单层单跨工业厂房-学位论文.doc

第一章 设计资料
1.1设计资料
(1) 工程名称: 某锻工车间。
(2) 建筑地点: 车间所在场地，天然地面下0.8m内为填土，填土下层3.5m内为粉质粘土，地基承载力设计值，设计水位很低，不予考虑。
(3) 自然条件: 基本风压 基本雪压 。屋面积灰荷载
(4)建筑平面、剖面如图1-1和图1-2所示。

图1-1 建筑平面布置图

图1-2 I-I剖面图

第二章 厂房标准构件及排架柱材料选用
2.1 厂房中标准构件选用情况
2.1.1 屋面做法
两毡二油防水层上铺小石子： 0.35kN/m
20mm水泥沙浆找平层： 0.4kN/m
100mm珍珠岩保温层： 0.5kN/m
一毡二油隔气层： 0.05kN/m
20mm水泥沙浆找平层： 0.4kN/m
合计：
屋面活荷载：
屋面外荷载：
屋面板采用G410（一）标准图集：1.5m×6m预应力混凝土屋面板（卷材防水）
中间跨： YWB—2II
边 跨： YWB—2IIS
允许外荷载：
板自重：
灌缝重：
2.1.2檐口板、嵌板
檐口板、嵌板采用G410（二）标准图集体。
中间跨： YWB—1
边 跨： YWB—1S
允许外荷载： 2.50kN/m
板自重： 1.65kN/m
灌缝重： 0.10kN/m
2.1.3屋架
屋架采用G415（一）标准图集的预应力混凝土折线型屋架（YWJ—24—1Ba）
允许外荷载： 4.00kN/m
屋架自重：
2.1.4天沟板
天沟板采用G410（三）标准图集。
中间跨： TGB77
中间跨左开洞： TGB77—1b
中间跨右开洞： TGB77—1a
端跨左开洞： TGB77—1sb
端跨右开洞： TGB77—1sb
允许荷载： 3.05kN/m
构件自重： 1.90kN/m
2.1.5吊车梁
吊车梁选用G323（二）标准图集,中级工作制备，两台起重量为10t的吊车, ,选用吊车梁：中间跨:DL—8Z,边跨DL—8B：构件自重： 。
吊车轨道联接选用G325标准图集,中级吊车自重：。
2.2排架柱材料选用
(1) 混凝土：采用C30。
(2) 钢筋：纵向受力钢筋采用HRB335级。
(3) 箍筋：采用HPB235级。
(4) 型钢及预埋铁板均采用HRB235,HPB235。

第三章 排架柱高与截面计算
3.1排架柱高计算
由吊车资料表可查得：H＝1876mm,轨顶垫块高为200mm。
牛腿顶面标高 ＝轨顶标高－吊车梁－轨顶垫块高
＝9.000－1.200－0.200
＝7.600m(取7.800m)
柱顶标高 ＝牛腿顶面标高+吊车梁高+轨顶垫块高+H+0.3
＝7.800+1.200+0.200+1.876+0.3
＝11.376m (取12.00000m)
上柱高 ＝柱顶标高－牛腿顶面标高
＝12.000-7.800=4.200m
全柱高＝柱顶标高－基顶标高
＝12.000－(－0.500)＝12.500m
下柱高＝全柱高－上柱高
＝12.500－4.200＝8.300m
实际轨顶标高＝牛腿顶面标高+吊车梁高+轨顶垫块高
＝9.200m
则 (9.2m－9.0m)÷9.0m＝0.022＜0.200 满足要求。
3.2排架截面尺寸计算
截面尺寸需要满足的条件为：b≧H/25＝344mm.h≥H/12＝717mm
取柱截面尺寸为：上柱：（b×h）＝400×400
下柱：I(b×h×b×h)＝400×800×100×150（如图3-1）

图3-1 下柱截面图
第四章 排架柱上的荷载计算
4.1屋盖自重计算

1.2×（1.70+1.30+0.10）×6×15/2+1.2×60.5×0.5=203.7KN(作用在柱顶)

