钢筋混凝土装配式单层单跨厂房设计计算书.doc

1XX钢筋混凝土装配式单层单跨厂房设计

一、设计资料：
1、工程情况：
本工程为某城市郊区某铸造车间，无抗震设防规定。工艺规定为一单跨单层厂房，跨度为18m，长度为66m，柱距为6 m。选用二台Q=150/30kN的中级工作制桥式吊车，吊车轨顶标高为9.2 m，由于散热规定需设立天窗和挡风板。厂房采用钢筋混凝土装配式结构。
2、工程地质情况：
由勘探资料得知天然地面下1.2m处为褐黄色粘土老土层,可作为基础的持力层，该层土修正后的地基承载力特性值fa为105kN/ m2。初见地下水位在天然地面下0.7m（标高为-0.85m）处，无侵蚀性。
3、建筑设计平面、立面和剖面见图15、图16和图17。
4、荷载资料：
钢筋混凝土容重 25kN/ m3 钢门窗自重 0.45kN/ m2
水泥砂浆容重 20kN/ m3 （防水层+隔气层）自重 0.35kN/ m2
墙体自重 4.5kN/ m2 (涉及双面粉刷)
屋面施工荷载 0.5kN/ m2 (沿水平面)
屋面积灰分布情况及取值见图18
屋面基本雪压 0.2kN/ m2 (沿水平面)，屋面积雪分布系数见图19。
房屋基本风压W0=0.55kN/ m2，风载体型系数见图9，风载高度变化系数如下：
离地高度（m）
5
10
15
20
高度变化系数μZ
1.0
1.0
1.14
1.25

吊车规格如下
跨度
总重
宽度(B)
小车重
轮距(K)
起重量(Qc)
最大轮压
16.5m
285 kN
5.5m
71.9 kN
4.4m
150/30kN
152 kN

5、材料强度等级：
混凝土：柱用C30，基础用C20
钢筋：柱纵筋用HRB335，其它均用HPB235。
6、参考标准图集：
1.5×6m预应力钢混筋凝土屋面板[G410㈠㈡]
天沟板[G410㈢]
Π形钢筋混凝土天窗架[G316]
预应力钢混筋凝土折线形屋架[G415㈠]
钢筋混凝土吊车梁[G323]
钢筋混凝土基础梁[G320]
柱间支撑[CG326㈠]
吊车轨道联结[G159]

二、结构选型：
选用的结构形式：
1、 屋面板：选自[G410㈠]，见图20
板重： 1.3kN/ m2 (沿斜面)
嵌缝重：0.1kN/ m2 (沿斜面)
2、 天沟板：选自[G410㈢]，见图21
3、 天沟重（涉及水重）：17.4kN/根
4、 天窗架：Π形钢筋混凝土天窗架
选自[G316]。天窗架及挡风板传
到屋架上的重量见图22

5、 预应力钢混筋凝土折线形屋架选自[G415㈠]，屋架轴线图尺寸如图23所示。每榀屋架重60.5kN。

图 23

6、 屋盖支撑：选自[G415㈠]
重量为：0.05kN/ m2 (沿水平面)
7、 基础梁：选自[G320]，b×h=250×450mm，
每根自重：16.90kN
8、吊车梁：选自[G323㈠]，见图24
每根自重：50kN
轨道及垫层重：0.6kN/ m
9、连系梁与过梁，截面与尺寸见剖面图。
10、柱间支撑：选自[G142.1]
三、柱截面尺寸与高度的拟定
基础采用单独杯形基础，基础顶面标高为﹣0.6m柱顶标高为11.4m，牛腿顶面标高为7.8m。
柱子尺寸：
a）、柱子高度：上柱高
下柱高
柱总高

b）、柱截面尺寸：建议上柱为方形截面，b×h=400×400mm，下柱为工字形截面，b×h×h f =400×800×150mm，牛腿尺寸、柱下端矩形截面部分高度尺寸见图25。柱截面几何特性值为：

四、荷载计算
1、恒载
（1）屋盖恒载
（防水层+隔气层）自重
厚水泥砂浆找平层
预应力混凝土屋面板（涉及灌缝）
屋盖钢支撑

天窗架
天沟重（涉及水重）

屋架重力荷载为，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值：

（2）吊车梁及轨道重力荷载设计值：

（3）柱自重重力荷载设计值：
上柱
下柱

2、屋面活荷载
屋面活荷载标准值为,学荷载标准值为，后者大于前者，故仅按前者计算。
屋面积灰荷载为

作用于柱顶屋面活荷载设计值为：

。如图26。

3、风荷载
计算，其中，根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度拟定：
柱顶（标高11.4m）
檐口（标高13.5m）
屋顶（标高16.92m）
排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：

则作用于排架计算简图（图27）上的风荷载设计值为：

屋架各点处的：
标高（m）
13.95 1.111
16.62 1.176
14.55 1.127
16.59 1.175

4、吊车荷载
150/30kN吊车的参数为：。根据重力荷载之间的平衡关系：得：。根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮相应点的竖向坐标，如图28。

