单层单跨厂房排架结构设计

单层单跨厂房排架结构设计 一设计内容和条件

某厂装配车间，该车间为单跨厂房，柱距距为6米，厂房纵向长度为96米，跨度为27米，15/3t 中级工作制吊车二台，牛腿面标高9.00米，柱顶标高为13米。 设计条件

1屋面活荷载：2/5.0M KN q =,不考虑积灰荷载，雪荷载2

/25.0M KN q =

2基本风压: 2

0/40.0M KN W =

3屋面做法

三毡四油：2

/35.0M KN

20mm 水泥砂浆找平层2

/4.0M KN 合计21/75.0M KN g g k ==∑

屋面活荷载：2

/5.0M KN q =

屋面板采用G410标准图集6.15.1?m 预应力混泥土屋面板（卷材防水） 允许外荷载：2

/5.2M KN

（板自重：22/40.1M KN g k = 灌缝重：2

3/1.0M KN g k =）大型屋面板（包括填缝

2/50.1M KN

屋

架

：

屋

架

自

重

2

4/133M KN g k = 则

KN g g g G k k k k k 75.2485.0g 2

)(43211=?+?

?++=厂房跨度

柱距 4采用370mm 厚烧结粘土空心砖（重度2

/8M KN ）吊车梁以上设高侧窗，洞口尺寸为

8.12.4?m ，吊车梁以下设低侧窗，洞口尺寸42.4??高宽m ，圈梁设在柱顶处。

5排架柱：混泥土C30 钢筋：纵向受力钢筋HRB400级 箍筋：HPB235级 柱下独立基础：混泥土：C20，钢筋：HRB335级 6吊车：Q15/3t 桥式吊车 中级工作制

吊车梁：先张法预应力混泥土吊车梁，自重根/5.47KN 轨道及联结重量M KN /5.1 桥跨：m L k 5.25= 桥宽：m B 6400= 轮距：mm K 5250=

小车重：KN g 74= 最大轮压：KN P 195max = 最小轮压：KN P 60min =

7柱高：柱顶H=13m 檐口=15.1m 屋顶=17.35m 二荷载及内力计算 1柱截面尺寸的确定

Q 在15~20t 之间：m H m k 1210<<，由于是单跨结构，结构形式对称，因此A 、B 柱截面尺寸相同。

A 柱：上柱：400400?（mm ） 下柱：800400?mm 2荷载计算 ⑴永久荷载

A 屋面板及每跨屋架传给每个柱子的荷载标准值KN G k 75.2481= 荷载设计值：KN G A 5.29875.2482.11=?=

B 柱自重 A 、

B

柱

：

上

柱

：

M

KN g k /44.02522/=?= 下柱：

M KN g k /88.04.025/3=??=

则：KN G A 2.19442.12=??= KN G A 4.86982.13=??= C 吊车梁自重：KN G A 8.67)65.15.47(2.14=?+?= 永久荷载作用如图：

⑵可变荷载

屋面活荷载2

/5.0M KN q =,不考虑积灰荷载，雪荷载2

/25.0M KN q =,不同时考虑可变荷载与雪荷载，取其中的大值，作用于每跨屋面下的柱 可变荷载为：KN Q 7.565.1365.04.11=???= 可变荷载作用如图：

⑶吊车荷载

已知m L k 5.25= mm B 6400= mm K 5250= KN P 195max = KN P 60min = 则：查表知9.0=β 1.0=α

KN y P D i

k k 24.339)125.01808.0(1959.0max,max,=++??==∑β KN y

P D i

k

k 11.104)125.01808.0(609.0min,min,=++??==∑β

KN D D k Q 94.474max,max ==γ KN D D Q 75.145min min ==γ KN G G T k k k 04.5)15074(9.01.04

1

)(41,3,2max,=+???=+=αβ ⑷风荷载

由已知条件可知：基本风压2

0/40.0M KN W =，风压高度变化系数按B 类地面（城市郊

区）

00w W z s k μμβ= 其中：0β为1.0

由《建筑结构荷载规范》B 类地面查10m 处0.1=z μ 15m 处14.1=z μ 20m 处25.1=z μ 中间值按插值法求得，因此可得： 柱顶：H=13m 则084.1=z μ

