单层厂房结构课程设计计算书
单层厂房结构课程设计
计算书
TPMK standardization office【 TPMK5AB- TPMK08- TPMK2C- TPMK18】
课程设计
专业：土木工程（本科）
学号： 061034353
姓名：杨树国
日期： 2008年4月16日
一、设计资料
1、白银有色（集团）公司某单层车间建筑平面图。
2、钢筋混凝土结构设计手册。
二、计算简图的确定
2.1 计算上柱高及全柱高：
室外地坪为-0.15m，基础梁高0.6m，高出地面0.1 m，放置于基础顶面，故基础顶面标高-0.65m。
根据设计资料得：
H=吊车梁高+轨道构造高度+吊车高度+安全距离
上柱高
u
=900+200+2734+166=4000=4m
全柱高H=轨顶标高-（吊车梁高+轨道构造高）+上柱高-基顶标高
=6.8-(0.9+0.2)+4+0.65=10.35
故下柱高u l H H H -==10.35-4.0=6.35m
上柱与全柱高的比值 386.035
.100
.4===
H H u λ 2.2 柱截面尺寸：
因电车工作级别为5A ，故根据书表2.9（A ）的参考数据，
上柱采用矩形截面 A 、C 列柱：mm mm h b 500500?=?
B 列柱：mm mm h b 700500?=?
下柱选用Ⅰ型 A 、C 列柱：mm mm mm h h b f 2001200500??=?? B 列柱：mm mm mm h h b f 2001600500??=??
（其余尺寸见图），根据书表2.8关于下柱截面宽度和高度的限值，验算初步确定的截面尺寸，对于下柱截面宽度
A 、C 列柱：
mm b mm H l 50025425
6350
25=<==（符合） B 列柱：
mm b mm H l 50025425
635025=<==（符合） 对于下柱截面高度：
A 、C 及
B 列柱皆有：
mm h mm H l 120052912
6350
12=<==（符合）
2.3 上、下柱截面惯性及其比值
排架A 、C 列柱
上柱 49310208.550050012
1
mm I u ?=??=
下柱 3380020012
1
21200500121???-??=
l I +]502002
1)27005032(50200361[
423???+?+???41010067.7mm ?= 比值：074.010067.710208.510
9
=??==l u I I η
排架B 列柱
上柱 410310429.170050012
1
mm I u ?=??=
下柱 33120020012
1
21600500121???-??=
l I +]502002
1)211005032(50200361[
423???+?+???41110199.1mm ?= 比值：119.010199.110429.111
10
=??==l u I I η 2.4 校核C ：
对于边列柱A 、C ，吊车桥架外边缘至上柱的边缘的净空宽度应满足80≥c 。
查表 mm B 300=，取mm e 750=
所以将A 、C 列柱向外移动150mm
此时 mm mm c 80100>= 满足要求。
对于中列柱B mm mm h B e c 801003503007501>=--=--=，满足要求。 三、荷载计算
3.1 屋盖结构自重
预应力大形屋面板 2/4.1m KN
25mm 厚水泥砂浆找平层 2/5.0m KN
一毡而油隔气层 2/5.0m KN
100mm 厚珍珠岩制品保湿层 2/4.0m KN
25mm 水泥砂浆找平层 2/5.0m KN
三毡四油防水层上铺小石子 2/4.0m KN
天沟板 KN
m
KN g 12.12602.2/7.32
=?=∑
每榀天窗架每侧传致屋架的荷载 KN 34
屋架自重 KN 122
则作用于横向平面排架边柱柱顶屋盖结构自重为
mm h e e u
A c 50]150)1502
[(
11=--== 作用点在上柱中线右
3.2 柱自重
上柱：KN G G C A 2545.05.02522=???==
下柱：1.1]05.02
5
.01.021.07.022.05.0[35.62533??+?+?+????==C A G G 3.3 吊车梁及轨道自重
3.4 屋面活荷载
由《荷载规范》可知，对于不上人的钢筋混凝土屋面，其均匀活荷载的标准值为
2/7.0m KN ，大于该厂房所在地区的基本雪压m KN S /45.00=。故屋面活荷载在每侧柱顶
产生的压力为：
3.5 吊车荷载
AB 跨：
由任务书表格查得，KN P k 230max,=，mm B 6390=，mm K 5000= KN Q k 77.69,2=，吊车总重：370KN ，小车重69.77KN
根据B 与K 及反力影响，可算得与各轮对应的反力影响线竖标如图，于是求得作用于柱上的吊车垂直荷载：
