单层厂房结构优秀课程设计.docx

单层厂房结构课程设计

一、 设计题目

杭州市郊区×××厂装配车间。

二、 设计资料

1. 该车间抗震设防烈度为6度。
2. 该车间为单跨车间：跨度21m，柱距6m，总长156m；中间设一道伸缩缝，柱顶标高12.00m，轨顶标高9.60m。考虑基础顶面为-0.5m。
3. 车间跨内设有2台150/50kN中级工作制吊车，其参数见下表。
表2.11 吊车参数（大连起重机厂）
起重量
kN
桥跨
Lk/m
最大轮压
Pmax/kN
小车重
Q1/kN
轮距
K/m
大车宽
B/m
额定起重量
P/kN
吊车总重
Q/kN
150/50
19.5
160
60.7
4.4
5.6
150
254

4. 依据工程地质勘探汇报，可选编号③层土为持力层（粉质粘土），其深度距地表面1m左右，厚度约在5~8m，承载力修正后特征值fa=140kN/m2，常年平均地下水稳定在地面下3m处。
5. 屋面：三毡四油防水层上铺小石子（自重标准值：0.4kN/m2）；
20mm厚水泥混合砂浆找平层（自重标准值：20kN/m2）；
100mm厚水泥珍珠岩制品保温层（自重标准值：4kN/m2）；
预应力混凝土大型屋面板。
另：屋面均布荷载标准值为0.5 kN/m2。
6. 墙体：240mm厚清水墙（自重标准值：5.19 kN/m2），每柱距内全部有钢窗（或门）（自重标准值：0.45 kN/m2），钢窗宽2.4m。
7. 标准构件选择：
（1）预应力混凝土大型屋面板采取G410（一）标准图集，其板重（包含灌缝）标准值为1.35kN/m2。
（2）屋架采取CG423标准图集中预应力混凝土折线形屋架（适适用于卷材防水屋面），自重标准值为74kN。屋面支撑自重标准值为0.05 kN/m2，天沟及雨水自重标准值为20 kN/m2。
（3）吊车梁采取G425标准图集中预应力混凝土吊车梁，梁高1000mm，自重标准值34.8kN，轨道及零件自重标准值0.82kN/m，轨道结构高度200mm。
8. 材料：柱采取C20混凝土，受力主筋用HRB400级钢筋，箍筋用HPB235级钢筋；基础采取C15混凝土；钢筋用HPB235级钢筋。
9. 设计依据：现行《荷载规范》、《混凝土结构设计规范》等。
10. 风荷载：基础风压值ω0=0.5 kN/m2，地面粗糙度为C类，查表10m 和15m高度处μz均为0.74 kN/m2。风载体型系数注于下图中：

三、 柱截面选定和排架计算简图
1. 柱截面尺寸确实定
（1） 依据建筑剖面，考虑基础顶面为-0.5m，并参考附表6、附表7，确定各柱截面尺寸为：
A轴：上柱（矩形）：；
下柱（工字形）：；
B轴：上柱（矩形）：；
下柱（工字形）：；
（2） 各柱截面惯性矩为：
A轴柱：上柱I ，下柱；
B轴柱：上柱I ， 下柱。
2. 计算简图

排架计算简图
四、 荷载计算
以下荷载计算均为标准值。
1. 永久荷载（恒载）
（1） A/B轴柱承受恒载：
① 由屋盖传下：
三毡四油小石子防水
20mm厚水泥混合砂浆找平
100mm厚水泥珍珠岩制品保温
屋面板自重（包含灌缝）
屋盖支撑系统自重
屋架自重
屋檐天沟及雨水

