单层厂房课程设计等跨.docx
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单层厂房课程设计等跨
课程设计任务书……………………………………………………………1
平面示意图…………………………………………………………………3
剖面图………………………………………………………………………4
课程设计计算书:
第一章柱截面尺寸确定………………………………5
第二章荷载计算…………………………………………………………6
1、恒载…………………………………………………………6
2、屋面活荷载……………………………………………………7
3、风荷载…………………………………………………………7
4、吊车荷载………………………………………………………8
第三章排架内力分析……………………………………………………10
1、恒载作用下排架的内力分析………………………………10
2、屋面活荷载作用下排架内力分析…………………………11
3、风荷载作用下排架内力分析………………………………13
4、吊车荷载作用下排架内力分析……………………………15
第四章内力组合…………………………………………………………21
第五章柱截面设计………………………………………………………24
1、上柱配筋计算…………………………………………………24
2、下柱配筋计算………………………………………………25
3、柱的裂缝宽度验算……………………………………………26
4、柱箍筋配置……………………………………………………27
5、牛腿设计………………………………………………………28
教师批阅:
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6、柱的吊装验算………………………………………………28
第六章基础设计…………………………………………………………29
1、作用于基础顶面上的荷载计算………………………………29
2、基础尺寸及埋置深度…………………………………………30
3、基础高度验算…………………………………………………31
4、基础底板配筋计算………………………………………………33
课程设计心得体会…………………………………………………………37
单层厂房结构课程设计任务书
一、工程名称:
某厂装配车间,采用装配式钢筋混凝土双跨等高排架。
二、设计资料:
1、地点:
长沙市
2、每跨跨度:
均为18m;总长90m,柱距6米,中间不设伸缩缝;
3、每跨设两台吊车,中级工作制,轨顶标高为9m;
4、基本风压:
0.5kN/m2;基本雪压:
0.35kN/m2;
5、自然地坪下0.5m内为填土,填土下层4m内为中砂(承载力设计值为250kN/m2);底下水位-4.5,无腐蚀性。
6、根据生产工艺要求,车间平面图如1-1,车间内设两台Q=300/50KN吊车,均为中级工作制,车间剖面图如1-2
7、屋面构造:
改性油膏SBS防水层:
0.15kN/m2
20厚水泥砂浆抹平:
0.4kN/m2
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100厚加气混凝土隔热:
0.6kN/m2
大型屋面板(含灌缝重):
1.4kN/m2
屋盖支撑:
0.06kN/m2
=2.61kN/m2
墙面做法:
240双面清水墙:
4.56kN/m2
钢窗:
0.45kN/m2
8、构件选用
构件名称
标准图集
选用型号
重力荷载标准值
屋面板
G410
(一)
1.5m×6m预应力混凝土屋面板
YWB-2Ⅳ
YNBT-1Ⅳ
1.4kN/m2
天沟板
G410(三)
1.5m×6m预应力混凝土屋面板(卷材防水天沟板)
TGB68-1(内)
TGB77-1(外)
2.4kN/m2
每块自重2.02kN/m2
积水荷载0.6kN/m2
天窗架
G316
CJ9-01(中)
CJ9-01(端)
27kN
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天窗端壁
G316
DB9-3
43kN
天窗侧板
G316
CB-1
6kN
屋架
G415(三)预应力混凝土折线型屋架(跨度18m)
YWJA-30-CC
79.5kN/榀
0.05kN/m2
(屋盖钢支撑)
轨道连接
G325
(二)吊车轨道联结详图
0.80kN/m
吊车梁
钢筋混凝土吊车梁
45kN
基础梁
G320
JL-3
17kN
9、材料:
柱:
C20,纵筋Ⅲ级,箍筋I级
基础:
C20,钢筋Ⅱ级
10、分组数据:
跨度:
18m×18m
基本风压:
0.5kN/m2
轨顶标高:
9m
吊车:
Q=300/50kN
柱砼等级:
C20
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单层厂房结构课程设计任务书
第一章柱截面尺寸确定
由设计资料可知吊车轨顶标高为9m,每跨吊车布置型号为300/50KN。
当厂房跨度为18m时,吊车跨度LK=18-0.75×2=16.5m,查得轨顶以上高度H=2.6m,考虑吊车行使所需空隙尺寸h1=200mm,故柱顶标高为9+2.6+0.2=11.8m,取柱顶标高为11.8m,设室内地面至基础顶面的距离为0.5m,又吊车梁高度hb=1m,
故:
柱的总高度H=11.8m+0.5m=12.3m取12.3m
下柱高度Hl=9m-1m-0.2m+0.5m=8.3m取8.3mm
上柱高度Hu=12.3m-8.3m=4.0m取4.0m
根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件,可确定柱截面尺寸,见表一。
表一柱截面尺寸及相应的计算参数
计算参数
柱号
截面尺寸/mm
面积/mm2
惯性矩/mm2
自重/(kN/m)
A,C
上柱
矩400×500
2.0×105
41.67×108
5.0
下柱
I400×1000×100×150
1.9×105
247.6×108
4.94
B
上柱
矩500×600
3.0×105
90×108
7.5
