单层工业厂房课程设计计算书完整版本doc.docx
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实用标准文案
《单层工业厂房混凝土排架课程设计》
1.1柱截面尺寸确定
由图2可知柱顶标高为12.4m,牛腿顶面标高为8.6m,设室内地面至基础顶面的距离为0.5m,则计算简图中柱的总高度H、下柱高度Hl、上柱高度Hu分别为:
H=12.4m+0.5m=12.9m,Hl=8.6m+0.5m=9.1m
Hu=12.9m-9.1m=3.8m
2.4.2并参考表2.4.4
根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件,可由表
确定柱截面尺寸,见表1。
表1柱截面尺寸及相应的计算参数
计算参数
截面尺寸
面积
惯性矩
自重
柱号
/mm
/mm2
/mm4
/(KN/
1.6×105
21.3×108
m)
A,B上柱
矩400×400
4.0
下柱
I400×900×100×150
1.875×105
195.38×108
4.69
本例仅取一榀排架进行计算,计算单元和计算简图如图1所示。
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1.2
荷载计算
1.2.1
恒载
(1).屋盖恒载:
0.35KN/m2
两毡三油防水层
20mm厚水泥砂浆找平层
20×0.02=0.4KN/m2
100mm厚水泥膨胀珍珠岩保温层
4×0.1=0.4KN/m2
一毡二油隔气层
0.05KN/m2
15mm厚水泥砂浆找平层;
20×0.015=0.3KN/m2
预应力混凝土屋面板(包括灌缝)
1.4KN/m2
2.900KN/m2
天窗架重力荷载为2×36KN/榀,天沟板2.02KN/m,天沟防水层、找平层、找坡层1.5KN/m,屋架重力荷载为106KN/榀,则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为:
G1=1.2×(2.90KN/m2×6m×24m/2+2×36KN/2+2.02KN/m×6m+1.5KN/m×6m+106KN/2)=382.70KN
(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值:
G3=1.2×(44.2kN+1.0KN/m×6m)=50.20KN
2
(3)柱自重重力荷载设计值:
上柱G4A=G4B=1.2×4kN/m×3.8m=18.24KN
下柱G5A=G5B=1.2×4.69kN/m×9.1m=51.21KN
各项恒载作用位置如图2所示。
1.2.2屋面活荷载
屋面活荷载标准值为0.5KN/m2,雪荷载标准值为0.35KN/m2,后者小于前者,故仅按前者计算。
作用于柱顶的屋面活荷载设计值为:
Q1=1.4×0.5KN/m2×6m×24m/2=50.40KN
Q1的作用位置与G1作用位置相同,如图2所示。
1.2.3风荷载
风荷载标准值按式(2.5.2)计算,其中0=0.35KN/m2,z=1.0,uz根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度由附表5.1确定如下:
柱顶(标高12.40m)
uz=1.067
檐口(标高14.30m)
uz=1.120
天窗架壁底(标高16.99m)
uz=1.184
天窗架壁顶(标高19.86m)
uz=1.247
屋顶(标高20.31m)
uz=1.256
us如图3a所示,由式(2.5.2)可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为:
1k=
zus1uz
0=1.0×0.8×1.067×0.35KN/m2=0.299KN/m2
2k=
zus2uz
0=1.0×0.8×1.067×0.35KN/m2=0.299KN/m2
则作用于排架计算简图(图3.b)上的风荷载设计值为:
3
q1=1.4×0.299KN/m
2×6.0m=2.51KN/m
q2
=1.4×0.187KN/m2×6.0m=1.57KN/m
Fw=
Q
(us1+us2)uzh1+(us3+us4)uzh2+(us5+us6)uzh3
z0B
=
1.4×(0.8+0.5)×1.120×1.9m+(-0.2+0.6)
×1.184×2.69+(0.6+
0.6)×1.247×2.87
×1.0×0.35KN/m2×6.0m
=24.51KN
1.2.4吊车荷载
由表2.5.1可得200/50KN吊车的参数为:
