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1、某单层工业厂房设计一、设计资料某机械加工车间为单层单跨等高厂房，跨度为30m，柱距6m，车间总长60m，无天窗。设有两台10t相同的软钩吊车，吊车工作级别为A5级，轨顶标高+11.4m。采用钢屋盖、预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土吊车梁和柱下独立基础。屋面不上人。室内外高差为0.15m，基础顶面离室外地平为1.0m。纵向围护墙为支承在基础梁上的自承重空心砖砌体墙，厚240mm，双面采用20mm厚水泥砂浆粉刷，墙上有上、下钢框玻璃窗，窗宽为3.6m，上、下窗高为1.8m和4.8m，钢窗自重0.45kN/m2，排架柱外侧伸出拉结筋与其相连。基本风压值W0=0.3kN/m2，地面粗糙类别为B类；基本
2、雪压为0.2 kN/m2，雪荷载的准永久值系数q=0.5；地基承载力特征值为200kN/m2。不考虑抗震设防。二、 构件选型（一）钢屋盖采用如图1所示的30m钢桁架，桁架端部高为1.5m，中央高度为3.0m，屋面坡度为1/10。刚檩条长6m，屋面板采用彩色钢板，厚4mm。图1 30m钢桁架（二）预制钢筋混凝土吊车梁和轨道连接采用标准图G323（二），中间跨DL9Z，边跨DL9B，梁高hb=1.2m。轨道连接采用标准图集G325（二）。查标准图集04G323-2钢筋混凝土吊车梁（工作级别A4、A5），预制钢筋混凝土吊车梁截面及尺寸如图2所示。图2 预制钢筋混凝土吊车梁截面查标准图集04G325吊
3、车轨道联结及车档，轨道连接剖面图如图3所示。图3 轨道连接剖面图（三）预制钢筋混凝土柱预制钢筋混凝土柱示意图如图4所示。图4预制钢筋混凝土柱取轨道顶面至吊车梁顶面距离ha=0.2m，故牛腿顶面标高=轨顶标高-吊车梁高度hb-轨顶至吊车梁顶高度ha=11.4-1.2-0.2=+10m。由附录12查得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.19m，考虑到屋架下弦及支撑可能产生的下垂挠度，以及厂房地基可能产生不均匀沉降时对吊车正常运行的影响，屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度最小尺寸为220mm，故柱顶标高=轨顶标高+吊车轨至吊车顶部高+屋架下弦至吊车顶高=11.4+2.19+0.22=13.81m。基础顶面至
4、室外地坪的距离为1.0m，则基础顶面至室内地坪的高度=基础顶面至室外地坪距离+室内外高差=1.0+0.15=1.15m，故从基础顶面算起的柱高H=基础顶面至室内地坪高度+柱顶标高=13.81+1.15=14.96m。上部柱高Hu=柱顶标高-轨顶标高+轨道构造高度+吊车梁支撑处的吊车梁高=13.81-10=3.81m。下部柱高Hl=从基础顶面算起的柱高H-上部柱高Hu=14.96-3.81=11.15m。参考混凝土结构与砌体结构设计（中册）表12-2，选择柱截面形式：上部柱采用矩形截面bh=400mm400mm；下部柱采用I形截面bfhbhf=400mm900mm100mm150mm。（四）柱下
5、独立基础采用锥形杯口基础三、计算单元及计算简图（一）定位轴线厂房跨度L与吊车跨度Lk的关系： L=Lk+2e，e=B1+B2+B3。B1 ：由混凝土结构与砌体结构设计（中册）附表12可查得轨道中心线至吊车端部的距离B1=230mm; B2 ：吊车桥架至上柱内边缘的距离，因吊车起重重量小于50t，取B280mm，故取B2=80mm；B3 ：封闭的纵向定位轴线至上柱内边缘的距离，B3=400mm。B1+B2+B3=230+80+400=710mm750mm，可以。取e=750mm。故取封闭的定位轴线A、B都分别与左、右外纵墙内皮重合。（二）计算单元由于该机械加工车间厂房在工艺上没有特殊要求，结构布