作用于每个轮子的吊车水平制动力标准值：
对硬钩吊车：20.0=α
则作用于排架上的吊车水平荷载，
其作用点到柱顶的垂直距离
m h H y e u 1.39.00.4=-=-= （e h 为吊车梁高）
BC 跨：
由任务书表格查得：
KN P k 474max,=，mm B 6975=，mm K 5000= KN Q k 155,2=，吊车总重：580KN ，小车重155KN
作用于每个轮子的吊车水平制动力标准值：
则作用于排架上的吊车水平荷载，
其作用点到柱顶的垂直距离
m h H y e u 1.39.00.4=-=-= （e h 为吊车梁高）
775.00
.41.3==u H y 3.6 风荷载
XX 地区的基本风压20/55.0m KN w =，对于城市地区，风压高度变化系数z μ按B 类地区考虑高度取值。对21,q q 按柱顶标高9.7m 。查《荷载规范》表7.2.1得，00.1=z μ ，对w F 按天窗檐口标高15m 考虑。查《荷载规范》表7.2.1得，14.1=z μ。风荷载体型系数z μ的分布如图4所示。 μS=0.6
所以
综上所述，有排架受荷总图如下
四、排架内力计算
4.1 恒荷载作用下排架的内力
将图5中的恒荷载21,G G 及4G 的作用简化为图6中的c b a ,,所示的计算简图在1G 作用下，规定弯矩顺时针为正，逆时针为负，简力向右为正，向左为负。
已知n=0.074，386.0=λ，由附图1.2中的公式得，
故在11M 作用下不动铰支承的柱顶反力 故附图1.3中公式
故在12M 作用下不动铰支承的柱顶反力
因此在11M 和12M 共同作用下（即在1G 作用下）不动铰支承的柱顶反力 相应的弯矩图如图所示。
4.1.1在2G 的作用下 相应的弯矩图如图所示。
4.1.2在4G 的作用下
相应的弯矩如图所示，将图的弯矩图叠加，得在1G ，2G ，4G 作用下的恒荷载弯矩图，相应的轴力N 如图，所示
因恒荷载对称，0=B R 4.2 屋面活荷载作用
4.2.1计算简力分配系数
A 柱（C ）柱
n=0.074，386.0=λ，由附图1.1得
B 柱
n=0.119，386.0=λ，由附图1.1得
简力分配系数
4.2.2计算各柱顶剪力
4.2.2.1活荷载作用在AB 跨
A 柱：
()
()
←?=?=?=←?=?=?=m KN e Q M m KN e Q M A A 85.1935.07.5684.205.07.5621121111
B 柱：()←?=?=?=m KN Q M B 51.815.07.5615.0左 当作用与柱顶弯矩时，
A 柱：n=0.074，386.0=λ，49.21=C ，
74.02=C ，
所以KN R R R A 1.242.168.01211-=--=+= B 柱：n=0.119，386.0=λ
各柱顶剪力
4.2.3吊车竖向荷载作用下排架的内力
4.2.3.1 AB 跨由吊车max D 在A 柱
计算各柱顶剪力。按图11所示先求AB 柱上的吊车竖向荷载对下柱轴线产生的弯矩为 A 柱：n=0.074，386.0=λ 74.03=C KN R A 03.12= B 柱：n=0.119，386.0=λ 89.03=C KN R B 65.8-= 求各柱总的柱顶剪力
其内力图如图12
4.2.3.2 AB 跨有吊车max D 在B 柱
计算各柱顶剪力。按图13所示先求出AB 柱上的吊车竖向荷载对下柱轴线产生的弯矩为 A 柱：n=0.074，386.0=λ 74.03=C B 柱：n=0.119，386.0=λ 89.03=C ， 求各柱总的柱顶剪力
其内力图如图
4.2.3.3 BC 跨有吊车max D 在C 柱
计算各柱顶剪力。按图15所示先求出BC 柱上的吊车竖向荷载对下柱轴线产生的弯矩为 C 柱：n=0.074，386.0=λ 74.03=C B 柱：n=0.119，386.0=λ 89.03=C ， 求各柱总的柱顶剪力
其内力图如图
4.2.3.4 BC 跨有吊车max D 在B 柱
计算各柱顶剪力。按图17所示先求出BC 柱上的吊车竖向荷载对下柱轴线产生的弯矩为 C 柱：n=0.074，386.0=λ 74.03=C B 柱：n=0.119，386.0=λ 89.03=C ，
求各柱总的柱顶剪力
其内力图
4.3 吊车横向水平荷载作用在排架的内力
吊车横向水平荷载m ax T 是作用于吊车梁顶面。铆焊车间的吊车梁高度为0.9m ，故m ax T 的作用点离柱顶的高度为：
m H y 1.39.00.49.01=-=-=，
7775.00
.41.3==H y ，即1775.0H y =，m ax T =23.49 4.3.1 AB 跨有吊车，m ax T 在AB 柱
计算各柱顶剪力
A 柱：n=0.074，386.0=λ 由附图1.5中得，
对于u H y 7.0=，4.011121.0243.01.22335=?
