混凝土单层厂房设计.docx

混凝土结构课程设计计算说明书设 计 题 目：学 院、 系：现浇楼盖及单层厂房结构设计 土木工程学院 专 业： 土木工程 学 生 姓 名： 焦 浩 班 级： 土木092 学号09403100218 指导教师姓名： 蒋隆敏 职称 教授 最终评定成绩 2012年6月13日星期三第四章 厂房设计4.1设计资料1.金加工车间跨度24m，总长96 m，柱距6 m。2.车间内设有2台200/50kN中级工作制吊车，其轨顶设计标高10 m。3.建筑地点：株洲市郊区。4.车间所在场地：低坪下1 m内为填土，填土下4 m内为均匀亚黏土，地基承载力设计值，地下水位-5.0 m，无腐蚀。基本风压，基本雪压。5.厂房中标准构件选用情况：（1）.屋面板采用G410（一）标准图集中的预应力混凝土大型屋面板，板重（包括灌浆在内）标准值，屋面板上做二毡三油，标准值为。（2）.天沟板采用G410（三）标准图集中的TGB771，板重标准值为。（3）.屋架采用G415（三）标准图集中的预应力混凝土折线型屋架YWJA24，屋架自重标准值/每榀（4）.吊车梁采用G425标准图集中的先张发预应力混凝土吊车梁YXDL68，吊车梁高1200 m m，翼缘宽500 mm，梁腹板宽200 mm，自重标准值根，轨道及零件重，轨道及垫层构造要求200 mm。（5）材料：A.柱：混凝土C30B.基础.混凝土C15C.钢筋.级。4.2结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在之间，且柱顶标高大于，所以采用钢筋混凝土排架结构。为了是屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房各主要构件选型见下表：表4.1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G410（一）预应力混凝土屋面板YWB2（中间跨）YWB2（端跨）（包括灌浆在内）天沟板G410（三）预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）TGB771屋架G415（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度）YWJA24/每榀。吊车梁G425（二）先张法预应力钢筋混凝土吊车梁（吊车工作等级中级）YXDL68根轨道连接轨道及零件基础梁G320钢筋混凝土基础梁JL3根基础梁G320钢筋混凝土基础梁JL3根由设计资料可知柱顶标高，轨顶标高为，设室内地面至基础顶面的距离为，则计算简图和吊车梁的高度求总高度H、下柱高度和上柱高度分别为： 根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可查表确定柱截面尺寸：表4.2柱截面尺寸及相应的计算参数 参数柱号截面尺寸面积惯性矩自重A ,C上柱 下柱B上柱下柱I4.944.3荷载计算4.3.1恒载（1）屋面恒载：两毡三油防水层： 厚水泥砂浆找平层： 厚水泥砾石保温层：一毡两油隔气层： 厚水泥砂浆找平层： 预应力混凝土屋面板： 屋盖钢支撑： 合计： 屋架重力荷载为每/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：（2）吊车梁及轨道重力荷载设计值：（3）柱自重重力荷载设计值：A、C柱：上柱： 下柱： B柱: 上柱： 下柱：4.3.2屋面活荷载屋面活荷载标准值为，雪荷载标准值为，后者小于前者，所以仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为： 的作用位置与作用位置相同。4.3.3风荷载垂直于建筑物表面上的风荷载标准值计算公式： （）式中 基本风压，是以当地比较空旷平坦地面上离地高统计所得的50年一遇平均最大风速为标准确定的风压值； 高度处的风振系数，对高度小于的单层厂房，取； 风荷载体型系数，是风吹到厂房表面引起的压力或吸力与理论风压比值，与厂房的外表体型和尺度有关，可根据建筑体型查得； 风压高度变化系数，根据所在地区的地面粗糙程度类别和所求风压处离地面的高度查得。 根据厂房各部分标高及B类地面粗糙查表得：柱顶（标高） 檐口（标高）屋顶（标高）如图4.1a所示，则可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：图4.1 风荷载体系系数及排架计算简图则用于排架计算简图上的风荷载设计值为：4.3.4吊车荷载吊车的参数为：， ，。根据B及K，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4.2所示。图4.2（1）吊车竖向荷载（2）吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车荷载水平制动力计算公式： （）式中 每一个轮子作用在轨道上的横向水平制动力；横向水平制动系数； 吊车的额定起重量的重力荷载；小车的重力荷载。作用于拍架上的吊车横向的水平荷载设计值计算公式： （）式中 第个大车轮子的横向水平制动力；吊车梁传给柱的最大横向反力的标准值； 影响线数值。4.4排架内力计算该厂房为一跨等高排架，可用剪力分配法进行内力分析。其柱的剪力分配系数见表4.3：表4.3柱剪力分配系数柱号A 、C柱5B柱54.4.1恒荷载作用下排架内力分析恒荷载作用下排架的计算简图如图所示，图中的重力荷载及力矩M是根据图4.3确定： 由图4.4a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式内力。柱顶不动支座反力可根据表所列的相应公式计算。对于A柱，则 图4.3 荷载作用位置图（单位：）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4.4b和轴力图分别见图4.4c。 