不等跨单层厂房设计.docx
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不等跨单层厂房设计.docx
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不等跨单层厂房设计
一、设计题目
工程名称一一某两跨等高金工车间厂房
二、设计条件及有关资料
2.1.该车间为两跨等高厂房,无天窗,AB跨跨度为24mlBC跨跨度为18m,总长120m,柱距均为6m,中间设置一条伸缩缝。
2.2.根据工艺要求,AB跨设有2台30T软构桥式起重机,工作级别为A5级,
BC跨设有2台10T软构桥式起重机,工作级别为A5级,轨顶标高10.500m柱顶标高为13.200m。
生产过程中无大量烟火、余热及其它有害气体产生,无特殊要求。
2.3
3.0cm
厚水泥沙浆找平层;
.建筑构造
(1)屋面:
二毡三油防水层(加绿豆沙)
8.0cm厚水泥沙浆保温层;
大型屋面板
(2)墙体:
240mmi双面清水围护砖墙,钢窗宽度为3.6m。
(3)地面:
室内外高差为150mm素混凝土地面。
2.4.工程地质及水文地质条件
厂房所在地点基本风压为0.35KN/m2,地面粗糙度为B类;基本雪压为
0.25KN/m2;修正后的地基承载力特征值为180KN/m2
2.5.相关系数:
活荷载组合值系数为0.7,风荷载组合值系数为0.6。
2.6.选用材料:
柱混凝土选C30级,基础用C20,钢筋HRB335。
三、厂房平面布置
厂房的平面布置包括确定柱网尺寸、排架柱与定位轴线的关系和设置变形
缝。
柱距为6m横向定位轴线用①、②•…表示,间距取为6m纵向定位轴线用
A、B、C表示,间距取跨度尺寸,即A、B轴线距离为24mB、C轴线
距离为18m
为了布置抗风柱,端柱离开(向内)横向定位轴线600mm其余排架柱的形
心与横向定位轴线重合。
A、B跨的吊车起重量等于30t,B、C跨的吊车起重量等于10t,AC列
柱均初步采用非封闭结合,初步取连系尺寸D=150mm
是否采用非封闭结合及连系尺寸取多少,需要根据吊车架外边缘与上段柱
内缘的净空尺寸B?
1定。
(参见《建筑结构设计》附录A.1)。
假设上柱截面高度为500mm
对于C列柱,B=750-(260+500-150)=140mm>80mm1足要求。
对于A列柱,B=750-(300+500-150)=100mm>80mm1足要求。
对于等高排架,中柱上柱截面形心与纵向定位轴线重合,吊车架外缘与上
柱内缘净空尺寸能满足要求。
厂房总长度120m大于100m根据变形缝设置要求应该设置一道变形缝。
根据题意可将变形缝设置在厂房对称位置即长60m处。
四、结构平面布置图
吊车平面布置图
五、构建选型及布置
构建选型包括屋面板、大沟板、屋架(含屋盖支撑)、吊车梁、连系梁、基
础梁、柱间支撑、抗风柱等。
5.1.屋面构件
①屋面板和嵌板
屋面板的型号根据外加屋面均布面荷载(不含屋面自重且该屋面为不上人屋面)的设
计值,查92(03)G410-1。
当屋架斜长不是屋面板宽1.5m的整数倍时,需要布置嵌板。
嵌板查92(03)G410-2.
