单层厂房课程设计

单层工业厂房结构课程设计计算书一．设计资料1.某金工车间，单跨无天窗厂房，厂房跨度L=21m，柱距为6m，车间总长度为150m，中间设一道温度缝，厂房剖面图如图所示：2.车间设有两台中级工作制吊车，吊车起重量为200/50kN。3.吊车轨顶标高为9.0m。4.建筑地点：市郊。5.地基：地基持力层为e及IL均小于0.85的粘性层（弱冻胀土），地基承载力特征值为fak=180kN/m2。标准冻深为：-2.0m。6.材料：混凝土强度等级为C30，纵向钢筋采用HRB400级，(360N/mm2)箍筋采用HPB300级。(270N/mm2)二.选用结构形式1.屋面板采用大型预应力屋面板，其自重标准值（包括灌缝在）为1.4kN/m2。2.屋架采用G415（二）折线型预应力钢筋混凝土屋架，跨度为21m，端部高度为2.3m，跨中高度为33.5m，自重标准值为83.0kN。3.吊车梁高度为0.9m，自重30.4kN；轨道与垫层垫板总高度为184mm，自重0.8kN/m。4.柱下独立基础:采用锥形杯口基础。三、柱的各部分尺寸及几何参数采用预制钢筋混凝土柱轨道与垫层垫板总高mha184.0，吊车梁高mhb9.0，故牛腿顶面标高=轨顶标高mhhba916.79.0184.00.9由附录12查得，吊车轨顶只吊车顶部的高度为m3.2，考虑屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为mm220，故柱顶标高=m520.1122.03.20.9基础顶面至室外地坪的距离取m0.1，则基础顶面至室地坪的高度为m15.115.00.1，故从基础顶面算起的柱高mH67.1215.152.11，上部柱高m60.3,604.3916.752.11取为mHu下部柱高m07.9,066.9604.367.12取为mHl上部柱采用矩形截面mmmmhb400400；下部柱采用Ⅰ型截面mmmmmmmmhbhbff150100900400。上柱：mmmmhb400400(mkNg/0.41)25106.1mmhbAu4931013.212mmbhIu下柱：)/69.4(1501009004002mkNgmmmmmmmmhbhbff)100400()1752900()1502900(4009001A2510875.1mm333)3/25275(253005.021260030012400900lI4101095.1mm109.0105.191013.299luIInmHmHu67.12,6.3284.067.126.3HHu上柱：下柱：284.0;109.0n图1厂房计算简图及柱截面尺寸四．荷载计算1.恒荷载（1）屋盖恒荷载SBS防水层mkN/12.01.02.120mm厚水泥砂浆找平层mkN/48.02002.02.1100mm厚水泥珍珠岩保温层mkN/48.041.02.1隔气层mkN/06.005.02.120mm厚水泥砂浆找平层mkN/48.02002.02.1大型预应力屋面板（包括灌缝重）mkN/68.14.12.1总1mkNg/3.31屋架mkN/6.990.832.1则作用屋架一段作用于柱顶的自重为：kNF7.2556.995.03.35.1061作用于上部柱中心线外侧mme500处。（2）柱和吊车梁等恒荷载上柱：kNF28.170.460.32.12作用在牛腿顶截面处;下柱：kNF05.5169.407.92.13作用在基础顶截面处；吊车梁及轨道自重：kNF2.42)68.04.30(2.142.屋面活荷载由《荷载规》查得屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载0.75kN/m2（50年一遇），故考虑雪荷载。kNF6.7512675.04.16作用于上部柱中心线外侧e0=50mm处。3.风荷载由《荷载规》查得地区基本风压为ω0=0.50kN柱顶处集中风荷载风压高度变化系数（按B类地面粗糙度取）按檐口离室外地坪的高度m88.133.252.1115.0来计算。查表可得离地面m10时，0.1z，离地面m15时，14.1z，用插入法，可得11.1)1088.13(10150.114.11z柱顶处均布风荷载风压高度变化系数（按B类地面粗糙度取）按柱顶离室外地坪的高度m67.1152.1115.0来计算。同理可得05.1)1067.11(10150.114.11z风荷载标准值：mkNzszk/42.005.005.18.00.1011mkNzzk/2625.005.005.15.00.1022则作用于排架上的风荷载设计值为：mkNqmkNq/21.262625.04.1/53.3642.04.121kNhhWzssssk5571.965.011.12.1)6.05.0(3.2)5.08.0()()(0243121（屋面坡度为1/10）故kNWWkQ38.135571.94.1风荷载作用下的计算简图如下图：图2风荷载作用下计算简图4.吊车荷载吊车跨度mLK5.1975.0221查附录12，得Q=20/5t,Lk=19.5m时的吊车最大轮压标准值Pmax，k、最小轮压标准值Pmin，k、小车自重标准值G2，k以及吊车额定起重量相对应的重力标准值G3，k：Pmax，k=205kN，Pmin，k=45kN，G2，k=75kN，G3，k=200kN并查得吊车宽度B和轮距K：B=5.55m，K=4.40m（1）吊车竖向荷载设计值Dmax、Dmin由图所示的吊车梁支座影响线知kNyPDik675.396)075.0267.0808.00.1(2059.0max,maxkNDDkQ345.555675.3964.1max,max905.12120545345.555.maxmin,maxminKkPPDD（2）吊车横向水平荷载设计值Tmax62.18205875.6345.555875.6)20075(1.041)(41max,maxmax,3,2kkkkkPTDTkNGGT五．