某市郊外(B类地区)一单层双跨厂房 设计实例

1.1.设计条件与资料 1.1.1建筑物基本条件(18组) 某市郊外(B类地区)一单层双跨厂房,每跨跨度均为24m,每跨设有20t软钩吊车各两台,中级工作制,建筑平面布置如图1所示,剖面示意如图2所示.1.2.设计资料1.2.1荷载不上人屋面活荷载为0.5kN/m2.1.2.2材料（1） 混凝土C20，C25，C30。（2） 钢筋：纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋。（3） 型钢及预埋件铁板用HRB335，HPB235级钢筋。1.2.3建筑构造（1） 屋面：卷材防水屋面，其做法如下：两毡三油防水层上铺小石子：0.35KN/m220mm厚水泥砂浆找平层：200.02=0.4 KN/m2100厚水泥珍珠岩制品保温层：50.1=0.5 KN/m2一毡两油隔气层：0.05 KN/m220mm厚水泥砂浆找平层：200.02=0.4KN/m2预应力混凝土层面板（2） 墙体用240mm厚清水砖墙，钢门窗。（3） 地面：室内混凝土地面，室内外高差150mm.1.2.4吊车数据起重量Q（t）跨度LK（m）Pmax（KN）Pmin（KN）小车重g（KN）吊车总重（KN）吊车最大宽度B（mm）大车轮距（mm）轨道顶面吊车顶面的距离H（mm）轨道中心至吊车外缘的距离B1（mm）20/522.520260773245600440021363601.2.5工程地质及水文条件该场地地形平整,无滑坡,无液化土层等不良地质现象.地层自上而下为填土层: 厚度约为0.5m砂质粘土: 厚度约为2.0m,f=250 KN/m卵石: 中密,厚度约为57m, f=600 KN/m基岩: 表层中度风化.地下水位很低,设计时不考虑地下水的影响.气象资料:基本风压为0.45 KN/m,基本雪压为0.25 KN/m.1.3.标准构件的选择所以图集均采用全国通用工业厂房结构构件标准图集。在选择构件之前，请一定仔细阅读构件标准图集的说明。本车间的主要承重构件采用装配式钢筋混凝土结构，标准构件相关资料参考如下：1） 屋面板：全国标准图集G410（一），1.5m1.6m预应力钢筋混凝土屋面板,板重为1.3KN/m.灌缝重为0.1kPa。2） 天沟板：全国标准图集G410（三），每块自重为2.02KN/m,积水荷载以0.6KN/m计。3） 屋架：全国标准图集G415（三），采用预应力折线型屋架，106KN/榀（24m）。4） 吊车梁：全国标准图集G426（二），预应力混凝土，梁高1200mm,自重45.5KN,轨道及连接件自重按1KN/m计，其构造高度为200mm。5） 基础梁：全国标准图集G32O，每根重16.7KN。1.4.设计要求确定柱的截面尺寸设计计算绘制施工图2.1材料的确定.柱：混凝土C30，fc=14.3N/mm2;纵筋HRB335级，fy=300N/mm2;箍筋HPB235级，fy=210N/mm2.基础：C30混凝土，fc=14.3N/mm2；钢筋HPB235级，fy=210N/mm2.2.2确定柱的载面尺寸。Q在15t20t之间，中级工作制，HK=11.4m,Hl=10.5m.上柱：矩形 500mm500mm 面积 Au=2.5105(mm2) 惯性矩 Iu=1/125005003=5.2109(mm2)下柱高：h0.95Hk/11=0.9024,取h=900mm. 宽：bHl/200.95=0.5,取b=500mm.下柱:工字型柱截面尺寸见图3;2.3荷载计算恒载屋盖自重:两毡三油防水层上铺小石子: 0.35 KN/m20mm厚水泥砂浆找平层: 200.02=0.4 KN/m100mm厚水泥珍珠岩制品保温层: 50.1=0.5 KN/m一毡两油隔气层: 0.05 KN/m20mm厚水泥砂浆找平层: 200.02=0.4 KN/m预应力大型屋面板 1.4+0.1=1.5 KN/m合计 3.2 KN/m屋架自重: 70KN/榀则作用于柱顶的屋盖结构自重为：图7 风载体型系数图8 (a)风荷载作用下的示意图（b）风荷载作用下的计算简图2.4排架的内力分析剪力分配系数的确定因边柱和中柱的截面相同,则因各柱的抗侧移刚度相同,则各柱的剪力分配系数相同恒载作用下排架的内力恒载作用下排架的计算简图见图9.n=0.21,=0.210查单阶柱柱顶反力系数表得,各柱不动铰支承的支反力为A列柱:C列柱:柱顶不动铰支反力同A柱,方向相反B列柱: 