B=5.55m,K=4.40m,g=75KN,Q=200KN,Fp,max=215KN,Fp,min=45KN。
根据B及K,可算得吊车梁支座反力影响线中歌轮压对应点的竖向坐标值,如图4所示。
(1)吊车竖向荷载
由式(2.5.4)和式(2.5.5)可得吊车竖向荷载设计值为:
Dmax=QFp,maxyi=1.4×215KN×(1+0.080+0.267+0.075)=647.15KNDmin=QFp,minyi=1.4×45KN×2.15=135.45KN
4
(2)吊车横向水平荷载
作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力按式(2.5.6)计算,即
T=
1
(Q+g)=
1
×0.1×(200KN+75KN)=6.875KN
4
4
作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按式(2.5.7)计算,即
Tmax=QTyi=1.4×6.875KN×2.15=20.69KN
1.3排架内力分析
该厂房为单跨等高排架,可用剪力分配法进行排架内力分析。
其中柱的剪力分配系数i按式(2.5.16)计算,结果见表2。
表2柱剪力分配系数
n=Iu/Il
C0=3/1+3(1/n-1)
1/
柱别
3
i=
Hu/H
1/
=H/C0EIl
n=0.109
C0=2.480
i
i
A,B柱
0.295
10H3
A=B=0.5
A=
B=0.20610
E
1.3.1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5所示。
图中的重力荷载G及力矩M是根据图2确定,即
5
G1=G1=382.70KN;G2=G3+G4A=50.20KN+18.24KN=68.44KNG3=G5A=51.21KN;
M1=G1e1=382.70KN×0.05m=19.14KNm
M2=(G1+G4A)e0-G3e3
=(382.70KN+18.24KN)×0.25m-50.20KN×0.3m=85.18KNm
由于图5a所示排架为对称结构且作用对称荷载,排架结构无侧移,故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。
柱顶不动铰支座反力Ri可根据表2.5.2所列的相应公式计算,则
C1=3
1
2(1
1)
1
n=2.122
2
1
3
1)
(
n
RA
=M1C1
M2
C3=19.14KNm
H
H
RB
=-10.62KN
=3
1
2
,C3
1
=1.132
2
1
3
1)
(
n
2.122
85.18KN
m
1.132=10.62KN
12.9m
6
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图5.b,c。
图5.d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。
1.3.2屋面活荷载作用下排架内力分析
排架计算简图如图6a所示。
其中Q1=50.4KN,它在柱顶及变阶处引起的力矩
为M
=50.4KN×0.05m=2.52
KN
m
;M
=50.4KN×0.25m=12.60
KNm
。
1A
2A
对于A柱,C1=2.122,C3=1.132,则
RA
M1A
M2A
2.52KN
m
2.12212.6KNm1.132
=1.53KN(
)
=
H
C1
C3=
12.9m
H
RB
=-1.53KN(
)
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图
6b.c所示。
1.3.3风荷载作用下排架内力分析
(1)左吹风时
计算简图如图7a所示。
对于A,B柱,n=0.109,
=0.295,则
31
4(1
1)
C11=
n
=0.329
3(
1
81
1)
n
RA=-q1HC11=-2.51KN/m×12.9m×0.329=-10.65KN(
)
RB=-q2HC11=-1.57KN/m×12.9m×0.329=-6.66KN(
)
7
R=RA+RB+Fw=-10.65KN-6.66KN-24.51KN=-41.82KN()
各柱顶剪力分别为:
VA=RA-AR=-10.65KN+0.5×41.82KN=10.26KN()
VB=RB-BR=-6.66KN+0.5×41.82KN=14.25KN()
排架内力图如图7b所示。
(2)右吹风时
计算简图如图8a所示。
将图7b所示A,B柱内力图对换且改变内力符号后可得,如图8b所示。
