单层工业厂房设计计算书

1.设计资料 (1)

1.1概况 (1)

1.2结构设计资料： (1)

1.3建筑设计资料 (1)

2.定位轴线 (1)

3．结构构件选型 (2)

3.1屋面板 (2)

3.2天沟板 (5)

3.3天窗架 (5)

3.4屋架 (5)

3.5吊车梁 (6)

3.6吊车梁轨道联接 (6)

3.7基础梁 (6)

4.厂房剖面设计 (7)

5.排架结构计算 (8)

5.1排架柱截面尺寸选定 (8)

5.2排架结构的计算参数 (8)

5.3荷载计算 (9)

5.4力计算 (13)

5.5柱的力组合（A柱） (17)

6.排架柱截面设计 (17)

6.1材料性能 (17)

6.2柱截面配筋设计 (19)

6.3柱在排架平面外承载力验算 (20)

6.4裂缝宽度验算 (20)

6.5.柱牛腿设计 (21)

7.基础设计 (23)

7.1.荷载计算 (23)

7.2.基础底面尺寸的确定 (23)

7.3基底配筋计算 (25)

8.支撑布置 (26)

8.1屋盖支撑布置 (26)

8.2柱间支撑布置 (27)

9.参考文献 (27)

1.设计资料

1.1概况

某工厂拟建两个焊接车间，根据工艺布置的要求，车间均为单跨单层厂房，跨度分别为24m 和18m ，24m 跨设吊车30/5t 、10t 吊车各一台，18m 跨设吊车20/5t 、10t 吊车各一台，吊车均为中级工作制，轨顶标高不低于10.8m ，厂房设有天窗，建筑平、立、剖面图详图1、图2、图3。

1.2结构设计资料：

(1) 自然条件：

基本雪压 0.5kN/m 2 基本风压 0.35kN/m 2

地震设防烈度该工程位于非地震区，故不需抗震设防。

(2) 地质条件：场地平坦，地面以下0～1.5m 为素填土层，1.5m 以下为粉质粘土层，该土层f ak =300kN/m 2，E s =12Mpa ，场地地下水位较低，可不考虑其对基础的影响。

1.3建筑设计资料

屋面：采用卷材防水屋面，不设保温层；

维护墙：采用240厚蒸压粉煤灰砖墙，外墙面为水刷石，墙面为水泥石灰砂浆抹面；

门窗：钢门、钢窗，尺寸参见立面图；

地面：采用150厚C15素混凝土地面，室外高差为300mm 。

2.定位轴线

由《混凝土结构（第五版）》附表12可得，轨道中心线至吊车端部距离B 1=300mm ；吊车桥梁至上柱边缘距离B 2≥80mm ，取为80mm ；封闭的纵向定位轴线至上柱边缘B 3=400mm ；于是e=B 1+B 1+B 3=780mm>750mm ，故采用非封闭式定位轴线。取B 32=150mm ，于是B 31=250mm ，此时，e=B 1+B 2+B 21=630mm<750mm ，满足条件。

3．结构构件选型3.1屋面板

屋面板永久荷载标准值

三毡四油防水层 0.40 kN/m2 20mm水泥砂浆找平层 0.02×20kN/m=0.40kN/m2小计 0.80 kN/m2屋面可变荷载标准值

屋面均布荷载（不上人屋面） 0.50 kN/m2雪荷载标准值 0.50kN/m2屋面可变荷载标准值 max(0.5 kN/m2,0.5 kN/m2)=0.5kN/m2外加荷载组合设计值 q=1.35×0.8+1.4×0.5=1.78kN/m2根据全国通用标准图集04G410-1，选用1.5m×6m预应力屋面板型号如下：

中间跨：YWB-2Ⅱ；端部跨：YWB-2ⅡS。允许外加均布荷载：2.50 kN/m2>1.78 kN/m2 (满足要求)

