28单层厂房结构课程设计实例

单层厂房结构课程设计钢筋混凝土结构课程设计任务书一、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fk＝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，II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bf=400mm，h=800mm，b=100mm，hf=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1.结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在15~36m之间，且柱顶标高大于8m，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线型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。由图2-54可知柱顶标高为9.6m，牛腿顶面标高为6m；设室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H，下柱高度Hl，和上柱高度Hu分别为：10.7m0.5mm2.10H6.5m0.5mm6lHm2.4.5m6m7.10uHBC+12.800-0.150+9.600+7.200±0.000+11.750+6.000图2-54厂房剖面图根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表2-22。表2-22柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面尺寸/mm面积/2mm惯性矩/4mm自重/kN/mA，C上柱矩4004001.610521.31084.0下柱I4009001001501.875105195.381084.69B上柱矩4006002.4105721086.0下柱I40010001001501.975105256.341084.94本设计仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2-55所示。1BC1800180060060060060060060060060060060024365789121110EA=EA=1010036009001000B柱A柱图2-55计算单元和计算简图2.荷载计算1.恒载⑴屋盖恒载2kN/m35.0二毡三油防水层绿豆砂浆保护层20厚水泥砂浆找平层230.40kN/mm02.0kN/m20280厚泡沫混凝土保温层230.64kN/mm08.0kN/m8预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）2kN/m4.1屋盖钢支撑2kN/m05.0总计2kN/m84.2屋架重力荷载为60.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为：.33kN22060.5/2kN)18/2m6mkN/m84.2(2.11G(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值：.8kN586m)0.8kN/mkN2.44(2.13G(3)柱自重重力荷载设计值A、C柱:上柱：17.28kN3.6mkN/m0.42.14C4AGG下柱:36.58kN6.5mkN/m69.42.15C5AGGB柱:上柱:25.92kN3.6mkN/m0.62.14BG下柱:38.53kN6.5mkN/m94.42.15BG各项恒载作用位置如图2-56所示。图2-56荷载作用位置图（单位：kN）2.屋面活荷载屋面活荷载标准值为20.5kN/m，雪荷载标准值为20.4kN/m，后者小于前者，故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：.8kN3718/2m6mkN/m5.04.121Q1Q的作用位置与1G作用位置相同，如图2-56所示。3.风荷载风荷载的标准值按0szzkww计算，其中20kN/m5.0w,0.1z,z根据厂房各部分标高(图2-54)及B类地面粗糙度确定如下：柱顶(标高9.6m)000.1z檐口(标高11.75m)049.1z屋顶(标高12.80m)078.1zs如图2-57所示，则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：220s1zzk/4.00.5kN/m1.00.81.0mkNww220s2zz2k/2.00.5kN/m1.00.41.0mkNwwBC-0.6-0.5+0.8-0.4-0.4-0.4BCq1Fwq2图2-57风荷载体型系数及计算简图则作用于排架计算简图(图2-57)上的风荷载设计值为:kN/m36.3m0.6kN/m4.04.121qkN/m68.1m0.6kN/m2.04.122qBhhFss0zzzs4s31z21Qw])()[(m05.1078.10.50.6-m15.2049.14.08.04.1m0.6kN/m5.00.12kN89.104.吊车荷载由表2-16可得t5/20吊车的参数为：m2.5B，4.0mK，kN6.68g，kN200Q，kN174maxP,kN5.37minP,根据m2.5B及K可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值如图2-58所示。(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为：kN998.5510.3330.1330.81kN1744.1imaxQmaxyPDkN965.1180.3330.1330.81kN5.374.1iminQminyPD(2)吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为：kN715.6)68.6kNkN200(1.041)(41gQaT作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：21.30kN2.15kN715.64.1iQmaxyTT6m1200Fpmax0.80.1334000Fpmax0.3331.06m4000Fpmax=174KNFpmax图2-58吊车荷载作用下支座反力影响线3.排架内力分析该厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。其中柱的剪力分配系数i计算，见表2-23。表2-23柱剪力分配系数柱别lIInuHHu)]11(1[330nClEICH03iii11A、C柱109.0n356.0192.20CE/10406.28CA277.0CAB柱281.0n356.0690.20CE/10494.18B446.0BkN33.22011GG;76.08kN17.28kNkN8.58432AGGGkN58.3653AGG;.66kN440kN33.2202214GGkN53.3856BGG;143.52kN58.8kN2kN92.252345GGGBm11.02kNm05.0kN33.220111eGM330412)(eGeGGMAm41.76kN0.3m58.8kN-0.25m17.28)kN33.220(由于图2-59a所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力iR可根据相应公式计算。对于A，C柱109.0n，356.0则：)(39.6CR231.211111123321nnC957.0111123323nCkN39.610.1m0.957m41.76kN2.231mkN02.112211CHMCHMRA本例中0BR。求得iR后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图2-59b、c。图2-59d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。11.76B11.98C11.0229.786.396.3911.7611.9829.7811.02296.41C332.99B440.66237.61220.33296.41237.61220.33332.99466.58584.18+++CBM1G1M2G2G3G4G5G6G1M1M2G2G3+M+M+V+V+N+N图2-59恒载作用下排架内力图2．屋面活荷载作用下排架内力分析(1)AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图2-60a所示，其中kN8.371Q，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：mkN89.10.05mkN8.371AMmkN45.90.25mkN8.372AMmkN67.50.15mkN8.371BM对于A柱，231.21C，957.03C,则kN31.110.1m0.957m9.45kN2.231mkN89.112A11AACHMCHMR对于B柱281.0n,356.0，则781.111111123321nnCkN00.110.11.781mkN67.511BBCHMR)(2.31kN1.00kNkN31.1BARRR将R反作用于柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与相应的柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即)(0.67kNkN31.2277.0kN31.1AAARRV)(0.03kNkN31.2446.0kN00.1BBBRRV)(kN64.0kN31.2277.0CCRV排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图2-60b，c所示。CBQ4Q1M2AM1AM1B0.52C0.640.674.58B6.468.931.892.305.985.785.67BC++37.837.837.837.8图2-60AB跨作用屋面活荷载时排架内力图（2）BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨与AB跨作用荷载相同，故只需将图2-60中内力图的位置及方向调整一下即可，如图2-61所示。+B37.837.8+C6.4637.8BCM1BM1CM2CQ1Q137.85.980.034.580.64CB0.678.931.892.305.780.525.67图2-61BC跨作用屋面活荷载时的排架内力图3．风荷载作用下排架内力分析(1）左吹风时计算简图如图2-62