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应用技术学院课程设计指导书系（院）建筑工程学院课程名称混凝土结构及砌体结构设计课题名称单层工业厂房设计专业班级土木1181—1184指导教师审批下达日期2014年5月22日建筑工程学院《单层工业厂房设计》课程设计指导书本指导书根据设计任务书提出的设计内容和要求指出了设计中应考虑的原则和应注意的问题，对其中某些问题作了必要的说明。更为一般的设计原理、方法及参考数据，可查阅相关设计手册和规程规范。一、课程设计目的要求课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。要求学生通过单层工业厂房设计课程设计，进一步了解单层工业厂房的结构型式、结构布置和受力特点，掌握单层工业厂房的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握单层工业厂房的构造要求等。要求在指导教师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用单层工业厂房的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行单层工业厂房设计计算，并绘制施工图。二、设计资料和任务参见课程设计任务书三、单层工业厂房设计计算1.轴线定位：平面定位以轴线来表示，竖向定位轴线由标高来体现。轴线与中心线是两个概念,尽管有时轴线就定位在柱的中心处,但要注意不能混淆。（1）轴线定位除伸缩缝处的柱和端部柱外,柱的中心线应与横向定位轴线相重合,伸缩缝处及端部柱的中心线应与横向定位线缩进600mm；（2）纵向轴线定位定位的基本要求是保证厂房内的吊车正常行驶，与上柱的内缘相碰。因此在吊车桥架与上柱内缘之间留出一定的空隙，当吊车起重量不大于500KN时，此空隙不应小于80mm.；（3）标高确定任务书中已根据工艺要求给出了轨顶标高，而柱顶和牛腿顶面的标高要自己确定。柱顶标高=轨顶标高+吊车高度+吊车顶端与柱顶的净空尺寸(一般为220mm)。牛腿顶面标高=轨顶标高-吊车梁高度-轨道高度此法算出的标高很可能是一些零碎的数字为便于设计和施工，应将其取为300mm的倍数，牛腿顶面标高取整时，一般取小不取大，稍有疏忽就可能将余量留反,吃掉吊车与柱顶的空隙。2.结构构件的选型的布置（1）屋面结构布置图屋面结构布置包括屋面板，天沟板，屋架及其支架，天窗架等构件的选型和布置.参见相关图集)；（2）基础结构平面布置图(1)基础编号对于等高双跨度排架柱下基础,通常有如下几种编号：典型排架基础(中柱J-1;边柱J-2)；伸缩缝处双杯口基础(中柱J-3;边柱J-4)；端部排架柱基础(中柱J-5;边柱J-6)；抗风柱基础(J-7)；(2)基础梁钢筋混凝土基础梁通常采用预制构件，可根据通用图集选用；（3）梁，柱结构布置图排架结构的梁，柱布置包括：排架柱及基础间支撑，抗风柱，吊车柱，吊车梁等构件布置。(1)柱及柱间支撑单层厂房中的排架柱及风柱按单根编号。尺寸，配筋相同，仅预埋件不同的柱，可用下标予以区别。对柱子在支撑屋架和吊车梁的局部处及柱子下端插入杯口部分，一般要做到成矩形截面。柱间支撑应设置在变形缝区段的中间或靠近中间的部位.；(2)吊车梁当吊车起重量较大(Q≥200KN)；柱距较大(L≥6m)时，应优先选用预制混凝土吊车梁。3.排架结构计算排架结构计算包括：确定排架简图；排架荷载计算；排架内力分析和内力组合。（1）排架计算简图横向排架的计算，是从厂房平面图中相邻柱距的中轴线间取出一个典型区段作为计算单元。其计算单元与简图如书中图所示。图中柱子的固定端位置应为基础顶面,其标高可如下确定：基础顶面标高=基础底面标高(负值)+基础高度起初地面标高应在冰冻线以下，而基础高度可由抗冲切承载力验算和构造要求确定，约为柱截面高度加200mm，一般在900-1200mm之间。