下柱
I500×1200×100×150
2.4×105
477×108
6.0
仅取一榀排架进行计算,计算单元和计算简图如图一所示
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第二章荷载计算
1.恒载
(1)屋盖恒载
改性油膏SBS防水层:
0.15kN/m2
20厚水泥砂浆抹平:
0.4kN/m2
100厚加气混凝土隔热:
0.6kN/m2
大型屋面板(含灌缝重):
1.4kN/m2
屋盖支撑:
0.06kN/m2
2.61kN/m2
屋架重力荷载为79.5kN/榀,则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为:
G1=1.2×(2.61kN/m2×6m×18m/2+79.5/2)=216.83kN
A、C柱:
ei=h5/2-150=100mm(与上柱中心线的偏心矩)
(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值
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G3=1.2×(45kN+0.80kN/m×6m)=59.76kN
(3)柱自重重力荷载设计值
A,C柱上柱G4A=G4C=1.2×5kN/m×4.0m=24.0kN
下柱G5A=G5C=1.2×4.94kN/m×8.3m=49.20kN
B柱上柱G4B=1.2×7.5kN/m×4.0m=36.0kN
下柱G5B=1.2×6kN/m×8.3m=59.76kN
各项恒载作用位置如图二所示。
2、屋面活荷载
屋面活荷载标准值为0.5kN/m2,雪荷载标准值为0.35kN/m2,后者小于前者,故仅按前者计算。
作用于柱顶的屋面活荷载设计值为:
Q1=1.4×0.5kN/m2×6m×18m/2=37.8kN
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Q1的作用位置与G1作用位置相同,如图二所示。
3、风荷载
风荷载标准值按式(2.5.2)计算,其中ω0=0.50kN/m,βz=1.0,μz根据厂房各部分标高(剖面图)及B类地面粗糙由附表5.1确定如下:
柱顶(标高11.8m)μz=1.0504
檐口(标高14.1m)μz=1.1148
屋顶(标高15.6m)μz=1.1532
Μz如图所示,则由式(2.5.2)可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为:
ω1k=βzμs1μzω0=1.0×0.8×1.0504×0.50kN/m2=0.420kN/m2
ω2k=βzμs2μzω0=1.0×0.4×1.0504×0.50kN/m2=0.210kN/m2
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则作用于排架计算简图(图三)上的风荷载设计值为:
q1=1.4×0.420kN/m2×6.0m=3.528kN/m
q2=1.4×0.210kN/m2×6.0m=1.764kN/m
Fw=γQ[(μs1+μs2)μzh1+(μs3+μs4)μzh2]βzω0B
=1.4×[(0.8+0.4)×1.1148×2.3+(-0.6+0.5)×1.1532×1.5]×1.0×0.5×6
=12.196kN
4、吊车荷载
由表2.5.1可得300/50kN吊车的参数为:
B=6.050m,K=4.6m,g=117kN,Q=300kN,Fp,max=270kN,Fp,mim=50kN.根据B及K,可算得吊车当梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值,如图四所示。
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(1)吊车竖向荷载
由式(2.5.4)和(2.5.5)可得吊车竖向荷载设计值为:
Dmax=γQFp,max∑yi=1.4×270kN×(1+0.758+0.233)=752.60kN
Dmin=γQFp,min∑yi=1.4×50kN×(1+0.758+0.233)=139.37kN
(1)吊车横向水平荷载
作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力按式(2.5.6)计算,即
T=1/4α(Q+g)=1/4×0.1×(300kN+117kN)=10.425kN
作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按式(2.5.7)计算,即
Tmax=γQT∑yi=1.4×10.425×1.991=29.06kN
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第三章排架内力分析
该厂房为两跨等高排架,可用剪力分配法进行排架内力分析。
其中柱的剪力分配系数ηi计算,结果见表二。
表二柱剪力分配系数
柱别
n=Iu/Il
λ=Hu/H
C0=3/[1+λ3(1/n-1)]
δ=H3/C0EIl
ηi=(1/δi)/(
1/δi)
A,C柱
n=0.168
λ=0.325
C0=2.564
δA=δC=1.575×10-11H3/E
ηA=ηC=0.252
B柱
n=0.189
λ=0.325
C0=2.615
δB=0.802×10-11H3/E
ηB=0.495
1.恒载作用下排架的内力分析
恒载作用下排架的计算简图如图五a所示。
图中的重力荷载----G及力矩M是根据图五确定的,即
----G1=G1=216.83kN;----G2=G3+G4=59.76kN+24kN=83.76kN
----G3=G5A=49.20kN;----G4=2G1=433.66kN
----G6=G5B=59.76kN;----G5=G4B+2G3=36kN+2×59.76kN=155.52kN
M1=----G1e1=216.83kN×0.1m=21.683kN·m