檐口：H=15.1 则142.1=z μ

屋顶：H=17.35 则192.1=z μ 风荷载体形系数如下：

风荷载标准值：2

01k 1/347.04.0084.18.0M KN w W z s =??==μμ 2

02k 2/173.04.0084.14.0M KN w W z s =??==μμ

作用在排架上的风荷载为：

M KN B W q k Q /91.26347.04.111=??==γ M KN B W q k Q /45.16173.04.122=??==γ

作用在柱顶的集中荷载W F

即将柱顶以上风荷载算作集中力作用柱顶，z μ按房屋檐口标高Z=15.1m 处计142.1=z μ

[]M KN F W /90.964.0142.1)5.06.0(5.1)5.08.0(1.24.1=???+-?++??=

风荷载作用示意图如下：

3内力计算：

刚度：A 、B 柱：44331033.214.04.0121

121m bh I u -?=??==

44331067.1708.04.012

1

121m bh I l -?=??== Ⅰ永久荷载作用

永久荷载作用包括物价自重、上柱自重、吊车梁自重等。 永久荷载作用示意图如下：

在永久荷载作用下排架的内力如图：

M KN G M A ·

925.1405.05.298)15.04.05.0(11=?=-??=

M

KN G G G M A A A ·81.392.0)2.195.298(35.08.672.0)()4.075.0(2142=?++?-=?++-?-=

A 、

B 柱：125.067.17033.21===

l u I I n 308.013

4

===H H u λ 由07.2)

11(1)

n 111·

5.132

1=-+--=n

C λλ（ 13.1)

11(11·

5.132

3=-+-=n

C λλ KN C H M R 38.207.213925.14111=?==

KN C H M R 46.313.113

81.39322=?== KN R R V 84.521=+=（←）

Ⅱ可变荷载作用

可变荷载作用简化作用于柱顶如图，可变荷载作用下排架内力图如下

M KN Q M ·835.205.07.5615.04.02

1

·11=?=-?=）（

M KN Q M ·11.340.256.7.20·

11=?== 查表得07.21=C 13.13=C KN C H M R 45.007.213835.2111=?==

KN C H M R 99.013.113

34

.11322=?==

KN R R V 44.121=+=（←）

Ⅲ吊车竖向荷载：

KN D D k Q 94.474max,max ==γ KN D D Q 75.145min min ==γ 当max D 作用在A 柱，min D 作用在B 柱时，吊车竖向荷载作用见图如下：

在吊车竖向荷载作用下内力如图;

KN M A 229.16635.094.4742=?= KN M B 01.512=

A 、

B 柱：125.067.17033.21===

l u I I n 308.013

4===H H u λ 13.13=C

KN C H M R A A 45.1413.113

229.166322-=?=-

=（→） KN C H M R B B 43.413.113

01.51322=?==

（←） KN R R R B A 02.1022-=+=（←） 由于A 、B 柱 剪力分配系数5.0==B A ηη 各柱上的剪力分配值：

KN R V V A A A 44.945.1401.52-=-=-=、

（→） KN R V V B B B 44.943.401.52=+=-=、（←） 在吊车竖向荷载作用下的内力图如下：

当min D 作用在A 柱，max D 作用在B 柱上时，吊车荷载作用见图及在吊车竖向荷载作用下的内力图如下：

内力图：

Ⅳ水平刹车力作用下

水平刹车力：KN T 056.704.54.1max =?=作用于牛腿顶面1.4米处，当刹车力向右时，作用见图如下

内力图如下

由于n F 同向作用在A 、B 柱上，因此排架的横向内力为零，剪力KN V 056.7 同理得当

刹车力向左时排架的受力简图 和内力图如下

Ⅴ风荷载的作用

将柱顶以上风荷载作集中力作用于柱顶，柱上的风荷载看做是水平均布荷载。当左风作用时作用简图如下：

A 、

B 柱：125.067.17033.21===

l u I I n 308.013

4===H H u λ 331.0)11(18)1n 1133411=?

??

???-+?????

