单层工业厂房优秀课程设计.doc

单层工业厂房
课程设计

学 院： 建筑和土木工程学院
班 级： 09土木本一
姓 名： 王健
学 号：
指导老师：周华飞

第一章 设计资料
1.1设计资料
一、 设计题目
单层工业厂房课程设计
二、 关键内容
1． 完成结构选型及结构部署；
2． 编制荷载、内力计算说明书；
3． 内力计算到基础顶面即可，基础设计不作要求；
4． 柱（中柱或边柱）配筋计算；
5． 柱（中柱或边柱）牛腿尺寸确定和配筋计算；
6． 依据计算结果绘制排架柱（中柱或边柱）结构施工图（模板图、配筋图）。
三、 使用原始资料(数据)及设计技术要求：
1． 建筑地点：××市郊区
2． 某单层单跨钢筋混凝土装配车间跨度18米，长66米，柱距6米。
3． 内设两台A5级桥式吊车，吊车吨位及轨顶标高见设计分组。厂房室内地坪标高为±0.000m，室外地坪标高为－0.300m，基础顶面至室内地面距离自行确定。
4． 自然条件：基础风压、基础雪压取值等均依据工程地点查阅相关设计规范确定。地面粗糙度类别为B类；无抗震设防要求。
5． 屋面做法： 二毡三油坊水层上铺小豆石（0.35kN/m2）
20mm厚水泥砂浆找平层（0.4 kN/m2）
100mm厚加气混凝土保温层（0.60 kN/m2）
冷底子油一道、热沥青二道（0.05 kN/m2）
预应力屋面板（自重查相关图集）
6． 厂房中标准构件选择情况：
a． 屋面板采取G410标准图集中预应力大型混凝土屋面板，自重标准值为1.4 kN/m2；
b． 天沟板采取G410标准图集中TGB68-1沟板，自重标准值为1.91 kN/m2；
c． 屋盖支撑自重0.05 kN/m2；（沿水平方向）
d． 吊车梁采取G323标准图集中钢筋混凝土吊车梁，梁高为1200mm，自重标准值39.5 kN/根；轨道及零件自重0.8 kN/m，轨道高度取0.2m；
e． 屋架采取G415标准图集中预应力钢筋混凝土折线型屋架，自重69.0 kN/榀，屋架底部至顶部高度为2950mm，屋架在檐口处高度为1650mm。
7． 材料选择：
a． 混凝土：C30；
b． 钢筋：关键受力钢筋为HRB335钢筋，结构钢筋为HPB235
钢筋直径 d<12mm时用HPB235钢筋；d12mm时用HRB335钢筋
8． 设计分组
学号
（个位数）
设计条件
工程所在地
吊车吨位（均为两台,t）
轨顶标高（m）
1
北京
30/5
10.2
2
北京
30/5
9.60
3
北京
20/5
10.2
4
北京
20/5
9.60
5
北京
15/3
10.2
6
温州
15/3
9.60
7
温州
30/5
10.2
8
温州
30/5
9.60
9
温州
20/5
10.2
0
温州
20/5
9.60

第二章 厂房标准构件及排架柱材料选择
2.1 厂房中标准构件选择情况
2.1.1 屋面做法
两毡二油防水层上铺小石子： 0.35kN/m
20mm水泥沙浆找平层： 0.4kN/m
100mm厚加气混凝土保温层： 0.6kN/m
冷底子油一道，热沥青两道： 0.05kN/m
20mm水泥沙浆找平层： 0.4kN/m
累计：
屋面活荷载：
屋面外荷载：
屋面板采取G410标准图集中预应力大型混凝土屋面板，自重标准值为1.4 kN/m2
板自重：
灌缝重：

2.1.2屋架
屋架采取G415（一）标准图集预应力混凝土折线型屋架（YWJ—21—1Ba）
许可外荷载： 4.00kN/m
屋架自重：

2.1.3天沟板
天沟板采取G410（三）标准图集。
中间跨： TGB68—1
中间跨左开洞： TGB68—1b
中间跨右开洞： TGB68—1a
端跨左开洞： TGB68—1sb
端跨右开洞： TGB68—1sb
构件自重： 1.91kN/m

2.1.4吊车梁
吊车梁选择G323（二）标准图集,中级工作制备，两台起重量为10t吊车, ,选择吊车梁：边跨DL—11B：构件自重： 。
吊车轨道联接选择G325标准图集,中级吊车自重：。

2.2排架柱材料选择
(1) 混凝土：采取C30。
(2) 钢筋：纵向受力钢筋采取HRB335级。
(3) 箍筋：采取HPB235级。
(4) 型钢及预埋铁板均采取I级。