（1） 吊车竖向荷载
吊车竖向荷载设计值为：

（2） 吊车横向水平荷载
作用于每个轮子上的吊车横向水平制动力计算：

作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值计算

五、排架内力分析
柱剪力分派系数
柱子

A，B

1、 恒载作用下的排架内力分析，计算简图如图29（a）

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。对于A、B柱。

求得后，由于平衡条件可得各柱截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该界面以上重力荷载之和，恒载作用下的轴力弯矩如图29（b）（c）。

2、 屋面活荷载作用下的排架内力分析
排架计算简图如图30（a）。
其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为：
排架各柱的弯矩轴力图如图30（b）（c）。

3、 风荷载作用下的排架内力分析
（1） 左风吹时
计算简图如图31（a）。

A,B柱有表2.5.2得

各柱顶剪力分别为：

排架内力如图31（b）

（2） 右风吹时
由于死单跨，与左风吹情况相同，内力反向，计算简图和内力图如图32。

4、 吊车荷载作用下排架内力分析
（1）作用于A柱
计算简图如图33（a），其中吊车竖向荷载在牛腿顶面处引起的力矩为

排架各柱顶剪力分别为：

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图33（b）（c）。
·

（1）作用于B柱
由同理可得，内力图如图34。

（3）作用下
当作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图35（b）。

各柱顶剪力为：

排架各柱的弯矩图及柱底剪力如图35（a）。

六、内力组合
表1 A柱内力设计值汇总表
柱号及正向内力
荷载类别
恒载
屋面活载
吊车竖向荷载
吊车水平荷载
风荷载
作用在A柱
作用在B柱
左风
右风
序号
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦

Ⅰ—Ⅰ
M
5.61
3.61
﹣40.57
﹣40.57
±23.38
74.41
﹣86.26
N
262.26
71.82
0
0
0
0
0
Ⅱ—Ⅱ
M
﹣24.33
﹣10.75
119.56
28.43
±23.38
74.41
﹣86.26
N
326.58
71.82
457.52
197.16
0
0
0
Ⅲ—Ⅲ
M
17.33
6.05
24.89
-66.24
±163.66
441.6
﹣408.48
N
371.31
71.82
457.52
197.16
0
0
0
V
4.96
2.00
﹣11.27
﹣11.27
±16.70
59.84
﹣48.44
注：M(单位为)，V(单位为)。
表2 A柱内力设计值组合表
截面
及相应
及相应
及相应
及相应

备注
Ⅰ—Ⅰ

①+0.9(②+⑥)
75.83
①+0.9[0.9（③+⑤）+⑦]
﹣123.82
①+0.9[②+0.9（③+⑤）+⑦]
﹣82.02
①+0.9[0.9（③+⑤）+⑦]
﹣123.82
﹣87.78

326.90
262.26
345.32
262.26
218.55
Ⅱ—Ⅱ

①+0.9[0.9（③+⑤）+⑥]
158.42
①+0.9(②+⑦)
﹣111.64
①+0.9[②+0.9（③ +⑤）+⑥]
152.84
①+0.9⑦

﹣101.96

697.17
391.22
761.81
326.58
Ⅲ—Ⅲ

①+0.9[②+0.9（③+⑤）+⑥]
572.94
①+0.9[0.9（④+⑤）+⑦]
﹣536.52
①+0.9[②+0.9（③ +⑤）+⑥]
572.94
①+0.9⑥
414.77

806.54
531.01
806.54
371.31

65.01
﹣61.29
65.01
58.82

411.31
﹣381.17
411.31
298.33

620.30
423.50
620.30
309.42

47.03
﹣43.19
47.03
42.60
注：M(单位为)，N(单位为)，V(单位为)
七、柱截面设计
混凝土强度等级为C30，；采用HRB335级钢筋，。上下柱均采用对称钢筋。
1、 上柱配筋计算
有内力组合表可见，上柱截面共有4组内力取经判别，均为大偏压，选取一组最不利荷载组合。

由附表11.1查的有吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心距取（大于）。
由，故应考虑偏心距增大系数。

取。
取进行计算。

选用，则
，满足规定
由附表11.1，得垂直于排架方向柱的计算长度，则
。

满足弯矩作用平面外的承载力规定。

2、 下柱的配筋计算
取，与上柱分析方法类似，在内力组合表的8组内力中选取下列2组最不利内力。

(1) 按计算
下柱计算长度取，附加偏心距
。
由，故应考虑偏心距增大系数。且取。

取。

故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则

（2）按计算
计算方法同上述相同。计算过程从略，计算结果。
综合上述计算结果，下柱截面选用按此配筋，经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦，满足规定。

3、 柱的裂缝宽度验算
《规范》规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。上柱及下住均出现的内力。故应进行裂缝宽度验算。验算过程见表3，其中上柱，下柱；构件特性系数，混凝土保护层厚度c取。