M2=(----G1+----G4A)e0-G3e3
=(216.83kN+24kN)×0.25m-59.76kN×0.25m=45.268kN·m
由于图五a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内力。
柱顶不动铰支座反力Ri可根据表
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2.5.2所列的相应公式计算。
对于A,C柱,n=0.163,
=0.325,则
RA=M1C1/H+M2C3/H=(21.683×1.967+45.268×1.141)/12.3=7.667kN(→)
RC=-7.667kN
RB=0。
求得Ri后,可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。
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和轴力图分别见图五b,c。
图五d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定,下同。
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2.屋面活荷载作用下排架内力分析
(1)AB跨作用下屋面活荷载
排架计算简图如图六所示。
其中Q1=37.8kN,它在柱顶及变阶处引起的力矩M1A=37.8kN×0.1m=3.78kN·m;M2A=37.8kN×0.25m=9.45kN·m;M1B=37.8kN×0.15m=5.67kN·m
对于A柱,C1=1.967,C3=1.141,则
RA=M1AC1/H+M2AC3/H=(3.78×1.967+9.45×1.141)/12.3=1.5kN(→)
对于B柱,n=0.189,λ=0.325,则
RB=M1BC1/H=(5.67×1.90)/12.3=0.876kN(→)
则排架柱顶不动铰支座总反力为:
R=RA+RB=1.5kN+0.876kN=2.376kN(→)
将R反向作用于排架柱顶,用式(2.2.15)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于AB跨时的柱顶剪力,即
VA=RA-ηAR=1.5kN-0.252×2.376kN=0.9(→)
VB=RB-ηBR=0.876kN-0.495×2.376kN=-0.3kN(←)
VC=-ηCR=-0.252×2.376=-0.6kN(←)
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪如图六所示。
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(2)BC跨作用屋面活荷载
由于结构对称,且BC跨与AB跨作用荷载相同,帮只需将图2.10.7中各内力图的位置及方向调整一下即可,如图七所示。
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3.风荷载作用下排架内力分析
(1)左吹风时
计算简图如图八所示。
对于A,C柱,n=0.163,
=0.325,由表2.5.2得:
C11A=3[1+λ4(1/n-1)]/8[1+λ3(1/n-1)]=0.337
-3.528kN/m×12.3m×0.337=-14.624kN(←)
-1.764kN/m×12.3m×0.337=-7.312kN(←)
R=RA+RC+Fw=-14.624kN-7.312kN-12.196kN=-34.132kN(←)
各柱顶剪力分别为:
VA=RA-ηAR=-14.624kN+0.252×34.132kN=-6.02kN(←)
VB=-ηBR=0.495×34.132kN=16.90kN(→)
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VC=RC-ηCR=-7.312kN+0.252×34.132kN=1.29(→)
排架内力图如图八所示。
(2)右吹风时
计算简图如图九a所示。
将图八b所示A,C柱内力图对换且改变内力符号后可得,如图九所示。
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4.吊车荷载作用下排架内力分析
(1)Dmax作用于A柱
计算简图如图十所示。
其中吊车竖向荷载Dmax,Dmax在牛腿顶面处引起的力矩为:
752.60kN×0.15m=112.89kN·m
139.37kN×0.75m=104.53kN·m
对于A柱,C3=1.141,则
RA=-MAC3/H=-112.89kN×1.141/12.3m=-10.472kN(←)
对于B柱,n=0.189,
=0.325,由表(2.5.2)得:
RB=MBC3/H=104.53kN×1.169/12.3m=9.935kN(→)
R=RA+RB=-10.472kN+9.935kN=-0.537kN(←)
排架各柱顶剪力分别为:
VA=RA-ηAR=-10.472kN+0.252×0.537kN=-10.34kN(←)
VB=RB-ηBR=9.935kN+0.495×0.537kN=10.20kN(→)
VC=-ηCR=0.252×0.537kN=0.14kN(→)
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图十所示。
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(2)Dmax作用于B柱左
计算简图如图十一所示。
MA,MB计算如下:
139.37kN×0.15m=20.91kN·m
752.60kN×0.75m=564.45kN·m
柱顶不动铰支座反力RA,RB及总反力R分别为:
RA=-MAC3/H=-20.91kN×1.141/12.3m=-1.94kN(←)
RB=MBC3/H=564.45kN×1.169/12.3m=53.65kN(→)