采用预应力混凝土屋面板,查《建筑结构设计》书后附表C.1,中部选用Y-WB-4,端部选用Y-WB-4s,板自重1.40KN/m2。
嵌板采用钢筋混凝土板,查《建筑结构设计》书后附表C.2,中部选用Y-KWB-2。
端部选用KWB-2so板自重1.70KN/m2
②大沟板
当屋面板采用有组织派水时,需要布置大沟。
对于多跨,内侧采用内大沟,外侧采用外天沟。
大沟的型号根据外加均布线荷载设计值查92(03)G410-3。
计算大沟的积水荷载时。
按天沟的最大深度确定。
在落水管位置的大沟板需要开洞,分左端开洞和右端开洞,分别用“a”、“b”表示,厂房端部有端壁的大沟板用“sa”,“sb”表示。
本例在②、④、⑥、⑧、⑩轴线外设置落水管。
查《建筑结构设计》书后附表C.3,一般外天沟板选用TGB77-1,开洞大沟板选用TGB77-1a或TGB77-1b端部位TGB77-1sa或TGB77-1sb,自重2.24KN/m2。
同理查表可得,一般内大沟板选用TGB662-1,开洞大沟板选用TGB62-1破TGB62-1b端部为TGB62-1sa或TGB62-1sh自重2.02KN/m2。
5.2.屋架及支撑
屋架型号根据屋面荷载设计值,天窗类别,悬挂吊车情况及檐口形状选定。
本例跨
度较大故选用预应力折线型屋架,查95(03)G414
本例不设天窗,由《建筑结构设计》书后附表D.1.1,代号为a。
檐口形状为一端外天沟,一端内天沟,代号为D
18m跨采用预应力混凝土屋架,中间选用YWJ18-5-Da两端选用YWJ-18-1Da,自重68.2KN。
24m跨采用预应力混凝土屋架,中间选用YWJ24-5-Da两端选用YWJ24-5-Da',自重106.8KN。
5.3.吊车梁
吊车梁型号根据吊车的额定起重量,吊车的跨距(Lk=L-2入)以及吊车的载荷状态选定。
其中,钢筋混凝土吊车梁可查95(03)G323,先张法预应力混凝土吊车梁可查95(03)G420后张法预应力混凝土吊车梁可查95(03)G426
对于18m跨,吊车起重重量为10t,中级载荷状态,Lk=18-2X0.75=16.5m,采用钢筋混凝土吊车梁,查《建筑结构设计》书后附表B.2,中间跨采用DLZ-11Z,边跨采用DLZ-11B,梁高1200mm自重40.8KN。
对于24m跨,吊车起重重量为30t,中级载荷状态,Lk=24-2x0.75=22.5m,采用钢
筋混凝土吊车梁,查《建筑结构设计》书后附表B.2,中间跨采用DLZ-7Z,边跨采
用DLZ-7B,梁高1200mm自重28.2KN。
5.4.基础梁
基础梁型号根据跨度,墙体高度,有无门窗洞等查93(03)G32Q
墙厚240mm突出于柱外。
查《建筑结构设计》书后附表G.1,纵墙中间选用JL-3,纵墙边跨选用JL-15,山墙6m柱距选用JL-14。
5.5.柱间支撑
根据规范厂房跨度在18m以上或柱高8m以上应设柱间支撑,并应布置在变形缝左右
6米区段中。
5.6.抗风柱
抗风柱下柱采用工字形截面,上柱采用矩形截面。
抗风柱的布置需考虑基础梁的最
大跨度。
18m跨、24m跨的抗风柱沿山墙等距离布置,间距为6m
六、排架结构分析
6.1.计算简图
对于没有抽柱的单层厂房,计算单元可以取一个柱距,即6nl排架跨度取厂房的跨
度。
上柱高度等于柱顶标高减去牛腿顶标高。
下柱高度取牛腿顶标高减去基础顶面标高,一般低于地面不少于50mm对于边柱,由于基础顶面还需放置预制基础梁,所以排架柱基础顶面一般不低于地面500mm本例中排架柱顶面低于室外地平550mm
(1)确定柱子各段高度
基顶标高为-0.700m,故柱总高为H=13.2+0.7=13.9m;
上段柱高HU=13.9-9.3=3.9m;下段柱高Hl=13.9-3.9=10.0m。
(2)确定柱截面尺寸
由《混凝土结构设计》表2--8厂房柱截面形式和尺寸参考表得
边柱:
上柱矩形b=500mm,h=600mm
下柱工字形b=500mm,h=1000mm
中柱:
上柱矩形b=500mm,h=600mm
下柱工字形b=500mm,h=1200mm
(3)计算柱截面几何尺寸
各住截面的几何特征见下表。
\计算柱\\多数
截面尺寸/mm
面积/103mrmi
惯性矩/106mrm
A
上柱
矩500X500
250
5208
下柱
工500X1000X200
270
35270
B
上柱
矩500X600
300
9000
下柱
工500X1200X200
290
56403
Aft
