24M钢筋混凝土单层厂房结构设计书.doc

钢筋混凝土结构-2
课程设计

题目：钢筋混凝土单层厂房结构设计

姓 名：
班 级：
学 号：
学 院：

河北理工大学
2023年 月 日

钢筋混凝土结构-2课程设计任务书
一、 题目：钢筋混凝土单层厂房结构设计
二、 目的与规定：了解单层厂房结构设计的全过程，培养单层厂房结构设计的工作能力。规定：（1）、掌握单层厂房结构布置和结构选型的一般原则和方法；（2）、综合运用以往所学的力学及钢筋混凝土结构的知识，掌握排架内力分析方法以及构件截面设计方法；（3）、掌握单层厂房结构施工图的表达方法。
三、 设计内容：1、完毕计算书一份，内容涉及：（1）设计资料；（2）结构布置与选型；（3）排架内力分析及柱、基础的配筋计算。2、绘制施工图：（1）柱子模板图及配筋图；（2）基础平面布置图及配筋图。
四、 设计资料：
1、 厂房跨度24（15）米，总长102（108）米，中间设伸缩缝一道，柱距6（9）米。
2、 车间内设有两台软钩200／50kN中级工作制吊车，轨顶设计标高10.000（8.7）米。
3、 建筑场地地质情况：地面下0.8米范围内为杂填土，杂填土下面3.5米内为均匀粉土，其承载力标准值fk＝200kPa,地下水位为地面下4.50米，无腐蚀性。
4、 基本风压W0=0.4kN/m2; 基本雪压S0=0.35kN/m2。
5、 屋面是不上人的钢筋混凝土屋面，屋面均布可变荷载标准值为0.7/m2。
6、 建议采用材料：
（1）、柱：混凝土C30（25），纵向受力钢筋II级，箍筋I级。
（2）、基础：混凝土C30，II级钢筋。
7、 选用的标准图集：
（1）、屋面板：G410（一）标准图集，预应力混凝土大型屋面板，板重标准值（涉及灌缝在内）1.4KN/m2。
（2）、天沟板：G410（三）标准图集，JGB77-1天沟板，板重标准值2.02kN／m。
（3）、屋架：G415（三）标准图集中预应力混凝土折线形屋架，屋架自重标准值106kN。
（4）、吊车梁：G323-1~2标准图集DLZ-4，梁高1200毫米，翼缘宽600毫米，腹板宽300毫米，梁自重标准值44.2kN/根，轨道及零件重1kN/米，轨道及垫板高度200毫米。
8、 建议采用的柱截面尺寸：上柱为矩形 bxh=400x400mm,下柱为I形 bf=400mm，h=800mm，b=100mm，hf=150~170mm。
9、 屋面做法：

结构计算书
一、 结构的计算
1、计算简图的拟定
（1）计算上柱高及柱全高
根据图2.107及有关设计资料：
上柱高Hu=柱顶标高-轨顶标高+吊车梁高+轨道构造高=12.4-10.0+1.2+0.20=3.8m
全柱高H=柱顶标高-基顶标高=12.4-（-0.5）=12.9m
故下柱高Hl=H-Hu=12.9-3.8=9.1m
上柱与全柱高的比值

（2）初步拟定柱截面尺寸
根据表2.9（A）的参考数据，上柱采用矩形截面，b×h=400mm×400mm，下柱选‍‍用I形,b×h×hf=400mm×800mm×150mm（其余尺寸见图2.108），根据表2.8关于下柱截面宽度和高度的限值，验算初步拟定的截面尺寸，对于下柱截面宽度

对于下柱截面高度，有吊车

无吊车时

（3）上、下柱截面惯性与其比值
排架平面内：

上柱
下柱

比值
排架平面外：
上柱
下柱

排架计算简图（几何尺寸及截面惯性矩）如图2.109所示

2、荷载计算
（1）恒荷载
（а）房屋结构自重
预应力混凝土大型屋面板

20mm水泥沙浆找平层

一毡二油隔气层

100mm水泥珍珠岩制品保温层

20mm水泥沙浆找平层

天沟板

天窗端壁

屋架自重

天窗架 1.2×40=48KN

则作用于横向水平面排架一端柱顶的屋盖结构自重

(b)柱自重

上柱

下柱

（c）吊车梁与轨道自重

（2）屋面活荷载
由《荷载规范》可知,屋面均匀活荷载标准值为0.7 KN/m2,大于该厂房所在地区的基本雪压S0=0.30 KN/m2，,故屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为 ， Q1=1.4×0.7×6×12=70.56KN
e1=50mm
（3）吊车荷载
由电动双钩桥式吊车数据查得
Pmax..K=200KN. Pmin.k=50KN, B=5000mm. k=4000mm Q2.K=75KN
根据B与K及反力影响线，可算得与各轮相应的反力影响线竖标（图2.110），于是可求的作用与上柱的吊车垂直荷载

