1单层单跨工业厂房设计例题.docx
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1单层单跨工业厂房设计例题
注意:
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一、设计题目:
某单层厂房,装配式钢筋砼排架结构
二、设计资料
1、建设地点:
苏州市郊区(暂不考虑抗震设防)
2、主要工艺参数
①单跨,跨度为18m;
②柱距6m,不抽柱,厂房纵向总长度66m;
③设有两台桥式双钩吊车,A5(中级)工作制,额定起重量20t,轨顶标高12.0m;
④室内外高差200mm;风荷载0.6kN/m2;
⑤两端山墙各设4.2m宽钢木推拉门一樘,供汽车运输使用。
3、屋盖结构
选用预应力砼折线型屋架,1.5×6m预应力钢筋砼屋面板,不设天窗。
4、屋面做法
外天沟排水;三毡四油防水层,20mm厚水泥砂浆找平层。
屋面活载按不上人考虑,不考虑积灰。
5、围护砖墙240mm厚,用轻质空心砖,外墙水泥砂浆抹灰,内墙混合砂浆抹灰,刷白色涂料。
6、工程地质
厂区地形平坦。
土层分布:
①素填土,地表下0.80m厚,稍密,软塑,γ=17.5kN/m3。
②灰色粘性土,10~12m厚,呈可塑~硬塑,可作持力层,fk=200kN/m2,γ=19.2kN/m3;
③粉砂,中密,fk=240kN/m2,
地下水位在自然地面以下3.5m。
三、构件选型
㈠标准构件
1、屋面板
1屋面荷载为
三毡四油防水层G1k=0.35kN/m2;
20mm水泥砂浆找平层G2k=0.02×20=0.40kN/m2;
屋面均布活荷载标准值Q1k=0.7kN/m2
②均布荷载组合设计值
q=1.2×(0.35+0.4)+1.4×0.7=1.88kN/m2
③查图集号:
92G410
(一),选YWB-1Ⅱ(P4第(3)款)
允许荷载:
[q]=1.99kN/m2,端部选取YWB-1Ⅱsa
板自重及灌缝重:
1.50kN/m2
2、天沟板(92G410
(一)P5:
下述计算来自图集中选用实例)
屋面排水方式采用外天沟,无抗震设防要求,取天沟宽度770mm.
荷载标准值计算:
(天沟内找坡厚度按最厚处和中间处的平均)
焦渣砼找坡层;按12m排水坡,0.5%坡度,最低处厚度20mm,考虑6m天沟最大找坡层重按(80+50)/2=65mm厚度计算,焦渣砼自重取14kN/m3,于是得G1k=0.065×14=0.91kN/m2;
20mm水泥砂浆找平层G2k=0.02×20=0.40kN/m2;
三毡四油卷材防水层(无小石子)G3k=0.15kN/m2;
积水荷载按230mm高计Q1k=2.3kN/m2
其中:
卷材防水层考虑高低肋复盖部分,按天沟平均内宽b的2.5倍计算(b为天沟宽度减去190mm),天沟宽取770mm,则b=580mm。
外荷载组合设计值
q=1.2b×(0.91+0.4+2.5×0.15)+1.4b×2.3
=5.242b=5.242×(770-190)×103=3.04kN/m
图集号:
92G410(三),选TGB77-1(P4第(3)款)
允许荷载:
[q]=3.16kN/m;端部采用TGB77-1Sa,开洞的采用TGB77-1a。
天沟板自重:
2.24kN/m
3、屋架
(1)屋面荷载计算
三毡四油防水层(上铺小石子)0.35kN/m2;
20mm水泥砂浆找平层0.40kN/m2;
预应力大型屋面板及灌缝重1.5kN/m2;
屋面支撑及吊管自重0.15kN/m2;
恒载标准值2.4kN/m2
活载标准值0.70kN/m2
(2)屋面荷载设计值为q=1.2×2.4+1.4×0.7=3.86kN/m2
(3)查图集:
95G415
(一),选YWJ18-1-Ba
屋面允许荷载设计值:
[q]=4.0kN/m2
屋架自重:
69kN/榀(查95G415
(一)p.6表6)
屋架端部高度1.65m,屋架斜坡高度1.00m(=2.65-1.65)。
(P5,选用说明和实例,18为屋架跨度,1为按允许荷载4.0查表4按无悬挂吊车得屋架承载能力等级为1级;B—由表2,单跨,两端外天沟,a—由表3,屋面无天窗;自重:
P6,表6按Ⅱ、Ⅲ级钢取用,化吨为69kN.)(P26模板图,左上角几何简图,斜坡高度=中部高-端部高)
4、吊车梁
先查95G325p.36得到吊车参数,再查95G425p.10选用吊车梁。
吊车参数:
计算荷载200/50kN,吊车跨度16.5m,吊车高度H1=1810mm,
吊车梁图集号:
95G425型号:
Y-XDL-7吊车梁高h=1.2m,吊车梁下部宽=0.34m,
上部宽=0.5m,P32查到吊车梁上预留螺栓孔间距240mm,自重荷载45kN/根
(先在轨道连接95G325的P36中查大连起重机厂DSQD型桥式起重机技术规格,20T的吊车荷载为200/50kN,最大轮压152kN,吊车总宽度B=W+2D=4+2×0.418=4.836m,两外轮间距K=W=4m,吊车总重19.3T=193kN,小车重Q2k=57.97kN,吊车跨度=(厂房跨度-1.5m),查吊车高度H1=1810mm,再在95G425的P10中按A5工作制中由起重量和吊车跨度查得吊车梁型号,Y-XDL-7Z,Y-XDL-8B,B为边跨。
注意:
用95制订,不用85订95确认的。
注意三种不同的吊车系列)
5、轨道连接
查图集号95G325p.7型号:
DGL-11;轨道高度:
0.17m(考虑安装偏差可按0.2m计算);自重荷载0.49kN/m(表中各项材料重量相加,其中砼容重取20)
(P7,由最大轮压设计值≤510kN和A5工作制的起重量和跨度以及吊车梁顶预留螺栓孔间距查出)
标准构件一览表
构件名称
标准图号
设计荷载
允许荷载
型号
自重荷载
屋面板
92G410
(一)
1.88kN/m2
1.99kN/m2
YWB-1Ⅱ
1.50kN/m2
天沟板
92G410(三)
2.936kN/m
3.16kN/m
TGB77-1
2.24kN/m
屋架
95G415
(一)
3.86kN/m2
4.0kN/m2
YWJ18-1-Ba
69kN/榀
吊车梁
95G425
200/50kN
和16.5m
高度h=1.2m
Y-XDL-7
45kN/根
轨道连接
95G325
高度h=0.17m
(取0.2m计算)
DGL-11
0.49kN/m
6、屋盖支撑
上弦横向水平支撑
垂直支撑CC
水平系杆GX
布置图见95G415
(一)P.7,屋盖支撑自重标准值取0.05kN/m2
7、基础梁
檐口标高:
14.10+1.65=15.75m
外纵墙高(拟定)=檐口标高+室内外高差+室外地面到基础顶面高度=15.75+0.5=16.25m
查图集93G320P.9,外纵墙基础梁选用突出于柱外墙,有窗,非抗震设计,基础梁选JL-3,其自重为16.1kN。
山墙基础梁选用突出于柱外墙,有门,非抗震设计,基础梁选JL-5,其自重为16.1kN。
基础梁高取450mm(查93G320P.12~13图)。
㈡柱的几何尺寸
1、柱高
查吊车产品目录(大连),200/50kN,吊车跨度16.5m,
吊车高度H1=1.810m,
柱±0.00到基础顶面取0.50m,(按经验,基础梁顶面比室外
地面低0.05m,基础梁高按450m考虑,基顶到±0.00的距离
为0.05+0.45=0.5m)
上柱高度:
Hu=1.2+0.2+1.81+0.29=3.5m取Hu=3.5m
下柱高度(算至基础顶面):
Hl=12-(1.2+0.2)+0.5=11.1m
全柱高度:
H=Hu+Hl=3.5+11.1=14.6m
柱顶标高:
14.6-0.5=14.1m
基顶至吊车梁顶的高度Hk=12-0.2+0.5=12.3m
2、柱截面尺寸及计算参数
(注意:
)
柱为边柱,截面如图
上柱:
b×h=500×400mm
下柱:
bf×h×hf×b=500×1000×150×120mm
校核截面宽度和高度:
b (见教材P126表13-8,b和h稍小一些,故可以允许) (纵向定位轴线校核(查《房屋建筑学》): B2=750-(B1+B3)=750-(260+400)=90mm>80mm(可以)) Au=400×500=2.0×105mm2 Al=1000×500-2× ×190=2.435×105mm2 Iu= ×500×4003=2.67×109mm4 Il= ×(500×10003-380×683.43)=31.56×109mm4 (近似去掉2/3三角形部分的面积) =0.085 四、荷载计算 1、恒荷载 ⑴屋盖自重 三毡四油防水层0.35kN/m2; 20mm水泥砂浆找平层0.02×20=0.40kN/m2; 预应力大型屋面板及灌缝重=1.5kN/m2; 屋盖支撑=0.05kN/m2; gk=2.3kN/m2 天沟板=2.24kN/m; 屋架69kN/榀 作用在横向平面排架柱顶的屋盖自重设计值为: G1=1.2(2.3×6×18/2+2.24×6+69/2)=206.57kN e1=hu/2-150=400/2-150=50mm M1=206.57×0.05=10.33kN.m(上柱上截面) M’1=206.57×0.3=61.97kN.m(上柱下截面) ⑵柱自重 上柱: G2=1.2×25×0.4×0.5×3.5=21kN e2=(1000-400)/2=300mm M2=G2e2=21×0.3=6.3kN.m 下柱: G3=1.2×25×0.2435×11.1×1.1=89.19kN (1.1是考虑下柱矩形部分的增大系数) ⑶吊车梁及轨道联结重 G4=1.2×[45+0.49×6]=57.53kN M4=G4e4=57.53×0.25=14.38kN.m 恒载汇总 柱A的下柱上截面 G2+G4=21+57.53=78.53KN M’1+M2+M4=61.97+6.3-14.38=53.89kN.m 2、屋面活荷载 屋面标准值=0.5kN/m2 Q1=1.4×0.5×6×18/2=37.8kN (因上下柱截面高度不同,故在1,2截面都产生弯矩) MQ1=37.8×0.05=1.89kN.m(上柱上截面) M‘Q1=37.8×0.30=11.34kN.m(上柱下截面) 3、风荷载 此地区基本风压W0=0.50kN/m2 风压高度变化系数μZ按B类地区考虑, 屋架端部高度h1=1.65m 屋架斜坡高度h2=2.65-1.65=1.00m, 在柱顶(H=14.1m),μZ=1.12(教材P106) 檐口处(H=14.1+1.65=15.75m),μZ=1.15 Fw=γQ[(0.8+0.5)h1+(0.5-0.6)h2]μZW0B =1.4[1.3×1.65-0.1×1.00]×1.15×0.5×6=6.71kN q1=γQμsμZW0B=1.4×0.8×1.12×0.5×6=3.76kN/m()(风向右吹) q2=γQμsμZW0B=1.4×0.5×1.12×0.5×6=2.35kN/m()(风向左吹) 4、吊车荷载 ⑴吊车竖向荷载 由图集查得: Pmax,k=152kN,Pmin,k=(193+200)/2-152=44.5kN,B=4.836m, 轮距K=4m,小车重Q2k=57.97kN,吊车额定起吊量Q3k=200kN,吊车总重Qk=193kN Dmax=0.9γQPmax,k∑yi =0.9×1.4×152×(0.333+1+0.861+0.194) =457.35kN Mmax=Dmaxe3=457.35×0.25=114.34kN-m Dmin= Dmax =(44.5/152)×457.35=133.9kN Mmin=Dmine3=133.9×0.25=33.47kN-m ⑵吊车横向荷载(水平) 每个吊车轮子上的吊车水平制动力设计值(α=1.0) Tk= (Q2k+Q3)=(0.1/4)×(57.97+200)=6.45kN Tmax= Dmax=(6.45/152)×457.35=19.41kN 作用位置距柱顶: 3.5-1.2=2.3m 五、内力计算 ㈠恒载作用 1、假设横向水平支座,求柱顶反力 已求得参数n=0.085;λ=0.315,查附录10-2, C1= =2.3212 在M1作用下,不动铰支座柱顶反力: =1.64kN() 对牛腿顶面弯矩,查附录10-3 C3= =1.011 =3.73kN() VA=RA=RA1+R’A1=1.64+3.73=5.37kN() 2、内力 A(B)柱 M0=-10.33kN-m M1=5.37×3.5-10.33=8.47kN-m M2=5.37×3.5-10.33–53.89=-45.43kN-m M3=5.37×14.6-10.33–53.89=14.18kN-m N0=G1=206.57kN N1=G1+G2=206.57+21=227.57kN N2=G1+G2+G4=206.57+21+57.53=285.1kN N3=G1+G2+G4+G3= 206.57+21+57.53+89.19=374.29kN B柱与A柱作用大小相等,方向相反。 ㈡屋面活荷载 1、假设横向支座,求Ri,R C1=2.3212 在M1作用下,不动铰支座柱顶反力: =0.3kN() C3=1.011 =0.79kN() RA=RQ1+RQ2=0.3+0.79=1.09kN() B柱与A柱作用大小相等,方向相反。 2、求Vi(用剪力分配法) 由于A、B柱材料和尺寸都相等,所以ηA=ηB=0.50 R’=0VA=RA=1.09kN() VB=RB=-1.09kN() 3、内力 M0=-1.89kN-m M1=1.09×3.5–1.89=1.93kN-m M2=1.09×3.5–1.89–11.34=-9.42kN-m M3=1.09×12.4–1.89–11.34=2.68kN-m N=37.8kN ㈢吊车竖向荷载(Dmax作用在A柱) 1、假设横向支座,求Ri,R C3=1.011 =-7.92kN() =2.32kN() RA+RB=-7.92+2.32=-5.6kN (本例考虑了厂房整体空间作用,教材表13-7中查得单跨厂房整体空间作用分配系数为0.8) (注意: 此次课设不考虑厂房的整体空间作用。 ) R’=5.6×0.8=4.48kNηA=ηB=0.50 VA=RA+ηAR’=-7.92+0.5×4.48=-5.68kN VB=RB+ηBR’=2.32+0.5×4.48=4.56kN 2、A柱内力 M0=0 M1=-5.68×3.5=-19.88kN-m M2=114.34–19.88=94.46kN-m M3=114.34–5.68×14.6=31.41kN-m V3=-5.68kNN=457.35kN(仅下柱有) 3、B柱内力 M0=0 M1=4.56×3.5=15.96kN-m M2=-33.47+15.96=-17.51kN-m M3=-33.47+4.56×14.6=33.11kN-m V3=+4.56kNN=133.9kN(仅下柱有) ㈣吊车横向水平荷载 1、假设横向支座,求Ri,R A柱,(上柱高3.5m,T作用点距柱顶2.2m, Y/Hu=0.657) 按附录10-4,(Y=0.6Hu) C5= =0.591 按附图10-5,(Y=0.7Hu) C5= =0.535 根据y/Hu=0.657采用内插的方法定C5 C5=0.625+(0.671-0.625)(0.7-0.647)/0.1=0.559 RA=C5T=-0.559×19.41=-10.85kN() RB与RA方向相同,大小相等。 RB=RA=-10.85kN() 2、求Vi VA=VB=-(1-μ)C5T=-(1-0.8)×0.559×19.41=-2.17kN() (课本表13-7中查得单跨厂房整体空间作用分配系数为0.8) 3、内力 M’1=-2.17×2.3=-4.991kN-m M1=-2.17×3.5+19.41×(3.5-2.3)=18.30kN-m M3=-2.17×14.6+19.41×(14.6–2.1)=207.061kN-m V3=-2.17+19.41=17.24kN 当T方向改变时,力的大小不变,方向改变, 并且B柱和A柱的内力总是大小相等,方向相反。 ㈤风荷载 1、假设横向支座,求Ri,R 按附录10-8, C11= =0.31 RA=q1HC11=-3.76×14.6×0.31=-17.12kN RB=q2HC11=-2.35×14.6×0.31=-10.64kN R=Fw+RA+RB=-6.71-17.12-10.64=-34.47kN() 2、求Vi(R’=-R=34.47kN) VA=-17.12+0.5×34.47=0.12kN() VB=-10.64+0.5×34.47=6.6kN() 3、内力 A柱: M1=0.5×3.76×3.52+0.12×3.5=23.45kN-m M3=0.5×3.76×14.62+0.12×14.6=402.49kN-m V3=3.76×14.6+0.12=55.02kN B柱: M1=0.5×2.35×3.52+6.6×3.5=37.49kN-m M3=0.5×2.35×14.62+6.6×14.6=346.82kN-m V3=2.35×14.6+6.6=40.91kN (内力组合参见教材P116-117,只需组合A柱,B同A) (见附页) 七、柱的设计 材料: 砼C25,纵向受力钢筋HRB400,其它筋HPB235。 