单层单跨厂房排架结构设计

单层单跨厂房排架结构 钢筋混凝土课程设计任务书 设计题目： 设计期限： 实用专业： 学生班级： 学生姓名： 学号： 厂装配车间 二周 建筑 武汉科技大学城市建设学院 2010年12月 - 1 - **** 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：q?0.5KN/M2,不考虑积灰荷载，雪荷载q?0.25KN/M2 2基本风压: W0?0.40KN/M2 3屋面做法 三毡四油：0.35KN/M2 20mm水泥砂浆找平层0.4KN/M2 合计g1k? 屋面活荷载：q?0.5KN/M2 屋面板采用G410图集1.5?1.6m预应力混泥土屋面板（卷材防水） 允许外荷载：2.5KN/M2 2 （板自重：g2k?1.40KN/M 灌缝重：g3k?0.1KN/M2?g?0.75KN/M 2）大型屋面板（包括填缝 1.50KN/M 2 屋架：屋架自 厂房跨度 2重g4k?1KN3/M32 则G1k?(g1k?g2k?g3k)?柱距??g4k?0.5?248.75KN 24采用370mm厚烧结粘土空心砖（重度8KN/M）吊车梁以上设高侧窗，洞口尺寸为 4.2?1.8m，吊车梁以下设低侧窗，洞口尺寸宽?高4.2?4m，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47.5KN/根 轨道及联结重量1.5KN/M 桥跨：Lk?25.5m 桥宽：B?6400m 轮距：K?5250mm 小车重：g?74KN - 2 - 最大轮压：Pmax?195KN 最小轮压：Pmin?60KN 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：10m?Hk?12m，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：400?400（mm） 下柱：400?800mm 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G1k?248.75KN 荷载设计值：G1A?1.2?248.75?298.5KN B柱自重 A、 B柱：上柱：g2k/?25?0.42?4KN/M g3k/?25?0.4?0.8?8KN/M 则：G2A?1.2?4?4?19.2KN G3A?1.2?8?9?86.4KN C吊车梁自重：G4A?1.2?(47.5?1.5?6)?67.8KN 永久荷载作用如图： - 3 - 下柱： ⑵可变荷载 屋面活荷载q?0.5KN/M2,不考虑积灰荷载，雪荷载q?0.25KN/M2,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：Q1?1.4?0.5?6?13.5?56.7KN 可变荷载作用如图： ⑶吊车荷载 已知Lk?25.5m B?6400mm K?5250mm Pmax?195KN Pmin?60KN 则：查表知??0.9 ??0.1 Dmax,k??Pmax,k?yi?0.9?195?(0.808?1?0.125)?339.24KN Dmin,k??Pmin,k?yi?0.9?60?(0.808?1?0.125)?104.11KN Dmax??QDmax,k?474.94KN Dmin??QDmin?145.75KN Tmax,k? ⑷风荷载 2 由已知条件可知：基本风压W0?0.40KN/M，风压高度变化系数按B类地面（城市郊14??(G2,k?G3,k)?14?0.1?0.9?(74?150)?5.04KN - 4 - 区） Wk??0?s?zw0 其中：?0为1.0 由《建筑结构荷载》B类地面查10m处?z?1.0 15m处?z?1.14 20m处?z?1.25 中间值按插值法求得，因此可得： 柱顶：H=13m 则?z?1.084 檐口：H=15.1 则?z?1.142 屋顶：H=17.35 则?z?1.192 风荷载体形系数如下： 2风荷载标准值：W1k??s1?zw0?0.8?1.084?0.4?0.347KN/M 2 W2k??s2?zw0?0.4?1.084?0.4?0.173KN/M 作用在排架上的风荷载为： q1??QW1kB?1.4?0.347?6?2.91KN/M q2??QW2kB?1.4?0.173?6?1.45KN/M 作用在柱顶的集中荷载FW 即将柱顶以上风荷载算作集中力作用柱顶，?z按房屋檐口标高Z=15.1m处计?z?1.142 FW?1.4??2.1?(0.8?0.5)?1.5?(?0.6?0.5)??1.142?0.4?6?9.90KN/M 风荷载作用示意图如下： - 5 - 3内力计算： 刚度：A、B柱：Iu? Il? 112112bhbh 3 ?? 112112 ?0.4?0.4?21.33?10 3 3?4 m ?4 4 3 ?0.4?0.8?170.67?10m 4 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： M1?G1A?