单层厂房设计混凝土结构课程设计任务书.docx

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单层厂房设计混凝土结构课程设计任务书

混凝土结构课程设计任务书

单层厂房设计

1、设计资料

（1）、平面图和剖面图：

某金工车间为两跨等高厂房，跨度均为18m,柱距均为6m，车间总长度为72m。

每跨设有

200/50kN吊车各两台，吊车工作级别为A5级，轨顶标高为7.8m，柱顶标高为10.5m。

车间平面图和剖面图分别见如下图示。

厂房剖面图

（2）、建筑构造：

屋面：

SBS卷材防水保温屋面维护结构：

240mm厚双面粉刷围护砖墙门窗：

纵墙窗3.6m*4.2m（低窗），3.6m*1.8m（高窗）

基础：

室内外高差－0.15m，基顶标高—1.0m，素混凝土地面

（3）、自然条件：

建筑地点：

衡阳，无抗震设防要求基本风压：

0.4kN/㎡地面粗糙度为B类基本雪压：

0.35kN/㎡地质条件：

修正后的地基承载力特征值为100kN/㎡~300kN/㎡

（4）、材料：

混凝土：

柱混凝土C25~C30，基础C25

钢筋：

钢筋等级为Ⅱ级或Ⅲ级

（5）、组合系数：

活荷载组合值系数Ψc=0.7；风荷载组合值系数取0.6。

厂房平面图

2、设计要求：

（1）、排架内力，设计柱子及基础，整理并打印计算书一份。

（2）、施工图一份（结构设计说明，屋盖柱网及基础布置图，柱及基础等配筋图。

）

3、设计期限：

两周

4、参考资料：

（1）、混凝土结构设计规范（GB50010-2002）

（2）、荷载规范（GB50009-2001）

（3）、基础设计规范（GB50007-2002）

（4）、混凝土结构设计原理

（5）、屋面板（G410）、屋架（G415）、吊车梁（G426）、基础梁（G320）、柱间支撑（G326）等。

摘要：

单层工业厂房是形式简单的建筑结构物之一。

单层工业厂房设计的

主要任务是排架柱和基础设计及配筋计算。

首先要充分了解设计任务，并根据相关资料选择合适的构件和确定柱网、基础的平面布置，然后对构件进行内力分析、内力组合进而设计截面、选择配筋并写出计算书，最后根据规范绘制施工图和注写图纸说明。

主要计算内容是排架内力的分析计算与组合。

关键词：

排架柱基础

计算书内容

一、结构方案及主要承重构件选型

根据厂房跨度，柱顶高度及吊车起吊量大小，本车间采用钢筋混凝土排架结构，结构平面图如图一所示：

图一、厂房结构布置图为了保证屋盖的整体性和空间刚度，屋盖采用无檩体系，根据厂房具体条件柱间支撑设置如图二

所示：

图二、厂房平面和柱间支撑布置图

厂房各主要构件选型见下表

构件名称

标准图集

选用型号

重力荷载

标准值

容许荷载

预应力混凝土屋面板

G410

（一）

1.5*6m

YWB-3Ⅱ（中间跨）

YWB-3Ⅱs（端跨）

1.5KN/㎡

（包含灌缝重）

3.65KN/㎡

预应力混凝土折线型

屋架

G415

（一）

YWJ18-2-Aa

69KN/榀

0.05KN/㎡

（屋盖钢支撑）

4.5KN/m

预应力卷材防水天沟

板

G410（三）

TGB68-1

1.91KN/㎡

钢筋混凝土吊车梁

04G323

（二）

DL-9Z（中间跨）

DL-9B（边跨）

39.5KN/根

40.8KN/根

吊车轨道及轨道连接

构件

04G325

DGL-10

0.8KN/m

钢筋混凝土基础梁

04G320

JL-1（5.5～14.5m整体）

JL-3（5.5～18.0m有窗）

16.1KN/根

预埋件

04G362

详见施工图

5.24KN/㎡

柱间支撑

05G336

详见施工图

由图一知柱顶标高10.5m，牛腿顶面标高6.6m，室内地面至基础顶面的距离为1.0m.，则计算简图

中柱的的总高度H、下柱高度Hl和上柱高度Hu分别为：

H=10.5+1.0=11.5mHl=6.6+1.0=7.6mHu=11.5-7.6=3.9m

根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可由表2.4.2并参考表2.4.4确定柱截面尺寸见下表：