力分析1、屋盖荷载作用下的力分析（1）屋盖集中恒荷载F1作用下的力分析柱顶不动点反力11CHMRmkNeFM785.1205.07.255011由于n=0.109，=0.284则代入公式10.21109.0/1284.01109.0/11284.015.11/11/1115.132132nnC则kNCHMR12.210.267.12785.1211（2）屋盖集中活荷载F6作用下的力分析mkNeFM78.305.06.75066kNCHMR63.010.267.1278.316在F1、F6分别作用下的排架柱弯矩图、轴向力图和柱底剪力图如下，图中标注出的力值是指控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面的力设计值。弯矩以使排架柱外侧受拉为正，反之为负；柱底剪力以向左为正、向右为负。1屋盖恒荷载作用下的力图2屋盖活荷载作用下的力图2、柱自重、吊车梁及轨道连接等自重作用下的力分析。不作排架分析，其对排架产生的弯矩和轴向力如下图所示：3、吊车荷载作用下的力分(1)Dmax作用在A柱，Dmin作用在B柱时，A柱的力分析Mmax=Dmaxe=555.345×（0.75-0.45）=166.6kNmMmin=Dmine=121.91×（0.75-0.45）=36.57kNm这里的偏心距e是指吊车轨道中心至下部柱截面形心的水平距离。A柱顶的不动支点反力，代入公式得：16.1)1109.0/1(284.01284.015.1)1/1(115.133232nCA柱顶不动支点反力)(27.1516.167.1266.1663maxkNCHMRAA柱顶不动支点反力)(35.316.167.1257.363minkNCHMRBA柱顶水平剪力:)(31.9)35.327.15(2127.15)(21kNRRRVBAAAA柱顶水平剪力:)(31.9)35.327.15(2135.3)(21kNRRRVBABB力图示如下图（a）（2）Dmin作用在A柱，Dmax作用在B柱时的力分析此时，A柱顶剪力与Dmax作用在A柱时相同，也是VA=9.31kN（←）故可得力值，示于下图（b）（3）在Tmax作用下的力分析Tmax至牛腿顶面的距离0.9+0.184=1.084m；Tmax至柱底的距离为9+0.15+1.0=10.15。因A柱和B柱相同，受力也相同，故柱顶位移相同，没有柱顶剪力，故A柱的力如下图（c）4、风荷载作用下A柱的力分析左风时，在q1、q2作用下的柱顶不动铰支座反力，代入计算公式：333.0)1109.0/1(284.018)1109.0/1(284.013)1/1(18)1/1(13343114nnC不动铰支座反力：kNHCqRA89.14333.067.1253.3111（←）kNHCqRA32.9333.067.1221.2111（←）A柱顶水平剪力：kNRRFRVBAWAA905.3)32.989.1438.13(2189.1421（→）kNRRFRVBAWBB475.9)32.989.1438.13(2132.921（→）故左风和右风是，A柱的力图分别示于下图（a）和（b）六．力组合单跨排架的A柱与B柱承受荷载的情况相同，故仅对A柱在各种荷载作用下的力进行组合。表1为A柱在各种荷载作用下力汇总表，表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合，表3为A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合及准永久组合。表1为A柱在各种荷载作用下力汇总表荷载种类恒荷载屋面活荷载风荷载吊车荷载左风右风maxDminDT(→)T(←)荷载编号12345678Ⅰ-ⅠM-5.135-1.5136.93-48.43-33.52-33.5220.18-20.18N272.9875.6kM-4.28-1.0826.38-34.59-23.94-23.9414.42-14.42kN227.4854.0Ⅱ-ⅡM3.205-1.5136.93-48.43133.080.00420.18-20.18N297.975.6555.35121.91kM2.67-1.0826.38-34.5995.06014.42-14.42kN248.2554.0396.6987.08Ⅲ-ⅢM22.424.20332.81-297.4348.6-81.9188.99-188.99N366.2375.6555.35121.91V2.120.6348.63-37.48-9.31-9.3118.62-18.62kM18.683.0237.72-212.4534.71-58.5134.99-134.99kN305.1954.0396.6887.08kV1.770.4534.74-26.77-6.65-6.6513.3-13.3注：（1）力的单位是kN·m，轴力的单位是kN，剪力的单位是kN；（2）表中弯矩和剪力符号对杆端以顺时针为正，轴向力以压为正；（3）表中第1项恒荷载包括屋盖自重、柱自重、吊车梁及轨道自重；（4）组合时第3项与第4项、第5项与第6项、第7项与第八项二者不能同时组合；（5）有T作用时候必须有Dmax或Dmin同时作用。表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合组合荷载组合力名称Ⅰ-ⅠⅡ-Ⅱ