???????? ??-+?
??
??++-=
n h C λλλ 对于u H y 8.0=，34.011124.0112.04.22335=?
???????? ??-+?
??
??++-=
n h C λλλ 而u H y 775.0=，利用线性内插得，355.05=C 所以 KN C T R A 34.8355.049.235max =?=?=
B 柱：n=0.119，386.0=λ 由附图1.5中得，
对于u H y 7.0=，46.011121.0243.01.22335=?
???????? ??-+?
??
??++-=
n h C λλλ 对于u H y 8.0=， 4.011124.0112.04.22335=?
????
???? ??-+?
??
??++-=
n h C λλλ
而u H y 775.0=，利用线性内插得，4015.05=C 所以 KN C T R B 43.94015.049.235max =?=?=
求各柱总的柱顶剪力
各柱弯矩、剪力计算如下：
A 柱：
KN V A 26.2223.149.23=-= 同理可得B 、C 柱弯矩、剪力
内力图如下：
4.3.2 BC 跨有吊车，m ax T 在BC 柱
计算各柱顶剪力
C 柱：n=0.074，386.0=λ 由附图1.5中得，对于u H y 7.0=，4.05=C
对于u H y 8.0=，34.05=C 而u H y 775.0=，利用线性内插得，355.05=C 所以 KN C T R C 23.19355.017.545max =?=?=
B 柱：n=0.119，386.0=λ 由附图1.5中得，对于u H y 7.0=，46.05=C
对于u H y 8.0=，4.05=C 而u H y 775.0=，利用线性内插得，4015.05=C 所以 KN C T R B 75.214015.017.545max =?=?=
求各柱总的柱顶剪力
内力图如下：
4.4风荷载作用下排架的内力
4.4.1求柱顶不动铰支座反力
A柱：n=0.074，386
λ，由附图1.8得，
=
.0
求各柱顶总的剪力
其内力图如图：
4.4.2墙体自重
横墙的最大间距S=54，32<54<72，所以由《砌体结构》表4.2得，为刚性方案墙高：H=6.8+2.734+0.1+1.7+0.15+0.15=11.63m
计算连系梁自重及所承担的墙自重：
五.内力组合
5.1按周期等效集中于屋盖处的重力荷载代表值
5.2 按地震作用等效集中于屋盖处的重力荷载代表值： 5.3 集中吊车梁顶面处的重力荷载cri G A, B 跨无吊重时吊车最大轮压：
B, C 跨无吊重时吊车最大轮压：
根据吊车梁支座反力影响线计算一台吊车重力荷载在柱上产生的最大反力
A, B 跨：()max 109.950.1671128.31cri i G P y KN '=∑=?+= C, C 跨：()max 183.750.1671214.44cri i G P y KN '=∑=?+= 5.4 横向基本周期
混凝土强度等级C30（723.010/c E KN m =?）
因为 311
1.2310
A C c H E δδ-==? 3
112.5210B c
H E δ-=? 所以 4111
1.83101i
δδ-=
=?∑
所以结构基本周期为1220.80.95T T K s ==?= 5.5 排架底部总水平地震作用标准值
采用底部剪力法计算横向水平地震作用，厂房所在地的特征周期0.4g T s =，地震影响系数最大值max 0.08α=，取结构的阻尼比0.05ζ=，所以有120.9,0.02,1γηη===
因为
10.95 2.3750.4
g T T ==，所以15g g T T T << 所以 0.9
12max 10.410.080.0370.95g T s T γ
αηα????=??= ? ?????