(0.5?0.4?0.15)?298.5?0.05?14.925KN·M M 2 ??G4A?(0.75?0.4)?(G1A?G2A)?0.2??67.8?0.35?(298.5?19.2)? 0.2?39.81KN·M IuIl ?21.33170.67 ?0.125 ?? A、 B柱：n? HuH ? 413 ?0.308 12 1??（1?) n?2.07 由C1?1.5 13 1??(?1) n ?1.13 C3?1.513 1??(?1) n 1?? 2 R1? M1H C1? 14.92513 ?2.07?2.38KN R2? MH 2 C3? 39.8113 ?1.13?3.46KN V?R1?R2?5.84KN（←） - 6 - 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 M1?Q1（·12?0.4?0.15）?56.7?0.05?2.835KN·M M1?Q1·0.2?56.7?0.2?11.34KN·M 查表得C1?2.07 C3?1.13 M1 H M H2.83513 R1?C1??2.07?0.45KN R2?2C3?11.3413?1.13?0.99KN - 7 - V?R1?R2?1.44KN（←） Ⅲ吊车竖向荷载： Dmax??QDmax,k?474.94KN Dmin??QDmin?145.75KN 当Dmax作用在A柱，Dmin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; - 8 - M2A?474.94?0.35?166.229KN M Iu Il21.33170.672B?51.01KN A、 B柱：n???0.125 ??HuH?413?0.308 C3?1.13 R2A??M2AH 2BC3?166.22913?1.13??14.45KN（→） R2B?MHC3?51.0113?1.13?4.43KN（←） R?R2A?R2B??10.02KN（←） 由于A、B柱 剪力分配系数?A??B?0.5 各柱上的剪力分配值： 、 VA?VA?R2A?5.01?14.45??9.44KN（→） VB?VB、?R2B?5.01?4.43?9.44KN（←） 在吊车竖向荷载作用下的内力图如下： 当Dmin作用在A柱，Dmax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： - 9 - 内力图： Ⅳ水平刹车力作用下 水平刹车力：Tmax?1.4?5.04?7.056KN作用于牛腿顶面1.4米处，当刹车力向右时，作用见图如下 - 10 - 内力图如下 由于Fn同向作用在A、B柱上，因此排架的横向内力为零，剪力V?7.056KN 刹车力向左时排架的受力简图 和内力图如下 - 11 - 同理得当 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：n?Iu Il?21.33170.67?0.125 ??HuH?413?0.308 C11??413?1??（?1)?n????0.331 1??38?1??(?1)?n?? 1 2 1 2(q1?q2)?12?(2.91?1.45)?13?0.331?3.14KN RA1?RA2?FW?0.5?9.9?4.45KN R?RA1?RA2?3.14?4.45?7.59KN M?(FW?R)x?12q1x V?(FW?R)?q1x 2 VA?40.14KN VB?11.26KN 在风荷载作用下的内力图 - 12 - 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： - 13 - - 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Nb为： 上柱：Nb??1fcb?bh0?1?14.3?400?0.55?360?1132.56KN 下柱：Nb??1fcb?bh0?1?14.3?400?0.55?760?2390.96KN 经比较A柱的所有N<Nb,所以A柱组合后的内力值均为大偏心受压，对大偏心受压， 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? M?M?40.34KN·N?N?368.73KN· ②? M?M??53.45KN·N?N?317.7KN· MM?M?378.81KN·?M??221.32KN· ?? N ②?N?603.08KN·N Ⅲ-Ⅲ①?N?950.38KN· ?V?41.12KN?V?1.13KN?? 截面纵向配筋计算表： - 17 - 即上柱：422 下柱：422 3箍筋的配置 因柱底剪力较小：Vmax?41.12KN 若剪跨比?