作用于每个轮子上的吊车水平制动设计值

则作用于排架上的吊车水平荷载，按比例关系由 求得Dmax

其作用点到柱顶的垂直距离

（4）风荷载
**地区的基本风压 对于大城市市郊，风压高度变化系数

按B类地区考虑，高度的取值，对 按柱顶标高12.4m考虑，查《荷载规范》得

按天窗檐口标高19.86m考虑，查《荷载规范》得风荷

载体型系数的分布图2.111所示。故集中风荷载 Fw为

排架受荷总图如图2.112所示。

3、内力计算
（1）恒荷载作用下
如前所述，根据恒荷载的对称性和考虑施工过程中的实际受力情况，可将图2.112中的恒载
的作用简化为图2.113a、b、c所示的计算简图。
（a） 在G1作用下

已知n=0.151，λ=0.295，由附图2.2中的公式

故在M11作用下不动铰支承的柱顶反力
由附图2.3中的公式

故在M12作用下不动铰支承的柱顶反力

因此，在M11和M12共同作用下（即在G1作用下）不动铰支承的柱顶反力
相应的弯矩图如图2.113a所示

(b)在G2的作用下
相应的弯矩图如图2.113b所示。
(c)在G4的作用下
相应的弯矩图如图2.113c所示。将图2.113a、b、c的弯矩图叠加，得在G1、G2、G3和G共同作用下的恒荷载弯矩图（2.113d）,相应的轴力N图如图2.113e所示。
（2）屋面活荷载作用下
对于单跨排架，Q与G同样为对称荷载，且作用位置相同，仅数值大小不同。故由G的内力图按比例可求得Q的内力图。如：柱顶不动铰支承反力
相应的M图如图2.114a,b所示。

（3）吊车荷载（考虑厂房整体空间工作）

厂房总长102m，中间设一道伸缩缝，跨度为24m，吊车起重量为20t，由表2.13可查得无

檩屋盖的单跨厂房空间作用分派系数=0.9

（a）吊车垂直荷载作用下

作用在A柱的情况

图2.122中吊车垂直荷载作用下的内力，可按如图2.115所示的简图进行计算。因此，A、B

柱顶剪力按图2.115a所示简图推导的下列公式进行计算：

=-12.68KN（绕杆端反时针转）

=
=11.25KN

(绕杆端顺时针转为正)相应的弯矩如图2.115b所示。

在A柱的情况：
由于结构对称，故只需将A柱与B柱的内力对换，并注意内力变号即可。

（b）吊车水平荷载作用下
从左向右作用在A、B柱的情况（图2.112中吊车水平荷载作用下）的内力，可按如图
2.116a所示简图推导的下列公式计算：
= =
由式中可按附录Ⅰ的附图1.4~1.6的公式计算：
当y=0.6时，由附图1.4中的公式
0.67
当y=0.7时，由附图1.5中的公式

当y=0.684Hl时，用内插法求得

相应的弯矩图如图2.116a所示。

Tmax从右向左作用在A，B柱的情况：
在这种情况下，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可运用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反（图2.116b）。
（4）风荷载
（a） 风从左向右吹（图2.117a）
先求柱顶反力系数C11，当风荷载沿柱高均匀分布时，由附图1.8中的公式