排架底部总水平地震作用标准值：110.0372047.1975.19EK F G KN α==?=
5.6 排架质点横向水平地震作用标准值
吊车梁顶面处由吊车桥架引起的横向水平地震作用标准值：
各质点水平地震如图：
5.7 横向水平地震作用效应及组合的荷载计算
5.7.1横向水平地震作用效应计算
在F 作用下柱顶剪力 ()0.475.1930.08A C A V V F η===?=→
根据《建筑抗震设计规范》的规定，考虑空间工作和扭转影像调整排架柱的地震剪力和弯矩，各柱内力均乘以调整系数0.75，内力图如图30所示
5.7.1.1 AB 跨吊车顶面1cr F 作用于A 柱和B 柱
将AB 跨吊车水平荷载作用下排架内力乘以系数0.146，得到排架在AB 跨1cr F 作用下的内力。根据《抗震规范》，对于A 柱，B 柱上柱内力应乘以吊车桥架引起的地震剪力和弯矩增大系数，A 柱上柱内力增大系数2.0，B 柱上柱内力增大系数3.0，得到其内力如图31。
5.7.1.2 BC 跨吊车梁顶面2cr F 作用于C 柱和B 柱
将BC 跨吊车水平荷载作用下排架内力乘以系数0.105。根据《抗震规范》，对于B 柱，C 柱上柱内力应乘以吊车桥架引起的地震剪力和弯矩增大系数，C 柱上柱内力增大系数2.0，B 柱上柱内力增大系数3.0，得到2cr F 作用时的排架内力如图。 5.7.2 与横向水平作用效应组合的荷载效应计算
5.7.2.1 雪荷重力荷载效应
50%屋面雪荷载与屋面活荷载比值为0.5×0.45/0.7=0.321
所以50%屋面雪荷载作用于AB ，BC 跨时所产生的排架柱内力可以利用叠加原理计算，即由屋面活荷载分别作用于AB ，BC 跨时乘以0.45进行相加，从而得到屋面雪荷载作用下的内力。
5.7.3 AB 跨有吊车
min min,max,max 77338.280.87322k k P D D KN P ''=?=?= ,
min,max,338.20.603560.76
k k D D '== 当max D '作用在A 柱时，其内力图为 当max D '作用在B 柱时，其内力图为 5.7.4 BC 跨有吊车
min min,max,max 92.469797.05663.6k k P D D KN P ''=?=?= ，min,max,6970.6351097.7
k k D D '== 当max D '作用在B 柱时，其内力图为 当max D '作用在C 柱时，其内力图为 六．柱设计
6.1 柱纵向受力钢筋计算
无地震作用和有地震作用时所得到内力组合是纵向受力钢筋计算的依据。为便于比较将有地震作用得到的内力组合值乘以抗震调整系数RE γ，查得RE γ=0.8，A 柱的内力组合汇表如下表：
6.2 选取控制截面最不利内力
混凝土等级强度C30（4223.010/,14.3/C c E N mm f N mm =?=）纵向受力钢筋采用HRB335级。由《混凝土结构（上）》式4.6得，相对界限受压区高度为：
1
0.551b cu s
f E βξε=
=+
上下柱采用对称配筋，其截面有效高度分别是465和1165mm 对
上下柱进行大小偏心受压判断：
上柱：10 1.014.35000.554651828.6b c b N f b h KN αξ==????=
下柱：
()
()10[] 1.014.3[5000.551165500100150]5439.4b c b f f N f b h b b h KN
αξ''=+-=????+-?=
所以对于上柱，1828.6b N N KN <= 属于大偏心受压
对于下柱，5439.4b N N KN <= 属于大偏心受压
按照“弯矩相差不多时，轴力越小越好；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则确定
以下最不利内力：
上柱：M=324.8KN.m N=518.8KN