钢筋混凝土单层厂房结构-课程设计.doc

目 录

钢筋混凝土单层厂房结构
课程设计计算书

一、选定标准构件 1
二、排架计算 2
（一）确定柱子高度和截面尺寸 2
（二）荷载计算 2
（三）柱顶不动铰支反力计算 5
（四）内力符号规定 7
（五）排架内力分析 7
（六）荷载组合及内力组合 15
三、柱截面设计 16
四、牛腿设计 20
五、柱下独立基础设计 21
六、柱的吊装验算 27
七、绘制施工图 29
八、参考资料 30

钢筋混凝土单层厂房结构
课程设计计算书

一、 选定标准构件
1. 预应力混凝土屋面板
根据屋面均布活荷载、水泥砂浆找平层及防水层的重量，按照预应力混凝土屋面板图集中的选用方法，选定一般开间、两端开间预应力混凝土屋面板的型号。
2. 预应力混凝土折线形屋架
根据厂房跨度、屋盖支撑、天沟类型及屋面荷载等，从预应力混凝土折线形屋架图集中选定屋架型号。
3. 天沟板
配合屋架选定天沟板型号。
4. 吊车梁
根据吊车吨位、厂房跨度选定中间跨、边跨吊车梁型号。
5. 吊车轨道联结
根据吊车吨位、吊车梁型号、厂房跨度选用。

二、 排架计算

（一） 确定柱子高度和截面尺寸

轨顶标高8.4m，轨面至吊车顶距离H *见教材附表12，吊车顶至屋架下弦底面的净空一般要有300～500mm，这里取410mm，从±0.00标高到基础顶面的距离取 500mm，柱子高度H定为：
H ＝500＋轨顶标高＋H *＋（300～500）
＝500+8400+2190+410＝11500mm＝11.5m
所选吊车梁高为1200mm，梁面至轨顶接近200 mm，因此：
下柱高度 Hl＝500＋轨顶标高－1400＝500+8400-1400＝7500mm＝7.5m
上柱高度 Hu＝H－Hl ＝11500-7500＝4000mm＝4m
设上柱为矩形，下柱为工字形。
上柱截面尺寸取：b＝400mm，h＝400mm
下柱截面宽度 400mm
下柱截面高度 700mm
下柱的截面尺寸取：
上柱： Au＝
Iu＝
下柱： Al＝
Il ＝
＝
＝
＝ ＝
（二） 荷载计算
1. 屋盖荷载
(1) 屋盖恒载F1, k
屋面恒载（折算为线荷载）
＝
屋架自重
Q1, k＝135kN
屋架轴线跨度L＝27m，两端挑出外天沟各a＝0.75m，上弦水平投影全长为
L1＝L+2×a＝ 。

F1, k对上柱轴线的偏心距
屋架高度范围内的砖墙重量通过柱顶圈梁（兼作联系梁）由砖墙传至基础梁，不传给柱子。
(2) 屋面活载F6, k
屋面活荷载0.5kN/m2，0.5×6＝3.0kN/m
作用位置同F1, k
2. 柱自重F2, k、F3, k
(1) 上柱自重：F2, k＝，作用在上柱中心线上
(2) 下柱自重：F3, k＝，作用在下柱中心线上
3. 吊车梁及轨道零件重F4, k
吊车梁自重：
轨道联结DGL—13：钢轨
联结件
弹性垫板
找平层
———————————————
共计：1 kN/m
F4, k＝ ，作用在吊车梁中心线上。
4. 吊车荷载
(1) 吊车竖向荷载Dmax, k、Dmin, k
由给出的设计资料，查教材附录12得B、K，则
S＝B－K＝6400－5250＝1150mm

， ， ， 0 。
查教材附录12得最大轮压Pimax, k
最小轮压
作用在排架上的吊车竖向荷载Dmax, k、Dmin, k为：

作用在吊车梁中心线上。
(2) 吊车横向水平荷载Tmax, k
由起重量Q＝10t，小车重G2, k＝3.8t，当Q10t时，
对于软钩吊车：
作用在排架上的吊车横向水平荷载Tmax, k为：