1.3.4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9a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=Dmaxe3=647.15KN×0.3m=194.15KNm
MB=Dmine3=135.45KN×0.3m=40.64KNm
对于A柱,C3=1.132,则
RA=
MAC3=
194.15KNm
1.132=-17.04KN()
H
12.9m
8
RB=MBC3=40.64KNm1.132=3.57KN()
H
12.9m
R=RA+RB=-17.04KN+3.57KN=-13.47KN()
排架各柱顶剪力分别为:
VA=RA-
AR=-17.04KN+0.5×13.47KN=-10.31KN()
VB=RB-
BR=3.57KN+0.5×13.47KN=10.31KN()
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图
9b,c所示。
(2)Dmax作用于B柱
同理,将“Dmax作用于A柱”的情况的A,B柱对换,并注意改变符号,可求得各柱的内力,如图10所示。
9
(3)Tmax作用下
排架计算简图如图11a所示。
对于A,B柱,n=0.109,=0.295,由表2.5.3得a=(3.8m-1.4m)/3.8m=0.632,则
2
3(2
a)(1
a)2
3a)
3a
n
(2
C5=
=0.629
3(1
21
1)
n
RA=-TmaxC5=-20.69KN×0.629=-13.01KN()
RB=-TmaxC5=-13.01KN(
),R=RA+RB=-13.01KN×2=-26.02KN(
)
各柱顶剪力为:
VA=RA-μAR=-13.01KN+0.85×0.5×26.02KN=-1.95KN()
VB=RB
-μBR=-13.01KN+0.85×0.5×26.02KN=-1.95KN(
)
排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图
11b所示。
当Tmax方向相反时,弯矩图
和剪力只改变符号,大小不变。
10
1.4内力组合
以A柱内力组合为例。
表3为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表,表4为A柱内力组合表,这两表中的控制截面及正负号内力方向如表3中欧那个的例图所示。
内力组合按式(2.5.19)~式(2.5.21)进行。
除Nmax及相应的M和V一项外,其他三项均按式(2.5.19)和式(2.5.20)求得最不利内力值;对于Nmax及相应
的M和N一项,Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面均按(1.2SGK+1.4SQK)求得最不利内力值,而Ⅰ-Ⅰ截面则是按式(2.5.21)即(1.35SGK+SQK)求得最不利内力。
对柱进行裂缝宽度验算时,内力Ⅲ-Ⅲ采用标准值,同时只需对e0/h0>0.55
的柱进行验算。
为此,表4中亦给出了Mk和Nk的组合值,它们均满足e0/h0>0.55的条件,对本例来说,这些值均取自Nmin及相应的M和V一项。
表3A柱内力设计值汇总表
吊车竖向荷载风荷载
柱号及
荷载类别
恒载
屋面活
Dmax
Dmax
正向内
载
作用于
作用于
力
A柱
B柱
吊车水平
荷载左风右风
序号
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
Ⅰ-Ⅰ
M
21.22
3.29
-39.18
-39.18
21.52
57.11
-67.51
N
400.94
50.40
0
0
0
0
0
Ⅱ-Ⅱ
M
-63.96
-9.31
154.97
1.46
21.52
57.11
-67.51
N
451.14
50.40
647.15
135.45
0
0
0
M
32.68
4.62
61.15
-92.36
192.06
341.21
-314.42
Ⅲ-Ⅲ
N
502.35
50.40
647.15
135.45
0
0
0
V
10.62
1.53
-10.31
-10.31
18.74
42.64
-34.50
11
表4
A柱内力组合表
截面
+Mmax及相应
-Mmax及相应
Nmax及相应
Nmin及相应M,V
Mk、Nk
备注
N,V
N,V
M,V
ⅠM
①
①
-88.71
①
26.18
①
93.01
68.96
Nmax一项,取
-
+0.9
93.01
+0.9
+0.
