单层厂房课程设计.docx
- 文档编号:15086911
- 上传时间:2023-06-30
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:220.53KB
单层厂房课程设计.docx
《单层厂房课程设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单层厂房课程设计.docx(28页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
单层厂房课程设计
单层工业厂房结构课程设计计算书
一.设计资料
1.某金工车间,单跨无天窗厂房,厂房跨度L=21m,柱距为6m,车间总长度为150m,中间设一道温度缝,厂房剖面图如图所示:
2.车间内设有两台中级工作制吊车,吊车起重量为200/50kN。
3.吊车轨顶标高为9.0m。
4.建筑地点:
哈尔滨市郊。
5.地基:
地基持力层为e及IL均小于0.85的粘性层(弱冻胀土),地基承载力特征值为fak=180kN/m2。
标准冻深为:
-2.0m。
6.材料:
混凝土强度等级为C30,纵向钢筋采用HRB400级,(360N/mm2)箍筋采用HPB300级。
(270N/mm2)
二.选用结构形式
1.屋面板采用大型预应力屋面板,其自重标准值(包括灌缝在内)为1.4kN/m2。
2.屋架采用G415
(二)折线型预应力钢筋混凝土屋架,跨度为21m,端部高度为2.3m,跨中高度为33.5m,自重标准值为83.0kN。
3.吊车梁高度为0.9m,自重30.4kN;轨道与垫层垫板总高度为184mm,自重0.8kN/m。
4.柱下独立基础:
采用锥形杯口基础。
三、柱的各部分尺寸及几何参数
采用预制钢筋混凝土柱
轨道与垫层垫板总高ha=0.184m,吊车梁高hb=0.9m,故
牛腿顶面标高=轨顶标高-h-h=9.0-0.184-0.9=7.916m
由附录12查得,吊车轨顶只吊车顶部的高度为2.3m,考虑屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为220mm,故柱顶标高=9.0+2.3+0.22=+11.520m基础顶面至室外地坪的距离取1.0m,则基础顶面至室内地坪的高度为1.0+0.15=1.15m,故从基础顶面算起的柱高H=11.52+1.15=12.67m,
上部柱高H=11.52-7.916=3.604m,取为3.60m
下部柱高H=12.67-3.604=9.066m,取为9.07m
上部柱采用矩形截面bh=400mm400mm;
下部柱采用Ⅰ型截面b´h´b´h=400mm´900mm´100mm´150mm。
上柱:
bh=400mm400mm(g=4.0kN/m)
A=bh=1.6105mm2
I=bh312=2.13109mm4
下柱:
bhbh=400mm900mm100mm150mm(g=4.69kN/m)
A=900400-(900-2150)+(900-2175)(400-100)
=1.875105mm2
=1.951010mm4
H=3.6m,H=12.67m
=HH=3.612.67=0.284
上柱:
下柱:
n=0.109;=0.284
图1厂房计算简图及柱截面尺寸
四.荷载计算
1.恒荷载
(1)屋盖恒荷载
1.20.1=0.12kN/m1.20.0220=0.48kN/m1.20.14=0.48kN/m1.20.05=0.06kN/m1.20.0220=0.48kN/m1.21.4=1.68kN/m
SBS防水层
20mm厚水泥砂浆找平层
100mm厚水泥珍珠岩保温层
隔气层
20mm厚水泥砂浆找平层
总1
大型预应力屋面板(包括灌缝重)
g=3.3kN/m
屋架1.283.0=99.6kN/m
则作用屋架一段作用于柱顶的自重为:
F=610.53.3+0.599.6=255.7kN
作用于上部柱中心线外侧e0=50mm处。
2)柱和吊车梁等恒荷载
上柱:
F=1.23.604.0=17.28kN作用在牛腿顶截面处;
下柱:
F=1.29.074.69=51.05kN作用在基础顶截面处;
吊车梁及轨道自重:
F=1.2(30.4+0.86)=42.2kN
2.屋面活荷载由《荷载规范》查得屋面活荷载标准值为0.5kN/m2,雪荷载0.75kN/m2(50年
一遇),故考虑雪荷载。
F=1.40.75612=75.6kN
作用于上部柱中心线外侧e0=50mm处。
3.风荷载由《荷载规范》查得哈尔滨地区基本风压为
ω0=0.50kN柱顶处集中风荷载风压高度变化系数(按B类地面粗糙度取)按檐口离室外地坪的高度0.15+11.52+2.3=13.88m来计算。
查表可得离地面10m时,
z=1.0,离地面15m时,z=1.14,用插入法,可得
1.14-1.0
=1+1.14-1.0(13.88-10)=1.11z15-10
柱顶处均布风荷载风压高度变化系数(按B类地面粗糙度取)按柱顶离室外地坪的高度0.15+11.52=11.67m来计算。
同理可得
1.14-1.0
=1+1.14-1.0(11.67-10)=1.05z15-10
风荷载标准值:
==1.00.81.050.05=0.42kN/m
==1.00.51.050.05=0.2625kN/m