由04G410-1可知，板自重标准值 1.4 kN/m2

灌缝自重标准值 0.1 kN/m2

屋面板自重标准值 =1.5kN/m2

3.2天沟板

单跨单层厂房屋面采用外天沟有组织排水。根据全国通用标准图集04G415-1屋架上弦预埋件图，可取天沟板宽度770mm。

天沟板永久荷载标准值：

素混凝土找坡层 0.035×24=0.84 kN/m2水泥砂浆找平层（20mm厚） 0.02×20=0.40 kN/m2三毡四油卷材防水层 0.40 kN/m2积水荷载标准值（按230mm计算） 2.30 kN/m2卷材防水层考虑高、低肋覆盖部分，按天沟平均宽b(b=天沟宽度-190mm)的2.5倍计算。因此，外加均布荷载设计值：

q=1.35×(0.77-0.19) ×(0.84+0.4+2.5×0.40+2.30)=3.56kN/m

由04G410-2可知，其q小于TGB77允许外加均布荷载4.26kN/m（满足要求）。

选用天沟板型号如下：TGB77(中间跨)；TGB77a（中间跨右端有开洞）；TGB77b(中间跨左端有开洞)；TGB77Sa(端跨右端有开洞)；TGBSb（端跨左端有开洞）。

由04G410-2可知，天沟板自重标准值：2.24 kN/m

3.3天窗架

选用门型钢筋混凝土天窗架GJ9-03，自重标准值72kN/榀；天窗架端壁选用DB9-3，自重标准值为72kN/榀。

3.4屋架

三毡四油防水层 0.40 kN/m2 20mm水泥砂浆找平层 0.02×20=0.40 kN/m2屋面板自重标准值（含灌缝） 1.5 kN/m2小计 2.3 kN/m2屋面板可变荷载标准值 0.5 kN/m2屋架荷载设计值

组合1 q=1.2×2.3+1.4×0.5=3.46 kN/m2组合2 q=1.35×2.3+1.4×0.5×0.7=3.60 kN/m2根据全国通用标准图集04G415-1，预应力钢筋混凝土折线形屋架（跨度24m）

选用型号YWJ24-1Bc。允许屋面荷载4.0 kN/m2>3.6 kN/m2 (满足要求)。每榀屋架自重标准值112.75 kN/m2。

3.5吊车梁

根据设计资料，本厂房设置两台双钩桥式吊车，中级工作制（A4,A5），额定起重量30/5t和10t。本设计采用30/5t,L

=22.5m，根据全国通用标准图集04G325-2

选用型号：

DL-10Z(中间跨)，自重标准值39.5kN

DL-10B(端跨)，自重标准值40.8kN

吊车梁高h=1200mm。

经验算，中级工作制吊车梁选用DL-10的承载力、疲劳、裂缝均满足要求。3.6吊车梁轨道联接

根据吊车梁上螺栓孔间距A=280mm和吊车的工作制级别（中级工作制）、额定起

=22.5m），根据全国通用标准图集04G325选用型号：重量（30/5t）和跨度（L

DGL-13，各种材料用量如下：

钢材钢轨 0.3873 kN/m 联接体 0.0855 kN/m 复合橡胶垫板 0.00437 kN/m 混凝土找平层 0.023×20=0.460 kN/m 吊车梁联接的线重( ) 0.934 kN/m 吊车梁轨道联结高度h=200mm

3.7基础梁

中跨240mm厚墙突出于柱外，有窗、墙高5.5-18m，根据全国通用标准图集04G320，钢筋混凝土基础梁选用型号：JL-3(中跨)，自重标准值16.1kN。

边跨有窗、墙高4.6-18m，根据全国通用标准图集04G320，钢筋混凝土基础梁选用型号：JL-17(边跨)，自重标准值13.1kN。

构件选型汇总于表2.1

表2.1 构件选型一览表

4.厂房剖面设计

剖面设计是确定厂房的控制标高，包括牛腿标高、柱顶标高等。

3.1柱控制标高

由于工艺要求，轨顶标高为8.0m，根据吊车起重量查（ZQ1-62）轨顶至吊车顶距离H=2.6m。

柱顶标高=轨顶标高+H+吊车顶端与柱顶的净空尺寸

=8.0+2.6+0.22=10.82m

牛腿顶面标高=轨顶标高-吊车梁高度-轨道联结高度

=8.0-1.2-0.2=6.6m

由设计资料可知，基础顶面可取至天然地面以下 1.0m，故基础顶面至±0.000高度为1.3m。

柱全高（从基础顶面至柱顶）H=柱顶标高+基础顶面至±0.000高度

=10.82+1.3=12.12m

=10.82-6.6=4.22m

上柱高度H

下柱高度H

=12.12-4.22=7.9m

图3.1给出了厂房的剖面图。

5.排架结构计算

5.1排架柱截面尺寸选定

下段柱截面高度，根据吊车起重量级、基础顶面至吊车梁顶高度H

，由《混凝土

结构（第五版）》表12-2可知，当Q=30t时，h≥H

/12=7900/12=658mm，取900mm

下段柱截面宽度根据基础顶面至吊车梁底的高度H

确定,

b≥H

/20=7900/20=395mm,取400mm

综上可知，上柱截面：b×h=400mm×400mm(图4.1a)

