单层厂房课程设计.docx
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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得粘性层(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、柱得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
吊车梁高
,故
牛腿顶面标高=轨顶标高
由附录12查得,吊车轨顶只吊车顶部得高度为,考虑屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为,故柱顶标高=
基础顶面至室外地坪得距离取,则
基础顶面至室内地坪得高度为,故
从基础顶面算起得柱高,
上部柱高
下部柱高
上部柱采用矩形截面
;
下部柱采用Ⅰ型截面
。
上柱:
()
下柱:
上柱:
下柱:
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
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
大型预应力屋面板(包括灌缝重)
总1
屋架
则作用屋架一段作用于柱顶得自重为:
作用于上部柱中心线外侧处。
(2)柱与吊车梁等恒荷载
上柱:
作用在牛腿顶截面处;
下柱:
作用在基础顶截面处;
吊车梁及轨道自重:
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。
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)按檐口离室外地坪得高度来计算。
查表可得离地面时,,离地面时,,用插入法,可得
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)按柱顶离室外地坪得高度来计算。
同理可得
风荷载标准值:
则作用于排架上得风荷载设计值为:
(屋面坡度为1/10)
故
风荷载作用下得计算简图如下图:
图2风荷载作用下计算简图
4、吊车荷载
吊车跨度
查附录12,得Q=20/5t,Lk=19、5m时得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得重力标准值G3,k:
Pmax,k =205kN,Pmin,k=45kN ,G2,k=75kN,G3,k=200kN
并查得吊车宽度B与轮距K:
B=5、55m,K=4、40m
(1)吊车竖向荷载设计值Dmax、Dmin
由图所示得吊车梁支座影响线知
(2)吊车横向水平荷载设计值Tmax
五.内力分析
1、屋盖荷载作用下得内力分析
(1)屋盖集中恒荷载F1作用下得内力分析
柱顶不动点反力
由于n=0、109,
=0、284则代入公式
则
(2)屋盖集中活荷载F6作用下得内力分析
在F1、F6分别作用下得排架柱弯矩图、轴向力图与柱底剪力图如下,图中标注出得内力值就是指控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ与Ⅲ-Ⅲ截面得内力设计值。
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>屋盖恒荷载作用下得内力图 <2>屋盖活荷载作用下得内力图
2、柱自重、吊车梁及轨道连接等自重作用下得内力分析。
不作排架分析,其对排架产生得弯矩与轴向力如下图所示:
3、吊车荷载作用下得内力分
(1)Dmax作用在A柱,Dmin作用在B柱时,A柱得内力分析
Mmax=Dmax
e=555、345×(0、75-0、45)=166、6kN
m
Mmin=Dmin
e=121、91×(0、75-0、45)=36、57kN
m
这里得偏心距e就是指吊车轨道中心至下部柱截面形心得水平距离。
A柱顶得不动支点反力,代入公式得:
A柱顶不动支点反力
A柱顶不动支点反力
A柱顶水平剪力:
A柱顶水平剪力:
内力图示如下图(a)
(2)Dmin作用在A柱,Dmax作用在B柱时得内力分析
此时,A柱顶剪力与Dmax作用在A柱时相同,也就是VA=9、31kN(←)故可得内力值,示于下图(b)
(3)在Tmax作用下得内力分析
Tmax至牛腿顶面得距离0、9+0、184=1、084m;
Tmax至柱底得距离为9+0、15+1、0=10、15。
因A柱与B柱相同,受力也相同,故柱顶位移相同,没有柱顶剪力,故A柱得内力如下图(c)
4、风荷载作用下A柱得内力分析
左风时,在q1、q2作用下得柱顶不动铰支座反力,代入计算公式:
不动铰支座反力:
(←)
(←)
A柱顶水平剪力:
(→)
(→)
故左风与右风就是,A柱得内力图分别示于下图(a)与(b)
六.内力组合
单跨排架得A柱与B柱承受荷载得情况相同,故仅对A柱在各种荷载作
用下得内力进行组合。
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得基本组合,表3为A柱正常使用极限状态荷载效应得标准组合及准永久组合。
表1为A柱在各种荷载作用下内力汇总表
荷载种类
恒荷载
屋面活荷载
风荷载
吊车荷载
左风
右风
T(→)
T(←)
荷载编号
1
2
3
4
5
6
7
8
Ⅰ-Ⅰ
-5、135
-1、51
36、93
-48、43
-33、52
-33、52
20、18
-20、18
272、98
75、6
-4、28
-1、08
26、38
-34、59
-23、94