q1=1.40.426=3.53kN/m
则作用于排架上的风荷载设计值为:
qq1==11..4400..4226256=63=.523.k2N1k/Nm/mWk=(s1+s2)h1+(s3+s4)h2z0=(0.8+0.5)2.3+(0.5-0.6)1.21.110.56(屋面坡度为1/10)=9.5571kN
故W=W=1.49.5571=13.38kN
风荷载作用下的计算简图如下图:
图2风荷载作用下计算简图
4.吊车荷载
吊车跨度L=21-20.75=19.5m
查附录12,得Q=20/5t,Lk=19.5m时的吊车最大轮压标准值Pmax,k、最小轮压标准值Pmin,k、小车自重标准值G2,k以及吊车额定起重量相对应的重力标准值G3,k:
Pmax,k=205kN,Pmin,k=45kN,G2,k=75kN,G3,k=200kN并查得吊车宽度B和轮距K:
B=5.55m,K=4.40m
(1)吊车竖向荷载设计值Dmax、Dmin
由图所示的吊车梁支座影响线知
D=Py=0.9205(1.0+0.808+0.267+0.075)=396.675kN
Dmax=QDmax,k=1.4396.675=555.345kN
P45
D=Dmin,k=555.34545=121.905
minmax
Pmax.K205
(2)吊车横向水平荷载设计值Tmax
T=1(G+G)=140.1(75+200)=6.875kN
Tmax=DmaxTk=555.3456.875=18.62
Pmax,k205
五.内力分析
1、屋盖荷载作用下的内力分析
(1)屋盖集中恒荷载F1作用下的内力分析柱顶不动点反力R=M1CM=Fe=255.70.05=12.785kN•m
H
由于n=0.109,=0.284则代入公式
C=1.51-2(1-1/n)=1.51-0.2842(1-1/0.109)=2.10
11+3(1/n-1)1+0.2843(1/0.109-1)
则R=M1C=12.7852.10=2.12kN
H112.67
(2)屋盖集中活荷载F6作用下的内力分析
M=F´e=75.6´0.05=3.78kN×m
R=M6C=3.782.10=0.63kN
H112.67
在F1、F6分别作用下的排架柱弯矩图、轴向力图和柱底剪力图如下,图中标注出的内力值是指控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面的内力设计值。
弯矩以使排架柱外侧受拉为正,反之为负;柱底剪力以向左为正、向右为负。
<1>屋盖恒荷载作用下的内力图<2>屋盖活荷载作用下的内力图
2、柱自重、吊车梁及轨道连接等自重作用下的内力分析。
不作排架分析,其对排架产生的弯矩和轴向力如下图所示:
(1)Dmax作用在A柱,Dmin作用在B柱时,A柱的内力分析
Mmax=Dmax•e=555.345×(0.75-0.45)=166.6kN•m
Mmin=Dmin•e=121.91×(0.75-0.45)=36.57kN•m这里的偏心距e是指吊车轨道中心至下部柱截面形心的水平距离。
A柱顶的不动支点反力,代入公式得:
A柱顶不动支点反力RA=MmaxC3=166.661.16=15.27kN()
AH312.67
A柱顶不动支点反力RB=MminC3=36.571.16=-3.35kN(→)
BH312.67
A柱顶水平剪力:
V=R+1(-R-R)=15.27+1(-15.27+3.35)=9.31kN()
A柱顶水平剪力:
V=R+1(-R-R)=-3.35+1(-15.27+3.35)=-9.31kN(→)
内力图示如下图(a)
(2)Dmin作用在A柱,Dmax作用在B柱时的内力分析
此时,A柱顶剪力与Dmax作用在A柱时相同,也是VA=9.31kN(←)故可得内力值,示于下图(b)
(3)在Tmax作用下的内力分析
Tmax至牛腿顶面的距离0.9+0.184=1.084m;Tmax至柱底的距离为9+0.15+1.0=10.15。
因A柱和B柱相同,受力也相同,故柱顶位移相同,没有柱顶剪力,故A柱的内力如下图(c)
4、风荷载作用下A柱的内力分析
左风时,在q1、q2作用下的柱顶不动铰支座反力,代入计算公式:
3
1+4(1/n-1)
3
1+0.2844(1/0.109-1)
8
1+3(1/n-1)
=8
1+0.2843(1/0.109-1)
C11
=0.333
不动铰支座反力:
R=qHC=3.5312.670.333=-14.89kN(←)
R=qHC=2.2112.670.333=-9.32kN(←)
A柱顶水平剪力:
V=R+1(F-R-R)=-14.89+1(13.38+14.89+9.32)=3.905kN(→)
V=R+1(F-R-R)=-9.32+1(13.38+14.89+9.32)=9.475kN(→)故左风和右风是,A柱的内力图分别示于下图(a)和(b)
六.内力组合
单跨排架的A柱与B柱承受荷载的情况相同,故仅对A柱在各种荷载作用下的内力进行组合。
表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表,表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合,表3为A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合及准永久组合。