R=RA+RB=-1.94kN+53.65kN=51.71kN(→)
排架各柱顶剪力分别为:
VA=RA-ηAR=-1.94kN-0.252×51.71kN=-14.97kN(←)
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VB=RB-ηBR=53.65kN-0.495×51.71kN=28.05kN(→)
VC=-ηCR=-0.252×51.71kN=-13.03kN(←)
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图十一所示。
(3)Dmax作用于B柱右
根据结构对称性及吊车吨们相等的条件,内力计算与“Dmax作用于B柱左”的情相同,只需将A,C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力的符号,如图十二所示。
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(4)Dmax作用于C柱右
同理将“Dmax作用于A柱”情况的A,C柱内力对换,并注意改变符号,可求得各柱的内力,如图十三所示。
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(5)Tmax作用于AB跨柱
当AB跨作用吊车横向水平荷载时,排架计算简图如图十四所示。
对于A柱,n=0.163,
=0.325,由表2.3得a=(4.0m-1m)/4.0m=0.75,则
RA=-TmaxC5=--29.06kN×0.605=-17.58kN(←)
同理,对于B柱,n=0.189,
=0.325,a=0.76,C5=0.57,则
RB=-TmaxC5=-29.06kN×0.57=-16.56kN(←)
R=RA+RB=-17.58kN-16.56kN=-34.14kN(←)
排架柱顶总反力R为:
VA=RA-ηAR=-17.58kN+0.252×34.14kN=-8.98kN(←)
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VB=RB-ηBR=-16.56kN+0.495×34.14kN=0.34kN(→)
VC=-ηCR=0.252×34.14kN=8.60kN(→)
排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图十四所示。
当Tmax方向相反时,弯矩图和剪力只改变符号,方向不变。
(6)Tmax作用于BC跨柱
由于结构对称及吊车吨位相等,故排架内力计算与“Tmax作用于AB跨柱”的情况相同,仅需将A柱与C柱的内力对换,如图十五所示。
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第四章内力组合
以A柱内力组合为例。
表三为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表,表四为A柱内力组合表,这两表中的控制截面及正号内力方向如表三中的例图所示。
内力组合按式(2.5.19)~(2.5.21)进行。
除Nmax及相应M和N一项外,其他三项均是按式(2.5.19)和式(2.5.20)求得最不利内力值;对于Nmax及相应的M和N一项,Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面均按(1.2SGK+1.4SQK)求得最不利内力值,而Ⅰ-Ⅰ截面是按式(2.5.21)即(1.35SGK+SQK)求得最不利内力。
对进行裂缝宽度验算时,内力采用标准值,同时只需对e0/h0>0.55的柱进行验算。
为此,表四中亦给出了Mk和Nk的组合值,它们均满足e0/h0>0.55的条件,对本设计来说,这些值均取自Nmin及相应的M和V一项。
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风荷载
右风
⑪
-19.27
0
-19.27
0
-149.3
0
-22.99
左风
⑩
4.14
0
4.14
0
192.83
0
37.37
吊车水平荷载
Tmax作用在BC跨左
⑨
±34.4
0
±34.4
0
±105.78
0
±8.6
Tmax作用在AB跨
⑧
±6.86
0
±6.86
0
±159.8
0
±20.08
吊车竖向荷载
Dmax作用在C柱
⑦
-0.56
0
-0.56
0
-1.72
0
-0.14
Dmax作用在B柱右
⑥
52.12
0
52.12
0
160.27
0
13.03
Dmax作用在B柱左
⑤
-59.88
0
-38.97
139.37
-163.22
139.37
-14.97
Dmax作用在A柱
④
-41.36
0
71.53
752.60
-14.29
752.60
-10.34
屋面活载
作用在BC跨
③
2.4
0
2.4
0
7.38
0
0.6
作用在AB跨
②
-0.18
37.8
-9.63
37.8
-2.16
37.8
0.9
恒载
①
8.985
240.83
-36.28
300.59
27.35
349.79
7.67
荷载类别
序号
M
N
M
N
M
N
V
教师批阅:
教师批阅:
教师批阅:
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
柱号及
正向内力
Mk,Nk
61.75
200.69
Nmin及相应M,V
84.95
240.83
-81.94
300.59
423.04
349.79
59.36
305.43
291.49
43.31
①+0.9[③+0.9(⑥+⑨)+⑩]
①+0.9[0.9×(⑦+⑨)+⑪]
①+0.9[③+0.
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- 单层 厂房 课程设计
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