-23、94
14、42
-14、42
227、48
54、0
Ⅱ-Ⅱ
3、205
-1、51
36、93
-48、43
133、08
0、004
20、18
-20、18
297、9
75、6
555、35
121、91
2、67
-1、08
26、38
-34、59
95、06
0
14、42
-14、42
248、25
54、0
396、69
87、08
Ⅲ-Ⅲ
22、42
4、20
332、81
-297、43
48、6
-81、9
188、99
-188、99
366、23
75、6
555、35
121、91
2、12
0、63
48、63
-37、48
-9、31
-9、31
18、62
-18、62
18、68
3、0
237、72
-212、45
34、71
-58、5
134、99
-134、99
305、19
54、0
396、68
87、08
1、77
0、45
34、74
-26、77
-6、65
-6、65
13、3
-13、3
注:
(1)内力得单位就是kN·m,轴力得单位就是kN,剪力得单位就是kN;
(2)表中弯矩与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得基本组合
组合
荷载
组合内
力名称
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
由可变荷载效应控制得组合
(简化规则)
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
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
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
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得组合:
其组合值不就是最不利,计算从略。
七.柱子设计
1、上柱配筋计算
从表2中选取两组最不利得内力
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20mm
ei=e0+ea=356+20=376mm
ζc=0、5fcA/N=0、5×14、3×1、6×105/(272、98×103)=4、19>1、0
取ζc=1、0
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,,故截面一侧钢筋截面面积
;同时柱截面总配筋
。
(2)再按M2,N2计算(M2=-98、41N·m;N2=341、02kN)
e0=M2/N2=98、41/341、02=0、289m
ea=h/30=400/30=13、33mm≤20mm,取20mm
ei=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
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
<320,
(3)垂直于排架方向得截面承载力验算
查表知垂直于排架方向得上柱计算长度
2、下柱配筋计算
从表2中选取两组最不利得内力
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、578m
ea=h/30=900/30=30mm>20mm
ei=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
先按大偏心受压计算相对受压区高度x,并假定中与轴通过翼缘,则有, x=N/(ɑ1fcbf’)=934、09×103/(1、0×14、3×400)
=163、30mm>2as’=80mm
>hf’=162、5mm,说明中与轴不在翼缘内。
e=ηsei+h/2-as=1、10×608+900/2-40=1078、8mm
采用518,
(2)再按M2,N2计算(M2=-496、74kN·m;N2=475、92kN)
e0=M2/N2=496、74/475、92=1、044m
ea=h/30=900/30=30mm>20mm
ei=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
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
>518,采用722,
综合两组计算结果,最后下柱钢筋截面面积每侧选用(722,
)
(3)垂直于排架方向得截面承载力验算
查表知,有柱间支撑时,垂直于排架方向得下柱计算长度
3、柱裂缝宽度验算
裂缝宽度按内力得准永久组合值进行验算。
风荷载得
故不考虑风荷载。
(1)上柱裂缝宽度验算
控制截面Ⅰ-Ⅰ得准永久内力值:
e0=Mq/Nq=96mm
因此可知裂缝宽度较小不必验算裂缝宽度。
(2)下柱裂缝宽度验算
对Ⅲ-Ⅲ截面内力组合+Mmax及相应得N得情况进行裂缝宽度验算。
e0=Mq/Nq=0、457m
ρte=As/Ate=As/[0、5bh+(bf-b)hf]
=2661/[0、5×100×900+(400-100)×162、5]=0、028
因为l0/h=10、75<14;ηs=1、0
则e=ηse0+h/2-as=1、0×457+900/2-40=867mm
γf’=(bf’-b)hf’/(bh0)=(400-100)×162、5/(100×900)=0、542
z=[0、87-0、12(1-γf’)(h0/e)2]h0
