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C
-2.200
D
21
20
8.4
E
F
二、设计资料
1、防水屋面,屋面恒荷载为1.4KN/m2(水平投影面积)。
2、面活荷载为0.70KN/m2,屋面没有积灰荷载。
3、雪荷载标准值0.4KN/m2,风荷载标准值0.35KN/m2,屋面坡度角
α=11º
21ˊ。
4、已考虑深度和宽度修正后的地基承载力特征值180KN/m2。
5、在柱距6m范围内,基础梁、围护墙、窗、圈梁等传至基础顶面的竖向集中力标准值为300-350KN(吊车轨顶标高,低的取小值,高的取大值),此竖向集中力与柱外侧边的水平距离为0.12m。
6、室内地坪标高为±
0.000,室外地坪标高为-0.300。
7、柱顶至檐口顶的竖向高度h1=2.1m,檐口至屋脊的竖向高度h2=1.2m。
8、混凝土强度等级,排架柱用C30,柱下扩展基础用C20。
9、排架柱主筋及柱下扩展基础内钢筋用HRB335级钢筋,柱箍筋用HPB235级钢筋。
10、吊车的有关技术参数可查阅专业标准《起重机基本参数和尺寸系列》(ZQ1-62~ZQ8-62)或直接参照吊车制造厂的产品规格得到。
三、设计内容及要求
(一)设计计算书
1、单层厂房平面、剖面结构布置及主要结构构件选型。
2、排架内力分析(计算简图,荷载计算及各种荷载作用下的排架内力分析)。
3、排架边柱内力组合。
4、排架柱设计(截面设计、配筋构造、吊装验算、牛腿设计)。
5、排架柱下扩展基础的设计(基础底面尺寸的确定、基础高度的验算、基础底部配筋计算)。
6、课程设计计算书要求:
一律用A4打印纸,黑色钢笔水手写。
7、课程设计计算书装订顺序:
封面、内容摘要、任务书、目录、具体设计计算内容。
装订成册。
(二)设计施工图
1、单层厂房平面(±
0.000)、剖面结构布置图,比例1∶200、1∶100
2、装配式边柱施工图(摸板图和配筋图),柱比例:
1∶50,柱截面比例:
1∶20。
3、边柱下扩展基础的平面图与剖面图,比例:
1∶20-1∶40。
4、施工图要求用铅笔画,并按要求的比例把各部分匀称地安排在两张二号图纸上,中文字要用仿宋体工整地书写,图右下角部要写施工说明,包括混凝土强度等级、钢筋的级别以及需要说明的其他内容。
5、图纸标题栏:
天津市高自考课程设计
专业
课程
指导教师
4×
10mm
姓名
工程名称
成绩
准考证号
图名
日期
20mm20mm20mm80mm20mm20
mm
四、参考资料
1.《建筑制图统一标准》
2.《88J1-88J10工程做法》
3.《房屋建筑学》
4.《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
5.《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
6《砼结构设计》;
有关单层厂房结构设计资料。
构件选型表2-1
构件名称
图籍号
外形尺寸
自重
1.5m×
6m预应力钢筋硁屋面板
G410
(一)
(YWB-2Ⅳ)
自重1.4KN/m2灌缝重0.1KN/m2
钢筋硁天沟板
(内天沟、外天沟)
G410(三)
(TGB68-1)
1.91KN/m2
24米预应力折线屋架
CG416(三)
(YWJ-18-1)
77KN/榀
6米钢筋硁吊车梁
G323
(二)
45.5KN
6米钢筋硁基础梁
G320(JL-1)
16.7KN
钢筋硁连系梁
TG38(DGL-4)
17.5KN
情按上课讲的顺序
3.工程名称:
天津市红桥区×
×
厂汽车配件加工车间单层钢筋混凝土
厂房结构设计方案
4.工程简介:
本工程为天津市红桥区内一金工车间,本地此类建筑不考虑抗震设防.此车间为单跨车间,设计采用装配式混凝土柱的等高排架结构.