对于单跨排架，A，B柱顶剪力

（b）风从右向左吹（2.117b）
在这种情况下，荷载方向相反，弯矩图的方向与风从左向右吹的方向相反（图2.117b）
4、最不利内力组合
由于结构对称，只需对A（或B）柱进行最不利内力组合，其环节如下：
① 拟定需要单独考虑的荷载项目。本设计为不考虑地震作用的单跨排架，共有八种需单独考虑的荷载项目，由于小轮无论向右或向左运营中刹车时，A，B柱在Tmax的作用下，其内力大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。因此，单独考虑的荷载项目共七项。
②将各种荷载作用下设计控制截面（1-1，2-2，3-3）的内力M，N（3-3截面尚有剪力V）填入组合表（表2.30）。填表时要注意有关内力符号的规定。
③根据最不利又最也许的原则，拟定每一内力组的组合项目，并算出相应的组合值。计算中，当风荷载与活荷载（涉及吊车荷载）同时考虑时，除恒荷载外，其余荷载作用下的内力均乘以0.85的组合系数。

排架柱所有内力组合计算结果列入表2.30。

表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
Mmax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
1-1
M
(KN·m)
30.9
3.5
-48
-43
±19.4
64.3
-74.2
①+②+③+⑤
-33
①+0.9×（③+⑤+⑦）
-89.5
①+0.9×（③+⑤+⑦）
-89.5
N
(KN)
451.7
70.6
0
0
0
0
0
522.3
451.7
451.7
2-2
M
-66.8
-10.6
158
8
±19.5
64.3
-74.2
①+②+③+⑤
100
①+⑦
-141
①+0.9×（③+⑤+⑥）
138.7
N
480.5
70. 6
588
147
0
0
0
1139
480.5
980.3
3-3
M
62.9
6.1
42
-93
±191.7
370
-345.1
①+②+③+⑤
302.7
①+⑥
433
1+0.9×（②+③+⑤+⑥）
581.3
N
593.2
70. 6
588
147
0
0
0
1251.8
593.2
1153
V
14.3
1.8
-12.7
-11.3
±19.0
45.1
-31
22.1
59.4
59.4

5、排架柱设计
（1）柱截面配筋计算
（a）最不利内力组合的选用
由于截面3-3的弯矩和轴向力设计值均比截面2-2的大，故下柱配筋由截面3-3的最不利内力组合拟定，而上柱配筋由截面1-1的最不利内力组合拟定。经比较，用于上，下柱截面配筋计算的最不利内力组合列入表2.31。
(b)拟定柱在排架方向的初始偏心距、计算厂及偏心距增大系数（表2.31）
表2.31 柱在排架方向、、

截面

内力组

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)
(mm)

1-1
M (Kn·m)
-33
63
365
83
0.81
7600
400
0.960
1.882
N (Kn)
522.28
M
-89.5
198
365
218
1
7600
400
0.960
1.414
N
451.68

3-3
M
433
730
765
756
1
19350
800
0.908
1.384
N
593.18
M
581.25
504
765
530
1
9100
800
1.000
1.133
N
1153
表中：①=M/N
②；
③取20mm和h/30的较大值；
④；
⑤，考虑吊车荷载=2.0（上柱）， =1.0（下柱），不考虑吊车荷载=1.5；
⑥
（C）柱在排架平面内的配筋计算（表2.32）

表2.32 柱在排架平面内的截面配筋计算
截
面
内力组
ei
(mm)

η

e
(mm)

x
(mm)

ζbh0
(mm)

偏心
情况
As=As′(mm)

计算值

实配值

1-1
M（kN·M）
-33
83

1.882
321
91
0.55×365=201　　　
大偏心
13.6

N(kN)
522.28
M
89.5
218
1.414
473
79
201
大偏心
672.3
763
（3@18）
N
451.68

3-3
M
433
756
1.384
1411
104
0.55×765=421
大偏心
1885
1964
(4@25)
N
593.18
M
581.25
530
1.133
965
33
421
大偏心
1240

N
1153

表中：①见表2.31；
②；
③x,上柱下柱
当时，；
当时，；
④上柱 , ;
下柱 当时（取35mm）,

当时
；
上柱或下柱 当时，，
（d）柱在排架平面外承载力计算
上柱Nmax=494.5kN，当不考虑吊车荷载时，按表2.22。
l0=1.2H=1.2×12900=154800mm,l0/b=15480/400=38.7, 查《混凝土规范》知φ=0.35，As=As′=763mm

下柱，当考虑吊车荷载时，查表２.2２，
查表《混凝土规范》表７.３.１，故

（2）裂缝宽度验算
截面３－３，当Ｍ＝３２１.３ＫＮ·ｍ，Ｎ＝５３７.５ＫＮ，相应的
，故应作裂缝宽度验算。1-1截面因
因而不作此项验算。
由内力组合表可知，验算裂缝宽度的荷载标准组合值
KN·m