排架柱截面尺寸
c,
24000
排架计算简图
6.2.荷载计算
排架的荷载包括恒荷载、屋面活荷载、吊车荷载和风荷载。
荷载均计算其标准值
(1)永久荷载
永久荷载包括屋盖荷载、上柱自重、下柱自重、吊车梁及轨道自重。
①屋盖自重P1
面荷载:
二毡三油防水层(加绿豆沙)
30mm厚水泥砂浆找平层
80mm厚水泥砂浆保温层
屋面板自重
屋面板灌缝
钢支撑
0.35KN/m2
0.02X30KN/rm=0.60KN/m2
0.08X20KN/rm=1.60KN/m2
1.40KN/m2
0.10KN/m2
0.05KN/m2
外大沟板线荷载:
找坡层
1.50
X0.77=1.16KN/m
4.10KN/m
防水层、找平层等
2.55
X0.77=1.96KN/m
TGB77-1自重
2.24KN/m
小计
内大沟板线荷载:
找坡层
防水层、找平层等
TGB77-1自重
5.36KN/m
1.50
2.55
2.02KN/m
X0.62=0.93KN/m
X0.62=1.58KN/m
小计4.53KN/m
集中荷载:
18m跨屋架自重68.20KN
24m跨屋架自重106.80KN
屋架作用在柱顶的恒荷载设计值:
A列柱:
Fia=1.2X(4.10X6X24X0.5+5.36X6+0.5X106.8)=456.9KN
B列柱:
24m跨传来F1b=1.2X(4.10X6X24X0.5+4.53X6+0.5X106.8)=450.9KN
18m跨传来F伯=1.2X(4.10X6X18X0.5+4.53X6+0.5X68.2)=399.2KN
C列柱:
F1c=1.2X(4.10X6X18X0.5+5.36X6+0.5X68.2)=345.2KNF1
作用点位置与纵向定位轴线的距离150mm
②上柱自重F2
A柱:
F2A=1.2X(0.5X0.5X25X3.9)=29.3KN
B柱:
F2b=1.2X(0.5X0.6X25X3.9)=35.1KN
C柱:
F2c=1.2X(0.5X0.5X25X3.9)=29.3KN
③下柱自重F3
下柱大部分截面为工字形,但牛腿部位及插入杯口基础的部分是矩形截面。
假定矩形截面
的范围为自牛腿顶面向下1400mm基础顶面以上1100mm近似忽略牛腿的重量。
A柱:
F3A=1.2X[0.27X(10.0—1.4—1.1)X25+1.0X0.5X25X2.5]=98.30KN
B柱:
F3b=1.2X[0.29X(10.0—1.4—1.1)X25+1.2X0.5X25X2.5]=110.3KN
C柱:
F3c=1.2X[0.27X(10.0—1.4—1.1)X25+1.0X0.5X25X2.5]=98.30KN
④吊车梁、轨道、垫层自重F4
取轨道及垫层自重为0.8KN/m。
A柱:
B柱:
F4A=1.2X(0.8X6+40.8)=54.72KN
24m跨传来F4b=1.2X(0.8X6+40.8)=54.72KN
18m跨传来
F4B=1.2X(0.8X6+28.2)=39.60KN
C柱:
F4c=1.2X(0.8X6+28.2)=39.60KN
F4的作用点离纵向定位轴线的距离为750mm如下图所示:
③列柱
。
列柱
⑵、屋面可变荷载
屋面可变荷载F5取屋面均不荷载和雪荷载两者的较大值0.5KN/m,
A柱:
F5A=1.4X(24X6X0.5X0.5+0.77X6X0.5)=53.60KN
B柱:
24m跨传来F5b=1.4X(24X6X0.5X0.5+0.62X6X0.5)=53.00KN
18m跨传来F5B=1.4X(18X6X0.5X0.5+0.62X6X0.5)=40.40KN
C柱:
F5c=1.4X(18X6X0.5X0.5+0.77X6X0.5)=40.03KN
F5的作用点同F1
(3)、吊车荷载
①吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k
吊车基本尺寸和轮压
起重量
Q/t
吊车跨
度Lk/m
吊车桥
距B/mm
轮距
K/mm
吊车总重
(G+g)/t
小车
重g/t
最大轮压
Pmax/KN
最小轮压
Pmin/KN
18
16.5
5550
4400
18
3.9
115
25
30
22.5
6150
4800
42
11.8
290
70
注:
表中最小轮压Pmin=(G+g+Q)/2-Pmax
吊车竖向荷载Dmax,k,Dmin,k根据两台吊车作用的最不利位置用影响线求出。
Dmax,k,
