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1、单层厂房排架结构设计混凝土结构课程设计单层厂房设计案例课 程 设 计 课程名称： 混凝土结构课程设计 设计 题目： 单层厂房排架结构设计 班 级：姓名：指导教师：完成时间：计算说明书A优秀口 B良好口 C中等口 D及格口 E不及格 正确性A优 秀口 B良好口 C中等口 D及格口 E不及格口 施工图A优秀口 B良好口 C中等 D及格口 E不及格口答辩A优秀口 B良好口 C中等口 D及格口 E不及格综合成绩A优秀口 B 良好口 C中等口 D及格口 E不及格口大学教务处制 目录 1.设计资料及要求3 2.结构构件选型、结构布置方案确定说明 4 3.定位轴线 5 4.计算简图确定6 5.荷载计算 6
2、5.1 恒载 6 5.2 屋面活荷载8 5.3 风荷载 8 5.4 吊车荷载 96.排架内力分析午 9 6.1恒载作用下排架内力分析Ap 10 6.2屋面活荷载作用下排架内力分析第 11 6.3风荷载作用下排架内力分析Ap 13 6.4吊车荷载作用下排架内力分析Ap 14 7.内力组合 18 8.柱截面设计21 8.1 选取控制截面最不利内力 21 8.2 上柱配筋计算21 8.3下柱配筋计算22 8.4 柱的裂缝宽度验算24 8.5 柱的箍筋配置25 8.6 牛腿设计26 8.7 柱的吊装验算26 9.基础设计28 9.1 作用于基础顶面上的荷载计算28 9.2 基础尺寸及埋置深度30 9.
3、3 基础高度验算31 9.4 基础底板配筋计算31 10.参考资料35单层厂房排架结构设计1.设计资料及要求(1) 工程概况 某金工装配车间为两跨等高厂房，跨度为24ml柱距均为6ml车间总长度为66m每跨设有起重量为吊车各2台，吊车工作 级别为A5级，轨顶标高为9.00m。厂房无天窗,采用卷材防水屋面，围护墙为 240mmmJ双面粉刷砖墙。窗台标高为1.2m,上部窗洞4.8_1.2m,下部窗洞4.8_3.6m,采用钢窗，室内外高差为350mm建筑平面及剖面分别如图1和图2所示。（2） 结构设计原始资料厂房所在地点的基本风压为 ，地面粗糙度为 B 类；基本雪压为 。风荷载、雪荷载的组合值系数为
4、，其余可变荷载的组合值系数均为。基础持力层为粉土，粘粒含量 ，地基承载力特征值 ，基础埋深-2.0m ，基础以上土的加权平均重度 ，基础以下土的重度。（3）材料基础混凝土强度等级为C20;柱混凝土弓虽度等级为C3d柱中受力钢 筋基础采用HRB33瞰、箍筋、构造筋、基础配筋采用HPB30C钢筋。（4）设计要求 分析午厂房排架内力，并进行排架柱和基础的设计；绘制排架柱和基础的施工图。图 1 厂房平面图图2厂房剖面图 2.结构构件选型、结构布置方案确定说明因该厂房跨度在15? 36m之间，且柱顶标高大于8簿故采用钢筋混凝土排架结构。为了保证屋盖的整体性和刚度，屋 盖采用无檩体系。由于厂房屋面采用卷材
5、防水做法，故选用屋面坡度较小而经济指 标较好的预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。普通钢筋混凝土吊车梁 制作方便，当吊车起重量不大时，有较好的经济指标，故选用普通钢筋混凝土吊车 梁。厂房各主要构件选型见表1。表 1 主要承重构件选型表构件名称 标准图集 选用型号 重力荷载标准值屋面板04G410-1 1.5m X 6m预应力混凝土屋面板 YWB2H（中间跨）YWB-2s （端 跨）（包括灌缝重）天沟板04G410-1 1.5m x 6m预应力混凝土屋面板（卷材防水天 沟） TGB68-1屋架 04G415-1 预应力混凝土折线型屋架（跨度21m） YWJA-24-1Aa吊车梁04G32
6、3-2 钢筋混凝土吊车梁（吊车工作级别为A1-A5） DL-9Z （中间跨） DL-9B（ 边跨）轨道连接 04G325 吊车轨道联结详图基础梁 04G320 钢筋混凝土基础梁JL-3由上图可知，吊车轨顶标高为 9.00m。对起重量为、工作级别为 A5的吊车， 当厂房跨度为24m时，可求得吊车的跨度Lk=22.5m,由附表4可查得吊车轨顶以 上高度为2.187m；选定吊车梁的高度，暂取轨道顶面至吊车梁顶面的距离，则牛 腿顶面标高可按下式计算：牛腿顶面标高=轨顶标高-=9.00 1.20 0.20=7.0m 由建筑模数的要求，故牛腿顶面标高取为7.50m。实际轨顶标高=7.50+1.20+0.2
7、0=8.90m9.00m。考虑吊车行驶所需空隙尺寸=300mm柱顶标高可按下式计算：柱顶标高=牛腿顶面标高+吊车高度+ =7.50+1.20+0.20+2.187+0.3=11.387m故柱顶(或屋架下弦底面)标高取为 11.4m。取室内地面至基础顶面的距离为 0.5m,则计算简图中柱的总高度、下柱高度和上柱高度分别为 =11.4+0.5=11.9m =7.5+0.5=8.0m =11.9-8.0=3.9m 根据柱的高 度、吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，以及由柱的截面尺寸，可求得柱的截面几何特征及自重标准值，见表2。表 2 柱截面尺寸及相应的计算系数柱号 计算参数 截面尺寸 /m
8、m 面积 / 惯性矩/ 自重/ (kN/m) A, C 上柱矩 400X 400 1.6 乂4.0 下柱 400X 900X 1504.69 B 上柱 矩 400X 6006.0 下柱 1400X 1000X 1504.943.定位轴线 横向定位轴线除端柱外，均通过柱截面几何中心。对起重量为工作级别为 A5 的吊车，可查得轨道中心至吊车端部距离；吊车桥架外边缘至上柱内边缘的净空宽度，一般取值不小于80mm。对中柱，取纵向定位轴线为柱的几何中心，则 =300mm故符合要求。对边柱，对边柱，取封闭式定位轴线，即纵向定位轴线与纵墙内皮重合，则=400mm， 故符合要求。 4.计算简图确定 由于该金工