A轴柱顶荷载位置图
如右图所表示，对上柱中心线偏心距：

② 吊车梁及轨道重：

以下图所表示，对下柱中心线偏心距：

A轴柱承受荷载简图
③ 柱自重：包含上柱重和下柱重。
上柱重：
对下柱中心线偏心距

下柱重 (具体计算略)
（2） 恒载作用下计算简图以下图所表示

恒载计算简图
2. 屋面活载
屋面均布活载标准值为0.5 kN/m2，并经过屋架支点传给柱：
A轴柱顶：
活载作用下计算简图以下图所表示。

屋面活载计算简图
支座反力影响线
3. 吊车荷载
（1） 吊车竖向荷载：
二台150/50kN吊车，位置如右图所表示。

计算简图以下图所表示。
当在A柱有：

当在B柱，吊车竖向荷载和在A柱时对称。

吊车竖向荷载计算简图
（2） 吊车水平荷载
每个轮子

计算简图以下图所表示。

吊车水平荷载计算简图
4. 风荷载
基础风压ω0=0.5 kN/m2，风载体型系数如设计资料图中所表示。
高度改变系数（地面粗糙度为C类）计算：由柱顶离地面（即室外地坪）高度为

查表可得
屋面平均高度为

查表可得
（1） 左风：
柱顶集中力：

均布荷载：

（2） 右风：
因为结构对称，所以在右风作用下风荷载和左风作用时左右对称。
风荷载作用计算简图以下图所表示。

风荷载计算简图

五、 内力分析（剪力分配法计算）
1. 剪力分配系数η

柱号

A柱

2.51

0.5
B柱

2.51

0.5

2. 恒载作用下内力
（1） 恒载作用计算简图以下图所表示。，。
柱号

A柱

0.11
2.10
1.85
B柱

0.11
2.10
-1.85

柱号

A柱

0.11
1.15
4.31
B柱

0.11
1.15
-4.31
（2） 各柱铰支座反力：
A柱铰支座反力

B柱铰支座反力

（3） 各柱顶剪力计算

（4） 图见下图。

（5） 图见下图。

（6） 剪力图略。
3. 屋面活载作用下内力：
（1） 计算简图以下图所表示。，。
柱号

A柱

0.11
2.10
0.27
B柱

0.11
2.10
-0.27

柱号

A柱

0.11
1.15
0.72
B柱

0.11
1.15
-0.72
（2） 各柱铰支座反力：
A柱铰支座反力

B柱铰支座反力

（3） 各柱顶剪力：

（4） 图见下图。

（5） 图、图略。
4. 吊车竖向荷载作用下内力
（1） 看成用在A轴柱时
① 计算简图以下图所表示。，。
柱号

A柱

0.11
1.15
-9.42
B柱

0.11
1.15
2.47
② 各柱顶剪力计算：

③ 图见下图。

④ 图、图略。
（2） 看成用在B轴柱时，因为结构左右对称，其内力图和作用在A轴柱时左右对称。
5. 吊车水平荷载作用下内力
① 计算简图以下图所表示。，。
柱号

A柱
11.24
0.11
0.61
6.86
B柱
11.24
0.11
0.61
6.86
② 各柱顶剪力：

③ 图见下图。

④ 图、图略。
6. 风荷载作用下内力
（1） 左风载作用下内力
① 计算简图以下图所表示。，，。
柱号
均布

A柱
-1.78
0.11
0.332
-7.39
B柱
-1.11
0.11
0.332
-4.61
② 各柱顶剪力：

③ 图见下图。

④ 图、图略。
（2） 右风载作用下，因为结构左右对称，其内力图和左风载作用时对称。
六、 内力组合
因该结构为对称结构，故只对A轴柱进行计算分析。

A轴柱内力（标准值）
风载
右风
g

－19.79
0
－19.79
0
－130.47
0
－17.38
左风
f

14.13
0
14.13
0
148.06
0
22.97
吊车
水平荷载
e

∓11.24
0
∓11.24
0
∓111.28
0
∓11.24
吊车竖向荷载
Dmax在B柱
d

－21.42
0
5.46
89.6
－47.50
89.6
－5.95
Dmax在A柱
c

－21.42
0
80.97
341.3
28.02
341.3
－5.95
屋面活载
b

1.98
31.5
－5.90
31.5
2.91
31.5
0.99
恒载
a

11.14
235.2
－35.74
274.9
19.08
322.3
6.16
荷载种类
编号
内力图
M (kN•m)
N (kN)
M (kN•m)
N (kN)
M (kN•m)
N (kN)
V (kN)
柱号及
正向内力

Ⅰ—Ⅰ
Ⅱ—Ⅱ
Ⅲ—Ⅲ
控
制
截
面

A轴柱内力组合表
Nmin及对应M,V
数值
－50.83
235.2
－63.45
274.9
226.36
167.14
322.3
322.3
38.32
29.13