4.2柱自重计算
上柱：（作用于上柱中心线）
下柱：
4.3吊车、吊车梁及轨道自重计算

4.4屋面活荷载计算

4.5吊车荷载计算
竖向荷载：115kN, 20kN, K=4050mm, B=5840mm, 100kN, 34.61kN。
根据B与K，由影响线（见图4-1）

可以求得
＝0.027 ＝0.702
＝1.00, ＝0.176
由上求得

吊车水平荷载为

则
→ ←)
4.6风荷载计算
基本风压:
风压高度变化系数μz按B类地区考虑，根据柱顶标高12.15m，查看《荷载规范》用内插法得檐口标高14.25m, 用内插法得， 则:

柱顶风荷载集中力设计值：

第五章 内力计算
5.1作用内力计算
5.1.1 作用(排架无侧移)

由, ,则：

故作用下不动铰承的柱顶反力为
(→)
同时有

故在作用下不动铰承的柱顶反力为
(→)
故在共同作用下（即在G作用下）不动铰支承的柱顶反力为
(→)
相应的计算简图及内力图如图5-1所示

图5-1 恒荷载作用下的内力
(a)G的作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图（kN）
5.1.2 作用计算简图及内力图
, , ,

相应的计算简图及内力图如图5-2所示。

图5-2 G、G、G作用计算简图及内力图
(a) G、G、G作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图(kN)
5.2 屋面活荷载内力计算
对于单跨排架，与一样为对称荷载，且作用位置相同，但数值大小不同。故由的内力计算过程可得到的内力计算数值；

(→)
相应的计算简图及内力图如图5-3 所示。

图5-3 Q作用计算简图及内力图
(a)Q的作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图(kN)
5.3 吊车竖向荷载作用内力计算
作用于A柱，作用于B柱，其内力为

厂房总长72m,跨度为15m，吊车其重量为10t,则查得有檩条屋盖的单跨厂房空间作用分配系数
μ＝0.85。

相应的计算简图及内力图如图 5-4 所示。

图5-4 D作用计算简图及内力计算
(a) D的作用；(b)M图(kN·m)；(c)N图(kN)
D作用于A柱时，由于结构对称，故只需A柱与B柱的内力对换，并注意内力变号即可。

5.4 吊车水平荷载作用内力计算
当T向左时，A、B柱的柱顶剪力按推导公式计算：
Y＝0.667 H，用内插法求得C＝0.55有T＝10.77kN，μ＝0.85则
V＝V＝－(1－μ) C T＝－0.89 kN(←)
相应的计算简图及内力图如图5-5所示。

图5-5 T的作用计算简图及内力图
（a）T的作用；(b)M图(kN·m)；(c)V图(kN)
当T向右时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反。

5.5 风荷载作用
风从左向右吹时，先求柱顶反力系数C为

对于单跨排架，A、B柱顶剪力分别为
＝0.5[F－CH(q－q)]
＝0.5×[7.36-0.307×12.5×(2.14-1.34)]
＝2.15 kN(→)
＝0.5[F+CH(q－q)]
＝0.5×[7.36+0.336×12.5×(2.14-1.34)]
＝5.22 kN(→)

相应的计算简图及内力图如图5-6 所示。

图5-6 风荷载作用计算简图及内力图
(a)风荷载的作用； (b)M图（kN·m）
风从右向左吹时，仅荷载方向相反，故弯矩值仍可利用上述计算结果，但弯矩图的方向与之相反。
5.6最不利荷载组合。
由于本例结构对称，故只需对A柱（或B柱）进行最不利内力组合，其步骤如下：
（1）确定需要单独考虑的荷载项目。本工程为不考虑地震作用的单跨排架，共有8种需要单独考虑的荷载项目，由于小车无论向右或向左运行中刹车时，A、B柱在T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有7项。
（2）将各种荷载作用下设计控制截面（I—I、II—II、III—III）的内力M、N（III—III截面还有剪力V）填入组合表5-1 。填表时要注意有关内力符号的规定。
（3）根据最不利又最可能的原则，确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（包括吊车荷载）同时考虑时，除恒荷载外，其余荷载作用下的内力均应乘以0.85的组合系数。
排架柱全部内力组合计算结果列入表5-1。