第三章 排架柱高和截面计算
3.1排架柱高计算
由吊车资料表可查得：H＝2600mm,轨顶垫块高为200mm。
牛腿顶面标高 ＝轨顶标高－吊车梁－轨顶垫块高
＝10.2－1.200－0.200
＝8.800m(取8.80m)

柱顶标高 ＝牛腿顶面标高+吊车梁高+轨顶垫块高+H+0.220
＝9.00+1.200+0.200+2.6+0.220
＝13.22m (取13.3m)

上柱高 ＝柱顶标高－牛腿顶面标高
＝13.3-8.800=4.500m

全柱高＝柱顶标高－基顶标高
＝13.300－(－0.300)＝10.600m

下柱高＝全柱高－上柱高
＝13.600－4.500＝9.100m

实际轨顶标高＝牛腿顶面标高+吊车梁高+轨顶垫块高
＝10.2m
则 (10.2m－10m)÷10m＝0.02＜0.220 满足要求。

3.2排架截面尺寸计算
截面尺寸需要满足条件为：b≧H/22＝205mm.h≥H/12＝375mm
取柱截面尺寸为：上柱：（b×h）＝400×400
下柱：I(b×h×b×h)＝400×1000×100×150（图3-1）

图3-1 下柱截面图
计算参数
①上、下柱截面惯性矩I
上柱Iu＝1/12×0.4×0.53＝0.0042m4
下柱Il＝1/12×0.4×1.03+2×1/12×（0.15+0.025/3）×（0.95+1/3×0.025×2）3＝0.0256m4
②上、下柱截面面积A
上柱Au＝0.4×0.5＝0.2m2
下柱Al＝0.4×1.0-2×[（0.95+1.0）/2×0.15]＝0.1975m2
③上柱和全柱高比值λ
λ＝4.5/13.6＝0.331
④惯性矩比值n
n＝Iu/Il=0.0042/0.0256=0.164

排架计算简图图3-2所表示。

图3-2 排架计算简图
第四章 排架柱上荷载计算
4.1屋盖自重计算

1.2×（1.80+1.30+0.10）×6×+1.2×69.0×0.5=248.76KN(作用在柱顶)

4.2柱自重计算
上柱：（作用于上柱中心线）

下柱：

4.3吊车、吊车梁及轨道自重计算

4.4屋面活荷载计算

4.5吊车荷载计算
竖向荷载：275kN, 57.5kN, K=4700mm, B=6100mm, 347.5kN, 117kN。

（图4-1）影响线

依据B和K，由影响线（见图4-1）
能够求得
＝0 ＝0.767
＝1.00, ＝0.217
由上求得

吊车水平荷载为

则
→ ←)
其作用点到柱顶垂直距离

4.6风荷载计算
基础风压:
风压高度改变系数μz按B类地域考虑，依据柱顶标高13.3m，查看《荷载规范》用内插法得, 对Fw按檐口标高14.42m, 得，风载体型系数μs1＝+0.8, μs2＝-0.5,

则

柱顶风荷载集中力设计值：

第五章 内力计算
5.1作用内力计算
5.1.1 作用(排架无侧移)

由, ,则：

故作用下不动铰承柱顶反力为
(→)
同时有
故在作用下不动铰承柱顶反力为
(→)
故在共同作用下（即在G作用下）不动铰支承柱顶反力为
(→)
对应计算简图及内力图图5-1所表示

图5-1 恒荷载作用下内力
(a)G作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图（kN）
5.2 屋面活荷载内力计算
对于单跨排架，和一样为对称荷载，且作用位置相同，但数值大小不一样。故由内力计算过程可得到内力计算数值；

(→)
对应计算简图及内力图图5-3 所表示。

图5-3 Q作用计算简图及内力图
(a)Q作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图(kN)
5.3 吊车竖向荷载作用内力计算
当Dmax,k作用在A柱时
A柱

B柱

和恒载计算方法相同，可得C3=1.127
A柱

B柱

A柱和B柱相同，剪力分配系数

内力图图（11）
图（11）吊车竖向荷载作用下内力图
吊车竖向荷载作用，Dmin，k在A柱，Dmax,k在B柱。A柱内力相当于Dmax,k在A柱时B柱内力，但弯矩、剪力符号相反；B柱内力相当于Dmax,k在A柱是A柱内力，但弯矩、剪力符号相反,在此不再做计算。
吊车水平荷载作用下：
当Tmax向左作用时

由规范公式可得

Tmax向左作用M图、N图图（12）所表示。
图（12）吊车水平荷载作用下内力图
Tmax向右作用M图、N图于上述情况相反。
5.4 风荷载作用下：
风从左向右作用，在q1和 q2 作用下，由规范公式：

