混凝土课程设计

钢筋混凝土结构课程设计任务书（二）

钢筋混凝土结构单层厂房设计

结构工程专业

钢筋混凝土结构-2课程设计任务书

一、题目：钢筋混凝土单层厂房结构设计

二、目的与要求：了解单层厂房结构设计的全过程，培养单层厂房结构设计的工作

能力。要求：（1）、掌握单层厂房结构布置和结构选型的一般原则和方法；（2）、综合运用以往所学的力学及钢筋混凝土结构的知识，掌握排架内力分析方法以及构件截面设计方法；（3）、掌握单层厂房结构施工图的表达方法。

三、设计内容：1、完成计算书一份，内容包括：（1）设计资料；（2）结构布置与

选型；（3）排架内力分析及柱、基础的配筋计算。2、绘制施工图：（1）柱子模板图及配筋图；（2）基础平面布置图及配筋图。

四、设计资料：

1、厂房跨度24米，总长102米，中间设伸缩缝一道，柱距6米。

2、车间内设有两台软钩200／50kN中级工作制吊车，轨顶设计标高10.000

米。

3、建筑场地地质情况：地面下0.8米范围内为杂填土，杂填土下面3.5米内

为均匀粉土，其承载力标准值f k＝200kPa,地下水位为地面下4.50米，无

腐蚀性。

4、基本风压W0=0.4kN/m2; 基本雪压S0=0.35kN/m2。

5、屋面是不上人的钢筋混凝土屋面，屋面均布可变荷载标准值为0.7/m2。

6、建议采用材料：

（1）、柱：混凝土C30，纵向受力钢筋II级，箍筋I级。

（2）、基础：混凝土C30，I级钢筋。

7、选用的标准图集：

（1）、屋面板：G410（一）标准图集，预应力混凝土大型屋面板，板重标准值（包括灌缝在内）1.4KN/m2。

（2）、天沟板：G410（三）标准图集，JGB77-1天沟板，板重标准值2.02kN ／m。

（3）、屋架：G415（三）标准图集中预应力混凝土折线形屋架，屋架自重标准值106kN。

（4）、吊车梁：G323-1~2标准图集DLZ-4，梁高1200毫米，翼缘宽600毫米，腹板宽300毫米，梁自重标准值44.2kN/根，轨道及零件重1kN/米，轨道及

垫板高度200毫米。

8、建议采用的柱截面尺寸：上柱为矩形bxh=400x400mm,下柱为I形

b f=400mm，h=800mm，b=100mm，h f=150~170mm。

9、屋面做法：

防水层（0.4KN/平米）

20厚水泥砂浆找平层（0.4KN/平米）

屋面板

640

1

1

平面布置图

2400025280

640

10338060004406000600060006000440

600060006000

600060006000600060005006000600060006000

剖面图

结构计算书

一、 结构的计算

1、计算简图的确定

（1）计算上柱高及柱全高 根据上图及有关设计资料：

上柱高Hu=柱顶标高-轨顶标高+吊车梁高+轨道构造高=12.4-10.0+1.2+0.20=3.8m 全柱高H=柱顶标高-基顶标高=12.4-（-0.5）=12.9m 故下柱高H l =H-Hu=12.9-3.8=9.1m 上柱与全柱高的比值

（2）初步确定柱截面尺寸

根据表得参考数据，上柱采用矩形截面，b ×h=400mm ×400mm ，下柱选用I 形,b ×h ×f h =400mm ×800mm ×150mm （其余尺寸见图1），根据表中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

对于下柱截面高度，

有吊车

)(80075812

9100

12可以mm h mm H l =<== 无吊车时

)(80077425

255.13

可以m m h m m H =<=10?12.9?1.5= （3）上、下柱截面惯性矩与其比值 排架平面内

可以）

(40036425

910025

mm b mm H l =<==

295.09

.128

.3==

λ

上柱 49310133.240040012

1

mm I u ?=??=

下柱 4

1023

310438.13

2525525300212-45030012

1-800400121m m

I l ?=+????????=

）（

比值 148.010

438.110133.2109

=??==l u I I n 排架平面外：

上柱 4910133.2mm I u

?=

下柱

4

923310713.1)

315050(25300212100450121124001502m m I l ?=+????+??+??= 排架计算简图（几何尺寸及截面惯性矩）如图2所示

图 1 形截面尺寸

图 2 排架计算简图

2、荷载计算

（1）恒荷载 （а）房屋结构自重

预应力混凝土大型屋面板 268.14.12.1m KN =?