=[0、87-0、12(1-0、542)×(860/867)2]×860
=701、69mm
按荷载标准组合计算得纵向受拉钢筋应力
σsq=Nq(e-z)/(zAs)
=579620×(867-701、69)/(701、69×2661)
=51、32N/mm2
裂缝间钢筋应变不均匀系数为:
ψ=1、1-0、65ftk/(ρte·σsk)
=1、1-0、65×2、01/(0、028×51、32)=0、191
4.箍筋配置
由于该厂房处于非地震区,故对上、下柱均采用φ8200,在牛腿处箍筋加密为φ8100、
5、柱得牛腿设计
(1)荷载计算
(2)截面尺寸验算
h1=100mm,h=600mm,b=400mm,则h0=600-40=560mm,
a=-150+20=-130mm<0,故取a=0,ftk=2、01N/mm2,Fhk=0,β=0、65。
β(1-0、5Fhk/Fvk)ftkbh0/(0、5+a/h0)
=0、65×2、01×400×560/0、5
=585、31kN>Fvk=451、20kN
ɑ<450,故满足要求。
(3)配筋计算
由于a=-130mm,故可按构造要求配筋。
水平纵向受拉钢筋截面面积
,采用514,As=769mm2,
其中214就是弯起钢筋。
6、柱得吊装验算
(1)计算简图
查表知排架柱插入基础杯口内得高度h1=0、9×900=810mm,取h1=850mm,故柱总长为3、60+9、07+0、85=13、52m。
采用就地翻身起吊,吊点设在牛腿下部处,因此起吊得支点有两个:
柱底与牛腿底,上柱与牛腿就是悬臂得,计算简图如左图所示。
(2)荷载计算
吊装时,应考虑动力系数μ=1、5,柱自重得重力荷载分项系数取1、35。
(3)弯矩计算
由∑MB=0知,
令
M3=36、37×3、83-0、5×9、5×3、832=69、62kN
m
(4)截面受弯承载力及裂缝宽度验算
上柱:
裂缝宽度验算:
ψ=1、1-0、65ftk/(ρte·σsk)
=1、1-0、65×2、01/(0、01×162、70)=0、297
下柱:
裂缝宽度验算:
(前面已计算)
ψ=1、1-0、65ftk/(ρte·σsk)
=1、1-0、65×2、01/(0、028×57、31)=0、29
八.基础设计
1、作用在基础底面得内力
(1)基础梁、过梁与围护墙得重力荷载
每个基础承受得围护墙宽度为计算单元得宽度B=6m,墙高
11、52+2、3+1、15-0、5×3=13、47m。
墙上有上、下单框双玻璃塑钢窗,窗宽
4、8m,上、下窗高分别为2、0m与4、8m,窗自重0、45kN/m2,故由墙体与基础梁传来得重力荷载标准值Nwk与设计值Nw:
基础梁与过梁自重 (0、3×0、5+0、2×0、5×2)×6×25=52、5kN
围护墙自重
12×0、3×[6×13、47-(2、0+4、8)×4、8]=173、45kN
窗户自重 0、45×4、8×(4、8+2、0)=14、69kN
Nwk=240、64kN
Nw=1、2×240、64=288、77kN
Nwk或Nw对基础得偏心距eW=150+450=600mm
对基础底面得偏心弯矩
(2)柱传来得第①组内力
控制截面得内力组合-Mmax及相应得N、V为
N=519、65kN(↓)
V=+56、72kN(←)
对基础底面产生得内力设计值为
Mb①=-489、07-56、72×1、1(基础高度)=-551、46kN
m(逆时针)
Nb①=519、65kN(↓) Vb①=56、72kN(←)
这组内力得标准值为
(↓)
(←)
对基础底面产生得内力标准值为:
Mbk①=-329、213-38、965×1、1(基础高度)=-372、07kN
m(逆时针)
Nbk①=392、27kN(↓) Vbk①=38、965kN(←)
(3)柱传来得第②组内力
N=934、09kN(↓)
V=54、83kN(→)
对基础底面产生得内力设计值为
Mb②=539、56+54、83×1、1(基础高度)=599、873kN
m(顺时针)
Nb②=934、09kN(↓) Vb②=54、83kN(→)
这组内力得标准值为
(↓)
(→)
对基础底面产生得内力标准值为:
Mbk②=377、29+41、48×1、1(基础高度)=422、918kN
m(顺时针)
Nbk②=739、67kN(↓) Vbk②=41、48kN(→)
2、初步确定基础尺寸
(1)基础高度与杯口尺寸
已知柱插入深度为850mm,故杯口深度为850+50=900mm。
杯口顶部尺寸:
宽为400+2×75=550,长为900+2×75=1050mm;杯口底部尺寸:
宽为
400+2×50=500mm,长为900+2×50=1000mm。
查表取杯壁厚度t=300mm,杯底厚度a1=200mm。
据此,初步确定基础高度为900+200=1100mm。
(2)确定基础底面尺寸
基础埋深为d=0、15+1、0+1、10=2、25m>d冻深=2m,取基础底面以上土得平均重度
ηd=1、6,则修正后得地基承载力特征值为
控制截面Ⅲ-Ⅲ得最大轴向力标准值
按轴心受压估算基础底面尺寸
考虑到偏心等影响,将基础再放大30%左右,取l=2、6m,b=3、4m。
基础底面积A=l×b=2、6×3、4=8、84m2
基础底面弹性抵抗拒 W=1/6×l×b2=1/6×2、6×3、42=5、01m2。
3、地基承载力验算
基础及上方土得重力标准值
Gk=γm·A·H=20×2、6×3、4×2、25=397、8kN
(1)按第①组内力标准值验算
轴
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