注：① 该柱各截面内力组合时均考虑为由可变荷载效应控制，且柱采取对称配筋：
上柱Nb=α1 fc bξbh0 = 1.0×9.6×400×0.518×(400-40) = 716.08(kN)
上柱Nb=α1 fc [bξbh0 +( b’f－b) h’f ] = 1.0×9.6×[100×0.518×(900－40)+(400－100) ×150]= 859.66(kN)
② 组合中c和d，f和g只能取其中之一，而且假如取e，则一定要取c或d。
③ 两台吊车荷载折减系数为0.9。
④ Mk ,Nk和Vk均为设计基础需要荷载效应组合标准值。
组合项
1.0a＋1.4[0.9(c＋e)＋g]×0.9
1.0a＋1.4g
1.0a＋1.4f
Nmax及对应M,V
数值
16.14
326.34
73.30
759.92
198.41
144.45
816.80
629.47
14.06
10.92
组合项
1.2a＋1.4b
1.2a＋1.4× 0.9(c＋e)
1.2a＋1.4× 0.9(c＋e)
－Mmax及对应N,V
数值
－50.83
235.2
－81.81
471.18
－325.37
－226.95
423.91
394.88
－35.23
－23.41
组合项
1.0a＋1.4[0.9(c＋e)＋g]×0.9
1.2a＋1.4[b＋0.9(d＋e)＋g]×0.9
1.0a＋1.4[0.9(d＋e)＋g]×0.9
＋Mmax及对应N,V
数值
33.67
321.93
86.63
661.93
371.08
267.79
813.48
627.10
43.58
32.01
组合项
1.2a＋1.4(b＋＋f)×0.9
1.0a＋1.4[0.9(c＋e)＋f]×0.9
1.2a＋1.4[b＋0.9(c＋e)＋f]×0.9
内力
M (kN•m)
N (kN)
M (kN•m)
N (kN)
M (kN•m)
Mk (kN•m)
N (kN)
Nk (kN)
V (kN)
Vk (kN)
截面
Ⅰ—Ⅰ
Ⅱ—Ⅱ
Ⅲ—Ⅲ

七、 柱设计（A轴柱）
1. 设计资料
截面尺寸：上柱，矩形，，
下柱，工字型，，；，
材料等级：混凝土C20，
钢筋HRB400级
钢筋HPB235级
计算长度：查附表4。
排架方向：上柱，
下柱，
（当不考虑吊车荷载时：）
垂直排架方向：上柱：
下柱：
2. 配筋计算
（1） 上柱（I-I截面）：从内力组合表中可知，各组内力均为大偏压(,）。由N和M相关性能够确定为该截面所需配筋最多内力，即控制内力。

取，

，取；

为此，应该计算值：
该截面此刻为大偏压 取；

选配2C18（）。
（2） 下柱（Ⅱ-Ⅱ截面和Ⅲ-Ⅲ截面）：从内力组合表中可知，各组内力均属大偏压（）。其M和N数值以下：

(a) (b) (c) (d)

(e) (f) (g) (h)
由N和M相关性可知，（f）组内力配筋必大于(a), (b), (c), (e), (g)组；而(h)组必大于(d)组，故选择(f)组和(h)组计算配筋。
① (f)组内力配筋计算（大偏心）：

，属第一类T形截面。

，取；

为此，应该计算值：
该截面此刻为大偏压 取；
，

②（h）组内力配筋计算（大偏心）：

，属第一类T形截面。

，取；

为此，应该计算和值：
由前可知

由以上计算，下柱配筋按配筋。验算，满足。
选配2C22（）。
3. 牛腿设计
预先假定牛腿高度图6.1所表示。

图6.1 裂缝控制验算图
按下列裂缝控制公式进行验算：

式中，

，
上述公式中，
右边
>左边（）
满足要求。
因为竖向吊车荷载作用点至下柱边缘距离（见图3.2），所以只需按结构配筋即可。
4. 柱子吊装阶段验算
只考虑平卧单点起吊验算情况。
（1） 荷载：（上柱、牛腿和下柱自重）。
上柱：
牛腿：

