单层工业厂房结构设计计算书.doc

本科生毕业论文（设计）原创性声明

本人以信誉声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料等均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及获得中国地质大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

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摘　要

房屋建筑工程毕业设计一般包括建筑设计、结构设计和施工组织设计三个部分。本工程为黄山市金泰机械制造厂金工装配车间，该车间为三跨不等高单层工业厂房。按功能要求，该厂房两边跨为机械加工工段，跨度18m，轨顶标高9m，柱距6m，各有15/3t中级工作制吊车两台；中跨为机械装配工段，跨度24m，轨顶标高12m，有30/5t中级工作制吊车两台，车间总长为96m。本工程总建筑面积为5918㎡，防火等级为二级，抗震设防烈度为5度。本工程结构设计采用单层装配式排架结构，结构计算按横向排架承重分析。排架柱内力计算考虑以下四种荷载作用：竖向恒载作用下的内力，竖向屋面活荷载作用下的内力，吊车荷载作用下的内力及风荷载作用下的内力。排架柱内力组合考虑以下四种情况：及相应的、，及相应的、，及相应的、及及相应的、。对于该单层工业厂房可不进行抗震设计，但须采用构造抗震措施。对于装配式厂房，多数构件需预制，对施工场地平面布置要求严格。本工程将三跨厂房分为三个施工段进行流水施工，对各工种之间的配合要求较高。构件吊装方法中：柱的吊装采用旋转法；屋架吊装采用正向扶直，并用悬吊法吊装。

关键词：单层工业厂房 荷载计算 内力分析 计算配筋 施工组织

ABSTRACT

Graduation Project housing projects generally include architectural design, structural design and construction organization design in three parts. Huangshan, the project group to work Dajian metalworking assembly shop, the shop is not high for the three-span single-storey industrial build
-ings. According to functional requirements, the plant for machining on both sides ofcross-section, span of 18m, the top rail height 9m, column spacing 6m, each 15/3t two mid-level work crane system; mechanical assembly in cross-section, span of 24m, the top rail elevation 12m, there are intermediate 30/5t two working cranes, workshop total length of 96m. The total construction area of 5918 ㎡, fire rating of 2, fight for the 6 degree of intensity maximum security. The design of engineering structures fabricated using single -frame structure, the structure of the calculation according to analysis of the horizontal load-bearing frame. Calculation of column internal forces bent to consider the following four types of loads: the role of the vertical dead load of the internal force, vertical roof live load of the internal force, cranes load and wind load of the internal forces of the internal force under. Combination of column internal forces bent to consider the following four cases: and the corresponding,, and the corresponding,, and the corresponding, and the corresponding,. For the single-storey industrial buildings for seismic design from time to time, subject to the use of structural seismic measures. The assembly plant, the majority of components to be prefabricated on the construction site demanding layout. The project plant will be three cross-section is divided into three water works construction, the co-ordination among the various types of jobs require a higher. Component lifting methods: the use of rotating lifting column method; hold straight being used hoisting roof trusses, and hoisting suspension.

Keywords： Single-storey industrial building Load calculation
Internal force analysis Calculation of reinforced Construction Organization

目录
第一章 建筑设计 1
第一节 工程概况 1
第二节 建筑设计说明 1
第三节 建筑细部具体构造做法 4
第二章 结构设计 6
第一节 计算简图及柱的计算参数 6
第二节 荷载计算 7
第三节 内力分析 11
第四节 内力组合 41
第五节 柱的设计 46
第六节 基础设计 63
第三章 施工组织设计 70
第一节 编制说明 70
第二节 工程概况及特点 70
第三节 施工准备 71
第四节 主要施工方法 72
第五节 施工总平面布置 79
第六节 施工进度计划 80
结束语 81
致 谢 82
参考文献 83