则纵向受拉钢筋合力点至受压区合力作用点间的距离为

纵向受拉钢筋的应力

裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数

故最大裂缝开展宽度为

(3) 柱牛腿设计
（a）牛腿几何尺寸的拟定
牛腿截面宽度与柱宽相等，为400mm，若取吊车梁外侧至牛腿外边沿的距离吊车梁端部为340mm，吊车梁轴线到柱外侧的距离为750mm，则牛腿顶面的长度为750-400+
相应牛腿水平截面高为600+400=1000mm，牛腿外边沿高度，倾角α=，于是牛腿的几何尺寸如图2.118所示。

(b)牛腿配筋
由于吊车垂直荷载于下柱截面内，即a=750—800= —50〈0，故该牛腿可按构造规定来配筋纵向钢筋取，箍筋取 (图2.118)

(c)牛腿局部挤压验算
设垫板的长和宽为400mm×400mm，局部压力标准组合植

故局部压应力为

（4）柱的吊装演算
(a)吊装方案：一点翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处（图2.119）
(b)荷载计算
上柱自重

牛腿自重

下柱自重
计算简图如图2.119b所示。
(c)内力计算

弯矩图如2.119所示。

(d)截面承载力计算

截面1-1：

故截面承载力

截面2-2：

故截面承载力

(e)裂缝宽度演算

故承载力计算可知，裂缝宽度演算截面1-1即可。钢筋应力如下：

按有效受拉混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率

故
事实上吊装阶段荷载为短期作用，最大裂缝宽度应为0.252/1.5=1.168mm，满足规定，对柱若采用平卧起吊，承载力和裂缝宽度将均不满足规定。
6、基础设计
（1）荷载计算
(a)由柱传至基顶的荷载
由表2.30可得荷载设计植如下：
第一组

第二组

第三组
(b)由基础梁传至基顶的荷载

墙重（含两面刷灰）
窗重（钢框玻璃窗）
基础梁

由基础梁传至基础顶面荷载设计值为：
对基础地面中心的偏心距

(C)作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值分别为

假定基础高度为800+50+250=1100mm，则作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值：

第一组

第二组

第三组

基础的受力情况如图2.120所示。

① 基底尺寸的拟定

由第二组荷载拟定和

演算的条件

验算其他两组荷载设计值作用下的基底应力

第一组

（可以）

第三组

由于该车间属于可不作地基变形计算的二级建筑物，所以最后拟定基底尺寸为2.3m×3.7m（图2.120）。
（2）拟定基底的高度
前面已初步拟定基础的高度为1.1m，如采用锥形杯口基础，根据构造规定，初步拟定的基础剖面尺寸如图2.121所示。由于上阶底面落在柱 边破坏锥面之内，故该基础只须进行变阶处的抗冲击切力验算。
（a） 在个组荷载设计值作用下的地基最大净反力
第一组
第二组
第三组

抗冲切计算按第二组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算。

（b） 在第一组荷载作用下的冲切力
冲切力近似按最大地基净反力 计算 ，既取

由于基础宽度b=2.5m，小于冲切锥体底边宽故

(c)变阶处的抗冲切力

由于基础宽度小于冲切锥体底边宽，故

（满足规定）因此，基础的高度及分阶可按图2.121所示的尺寸采用。
（3）基底配筋计算
涉及沿长边和短边两个方向的配筋计算，由前述三组荷载设计植作用下最大地基净反力的分析可知，应按第一组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算。而沿短边方向，由于为轴心受压，其钢筋用量按第三组荷栽设计值作用下的平均地基净反力进行计算。
（a） 沿长边方向的配筋计算
在第二组荷载设计值作用下，前面已算得，相应于柱边及变阶处的反力（图2.122a）：

则

选用15φ14（φ14@220）（可以）
（b） 沿短边方向的计算
在第三组荷载设计值作用下，均匀分布的地基土净反力（图2.122b）

选用19φ10（φ10@220），（可以）
基础底面沿两个方向的配筋如图2.122c所示，由于长边l大于3m，其钢筋长度可切断10%，如交错布置，钢筋可用同一编号。
单层厂房排架柱（Z-1）和基础（J-1）的模板及配筋施工详图见图2.123。