则排架柱柱顶不动铰支座的总反力为最终分配到各柱柱顶的剪力分别为恒载作用下排架弯矩图、轴力图,如图10所示图9 恒载作用下的排架的计算简图图10 恒载作用下排架内力图(3)屋面活荷载作用下排架的内力屋面活荷载作用于AB跨时的计算简图(作用于BC跨时与其对称),见图11图11 屋面活荷载作用于AB跨排架的计算简图n=0.21,=0.210查单阶柱柱顶反力系数表得,各柱不动铰支承的支反力为A列柱:B柱列: 排架柱顶不动铰支座总反力为(反方向作用于柱顶)最终分配到各柱柱顶剪力分别为屋面活荷载作用于AB跨时排架的弯矩、轴力图见图12.图12 屋面活荷载作用于AB跨排架的内力图荷载作用下排架的内力分析结果荷载柱上力矩/(KNm)各柱柱顶不动铰支承力反力/KN总反力/KN分配到各柱顶最后剪力/KN吊车竖向荷载作用于AB跨作用于A列柱(BC跨与其对称)=162.9()=121.0()15.9()11.8（）04.1()14.53()13.16（）1.37（）吊车竖向荷载作用于AB跨作用于A列柱(BC跨与其对称)=48.4()=407.3()4.7()39.8（）035.1（）16.4()28.1（）11.7()吊车水平荷作用于AB跨向右(向左时与其对称)=18.6KN(吊车梁取1m)13.4()13.4()026.8()4.47()4.47 ()8.94（）风荷载作用下左来风(右来风时与其对称)=10.4KN=3.36KN/m=1.68KN/m16.7()08.4()35.5()4.9()11.8（）3.4（）注:其它荷载作用下的牌价计算简图及内力图见图13图21图13 吊车竖向荷载作用于AB跨，作用于A列柱排架的计算简图（单位：）（BC跨与其对称）图14 吊车竖向荷载作用于AB跨，作用于A列柱排架的内力图（BC跨与其对称）图15 吊车竖向荷载作用于AB跨，作用于A列柱排架的计算简图（BC跨与其对称）图16 吊车竖向荷载作用于AB跨，作用于A列柱排架的内力图（单位：）（BC跨与其对称）图17吊车水平荷载作用于AB跨向右时柱排架的计算简图（向左时与其对称）图17吊车水平荷载作用于AB跨向右时柱排架的M图（单位：）（向左时与其对称）图18吊车水平荷载作用于BC跨向右时的计算简图（向左时与其对称）图19吊车水平荷载作用于BC跨向右时的M图（单位：）（向左时与其对称）图20 左来风时排架的计算简图（右来风时与其对称）图21 左来风时排架的M图（单位：）（右来风时与其对称）A柱的内力27荷载种类恒载屋面活载AB跨吊车荷载(2台10t)BC跨吊车荷载(2台10t)风荷载作用于AB跨作用于BC跨作用于A柱作用于A柱-作用于B柱作用于B柱-左来风右来风弯矩图轴力图控制截面I-IM2.5-2.67.8-47.9-54.12.038.6-4.529.52.1-20.4N343.350.4000000000II-IIM-52.6-12.72.8115.0-5.72.038.6-4.529.52.1-20.4N405.150.40543.1161.3000000III-IIIM40.8-5.011.9-37.6-177.9150.4161.5-18.9123.4252.3-171.2N487.850.40543.1161.3000000V8.90.730.86-14.53-16.411.7-1.378.94-4.9-3.4注:1)M(KNm);N(KN);V(KN). 2)M、N、V的正号为图中示意的方向. 表3 B柱的内力荷载种类恒载屋面活载AB跨吊车荷载(2台10t)BC跨吊车荷载(2台10t)风荷载作用于AB跨作用于BC跨作用于A柱作用于A柱-作用于B柱作用于B柱-左来风右来风弯矩图轴力图控制截面-M0-7.27.243.492.72.0-92.7-43.42.038.9-38.9N661.850.450.400000000-M0-7.27.2-77.6-314.62.0314.677.62.038.9-38.9N785.450.450.4161.3543.10543.1161.3000-M0-5.85.843.4-19.5150.419.5-60.6150.4162.8-162.8N868.150.450.4161.3543.10543.1161.3000V00.13-0.1313.1628.51-28.1-13.1611.8-11.8注:1)M(KNm);N(KN);V(KN).2)M、N、V的正号为图中示意的方向.2.5排架的内力组合在各种荷载作用下,对边柱和中柱进行最不利内力组合.