第一章 建筑设计
第一节 工程概况
1. 黄山市金泰机械制造厂金工装配车间为三跨不等高单层工业厂房。边度为机械加工工段，跨度18m，轨顶标高9m，有15/3t中级工作制吊车2台；中跨为装配工段，跨度24m，轨顶标高12m，有30/5t中级工作制吊车2台；柱距6m，车间总长度96m。
2. 建筑地点为黄山市郊：场地地面下0.8m为回填土，填土下层3.6m为粉质粘土，地基承载力260 kN /㎡，地下水位在地面下5.0m，抗震烈度5度，非抗震结构设计；基本风压＝0.3kN/㎡，基本雪压＝0.4 kN/㎡。
3. 屋面采用卷材保温屋面作法，中跨设轻型钢天窗；围护墙为240mm厚双面清水墙，采用MU10机砖、M5混合砂浆砌筑；采用钢门窗，窗宽为3600mm；设有柱间支撑和屋架支撑；室内外高差为150mm，采用素混凝土地面；选用钢筋混凝土杯口基础，基础顶面标高-0.5m。
第二节 建筑设计说明
1.2.1 结构构件选型
钢筋混凝土单层厂房多采用排架结构，为了保证屋盖体系的整体性和刚度，屋盖采用无檩体系。该车间厂房采用卷材防水屋面，因而采用屋面坡度较小而经济指标较好的预应力折线形屋架。普通钢筋混凝土吊车梁制作方便，当吊车吨位不大时，有较好的经济指标，故选用普通混凝土吊车梁。该厂房各主要承重构件选型见表1-1。
表1-1 主要承重构件选型
构件名称
标准图集
选用型号
重力荷载标准值
屋面板
04G410-1 1.5m×6m预应力混凝土屋面板
YWB-2Ⅱ(中间跨)
YWB-2Ⅱs(端跨)
1.4 kN/㎡
(包括灌缝重)
天沟板
04G410-3 1.5m×6m预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）
TGB68-1

1.91 kN/㎡
屋架
04G415-1 预应力混凝土折线形屋架
YWJ18-2Aa边跨
YWJ24-2Ac中跨
66 kN/榀、106 kN/榀
0.05 kN/㎡（屋架钢支撑）
吊车梁
95G425 先张法预应力混凝土吊车梁
Y-XDL-11Z(中跨)
Y-XDL-7B（边跨）
45 kN/根
轨道连接
G325 吊车轨道连接详图
——
0.8 kN/m
基础梁
G320 钢筋混凝土基础梁
JL-3
16.7 kN/m
天窗架
05G516
轻型钢天窗架
GCJ9-11
GCJ9B-11(端架)
0.63 kN/㎡

1.2.2柱的尺寸确定
1. 对于边柱（A、F柱）
由工艺要求，吊车轨顶标高为9.0m，吊车为15/3t，中级工作制，＝18－1.5＝16.5m。查标准图集课的轨顶至吊车顶的高度为2.05m；吊车梁高为1.2m，轨道高度为0.2m，则：
牛腿顶面标高＝轨顶标高－吊车梁高－轨道高
＝9.0－1.2－0.2＝7.6m
由建筑模数的要求，故牛腿顶面标高取为7.8m，则轨顶标高设计值为9.2m。
柱顶标高＝牛腿顶面标高＋吊车梁高＋轨道高度＋吊车高度＋吊车顶至屋架下弦底面的尺寸
＝7.8＋1.2＋0.2＋2.05＋0.3＝11.55m 取11.60m
故柱顶标高取为11.60m。
由于室内地面至基础顶面的深度为0.5m，则：
H ＝11.6＋0.5＝12.1m，
＝7.8＋0.5＝8.3m，
＝12.1－8.3＝3.8m，
则： 取b＝400mm；
取b＝800mm；
故： 上柱：矩400×400
下柱：Ⅰ400×800×100×150
2. 对中柱（BC柱、DE柱）
由工艺要求，吊车轨顶标高为12.0m，吊车为30/5t，中级工作制，＝24－1.5＝22.5，轨顶至吊车顶的高度为2.6m，则：
牛腿顶面标高＝轨顶标高－吊车梁高－轨道高
＝12.0－1.2－0.2
＝10.6m
考虑模数要求，故牛腿顶面标高取10.8m，则轨顶标高设计为12.2m。
柱顶标高＝牛腿顶面标高＋吊车梁高＋轨道高＋吊车高＋吊车顶至屋架下弦底的尺寸
＝10.8＋1.2＋0.2＋2.6＋0.4
＝15.2m
故柱顶标高为15.2m。
假定室内地面至基础顶面的深度为0.5m，则：

