单层工业厂房课程设计1.docx
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单层工业厂房课程设计1.docx
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单层工业厂房课程设计1
1选定标准构件
根据厂房的跨度、吊车起重量的大小、轨顶标高,吊车的运行空间等初步确定出排架结构的剖面如图
(2)所示。
为了保证屋盖的整体性,屋盖采用无檩体系。
1.1屋面板
采用1.5m×6m预应力混凝土屋面板,根据屋面做法求得屋面荷载,采用标准图集04G410-1中的Y—WB—2,屋面板自重标准值为1.5KN/m2(包括灌缝自重)。
1.2天沟板(外天沟排水)
选用04G415-1标准图集中的JGB68—1,自重标准值2.13kN/m。
1.3屋架采用预应力混凝土折线形屋架
选用标准图集04G415-1,每榀屋架自重标准值为165kN。
1.4屋盖支撑
在端部第二开间的屋架端部和跨中设三道垂直支撑、其他跨相应部位设下弦系杆,端头第二开间设下弦横向水平支撑。
1.5吊车梁
选用04G323-2标准图集中的先张法预应力混凝土吊车梁,DL-9,梁高1200mm,每根自重标准值39.5kN,轨道及垫层构造高度200mm,轨道及连接重lkN/m。
1.6排架柱
排架的上柱截面为矩形,下柱采用工字形截面。
1.7支撑布置
设计采用大型屋面板,可以不设屋架上弦支撑。
根据构造要求,设置相应的屋架下弦支撑,并在跨度中点处布置一道垂直支撑。
本设计跨度30m,大于18m,因此需要布置支撑。
柱截面高度h>600mm,下部柱间支撑做成双片,其间距为柱截面高减去200mm。
2排架的荷载计算
2.1确定柱子高度和截面尺寸
2.11确定柱高。
吊车梁顶标高=轨顶标高—轨道构造高度=7.8—0.2=7.6m
牛腿标高=吊车梁顶标高—吊车梁高=7.6-1.2=6.4m
柱顶标高=轨顶标高+吊车高度H+上部运行尺寸,取为10.3m
上柱高Hu=柱顶标高--牛腿标高=10.3—6.4=3.9m
全柱高H=柱顶标高—基顶标高=10.3--(--0.5)=10.8m
下柱高Hl=H--Hu=10.8-3.9=6.9m,λ=Hu/H=3.9/10.8=0.361
2.12初步拟订柱尺寸
根据表一的参考尺寸,取上柱b×h=400mm×450mm,下柱b×h×hf=400mm×850mm×200mm,截面尺寸如图(3)所示。
图(3)下柱截面尺寸(单位:
mm)图(4)排架计算简图
2.13参数计算
上柱:
下柱:
比值:
排架计算简图如图(4)
2.2荷载计算
2.21恒载计算。
1)屋盖结构自重标准值:
二布六油卷材防水层0.4KN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层;20×0.02=0.4KN/m2
预应力混凝土大型屋面板。
1.5KN/m2
gk=2.30KN/m2
天沟板2.13×6=12.78KN
屋架自重165KN
则作用在一榀横向平面排架一端柱顶的屋盖自重标准值为:
2)柱自重标准值:
上柱G2k=25×0.4×0.45×3.9=17.55kN
下柱G3k=25×6.9×[0.2×0.4×2+0.4×0.1+2×
注(1.1为考虑下柱仍有部分矩形截面而乘的增大系数)
=0
3)吊车梁及轨道自重标准值:
G4k=39.5+1×6=45.5kN
=750—850÷2=325mm
2.22屋面活荷载标准值
由《荷载规范》可知,不上人屋面均不活荷载为0.50KN/m2,不大于基本雪压,屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为
Q1k=0.5×6×30÷2=45KN
2.23吊车荷载标准值
竖向荷载:
Pmax,k=210kN,K=5250mm,B=6400mm,Qk=150kN,gk=53kN,S=B-K=1150mm
Pmin,k=(G1k+G2k+Qg)/2-Pmax,k=301.5-210=91.5kN,
根据B与K及支座反力影响线图(5),可求得
图(5)
吊车水平荷载:
2.24风荷载标准值。
计算
时风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度10.8m取值,计算
时风压高度变化系数按檐口标高11.98m取值
图(6)风载体型系数(长度单位:
mm)
排架受荷总图如图(9)
图(7)排架受荷总图
2.3内力符号规定
——柱的左边受拉为正,右边受拉为负。
弯矩图绘在受拉边。
——压力为正。
——柱对基础顶面的剪力,向右为正
2.4排架内力分析
2.41恒载作用下。
由于单层厂房多属于装配式结构,柱、吊车梁及轨道的自重,是在预制柱吊装就位完毕而屋架尚未安装时施加在柱子上的,此时尚未构成排架结构。
但在设计中,为了与其他荷载项计算方法一致,并考虑到使用过程的实际受力情况,在柱、吊车梁及轨道的自重作用下,仍按排架结构进行内力计算。
在屋盖自重G1k、上柱自重G2k、吊车轨道及连接G4k作用下,由于结构对称、荷载对称,故可简化为如图(8)的计算简图