=3 则; 1.75 1.75 ??13?1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 ftbh0? ?1.43?400?760?190.19KN 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 - 18 - 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C1?80mm， 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; Fv?Dmax?GA4?474.94?67.8?542.74KN Fvk?Dmax,k?GA4,k?339.24?56.5?395.74KN 牛腿顶部按荷载标准组合计算水平拉力值; Fhk?0.9Tk?0.9?5.04?4.536KN Fh??0.9?7.506?6.35KN 牛腿截面有效高度： h0?h?as?700?40?760mm 竖向力Fvk作用点位于下柱截面内，a=0 ?(1?0.5Fhk Fvk)ftkbh00.5?a h0?0.65?2.01?400?6600.5?0?685.88KN?Fvk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 0.75Afc?0.75?400?340?14.3?1458.6KN?Fvk，满足要求 牛腿纵向受压钢筋的计算 因为a?0.3h0，取a?0.3h0?0.3?660?198mm As?Fv·a0.85fyh0Fhfy325.86?198?103603?1.2??340.64mm 取416,804mm2 ft fv?0.45?1.43360?0.18% 取0.2% ?max?0.45 As bh 0.2%<?804 400?700?0.287%?0.6% - 19 - 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：g1?1.5?(1.6?10 g3?1.5?(6.4?10?1)?25?6KN/M 牛腿：g2?1.5?(0.24?1)?25?9KN/M )?25?24KN/M ?1 内力分析 M1?M212g1L1?212?6?422?48KN·M 2?12g（L1?L2)?(g2?g1)L21 ?1 2 22?12?6?(4?0.7)?212?(9?6)?0.72?67KN·M由RAL3?M RA? 所以M32g3L3?0得： L3?2212g3L3?M12122?24?9?2679?89.76KN ?RAx?g3x， 令RA?g3x?0 得柱下最大弯矩发生在： x?RA g3 3?89.7624?3.74米处 12 则M?89.76?3.74??24?3.742?167.85KN·M 上柱吊装验算： ,2 上柱配筋： As?As?760mm 受弯承载力验算： Mu?fyAs(h0?as)?360?760?(360?40)?10,,,?6?87.55KN> ?oM1?G?0.9?48?1.2?51.84KN·M满足要求。 - 20 - 裂缝宽度验算： 从弯矩图上可以看出，只需对上柱M2处的裂缝宽度进行验算即可。 ??Mk sk0.87hoAs?67?1060.87?360?760?140.725N/mm 2 ?te?As0.5bh?1251 0.5?400?400?0.0156 ?sk?1.1?0.65?2.01(0.0156?140.725)?0.5 ??1.1?0.656ftk?te· wmax??cr??skEs(1.9c?0.08deq?te)?2.1?0.5?140.7252?105?(1.9?30?0.08?220.0156) ?0.153mm?wmin?0.3mm 满足要求 ,2下柱验算：As?As?1251mm 受弯承载力验算 Mu?360?1251?(760?40)?324.26KN·M??oM3?G?0.9?167.85?1.2?181.28KN(裂缝不需要验算) - 21 - 柱的配筋图： 基础设计： M顺时针M逆时针?M?378.81KN·?M??221.32KN· ??NN①?N?950.38KN· ②?N?603.08KN· ?V?41.12KN?V?1.13KN?? 由基础梁传至基础顶面的外墙重量的设计值为Gw（370mm厚墙容重取为8KN/M2） Gw?1.2??16.1?6?(1.8?4)?4.2??8?693.5KN 确定基础尺寸； 柱插入深h?0.9h?0.9?800?720mm 取h1?800mm 杯底厚度a1?200mm 选a1?250mm 杯口底垫层为50mm，则基础的高度即为 1100mm，由于杯壁厚度t?300mm，且大于基础梁宽，取t?375mm。 基础底面尺寸 地基承载力设计值按下式计算 f?fk??b?(b?3)??d?o(d?0.5)并由表查的?d?1.0 ?b?0，取土平均自重?0?20KN/M，则得 f?280?1?20?(1.1?0.5)?292KN/M32 由Nmax的一组荷载，按轴压基础初估其底面尺寸 A1?Nf??oH?950.38?693.5292?20?1.1?6.088m 2 因该基础为偏心受压，故取A?1.3A?1.3?6.088?7.92m 底面选为矩形a?b?3.8?2.8?10.64m。