荷载种类
恒荷载
屋面活荷载
风荷载
吊车
荷载
左风
右风
Dmax
Dmin
T(→)
T(←)
荷载编号
1
2
3
4
5
6
7
8
Ⅰ-Ⅰ
M
-5.135
-1.51
36.93
-48.43
-33.52
-33.52
20.18
-20.18
N
272.98
75.6
Mk
-4.28
-1.08
26.38
-34.59
-23.94
-23.94
14.42
-14.42
Nk
227.48
54.0
Ⅱ-Ⅱ
M
3.205
-1.51
36.93
-48.43
133.08
0.004
20.18
-20.18
N
297.9
75.6
555.35
121.91
Mk
2.67
-1.08
26.38
-34.59
95.06
0
14.42
-14.42
Nk
248.25
54.0
396.69
87.08
Ⅲ-Ⅲ
M
22.42
4.20
332.81
-297.43
48.6
-81.9
188.99
-188.99
N
366.23
75.6
555.35
121.91
V
2.12
0.63
48.63
-37.48
-9.31
-9.31
18.62
-18.62
Mk
18.68
3.0
237.72
-212.45
34.71
-58.5
134.99
-134.99
Nk
305.19
54.0
396.68
87.08
Vk
1.77
0.45
34.74
-26.77
-6.65
-6.65
13.3
-13.3
注:
(1)内力的单位是kN·m,轴力的单位是kN,剪力的单位是kN;
(2)表中弯矩和剪力符号对杆端以顺时针为正,轴向力以压为正;
(3)表中第1项恒荷载包括屋盖自重、柱自重、吊车梁及轨道自重;
(4)组合时第3项与第4项、第5项与第6项、第7项与第八项二者不能同时组合;
(5)有T作用时候必须有Dmax或Dmin同时作用。
表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合
组合荷载
组合内力名称
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
M
N
M
N
M
N
V
由可变荷载效应控制的组合(简化规则)GSGK+0.9n
QiSQiK
i=1
+Mmax
1+0.9(2+3)
1+0.9(3+5+7)
1+0.9(2+3+5+7)
26.74
341.02
174.38
797.72
539.56
934.09
54.83
-Mmax
1+0.9(4+6+8)
1+0.9(2+4+6+8)
1+0.9(4+6+8)
-97.05
272.98
-59.91
475.66
-489.67
475.92
-56.75
Nmax
1+0.9(2+4+6+8)
1+0.9(2+3+5+7)
1+0.9(2+3+5+7)
-98.41
341.02
172.84
865.76
539.56
934.09
54.83
Nmin
1+0.9(4+6+8)
1+0.9(4+6+8)
1+0.9(4+6+8)
-97.05
272.98
-58.84
407.62
-489.07
475.95
-56.75
注:
由永久荷载效应控制的组合:
其组合值不是最不利,计算从略。
七.柱子设计
1.上柱配筋计算
从表2中选取两组最不利的内力
M1=-97.05kN·m;N1=272.98kN。
M2=-98.41N·m;N2=341.02kN。
(1)先按M1,N1计算l0/h=2×3600/400=18>5,故需要考虑纵向弯曲影响,其截面按对称配筋计算,偏心距为:
e0=M1/N1=97.05/272.98=0.356m
ea=h/30=400/30=13.33mm≤20mm,取20mmei=e0+ea=356+20=376mmζc=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.6×105/(272.98×103)=4.19>1.0取ζc=1.0
=1+1(l0)2=1+11821.0=1.21
s1500e/hhc1500376/360
则e=ηsei+h/2-as=1.21×376+400/2-40=614.96mm
ζb=0.518
N≤ɑ1fcbh0ζ
ζ=N/(ɑ1fcbh0)=272.98×103/(1.0×14.3×400×360)=0.132<ζb
ζh0=0.132×360=47.52mm<2as'=80mm不满足则取x=2as'=80mm来计算,e'=ηsei-h/2+as'=1.21×376-400/2+40=294.96mm
选用320,As=As'=942.6mm2,故截面一侧钢筋截面面积
942.6mm2bh=0.2%400400=320mm2;同时柱截面总配筋
2942.6=1885.2mm20.55%400400=880mm2。
(2)再按M2,N2计算(M2=-98.41N·m;N2=341.02kN)e0=M2/N2=98.41/341.02=0.289mea=h/30=400/30=13.33mm≤20mm,取20mmei=e0+ea=289+20=309mm