图(8)恒荷载作用下计算简图
1)在G1k作用下
2)在G2k作用下
3)在G4k作用下
叠加以上弯矩
M1k=M11k=-22.671(
)
M2k=M12k+M22k+M42k=-60.456-3.51+14.79=-49.176(
)
已知
由规范公式:
在M1k作用下
由规范公式
在M2k作用下
V=R1+R2=4.25+4.76=9.02kN
在G1k、G2k、G3k、G4k共同作用下的弯矩图和轴力图如图(9)
图(9)恒荷载作用下内力图图(10)屋面活荷载作用下的计算简图
2.42活荷载作用。
1)屋面活荷载作用下:
由于Q1k作用位置与G1k相同
在Q1k作用下的M图和N如图(10)所示
2)吊车竖向荷载作用下:
当Dmax,k作用在A柱时
A柱
B柱
与恒载计算方法相同,可得C3=1.046
A柱
B柱
A柱与B柱相同,剪力分配系数
内力图如图(11)
图(11)吊车竖向荷载作用下内力图
吊车竖向荷载作用,Dmin,k在A柱,Dmax,k在B柱。
A柱内力相当于Dmax,k在A柱时B柱的内力,但弯矩、剪力符号相反;B柱内力相当于Dmax,k在A柱是A柱的内力,但弯矩、剪力符号相反,在此不再做计算。
3)吊车水平荷载作用下:
当Tmax向左作用时
由规范公式可得
当
当
Tmax向左作用的M图、N图如图(12)所示。
Tmax向右作用的M图、N图于上述情况相反。
图(12)吊车水平荷载作用下内力图
4)风荷载作用下:
风从左向右作用,在q1和q2作用下,由规范公式:
风荷载作用下的M、N图如图(13)
当风从右向左吹时,其M、N图与上述情况相反。
图(13)风荷载作用下内力图
2.5最不利内力组合
2.51荷载组合
厂房使用过程中,各种荷载以不同方式作用在结构上,但所有可变荷载都同时达到规定值的机率毕竟很小。
按《建筑结构荷载规范GB50009-2004》的规定,应考虑下面几种荷载组合:
(1)由可变荷载效应控制的组合:
(
)
a.恒荷载+任一活荷载,即:
b.恒荷载+0.9(任意两个或两个以上活荷载之和),即:
(2)由永久荷载效应控制的组合(此时可变荷载仅限于竖向荷载
),即:
。
在本设计中,
。
1.内力组合
内力组合一般可考虑以下四种情况:
(1)+Mmax及相应的N和V;
(2)-Mmax及相应的N和V;
(3)Nmax及相应的M和V;
(4)Nmin及相应的M和V。
2.内力组合注意事项
(1)组合表格见(附表);
(2)每种组合必须包括恒载;
(3)Dmax及Dmin二者仅选一项组合;
(4)对于吊车荷载项要注意,当有T时必有D,但有D时不一定有T,有D一般也有T;
(5)风载可左可右,组合时只取一项;
(6)当进行以Nmax及Nmin为组合目标时,应使相应的M尽可能大。
3排架柱的设计
3.1柱在排架平面内的配筋计算
3.11截面尺寸。
3.12材料等级。
混凝土:
钢筋:
受力筋为
箍筋为:
3.13截面最不利内力。
由于截面3—3的弯矩和轴向力均比截面2—2的大,故下柱配筋由截面3—3的最不利内力确定。
经比较,用于上下柱截面配筋的最不利内力及柱在排架方向的初始偏心距
、计算长度
偏心距增大系数
列于表三中
表三柱在排架平面内的计算参数
截面
内力组
1--1
M(
)
19.658
46
415
66
1
7800
450
0.977
2.318
N(
)
428.486
M
-49.290
144
415
164
1
7800
450
0.977
1.531
N
341.676
3--3
M
140.608
317
815
345
1
15200
850
0.971
1.524
N
443.256
M
287.972
307
815
335
1
6900
850
1
1.115
N
937.894
注:
1.
截面
内力组
eO
九o
e/
邑
/o
丘
(2
叮
M(hN·m)
一14.63
33
365
53
0.59
7800
400
0.955
1.896
1—1
N(kN)
442.8
M
一76.77
216
365
236
1
7800
400
0.955
1.341
N
355.58
M
318.54
679
765
706
1
19助0
800
0.903
1.364
3—3
N
469.1
M
441.2
468
765
461
1
9300
800
1.000
1.127
N
942.6
柱在排架平面内的配筋计算过程在此略去,计算结果见表四,箍筋采用
6@200
表四柱在排架平面内的配筋计算
截面
内力组
x
偏心情况
计算
实配
1--1
M(
)
19.658
66
2.318
343
9
228
大偏压
160
226
2Ф12
N(
)
428.486
M
-49.290
164
1.531
441
20
228
大偏压
348
408
2Ф16
N
341.676
3--3
M
140.608
345
1.524
916
32
448
大偏压
587
615
4Ф14
N
443.256
M
287.972
335
1.115
764
67
448
大偏压
1228
1256
4Ф20
N
937.894
注:
1.