图4.4d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。图4.4 恒载作用下排架内力图4.4.2屋面活荷载作用下排架内力分析(1) AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图4.5所示。其中，它在柱顶及变阶引起的力矩为：；对于A柱，则 图4.5 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图对于B柱，则则排架柱顶不动铰支座总反力为：将R反向作用于排架柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用与AB跨时的柱顶剪力：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图4.5所示。(2) BC跨内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4.5中各内力图的位置及方向调整一下即可，如图4.6所示。 图4.6 BC跨作用屋面活荷载时排架内力图4.4.3风荷载作用下排架内力分析（1）左吹风时计算简图如图4.7a所示。对于A柱，由表得：各柱顶剪力分别为：排架内力图如图4.7b所示。图4.7 左吹风时排架内力图（2）右吹风时计算简图如图4.8a所示。将图4.7b所示A，C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图4.8b所示。图4.8 右吹风时排架内力图4.4.4吊车荷载作用下排架内力分析（1）作用在A柱计算简图如图4.9a所示。其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：图4.9 作用在A柱时排架内力图 对于A柱，则对于B柱，则，排架各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图4.9b，c所示。（2）作用在B柱左计算简图如图4.10a所示。其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为： 柱顶不动铰支座反力，及总反力分别为： 各柱顶剪力分别为： 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图4.10b，c所示。图4.10 作用在B柱左时排架内力图（3）作用在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弯矩及剪力符号，如图4.11所示。图4.11 作用在B柱右时排架内力图（4）作用在C柱 同理，将“作用于A柱”情况的A,C柱内对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图4.12所示。图4.12 作用在C柱时排架内力图（5）当AB跨作用于吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图4.18所示。对于A柱，由表得，则同理，对于B柱，则排架柱顶总反力为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图柱底剪力值如图4.13b所示。当方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。图4.13 作用于AB跨时排架内力图（6）由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计算与“作用AB跨”的情况相同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图4.14所示。图4.14作用于BC跨时排架内力图4.5内力组合以A柱为例。表4.4A柱内力设计值汇总表荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载作用在AB跨作用在BC跨作用在A柱作用在B柱左作用在B柱右作用在C柱序号M21.670.33.45-58.66-72.7469.75-8.97N372.3850.400000M-53.35-12.303.45135.49-32.169.75-8.97N432.6250.40647.15135.4500M19.50-7.069.8226.46-167.26199.39-25.6N480.7450.40647.15135.4500V8.520.6130.75-12.75-15.8115.16-1.95 荷载类别吊车水平荷载风荷载风荷载左吹风右吹风序号M13.98-24.54N0000M13.98-24.54N0000M180.52143.29N0000V30.3-18.9注：M（单位为），N（单位为），V（单位为）。表4.5A柱内力组合表截面及相应的N，V及相应的N，V及相应M、N及相应M、NM+0.9+0.9(+)+123.76+0.90.8(+)+0.9+-88.19+70.95+0.9+0.9(+)+63.3363.33N407.66310.32454.21310.32310.32M+0.9+0.8(+)+0.9+142.10 +0.9+0.8(+)+0.9+-105.27+0.981.30+0.90.9（+)+-105.27N878.24360.521050.34360.52M+0.9+0.8(+)+0.9+445.79 +0.9+0.8(+)+0.9+-63.20+0.9259.11+0.9+0.9(+)+248.3440.5017.49N843.14521.231098.46400.62V48.12-28.7523.0841.32320.75-40.50187.40182.03659.48486.77841.84400.6235.38-18.5117.49731.54注：M（单位为），N（单位为），V（单位为）。