《单层工业厂房》课程设计

《单层工业厂房》课程设计姓名：班级：学号：一．结构选型该厂房是广州市的一个高双跨（18m+18m）的机械加工车间。

车间长90m,柱矩6米，在车间中部，有温度伸缩逢一道，厂房两头设有山墙。

柱高大于8米，故采用钢筋混凝土排架结构。

为了使屋架有较大的刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。

选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。

厂房的各构选型见表1.1表1.1主要构件选型由图1可知柱顶标高是10.20米，牛腿的顶面标高是6.60米，室内地面至基础顶面的距离0.5米，则计算简图中柱的总高度H,下柱高度H l和上柱的高度Hu分别为：H=10.2m+0.6m=10.8m H l=6.60m+0.6m=7.2m Hu=10.8m-7.2m=3.6m根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表1.2。

1．恒载图1求反力：F1=116.92F2=111.90屋架重力荷载为59.84，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值：G A1=1.2×(116.92+59.84/2)=176.81KNG B1=1.2×(111.90×6+59.84/2)=170.18 KN(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值G A3=1.2×（27.5+0.8×6）=38.76KNG B3=1.2×（27.5+0.8×6）=38.76KN(3)柱重力荷载的设计值A,C柱B柱2．屋面活荷载屋面活荷载的标准值是0.5KN/m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值：Q1=1.4×0.5×6×18/2=37.8 KN3，风荷载风荷载标准值按ωk=βzμsμzω0计算其中ω0=0.5KN/m2, βz=1, μz根据厂房各部分及B类地面粗糙度表2.5.1确定。

柱顶（标高10.20m）μz=1.01橼口（标高12.20m）μz=1.06屋顶（标高13..20m）μz=1.09μs如图3所示，由式ωk=βzμsμzω0可得排架的风荷载的标准值：ωk1=βzμs1μzω0=1.0×0.8×1.01×0.5=0.404 KN/m2ωk2=βzμs2μzω0=1.0×0.4×1.01×0.5=0.202 KN/m2GG G G图2 荷载作用位置图q 2w图3 风荷载体型系数和排架计算简q1=1.4×0.404×6=3.39KN/m q1=1.4×0.202×6=1.70KN/mFw=γQ [(μs1+μs2)×μz h 1+(μs3+μs4)×μz h 2] βz ω0B=1.4[(0.8+0.4)×1.01×(12.2-10.2)+(-0.6+0.5)×1.01×(13.2-12.2)] × 1×0.5×6=10.23KN 4．吊车荷载吊车的参数：B=5.55米，轮矩K=4.4，p max =215KN, p min =25KN,g=38KN 。