5设计资料
(1)装配车间其跨度为18m
车间总长为60m,柱距采用6m.
(如P5图5-1)对吗?
(2)每一跨设计为2台中级工作制软钩吊车,其设计参数见下表5-1:
表5-1电动桥式起重机基本参数5-50/5t一般用途电动桥式起重机基本参数和尺寸系列(ZQ1-62)
吊车起重量Q/t
跨度Lk/m
尺寸
吊车工作级别A4-A5
本工程轨顶标高取m
宽度B/mm
轮距K/mm
轨顶以上高度H/mm
轨道中心端部距离B1/mm
最大轮压Pmax/KN
最小轮压Pmin/KN
大车质量m1/t
小车质量m2/t
16.5
5650
4400
2050
230
165
34
24.1
5.5(双闸)
《混凝土结构设计》P309
(3)车间所在场地,其地基承载力特征值ƒa=180KN/㎡.
(4)厂房中标准构件选用情况:
(参见P4中构件选型表1-1)
①屋架采用钢结构屋架,屋面坡度角α=11°
22′.
(5)几个相关高度尺寸,见下表5-2:
表5-2
室内地坪标高
室外地坪标高
柱顶至檐口顶竖向高度m
檐口顶至屋脊竖向高度m
±
0.000
-0.300
h1=2.1m
h2=1.2
基础底面标高(含垫层200mm)为-1.800m;
(6)荷载取值,如下表5-3:
表5-3
屋面恒荷载(含防水等)
屋面活荷载(不计积灰荷载)
雪荷载标准值
风荷载标准值
基础梁底荷载标准值ª
ª
1.4KN/m2
0.70KN/m2
0.4KN/m2
0.35KN/m2
300KN
a)基础梁底荷载标准值:
是指在柱距6m范围内,基础梁、维护墙、窗、圈梁等传至基础顶面的竖向集中力。
此集中力与柱外侧边的水平距离本工程为0.12m;
(7)排架柱及基础材料选用情况:
《混凝土结构设计》P291
①柱
混凝土:
采用C30,(ƒc=14.3N/㎜²
;
ƒtk=2.01N/㎜²
)
钢筋:
纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋,(ƒy=300N/㎜²
Es=2×
105N/㎜²
箍筋采用HPB235级钢筋,(ƒy=210N/㎜²
②基础
采用C20,(ƒc=9.6N/㎜²
ƒtk=1.54N/㎜²
采用HRB335级钢筋
6结构计算
(1)计算简图确定
①柱高及柱全高确定:
根据P9剖面图6-1得
柱顶标高=吊车轨顶标高+轨顶以上高度+小车顶至屋架下弦顶面高度
=7.5+2.05+0.5=10.5(m)
上柱高Hu=柱顶标高-轨顶标高+吊车梁高+轨道高度=10.5-7.5+0.9+0.2=3.65(m)
由于构造要求,基础梁顶一般底于室内地面标高50mm《房屋建筑学》
P406,由本工程所选基础梁高知基顶标高为-0.500,则
全柱高H=柱顶标高-基顶标高=10.5-(—0.5)=11(m)
应按任务书所给基础底面标高计算
下柱高Hl=H-Hu=11-3.65=7.35(m)
上柱与全柱高的比值λ=3.65/11=0.332
剖面图6-1
②初步确定柱截面尺寸《混凝土结构设计》P66表2-4
本工程选用实腹柱.上柱选取矩形截面,b×
h=400mm×
400mm,下柱选
取矩形截面,b×
800mm.
根据刚度要求初步验算,
HK=吊车梁高+下柱高=0.9+7.35=8.25m≤10m,
则所选截面高度800≥HK/11≈0.75(可以).