作用在吊车梁顶面处。
5. 风荷载
由得
迎风面：
背风面：
，bz＝1，ms值见下图，其中，mz为风压高度变化系数如下。
计算墙面风压时，mz按柱顶高度考虑；
计算无天窗屋盖风压时，mz按檐口高度考虑。插值法得：
标高
风压高度变化系数
柱顶标高（11.5m）
1.042
檐口标高（13.6m）
1.1008
屋顶标高（14.8m）
1.1344
左风： （化为线荷载）

＝
＝5.164 kN

0.550

（三） 柱顶不动铰支反力计算
先用计算各系数，再用教材附录9校核。
1.柱顶作用一单位水平力时的位移（教材附图9－1）

2.柱顶作用一弯矩时（附图9－2）

3.在牛腿面作用一弯矩时（附图9－3）

4.离柱顶y处作用一水平集中力时（如吊车水平荷载作用在吊车梁顶面）

（可以查附表图9－4、9－5、9－6用插入法校核）
5.沿柱高承受均布风荷载时（附图9－8）

经校核上述各系数（）均满足要求。

（四） 内力符号规定
——柱的左边受拉为正，右边受拉为负。弯矩图绘在受拉边。
——压力为正。
——柱对基础顶面的剪力，向右为正。
（五） 排架内力分析
本工程A、B柱的高度和截面均相同，，因此剪力分配系数，柱顶剪力，荷载位置及计算截面如下面：

1. 屋盖恒载作用
因荷载和排架柱均对称，故屋盖恒载作用下排架没有侧移，柱顶相当于不动铰支座。

50mm 150mm

－2.156－3.935＝－6.091kN
（注意：、与柱顶不动铰支反力计算图中假定的方向相反，故为负值。）
计算柱截面内力并绘内力图：

＝6.091kN ＝264.15kN
＝6.091kN ＝264.15kN
＝6.091kN ＝264.15kN
＝6.091kN ＝264.15kN
2. 柱和吊车梁自重作用
在进行排架计算时，计算简图应根据施工和荷载的具体情况而定。一般施工程序是先吊装柱、后吊装吊车梁，在屋架尚未吊装前，整个排架未形成，这时柱和吊车梁的荷载应按悬臂柱计算。吊车梁上的轨道联结一般在形成排架后才施工，但其重量较小，为计算方便起见，就一并计入吊车梁自重来考虑。
计算柱截面内力并绘内力图：

750＝750－＝400mm 150mm
kN /m kN
kN/m

3. 屋面活荷载作用

50mm 150mm
＝，
＝
＝，

＝－0.349－0.637＝－0.986kN
计算柱截面内力并绘内力图：

4. 吊车竖向荷载作用
Dmax, k＝234.9kN 在A柱，Dmin, k在B柱。

(1) 柱顶不动铰支反力：
400mm

(2) 把反向作用于排架A柱顶，得A、B柱顶剪力均为

(1)＋(2)得：
A柱柱顶剪力：
B柱柱顶剪力：
计算柱截面内力并绘内力图：
A柱：

B柱：

5. 吊车竖向荷载作用
Dmin, k＝234.9kN在A柱，Dmax, k在B柱。
A柱内力相当于Dmax, k在A柱时B柱的内力，但弯矩、剪力符号相反。
B柱内力相当于Dmax, k在A柱时A柱的内力，但弯矩、剪力符号相反。