根据B 和K ， 可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图４所示：图４ 吊车荷载作用下支座反力的影响线（１） 吊车的竖向荷载D max =γQ F pmax ∑y i =1.4×115×(1+0.075+0.808+0.267)=346.15KN D min=γQ F pmin ∑y i =1.4×25×(1+0.075+0.808+0.267)=75.25KN（２） 吊车的横向荷载T=1/4α（Q+g）=1/4×0.12×(100+38)=4.14KN 吊车横向荷载设计值：Tmax ＝γQ T ∑y i =1.4×4.14×2.15=12.46KN三． 排架内力分析１．恒荷载作用下排架内力分析图5 恒荷载作用的计算简图G 1=G A1=176.81KN; G 2=G 3+G 4A =38.76+17.28=56.04KN; G 3=G 5A =38.28KN; G 4=2G B1=340.361KN; G 5=G 3+2G 4B =2×38.76+17.28=94.8KN; G 6=G 5B =38.28KN;M 1= G 1×e 1=171.81×0.05=8.60KN.m;M 2=( G 1+ G 4A )e 0- G 3e 3=(176.81+17.28) ×0.2-38.28×0.35=25.42C 1=23×)11(1)11132-+--n　n λλ（=2.03; C 1=23×)11(132--n H λλ=1.099;R A =H M 1C 1+HM2C 3=(8.60×2.03+25.42×1.099)/10.8=4.20KN(→) R C =-4.20KN(←); R B =0KN;内力图：图(K N)M图(K N.m)图6 恒荷载内力图２．活荷载作用下排架内力分析(1)ABM 1A M 2A图7 AB 跨作用活荷载作用简图Q=37.8KN ，则在柱顶和变阶处的力矩为：M 1A =37.8×0.05=1.89KN.m ，M 2A =37.8×0.25=7.56KN.m ，M 1B =37.8×0.15=5.67KN.m R A =HM A1C 1+H M A 2C 3=(1.89×2.03+7.56×1.099)/10.8=1.124KN(→)R B =HM B1C 1 =5.67×2.03/10.8=1.07KN(→) 则排架柱顶不动铰支座总的反力为： R= R A + R B =1.124+1.07=2.19KN(→)V A = R A －R ηA =1.32-0.33×2.19=0.40KN(→) V B = R B －R ηB =1.07-0.33×2.19=0.35KN(→) V C = －R ηC =-0.33×2.19=－0.72KN(←)排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图8所示:M(KN .m )N图(k N)图8 AB 跨作用屋面活荷载内力图(2)BC 跨作用屋面活荷载由于结构对称,且BC 跨的作用荷载与AB 跨的荷载相同,故只需叫图8的各内力图位置及方向调一 即可,如图10所示:图9 AB 跨作用活荷载作用简图图((图10 BC 跨作用屋面活荷载内力图３．风荷载作用下排架内力分析(1) 左吹风时C=)]11(1[8)]11(1[334-+-+nn λλ=0.33 R A =-q 1HC 11=-3.39×10.8×0.33=-12.08KN(←) R C =-q 1HC 11=-1.70×10.8×0.33=-6.06KN(←) R= R A + R C +F w =12.08+6.06+10.23=28.37KN(←) 各柱的剪力分别为:V A = R A -R ηA =-12.08+0.33×28.37=-2..72KN(←)V B= R B-RηB=-6.06+0.33×28.37=3.30KN(→)V C= -RηC=-0.33×-28.37=9.36N(→)左风计算图M（KNm)图11 左风内力图(2)右风吹时因为结构对称，只是内力方向相反,，所以右风吹时，内力图改变一下符号就行，如图12所示；左风计算图M（KNm)图11 左风内力图４．吊车荷载作用下排架内力分析（１）D max作用于A柱计算简图如图１２所示，其中吊车竖向荷载D max，D min在牛腿顶面引起的力矩为：M A= D max×e3=346.15×0.35=121.15KN.mM B= D min×e3=75.25×0.75=56.44KN.mR A =-HM AC 3=-121.15×1.099/10.8=-12.33KN(←) R B =HM BC 3=-56.44×1.099/10.8=5.74KN(→) R= R A + R B =-12.33+5.74=-6.59N(←) 各柱的剪力分别为:V A = R A -R ηA =-12.33+0.33×6.59=-10.16(←) V B = R B -R ηB =5.74+0.33×6.59=7.91KN(→) V C = -R ηC =0.33×6.59=2.17N(→)D maxN（KN)图１２ D max 作用在A 柱时排架的内力（２） D max 作用于B 柱左计算简图如图１２所示，其中吊车竖向荷载D max ，D min 在牛腿顶面引起的力矩为：M A = D max ×e 3=７５.２５×0.35=２６.３３KN.m M B = D min ×e 3=346.15×0.75=２５９.６１KN.mR A =－HM AC 3=-２６.３３×1.099/10.8=-－２.６８KN(←) R B =－HM BC 3=２５９.６１×1.099/10.8=２６.４２KN(→)R= R A + R B =－２.６８+２６.４２=２３.７４N(→) 各柱的剪力分别为:V A = R A -R ηA =－２.６８－0.33×２３.７４=－１０.５１KN(←) V B = R B -R ηB =２６.４２－0.33×２３.７４=１８.５９KN(→) V C = -R ηC =－0.33×２３.７４=－７.８３N(←)D minM（KNm)N（KN)图１３ D max 作用在B 柱左时排架的内力（３） D max 作用于B 柱左根据结构对称和吊车吨位相等的条件，内力计算与D ma 作用于B 柱左情况相同，只需将A ，C 柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号：如图１４（４） D max 作用于C 柱同理，将D max 作用于A 柱的情况的A ，C 柱的内力对换，且注意改变符号，可求得各柱的内力，如图１5（５） T max 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16-a 所示。