+0.9
Ⅰ
(②
〔0.9
9
〔②
1.35SGK+
N
+0.9
(③
②
+0.9
0.71.4S
⑤+
446.3
+⑤)
400.94
486.34
⑤+
446.3
366.52
⑥〕
+⑦〕
⑥〕
QK
ⅡM
①
130.40
①
-150.3
①
75.51
①
-142.15
-
+0.9
+0.9
+0.
+0.9
Ⅱ
〔0.9
〔②
9
〔0.9
N
(③
+0.9
③
⑤+
+⑤)
975.33
⑤+
496.50
1033.58
⑦〕
451.14
+⑥〕
⑦〕
ⅢM
①
549.03
①
-480.68
①
87.72
①
549.03
-N
+0.9
1071.90
+0.9
612.06
+0.
1084.79
+0.9
1071.9
ⅢV
〔②
57.20
〔0.9
-43.96
9
1.34
〔②
57.20
Mk
+0.9
396.05
(④
-339.45
③
66.54
+0.9
396.05
Nk
(③
825.45
+⑤)
496.99
834.65
(③
825.45
+⑤)
+⑦
+⑤)
Vk
42.12
-30.14
0.96
42.12
+⑥〕
+⑥〕
1.5柱截面设计
仍以A柱为例。
混凝土:
C30,fc14.3N/mm2,ftk2.01N/mm2;钢筋:
受
力筋为HRB335,fyfy
'
300N/mm2,b0.550。
上下柱均采用对称配筋。
1.5.1上柱配筋计算
由表4可见,上柱截面共有4组内力。
取h0=400mm-40mm=360mm。
经判别,其中三
组内力为大偏心受压;只有(M=26.18KNm,N=486.34KN)一组为小偏心受压,
且N 组内力计算时为构造配筋。 对3组大偏心受压内力,在弯矩较大且比较接近的两组内力中,取较小的一组,即取 M=93.01KN m,N=446.30KN 由附表11.1查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度 l0=2×3.8m=7.6m。 附 加偏心距ea取20mm(大于400mm/3)。 e0 93.01 106N mm =208mm,ei=e0+ea=208mm+20mm=228mm =M/N= 446300N 由l0/h=7600mm/400mm=19>5,故应考虑偏心距增大系数 。 0.5fcA0.5 14.3N/mm2 4002mm2 1=1.0 1= = =2.563>1.0,取 N 446300N 12 2 1.150.01l0 1.15 0.01 (7600mm) 0.96 h 400mm 1 ( l0 ) 2 =1 1 7600mm 2 1.0 0.961.391 1 h 12 ( ) 1400 ei 1400 228mm 400mm h0 360mm N 446300N 0.217 2as 80.mm 1fcbh0 1.0 14.3N/mm2 400mm360mm h0 0.222 360mm 取x=2as进行计算。 e= ei h/2 as 1.391 228mm 400mm/240mm 157.1mm As As Ne 446300N157.1mm 730mm2 fy(h0 as ) 300N/mm2 (360mm 40mm) 选3 18(As=763mm2),则 As /(bh)763mm2/(400mm×400mm)=0.48%>0.2%, 满足要求。 由附表11.1,得垂直于排架方向柱的计算长度 l0 =1.25 × ,则 3.8m=4.75m l0/b=4750mm/400mm=11.88,=0.95。 Nu 0.9(fcA fyAs) 0.9 0.95 (14.3N/mm2 400mm 400mm300N/mm2 763mm2 2) 2347.66KN Nmax 486.34KN 满足弯矩作用平面外的承载力要求。 1.5.2下柱配筋计算 取h0=900mm-40mm=860mm。 与上柱分析方法类似,在表4的8组内力中,选取 下面的一组不利内力: M=549.03KNm,N=1071.90KN 下柱计算长度l0=1.0Hl=9.1m,附加偏心距ea=900mm/30=30mm(大于20mm)。 b=
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