6、置均匀除吊车荷载外，荷载在纵向的分布是均匀的，故可取一榀横向排架为计算单元，计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离，即B=6.0m,如图5所示。图5 计算单元（三）计算简图排架的计算简图如图6所示。排架柱截面尺寸如图7所示。图6 计算简图 图7 排架柱的截面尺寸 排架柱截面特性：；，。四、荷载计算（一）屋盖荷载1.屋盖恒荷载近似取屋盖恒荷载标准值为，故由屋盖传给排架柱的集重荷荷载设计值F1=Gg恒荷载标准值柱距（厂房跨度/2）=1.21.2615=129.6 kN，作用于上部柱中心线外侧e0=h上/2-150=50mm处。2.屋面活荷载荷载规范规定，屋面均布活荷载标准值为0.5 kN/
7、 m2，比屋面雪荷载标准值0.2 kN/ m2大，故仅按屋面均布活荷载计算。故由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值F6=Gg活荷载标准值柱距（厂房跨度/2）=1.40.5615=63kN，作用于上部柱中心线外侧e0=h上/2-150=50mm处。（二）柱和吊车梁等恒荷载上部柱自重标准值为，故作用在牛腿顶截面处的上部柱恒荷载设计值F2=Gg上部柱自重标准值上部柱高Hu=1.243.81=18.29 kN。作用于牛腿顶截面上部柱中心线处。下部柱自重标准值为4.69 kN/ m2，故作用在基础顶截面处的下部柱恒荷载设计值F3=Gg下部柱自重标准值下部柱高Hl=1.24.6911.15=62.75 kN
8、。作用于基础顶截面下部柱中心线处。吊车梁自重标准值为39.5 kN/根，轨道连接自重标准值为0.80 kN/ m2，故作用在牛腿顶截面处的吊车梁和轨道连接的恒荷载设计值F4=G（g吊车梁自重标准值+6g轨道连接自重标准值）=1.2(39.5+60.8)=53.16 kN。作用于牛腿顶截面下部柱中心线外侧e4=e-h下/2=750-900/2=300mm处。上、下柱中心线距离为e=400-150=250mm。F1 、F2 、F3 、F4 和F6的作用位置如图8所示。图8 恒荷载的作用位置（三）吊车荷载吊车跨度Lk=厂房跨度L-2e=30-20.75=28.5m。查混凝土结构与砌体结构设计（中册）
9、附录12，得吊车轮压和基本尺寸：起重量Q=10t，Lk=28.5m时的吊车最大轮压标准值Pmax,k=140kN、最小轮压标准值Pmin,k=66kN、小车自重标准值G2,k=38kN、与吊车额定其中量相对应的重力标准值G3,k=100kN，吊车宽度B和轮距K：B=6.4m，K=5.25m。1.吊车竖向荷载设计值Dmax、Dmin相邻吊车轮距=B-K=6.4-5.25=1.15m。吊车梁支座反力影响线如图9所示。图9 吊车梁支座反力影响线查混凝土结构与砌体结构设计（中册）表12-1多台吊车的荷载折减系数=0.9，由吊车梁支座反力影响线可知：Dmax,k=Pmax,kyi=0.9140(0.90
10、4+0.904+0.03+0.03)=235.37kNDmax=QDmax,k=1.4235.37=329.52kNDmin= Dmax(Pmin,k/Pmax,k)=329.5266/140)=155.35kN2.吊车横向水平荷载设计值Tmax因吊车额定起重量Q10t，故取吊车横向水平荷载系数=0.12。Tk= (G2,k+G3,k)/4=0.12(38+100)/4=4.14kNTmax= Dmax(Tk /Pmax,k)=329.52(4.14/140)=9.74kN（四）风荷载1.作用在柱顶处的集中风荷载设计值W()这时风荷载的高度变化系数Z按檐口离室外地坪的高度0.15+柱顶标高13