6. 吊车水平荷载作用
Tmax, k＝7.024kN作用在A、B柱上。

(1) 柱顶不动铰支反力

(2) 把反向作用于排架A柱顶得A、B柱的柱顶剪力均为

A柱柱顶剪力：
B柱柱顶剪力：
计算柱截面内力并绘内力图：（实线表示Tmax, k的作用方向向右，虚线表示Tmax, k的作用方向向左）
A柱：

B柱：

7. 风荷载作用，左风

(1) 柱顶不动铰支反力：

(2) 把反向作用于排架A柱顶，得A、B柱的柱顶剪力均为

(1)＋(2)得：
A柱柱顶剪力：

柱柱顶剪力：

计算柱截面内力并绘内力图：
A柱：

B柱：

8. 风荷载作用，右风
A柱内力相当于左风时B柱的内力，但符号相反。
B柱内力相当于左风时A柱的内力，但符号相反。

（六） 荷载组合及内力组合
1. 荷载组合
厂房使用过程中，各种荷载以不同方式作用在结构上，但所有可变荷载都同时达到规定值的机率毕竟很小。按《建筑结构荷载规范GB50009－2001》的规定，应考虑下面几种荷载组合：
(1) 由可变荷载效应控制的组合：（）
a. 恒荷载＋任一活荷载，即：
b. 恒荷载+0.9（任意两个或两个以上活荷载之和），即：
(2) 由永久荷载效应控制的组合（此时可变荷载仅限于竖向荷载），即：
。在本设计中，。
2. 内力组合
内力组合一般可考虑以下四种情况：（内力组合见附表一）
(1) ＋Mmax及相应的N和V；
(2) －Mmax及相应的N和V；
(3) Nmax及相应的M和V；
(4) Nmin及相应的M和V。
3. 内力组合注意事项
(1) 组合表格见（附表一）；
(2) 每种组合必须包括恒载；
(3) Dmax及Dmin二者仅选一项组合；
(4) 对于吊车荷载项要注意，当有T时必有D，但有D时不一定有T，有D一般也有T；

(5) 风载可左可右，组合时只取一项；
(6) 当进行以Nmax及Nmin为组合目标时，应使相应的M尽可能大。

三、 柱截面设计
（一） 材料
混凝土取C30，主筋用HRB335级（2）钢筋，箍筋用HPB235级（1）钢筋
（二） 内力值的取舍
根据单跨排架柱的内力组合表，在上柱配筋计算中选取截面的内力，在下柱配筋计算中选取截面的内力。判断规则如下：
a． N相差不多时，M大的不利；
b． M相差不多时，凡是M/N0.3的，N小的不利；M/N0.3的，N大的不利。
对于工字形截面柱，在多数情况下属大偏心受压构件。偏心距e（）的值越大（M越大，N越小），截面配筋就越多，因此一般应选取偏心距e值较大的组合。求得钢筋面积后，再对轴力N最大的组合进行校核。
（三） 计算方法
混凝土强度等级为,，采用HRB335级钢筋，
，。上、下柱均采用对称配筋。
1．上柱配筋计算。
取
1132.56kN
360mm
mm
400
N/mm
3
.
14
0
.
1
2
b
0
c
1
b
=
´
´
´
´
=
=
x
a
bh
f
N

而截面的内力均小于，则都属于大偏心受压，所以选取偏心距较大的一组
内力作为最不利内力。即取
=60.808,=336.18；V=19.798kN
吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心矩取（大于）

应考虑偏心距增大系数。
， 取
95
.
0
)
400mm
mm
8000
(
01
.
0
15
.
1
01
.
0
15
.
1
0
2
=
´
-
=
-
=
h
l
x

mm
8
.
58
400
3
.
14
0
.
1
336180
c
1
=
´
´
=
=
b
f
N
x
a

且
mm
69
.
138
2
400mm
mm
201
486
.
1
2
i
=
-
´
=
¢
+
-
=
¢
a
h
e
e
h

(
)
(
)
2
2
0
y
s
mm
486
40mm
mm
360
mm
300
mm
69
.
138
336180
=
-
´
´
=
¢
-
¢
=
¢
=
N
N
a
h
f
e
N
A
A
s
S

选318，则满足要求。
验算垂直于弯矩作用面的承载力：
垂直于排架方向柱的计算长度，则， 查表得：

满足弯矩作用平面外的承载力要求。
2.下柱配筋计算
取 ， 与上柱分析方法类似。

而，截面的内力均小于，则都属于大偏心受压。所以选取偏心距最大的一组内力作为最不利内力。
按 计算
下柱计算长度取，附加偏心距，取＝23.3mm，，，
mm
12
.
476
424911N
mm
N
10
263
.
202