则： 取b＝500mm；
取h＝1200mm；
故： 上柱： 矩500×600
中柱： 矩500×900
下柱： Ⅰ500×1200×120×200
3. 抗风柱

构造要求得，边跨抗风柱柱顶标高为13.95m，上柱高＝2.55m，下柱高＝11.9m，则：
取b＝400mm
取h＝600mm
故边跨抗风柱：上柱：矩400×300
下柱：矩400×600
中跨抗风柱柱顶标高为17.95m，上柱高＝2.85m，下柱高＝15.5m，则： 取b＝500mm
取h＝700mm
故中跨抗风柱：上柱：矩500×400
下柱：矩500×700
1.2.3 定位轴线确定
1. 横向定位轴线
横向定位轴线标定了纵向构件的标志端部，如：吊车梁、基础梁、屋面板、围护墙、纵向支撑等。确定横向定位轴线应主要考虑工艺的可行性、结构的合理性和构造的简单可行。
（1）柱与横向定位轴线的关系
柱的截面中心与横向定位轴线重合，而且屋架中心线也与横向定位轴线重合。但两顶的边柱分别向横向定位轴线内侧平移600mm。
（2）山墙与横向定位轴线的关系
本厂房设计的厂房均为非承重山墙，山墙内缘与横向定位轴线重合，端部柱截面中心线应自横向定位轴线向内移600mm。
（3）横向变形缝、防震缝部位柱与横向定位轴线的关系
横向变形缝处一般采用双柱处理，为保证缝宽的要求，此处设两条轴线，缝两侧柱截面中心均自定位轴线向两侧内移半个基础宽度。此处两条定位轴线之间的距离为插入距，由单层工业厂房变形缝要求设。
2. 纵向定位轴线
纵向定位轴线标定横向构件屋架标志尺寸的端部位置，也是大型屋面板边缘的位置。纵向定位轴线的确定原则是结构合理、构件规格少、构造简单，还应保证吊车运行及检修的安全需要。
（1）外墙、边柱与纵向定位轴线的关系
本厂房采用封闭结合式定位轴线，即边柱外缘与纵向定位轴线相重合。边柱外缘与纵向定位轴线相重合。
（2）中柱与纵向定位轴线的关系
本厂房中柱为高低跨单柱，由于中跨吊车起重量较大（），其上柱外缘与纵向定位轴线不能重合，故中柱需设定两条定位轴线。高跨轴线与上柱外缘之间设联系尺寸，低跨定位轴线与高跨定位轴线之间设插入距，为简化屋面构造，其定位轴线应自上柱外缘、封墙内缘通过，故设插入距。
1.2.4 材料选用
1. 柱的材料