下柱截面：b

f ×h×b×h

=400mm×900mm×100mm×150mm(图4.1b)

5.2排架结构的计算参数

⑴计算简图为简化计算，假定排架柱上端与屋架铰接、下端与基础顶面固结；屋架两端处柱的水平位移相等；忽略排架和排架之间的相互联系，即不考虑排架的空间作用。排架结构的计算简图见图4.2。

⑵计算参数上柱

截面面积 A u =0.4×0.4=0.16m 2

惯性矩 I u =bh 3

/12=400×4003

/12=2.13×109

mm 4

下柱

截面面积 A=[]0.40.9(0.550.6)/20.1520.1875?-+??=m 2

惯性矩 []3

39400900/12300(550600)/2/1219.54710l I =?-?+=?mm 4 翼缘厚度按平均值：

0333

113025/2150162.5/ 4.22/12.120.348/ 2.13/19.5470.109

2.231

1(1/1)10.348(1/0.1091)

2.2910/f u u l i i u

h mm

H H n I I C n H H E

C EI λλδ-=+========

==+-+-==?

5.3荷载计算

排架的荷载包括永久荷载、屋面可变荷载、吊车荷载和风荷载。

⑴永久荷载永久荷载包括屋盖自重、上段柱自重、下段柱自重、吊车梁自重和轨道联结自重。 ①屋盖自重标准值

三毡四油防水层 0.40 kN/m 2 20厚水泥砂浆找平层 0.02×20=0.40 kN/m 2

预应力大型屋面板及灌缝 1.5 kN/m 2 天沟板自重 2.24 kN/m 天沟找平层及防水层 2.64 kN/m 屋架自重 112.75 kN/榀作用于每端柱顶的屋盖结构自重标准值：

G 1k =(0.40+0.40+1.50) ×24.0×6/2+112.75/2+2.64×6+2.24×6=251.26kN 对上柱截面形心外侧偏心距e 1=50mm(所选屋架的实际跨度为23700mm) 上柱截面与下柱截面形心偏心距e 2=900/2-400/2=250mm

M 1k = G 1k e 1=251.26×0.05=12.56kN ?m(侧受拉) M ’1k = G 1k e 2=251.26×0.25=62.82kN ?m(侧受拉)

②柱自重上柱自重标准值

G 2k =(A u H u )γ钢筋混凝土=0.16×4.22×25=16.88kN

M ’2k = G 2k e 2=16.88×0.25=4.22kN ?m(侧受拉)

下柱自重标准值

G 4k =(A l H l )γ钢筋混凝土=0.1875×7.9×25=37.03kN ③吊车梁及轨道联结自重

G 3k =39.5+0.934×6=45.10kN 对下柱截面形心的偏心距e 3=750-900/2=300mm

M ’3k = G 3k e 3=45.10×0.3=13.53kN ?m(外侧受拉) 所以，下柱上截面处弯矩：

M 2k = M ’1k + M ’2k - M ’3k =62.82+4.22-13.53=53.51kN ?m （侧受拉）永久荷载作用下排架的计算简图如图4.3所示。

⑵屋面可变荷载屋面可变荷载包括屋面均布可变荷载、雪荷载和积灰荷载。《建筑结构荷载规》规定，积灰荷载应与雪荷载或不上人屋面均布活荷载两者中的较大值应同时考虑。

该计算中不考虑积灰荷载，取不上人屋面可变荷载标准值=0.5 kN/m 2，雪荷载标准值0.5 kN/m 2，所以

屋面可变荷载在柱顶产生的集中力标准值：

1111'1120.5624/236.036.00.05 1.8036.00.259.0k k k k k Q kN

M Q e kN m M Q e kN m

=??===?=?==?=?（侧受拉）

⑶吊车荷载本设计设有两台桥式吊车，中级工作制，额定起重量30/5t 和10t,其有关参数见表4.1

①吊车竖向荷载D maxk 、D mink 。吊车梁支座反力的影响线如图4.5所示。影响线的纵坐标：

y 1=1.0 y 2=(6-4.8)/6=0.2

y 3=(6-0.675-0.895)/6=0.738 y 4=(6-0.675-0.895-4.05)/6=0.06 则吊车竖向荷载（考虑两台吊车工作）：

[]