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
|M|max
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
I-I
M
(kN·m)
12.88
3.49
-21.97
-17.77
11.34
27.9
-33.74
①+09×（②＋⑥）
51.337
①+
⑥
40.78
①+0.9
×(③+
⑤+⑦)
51.337
N
(kN)
219.31
63
0
0
0
0
0
276.01
219.31
276.01
II－II
M
(kN·m)
-18.54
-9.114
69.85
0.98
11.34
27.9
-33.74
①+0.9
×(②
+③)
71.44
①+
⑦
-52.28
①+0.9
×(②+
⑤+⑦)
79.64
N
(kN)
274.02
63
276.04
48.1
0
0
0
579.156
274.02
522.47
III-III
M
(kN·m)
30.33
23.65
31.24
-36.07
93.34
194.1
-169.9
①+0.9
×(②
+③)
338.43
①+
⑥
-155.04
①+0.9
×(④+
⑤+⑦)
338.43
N
(kN)
314.33
63
276.04
48.1
0
0
0
619.47
357.62
619.476
V
(kN)
5.95
1.58
-5.23
-4.23
-9.88
28.9
-21.97
35.11
10.79
3.76
表5-1 排架柱内力组合表

第六章 排架柱设计
6.1柱截面配筋计算
最不利内力组的选用：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的最不利内力组确定，而上柱配筋由截面1—1的最不利内力组确定。
6.1.1 Ⅰ——Ⅰ 截面配筋：
1. 组合(与组合相同)
M=51.37 N=276.01
h0=h-=400-40=360
L0=2H0=2×3900=7800
A=400400=160000mm2
纵向受力钢筋采用HRB335级ξb
ea=max(h/30,20)=20
e0＝M/N=186
ei= e0+ ea =206
ζ1=0.5fCA/N=0.5×14.3×160000/319740=3.578>1取ζ1=1.0
ζ2=1.15-0.01×L0/h=0.94
1.517
e=ηei+h/2-=473
ξ<ξb （大偏心受压）
X= h0ξ=360×0.155=48
h0ξb=360×0.55=198
2as=80
经比较：X< h0ξb且X< 2as,则说明受压筋不能达到屈服强度，此时应按以下公式计算。
=ηei-h/2+ as =1.409×228.1-400/2+40=161.39
As=N es`/[fy(h-2as)=319740×161.39/[300×（400-80）]=399
Amin=0.2%×160000=320

2.组合
M=51.34 N=276.01
h0=h-as=400-40=360
L0=2H0=2×3900=7800
A=400400=160000
纵向受力钢筋采用HRB335级ξb
ea=max(h/30,20)=20
e0＝M/N=186
ei= e0+ ea =206
ζ1=0.5fc A /N =0.5×14.3×160000/370140=3.09>1取ζ1=1
ζ2= =1.15-0.01×L0/h=0.94
1.517
e=ηei+h/2-=1.940×99.3+400/2-40=354.07
ξ<ξb （大偏心受压）
X= h0ξ=360×0.180=48
h0ξb=360×0.55=198
2as=80
经比较X< h0ξb且X< 2as,则说明受压筋不能达到屈服强度，此时应按以下公式计算。
es`=ηei-h/2+ as =1.940×99.3-400/2+40=32.64
As=N es`/[fy(h-2as)=370140×32.64/[300×（400-80）]=125.8
Amin=0.2%×160000=320