混凝土：C25 （=11.9 ，=1.27，=2.8×）
纵筋： HRB335级钢筋（=300，=2×）
箍筋： HPB235级钢筋（=210）
2.基础
混凝土：C25（=11.9 ，=1.27，=2.8×）
钢筋 ：HRB335级钢筋（=300，=2×）
1.2.5 细部构造总说明
1.勒脚
勒脚是外墙与室外地面或散水接触部位墙体的加厚部分；
勒脚的作用是防止地面水、屋檐滴下的雨水的侵蚀，从而保护墙面，保证室内干燥，提高建筑物的耐久性。勒脚的高度一般为室内地坪与室外地坪的高差，本厂房设计勒脚高度为150mm。
2.散水
散水是与外墙勒脚垂直交接倾斜的室外地面部分，用以排除雨水，保护墙基免受雨水侵蚀。散水的宽度应根据土壤性质、气候条件、建筑物的高度和屋面排水形式确定，一般为600mm～1000mm。当屋面采用无组织排水时，散水宽度应大于檐口挑出长度200mm～300mm。为保证排水顺畅，一般散水的坡度为3%～5%左右，散水外缘高出室外地坪30mm～50mm。散水常用材料为混凝土、水泥砂浆、卵石、块石等。本厂房散水宽度采用1000mm，坡度3%。
3.屋面工程
屋面工程应根据建筑物的性质、重要程度、使用功能要求，将建筑屋面防水等级分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，防水层合理使用年限分别规定为25年、15年、10年、5年，并根据不同的防水等级规定防水层的材料选用及设防要求。
　　根据不同的屋面防水等级和防水层合理使用年限，分别选用高、中、低档防水材料，进行一道或多道设防，作为设计人员进行屋面工程设计时的依据。屋面防水层多道设防时，可采用同种卷材叠层或不同卷材复合，也可采用卷材、涂膜复合，刚性防水和卷材或涂膜复合等。所谓一道防水设防，是具有单独防水能力的一个防水层次。
本厂房屋面防水等级为四级，采用两毡三油防水层。构造做法见第三节。
4.门窗工程
本厂房所有门窗均采用钢门窗。
在生产加工门窗之前，应对门窗洞口进行实测；玻璃的物理性能、风压变形性能、雨水渗透性能、空气渗透性能和保温性能应符合现行的等级要求。玻璃幕墙在钢筋混凝土结构面上的铁件须预埋，不得后打，不可使用膨胀螺钉。
第三节 建筑细部具体构造做法
1.屋面做法
选用刚性防水屋面
第一层：20mm厚水泥砂浆找平层
第二层：一毡两油隔气层
第三层：100mm厚水泥蛭石保温层
第四层：两毡三油防水层
第五层：20mm厚水泥砂浆保护层
2.内墙做法
选用混合砂浆粉面

15mm厚1：3水泥石灰砂浆打底；
10mm厚1：2水泥石灰砂浆抹面；
刷（喷）内墙涂料。
3.外墙做法
选用白水泥砂浆粉刷墙面
10mm厚1：3水泥砂浆打底；
8mm厚1：2.5水泥砂浆粉面。
4.墙基防潮
采用防水砂浆防潮层
20mm厚1：2水泥砂浆掺5%避水浆，位置一般在-0.06标高处。
5.地面做法
选用水泥自流平地坪
100mm厚碎石夯实；
60mm厚C20混凝土；
20mm厚自流平砂浆面层。

第二章 结构设计
第一节 计算简图及柱的计算参数
该厂房为金工装配车间，工艺无特殊要求，结构布置及荷载分布（除吊车荷载外）均布，故可由厂房相邻柱距的中线截取图2-1所示为计算单元，计算单元宽度B＝6.0m，计算简图见图2-2。
根据柱的截面尺寸，其计算参数见表2-1。

表2-1 柱的计算参数
计算参数
柱号
截面尺寸
面积

惯性矩

自重

A柱
F柱
上柱
矩400×400
1.6×
21.3×
4
下柱
Ⅰ400×800×100×150
1.775×
143×
4.44
BC柱
DE柱
上柱
矩500×600
3×
90×
7.5
中柱
矩500×900
4.5×
304×
11.25
下柱
Ⅰ500×1200×120×200
3.055×
572×
7.64

图2-1 计算单元

图2-2 排架计算简图

第二节 荷载计算
2.2.1 恒载
1.屋盖自重
两毡三油防水层 0.35kN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层 20×0.02=0.4 kN/m2
100mm厚水泥蛭石保温层 5×0.1=0.5 kN/m2
一毡两油隔气层 0.05 kN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层 20×0.02=0.4 kN/m2
预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.4 kN/m2
屋盖钢支撑 0.05 kN/m2