[][][]max 1max 122max 34min 1min 122min 34()()0.9290(1.00.2)123(0.7380.06)394.90()()0.970(1.00.2)22(0.7380.06)90.21k k D p y y p y y kN D p y y p y y kN

ββ=+++=??++?+==+++=??++?+=

当D maxk 作用于A 柱（作用位置同永久荷载G 3k ）时

M Ak = D maxk e 3=394.90×0.3=118.47kN ?m(外侧受拉) M Bk = D mink e 3=90.21×0.3=27.06kN ?m(外侧受拉)

当D maxk 作用于B 柱（作用位置同永久荷载G 3k ）时，同理，有对称性，与作用与A 柱时相反对称。M Bk =118.47kN ?m (外侧受拉),M Ak =27.06kN ?m(外侧受拉)。 ②吊车横向水平荷载（考虑两台吊车工作）T maxk 当吊车起重量Q=15t-50t 时， 1.0α=：

[][]111222max 112234()/40.1(300118)/410.45()/40.1(10034.6)/4 3.37()()0.910.45(1.00.2) 3.37(0.7380.06)13.52k T Q g kN T Q g kN

T T y y T y y kN

ααβ=+=?+==+=?+==+++=?++?+=其作用位置距离柱顶：4.22-1.2-0.2=2.82m

吊车横向荷载标准值作用下排架的计算简图如图4.7所示。

⑷风荷载由设计资料可知，该地区基本风压w 0=0.35kN/m 2,B 类地面粗糙度。单层厂房可不考虑风振系数，取 1.0z β=，风载体形系数s μ见图4.8。

①作用在柱上的均布荷载

柱高（从天然地面算起）：11.12m ，风压高度变化系数z μ：

11.1210

1(1.14 1.0) 1.0311510

z μ-=+

-=-

柱顶以下墙体承受的均布风荷载标准值：

110() 1.00.8 1.0310.356 1.73k k z s z q w B w B kN βμμ===????=（压力） 220() 1.0(0.5) 1.0310.356 1.08k k z s z q w B w B kN βμμ===?-???=-（吸力） ②作用在柱顶的集中风荷载。作用在柱顶的集中风荷载F wk 由四部分组成：柱顶至檐口竖直面上的风荷载、屋面上的风荷载水平分量、天窗架竖直面上的风荷载和天窗架顶面的风荷载水平分量。

檐口高（从天然地面算起，下同）： 13.42m z μ

=1.096

天窗架底高： 14.32m z μ=1.121 天窗架檐口高： 16.541m z μ=1.174 天窗架顶高： 17.582m z μ=1.197

0()14.68wk z is iz i F w BH kN βμμ==∑

风荷载标准值作用下排架的计算简图如图4.9所示。

5.4力计算

⑴永久荷载标准值作用下的力计算 ①柱顶反力

2213

311122

32221

1(1)3310.348(11/0.109) 2.22012210.348(1/0.1091)1(1)12.56 2.220 2.3012.1231310.3480.98112210.348(1/0.1091)1(1)53.510.981 4.3312.12

k k n C n

M R C kN

H C n

M R C kN

H V R λλλλ---?-==?=+-+-==?=--==?=+-+-==?===12 2.30 4.33 6.63R R kN

+=+= ②力

上柱顶端截面（0-0）：M 0k =-12.56kN ?m N 0k

=251.26kN

上柱底端截面（1-1）：M 1k =6.63?4.22-12.56=15.42kN ?m

N 1k =251.26+16.88=268.14kN

下柱上端截面（2-2）：M 2k =6.63?4.22-12.56-53.51=-38.09kN ?m

N 2k =268.14+45.10=313.24kN

下柱底端截面（3-3）：M 3k =6.63?12.12-12.56-53.51=14.29kN ?m

N 3k =313.24+37.03=350.27kN

永久荷载标准值作用下排架结构力图如图4.10所示。

⑵屋面可变荷载标准值作用下的力计算 ①柱顶反力

12111222122.220,0.981

1.8

2.2200.33012.129.00.9810.72812.12

0.3300.728 1.058k k C C M R C kN H M R C kN

H V R R R kN ===

=?===?===+=+= ②力

上柱顶端截面（0-0）：M 0k =-1.80kN ?m N 0k =36kN

上柱底端截面（1-1）：M 1k =1.058?4.22-1.80=2.66kN ?m

N 1k =36.0kN

下柱上端截面（2-2）：M 2k =1.058?4.22-1.80-9.0=-6.34kN ?m

N 2k =36.0kN

下柱底端截面（3-3）：M 3k =1.058?12.12-1.80-9.0=2.02kN ?