风荷载作用下M、N图图（13）
当风从右向左吹时，其M、N图和上述情况相反。

图（13）风荷载作用下内力图
5.6最不利荷载组合。
因为本例结构对称，故只需对A柱（或B柱）进行最不利内力组合，其步骤以下：
（1）确定需要单独考虑荷载项目。本工程为不考虑地震作用单跨排架，共有8种需要单独考虑荷载项目，因为小车不管向右或向左运行中刹车时，A、B柱在T作用下，其内力大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。所以，单独考虑荷载项目共有7项。
（2）将多种荷载作用下设计控制截面（I—I、II—II、III—III）内力M、N（III—III截面还有剪力V）填入组合表5-1 。填表时要注意相关内力符号要求。
（3）依据最不利又最可能标准，确定每一内力组组合项目，并算出对应组合值。计算中，当风荷载和活荷载（包含吊车荷载）同时考虑时，除恒荷载外，其它荷载作用下内力均应乘以0.85组合系数。
排架柱全部内力组累计算结果列入表5-1。

表5-1 排架柱内力组合表

柱

号
截

面
荷
载
项
目

内

力
恒荷载
屋面活荷载
吊车荷载
风荷载
内力组合
G1.G2
G3.G4
Q1
Dmax
在A柱
Dmin
在A柱
Tmax
左风
右风
Nmax
及
M、V
Nmin
及
M、V
|M|max
及
N、V
1
2
3
4
5
6
7
项目
组合值
项目
组合值
项目
组合值
A柱
I-I
M
(kN·m)
28.35
2.22
-50.67
-50.67
±26.17
60.02
-77.12
①+②+③+⑤
-46.27
①+
0.85(③+⑤+⑦)
-102.52
①+
0.85（③+⑤+⑦）
-102.52
N
(kN)
271.26
37.8
0
0
0
0
0
309.06
271.26
271.26
II－II
M
(kN·m)
-25.812
-7.23
121.194
14.735
±26.17
60.02
-77.12
①
+
②
+
③
+
⑤
87.79
①
+
⑦
-102.93
①+
0.85
（③
+
⑤
+
⑥）
150.46
N
(kN)
325.86
37.8
687.456
143.74
0
0
0
1051.12
325.86
910.20
III-III
M
(kN·m)
47.898
4.9
18.728
-117.11
±196.25
453.04
-403.24
①
+
②
+
③
+
⑤
267.78
①
+
⑥
500.94
①+
0.85
（②
+
③
+
⑤
+
⑥)
619.26
N
(kN)
370.79
37.8
687.456
143.74
0
0
0
1096.05
370.79
987.26
V
(kN)
8.1
1.333
-11.26
-11.26
±1869
63.164
-48.35
16.86
71.26
69.24

第六章 排架柱设计
6.1柱截面配筋计算
最不利内力组选择：因为截面3—3弯矩和轴向力设计值均比截面2—2大，故下柱配筋由截面3—3最不利内力组确定，而上柱配筋由截面1—1最不利内力组确定。
6.1.1 Ⅰ——Ⅰ 截面配筋：
1. 组合(和组合相同)
M=102.52 N=271.26
h0=h-=500-45=455
L0=2H0=2×4500=9000
A=400500=00mm2
纵向受力钢筋采取HRB335级ξb
ea=max(h/30,20)=20
e0＝M/N=378
ei= e0+ ea =398
ζc=0.5fCA/N=0.5×14.3×00/271260=5.272>1取ζc=1.0
1.247
e=ηei+h/2-=1.247×398+500/2-45=701.31
ξ<ξb = （大偏心受压）
故取X=进行计算
=ei-h/2+ as =398-500/2+45=193
As=N es`/[fy(h-as)=271260/[300×（455-40）]=420.5
Amin=0.2%×00=400

2.组合
M=46.27 N=309.06
纵向受力钢筋采取HRB335级ξb
ea=max(h/30,20)=20

e0＝M/N=149.71
ei= e0+ ea =169.71
ζc=0.5fc A /N =0.5×14.3×00/309060=4.63>1取ζ1=1

1.58
e=ηei+h/2-=1.580×169.71+500/2-45=473.14
ξ<ξb （大偏心受压）
故取X=进行计算
es`=ei-h/2+ as =169.71-500/2+45=-35.29<0
As=N es`/[fy(h-as)=309060×（-35.29）/[300×（455-40）]=-87.6
Amin=0.2%×00=400