6.1.2Ⅲ——Ⅲ 截面配筋：
1.组合
M=338.43 N=619.47
h0=h-as=900-40=860
L0=1.0H0==8300
A=400×900-2×[（550+600）/2×150]＝187500 mm2
纵向受力钢筋采用HRB335级ξb
ea=max(h/30,20)=27
e0＝M/N=546
ei= e0+ ea =573
ζ1=0.5fc A /N =0.5×14.3×187500/883600=1.517>1取ζ1=1
ζ2= =1.15-0.01×L0×1000/h=1.054>1取ζ2=1
1.102
e=ηei+h/2- as =1.102×573+800/2-40=991
ξ<ξb （大偏心受压）
X= h0ξ=860×0.180=108
h0ξb=860×0.55=473
2as=80 =150
经比较,ξb ，应重新计算 X

Amin=0.2%×A=0.2%×187500=375

2. 组合
M=338.93 N=619.47
h0=h-as=800-40=760
L0=1.0H0==8300
A=400×900-2×[（550+600）/2×150]＝187500 mm2
纵向受力钢筋采用HRB335级ξb
ea=max(h/30,20)=27
e0＝M/N=546
ei= e0+ ea =573
ζ1=0.5fc A /N =0.5×14.3×187500/966340=1.387>1取ζ1=1
ζ2=1.15-0.01×L0×/h=1.054>1取ζ2=1
1.102
e=ηei+h/2-as=1.197×284.2+900/2-40=991
ξ<ξb （大偏心受压）
X= h0ξ=760×0.203=108
h0ξb=860×0.55=473
2as=80 =150
经比较,ξb ，应重新计算 X

<0
Amin=0.2%×A=0.2%×187500=375

3. 组合
M=224.4 N=314.33
h0=h-as=900-40=860
L0=1.0H0==1875
A=400×900-2×[（550+600）/2×150]＝187500 mm2
纵向受力钢筋采用HRB335级ξb
ea=max(h/30,20)=27
e0＝M/N=714
ei= e0+ ea =741
ζ1=0.5fc A /N =0.5×14.3×187500/414770=3.232>1取ζ1=1
ζ2=1.15-0.01×L0×/h=0.916
1.001
e=ηei+h/2-as=1.063×886.1+900/2-40=1102
ξ<ξb （大偏心受压）
X= h0ξ=860×0.0.084=55
h0ξb=860×0.55=473
2as=80 =150
经比较X< h0ξb且X< 2as,则说明受压筋不能达到屈服强度，此时应按以下公式计算。
=ηei-h/2+ as =1.063×886.1-400/2+40=781.92
As=N es`/[fy(h-2as)=414770×781.92/[300×（900-80）]=1318.14
Amin=0.2%×A=0.2%×187500=375

比较以上计算结果，排架柱配筋为：（单侧）
上柱：（402） 配筋率:0.39%
下柱：（804） 配筋率:0.82%

6.2柱在排架平面外承载力验算
取Ⅰ——Ⅰ、Ⅲ——Ⅲ截面中的进行验算
查表（有柱间支撑，垂直房屋排架柱，有吊车房屋柱）得计算高度：
上柱:L0=1.25Hu=1.25×3900=4875
下柱:L0=0.8HL=0.8×8600=6880
1. Ⅰ——Ⅰ 截面：
=370.14
L0/b=4875/400=12.19 查表得 φ=0.954
φ =0.9×0.954×（14.3×160000+2×300×628）
= 2288.0> 满足要求
2. Ⅲ——Ⅲ 截面
=933.03
L0/b=6880/400=17.2 查表得 φ=0.842
φ =0.9×0.842×（14.3×187500+2×300×1533）
= 2728.88> 满足要求

6．3斜截面抗剪和裂缝宽度验算
6.3.1斜截面抗剪验算
按Nmin、Vmax组合计算
V=1.2×①+0.9×1.4×（③+⑦）
=1.2×9.21+0.9×1.4×（1.54+16.34）=33.58
N=1.2×①+0.9×1.4×（③+⑦）
=1.2×304.14+0.9×1.4×（50.40+0）=428.47
由于风荷载（均布荷载）在水平力中的比例为
39.47/（39.47+9.21+1.54）=78.59%
因此可以简化认为该柱承受均布荷载，则根据取λ=a/h0；当λ<1.5时，取λ=1.5。
为了防止箍筋充分发挥作用之前产生由混凝土的斜向压碎引起的斜压型剪切破坏，框架柱截面还必须满足下列条件：当满足条件时，框架柱就可不进行斜截面抗剪强度计算，按构造要求配置箍筋。