?-+=n C λλ（

KN q q R A 14.3331.013)45.191.2(21

)(21211=??-?=-= KN F R W A 45.49.95.02

1

2

=?== KN R R R A A 59.745.414.321=+=+= 212

1

)(x q x R F M W +

-= x q R F V W 1)(+-= KN V A 14.40= KN V B 26.11=

在风荷载作用下的内力图

当右风作用时作用简图及内力图如下：

A柱在各种荷载作用下的内力见表：

- 14 -

- 15 -

- 16 -

柱的截面设计：

1选取控制截面的大偏心受压界限破坏时的轴力b N 为： 上柱：56.113236055.04003.14101=????==h b f N b c b ξαKN 下柱：96.239076055.04003.14101=????==h b f N b c b ξαKN

经比较A 柱的所有N

对称配筋的柱，在“M ”相差不多时，N 越小越不利，N 相差不大时，M 越大越不利，由此可以确定各柱的最不利内力。

A 柱：Ⅰ-Ⅰ①???==N KN N M KN M ·73.368·34.40 ②?

??=-=N KN N M KN M ·7.317·

45.53

Ⅲ-Ⅲ①?????===KN V N KN N M KN M 12.41·

38.950·81.378 ②??

?

??==-=KN V N KN N M KN M 13.1·08.603·32.221 截面纵向配筋计算表：

22

224

1251

即上柱：4

22 下柱：422

3箍筋的配置

因柱底剪力较小：KN V 12.41max =

若剪跨比λ=3 则;

KN bh f t 19.19076040043.11

375

.1175.10=???+=+λ 远大于柱底的剪力值（还没有考虑轴向压力对斜截面的有利影响），所以排架柱的箍筋按构造配置为φ10@200，柱箍筋加密区取为φ10@100 4牛腿的设计

㈠牛腿几何尺寸的确定

牛腿截面宽度与柱宽度相等为400mm ，若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离mm C 801=，吊车梁端部宽为340mm,吊车梁轴线到柱外侧的距离为750mm 则牛腿面的长度为600mm ，牛腿外缘高度为500mm ，牛腿的截面高度为700mm ，牛腿的几何尺寸及配筋示意图如下： ㈡牛腿高度验算

作用于牛腿顶部按荷载标准组合计算的竖向力值;

KN G D F A v 74.5428.6794.4744max =+=+=

KN G D F k A k vk 74.3955.5624.339,4max,=+=+= 牛腿顶部按荷载标准组合计算水平拉力值;

KN T F k hk 536.404.59.09.0=?== KN F h 35.6506.79.0=?==

牛腿截面有效高度： mm a h h s 760407000=-=-= 竖向力vk F 作用点位于下柱截面内，a=0

vk tk vk hk F KN h a bh f F F >=+???=+

-88.68505.066040001.265.05.0)5

.01(0

0β满足要求

牛腿的配筋

由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，故该牛腿可按构造要求配筋，纵向钢筋取4

16，箍筋取φ8@100。

牛腿局部受压验算

vk c F KN Af >=???=6.14583.1434040075.075.0，满足要求 牛腿纵向受压钢筋的计算

因为03.0h a <，取mm h a 1986603.03.00=?==

mm f F h f a F A y h y v s 64.340360

1019886.3252.185.0·3

0=??=+=

取4

16,804mm 2

%18.0360

43

.145.045

.0max =?==v t f f ρ 取0.2% 0.2%<

%6.0%287.0700

400804<=?=bh A s

柱的吊装验算

采用翻身吊，吊点设牛腿与下柱的交接处，起吊时，混凝土达到设计强度的100%，计算简图如下 荷载计算

根据构造要求，取柱插入基础的深度0.9h=720，取800mm

自重线荷载，考虑动力系数 1.5，各段荷载标准值分别为 上柱：

M KN g /625)106.1(5.111=???=- 牛腿：M KN g /925)124.0(5.12=???= M KN g /2425)104.6(5.113=???=-

内力分析 M KN L g M ·48462

12122

111=??==

M KN L g g L L g M ·677.0)69(2

1)7.04(6212)()2122221222112=?-?++??=-++=

（由0212

3323=-+L g M L R A 得：

KN L M L g R A 76.899

6792421212

32233=-??=-=

所以2

3321x g x R M A -=， 令03=-x g R A 得柱下最大弯矩发生在：

74.324

76

.893===

g R x A 米处 则M KN M ·85.16774.3242

1

74.376.8923=??-?= 上柱吊装验算：

上柱配筋： 2,

760

mm A A s s == 受弯承载力验算： KN

a h A f M s s y u 55.8710)40360(760360)(6,

0,,=?-??=-=->

M

KN M G o ·84.512.1489.01=??=γγ满足要求。