20mm 水泥沙浆找平层 248.04.02.1m KN =?

防水层 248.04.02.1m KN

=?

∑

=2

64.2m KN g 天沟板 KN 54.14602.22.1=??

屋架自重 KN 20.1271062.1=?

则作用于横向水平面排架一端柱顶的屋盖结构自重

(b)柱自重

KN G 22.2682

20

.12754.14224664.21=++??=mm

h e u 501502400

15021=-=-=

上柱 KN G 24.188.34.04.0252.12=????=

mm h h e u l 2002

4002800222=-=-=

下柱

KN

G 3.531.146.481

.1025.02)4.01.0(21.045.024.015.01.9252.13=?=???

?

????+?+?+?????=

03=e

（c ）吊车梁与轨道自重 KN G 24.60)612.44(2.14=?+?= （2）屋面活荷载

由《荷载规范》可知,屋面均匀活荷载标准值为0.7 KN/m 2

,大于该厂房所在地区的基本雪压S 0=0.35 KN/m 2，

,故屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为 Q 1=1.4×0.7×6×12=70.56KN

e 1=50mm

（3）吊车荷载

由电动双钩桥式吊车数据查得

P max..K =215KN. P min.k =45KN, B=5500mm. k=4400mm G 2.K =75KN

根据B 与K 及反力影响线，可算得与各轮对应的反力影响线竖标（图3），于是可求的作用与上柱的吊车垂直荷载

∑=+++???==KN

y P D i k Q 04.587)083.0817.0267.00.1(2154.19.09.0.max max γ

KN D P P D 87.12204.587215

45

max max min min =?=

=

mm h e l 3502

800

75027504=-=-

=

图 3

计算简图

作用于每个轮子上的吊车水平制动设计值

KN Q T K k c G Q 25.9)2.1754.1200(4

1

.0)G (4

.2.=?+?=

+=

γγα

则作用于排架上的吊车水平荷载，按比例关系由 求得T max

KN D P T T k Q 04.1804.5874

.121525

.9max .max max =??==

γ

其作用点到柱顶的垂直距离 m h H y e u 6.22.18.3=-=-=

684.08

.36

.2==u H y （4）风荷载

**地区的基本风压,4.020m KN w =对于大城市市郊，风压高度变化系数z μ 按B 类地区

考虑，风压高

考虑，高度的取值，对21,q q 按柱顶标高12.4m

度变化系数按柱顶离室外地坪高度12.4+0.15=12.55m 。查表10—4得;07.1=z μ对w F 按檐口室外地坪高度12.55+1.9=14.45m 考虑，查表得z μ=1.1。风荷载体型系数z μ的分布图4所示。故集中风荷载w F 为

KN

B

h h F z w Q 66.864.012.1)69.11.0-9.13.1(4.1)1.0-3.1(021=??????==ωμγ

.26.1=z μz

μ

风向

图 4

风荷载体型系数

m

KN q m

KN q z s B z s Q Q 80.164.007.15.04.188.264.007.18.04.1022011=????=B ==????==ωμμγωμμγ

排架受荷总图如图5所示。

图 5 作用于排架上的荷载

3、内力计算

（1）恒荷载作用下

如前所述，根据恒荷载的对称性和考虑施工过程中的实际受力情况，可将图2.112中的恒载

的作用简化为图6 a 、b 、c 所示的计算简图。

（a ） 在G1作用下

)

(64.532.022.268)

(41.135.022.26821121111m KN e G M m KN e G M ?=?==?=?==

已知n=0.148，λ=0.295，由查表所得公式

4

21G G G 及、

（）的作用；（）

的作用；（）的作用；（）图（

·）（）图（）

图 6 恒荷载作用下的内力

故在M 11作用下不动铰支承的柱顶反力

96.11148.01295.01148.011295.01231111112332321

=?