计算参数

柱号

截面尺寸/mm

面积/mm2

惯性矩

/mm4

自重/（KN/m）

A，C

上柱

矩400*400

1.6*105

21.3*108

4.0

下柱

Ⅰ400*800*100*150

1.775*105

143.8*108

4.44

B

上柱

矩400*600

2.4*105

72*108

6.0

下柱

Ⅰ400*800*100*150

1.775*105

143.8*108

4.44

本例仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如下图三所示：

图三、排架计算简图

二、荷载计算

1.恒载

（1）、屋盖恒载

SBS防水卷材0.25KN/㎡

20mm厚水泥砂浆找平层20KN/㎡*0.02m=0.40KN/㎡

20～30mm厚挤塑板保温层0.10KN/㎡

20mm厚水泥砂浆找平层20KN/㎡*0.02m=0.40KN/㎡预应力混凝土屋面板屋面板（包含灌缝重）1.50KN/㎡屋盖钢支撑0.05KN/㎡

共计：

2.70KN/㎡

屋架重力荷载为69KN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：

G1=1.2*（2.70KN/㎡*6m*18/2＋69/2）=216.36KN

（2）、吊车梁及轨道重力荷载设计值

G3=1.2*（39.5KN＋0.8KN/m*6m）=53.16KN（3）、柱自重重力荷载设计值

A，C柱：

上柱：

G4A=G4C=1.2*4KN/m*3.9m=18.72KN

下柱：

G5A=G5C=1.2*4.44KN/m*7.6m=40.49KNB柱：

上柱：

G4B=1.2*6KN/m*3.9m=28.08KN

下柱：

G5B=1.2*4.44KN/m*7.6m=40.49KN

各项恒载作用位置如图四所示

图四、荷载作用位置图（单位：

KN）

2.屋面活荷载

屋面活荷载标准值为0.5KN/㎡，雪荷载标准值为0.35KN/㎡，后者小于前者，故按屋面活荷载计算。

作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：

Q1=1.4*0.5KN/㎡*6m*18/2=37.8KNQ1的作用位置与G1作用位置相同，如图四所示

3.风荷载

风荷载标准值按式（2.5.2）计算，其中w0=0.4KN/m2，βz﹦1.0,μz根据厂房各部分标高（图一）及B

类地面粗糙度由附表5.1确定如下：

柱顶（标高10.500m）μz=1.014檐口（标高12.150m）μz=1.062屋顶（标高13.445m）μz=1.096风荷载体型系数如下图五（a）所示

（a）（b）

图五、风荷载体型系数及排架计算简图

μs如图所示，由式（2.5.2）可得作用于排架简图（b）上迎风面和背风面的风荷载设计值为：

q1＝1.4*w1k*6.0＝1.4βzμs1μzw0*6.0＝1.4*1.0*0.8*1.014*0.4*6.0＝2.726KN/㎡q2＝1.4*w2k*6.0＝1.4βzμs2μzw0*6.0＝1.4*1.0*0.4*1.014*0.4*6.0＝1.363KN/㎡

FW＝γQ[（μs1＋μs2﹚μzh1＋（μs3＋μs4﹚μzh2]βzw0B

＝1.4*[（0.8＋0.4）*1.062*1.65m＋（﹣0.6＋0.5）*1.096*1.295m]*1.0*0.40*6

＝6.59KN

4.吊车荷载

由表2.5.1可得200/50KN吊车的参数为：

B＝5.65m，K＝4.40m，g＝75KN，Q＝200KN，Fp,max＝195KN，Fp,min＝30KN。

根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值，如图六所示。

（1）吊车竖向荷载

参照书上公式（2.5.4）和（2.5.5）可得吊车竖向荷载设计值为：

Dmax=γQFp,maxΣyi=1.4*195KN*（1＋0.792＋0.267＋0.058）=577.94KNDmin=γQFp,minΣyi=1.4*30KN*（1＋0.792＋0.267＋0.058）=88.91KN