屋面恒载 3.15 kN/m2
为了简化计算，天沟板及相应的构造层的恒载，取与一般屋面恒载相同，屋架自重为66kN/榀（18m跨），106 kN/榀（24m跨）.中跨有天窗，自重为0.63 kN/m2，则作用于柱顶的屋盖结构自重设计值为：
两边柱（A柱、F柱）：
两中柱（BC柱、DE柱）：

2.吊车梁及轨道自重设计值：

3.柱自重设计：

A柱、F柱 上柱
下柱
BC柱、EF柱 上柱
中柱
下柱
2.2.2 屋面活荷载
由《荷载规范》查得，屋面均布活荷载标准值为0.7 ，雪荷载标准值为0.2 ，小于屋面活荷载，故仅按屋面活荷载计算。则作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：
边柱：
中柱：
活荷载的作用位置与屋盖自重作用位置相同，见图2-3。
则各项恒载和活荷载及其作用位置如下图2-3所示。

图2-3 柱上荷载作用位置
2.2.3 吊车荷载
1.对15/3t的中级工作制吊车，查得吊车基本参数如下：
,, ，，
根据B与K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的坐标值，如图2-4所示，依据该图可求得作用于柱上的吊车荷载。

图2-4 A柱吊车梁支座反力影响线
吊车竖向荷载：

吊车横向水平荷载：
作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为：

则作用于排架柱上的吊车横向水平荷载为：

2.对于30/5t的中级工作制吊车，查得吊车基本参数如下：
=290，=70，B = 6.15m ，K = 4.8m ，g = 117
根据B与K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的坐标值，如图2-5所示，依据该图可求得作用于柱上的吊车荷载。

图2-5 BC柱吊车梁支座反力影响线

吊车竖向荷载：

吊车横向水平荷载：
作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为：

则作用于排架柱上的吊车横向水平荷载为：

2.2.4 风荷载
黄山地区基本风压为=0.30 ，按B类地面粗糙度，又《荷载规范》查得风压体型系数如下图2-6所示：

图2-6 风压体型系数
1.边跨
风压高度变化系数为： 柱顶（H=11.6m） =1.045
檐口（H=13.6m） =1.101
屋顶（H=14.69m） =1.131
则风荷载标准值为：

则作用于排架计算简图上的风荷载设计值为：

2.中跨
风压高度变化系数为： 柱顶（H=15.2m） =1.144
檐口（H=17.2m） =1.188
屋顶（H=18.29m） =1.212
天窗顶（H=21.39m）=1.274
则风荷载标准值为：