0
=
×
´
=
=
N
M
e

大于5，且小于15，所以 应考虑偏心距增大系数且取
取
先假定中和轴位于翼缘内，则
mm
100
27
.
74
mm
400
mm
3
.
14
0
.
1
424811
f
2
f
c
1
=
¢
<
=
´
´
=
¢
=
h
N
N
b
f
N
x
a

即中和轴在翼缘内
且

选用418 ，则 满足要求。
验算垂直于弯矩作用面的承载力：
垂直于排架方向柱的计算长度：

取

满足弯矩作用平面外的承载力要求。
3．柱箍筋配置
由内力组合表，相应的，
验算截面尺寸是否满足要求。

由于4>5>6 ，所以按线性插值取：V ＝1.0

截面满足要求。
判断是否需要按计算配箍筋：
3
04
.
5
660
10
838
.
60
10
263
.
202
3

0
>
=
´
´
´
=
=
Vh
M
l
取

kN
81
.
424
kN
590
10
90
.
5
10
375
.
1
3
.
14
3
.
0
3
.
0
5
5
c
=
>
=
´
=
´
´
´
=
N
A
f

3
0
t
10
81
.
424.
07
.
0
660
100
43
.
1
0
.
1
0
.
3
75
.
1
07
.
0
0
.
1
75
.
1
´
´
+
´
´
´
+
=
+
+
N
bh
f
l

故只需按构造配箍筋，上下柱均选用箍筋。

四、 牛腿设计
HPB235级钢筋或HRB335级钢筋。根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图下所示。其中牛腿截面宽度=400mm，牛腿截面高度=600mm，, 设。

图2-70 牛腿尺寸简图
①. 牛腿截面高度验算
=0.65, ，(牛腿顶面无水平荷载),
0
30mm
20mm
mm
50
<
-
=
+
-
=
a
取 。

故截面高度满足要求。
② .牛腿配筋计算。
由于, 因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，

故取＝
且纵筋不宜少于4根，直径不宜少于12，所以选用416。
水平箍筋和弯起钢筋的构造要求：
牛腿应设置水平箍筋，箍筋直径6～12mm，间距宜为100~150mm，且在上部范围内的水平箍筋总截面面积不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的二分之一。当牛腿的剪跨比时，宜设置弯起钢筋。弯起钢筋宜采用HRB335级或HRB400级钢筋，并宜使其与集中荷载作用点到牛腿斜边下端点连线的交点位于牛腿上部至之间的范围内，l为该连线的长度，其截面面积不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的二分之一，根数不宜少于2根，直径不宜小于12mm。纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。
综上所述：箍筋选用。
局部承压面积近似按柱宽乘以吊车梁断承压板宽度取用：
满足要求。
五、 柱下独立基础设计
（一） 材料
混凝土采用C20，HPB235级钢筋或HRB335级钢筋。
（二） 确定基础荷载计算值
在内力组合表中选出Ⅲ—Ⅲ截面Mk的绝对值最大（Mmax、Mmin）的两组内力（包括Nk、Vk）。由于本工程中外墙荷载作用在基础顶面上，还要把选出来的两组内力分别与外墙荷载作用组合起来计算作用在基底的两组力。组合以后正、反两个方向两组力的差别不太大时，基础可以设计成对称的。
第一组：
第二组：
外墙荷载G1k＝
＝215.361+16.200+16.065
＝247.626kN
G1k作用在轴线外侧1/2基础梁宽（即0.12m）处，柱距＝6m，墙高见设计题目剖面图，24墙双面粉刷共重5.24kN/m2。
窗宽4.2m，窗总高按窗地面积比（窗洞面积与地面面积之比）为1/2确定，并分为
吊车梁上、下两段。钢窗重量0.4kN/m2
（三） 确定基础底面积
1. 基础埋置深度d的确定
对于截面高度500mm≤hc＜800mm的矩形、工字形柱，柱的插入深度h1≥hc，且h1还应同时满足柱纵向受力钢筋锚固长度的要求，以及柱吊装时稳定性的要求——即h1≥0.05H＝575mm。
故取 h＝750＋50＋200mm＝1000mm
d＝h＋500＝1500mm＝1.5m
2. 基础底面尺寸的确定：
先根据柱传来的最大轴向力（根据内力组合表中Nmax, k＝618.834kN）和墙传来的荷载G1k，按中心受压基础估算底面积A1。即：