4.6柱的截面设计以A柱为例。混凝土强度等级为C30，；采用HRB400级钢筋，。上、下柱 均采用对称配筋。4.6.1上柱配筋计算上柱的计算长度附加偏心矩取。因为：所以，上柱都属于大偏压受力，即取弯矩最大而轴力较小的一组： 荷载偏心矩计算公式： 式中 荷载偏心矩； 轴向力设计值； 弯矩设计值。由公式得： 初始偏心矩计算公式： 式中 荷载偏心矩； 初始偏心矩；附加偏心矩。由公式得： ，应考虑偏心矩增大系数，小偏心受压构件截面曲率修正系数计算公式： 式中 小偏心受压构件截面曲率修正系数； 混凝土轴心受压设计值； 构件截面面积，对T形、工字形截面，均取； 轴向力设计值。由公式得：取偏心受压构件对长细比对截面曲率的修正系数计算公式： 式中 偏心受压构件对长细比对截面曲率的修正系数，当时，取等于1.0； 构件的计算长度；截面高度，对环形截面取外直径；对圆形截面取直径。由公式得： 偏心矩增大系数计算公式： 式中 偏心矩增大系数；偏心受压构件对长细比对截面曲率的修正系数，当时，取等于1.0； 小偏心受压构件截面曲率修正系数； 初始偏心矩；构件的计算长度； 截面有效高度，对环形截面，取；对圆形截面，取；截面高度，对环形截面取外直径；对圆形截面取直径。由公式得：截面抵抗矩系数计算公式： 式中 荷载在该截面产生的轴力设计值； 截面的有效高度；矩形应力图系数；截面宽度；混凝土轴心抗压强度设计值。 相对受压区高度。由公式得： 取 钢筋截面计算公式： 式中 截面受拉受压钢筋截面面积； 荷载在该截面产生的轴力设计值； 截面的有效高度；矩形应力图系数；截面宽度；初始偏心矩；偏心矩增大系数；受压区边缘到受拉区边钢筋合力作用点；截面高度，对环形截面取外直径；对圆形截面取直径。所以取进行计算，由公式得： 所以上柱配置钢筋，选3(.垂直于弯矩作用平面承载力验算：垂直排架方向的计算长度 轴心受压构件的承载力计算公式： 式中 轴向力设计值； 钢筋混凝土构件的稳定系数； 混凝土轴心抗压强度设计值； 构件截面面积； 钢筋抗压强度设计值； 全部纵向手受压钢筋截面面积。由公式得：所以满足弯矩平面外的承载力要求。4.6.2下柱的配筋计算下柱的计算长度附加偏心矩取取。，。与上柱分析方法类似，下柱属于大偏压受力，即选取下列两组最不利进行计算：（1），荷载偏心矩计算由公式得：初始偏心矩由公式得： 应考虑偏心矩增大系数，取小偏心受压构件截面曲率修正系数由公式得： 取偏心矩增大系数由公式得：先假定中和轴位于翼缘内，则说明中和轴位于腹板内，应重新计算受压高度偏心矩计算公式： 式中 偏心矩； 初始偏心矩；偏心矩增大系数；受拉区边缘到受拉区边钢筋合力作用点；截面高度，对环形截面取外直径；对圆形截面取直径。由公式得：受压区高度计算公式： 式中 受压区高度； 轴向力设计值；矩形应力图系数；混凝土轴心受压设计值；截面宽度；翼缘宽度；翼缘高度。由公式得： 受压区相对高度计算公式： 式中 受压区相对高度； 受压区高度；截面有效高度，对环形截面，取；对圆形截面，取。 钢筋截面计算公式钢筋截面计算公式： 式中 截面受拉受压钢筋截面面积； 荷载在该截面产生的轴力设计值； 截面的有效高度；矩形应力图系数；截面宽度；偏心矩；翼缘宽度；翼缘高度。偏心矩增大系数；受压区边缘到受拉区边钢筋合力作用点；受压区相对高度；截面高度，对环形截面取外直径；对圆形截面取直径。由公式得： （2），荷载偏心矩由公式得：初始偏心矩由公式得：，应考虑偏心矩增大系数，取小偏心受压构件截面曲率修正系数由公式得：偏心矩增大系数由公式得：所以属于大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则说明中和轴位于翼缘内. 偏心矩由公式得：钢筋截面计算公式钢筋截面由公式得： 综合可知下柱配置钢筋，选3(垂直于弯矩作用平面承载力验算：垂直排架方向的计算长度轴心受压构件的承载力计算由公式得： 所以满足弯矩平面外的承载力要求。4.6.3柱的箍筋配置 非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制，上、下构造柱选用200箍筋。4.6.4柱的裂缝宽度验算规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。本设计得上柱及下柱均出现得内力，故应进行裂缝宽度验算。上柱： =Mq/Nq=63330/310.32=2040.55h=220mm 下柱： =Mq/Nq=40500/14.49=231mm0.55h=495mm 故不需要进行裂缝宽度验算.4.6.4牛腿设计根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度，如下面图所示。（1）牛腿截面高度验算，（牛腿顶面无水平荷载），取裂缝控制条件来确定牛腿截面高度的计算公式： 式中 分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖向力和水平拉力值； 裂缝控制系数，对支承吊车梁的牛腿。取，其他牛腿，； 竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离，此时应考虑安装偏差，当考虑安装偏差后的竖向力作用线仍位于下柱截面以内是，取； 牛腿宽度； 牛腿与下柱交接处的竖向截面有效高度，取，时，取。按下式确定：由公式得： 故牛腿截面高度满足要求。（2）牛腿配筋计算由于，因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，。实际选用。水平箍筋选用。4.6.5柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。由表2.4.6可得柱插入杯口深度为0.9*900mm=810mm取，则柱吊装时总长度为，计算简图如图4.16所示。