则作用于排架计算简图上的风荷载设计值为：

则风荷载作用下的计算简图如下图2-7所示：

图2-7 风荷载作用下的计算简图
第三节 内力分析
2.3.1 计算排架柱刚度
排架柱刚度计算简图如下图2-8所示：

图2-8 排架柱刚度计算简图

上图中各柱柔度计算如下：
1.如下图2-9所示，其中：，，，；

则：

图2-9 A柱计算简图 由于排架对称性，故：=
2.如下图2-10所示，其中：,,,,
,；
则：

图2-10 BC柱计算简图 由于排架对称性，故：
3. 如下图2-11所示，其中：，，；
，,；

图2-11 BC柱计算简图
则：

由于排架对称，故：
4. 如下图2-12所示，其中：, , ；
则：

由于排架对称性，故：
图2-12 BC柱计算简图
则排架柱刚度计算如下：
；

2.3.2 恒载作用下的排架内力分析
1.各柱上恒载产生的集中力偶计算如下：
A柱：

BC柱：

图2-13 图2-14
A柱、BC柱力偶计算

2.排架水平杆件赘余力计算
将上述集中力偶简化为下图2-15所示排架计算简图：

图2-15 恒载作用下排架计算简图
上图中：,,
,,
,
。
水平杆件赘余力计算公式如下：
；；

上列各式中排架柱位移求解如下：
（1）如左图2-16所示，其中，，，
；则：

图2-16 A柱计算简图 由对称性得：；

（2）如左图2-17所示，其中，，，
；
则：

由对称性得：
图2-17 A柱计算简图
（3）如左图2-18所示，其中，，，
，，；
则：

图2-18 BC柱计算简图
由对称性得：
（4）如左图2-19所示，其中，
，，
， ，
；

则：
图2-19 BC柱计算简图

由对称性得：
（5）如左图2-20所示，其中，
，；
则：

图2-20 BC柱计算简图

由对称性得：
（6）如左图2-21所示，其中，，，
，，；
则：

图2-21 BC柱计算简图
由对称性得：
（7）如左图2-22所示，其中，，
；
则：

图2-22 BC柱计算简图

由对称性得：
（8）如左图2-23所示，其中，，，
；
则：

图2-23 BC柱计算简图
由对称性得：
（9）如左图2-24所示，其中，，
，
则：

图2-24 BC柱计算简图
由对称性得：

（10）如左图2-25所示，其中，；
则

由对称性得：

图2-25 BC柱计算简图
综合以上各柱位移，则水平杆件赘余力计算如下：

则排架水平杆件赘余力为：

由排架水平杆件赘余力可作出排架剪力、弯矩图，则排架内力图见图2-26。

(a) M图

(b) N图

(c) V图

图2-26 恒载作用下排架内力图

2.3.3 屋面活荷载作用下排架内力分析
1.AB跨作用有屋面活荷载
计算简图见图2-27。

图2-27 活荷载作用下排架计算简图

;

排架水平杆件赘余力计算公式如下：
， ，
， ，
， ；
由2.3.2中已求得各值，则计算如下：

，
；

由排架水平杆件赘余力可作出排架剪力、弯矩图，则排架内力图见图2-28。

（a）M图

(b) N图

(c) V图

图2-28 AB跨活荷载作用下排架内力图

2.CD跨作用有屋面活荷载
计算简图如下图2-29所示。

图2-29 活荷载作用下排架计算简图

排架水平杆件赘余力计算公式如下：
， ，
， ，
， ；
由2.3.2中已求得各值，则计算如下：

由排架水平杆件赘余力可作出排架剪力、弯矩图，则排架内力图如下图2-30所示。

（a）M图

（b）N图

（c）V图

图2-30 CD跨活荷载作用下排架内力图

3.EF跨作用有屋面活荷载
由于三跨厂房对称性，EF跨作用有屋面活荷载的排架内力与AB跨作用有屋面活荷载的内力图关于计算简图中心对称。作内力图如图2-31所示。

(a) M图

（b）N图

（c）V图

图2-31 EF跨活荷载作用下排架内力图

2.3.4 吊车竖向荷载作用下排架内力分析
1.作用于A柱
计算简图如下图2-32所示。

图2-32 吊车竖向荷载作用下排架计算简图

排架水平杆件赘余力计算如下：

由排架水平杆件赘余力可作出排架剪力、弯矩图，则排架内力图如下图2-33所示。

（a）M图

（b）N图

（c）V图

图2-33 作用于A柱时排架内力图

2.作用于BC柱左
计算简图如下图2-34所示。

图2-34 吊车竖向荷载作用下排架计算简图

排架水平杆件赘余力计算如下：

由排架水平杆件赘余力可作出排架剪力、弯矩图，则排架内力图如下图2-35所示。

（a）M图

（b）N图

（c）V图

图2-35 作用于BC柱左时排架内力图

3.作用于BC柱右
计算简图如下图2-36所示。

图2-36 吊车竖向荷载作用下排架计算简图

排架水平杆件赘余力计算如下：

由排架水平杆件赘余力可作出排架剪力、弯矩图，则排架内力图如下图2-37所示。

（a）M图

]

（b）N图

（c）V图

图2-37 作用于BC柱右时排架内力图

4.作用于DE柱左
由于三跨排架对称，故作用于DE柱左与作用于BC柱右所产生的排架内力关于计算简图中心对称。作排架内力图如下图2-38所示。

（a）M图

（b）N图