对于A 柱，n=0.15，λ=0.33，得a=(3.6-0.9)/3.6=0.75.，T max =12.46KNC 5=)]11(1[2)]32()1)(2([32323-+---++-na n a a a λλλ=0.54 R A =－T max C 5=－１２.４６×０.５４=－6.73KN(←) R B =－T max C 5=－１２.４６×０.５４=－6.73KN(←)minM（KNm)N（KN)图１４ D max 作用在B 柱右时排架的内力D maxM （K N m )N（KN)图１5 D max 作用在C 柱时排架的内力排架柱顶总反力R：R= R A+ R B= －６.７３－６.７３＝－１３.４６KN各柱的简力：V A= R A-RηA=－６.７３＋0.33×１３.４６=－２.２９KN(←)V B= R B-RηB=－６.７３＋0.33×１３.４６=－２.２９KN (←)V C=－RηC=0.33×13.46=4.44N(→)D minM（KNm)图16T max作用在AB跨时排架的内力（６）T max作用于BC跨柱由于结构对称及吊车的吨位相等，故排架内力计算与“T max作用于AB跨柱”的情况相同，只需将A柱与C柱的对换，如图17（图17T max作用BC跨时排架的内五．柱截面设计（中柱）混凝土强度等级C20，f c =9.6N/mm 2，f tk =1.54N/mm 2．采用HRB335级钢筋，f y = f y ` 300N/mm 2,ζb =0.55，上下柱采用对称配筋． １．上柱的配筋计算由内力组合表可见，上柱截面有四组内力，取h 0＝４００－４０＝３６０mm ，附加弯矩eN=429.KN<ζb αf c b h 0=０.５５０×１×９.６×４００×３６０＝760.32KN所以按这个内力来计算时为构造配筋．对三组大偏心的，取偏心矩较大的的一组．即： M=87.119KN.m N=357.64KN 上柱的计算长度： L 0=2H U =2×3.6=7.2me 0=M/N=243.40mm e i = e 0+ e a =263.40mm l 0/h=7200/400=18>5．应考虑偏心矩增大系数η ζ1=NAf c 5.0=0.5×9.6×160000/357640=2.15>1，取ζ１＝１ ζ2=1.15-0.01l 0/h=1.15-0.01×7200/400=0.97, l 0/h>15，取ζ2=0.97 η=1+200)(14001hl h e i ζ1ζ2=1+2)400720000(36040.26314001×1×0.97=1.31 ζ=bh f Nc α=357640/1×9.6×400×360=0.26>2αs /h 0=2×40/360=0.22所以x=ζ×h 0=0.26×360=93.6e `=ηe i -h/2+αs =1.31×263.40-４００／２＋４０＝185.05mm N.e `=f y A s (h 0-a s )-α1f c bx(x/2-a s)A s =A s `=)()2(01s y s c a h f a x bx f a Ne --＋｀=)40360(300)4026.93(...357640-⨯-⨯⨯⨯⨯６９３４００６９０５＋１１８５=715mm选用３φ１８（A s =763mm 2）．验算最小配筋率： ρ＝A s /bh=763/400×400=0.47%>0.2%平面外承载力验算： l 0=1.5H u =1.5×3.6=5.4ml 0/b=5400/400=13.5，查表得ψ＝０９３，A c =A-A a =4002-763×2=158474mm Nu=0.9ψ(f y `A s `+ f c A s )=0.9×0.93×(300×763×2+9.6×158474)= 1656.55KN ２．下柱配筋计算取h 0=800-40=760mm ，与上柱分析办法相识，选择两组最不利内力： M=217.96 KN.m M=152.69 KN.m N=810.94 KN N=473.44 KN(1) 按M=217.96 KN.m ，N=810.94 KN 计算L 0=１H U =１×7.2=7.2m ，附加偏心矩e a =800/30=2.7mm(大于２０mm),b=100mm,b f `=400mm, h f =150mme 0=M/N=217960/810.94=268.77mm e i = e 0+ e a =295.77mml 0/h=7200/800=9>5而且＜１５．应考虑偏心矩增大系数η，取ζ2=1 ζ1=NAf c 5.0=0.5×9.6×160000/810940=1.05>1，取ζ１＝１ η=1+200)(14001hl h e i ζ1ζ2=1+2)760720000(76077.29614001×1×1=1.15 ηe i =1.15×295.77=340.14>0.3×760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则 x=`1fc b f Nα=810940/1×9.6×400=211.18>h f =150mm说明中和轴位于板内，应重新计算受压区的高度： x=bf a h b b f a N c ff c 11)(--=1006.91)100400(150.810940⨯⨯-⨯⨯⨯-６９１=394.72mme=ηe i +h/2+αs =1.15×295.77 -800／2-40＝7005mmA s =A s `=)()2()2()(`0010`1s y c ff f c a h fh bx f a h h h b b f a Ne ------｀= )40760(300)272.394760(72.3946100.912150760150)100(.5.700810940-⨯-⨯⨯-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯-⨯⨯-⨯４００６９１=272.87mm 2(2) 按M=152.69 KN.m ，N=473.44 KN 计算L 0=１H U =１×7.2=7.2m ，附加偏心矩e a =800/30=2.7mm(大于２０mm),b=100mm,b f `=400mm, h f =150mme 0=M/N=152690/473.44=322.51mm e i = e 0+ e a =349.51mml 0/h=7200/800=9>5而且＜１５．应考虑偏心矩增大系数η，取ζ2=1 ζ1=NAf c 5.0=0.5×9.6×160000/810940=1.05>1，取ζ１＝１ η=1+200)(14001hl h e i ζ1ζ2=1+2)760720000(76077.29614001×1×1=1.15 ηe i =1.15×295.77=340.14>0.3×760=228受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则 x=`1fc b f Nα=473440/1×9.6×400=123.29>h f 说明中和轴位于翼缘内：e=ηe i +h/2-αs =1.15×349.51 -800／2-40＝A s =A s `=)()2(`001s y f c a h f xh x b f a Ne ---｀= )40760(3002760(29.1234006.9193.761473440-⨯-⨯⨯⨯⨯-⨯=139.38mm 2最小配筋βmin A=0.2%×177500=355mm 2 所以选３φ１４（A s =461mm 2）满足要求查附表１１.１的无柱间支撑垂直排架方向柱的计算长度，l 0=1H l =7.2m l 0/b=7200/400=18，查表得ψ＝0.81，A c =A-A a =177500-461×2=176578mmNu=0.9ψ(f y `A s `+ f c A s )=0.9×0.81×(300×461×2+9.6×176578)=1437.40KN>Nmax所以满足弯矩作用平面外的承载力要求 ３．柱裂缝宽度验算《规范》中规定，对e 0/h 0>0.55的柱要进行裂缝宽度验算，本例的上柱出现e 0/h 0=>0.55,所以应该进行裂缝验算。