?

?

??-+?

?? ??--?=??? ??-+??? ??--?=n n C λλ )(04.29

.1241.1396.12111

11→-=?-=-=KN H M C R 由附表中的公式

19

.11148.01295.01295

.012311112

3

32

32

2

=?

?

?

??-+-?=??? ??-+-?=

n C λλ

故在M 12作用下不动铰支承的柱顶反力

)(95.49

.1264

.5319.12122

12→-=?-=-=KN H M C R 因此，在M 11和M 12共同作用下（即在G1作用下）不动铰支承的柱顶反力

()→-=--=+=kN R R R 99.695.404.212

11

1

相应的弯矩图如图6 a 所示

(b)在G2的作用下 M kN e G M ?=?==65.32.024.182222

)(34.09

.1265

.319.12222

2→-=?-=-=KN H M C R 相应的弯矩图如图6 b 所示。

(c)在G4的作用下

M kN e G M ?-=?=-=42.2135.02.614

4

44

)(94.19

.1208

.21-19.12442

4←=?-=-=KN H M C R

()→-=?-=-

=?kN R G Q R Q 84.122

.26856.7099.61

2

1

1

相应的弯矩图如图6 c 所示。将图6 a 、b 、c 的弯矩图叠加，得在G1、G2、G4共同作用下的恒荷载弯矩图6 d ,相应的轴力N 图如图6 e 所示。

（2）屋面活荷载作用下

m KN e Q Q ?=?=?=53.305.056.70M 1111

m KN e Q Q ?=?=?=11.142.056.70M 2212

对于单跨排架，Q 与G 一样为对称荷载，且作用位置相同，仅数值大小不同。故由G 的内力图按比例可求得Q 的内力图。如：柱顶不动铰支承反力

相应的M 图如图7 a ,b 所示。

图 7 屋面活荷载作用下的内力图 （）的作用；（）图（）

（3）吊车荷载（考虑厂房整体空间工作）

厂房总长102m ，中间设一道伸缩缝，跨度为24m ，吊车起重量为20t ，由表2.13可查得无 檩屋盖的单跨厂房空间作用分配系数μ=0.9 （a ）吊车垂直荷载作用下

max D 作用在A 柱的情况

图15中吊车垂直荷载作用下的内力，可按如图8所示的简图进行计算。因此，A 、B 柱顶剪力按图8 a 所示简图推导的下列公式进行计算：

()[]

2

2

min max max 25.0H C M M V D D A μμ+-?-= ()[]9

.1219

.135.087.1229.03.004.5879.025.0???+??-?-= =-12.21KN （绕杆端反时针转）

()[]

2

2

min max max 25.0H C M M V D D B μμ-+?= =()[]9

.1219

.135.087.1229.0235.004.5879.05.0??-+??? =10.71KN

(绕杆端顺时针转为正)相应的弯矩如图8 b 所示。

图 8 吊车垂直荷载作用下的内力图

min D 在A 柱的情况：

由于结构对称，故只需将A 柱与B 柱的内力对换，并注意内力变号即可。

（b ）吊车水平荷载作用下

min T 从左向右作用在A 、B 柱的情况（图5中吊车水平荷载作用下）的内力，可按如图9 a 所示简图推导的下列公式计算：

TA T = TB V = max 5)1(T C μ--

由式中5C 可按附录的公式计算： 当y=0.6l H 时，由附表中的公式

=?

????

???? ??-?+?

??

??-?+?-=????????? ??-+??? ??-+-=

1148.01295.0122.0148.0416.0295.0295.08.1211122.0416.08.1233335n n C λλλ0.67 当y=0.7l H 时，由附表中的公式

62.01148.01295.0121.0148.0243.0295.0295.01.2211121.0243.01.2233335=?

????

???? ??-?+??

??

