单层工业厂房结构设计

单层工业厂房结构设计2.1设计条件1.金加工车间跨度21m，总长60m，柱距6m。2.车间设有2台200/50kN中级工作制吊车，其轨顶设计标高9m。3.建筑地点：市郊区。4.车间所在场地：低坪下0.8m为填土，填土下4m为均匀亚黏土，地基承载力设计值2200/afkNm，地下水位-4.05m，无腐蚀。基本风压W=0.45KN/m²，基本雪压S=0.40KN/m²。5.厂房中标准构件选用情况：（1）.屋面板采用G410（一）标准图集中的预应力混凝土大型屋面板，板重（包括灌浆在）标准值1,4KN/m²，屋面板上做二毡三油，标准值为20.35/kNm。（2）.天沟板采用G410（三）标准图集中的TGB77—1，板重标准值为2.02/kNm。（3）.屋架采用G410（三）标准图集中的预应力混凝土折线型屋架YWJA—21，屋架辎重标准值91KN每榀。（4）.吊车梁采用G425标准图集中的先发预应力混凝土吊车梁YXDL6—8，吊车梁高1200mm，翼缘宽500mm，梁腹板宽200mm，自重标准值45KN/根，轨道及零件重1/kNm，轨道及垫层构造要求200mm。（5）材料：A.柱：混凝土C30B.基础.混凝土C30C.钢筋.Ⅱ级。2.2结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在1536m之间，且柱顶标高大于8m，所以采用钢筋混凝土排架结构。为了是屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线形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。厂房各主要构件选型见下表：表2.1主要承重构件选型表构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值屋面板G410（一）1.56mm预应力混凝土屋面板YWB—2Ⅱ21.4/kNm（包括灌浆在）天沟板G410（三）1.56mm预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）TGB68—12.02/kNm屋架G415（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度21m）YWJA—21—1Aa91/kN每榀。吊车梁G323（二）钢筋混凝土吊车梁（吊车工作等级中级）DL—9Z（中间跨）DL—9B（边跨）45/kN根轨道连接G325（二）吊车轨道联结详图1/kNm基础梁G320钢筋混凝土基础梁JL—316.7/kN根由设计资料可知屋顶标高16m，轨顶标高为9m，设室地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图和吊车梁的高度求总高度H、下柱高度lH和上柱高度uH分别为：12.40.512.9Hmmm，12.93.89.1lHmmm12.99.13.8uHmmm根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可查表确定柱截面尺寸：表2.2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2/mm惯性矩4/mm自重/(/)kNmAB上柱矩40040051.610821.3104.0下柱Ⅰ40090015051.875108195.38104.69结构平面布置图如下2.12.3荷载计算2.3.1恒载（1）屋面恒载两毡三油防水层：20.35/kNm20mm厚水泥砂浆找平层：3220/0.020.40/kNmmkNm100mm厚水泥砾石保温层：325/0.10.50/kNmmkNm一毡两油隔气层：20.05/kNm20mm厚水泥砂浆找平层：3220/0.020.40/kNmmkNm预应力混凝土屋面板：21.4/kNm合计：22222220.35/0.40/0.50/0.05/0.40/1.4/3.1/kNmkNmkNmkNmkNmkNmkNm屋架重力荷载为85.2/kN每榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：211.2(3.1/6212912)1.22.026303.5GkNmmmkNmkN（2）吊车梁及轨道重力荷载设计值：31.2(4516)61.2GkNkNmkN（3）柱自重重力荷载设计值：A、B柱：上柱：441.24/3.818.24ABGGkNmmkN下柱：551.24.69/9.151.21ABGGkNmmkN2.3.2屋面活荷载屋面活荷载标准值为20.05/kNm，雪荷载标准值为20.45/kNm，后者小于前者，所以仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：211.40.5/621244.1QkNmmmkN1Q的作用位置与1G作用位置相同。2.3.3风荷载垂直于建筑物表面上的风荷载标准值计算公式2.1：0kzsz式中0—基本风压，是以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min平均最大风速为标准确定的风压值；z—高度z处的风振系数，对高度小于30m的单层厂房，取1.0z；s—风荷载体型系数，是风吹到厂房表面引起的压力或吸力与理论风压比值，与厂房的外表体型和尺度有关，可根据建筑体型查得；z—风压高度变化系数，根据所在地区的地面粗糙程度类别和所求风压处离地面的高度查得。