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1、单层厂房排架结构设计A Design of Example for Mill Bents of One-story IndustrialWorkshops3.9.1设计资料及要求1. 工程概况某机修车间为单跨厂房，跨度为24m,柱距均为6m,车间总长度为66m。每跨设有起重量为20/5t吊 车各2台，吊车工作级别为A5级，轨顶标高不小于9.60m。厂房无天窗，采用卷材防水屋面，围护墙为 240mm厚双面清水砖墙，采用钢门窗，钢窗宽度为3. 6m，室外高差为l50mm，素混凝土地面。建筑平面及 剖面分别如图3-76和图3-77所示。图 3-76图 3-772. 结构设计原始资料厂房所在地点的基本
2、风压为0.35kN/m2，地面粗糙度为B类；基本雪压为。.030kN/m2。风荷载的组合值系数为0.6,其余可变荷载的组合值系数均为0 7。土壤冻结深度为0.3m，建筑场地为I级非自 重湿陷性黄土，地基承载力特征值为l65kN/m：,地下水位于地面以下7m，不考虑抗震设防。3. 材料基础混凝土强度等级为C20；柱混凝土强度等级为C30。纵向受力钢筋采用HRB335级、HRB400级；箍 筋和分布钢筋采用HPB235级。4. 设计要求分析厂房排架力，并进行排架柱和基础的设计；3.9.2构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在l5-36m之间，且柱顶标高大于8m，故采用钢筋混凝土排架结构。为了保证屋
3、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粱制作方便，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粱。厂房各主要构件造型见表3-16。由设计资料可知，吊车轨顶标高为9. 80m。对起重量为20/5t、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4=24-0. 75X2=22. 5m，由附表4可查得吊车轨顶以上高度为2.3m；选定 吊车梁的高度h广1.20m，暂取轨道顶面至吊车梁顶面的距离七=0.2m，则牛腿顶面标高可按下式计算：牛腿顶
4、面标高二轨顶标高-hh =9.60-1.20-0.20=8.20m主要承至构件选型表表卜的构件君称1桁准图集洗用号时荷载杯潜值O4G 41O-J1 一 GillX切：顶：侦.打度能二屋一囱板YWBU 中间膀）YWII 21（ :端盼:L-:.包括盛缱重）美构板L现应力幅联土屋面板【卷材防水犬淘板）mi，篓I.项IN待屋恭他应Jj混凝上折形屋架 擀度私m）YWM 句 1AWkXr:.岸盅钥支投、吊车量白筋泓般土吊专淀（吊车丁一作级别为:L 9Z中间跨）DL-9B 跨）妁.5 kN/根4C. 8k*根孙.谊迩技就迫业接津幽（：.网 k/T：l基梁JL M16. 7kN湘由建筑模数的要求，故牛腿顶面
5、标高取为8. 40m。实际轨顶标高=8. 40+1. 20+0.20=9. 80m9. 60m考虑吊车行驶所需空隙尺寸h7 =220mm，柱顶标高可按下式计算：柱顶标高=牛腿顶面标高+匕+吊车高度+ h，=8. 40+1. 20+0. 20+2. 30+0. 22=12.32m故柱顶(或屋架下弦底面)标高取为12. 30m。取室地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H、下柱高度H,和上柱高度气分别 为H =12.3+0. 5=12. 8mH 广8.4+0. 5=8.9mH =12.88.9=3.9m根据柱的高度吊车起重量及工作级别等条件，可由表3-5并参考表3-7确定柱截面尺寸
6、为A、B轴上柱 口 b x h = 400mmx 400mm下柱 b x h x b x h = 400mm x 900mm x 100mm x 150mm3.9.3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20/5t、工作级别为A5的吊车，由附表4可查得轨道中心至吊车端部距离B= 260mm ;吊车桥架外边缘至上柱边缘的净空宽度，一般取B 80mm。对边柱，取封闭式定位轴线，即纵向定位轴线与纵墙皮重合，则B3 = 400mm，故B2 = e -B1 - B3 = 750- 260 -400 = 90mm 80mm 亦符合要求。3.9.4计算简图确定由于该机修车间厂房，工艺
7、无特殊要求，且结构布置及荷载分布(除吊车荷载外)均匀，故可取一棉 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3-78(b) 所示；计算简图如图3-78(a)所示。(a)O O OI2图 3-783.9.5荷载计算1.永久荷载(l)屋盖恒载为了简化计算，天沟板及相应构造层的恒载，取与一般屋面恒载相同。两毡三油防水层0.35kN / m 220mm厚水泥砂浆找平层20 x 0.02 = 0.40kN / m 2100mm厚水泥蛭石保温层5 x 0.1 = 0.50kN / m 2一毡两油隔气层0.05kN / m 220mm厚水泥砂浆找平层20 x