2.
=0.550
3.
4.x=
h,
3.2柱在排架平面外的承载力验算
上柱,Nmax=428.486kN,考虑吊车荷载时,按规范有
由规范知
下柱Nmax=937.894,当考虑吊车荷载时,按规范有
故承载力满足要求。
3.3裂缝宽度验算
3.311—1截面:
3.32下柱3—3截面
4柱牛腿设计
4.1牛腿几何尺寸的设计。
牛腿宽b=400,若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离C1=80mm,吊车梁下部尺寸为340mm,则牛腿水平截面高度
牛腿外边缘高度h1=500mm,倾角α=
,牛腿高度h=500+200=700mm。
4.2牛腿配筋。
由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内,故a=750-850=-100mm<0,可取a=0mm。
故该牛腿可按构造配筋,
纵向钢筋不少于4根,直径不小于12mm,所以取4Ф16,
由于a/h0<0.3,则可以不设置晚起钢筋,箍筋按构造配置,牛腿上部h0/3范围内水平箍筋的总截面积不应小于承受Fv的受拉钢筋总面积的1/2,取箍筋为
8@100。
4.3牛腿局部承压验算
设垫板尺寸为400×400mm,局部压力标准值
故局部压应力
4.4牛腿高度验算
ftk=2N/mm2,a=0,b=400mm,h0=h-35=665mm
图(14)牛腿详图(mm)
5基础设计
5.1由柱传至基顶的荷载
5.11材料选用:
混凝土:
C20;HPB335级钢筋
由表11—7选出两组最不利内力
5.12由基础梁传至基础顶面的荷载:
钢框玻璃窗
基础梁
G5=335.68kN
5.13由基础梁传来的荷载G5对基础底面产生的偏心弯矩设计值为
5.14作用于基底的总弯矩和轴向力设计值为(假定基础高度H=1100mm)
第一组
第二组
基底受力情况如附图
5.2确定基础底面积
5.21基础埋置深度的确定
h=柱的插入深度h1+垫层厚度50mm+基底厚20mm
=50+200+850=1100mm
5.22基底尺寸的确定
由第二组确定b和l:
于是b=
取b=2.5m,l=A/b,且l/b=(1.5~2.0),于是l=4.0m,A=10m2
第一组基底尺寸验算
第二组基底尺寸验算
=
=193.5<1.2
=1.2×300=360kN/mm2
Pmin=
=
=64.45>0(可以);Pm=128.98kN/mm2<300kN/mm2
该房屋是可不作地基变形的二级建筑物,不作地基变形验算。
5.23确定基础高度
前面已初步假定基础H=1.1m,如采用锥形基础,根据构造要求,初步确定基础尺寸如图(15)所示。
由于上阶底面落在柱边冲切破坏锥体之内,故仅在变阶处作冲切验算。
(1)各组荷载设计值作用下的地基净反力
第一组
第二组
故按第二组进行计算。
(2)基础抗冲切验算简图如图(16)
由于基础宽度b=2.5m,故小于冲切破坏锥体底宽
故冲切破坏荷载
(3)变阶处抗冲切力。
由于基础宽度小于冲切椎体底边宽,故bm=(bt+bb)/2=(1.25+2.5)/2=1.875m,
=0.996,于是
[FL]
=
5.24.基础配筋验算
(1)沿长方向的配筋计算。
在第二组荷载作用下,
相应于柱边的净反力
相应于变阶的净反力
则
=(161.5+110.68)×(4-0.85)2(2×2.5+0.45)
=306.64kN·m
选用12
且
@180,则As=1846mm2>1791mm2(满足要求)
(2)沿短方向的配筋计算。
按轴心受压基础计算
/m2
基础配筋见附表,由于长边尺寸>3m,其钢筋长度可以切断10%,交错布置。
图(15)确定基础尺寸(单位:
mm)图(16)基础抗冲切验算简图(单位:
mm)
6.柱的吊装验算
采用翻身吊,吊点设在牛腿与下柱交接处。
6.1荷载计算
上柱自重
牛腿自重
下柱自重
计算简图如下
6.2内力计算。
结构重要性系数取1.0
弯矩图如图(17)
图(17)柱吊装验算图(单位mm)
6.3截面承载力计算。
1—1截面:
2—2截面:
1--1截面承载力不满足要求,需加筋。
加为3Ф16,As=603mm2,
Mu=68.7
>61.6
。
满足要求。
6.4裂缝宽度验算。
由承载力计算可知,只验算1—1截面即可。
钢筋应力如下
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数
故最大裂缝宽度为
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