（2）吊车横向水平荷载

图六、吊车荷载作用下支座反力影响线

作用于每一个轮子的吊车横向水平制动力参照式（2.5.6）计算，即

T=1×α×（Q+g）=1/4*0.1*（200KN＋75KN）=6.875KN

4

作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值参照式（2.5.7）计算，即

Tmax=γQTΣyi=1.4*6.875*2.117=20.38KN

三、排架内力分析

该厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。

柱的分配系数参照书上公式（2.6.16）计算，计算结果见下表。

柱别

n=Iu/Il

λ=Hu/H

C0=3/[1+λ3（1/n﹣1）]

δ=H3/C0EIl

εi=（1/δi）/（Σ1/δi）

A,C柱

n=0.148

λ=0.340

C0=2.446

δ=δ=0.284*10﹣10H3/E

AC

εA=εC=0.315

B柱

n=0.501

λ=0.340

C0=2.887

δ=0.241*10﹣10H3/E

B

εB=0.370

1.恒载作用下排架内力分析

－

恒载作用下排架的计算简图如图七所示。

图中的重力荷载G及力矩M是根据图四确定的，即：

－－

G1=G1=216.36KN；G2=G3＋G4A=53.16KN＋18.72KN=71.88KN

－－

G3=G5A=40.49KN；G4=2G1=2*216.36KN=432.72KN

－－

G6=G5B=40.49KN；G5=G4B＋2G3=28.08KN＋2*53.16KN=134.40KN

－

M1=G1e1=216.36KN*0.05m=10.82KN·m

－

M2=（G1＋G4A）e0－G3e3

=（216.36KN＋18.72KN）*0.2m－53.16KN*0.35m=28.41KN·m

由于图七所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱按柱顶不动铰支座计算内

力。

柱顶不动铰支座范例Ri可根据教材表2.5.2所列公式计算。

对于A、C柱，n=0.148，λ=0.340，则

1;λ2×（1;1）

n

31;λ2

C1=2×1:

λ3×（1;1）=2.037C3=2×1:

λ3×（1;1）=1.082

nn

M1M2

RA=

×C+×C=（10.82KN·m*2.037+28.41KN·m*1.082）/11.5m=4.59KN

HH

RC=﹣4.59KN

本题中RB=0。

求得Ri后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。

柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见下图。

图七、恒载作用下排架内力图

2.屋面活荷载作用下排架内力分析

（1）AB跨作用屋面活荷载

排架计算简图如图八所示。

其中Q1=50.4KN，它在柱顶及变阶处引起的力矩为：

MIA=37.8*0.05=1.89KN·mM2A=37.8*0.25=9.45KN·mM1B=37.8*0.15=5.67KN·m。

对于A柱，C1=2.037，C3=1.082，则

RA=

M1A×C+

H

M2A×C=（1.89KN·m*2.037+9.45KN·m*1.082）/11.5m=1.22KN（→）

H

对于B柱，n=0.501，λ=0.340，则

1;λ2×（1;1）

n

C1=2×1:

λ3×（1;1）=1.610

n

RB=

M1B×C=5.67KN·m*1.610/11.5m=0.79KN（→）

H

则排架柱顶不动铰支座总反力为：

R=RA+RB=1.22KN+0.79KN=2.01KN（→）

将R反向作用于排架顶，由书上公式（2.5.15）计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即

VA=RA-εA*R=1.22KN-0.314*2.01KN=0.59KN（→）VB=RB-εB*R=0.79KN-0.371*2.01KN=-0.05KN（←）VC=-εC*R=-0.314*2.01KN=-0.63KN（←）

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图八所示

图八、AB跨作用屋面活荷载时排架内力图

（3）BC跨作用屋面活荷载

由于结构对称，且BC跨与AB跨作用荷载相同，故只需将图八中内力图的位置及方向调整一下就可，如下图九所示

图九、BC跨作用屋面活荷载时排架内力图

3.风荷载作用下排架内力分析

（1）左吹风时

计算简图如图十所示。

对于A、C柱，n=0.148，λ=0.340，由表2.5.2得：

1:

λ4×（1;1）

n

C1=8×1:

λ3×（1;1）==0.329

n

RA=-q1*H*C11=-2.726KN/m*11.5m*0.329=-10.31KN（←）

RC=-q2*H*C11=-1.363KN/m*11.5m*0.329=-5.22KN（←）

R=RA+RB+FW=-10.31KN-5.16KN-6.59KN=-22.06KN（←）

各柱顶剪力分别为：

VA=RA-εA*R=-10.31KN-0.314*22.06KN=-3.38KN（←）

VB=-εB*R=-0.371*22.06KN=8.18KN（→）

VC=RC-εC*R=-5.16-0.314*22.06KN=1.77KN（→）

排架内力如图十所示

图十、左吹风时排架内力图

（2）右吹风时

计算简图如图十一所示。

将图十所示A，C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图十一所示。

图十一、右吹风时排架内力图

4.吊车荷载作用下排架内力分析

（1）Dmax作用于A柱

计算简图如图十二所示。

其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面处引起的力矩为：

MA=Dmax*e3=577.94KN*0.35m=202.28KN·mMB=Dmin*e3=88.91KN*0.75m=66.68KN·m

对于A柱，C3=1.082，则

R=−MA×C=-202.28KN·m*1.082/11.5m=-19.03KN（←）

H

对于B柱，n=0.501，λ=0.340，由表2.5.2得：

31;λ2

C3=2×1:

λ3×（1;1）=1.277

n

RB=

MB×C=66.68KN·m*1.277/11.5m=7.40KN（→）

H

R=RA+RB=-19.03KN+7.40KN=-11.63KN（←）

排架各柱顶剪力分别为：

VA=RA-εA*R=-19.03KN+0.314*11.63KN=-15.38KN（←）VB=RB-εB*R=7.40KN+0.371*11.63KN=11.71KN（→）VC=-εC*R=0.314*11.63KN=3.65KN（→）

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图十二所示

图十二、Dmax作用在A柱时排架内力图

（2）Dmax作用在B柱左计算简图如图十三所示。

MA、MB计算如下：

MA=Dmin*e3=88.91KN*0.35m=31.12KN·m

MB=Dmax*e3=577.94KN*0.75m=433.46KN·m

柱顶不动铰支座反力RA，RB及总反力R分别为：

R=−MA×C=-31.12KN·m*1.082/11.5m=-2.93KN（←）

H

RB=

MB×C=433.46KN·m*1.277/11.5m=48.13KN（→）

H

R=RA+RB=-2.93KN+48.13KN=45.20KN（→）

各柱顶剪力分别为：

VA=RA-εA*R=-2.93KN-0.314*45.20KN=-17.12KN（←）VB=RB-εB*R=48.13KN-0.371*45.20KN=31.36KN（→）VC=-εC*R=-0.314*45.20KN=-14.19KN（←）

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图十三所示。

图十三、Dmax作用在B柱左时排架内力图

（3）Dmax作用在B柱右

根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与―Dmax作用在B柱左‖的情况相同，只需将A，C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力图，如图十四所示。

图十四、Dmax作用在B柱右时排架内力图

（4）Dmax作用在C柱

同理，将―Dmax作用在C柱‖的情况的A，C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱内力，如下图十五所示。

图十五、Dmax作用在C柱时排架内力图

（5）Tmax作用于AB跨柱

当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图十六所示。

对于A柱，n=0.148，λ=0.340，由表2.5.3得a=（3.9m-1.2m）/3.9m=0.692，则

5

2;3aλ:

λ3[（2+a）（1−a）2;（2;3a）]

C=n=0.557

2[1:

λ3（1;1）]

n

RA=-Tmax*C5=-20.38KN*0.557=-11.35KN（←）

同理，对于B柱，n=0.501，λ=0.340，a=0.692,C5=0.634，则

RB=-Tmax*C5=-20.38KN*0.634=-12.93KN（←）

排架柱顶总反力R为：

R=RA+RB=-11.35KN-12.93KN=-24.28KN（←）

各柱顶剪力为：

VA=RA-εA*R=-11.35KN+0.314*24.28KN=-3.73KN（←）VB=RB-εB*R=-12.93KN+0.371*24.28KN=-3.92KN（←）VC=-εC*R=0.314*24.28KN=7.62KN（→）

排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图十六所示。

当Tmax方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。

图十六、Tmax作用在AB跨时排架内力图

（6）Tmax作用在BC跨柱

由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计算与―Tmax作用在BC跨柱‖的情况相同，仅需将A

柱与C柱的内力对换，如图十七所示。

图十七、Tmax作用在BC跨时排架内力图

四、内力组合

下表给出各柱的内力组合。

其中表1.1为A柱内力设计值汇总表，表1.2为为A柱内力组合值表。

表2.1为B柱内力设计值汇总表，表2.2为B柱内力组合值表。

内力组合按公式（2.5.19）~（2.5.21）计算。

表1.1A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

AB跨

作用在

BC跨

Dmax作用

在A柱

Dmax作用

在B柱左

Dmax作用

在B柱右

Dmax作用

在C柱

Tmax作用

在AB跨

Tmax作用

在BC跨

左风

右风

序号

○1

○2

○3

○4

○5

○6

○7

○8

○9

○10

○11

Ⅰ-Ⅰ

M

7.08

0.41

2.46

-59.98

-66.77

55.34

-1424

±9.91

±29.72

7.55

-17.27

N

235.08

37.8

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Ⅱ-Ⅱ

M

-21.33

-9.04

2.46

142.30

-35.65

55.34

-14.24

±9.91

±29.72

7.55

-17.27

N

288.24

37.8

0

577.94

88.91

0

0

0

0

0

0

Ⅲ-Ⅲ

M

13.55

-4.56

7.25

25.41

-165.76

163.19

-41.98

±136.45

±87.63

141.39

-110.48

N

328.73

37.8

0

577.94

88.91

0

0

0

0

0

0

V

4.59

0.59

0.63

-15.38

-17.12

14.19

-3.65

±16.65

±7.62

27.97

-17.44

注:

M（单位为KN·m），N（单位为KN），V（单位为KN）

表1.2A柱内力组合表

截面

+Mmax及相应N，V

-Mmax及相应N，V

Nmax及相应M，V

Nmin及相应M，V

Ⅰ-Ⅰ

M

○1+0.9*[○2+○3+

0.9*（○6+○9）+○10]

85.36

○1+0.9*[

0.8*（○5+○7）

0.9*○9+○11]

-90.86

○1+0.9*[○2+○3+

0.9*○6]

54.49

○1+0.9*[○3+

0.9*（○6+○9）+○10]

84.99

N

269.10

235.08

269.10

235.08

Ⅱ-Ⅱ

M

○1+0.9*[○3+

0.8*（○4+○6）

0.9*○9+○10]

154.05

○1+0.9*[○2+

0.8*（○5+○7）

0.9*○9+○11]

-105.00

○1+0.9*○4

106.74

○1+0.9*[0.9*（○6+○9）

+○11]

-72.48

N

704.36

386.28

808.39

288.24

Ⅲ-Ⅲ

M

○1+0.9*[○3+

0.8*（○4+○6）

0.9*○8+○10]

393.64

○1+0.9*[○2+

0.8*（○5+○7）

0.9*○8+○11]

-350.08

○1+0.9*○4

36.42

○1+0.9*[○3+

0.9*（○6+○9）+○10]

350.49

N

744.85

426.77

848.88

328.73

V

42.96

-39.02

-9.25

48.00

MK

○1/1.2+0.9*[○3+

0.8*（○4+○6）

0.9*○8+○10]/1.4

282.79

○1/1.2+0.9*[○2+

0.8*（○5+○7）

0.9*○8+○11]/1.4

-248.45

○1/1.2+0.9*○4/1.4

27.63

○1/1.2+0.9*[○3+

0.9*（○6+○9）+○10]/1.4

251.96

NK

571.17

343.97

645.47

273.94

VK

31.23

-27.32

-6.06

34.83