00.45/kNm1.0z根据厂房各部分标高及B类地面粗糙查表得：柱顶（标高12.4m）1.067z檐口（标高14.60m）1.129z屋顶（标高16.00m）1.17z可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：221101.00.81.0670.45/0.384/kzszkNmkNm222201.00.51.0670.45/0.24/kzszkNmkNm图2.2风荷载体型系数则用于排架计算简图上的风荷载设计值为：211.40.384/63.23/qkNmmkNm221.40.24/62.02/qkNmmkNm1213420[()()]1.4[(0.80.5)1.1292.2(0.60.5)1.171.4]1.00.45611.59wqsszsszzFhhBmkN2.3.4吊车荷载200/50kN吊车的参数为：5.55Bm，4.40Km，75gkN，200QkN，max215pFkN，min45pFkN。根据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2.3所示。图2.3吊车荷载作用下支坐反力影响线（1）吊车竖向荷载maxmax1.4215(10.8080.2670.075)0.9582.44QpiDFykNminmin1.445(10.8080.2670.075)0.9121.91QpiDFykN（2）吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车荷载水平制动力计算公式2.2：1()4TQg式中T—每一个轮子作用在轨道上的横向水平制动力；—横向水平制动系数；Q—吊车的额定起重量的重力荷载；g—小车的重力荷载。11()0.1(20075)6.87544TQgkNkNkN作用于拍架上的吊车横向的水平荷载设计值计算公式2.3：maxiiTTy式中iT—第i个大车轮子的横向水平制动力；maxT—吊车梁传给柱的最大横向反力的标准值；iy—影响线数值。1.46.875(10.8080.2670.075)20.69maxiiTTykNkN2.4排架力计算该厂房为一跨等高排架，可用剪力分配法进行力分析。其柱的剪力分配系数i见表2.3：表2.3柱剪力分配系数柱号ulInIuHH303/[1(1/1)]Cn30/lHCEI1/1/iiiA、B柱0.109n0.29503102.4800.21010ABcHE0.5AB2.4.1恒荷载作用下排架力分析恒荷载作用下排架的计算简图如图所示，图中的重力荷载G及力矩M是根据下图确定：11303.5GGkN3551.21AGGkN111303.50.0515.175MGekNmkNm214033303.518.240.2551.210.365.07AAAMGGeGekNkNmkNmkNm由图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式力。柱顶不动支座反力iR可根据表所列的相应公式计算。对于A柱，0.109n，0.295，则21311(1)32.122121(1)nCn233311.132121(1)Cn121315.1752.12265.071.1328.21()12.9AMMkNmkNmRCCkNHHm8.21()BRkN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2.4和轴力图分别见图2.5。图2.4荷载作用位置图图2.5恒载作用下排架力图2.4.2屋面活荷载作用下排架力分析AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图2.6所示。其中144.1QkN，它在柱顶及变阶引起的力矩为：144.10.052.205AMkNmkNm；244.10.2511.025AMkNmkNm；对于A柱，12.122C，31.032C，则图2.6AB跨作用屋面活荷载时排架力图12132.2052.12211.0251.1321.33()12.9AAAMMkNmkNmRCCkNHHm1.33()BRkN0ABRRRkN将R反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用与AB跨时的柱顶剪力：,AABBVRVR弯矩见弯矩图2.7，剪力图2.8图2.7AB跨作用屋面活荷载时的弯矩图图2.8AB跨作用屋面活荷载时的剪力图2.4.3风荷载作用下排架力分析（1）左吹风时计算简图如图2.9所示。对于A柱，0.109n，0.295，由表得：图2.9排架力图如图411313[1(1)]0.32918[1(1)]nCn1113.23/12.90.32913.71()ARqHCkNmmkN2112.02/12.90.3298.57()BRqHCkNmmkN13.718.5711.5933.87()ABWRRRFkNkNkNkN各柱顶剪力分别为：13.710.533.873.225()AAAVRRkNkNkN8.570.533.878.365()BBBVRRkNkNkN排架力图如图2.10所示。图2.10左吹风时排架力图如图（2）右吹风时计算简图如图所示。将图所示A柱力图对换且改变力符号后可得，如图2.11所示。图2.11右吹风时的排架力图2.4.4吊车荷载作用下排架力分析（1）maxD作用在A柱计算简图如图2.12所示。其中吊车竖向荷载maxD，minD在牛腿顶面处引起的力矩为：图2.12maxD作用在A柱时排架力图max3582.440.3174.73AMDekNmkNmmin3121.910.336.57BMDekNmkNm对于A、B柱，31.090C，则3174.731.13215.33()12.9AAMkNmRCkNHm336.571.1323.210()12.9BBMkNmRCkNHm12.12()ABRRRkN排架各柱顶剪力分别为：15.330.512.129.27()AAAVRRkNkNkN3.210.512.129.27()BBBVRRkNkNkN排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2.13和2.14所示。图2.13maxD作用在A柱时的排架力图图2.14maxD作用在A柱时的排架力图（2）maxD作用在B柱计算简图如图2.15所示。2.15maxD作用在B柱时的计算简图其中吊车竖向荷载maxD，minD在牛腿顶面处引起的力矩为：min3121.910.336.57AMDekNmkNmmax3582.440.3174