满足要求.
可以按构造配箍筋。

6.3.2裂缝宽度计算
按e0/h0≤0.55的偏心构件可不验算裂缝宽度，比较后，Ⅲ——Ⅲ 截面的组合的最大，故按此组合来验算。
由内力组合表可知，验算裂缝宽度的最不利内力的标准值
Mk=57.11/1.2+297.97/1.4=260.43
Nk=414.77/1.2=345.64
eok=Mk/Nk=260.43/345.64=0.753
ρct=As/Act=1533/[0.5×100×900+(400-100)×150]=0.0171
ηk=1+1/(4000eok/ho)×( Lo/h)2=1+1/(4000×753/860)×(8600/900)2=1.026
ek=ηkeok+h/2-as=1.026×753+900/2-40=1182.58
则纵向受力钢筋As合力至受压区合力作用点间的距离为
Z＝[0.87-0.12(1-γ’)(ho/ek)2]ho
={0.87-0.12×[1-(400-100)×150/(100×860)]×(860/1182)2}×860=723
纵向受拉钢筋As的应力
σs=Nk(ek-Z)/(AsZ)=345640×(1182.58-723)/(1809×723)=121.45N/mm2
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数
ψ＝1.1-0.65ftk/(ρctσs)=1.1-0.65×2.01/(0.0171×121.45)=0.371
故最大裂缝开展宽度
Wmax=αctψ (2.7c+0.11α/ρct)γ
=2.1×0.371××(2.7×30+0.11×20/0.0201)×0.7=0.070<0.3
满足要求。

6.4柱牛腿设计

6.4.1牛腿几何尺寸的确定：
牛腿截面尺寸与柱宽相等，为400，牛腿顶面的长度为800，相应牛腿水平截面长度为1200。取牛腿外边缘高度为h＝300，倾角ɑ＝45°,于是牛腿的几何尺寸如图6-1所示。

图6-1 牛腿几何尺寸及配筋图

6.4.2牛腿几何尺寸的验算：
由于吊车垂直荷载作用下柱截面内，a＝750－9000＝－150，即取ɑ＝0，
则
F＝D＋G＝276.04＋54.72＝330.76
F＝T＝11.34
＝0.8×(1－0.5×)×
＝708.3＞F＝330.76
所以截面尺寸满足要求。

6.4.3牛腿配筋：
由于吊车垂直荷载作用下柱截面内，故该牛腿可按构造要求配筋：
作用在牛腿上的荷载有Dmax、G3、Tmax
F＝D＋G＝501.17＋54.72＝555.89
= T=16.80 kN
F＝T＝16.80/1.4＝12.0
h0=300+300-40=560mm
竖向力作用点位于下柱截面以内（150）
a=-150mm<0.3h0=0.3×560=168mm 取a=168
727
ρ=As/bh0=722/(400×560)=0.32% 0.2%<0.32%<0.6%
选318 （736mm2）
因为a=-150mm<0.3h0=0.3×560=168mm，可不设弯起钢筋
箍筋要求:在上部2/3范围内的水平箍筋总截面面积不应少于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/2。取ф10@100，有
×h×A×2/100＝586.13mm＞A/2＝763/2＝381.5 mm（符合要求）

6.4.4局部承压强度验算：
0.75fA＝0.75×14.3×400×500＝2415 kN＞F=524.42
所以满足要求。

6.5柱的吊装验算

6.5.1吊装方案：
采用一点翻身起吊，吊点设在牛腿与下柱交接处，动力系数取1.5。

6.5.2荷载计算：
上柱自重:g＝1.2×1.5×25×0.4×0.5＝9.0
牛腿自重:g＝1.2×1.5×25×＝24.07
下柱自重:g＝1.2×1.5×25×0.19＝8.55