图4.16柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯距为： 由得：令得则下柱段最大弯矩柱截面受弯距承载力及裂缝宽度验算过程见表4.7。表4.7 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱 截 面上 柱下 柱477.2239.0771.40.37-0.5120.2，取0.2（满足要求）0.020.2（满足要求）4.7基础设计 建筑地基基础设计规范规定，对于6m柱距的单层多跨厂房，其地基承载力特征值为、吊车起重、厂房跨度、设计等级为丙级时，可不做地基变形验算。本例满足上述要求，故不需做地基变形验算。基础混凝土强度等级采用，下设厚的素混凝土垫层。4.7.1作用于基础顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（-截面）传给基础的M，N，V以及外墙自重重力荷载。前者可由表4.5中的-截面选取，见表4.8，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和板底配筋计算。表4.8 基础设计的不利组合组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第1组445.79845.1448.12320.75659.4835.38第2组-63.2521.23-28.75-40.5486.77-18.51第3组259.111098.4623.08187.4841.8417.5由图4.21可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0。总高度为14.65，墙体为240实心墙（），钢框玻璃窗（），基础梁重量为根。计算范围如图4.17图4.17每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：240mm厚砖墙：钢框玻璃窗： 基础梁： 合计： 距基础形心的偏心距为：4.7.2基础尺寸及埋置深度（1）按构造要求拟定高度由表2.4.6得柱的插入深度，取。由表2.4.7得杯底厚度应大于，取，则基础顶面标高为，故基础埋置深度为：表4.9基础杯底厚度和杯壁厚度柱截面高度杯底厚度杯壁厚度由表4.9得杯壁厚度，取；基础边缘高度取，台阶高度取，见图4.18。（2）拟定基础底面尺寸基础底面积计算公式： 式中 基础底面积； 相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶部的竖向力值； 修正后的地基承载力特征值； 基础与其上填土的平均重度，可取； 基础在室内地面标高（0.000）以下的埋置深度。由公式得：适当放大，取。（3）计算基底压力及验算地基承载力： 基础边缘压力的计算公式： 基底压力按式计算，结果见表4.10；验算地基承载力，其中，验算结果见表4.10。可见，基础底面尺寸满足要求。表4.10基础底面压力计逄及地基承载力验算表类别第1组第2组第3组320.75659.4835.38-40.5486.77-18.51187.4841.8417.51415.961243.251598.32158.03155.88151.94158.03108.12155.8877.81151.94148.50133.08180158.03116.85180155.88150.22180151.944.7.3基础高度验算这时应采用基底净反力设计值，和可按式计算，结果见表4.11。 表4.11 基础底面净反力设计计算表类别第1组第2组第3组445.79843.1448.12-63.2521.23-28.75259.111098.4623.081227.43905.421482.75270.09-338.8450.85155.4375.29135.3734.82146.9131.81因台阶高度与台阶宽度相等（均为），所以只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶受冲切承载力计算截面如图4.23所示。变阶处截面有效高度。因为，即：地基土净反力设计值计算公式： 式中 地基土净反力设计值； 扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面积净反力，对于偏心受压基础，可取基础边缘处最大地基单位面积净反力； 冲切验算时取用的部分基底面积。由式得：，因，所以取，则，取；，则故基础高度满足要求。4.7.4基础底板配筋计算（1）柱边及变阶处基底反力计算 基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如图4.19所示。图三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表4.12。柱边及弯阶处弯矩计算：表4.12柱边及变阶基底净反边计算公式第1组第2组第3组125.9498.37141.35135.4110.23143.13140.69116.87144.12145.41122.8145.02115.3685.1139.56（2）配筋计算 基础底板受力钢筋采用HRB300级（）。长边方向钢筋面积为：选用（）。基础底板短边方向钢筋面积为：选用（）。基础底板配筋图见施工配筋图。由于，所以杯壁不需要配筋。结 论本次设计共有三个设计组成，分别为混凝土结构双向板肋梁楼盖设计、现浇钢筋混凝土板式楼梯设计和某金加工车间厂房设计在老师的耐心的指导和同学的帮助下，我成功地完成了这次的课程设计。虽然成果不是很令人满意，只能以合理来形容，因为受本身的思维和知识水平限制，导致设计中很少有创新之处。但终究是自己动脑动手一步一步做出来的，因此，我觉得我还是成功了。在这三周中，我能根据计