然后考虑基础偏心荷载的影响，根据偏心距的大小将面积A1增大20％～40％作为偏心受压基础的底面积A。即：
取A＝6m 设基础底面的长边为b，短边为l，并令＝m，m＝1.5。
于是 取b＝3m ＝2m
根据已求得的b、l值验算基底持力土层的应力，使基底应力，，。当不满足这些条件时需要重新调整b、值，直到满足为止。

3.基底应力按下式计算：如上图
① 根据第一组内力组合：
h＝1m

<1.2
＝ 满足要求。
② 根据第二组内力组合：
h＝1m

<1.2
＝
故满足要求
（四） 受冲切承载力计算
1. 基底净应力计算：

由于e＝426mm

2. 基础剖面设计
当h≤1.10m时，基础可以设计成两阶。

按照构造要求设

3. 基础高度验算
基础高度冲切验算应根据基础剖面和平面尺寸以及冲切线的具体情况来进行。

①. 柱与基础交接处的冲切验算：

满足要求。
②. 变阶处的冲切验算：

满足要求。
——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，取1.0；当h大于等于2000mm时，取0.9；其间按线性内插法取用。这里取1.0。
（五） 基底配筋计算

1. 计算弯矩：

围绕短轴旋转

围绕长轴旋转

2. 计算钢筋面积：
钢筋用HPB235级钢筋， ，长边和短边一般选用相同的钢筋直径d。
长边：

选配18钢筋 ，
短边：

选配钢筋，
六、 柱的吊装验算
考虑翻身起吊，对1－1、2－2、3－3截面进行承载力、裂缝宽度验算，验算应取吊装时的混凝土实际强度（设计强度的70﹪）

1. 荷载计算
近似化为均布荷载来计算：
600+＝600+4000＝4600mm

BC段线荷载：

AB段线荷载：

2. 柱危险截面弯矩

（一般不起控制作用）
3. 承载力验算及裂缝宽度验算
上柱：
下柱：
上柱：
下柱：
上柱：＝0.006<0.01 取0.01
下柱：＝0.01
上柱：
下柱： 取0. 2
上柱：
下柱：

柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表

柱截面
上柱
下柱

64.032（53.36）
78.715 (65.596)

87.8970.964.032=56.629
300.510.978.715=70.845

223.29
112.239

0.515
-0.0640.2, 取0.2

0.2430.3 (满足要求)
0.0470.3 (满足要求)

七、 绘制施工图
1. 布置图包括：
(1) 柱、基础、基础梁平面布置图；
(2) 吊车梁、柱间支撑平面布置图；
(3) 屋面构件布置图；
(4) 连系梁、柱间支撑竖向布置图；
2. 柱及基础施工图钢筋表；

3. 简要的说明材料要求；
4. 标注构件代号；
5. 施工图详见图纸。

八、 参考资料

1. 规范
(1) 《混凝土结构设计规范GB50010－2002》
(2) 《建筑结构荷载规范GB50009－2001》
(3) 《建筑地基基础设计规范GB50007－2002》
(4) 《建筑结构制图标准GB/T50105－2001》
(5) 《房屋建筑制图统一标准GB/T50001－2001》
2. 图集
(1) 04G410-1：1.5m×6.0m预应力混凝土屋面板（预应力混凝土部分）
(2) 04G415-1：预应力混凝土折线形屋架（预应力筋为钢绞线 跨度18m～30m）
(3) 04G323-2：钢筋混凝土吊车梁（工作级别A4、A5）
(4) 04G325：吊车轨道联结及车挡（适用于混凝土结构）
(5) 04G337：吊车梁走道板
(6) 04G320：钢筋混凝土基础梁
(7) 03G322-1：钢筋混凝土过梁（烧结普通砖）