下柱（柱插入基础0.8m）

因其由永久荷载效应控制，考虑荷载分项系数1.35，动力系数1.5，结构关键性系数0.9。

（2） 内力

（3） C点截面验算：（）
① 承载力：设混凝土达成设计强度时起吊，平卧工字型截面能够视为矩形截面。

，

已配有2C22（），满足要求。
② 裂缝宽度：（略）。
（4） D点截面验算：
① 承载力：

已配有2C18（），满足。
② 裂缝宽度：（略）
5. A轴柱模板及配筋
见下图

A轴柱模板图

A轴柱配筋图

八、 基础设计（A轴）
1. 设计资料
地下水位标高-3.000m，地基承载力修正后特征值。基础梁按标准图集G320选择，其顶标高为-0.05m。
材料：混凝土C15，钢筋HPB235级，杯口用C20细石混凝土填实。
2. 基础剖面尺寸
按结构要求初步确定以下：
柱插入深度
杯口深度
杯底厚度
垫层厚度
杯口壁厚
底板边缘高度
杯口壁高度 ，取
杯口顶部长
杯口顶部宽
杯口底部长
杯口底部宽
基础底面标高
3. 基础底面尺寸确定
（1）荷载计算：基础除承受由柱 Ⅲ—Ⅲ 截面传来荷载外，还承受由基础梁直接传来荷载，其计算以下：
梁自重：
窗重：
墙（包含圈梁）:
（标准值）
（设计值）
对基底面中心线偏心距：

按前述柱内力组合对弯矩符号要求，此弯矩为负值，即，。对基础底面，柱传来荷载和基础梁传来荷载效应标准组合值见下表。
（表中轴向力、弯矩单位分别为kN和kNm）
内力种类
及
对应N，V
及
对应N，V
及
对应N，V
及
对应N，V
轴
向
力
柱传来
627.10
394.88
629.47
322.3
基础梁传来
317.04
317.04
317.04
317.04
累计
944.14
711.92
946.51
639.34
弯

矩
柱传来
267.79
-226.95
144.45
167.14
柱剪力产生
33.61
-24.58
11.47
30.59
基础梁传来
-190.22
-190.22
-190.22
-190.22
累计
111.18
-441.75
-34.30
7.51
（2）底面尺寸选择：
① 先按组合考虑，并取：

取底面积为，确定取。
② 地基承载力验算：
，
地基反力计算见下表，其中
地基反力标准值

组合
组合
组合
组合

78.68
59.33
78.88
53.28

33
33
33
33

125.58
147.55
116.17
87.22

97.78
37.11
107.59
85.34
由上表可见，基础底面不出现拉应力，且最大压应力为，同时有均小于，所以满足要求。
4. 基础高度验算
由下表可见最大为组合产生，其值。
基础边缘最大地基净反力设计值

组合
组合
组合
组合
柱传来轴力（N）
813.48
423.91
816.80
322.3
基础梁传来轴力（P）
380.45
380.45
380.45
380.45

柱传来弯矩（M）
371.08
-325.37
198.41
226.36
柱剪力产生
（1.05V）弯矩
45.76
-36.99
14.76
40.24
基础梁产生弯矩
-228.27
-228.27
-228.27
-228.27
累计M
188.57
-590.63
-15.10
38.33

23.57
73.83
1.89
4.79

123.06
140.86
101.66
63.35

75.92
-6.80
97.88
53.77
（1）验算柱边冲切：
，，
，，

基础高度，按线性内插得

（满足要求）
（2）验算变阶处冲切：
，，
，，

（满足要求）
5. 基础底板配筋
由4中表格可判定，组合、组合或需配筋均可能较多。
（1）截面Ⅰ－Ⅰ：
，，
，；
有：，
① 在组合下：

② 在组合下：

故

基础配筋计算简图
（2）截面Ⅰ’－Ⅰ’：
，，；
① 在组合下：

② 在组合下：

故
故沿b边按设置，满足结构要求。
（3）截面Ⅱ－Ⅱ：
，，；

① 在组合下：

② 在组合下：

故
（4）截面Ⅱ’－Ⅱ’：
，，；
① 在组合下：

② 在组合下：

故
故沿l边按及结构要求配置 （解毕）

基础配筋图