6.1.2Ⅲ——Ⅲ 截面配筋：
1.组合
M=619.88 N=987.26
h0=h-as=1000-45=955
L0=10H0==9550
A=197500
纵向受力钢筋采取HRB335级ξb
ea=max(h/30,20)=33
e0＝M/N=627.9
ei= e0+ ea =660.9
ζc=0.5fc A /N =0.5×14.3×197500/987260=1.43>1取ζc=1
1.09
e=ηei+h/2- as =1.09×660.9+1000/2-45=1175.4
ξ<ξb （大偏心受压）
X= h0ξ=955×0.181=172.9
h0ξb=955×0.55=525.25
2as=90 =150
经比较,ξb ，应重新计算 X

Amin=0.2%×A=0.2%×197500=395

2. 组合
M=267.78 N=1096.05
ea=max(h/30,20)=33
e0＝M/N=244.3
ei= e0+ ea =277.3
ζc=0.5fc A /N =0.5×14.3×197500/10960500=1.288>1取ζc=1
1.21
e=ηei+h/2-as=1.21×277.3+1000/2-45=790.53
ξ<ξb （大偏心受压）
经比较,ξb ，应重新计算 X

<0
Amin=0.2%×A=0.2%×197500=395

3. 组合
M=500.94 N=370.79
ea=max(h/30,20)=33
e0＝M/N=1351.1
ei= e0+ ea =1384.1
ζc=0.5fc A /N =0.5×14.3×197500/370790=3.81>1取ζc=1
1.042
e=ηei+h/2-as=1.042×1384.1+1000/2-45=1351.92
ξ<ξb （大偏心受压）
经比较X< h0ξb且X< 2as,则说明受压筋不能达成屈服强度，此时应按以下公式计算。
=ei-h/2+ as =1384.1-1000/2+45=929.1
As=N es`/[fy(h-as)=370790×929.1/[300×（1000-40）]=1248.19
Amin=0.2%×A=0.2%×197500=395

比较以上计算结果，排架柱配筋为：（单侧）
上柱：（763） 配筋率:0.38%
下柱：（1256） 配筋率:0.64%

6.2柱在排架平面外承载力验算
取Ⅰ——Ⅰ、Ⅲ——Ⅲ截面中进行验算
查表（有柱间支撑，垂直房屋排架柱，有吊车房屋柱）得计算高度：
上柱:L0=1.25Hu=1.25×4500=5625
下柱:L0=0.8HL=0.8×9100=7280
1. Ⅰ——Ⅰ 截面：
=309.06
L0/b=5625/400=14.06 查表得 φ=0.9185
φ =0.9×0.9185×（14.3×00+2×300×763）
= 2742.7.0> 满足要求
2. Ⅲ——Ⅲ 截面
=1096.05
L0/b=7280/400=18.2 查表得 φ=0.804
φ =0.9×0.804×（14.3×197500+2×300×1256）
= 2588.9> 满足要求

6．3裂缝宽度验算
1 1—1截面：

2 下柱3—3截面

6.4柱牛腿设计

6.4.1牛腿几何尺寸确实定：
牛腿截面尺寸和柱宽相等，为400，牛腿顶面长度为800，对应牛腿水平截面长度为1300。取牛腿外边缘高度为h＝400，倾角ɑ＝45°,于是牛腿几何尺寸图6-1所表示。

图6-1 牛腿几何尺寸及配筋图

6.4.2牛腿几何尺寸验算：
因为吊车垂直荷载作用下柱截面内，取ɑ＝0，
则
F＝D＋G＝687.456＋54.6＝742.056
F＝T＝32.22/1.4＝23.01
＝0.8×(1－0.5×)×
＝829.53＞F＝742.056
所以截面尺寸满足要求。

6.4.3牛腿配筋：
因为吊车垂直荷载作用下柱截面内，故该牛腿可按结构要求配筋：
作用在牛腿上荷载有Dmax、G3、Tmax

F＝D＋G＝687.456＋54.6＝742.06

= T=32.22 kN

F＝T＝32.22/1.4＝23.01

h0=400+300-45=655mm
竖向力作用点在下柱截面以内（150）
a=-150mm<0.3h0=0.3×655=196.5mm 取a=196.5

1001.9

ρ=As/bh0=722/(400×560)=0.32% 0.2%<0.32%<0.6%
选418 （1017mm2）
因为a=-150mm<0.3h0=0.3×655=196.5mm，可不设弯起钢筋

箍筋要求:在上部2/3范围内水平箍筋总截面面积不应少于承受竖向力受拉钢筋截面面积1/2。取ф10@100，有

×h×A×2/100＝886.2mm＞A/2＝1887/2＝508.5 mm（符合要求）

6.4.4局部承压强度验算：
0.75fA＝0.75×14.3×400×500＝1887 kN＞F=742.06
所以满足要求。

第七章 柱子配筋图

配筋图