L__
4800
1350
4800
Pmax
Pmax
Pmaxt
Dmin,k计算简图如下。
图中两台吊车的最小轮距x=(Bi-Ki)/2+(B水2)/2,对应的轮子
位置影响线高度y1,y2,y3,y4可利用几何关系求得。
如下图
Pmax=290k
II
A、B跨吊车荷载作用下支座反力影响线
24m跨两台吊车相同,均为10t,F1ma=F2mak290KNF1min=F2min=70KN计算得y2=(6-4.8)/6=0.2,
y3=(6-1.35)/6=0.775,y4=0。
Dmax,k=Yq0Fmax汇Yi
=1.4X0.9X290X(1+0.2+0.775)=721.67KN
Dmin,k=丫Q0FminZZyi
=1.4义0.9X70X(1+0.2+0.775)=174.20KN
18m跨有两台10t吊车,吊车计算简图如下,同理可求得:
4400
1150
4400
[
1PmaxPmaxj
1
Pmax,
Pmax=115kN
B、C跨吊车荷载作用下支座反力影响线
Dmax,k=YQ^Fmax汇yi
=1.4X0.9X115X(1+0.808+0.267+0.075)=311.5KN
Dmin,k=丫Q0FminEyi
=1.4义0.9义25X(1+0.808+0.267+0.075)=67.73KN
②吊车横向水平荷载Tmax,k
24m跨,吊车额定起重量15t Tmax,k=丫qa0(G2,k+G,k)£v\ =1.4X0.1X0.9X(300+118)X(1+0.2+0.775)=26.0KN Tmax,k的作用点位置在吊车梁顶面。 18m跨,吊车额定起重量1QK10t,吊车横向水平荷载系数a=0.12,0=0.9 Tmax,k=丫Qa0(G2,k+G3,k)Eyi =1.4X0.12X0.9X(100+39)X(1+0.808+0.267+0.075)=11.3KN Tmax,k的作用点位置在吊车梁顶面。 (4)风荷载 该地区的基本风压⑴o=0.35KN/m2,地面粗糙度为B类。 作用在柱上的均布荷载: 风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度13.2+0.15=13.35m 取值。 查表可知: 离地面10m时,pz=1.00,离地面15m时,zz=1.14o用线性插入法求得离室外地坪13.35m的pz=1+1.14-1.00)/(15-10)X(13.35-10)=1.09。 同理可知檐口处的刈为1.16。 排架的风压体型系数ns,标于例图2-1单层工业厂房可不考虑风振系数,取? z=1。 左吹风: q尸丫QpSpz? Z0B=1.4X0.8X1.09X0.35X6=2.56KN/m (一) q2=TQpSpz? z0B=1.4X0.4X1.09X0.35X6=1.28KN/m (一) 作用在柱顶的集中风荷载Fw h1=2.4,h2=1.4 作用在柱顶的集中风荷载Fw由两部分组成: 柱顶至檐口竖直面上的风荷载Fwi和坡屋面上的风荷载Fw2,其中后者的作用方向垂直于屋面,因而是倾斜的,需要计算其水平方向的分力(竖直分力在排架分析中一般不考虑)^ 为了简化,确定风压高度系数时,可统一取屋脊高度。 Fw=yQ[(□-平川1+(N4-3)h2]x11m0B =1.4X[(0.8+0.4)X2.4+(0.5-0.6)X1.4]X1.16X6 =9.34KN。 D 右吹风: 迎风面和背风面的q1、q2大小相等,方向相反。 Fw=YQ[([12-[1I)h1+(N4-N3)h2]x[12LD0B =1.4X[(0.8+0.4)X2.4+(0.5-0.6)X1.4]X1.16X6 =9.34KN。 D 由于左右吹风荷载相同,可任取其一,此处取左吹风进行排架内力计算。 6.3.内力计算 在计算简图中,上柱的计算轴线取为上柱的截面形心线,下柱的计算轴线取为下柱 的截面形心线。 下面计算时弯矩和剪力的符号按照下述规则: 弯矩以顺时针方向为正,剪 力以使构件产生顺时针方向转动趋势为正;轴力以压为正。 各柱的抗剪刚度计算结果见下: 柱的抗侧刚度及剪力分配系数 项目 n=Iu/IL QHu/H C0=3/(1+入3(1/n-1) D=CoEcIl/H3 H=Di/EDi A柱 0.1477 0.281 2.66 34.93EC 0.276 B柱 0.1596 0.281 2.69 56.50EC 0.448 C柱 0.1477 0.281 2.66 34.93Ec 0.276 ⑴、永久荷载作用下 永久荷载下的计算简图可以分解为两部分: 作用在柱截面形心的竖向力和偏心力矩如下图,且前者只产生轴力。 