截面宽度400≥Hl/20=367.5mm(可以)
③上下柱截面惯性矩及其比值
排架平面内:
上柱Iu=400×
4003/12=2.133×
109mm4
下柱Il=400×
8003/12=1.7064×
1010mm4
比值η=Iu/Il=0.125
排架平面外:
比值η=Iu/Il=0.5
排架计算简图如下图6-2
(2)荷载计算
①恒荷载
(a)屋盖结构自重
屋面恒荷载1.2×
1.4=1.68KN/m2
天沟板1.2×
1.91×
6=13.752KN
屋架自重1.2×
77=92.4KN
则作用于横向平面排架一端柱顶的屋盖结构自重
G1=1.68×
18×
6/2+13.752+92.4/2=150.67KN
e1=hu/2-150=50mm(hu为上柱截面高)
hu=?
(b)柱自重
上柱G2=1.2×
25×
0.4×
3.65=17.52KN
e2=hl/2-hu/2=200mm
h1=?
下柱G3=1.2×
0.8×
7.35=70.56KN
e3=0mm
(c)吊车梁及轨道自重
G4=1.2×
(45.5+1×
6)=61.8KN
e4=?
G5=?
e5=?
②屋面活荷载
由于屋面活荷载0.7KN/m2大于该工程所在地基本雪压0.4KN/m2.故此屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为:
Q1=1.4×
0.7×
(6×
18/2)=52.92KN
e1=hu/2-150=50mm
③吊车荷载
由前面表5-1知,
Pmax,k=165KN,Pmin,k=34KN,B=5650mm,K=4400mm,Q2,K=55KN,
根据B与K及反力影响线,可以算出与各轮对应的影响线竖标(如图6-3)
由图得:
《混凝土结构设计》P43图2-22
l1=1600mm,K=l4=4400mm,l5=350mm
则y2=l1/l=0.2667,y1=1,y3=0.792,y4=0.0583
则∑yi=y1+y2+y3+y4=2.117
查《混凝土结构设计》P46表2-1得β=0.9
至此可得出柱上的吊车荷载:
Dmax=βrQPmax,k∑yi=0.9×
1.4×
2.117×
165=440.12KN
Dmin=Dmax×
Pmin,k/Pmax,k=440.12×
34/165=90.7KN
吊车中心线至纵向定位轴线的距离e,按照工程经验Q≤50t采用750mm.同情况下满足,吊车端部外边缘至上柱内边缘的安全净空尺寸
Cb≥80mm.《房屋建筑学》P387则
e4=750-hl/2=750-800/2=350mm
作用于每一个吊车轮子上的吊车水平制动设计值:
《混凝土结构设计》P45
由于是软钩吊车,且Q=15-50t,故取α=0.10;
小车重力Q2,K=55KN表5-1,吊车额定起吊质量重力Q3,K=150KN
TK=α/4×
(rG•Q2,K+rQ•Q3,K)=0.1/4×
(1.2×
55+1.4×
150)=6.9KN
那么,在考虑二台吊车的荷载折减系数β后,吊车对排架的最大横向水平荷载标准值Tmax,k=β•Tk•∑yi=0.9×
6.9×
2.117=13.147KN
其作用点到柱顶的垂直距离y=Hu—he=3.65-0.9=2.75m(he为吊车梁高)
则y/Hu=2.75/3.65=0.7534
④风荷载
天津本地区基本风压wo=0.35KN/m2.对于天津这样的大城市市郊,风压高度变化系数μz按B类地区考虑.
a)对于两侧墙面,q1、q2高度的取值按柱顶离室外天然地坪的高度10.05+0.3=10.35m考虑,查《荷载规范》得离地10m时,μz=1.00
离地15m时,μz=1.14.由插值法得,离地10.35m时,
μz=1+[(1.14-1.0)/(15-10)]×
(10.35-10)
=1.0098
由屋面坡度角α=11°
22′≤15°
知,风荷载的计算简图为下图6-4
《混凝土结构设计》P48中图2-26
图6-4风荷载的计算简图
则,q1=rQ•μs•μz•wo•B=1.4×
1.0098×
0.35×
6=2.375KN(单位?