表3 主的裂缝宽度验算表
柱截面
上柱
下柱
内力标准值

88.78
381.17

218.55
423.50

0.0231

1.072

595.4
1260

0
0.592

297.4
647.7

174.4
203.8

0.62
0.82

0.17<0.3
(满足规定)
0.24<0.3
（满足规定）

4、 柱的箍筋配置
非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般有构造规定，上、下柱均选用箍筋。
5、 牛腿设计
根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造规定，初步拟定牛腿尺寸，如图36.。其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度。
（1） 牛腿截面高度验算
其中
：

故牛腿截面高度满足规定。

图36 牛脚尺寸简图
（2） 牛腿配筋计算
由于，因而该牛腿可按构造规定配筋。根据构造规定，。
实际选用。水平箍筋选用。
6、 柱的吊装验算
采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达成强度后起吊。由表3可得柱插入杯口深度为，取,则柱吊装时总长度为
，计算简图如图37.。

图37 柱吊装计算简图

柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即

在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为：

由得：

令，则下柱最大弯矩
为：

柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表4.。
表4 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表
柱截面
上柱
下柱

52.49（38.88）
73.63（54.54）

120.58>0.9×52.49=47.24
424.22>0.9×84.20=66.27

98.84
42.00

0.26
﹣0.25<0.2,取0.2

0.04<0.2
(满足规定)
0.012<0.2
（满足规定）

八、基础设计
GB5007—2023《建筑地基基础设计规范》规定，对于6m柱距的单层多跨厂房，其他基承载力特性值、吊车起重量200~300Kn/N、厂房跨度、设计等级为丙级时。可不做地基变形验算。此厂房满足上述规定，故不作地基变形设计验算。
基础混凝土强度等级采用C20，下设100mm厚C10的素混凝土叠层。
1、 作用于基础顶面上的荷载计算
作用于基础顶面上的荷载涉及柱顶（Ⅲ—Ⅲ截面）传给基础的M,N,V以及外墙自重重力荷载。前者可用表2中的Ⅲ—Ⅲ截面选取，见表5，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算，内力的正负号规定见图38（b）。

表5 基础设计的不利内力
组别
荷载效应基本组合
荷载效应标准组合

第一组
572.94
806.54
65.01
441.31
620.30
47.03
第二组
﹣536.52
531.01
﹣61.29
﹣381.17
423.50
﹣43.19
第三组
414.77
371.31
58.82
298.33
309.42
42.60

由图38（a）可见，每个基础承载的外墙总宽度为6.0m，总高度为13.25m，墙体自重（），门窗自重（），基础梁重量为。每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：
墙体自重
门窗自重
基础梁
———————————————————————————————————————

距基础形心的偏心距为：

图38 基础荷载示意图
2、 基础尺寸及埋置深度
（1） 按构造规定拟定高度h

柱的插入深度。杯底厚度。
基础顶面标高为﹣0.600m，故基础埋置深度d为：

杯壁厚度为
见图38（b）。

（2） 拟定基础底面尺寸

适当放大，取

（3） 计算基地压力及验算地基承载力

计算基底压力并验算地基承载力，其中，验算结果见表6.可见，基础底面尺寸满足规定。

表6 基础底面压力计算及地面承载力验算表
类别
第一组
第二组
第三组

1470.98
1274.18
1160.1

334.26
﹣561.97
﹣561.97

112.09
59.96
118.33
30.69
84.70
50.99

86.03<105
112.09<126
74.51<105
118.33<126
67.84<105
101.64<126

3、 基础高度验算
这时应采用基地净反力设计值，经计算得，结果见表7.。

表7 基础底面净反力设计值计算表
类别
第一组
第二组
第三组

1109.16
833.63
673.93

490.34
﹣764.37
325.05

103.10
26.63
108.25
0
64.76
14.07

图39 变阶处的冲切破坏截面

因台阶高度与台阶宽度相同（均为400mm），所以只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力计算截面如图39.。变阶处截面有效高度
。

，故取

则：

故基础高度满足规定
4、 基础底面配筋计算
（1） 柱边及变阶处基地反力计算
基础底板配筋计算时长边和短边方向计算截面如图40.。三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基地净反力计算见表8.。其中第1，2组内力产生的基地反力示意图见图40.。第二组内力产生的基地反力示意图见图39.；用列表公式计算第二组内力产生的和时，相应的2.25/3.6和2.65/3.6分别用2.202/3.552和2.602/3.552代替，且。

图40 基础底板配筋就算那截面

（2） 柱边及变阶处弯矩计算

公式
第一组
第二组
第三组

71.66
63.33
71.66

78.46
73.06
78.46

87.38
85.84
87.38

90.78
90.71
90.78

64.87
54.18
64.87

（3） 配筋计算
基础底板受力钢筋采用HPB235()。长边方向钢筋面积为：

选用。
基础底板短边方向钢筋面积为：

选用。
由于，所以杯壁不需要配筋。