??+?+?-=????????? ??-+??? ??++-=n n C λλλ 当y=0.684l H 时，用内插法求得

()628.01

.0084.062.067.067.05

=?--

=G

()()()←-=??--=--==kN T C T V TB

TA

13.104.18628.09.011max

5

μ

相应的弯矩图如图9 a 所示。

图 9 吊车水平荷载作用下的弯矩图

Tmax 从右向左作用在A ，B 柱的情况：

在这种情况下，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反（图9 b ）。

（4）风荷载

（a ） 风从左向右吹（图10 a ）

先求柱顶反力系数11C ，当风荷载沿柱高均匀分布时，由附表中的公式

34.01148.01295.011148.01295.018311111183343411

=?

?

? ??-+???

??-+?=??? ??-+??? ??-+?=n n C λλ 对于单跨排架，A ，B 柱顶剪力

()[]()[]()

→=-??-=--=kN q q H C F V w

A

96.18.188.29.1234.066.85.05.02

1

2

11

()[]()[]()→=-??+=-+=kN q q H C F V w

B

70.68.188.29.1234.066.85.05.02

1

2

11

（b ）风从右向左吹（10 b ）

在这种情况下，荷载方向相反，弯矩图的方向与风从左向右吹的方向相反（图10 b ）

4、最不利内力组合

由于结构对称，只需对A （或B ）柱进行最不利内力组合，其步骤如下：

① 确定需要单独考虑的荷载项目。本设计为不考虑地震作用的单跨排架，共有八种需单独考虑的荷载项目，由于小轮无论向右或向左运行中刹车时，A ，B 柱在Tmax 的作用下，其内力大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。因此，单独考虑的荷载项目共七项。

②将各种荷载作用下设计控制截面（1-1，2-2，3-3）的内力M ，N （3-3截面还有剪力V ）填入组合表（附表Ⅰ）。填表时要注意有关内力符号的规定。

图 10 风荷载作用下的内力简图

(b)右风

(a)左风

A

B

q 2=1。8K N /m

q 2=1。8K N /m

B A

排架柱全部内力组合计算结果见附表Ⅰ。

5、排架柱设计

（1）柱截面配筋计算

（a ）最不利内力组合的选用

由于截面3-3的弯矩和轴向力设计值均比截面2-2的大，故下柱配筋由截面3-3的最不利内力组合确定，而上柱配筋由截面1-1的最不利内力组合确定。经比较，用于上，下柱截面配筋计算的最不利内力组合列入表1。

(b)确定柱在排架方向的初始偏心距i e 、计算厂0l 及偏心距增大系数 （表1）

表1. 柱在排架方向i e 、0l 、η 表中：①0e =M/N ②a i e e e +=0；

③a e 取20mm 和h/30的较大值； ④0.10.1,5.0111=>=ζζζ时，取N

A f c ；

⑤0.115,01.015.12002=<-=ζζ时，h l h l ，考虑吊车荷载0l =2.0u H （上柱）， 0l =1.0l H （下柱），

不考虑吊车荷载0l =1.5H ；

⑥,14001121200?????

?

????????

?

??+=ζζηh l h e i

（C ）柱在排架平面内的配筋计算（表2）

表中：①η、i e 见表2； ②s h i a e e -+=2η； ③x ,上柱,5720

3.1414001N

N f b N x c =??==

α下柱 当c f f f h b N 1''α≤时，5720

1'N

f b N x c

f =

=

α； 当c

f f f h

b N 1

''α>时，()

[]()[]4741430

43

.1110043.1115810040011''

-=

????--=--=

N

N f b f h b b

N x c

c

f f

αα； ④,'s s A A 、上柱 0h x b ξ<, ()

99000

257202e 0'

00'?

?? ??

--=-??? ??--==x h x Ne h f f x h bx N A A s y c s s αα; 下柱当'

'2f s h x ≤≤α时（取=='

s s αα35mm ）,

()

219000

2572020'010''?

?? ??