6.5.3内力计算:
M＝×9×4.2＝79.38
M＝×9×5.1＋×(24.07－9)×0.9＝123.15
M＝×8.55×7.1－＝-8.70
柱的吊装验算简图如图6-2所示

图6-2 柱吊装验算简图

第七章 基础设计
7.1 荷载计算
由柱子传至基顶的荷载。由排架柱内力组合表可得设计值如下：
第一组：
第二组：
第三组：

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的荷载设计值：
对基础底面中心的偏心距：
相应偏心弯矩设计值：

作用于基底的弯矩和响应基顶的轴向设计值。假定基础高度为，则作用于基底的弯矩和相应基顶的轴向力设计值为:
第一组：

第二组：

第三组：

7.2基底尺寸的确定
由第1组荷载确定和：
～～
取，则取
验算的条件：

验算其他两组荷载设计值作用下的基底应力：
第2组：

)
第3组：

）
所以最后确定基底尺寸为，如图7-1所示。

图7-1 基础底面尺寸图
7.3确定基底高度
前面已初步假定基础的高度为1.1m，若采用锥形杯口基础，根据构造要求，初步确定的基础剖面尺寸如图7.2 所示。由于上阶底面落在柱边破坏锥面之内，故该基础只需进行变阶处的抗切验算。
在各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3组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算。
在第3荷载作用下的冲切力。冲切力近似按最大低级净反力计算，即取
,由于基础宽度，小于冲切锥体底边宽。
故

变阶处的抗冲切力。由于基础宽度小于冲切锥体底边宽，
故

（满足要求）
因此，基础的高度及分阶可按图7-2所示的尺寸采用。

图7-2 基础抗冲切验算简图

7.4 基底配筋计算
沿长边方向的配筋计算。由前述三组荷载设计值作用下最大地基净反力的分析可知，应按第二组荷载设计值作用下的地基净反力进行计算，
：

则

选用1212(12@180),则

沿短边方向的配筋计算。由于沿短边方向为轴心受压，其钢筋用量应按第-组荷载设计值作用下的平均地基净反力进行计算。

选用1910（10@200），则
）
基础底面沿两个方向的配筋如图7-3所示，由于长边大于3，其钢筋长度可切断10％，若钢筋交错布置，则可选用同一编号。

图7-3 基础配筋计算图

结论：
（1）本设计按单层工业厂房结构的设计步骤及其有关标准或通用、定型构件的选择方法进行设计与取件，选择出最合理基标注构件与平面尺寸，并对牛腿柱的尺寸、配筋进行计算和合理设计。经计算设计，符合要求。
（2）本设计对屋面恒载 、活载、风荷载、吊车荷载、柱自重作用的选择合理的取值方法及各种荷载在单厂结构上的可能组合方式进行组合；对平面排架进行内力分析，对排架柱的最不利内力的进行组合，求解排架柱控制截面的最不利内力，得出截面配筋。经计算设计，符合要求。
（3）本设计对杯口基础的受力特点和基础底面尺寸的进行计算确定以及对杯口基础底板配筋进行计算和对基础的抗冲切验算及底板受力筋计算。经计算设计，符合要求。

参考文献
主要参考文献：
[1]《混凝结构设计规范》(GB 50010—2002)，中国建筑工业出版社，2002。
[2]《简明混凝土结构设计手册》，涂鸣主编，中国建筑工业出版社，2000。
[3]《混凝土结构(上册)》(第二版)，吴培明主编，武汉理工大学出版社，2003。
[4]《混凝土结构(下册)》(第二版)，彭少民主编，武汉理工大学出版社，2004。
[5]《单层工业厂房结构设计》(第二版)，罗福午主编，清华大学出版社，1990。
[6]《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)，中国建筑工业出版事业，2002。
[7]《建筑地基基础设计规范》(GB 50000—2002)，中国建筑工业出版事业，2002。
[8]《全国通用工业厂房结构构件标准图集》，中国建筑标准设计研究院，2000。

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