9、车间厂房，工艺无特殊要求，且结构布置及荷载分布（除吊车荷载外）均匀，故可取一根横向排架作为基本的计算单元，单元的宽度 为两相邻柱间中心线之间的距离，即B=6.0m,如图5（a）所示；计算简图如图5（b）所示。图 3 计算单元和计算简图 5.荷载计算 5.1 恒载屋盖恒载两毡三油防水层0.35kN/20mm#水泥砂浆找平层20kN/ X 0.02m=0.40kN/ 100mm厚水泥珍珠岩制品保温层4kN/X0.1m=0.40kN/ 一毡两油隔气层0.05kN/ 20mm厚水泥砂浆找平层20kN/X0.02m=0.40kN/预应力混凝土屋面板（包括灌缝）1.40kN/ 屋架钢支撑合计3.05kN/
10、屋架重力荷载为106kN/根I,则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为 X （3.05kN/x6mx24m/2+106kN/2）=327.12kN吊车梁及轨道重力荷载设计值X （39.5kN+0.8kN/m x 6m）=53.16kN柱自重重力荷载设计值 A, C柱 X4kN/mX3.9m=18.72kN （上柱）X4.69kN/mX8.0m=45.024kN （下柱）B 柱 X6kN/mX 3.9m=28.08kN （上柱） X4.94kN/mX8.0 m=47.424kN （下柱）各项恒载作用位置如图 6所示。图 4 荷载作用位置图（单位：kN） 5.2 屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5
11、kN/ ，雪荷载标准值为 0.5kN/ ，两者相等，但由于雪荷载组合系数小于屋面活荷载，故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为X0.5 X6rriX 24m/2=50.40kN Q1的作用位置与作用的位置相同，如图 6所示。5.3 风荷载 风荷载标准值按下式计算，其中，根据厂房各部分标高（图4）及 B 类地面粗糙度确定如下：柱顶（标高11.4m） =1.036 檐口（标高13.70m） =1.096 屋顶（标高15.10m） =1.132 如图 7所示，可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为图 5 风荷载体型系数及排架计算简图 则作用于排架计算简图（图7）上的风荷载设计值为：5.4
12、吊车荷载 选择大连重工起重集团 QDD（ffl吊车可知吊车参数为：对于 AB 跨图 6 吊车荷载作用下支座反力影响线根据及，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值，如图 8 所示。吊车竖向荷载 吊车竖向荷载设计值：吊车横向水平荷载：作用于每个轮子上的吊车横向水平制动力为：作用于排架柱上吊车横向水平荷载设计值为：6.排架内力分析午该厂房为单跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析Apo其中柱的剪力分配系数按下式计算：式中：第 i 根排架的抗侧移刚度。其结果见表3。表 3 柱剪力分配系数柱别A, C柱B柱6.1恒载作用下排架内力分析Ap恒载作用下排架的计算简图如图 9（a）所示。;
13、 :; ;如图 9 所示，排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力计算如下：对于 A， C 柱，则：求得 后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图 9( b)、 ( c)。图9 (d)为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。图 7 恒载作用下排架的内力计算简图及内力图 6.2 屋面活荷载作用下排架内力分析午(1) AB跨作用屋面活荷载 排架计算简图如图10 (a)所示 其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为：;对于 A 柱，则对于 B 柱，则排架柱顶不动铰
14、支座总反力为：将 R 反向作用于排架柱顶，用下式计算相应的柱顶剪力，并于柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于 AB跨时的柱顶剪力，即：排架结构的弯矩图和轴力图分别见图 10( b)、( c )。图 8 AB 跨作用屋面活荷载时排架的计算简图及内力图(2) BC跨作用屋面活荷载 由于结构对称，且BC跨与AB跨作用荷载相同，故只需将图 10 中各内力图的位置及方向调整一下即可，如图 11 所示。图9BC 跨作用屋面活荷载时排架的计算简图及内力图6.3风荷载作用下排架内力分析 午(1)左吹风时 排架计算简图如图12 (a)所示对于A, C柱，已知则：各柱顶剪力分别为：排架弯矩图如图12 (b
15、)所示：图 10左吹风时排架的计算简图及内力图()(2)右吹风时计算简图如图13 (a)所示。将图12所示A, C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图13 (b)所示。图 11 右吹风时排架的计算简图及内力图（） 6.4 吊车荷载作用下排架内力分析Ap（1）作用于A柱 计算简图如图14 （a）所示 其中，吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A 柱，则：对于B 柱，则：排架各柱剪力为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图 14（ b）、（c ）所示：图 12 作用在 A 柱时排架计算简图及内力图（ 2）作用于B 柱左 计算简图如图 15所示 其中，吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起，为：柱顶不动铰支反力，及总反力分别为：排架各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图 15（ b）、（c ）所示。图13作用在B柱左时排架计算简图及内力图（3）作用于B柱右根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与“作用于 B 柱左”的情况相同，只需将A, C柱内力对换并改变全部