ζc=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.6×105/(341.02×103)=3.35>1.0取ζc=1.0
s=1+1500e/h(h)c=1+1500309/360181.0=1.25
则e=ηsei+h/2-as=1.25×309+400/2-40=546.25mm
ζb=0.518
N≤ɑ1fcbh0ζ
ζ=N/(ɑ1fcbh0)=341.02×103/(1.0×14.3×400×360)=0.167<ζb
ζh0=0.167×360=59.62mm<2as'=80mm
不满足则取x=2as'=80mm来计算,
e'=ηsei-h/2+as'=1.25×309-400/2+40=226.25mm
272.98103226.25
360(360-40)
=536mm2<320,
A=A'=942.6mm2
3)垂直于排架方向的截面承载力验算
查表知垂直于排架方向的上柱计算长度l0=1.25Ha=1.253.60=4.5m
l4.5
0==11.25,查表得=0.976
b0.4
N=0.9(fA+f'A')=0.90.976(14.3400400+3601885)
=2605.86kNN=314.02kN,承载力满足。
2.下柱配筋计算
从表2中选取两组最不利的内力
M1=539.56N·m;N1=934.09kN。
M2=-489.67kN·m;N2=475.92kN。
(1)先按M1,N1计算l0/h=9070/900=10.08>5,故需要考虑纵向弯曲影响,其截面按对称配筋计算,其偏心距为:
e0=M1/N1=539.56/934.09=0.578mea=h/30=900/30=30mm>20mmei=e0+ea=578+30=608mm
ζc=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.875×105/(934.09×103)=1.44>1.0取ζc=1.0
=1+1(l0)2=1+110.0821.0=1.10
s1500e/hhc1500608/860
先按大偏心受压计算相对受压区高度x,并假定中和轴通过翼缘,
则有,x=N/(ɑ1fcbf')=934.09×103/(1.0×14.3×400)
=163.30mm>2as'=80mm
>hf'=162.5mm,说明中和轴不在翼缘内。
e=ηsei+h/2-as=1.10×608+900/2-40=1078.8mm
As=As'=
Ne-f[bx(h-0.5x)+(b'-b)h'(h-0.5h')]
934.091031078.8-1.014.3[100163.30(860-163.30/2)+300162.5(860-162.5/2)
360(860-40)
=1019mm2
采用518,A=A'=1272mm2
(2)再按M2,N2计算(M2=-496.74kN·m;N2=475.92kN)e0=M2/N2=496.74/475.92=1.044mea=h/30=900/30=30mm>20mmei=e0+ea=1044+30=1074mm
ζc=0.5fcA/N=0.5×14.3×1.875×105/(519.65×103)=2.58>1.0
取ζc=1.0
=1+1(l0)2=1+110.0821.0=1.05
s1500e/hhc15001074/860
x=N/(ɑ1fcbf')=475.92×103/(1.0×14.3×400)=83.20mm>2as'=80mm
e=ηsei+h/2-as'=1.05×1074+900/2-40=1537.7mm
475.921031537.7-1.014.3400(860-0.580.20)
=360(860-40)
=2463.19mm2
>518,采用722,A=A'=2661mm2
综合两组计算结果,最后下柱钢筋截面面积每侧选用(722,As=2661mm2)
3)垂直于排架方向的截面承载力验算
查表知,有柱间支撑时,垂直于排架方向的下柱计算长度
l=0.8H=0.89.07=7.256m
N=0.9(fA+f'A')=0.90.81(14.31.875105+36021272)
=2622.28.86kNN=934.09kN,承载力满足。
3.柱裂缝宽度验算
裂缝宽度按内力的准永久组合值进行验算。
风荷载的q=0,故不考虑风荷载。
(1)上柱裂缝宽度验算控制截面Ⅰ-Ⅰ的准永久内力值:
M=-4.28-0.51.08-0.623.94-0.614.42=-27.84kN•m
q
N=263.9+0.554=290.09kN
q
e0=Mq/Nq=96mm
e0=96=0.270.55,因此可知裂缝宽度较小不必验算裂缝宽度。
h360
(2)下柱裂缝宽度验算对Ⅲ-Ⅲ截面内力组合+Mmax及相应的N的情况进行裂缝宽度验算。
M=18.68+0.53.0+0.6(237.72+34.71+134.99)=264.63kN•m
N=341.61+0.554+0.6396.68=579.62kN
q
e0=Mq/Nq=0.457m
ρte=As/Ate=As/[0
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单层 厂房 课程设计