=36.0kN

⑶吊车竖向荷载标准值作用下的力计算

当D

maxk

作用于A柱时

222

0.981,0.981

118.47

0.9819.59()

12.12

27.06

0.981 2.19()

12.12

()/29.59(9.59 2.19)/2 5.89()

()/2 2.19(9.59 2.19)/2 5.89()

A B

A A

B B

A A A B

B B A B

C C

R C kN

V R R R kN

==?=←

==?=→

=--=--=←

=+-=+-=→

A柱 B柱

=0 N

=0 M

=0 N

=-5.89?4.22=-24.86kN?m M1k=5.89?4.22=24.86kN?m

=0 N

=-5.89?4.22+118.47=93.61kN?m M2k=5.89?4.22-27.06=-2.20kN?m

=394.90kN N

=90.21kN

=-5.89?12.12+118.47=47.08kN?m M3k=5.89?12.12-27.06=44.33kN?m

=394.90kN N

=90.21kN

吊车竖向荷载标准值作用下的排架结构力图如图4.12所示。

⑷吊车横向水平荷载标准值作用下的力计算

不考虑厂房的空间作用。T

max

至牛腿顶面距离为1.4m，至柱底（基础顶面）距离为1.4+7.9=9.3m。因为A、B柱相同，受力也相同，故水平位移相等，没有柱顶

水平剪力，因此A 柱力易知：M 1k =M 2k =13.52?1.4=18.93kN ?m

M 3k =13.52?9.3=125.74kN ?m

⑸风荷载标准值作用下力计算

441133*********(1)10.348(1)330.1090.312

11881(1)10.348(1)0.109

1.731

2.120.312 6.54()1.0812.120.312 4.08()6.54 4.0814.6825.3025.30/2 6.5Ak k Bk k Ak Bk wk Ak n C n R q HC kN R q HC kN R R R F kN V λλ+-+-==?=+-+-==??=←==??=←=++=++==-4 6.11()25.30/2 4.088.57()

Bk kN V kN =→=-=→

A 柱

B 柱

M 0k =0 M 0k =0

M 1k =1.73?4.222/2+6.11?4.22 M 1k =1.08?4.222/2+8.57?4.22 =41.19kN ?m =45.78kN ?m

M 2k =1.73?12.122/2+6.11?12.12 M 2k =1.08?12.122/2+8.57?12.12

=201.12kN ?m =183.19kN ?m

V 3k =1.73?12.12/2+6.11=27.08kN V 3k =1.08?12.12+8.57=21.66kN 风荷载标准值作用下的排架结构弯矩图如图4.14所示。

现将A 柱各种荷载作用下的力汇总与表4.2。

5.5柱的力组合（A柱）

⑴荷载作用效应的基本组合

1.2?永久荷载效应标准值+1.4?任一可变荷载效应标准值；

1.35?永久荷载效应标准值+1.4

ψ??任一可变荷载效应标准值；

1.2?永久荷载效应标准值+0.9?1.4?任意两个或两个以上可变荷载效应标准值之和；

⑵最不利力 +M

max 及相应的N、V；- M

max

及相应的N、V；N

max

及相应的M、V；

min

及相应的M、V。

⑶可变荷载的组合系数风荷载0.6，其他荷载取0.7。准永久值系数：风荷载取0，屋面可变荷载取0（不上人）或0.4（上人），吊车荷载取0。

A柱各截面力组合结果详见表4.3。

6.排架柱截面设计

6.1材料性能

C30混凝土，f

c =14.3N/mm2,f

=1.43N/mm2,

α=1.0；一类环境，保护层厚度20mm。

HRB400纵向钢筋，f

y =360N/mm2；HPB300箍筋，f

=270N/mm2。