8、 0.02 = 0.40kN / m 2预应力混凝土屋面板(包括灌缝)1.40kN / m 2屋盖钢支撑0.05kN / m 2图3-79 A、B柱永久荷载3.15kN / m 2作用位置相同屋架自重重力荷载为l06kN/棉，则作用于柱顶的屋盖结构自重标准值为G= 3.15 x 6 x 号 + 10- = 279.80kN(2) 吊车梁及轨道自重标准值G3 = 39.5 + 0.8 x 6 = 44.30kN(3) 柱自重标准值A、B 轴上柱 G4a = G4b = 4x3.9 = 15.60kN下柱 G5 A = G5 B = 4.69 x 8.9 = 41.74kN各项永久荷载作用位置如图
9、3-79所示。2. 屋面可变荷载由荷载规查得，屋面活荷载标准值为0.5kN/W，屋面雪荷载标准值为0.25kN/W，由于后者小于前 者，故仅按屋面均布活荷载计算。作用于柱顶的屋面活荷载标准值为Q = 0.5 x 6 x 24 = 36.00kNi2Q1的作用位置与G1作用位置相同，如图3-79所示。3. 吊车荷载对起重量为20/5t的吊车，查附表4并将吊车的起重量、最大轮压和最小轮压进行单位换算，可得:Q = 200kN, P = 215kN,P . = 45kN,B = 5.55m, K = 4.40m,Q1 = 75kN根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线各轮压对应点的竖向坐标值，如图3
10、-80所示，据此可求得 吊车作用于柱上的吊车荷载。44( lit L I 4400l5kNirn n图 3-80(1) 吊车竖向荷裁吊车竖向荷载标准值为lax max 七=215 x (1 + 0.808 + 0.267 + 0.075)=462.25W气nW七=45 x (1 + 0.808 + 0.267 + 0.075)=96.75kN(2)吊车横向水下荷藏作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为T = -a (Q + Q ) =1 x 0.1 x (200 + 75) = 6.875kN 414同时作用于吊车两端每排架柱上的吊车横向水平荷载标准值为T= T xZ y = 6.875 x
11、 (1 + 0.808 + 0.267 + 0.075) = 14.78kN4. 风荷载风荷载标准值按式(312)计算，其中基本风压=0.35kN/mm2按B类地面粗糙度，根据厂房各 0部分标高(图377),由附表3-1可查得风压高度变化系数Rz为柱顶(标高 12.30m)R = 1.064檐口(标高 14.60m)R = 1.129屋顶(标高 16.00) R. = 1.170风荷载体型系数R $如图3-81(a)所示，则由式(3-12)可求得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别 为 =。日 R=1.0x0.8x 1.064x0.35 = 0.298kN/m2 1k z $1 z 02k =
12、 P r 2r 气=1.0x 0.4 x 1.064 x 0.35 = 0.149kN / m2则作用于排架计算简图(图3-81b)上的风荷载标准值为q1 = 0.298 x 6.0 = 1.79kN / mq = 0.149x6.0 = 0.89kN/m F = (R +R )R h + (R +R )R h P B2w $1$ 2 z 1$ 3$ 4 z 2 z 0= (0.8 + 0.5) x1.129 x 2.3 + (-0.6 + 0.5) x 1.17 x1.4 x1.0 x 0.35 x 6.0=6.75kN图 3-813.9.6排架力分析有关系数厂房为等高排架可用剪力分配法进行
13、排架力分析。 同，故这两柱的有关参数相同。由于该厂房的A柱和B柱的柱高、截面尺寸等均相1. 柱顶剪力分配系数柱顶位移系数和柱的剪力分配系数分别计算，结果见下表柱号n = I 11 lH /HC 0 = 3/1 + 人 3(1/n 1)5 = H 3/C0 EI1/5 1/ 5.A、B柱n = 0.109人=0.305C = 2.435。H 35 =8 = 0.210 x 1。小；叩a =叩 =0.5由上表可知七+叩广1.0。2. 单阶变截面柱柱顶反力系数由表3-9中给出的公式可分别计算不同荷载作用下单阶变截面柱的柱顶反力系数， 计算结果见表3-19。表 3-19简图柱顶反力系数A柱和B柱3 1
14、 处(1 1) C1 = 21+配； n2.14331 一处C =13 21 + 3(! -1)n1.1041 2-3一人+ 处(2 + )(1一)2 -(2-3a) c -1n0.5595 21+制1 -1)n1 + 1 -1)C - 3n11 81 + 如-1)n0.3263.力正负号规定4.V本例题中，排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定如图3-82所示，后面的各弯矩图和柱底剪力均未标出正负号，弯矩图画在受拉一侧，柱底剪力按实际方向标出。-Mr+ .-V图 3-823.9.7排架力分析1.永久荷载作用下排架力分析永久荷载作用下排架的计算简图如图3-83 (a)所示。图中的重力荷载及力矩根据图3-79确定，即G= G1= 279.80kNG = G3 + G4 = 44.30+15.60 = 59.90kNG = G5 a = 41.74kNM1 = Ge = 279.80 x 0.05 = 13.99kN - mM2 = (G1 + G4a虬-G=