--=

-??? ??--==x h x Ne h f f x h x b Ne A A s y c f S s αα 当'

0f b h x h >>ξ时

()

()

219000

2765143046498452022h '010'0'''????????? ??-+-=

-??????????? ??-+???? ??---==x x Ne h f f x h bx h h b b Ne A A s y c f f f S s αα； 上柱或下柱 当'

2s

x α<时，()

()353000''

0''-=-==h Ne h f Ne A A s

y S

s α，'

'2s i h e e αη+-= （d ）柱在排架平面外承载力计算

查附表Ⅰ上柱max N =349.96kN ，当考虑吊车荷载时，按表12-4。

0l =1.5H u =1.5×3800=5700mm,0l /b=5700/400=14.25, 查《混凝土规范》知?=0.91，As=As ′

=763mm 2

可以）(96.34968.2498)7633002400

4003.14(91.0)2(

max

'

KN KN N A f A f N s

y

c

c

u =>=??+???=+=?查附表Ⅰ下柱

KN N

04.992max

=，当考虑吊车荷载时，查表12-4

9.9298

9100

98965110775.110713.11775002

150

)500450(2800400,

10713.1,91000.10

5

9

2490==

==

??==

=?+?-?=?==

==i

m m

A

i m m A m m I m m H l

I

I

l l

l

查《混凝土规范》，,1256,583.02

'mm A

A s

s ===?故

可以）

(04.9921919)125630021775003.14(583.0max KN KN N N

u

=>=??+??=（2）裂缝宽度验算截面

1-1截面，当Ｍ＝84.92ＫＮ·ｍ，Ｎ＝286.46ＫＮ，相应的

,2960

mm e

=55.081.0365

296

0>==

h

e ，故应作裂缝宽度验算。 由内力组合表可知，验算裂缝宽度的荷载标准组合值

82.594

.199.912.107.7-=-=M

k

KN ·m KN N

k

72.2382

.146

.286==

m N

M e k

k 251.072

.23882

.590==

=

01

.001

.000954.04004005.0763

te =<=??=

=

ρρ

故A

A et

s

te

m m h e a e

h l e s s

s

449352

400

25113.1213.1365

251

40001

1040001

10

2

2

04007600=-+?=-+

=

=?+

=+

=??? ??ηη

）（

则纵向受拉钢筋

A s

合力点至受压区合力作用点间的距离为

m m

z h f 28936544936512.087.0e h )1(12.087.020

20'=???

????

?-=??????--=）（）（γ

纵向受拉钢筋

A s

的应力

()()mm A N N z

z e s

k

sk

2

173289763289449238720=?-?=-=

σ

裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数 345.0173

01.001

.265.01.165

.01.1=??-

=-

=σ

ρψsk

te

tk f

故最大裂缝开展宽度为

满足要求）

(3.012.001.01808.0259.1100.2173345.01.208

.09.15max

m m m m c te d E eq s sk cr <=??? ???+?????=???

? ??+=ρψσαω

3-3截面，当Ｍ＝284.82ＫＮ·ｍ，Ｎ＝400.2ＫＮ，相应的

,7120

mm e

=55.093.0765

712

0>==

h

e ，故应作裂缝宽度验算。 由内力组合表可知，验算裂缝宽度的荷载标准组合值

81.2054

.191.2642.191.19=+=M

k

KN ·m KN N

k

5.3332

.120

.400==

[]

014

.05.025300150)100400(8001005.01256

617.05

.33382

.2050=??+?-+??=

====

A

A

N M e et

s

te

k k

m

ρm m h e a e

h l h

e s s

s

1093352

800

61718.1218

.1765

40001

1040001

10

2

2

080019350=-+?=-+=

=?+

=+

=???

????? ??ηη

则纵向受拉钢筋

A s

合力点至受压区合力作用点间的距离为

()m m z h e h f 647765765100150100400112.087.00)1(12.087.010937652

02

'=??

??

?

??????? ????--?-=???

??

?????--=??? ??）（γ

纵向受拉钢筋

A s

的应力

()()mm A N N z

z e s

k

sk

2

18364712566471093333500=?-?=-=

σ