则基础底面的W?I?1 12ba32216ba2?16?2.8?3.82?6.739m，3?1 12?2.8?3.8?12.8m 34 基础及其上填土重G?1.2?oabH?1.2?20?2.8?3.8?1.1?251.328KN - 22 - 地基承载力验算： 作用于基础底面的力矩及轴力设计值： 第一组荷载： Mb?M1?V1h?Gwe?378.81?41.12?1.2?693.5?(0.185?0.4)?833.85KN·M Nb?N1?G?Gw?950.38?251.328?693.5?1895.21KN 第二组荷载： - 23 - M b ?M 2 ?V2h?Gwe?221.32?603.08?1.1?693.5?(0.185?0.4)?479.01KN·M （顺时针） Nb?N2?G?Gw?603.08?251.328?693.5?1547.91KN 验算基地应力： max 计算：pmin? NbA ? Mbw ；且满足：pmax?1.2f?1.2?292?350.4KN/M2 2 ； 12 (pmax?pmin)?f?292KN/M及pmin?0 由前：A?a?b?3.8?2.8?10.64 3 W?6.739m 按上式计算公式的计算结果列于下表： 基础受冲切承载力验算 M 按第一组荷载验算（因改组荷载产生的基础底边净反力为最大）。此时，Nb?G?1895.21?251.328?1641.88KN；则基础底边净反力为： max b ?833.85KN， pmin? Nb?GA ? MW b ? 1641.883.8?2.8 ? 833.85 ?278.042 ?154.31?123.73??KN/M 6.739?30.61 柱边冲切面承载力验算： 因Nb?2.8m?bt?2ho?0.4?2?1.16?2.72m 则A?( a2?at2 ?ho)b?( b2?bt2 ?ho)?( 2 3.82 ? 0.82 ?1.055)?2.8?( 2.82 ? 0.42 ?1.055)?1.225m 22 冲切荷载设计值： A?278.04?1.225?340.6KN FL?pmax· 2 （bt?ho)ho?(0.4?1.055)?1.055?1.535m 冲切投影面积：A1? 抗冲切承载能力： 0.6ftA1?0.6?1.27?1.535?10 3 ?116.67KN?Fl?340.6KN 故抗冲切承载力满足 - 24 - 变阶处冲切承载力验算： 此时冲切破坏面与柱边破坏边重合，故可不验算 基础底边净反力计算公式同前： psmin?smaxNb?GA?Mb w,ps??psmin?(psmax?psmin)? 2.8 3.81.9?0.453.8 ps??psmin?(psmax?psmin)? 2各组荷载作用下的结果列于下表，以上公式中A?1.3A?1.3?6.088?7.92m，ps?及ps?见下图 基础长边方向配筋 取以上二组荷载中(psmax?ps?)max来计算M? - 25 - M ? ? 148 2 148 2 (psmax?ps?)(a?at)(2b?bt)? ?462.03?3?(2?2.8?0.4)?519.78KN·M 取以上两组荷载中(psmax?ps?)max来计算M M ? ? 则此时取第一组荷载值为 ? 148 (psmax?ps?)(a?at)(2b?bt)? 2 148 ?491.34?（3.8?0.8?0.45?2）?(2?2.8?0.4?0.45?2) ?5311.48KN·M 那么相应于Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ截面配筋 As?? M?0.9fyh01 M ? ? 519.78?10 6 0.9?300?1055 311.48?10 6 ?1825mm 2 As?? 0.9fyh02 ? 0.9?300?1055 ?1907mm 2 则钢筋选为:1614(14@183) As?2463mm 2 基础短边方向配筋 取以上两组荷载中(psmax?psmin)max来计算M M Ⅲ Ⅲ 、M Ⅳ ? 148 (psmax?psmin)(b?bt)(2a?at)? 2 148 ?309?(2.8?0.4)?(2?3.8?0.8)?310.46KN·M 2 M Ⅳ ? 148 (psmax?psmin)(b?b1)(2a?a1)? 2 148 ?309?(2.8?0.4?0.45?2)?(2?3.8?0.8?0.45?2) 2 ?134.7KN·M - 26 - 那么，相应于Ⅲ-Ⅲ和Ⅳ-Ⅳ截面的配筋为 AsⅢ?MⅢ0.9fy(h01?d) MⅣ 0.9fy(h02?d)?310.46?1060.9?300?(1055?14)134.7?106?1105mm 2 AsⅣ??0.9?300?(595?14)?859mm 2 则钢筋选为：2318（8@170），As?1156.9mm2 - 27 -