屋盖自重对上柱截面形心产生的偏心力矩为 M*456.9X(0.15-0.10)=22.85KN.m M1B=-(450.9—399.2)X0.15=-16.76KN.m M1c=-345.2X(0.15-0.10)=-17.26KN.m 屋盖自重、上柱自重、吊车梁及轨道自重对下柱截面形心产生的偏心力矩 M2A=-456.9X0.25-29.3X0.25+54.3X0.4=-99.66KN.m M2b=0+0+(-54.72+39.6)义0.75=-11.34KN.m M2c=345.2x0.25+29.3x0.25-39.6X0.4=77.79KN.m 偏心力矩作用下,各柱的弯矩和剪力用剪力分配法计算。 先在柱顶加上不动钱支座, 利用附录求出各柱顶不动较支座的内力;然后将总的支座反力作用下排架柱顶,根据剪力分配系数分配给各柱;最后求出各柱顶的剪力,得到每根柱的柱顶剪力后,单根柱利用平衡条件求出各截面的弯矩及柱底截面剪力。 C11=1.5 1-2(1-1/n) 13(1/n-1) C12=1.5 1--2 1-3(1/n-1) 在各住柱顶施加虚加水平不动较,由下式可得各项反力值及剪力值 Ri=(M1/H)C11+(M2/H)C12Vi=niR-RR=£R ;; 永久恒载作用下的剪力分配 项目 n 入 Cii C12 Mi M2 R n i V A柱 0.1477 0.281 1.93 1.22 22.85 -99.66 -5.57 (一) 0.276 4.43 (一) B柱 0.1596 0.281 1.90 1.24 -16.76 -11.34 -3.30 (一) 0.448 1.31 (一) C柱 0.1477 0.281 1.93 1.22 -17.26 77.79 4.43(—) 0.267 -5.66(—) 例如对于A柱 柱顶截面的弯矩: M=22.85KN 牛腿截面上的弯矩: M+VAH=22.85+4.34X3.9=39.78KN 牛腿截面上的弯矩: M2+M+VH=-99.66+39.78=-59.87KN 柱顶截面的弯矩: M+M+VH=-99.66+22.85+4.34X13.9=-16.484KN 22.85 -16.76 -17.26 4.34 1.31 -99.66 -11.34 4.34 1.31 单位: KN.m,kN 单根柱的受力及柱底剪力 永久荷载下排架柱内力 (2)屋面活荷载作用下的内力分析 屋面活荷载作用下的内力分析方法同屋盖自重作用下的内力分析。 屋面可变荷载作用下柱的剪力分配 项目 n 入 C11 C12 M1 M2 R n. Vi A柱 0.1477 0.281 1.93 1.22 2.68 -13.4 -0.80 (一) 0.276 0.42㈠ B柱 0.1596 0.281 1.90 1.24 -1.89 0 -0.26 (一) 0.448 -0.36(—) C柱 0.1477 0.281 1.93 1.22 -2.05 -0.51 -0.33 (一) 0.267 -0.05(—) -13.4 O.24 A 0.42 -1.89 -2.05 -0.36 0 -0.05 -0.51 -0.36— 单位: KN.m,kN -0.05 单根柱的受力及柱底剪力 弯矩图 53.6r0 屋面可变荷载下排架柱内力 93.4 —Q 1029.8512.4 单位: : KN 轴力图 41.03 -rQ (3)吊车竖向荷载作用下 吊车竖向荷载四种基本情况: (a)、DmaX乍用于A柱; (b)、Dmin作用于A柱; (c)、 DmaX乍用于C柱;(d)、Dmin作用于C柱。 如下图所示 Dmax Dmin Dmax Dmin作用在A主 <5 DmaX乍用在Aft 6— Dmin Dmax DmaxDmin Dmin作用在C主 DmaX乍用在C± 吊车竖向荷载的4种工况 吊车竖向荷载的计算简图可分解成两部分: 作用在下柱截面形心的竖向力和作用在牛腿 顶面的偏心力矩。 1-2 C12=1.5—3 1,(1/n-1) 吊车竖向荷载作用下柱剪力的分配 计算项目 C12 Mi Ri ZR n. Vi Dmax作用于A柱 A柱 1.22 288.67 25.34(
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