11、.81+屋架端部高度1.5=15.46m来计算。查混凝土结构与砌体结构设计（中册）表10-4风压高度变化系数：离地面15m时，Z=1.14；离地面20m时，Z=1.25，用插入法，知Z=1.14+(1.25-1.14)/(20-15)(15.46-15)=1.15。由图1知，h1= h2=1.5m，查混凝土结构与砌体结构设计（中册）表10-5风荷载体形系数，该厂房的风荷载体形系数如图10所示。W()k=(0.8+0.5)h1+(0.5-0.6) h2ZW0B=(0.8+0.5)1.5+(0.5-0.6)1.51.150.36=3.73 kNW()=QW()k=1.43.73=5.22 kN图1
12、0 风荷载体形系数2.沿排架柱高度作用的均布风荷载设、计值q1 、q2这时风荷载的高度变化系数Z按柱顶离室外地坪的高度0.15+柱顶标高13.81=13.96m来计算。Z=1+(1.14-1.0)/(15-10)(13.96-10)=1.11。q1=QsZW0B=1.40.81.110.36=2.24kN/m（压力）q2=QsZW0B=1.40.51.110.36=1.40kN/m（吸力）五、内力分析内力分析时所取得荷载值都是设计值，故得到的内力值都是内力设计值。（一）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M1= F1e0=129.60.05=6.48kNm。由图7排架
13、柱的截面尺寸知n=Iu/Il=21.3/195.38=0.109，=Hu/H=3.81/14.96=0.255，查混凝土结构与砌体结构设计（中册）附图9-2柱顶力矩作用下系数C1的数值，得C1=2.13。按公式计算：C1=1.5=1.5=2.02可见与查附图9-2所得接近，取C1=2.02。R=(M1/H)C1=(6.48/14.96)2.02=0.88 kN2.屋盖集中活荷载F6作用下的内力分析M6= F6e0=630.05=3.15kNmR=(M6/H)C1=(3.15/14.96)2.02=0.43 kN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，分别如图11（a）和（b
14、）所示。图中标出的内力值是指控制截面-、-和-截面的内力设计值。弯矩以排架柱外侧受拉的为正，反之为负；柱底剪力以向左为正、向右为负。（a）屋盖恒荷载作用下的内力图（b）屋盖活荷载作用下的内力图图11 屋盖荷载作用下的内力图（二）柱自重、吊车梁及轨道连接等自重作用下的内力分析按悬臂柱来分析。其对排架柱底部产生的弯矩和轴向力为：M=F4e4-F20.25=53.160.3-18.290.25=+11.38kNmN=F2+F3+ F4=18.29+53.16+62.75=134.2kN。其对排架柱产生的弯矩和轴力图如图12所示。图12 柱自重及吊车梁等作用下的的内力图（三）吊车荷载作用下的内力分析1
15、.Dmax作用在A柱，Dmin作用在B柱时A柱的内力分析Mmax=Dmaxe4=329.520.3=98.86kNmMmin=Dmine4=155.350.3=46.61kNm这里的偏心距e4是指吊车轨道中心线至下部柱截面形心的水平距离。A柱顶的不动支点反力，查混凝土结构与砌体结构设计（中册）附图9-3力矩作用在牛腿顶面时系数C3的数值，得C1=1.24。按公式计算：C3=1.5=1.5=1.24，取C3=1.24。A柱顶的不动支点反力RA=(Mmax/H)C3=(98.86/14.96)1.24=8.19kN（）B柱顶的不动支点反力RB=(Mmin/H)C3=(46.61/14.96)1.24=-3.86kN（）A柱顶水平剪力VA=RA+(-RA-RB)/2=8.19+(-8.19+3.86)/2