按对称配筋计算。 ㈠内力组合值选择 上柱: (b×h=500×400mm,h0=400-40=360) ξb=0.518 Nb=α1fcbh0ξb=11.9×500×360×0.518=1109556N=1109.56kN≈1110kN 在内力组合表中,上柱(截面1-1)各内力组合的N值均小于Nb,故应按大偏心受压柱计算配筋,从轴力小相应弯矩大的内力组合中选择配筋计算控制值,即: M=61.07kN-m,N=188.88kN 下柱: (h0=1000-40=960) Nb=α1fcbh0ξb+α1fc(b’f-b)h’f=11.9×120×960×0.518+11.9×(500-120)×162.5 =1444960N≈1444.9kN 在内力组合表中,下柱(截面2-2,3-3)各内力组合的N值均小于Nb,故应按大偏心受压计算配筋。 对2-2截面: M=84.88kN-m,N=648.25kN 对3-3截面: M=593.46kN-m,N=819.93kN ㈡柱配筋计算 本例略。 (做课程设计不能略) ㈢柱在排架平面外的承载力验算 本例略。 (做课程设计不能略) ㈣柱的裂缝宽度验算 本例略。 (做课程设计不能略) ㈤牛腿设计 ⑴几何尺寸 牛腿顶面长度l和a、c l=750-400+170+280=800mm a=750-1000=-250mm c=400+800-1000=200mm 牛腿高度h0: a<0,取a=0,β=0.8, C25砼,ftk=1.78N/mm2, FVs=Dmax/1.4+G4/1.2=457.35/1.4+57.53/1.2=374.62kN Fhs=Tmax/1.4=19.41/1.4=13.86kN 由式13-17 374.62×103≤ = 得h0≥268mm,实取h=700mm,h0=700-40=660mm 牛腿外边缘高度h1=500mm>h/3=700/3=233mmα=45° ⑵纵向受拉钢筋 a=-250mm<0,按构造配筋,AsV=412,Ash=212,总612,As=678mm2, ρ=678/(500×660)=0.21%<0.6%且>0.2% ⑶水平箍筋 取φ8@100,在2h0/3=2×660/3=440范围内, Ak=2×50.3×440/100=443mm2>As/2=615/2=308mm2(合适) ⑷弯起钢筋 由于a/h0=0<0.3,故可不设弯起钢筋。 ⑸局部承压验算(设垫板400×400mm)由式(13-18) =374620/(400×400)=2.34N/mm2<0.75fc=0.75×11.9=8.93N/mm2(可以) ㈥吊装验算 (按前述柱配筋计算结果进行柱吊装验算。 因本例略去了柱配筋计算过程,学生应使用各自的柱配筋计算结果进行本节的柱吊装验算) 采用一点平吊,吊点在牛腿根部 设柱插入杯口深度为900mm,则柱的预制、吊装总长度为14600+900=15500mm。 1、荷载(取动力系数为1.5) 上柱自重标准值(G2=21kN) 1.5× =7.5kN/m 下柱自重标准值(G3=89.19kN) 1.5× =9.29kN/m 2、内力计算 MC=0.5×7.5×3.52=45.94kN-m MB=7.5×3.5×(3.5/2+0.7)+0.5×9.29×0.72=66.59kN-m 3、承载力验算 按双筋梁承载力公式验算,结构重要性系数0.9 截面C,b×h=400×500mm,412(As=A’s=452mm2) Mu=fyAs(h0-a’s)=3
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- 单层 工业 厂房 设计 例题