q2=rQ•μs•μz•wo•B=1.4×
0.5×
6=1.4844KN
b)对于屋盖部分,由于无天窗设置,FW则按照厂房檐口标高=柱顶标高+柱顶至檐口顶部垂直距离-室外地坪标高=10.05+2.1-(-0.3)=12.45m,由插值法得,此时μz=1+[(1.14-1.0)/(15-10)]×
(12.45-10)
=1.0686
《混凝土结构设计》P49式2-10
那么,FW=W1K+W2K=rQ•[(μs3+μs4)•h1+(μs2-μs1)•h2]•μz•wo•B
=1.4×
[(0.8+0.5)×
2.1+(0.5-0.6)×
1.2]×
1.0686×
6
=8.2KN
⑤排架受荷载总图如下图6-5
(3)内力计算
①恒荷载作用下
根据恒荷载的对称性,以及施工中的实际受力情况,可将图6-5中的恒荷载G1、G2、G4简化为图6-6中的计算简图.
图6-6G1、G2、G4作用下的计算简图
a)在G1的作用下
M11=G1•e1=150.672×
0.05=7.5366KN•m
M12=G1•e2=150.672×
0.2=30.13KN•m
《混凝土结构设计》P51知n=Iu/Il=0.125,λ=Hu/H=0.315
(见前面第9页);
由《混凝土结构设计》P301表4-2,表4-3可得
C1=3/2•[1-λ2•(1-1/n)]/[1+λ3•(1/n-1)]=2.1
C3=3/2•(1-λ2)/[1+λ3•(1/n-1)]=1.1077
则,支座反力R1=M11•C1/H=7.5366×
2.1/11=1.4388KN
R2=M12•C3/H=30.13×
1.1077/11=3.0341KN
不动铰支座柱顶反力R=R1+R2=1.4388+3.0341=4.4729KN
其相应弯矩图为图6-6中a;
b)在G2的作用下
上柱对下柱的偏心弯矩M22=-G2•e2=-17.52×
0.2=-3.504KN•m
其相应弯矩图为图6-6中b.
c)在G4的作用下
吊车竖向荷载对下柱的偏心弯矩
M44=G4•e4=61.8×
0.35=21.63KN•m
其相应弯矩图为图6-6中c.
将图6-6中a、b、c弯矩图叠加,得到在G1、G2、G4共同作用下的恒荷载弯矩图,既图6-6中的d;
轴力图N为图6-6中的e.
②屋面活荷载作用下
单跨排架,Q1与G1一样为对称荷载,且作用位置相同,所以由G1的内力图按照比例可求得Q1的内力图.此时不动铰支座柱顶反力为
RQ1=Q1•R1/G1=-52.92×
4.4729/150.672=-1.571KN()
MQ11=Q1•e1=1.571×
0.05=0.0786KN•m
MQ12=Q1•e2=1.571×
0.2=0.3142KN•m
相应的M图,N图,如图6-7
③吊车荷载(考虑厂房整体空间作用)
查得单跨厂房整体空间作用分配系数μ=0.9.
a)吊车垂直荷载作用下
ⅰ>
Dmax作用在A柱的情况
此时吊车垂直荷载作用下的内力,可以按照图6-8中的简图a计算.
图6-8吊车垂直荷载作用下的内力计算简图
因此A、B柱顶剪力可按照所示简图推导的下列公式计算:
(采用弯矩作用在上柱底面时的系数C3,弯矩分配后,按照其公式计算)
Vmax=-0.5×
[(2-μ)MDmax+μMDmin]C3/H
=-0.5×
[(2-0.9)×
440.24×
0.35+0.9×
90.7×
0.35]×
1.1077/11
=-9.972KN
Vmin=0.5×
[(2-μ)MDmin+μMDmax]C3/H
=0.5×
=8.7405KN
(绕杆端顺时针转为正)其相应弯矩图为图6-8中的图b.
