93
490.34
﹣764.37
325.05
103.10
26.63
108.25
0
64.76
14.07
图39变阶处的冲切破坏截面
因台阶高度与台阶宽度相同(均为400mm),所以只需验算变阶处的受冲切承载力。
变阶处受冲切承载力计算截面如图39.。
变阶处截面有效高度
。
,故取
则:
故基础高度满足要求
4、基础底面配筋计算
(1)柱边及变阶处基地反力计算
基础底板配筋计算时长边和短边方向计算截面如图40.。
三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基地净反力计算见表8.。
其中第1,2组内力产生的基地反力示意图见图40.。
第二组内力产生的基地反力示意图见图39.;用列表公式计算第二组内力产生的和时,相应的2.25/3.6和2.65/3.6分别用2.202/3.552和2.602/3.552代替,且。
图40基础底板配筋就算那截面
(2)柱边及变阶处弯矩计算
公式
第一组
第二组
第三组
71.66
63.33
71.66
78.46
73.06
78.46
87.38
85.84
87.38
90.78
90.71
90.78
64.87
54.18
64.87
(3)配筋计算
基础底板受力钢筋采用HPB235()。
长边方向钢筋面积为:
选用。
基础底板短边方向钢筋面积为:
选用。
由于,所以杯壁不需要配筋。
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