其中未考虑厂房的整体空间的作用.以A柱为例，内力组合结果见表4表4 A柱的内力组合截面内力+及相应的N、V-及相应的N、V及相应的M、V及相应的M、V组合项数值组合项数值组合项数值组合项数值-M+0.9+72.7+0.9+0.8(+)+-88.38+0.9+0.8(+)+-88.38+0.9+72.7N343.3388.66388.66343.3-M+0.9+0.8(+)88.96+0.9+0.8(+)+-117.72+0.9+0.8(+)+)75.01+0.9+10.58N796.13566.60841.49405.1-M+0.9+534.99+0.9+-413.25+0.9+-286.89+0.9+534.99N487.8678.331021.95487.8V23.84-12.29-11.9523.84表5 B柱的内力组合截面内力+及相应的N、V-及相应的N、V及相应的M、V及相应的M、V组合项数值组合项数值组合项数值组合项数值-M+0.9+126.72+0.9+-126.72+0.9+120.24+0.9+120.24N707.16707.16752.52661.8-M+0.9+326.43+0.9+-326.43+0.9+0.9(+)+30.89+38.9N1319.551319.551658.18785.4-M+0.9+0.9(+)+413.6+0.9+0.9(+)+-413.6+0.9+0.9(+)+268.34+162.8N1420.831420.831740.88868.1V-8.848.844.4811.8注:组合及中,M的绝对值相等.因柱为对称配筋,所以表中的M只取了正值.根据荷载规范,荷载效应的基本组合有两种.一种由可变荷载效应控制的组合;一种由永久荷载效应控制的组合.单层厂房中排架的内力通常由第一种组合控制2.6柱的截面设计 选取控制截面的最不利内力 大偏心受压和小偏心受压界限破坏时的轴压力为: A、 B柱:上柱:下柱: (取=40mm)经比较,A、B柱的所有51511.751513.251511.75155.211.0取1.03.111.0取1.02.71.0取1.02.31.0取1.010101010137109140134527.531638.15492.37840.27486892.55198.72293 3） 1421 3）380 3）117 2）032081064064064162128128注:1) ,则. 2) 3) 4)矩形截面: , 5)形截面: ,箍筋的配置因柱底的剪力很小=23.84KN(A柱)若取剪跨比=3则远远大于柱底的剪力值(还未考虑轴向压力对斜截面受剪的有利影响),所以排架柱的箍筋按构造配置为10200,柱箍筋加密区取为10100,加密区范围(此处按抗震要求配置)排架柱平面外轴心受压承载力验算 取配筋中的较小值验算.A、B柱:上柱:,查表得=1.0(所有的轴力) 下柱:, 查表得=0.585 (所有的轴力) 所以A、B柱平面外受压承载力满足要求. 牛腿的设计 A柱:根据牛腿的构造要求,初步确定牛腿的尺寸,如图23所示. 牛腿截面尺寸的验算(a=0) 牛腿的截面尺寸满足要求. 牛腿顶面局部受压验算 取吊车梁的垫板尺寸为500mm250mm,则 牛腿顶面的局压满足要求. 牛腿纵向受拉钢筋的计算 因为,取=0.3760=228mm 选取418() 牛腿的箍筋 牛腿的水平箍筋选用10100,牛腿的范围有,箍筋的总截面面积为故箍筋的设置满足构造要求. 牛腿的=00.3,可不设弯起钢筋.牛腿的配筋如图24所示. 同理,可设计出B柱牛腿的尺寸及配筋如图24所示.2.7柱的吊装验算A、B柱的截面尺寸相同,B柱的荷载在牛腿处稍大些,因此只需对B柱进行吊装时的验算. 柱吊装时的承载力验算 混凝土达到设计强度的100%时方可吊装. 根据构造要求,取柱入基础的深度,所以柱吊装验算时的计算简图如图25所示.考虑到牛腿根部及柱底部为矩形截面,下柱自重乘1.1的系数,1.5为动力系数. 由得的最大位置上柱:(422) 式中:结构重要性系数,取为0.9下柱: (422) 所以柱吊装的承载力满足要求.2.8基础的设计 混凝土采用C3