ⅱ>
Dmin作用在A柱的情况
由于结构对称,只须将A、B柱的内力对换,内力正负变号.
b)吊车水平荷载作用下
ⅰ>
Tmax从左向右作用在A、B柱上的情况的内力,可按照图6-9的计算简图计算.
此时,A、B柱顶剪力可按照所示简图推导的下列公式计算:
VTA=VTB=-(1-μ)•C5•Tmax
由《混凝土结构设计》P302-P303表4-4至表4-7可得C5的值;
当y=0.7Hu时,C5=0.5753;
当y=0.8Hu时,C5=0.527;
因为此时吊车梁顶至柱顶垂直距离=上柱高-吊车梁高=3.65-0.9=2.75m,y=2.75/3.65≈0.7534.由插值法得此时C5=0.5495
VTA=VTB=-(1-μ)•C5•Tmax=-(1-0.9)×
0.5495×
13.147
=-0.7224KN
其相应弯矩图为图6-9.
ⅱ>
Tmax从右向左作用在A、B柱上的情况的内力,与Tmax从左向右作用的弯矩图相反.其相应弯矩图为图6-10.
风荷载从左向右作用在A、B柱上的情况的内力,可按照图6-11计算简图计算.由《混凝土结构设计》P304表4-8可得柱顶反力系数C11的值;
对于单跨排架,A、B柱顶剪力
VA=0.5•[FW-C11•H(q1-q2)]=0.5×
[8.2-0.33×
11×
(2.375-1.4844)]
=2.4836KN
VB=0.5•[FW+C11•H(q1-q2)]=0.5×
[8.2+0.33×
=5.7164KN
风荷载从右向左作用在A、B柱上的情况的内力,与上一种作用的弯矩图相反.
两者弯矩图见图6-11.
⑷最不利内力组合
本结构对称,故只须对柱A进行最不利内力组合,其步骤如下:
主要原则在《混凝土结构设计》P58-P60.
1由于小车无论向左、向右运行中刹车,A、B柱内力大小相等,而符号相反,在组合时可考虑合并为一项.
2根据最不利又最有可能的原则,确定每一项内力组合.
排架的内力组合如下表6-1
请见EXCEL文件:
内力组合表.xls
以及CAD文件:
表6-1-B_t3.dwg
无法打开
****************************************
7排架柱及牛腿设计
(1)排架柱设计
①柱截面配筋计算
(a)最不利内力选择
由于截面Ⅲ-Ⅲ的弯矩与轴向力均比截面Ⅱ-Ⅱ的大,故下柱截面配筋由截面Ⅲ-Ⅲ的最不利内力确定.上柱截面配筋由截面I-I的最不利内力确定.经比较,将此两部分最不利内力列于下表6-2中:
(b)同时将柱在排架方向的初始偏心距ei、计算长度l0、偏心距增大系数η求出列于表7-1中.
表7-1
截面
内力组
e0(mm))
h0(mm)
ei(mm)
ζ1
l0(mm)
h(mm)
ζ2
η
I-I
M(KN•m)
-67.1
400
365
420
7300
0.9675
1.2
N(KN)
168.2
M
-64.3
297
317
1.265
N
215.8
Ⅲ-Ⅲ
318
380
765
407
7350
800
1.1133
836
-256
877
904
1.051
292
注:
e0=M/N;
ei=e0+eS;
(eS取20mm与h/30中较大的值);
ζ1=0.2+2.7•ei/h0,ζ1>
1.0时,ζ1取1.0;
ζ2=1.15-0.01•l0/h,l0/h<
15时,ζ2取1.0;
考虑吊车荷载时,l0=2•Hu(上柱),l0=1•Hu(下柱);
不考虑吊车荷载时,l0=1.5•H;
η=Cm•[1+K/(1400•ei/h0)•(l0/h)2•ζ1•ζ2;
Cm=0.7+0.3•M2/M1;
(c)柱在排架平面内的配筋计算(见
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