单层厂房课程设计实例

12.7单层厂房结构设计实例2.7.1设计任务某厂金工车间的等高排架。该金工车间平、立面布置如图2-53所示。柱距除端部为m5.5，其余均为m6，跨度m18m18；每跨设有两台吊车，吊车工作制级别为5A级，轨顶标高为m2.7，吊车起重量左右跨相同，具体见表2-15。外墙无连续梁，墙厚mm240,每开间侧窗面积2m24，钢窗，无天窗。图2-53(a)厂房立面图12①11660005001800018000ABCQ=20t/5tQ=20t/5tQ=20t/5tQ=20t/5t500图2-53(b)平面图2屋面做法：绿豆砂保护层二毡三油防水层20厚水泥砂浆找平层80厚泡沫砼保温层预应力砼大型屋面板2.7.2设计参考资料1.荷载资料,见表2-15：表2-15荷载资料基本雪压2kN/m4.0基本风压2kN/m5.0吊车起重量t5/20地面粗糙度类型B屋面活载标准值2kN/m5.02．吊车起重量及其数据，见表2-16。表2-16吊车起重量及其数据起重量桥跨轮距吊车宽起重机总量小车重最大轮压吊车顶至轨顶轨顶至吊车梁顶轨中至车外端最小轮压tQmkLmmLmmBkNWkNgkNmaxPmmHmm2Hmm1BkNminP20/5t16.54000520022368.6174209418223037.53．地质资料，见表2-17。表2-17地质资料层次地层描述状态湿度厚度(m)层底深度(m)地基承载力标准值)kN/m(2akf容重)kN/m(3m1回填土1.41.4162棕黄粘土硬塑稍湿3.54.9200173棕红粘土可塑湿1.86.7250174.预应力屋面板、嵌板及天沟板选用，见表2-18。3表2-18预应力屋面板、嵌板及天沟板名称标准图号选用型号允许荷载kN/m2自重kN/m2备注预应力面板G410(一)YWB-22.461.40自重包括灌缝重嵌版G410(二)KWB-12.51.75同上天沟板G410(三)TGB68-13.051.91同上5.屋架选用图集,见表2-19。表2-19屋架选用图集跨度(m)标准图号选用型号允许荷载kN/m2自重屋架边缘高度m18G415(一)YWJA-18-2Aa5.3kN/5.60榀屋盖钢支撑2kN/m05.015.26．吊车梁选用图集，见表2-20。表2-20吊车梁选用图集标准图号选用型号起重量Lk(m)自重(kN)梁高(mm)G425YXDL6-620/5t10.5～22.544.2/根1200注:轨道连结件重:kN/m8.07.基础梁：选用标准图号320G3-JL，kN7.16/根。8.钢窗重：2kN/m45.0。9.常用材料自重，见表2-21。表2-21常用材料自重名称单位自重(kN/m2)二毡三油绿豆砂面层0.35水泥砂浆20泡沫混凝土8240厚砖墙4.752.7.3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4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7.2-1.2-0.182=5.818m，（按要求实取6.0m）；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lH，和上柱高度uH分别为：10.1m0.56.9Hm5.60.56lHm6.3.561.10uH图2-54厂房剖面图★1．9.600m；7.2+2.094+220/1000=9.514m≈9.6m（220mm是吊车的安全行驶高度）2．11.750m；9.6+2.15=11.75m3．12.800m；11.75+1.05=12.8m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1501001.875105195.381084.69B上柱矩4006002.4105721086.0下柱I40010001501001.975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。安全行驶高度≥220mm+6.000512180001800055005500600060006000600060006000600060006000①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩A11BCABCEAEA360010100400400150400900100252515040060015040010001002525150A柱B柱图2-55计算单元和计算简图2.7.4荷载计算1.永久荷载⑴屋盖永久荷载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80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标准值为：kN61.18360.5/218/2684.21kG(2)吊车梁及轨道重力荷载标准值：6kN4960.82.44k3G(3)柱自重重力荷载标准值A、C柱:上柱：.4kN413.60.4k4Ck4AGG下柱:kN49.306.569.4k5Ck5AGGB柱:上柱:.6kN123.60.6k4BG下柱:.11kN236.594.4k5BG各项永久荷载作用位置如图2-56所示。(Qk1=27.00)Gk1=183.61Gk3=49.0075050250900Gk5A=30.49Gk4A=14.4A400B300300(Qk1=27.00)Gk4B=21.6150150Gk1=183.61Gk3=49.00500500750750Gk3=49.00(Qk1=27.00)Gk1=183.61Gk5B=32.11Gk4C=14.4Gk5C=30.4950750(Qk1=27.00)Gk3=49.00Gk1=183.61400900C150250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标准值为：kN00.2718/265.0k1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0szzwwk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+0.15=9.75)000.1z1（★计算z时，其高度应该从室外地面算起）檐口(标高11.75m+0.15=11.9)053.1z2屋顶(标高12.80m+0.15=12.95)083.1z3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：20s1z1zk1/4.00.51.00.81.0mkNww20s2z1zk2/2.00.51.00.41.0mkNww7+0.8-0.6-0.5-0.4-0.4-0.4ABCBACqk1qk2Fkw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)上的风荷载标准值为:kN/m4.20.64.01kqkN/m2.10.62.02kqBhhFss0zzzs4s31z21kw])()[(05.1053.10.50.6-15.2053.14.08.00.65.00.1kN82.7★1.1.053——标高11.75m处的μz2.1.083——标高12.80m处的μz3.计算Fw时，应该都按标高11.75m处距室外地面的高度的μz2=1.053计算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。12004000400060006000PmaxPmaxPmaxPmax=174KN0.1331.00.3330.8图2-58吊车荷载作用下支座反力影响线(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载标准值为：kN284.3940.3330.1330.81174imaxkmaxyPD8kN975.840.3330.1330.815.7iminkminyPD266.2iy(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)68.6200(1.041)(41gQT作用于排架柱上的吊车横向水平荷载标准值为：kN22.152.266715.6ikmaxyTT2.7.5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1.永久荷载作用下的内力分析永久荷载作用下排架的计算简图如图2-59（a）所示。图中的重力荷载G及力矩是根据图2-56确定的，即kN61.18311kkGG;.4kN364.4100.49432AkkkGGGkN49.3053AkkGG;kN22.36761.1832214kkGG9.6kN1100.9426.212345kBkkGGG;kN11.3256BkkGGmkN18.905.061.183111eGMkk330412)(eGeGGMkAkkkmkN8.430.349.00-0.25.4)4161.183(★1.0.25m=(450-200)×10-32.0.3m=(750-450)×10-3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，374.0则：9231.211111123321nnC957.0111123323nCkN33.510.10.9578.432.231.1893211CHMCHMRkkkA)(33.5kCkNR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，永久荷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BAC2kM1kM1kM2M4kG1kG2kG5kG1kG3kG6kG2kG3kG(a).BAC18.985.918.9.8.2433.533.585.98.24.10(b)弯矩图10BAC22.36701.19801.2475.27782.38882.48693.51850.27701.24701.19861.18361.183(c)轴力图kVkMkNkMkVkN(d)图2-59永久荷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