（2）排架荷载：屋面恒载(标准值Glk，设计值G1)包括构造层，屋面板、屋架、天窗及屋盖支撑的自重(屋盖支撑自重标准值可近似取为0.07KN/m2)。边柱的受载面积为半跨加上联系尺寸乘以计算单元的宽度；若为外天沟，则为半跨加上天沟宽度乘以计算单元的宽度，中柱的受载面积为每侧半跨之和乘以计算单元的宽度。屋盖恒载可认为是通过屋架上弦和下弦中心线的交点作用与柱顶，此交点到纵向定位轴线的距离为l50mm；柱自重(上柱G2k，G2，下柱G3k，G3)上柱自重G2沿上柱中心线作用，对下柱中心线的偏心距：e2=(h1-h2)/2式中h1，h2—分别为上下柱的截面高度。下柱自重标准值G3k按下柱截面尺寸和柱高计算。工字形截面柱，对考虑到柱高方向部分为矩形截面及牛腿的外加重量，可近似按下柱全高为工字形截面计算重量，然后乘1.2的增大系数；吊车梁及轨道连接自重(G4k,G4)G4k按吊车粱及轨道连接构造的标注图所给值计算。作用于牛腿顶面标高处，作用线位于吊车梁中心线处，到定位轴线的距离为750mm；屋面活荷载(Q1k,Q1)屋面活荷载取屋面均布活荷载和雪荷载的较大者。活荷载和雪荷载均按计算单元屋面水平投影面积计算。Q1通过屋架作用于排架柱顶，其作用为之与G1相同。对于多跨厂房，要考虑它们在排架的不利位置问题。应考虑AB跨作用屋面活荷载，BC跨作用屋面活荷载，两跨同时作用三种情况；吊车垂直荷载(Dmaxk,Dmink,Dmax,Dmin)吊车垂直荷载可根据每个轮子的轮压(最大轮压和最小轮压)利用吊车梁支座反力影响线进行计算.计算吊车垂直荷载时,对多跨厂房最多考虑四台吊车；吊车水平荷载(FHK,FH)由于计算吊车水平荷载时，最多只考虑两台吊车同时刹车。所以既要考虑同一跨两台吊车同时刹车的情况又要考虑两跨中各一台大起重量吊车同时刹车的情况；风荷载柱顶以下的风压力和风吸力以均布水平荷载的形式分别作用在迎风面和背风面的墙上(见《荷载规范》)4.内力分析与组合注意事项(1)在排架内力分析之前先确定在排架上有哪几种需要单独考虑的荷载情况对双跨等高排架有如11种作用的荷载情况：1)恒载(G1,G2,G3,G4)；2)屋面活荷载作用在AB跨；3)屋面活荷载作用在BC跨；4)吊车垂直荷载Dmax作用在朋跨的AB拄(Dmin)作用在AB跨的B柱；5)吊车垂直荷载Dmax作用在朋跨的B柱；6)吊车垂直荷载Dmax作用在BC跨的C柱；7)吊车垂直荷载Dmax作用在BC的C柱；8)AB跨两台吊车水平荷载作用；9)BC跨两台吊车水平荷载作用；10)每跨各一台大起重量吊车水平荷载作用；11)风荷载(q1,q2,Fw)作用；(2)排架内力组合排架在各种荷载单独作用时内力求得后(包括给出内力图)，根据最不利组合原则,并考虑组合系数.即和求得排架柱各控制截面的最不利内力；（3)控制截面对单阶柱一般取三个控制截面：腿顶面上截面,按上柱截面尺寸考虑；牛腿顶面下截面，按下柱截面尺寸考虑；基础顶面处的截面，按下柱截面尺寸考虑；（4）控制截面的内力组合：1)+Mmax及相应的N,V；2)-Mmax及相应的N，V；3)Nmax及相应的M，V；4)Nmin及相应的M，V。排架结构及柱下基础承载力计算(见规范)；(5)排架内力组合注意事项：1)恒载均要考虑；2)多台吊车的竖向荷载：对于多跨厂房一个排架不多于4台吊车；多台吊车的水平荷载对单跨或多跨厂房最多只考虑两台；3)当组合Nmax与相应的M及Nmin与相应的M时，把N=0相应的M应按不利又是可能的原则组合进去，使Nmax或Nmin相应的M尽量最大；4)对于柱底截面(基础顶面)还应组合与M或N相应的V值；5)在组合时所选择的各单项内力值应该是可能的内力组合情况。如例风荷载只能对左或右风两者考虑其一：考虑吊车荷载时在Dmax或Dmin所产生的内力值中，两者办能选择其一；在用FH内为值时。必须同时相应的把Dmax或Dmin产生的内力组合进去。根据计算求得柱控制截面最不利组合的内力M和N按偏心受压构件进行截面配筋计算。5.柱牛腿设计(1)确定牛腿几何尺寸；(2)按计算和构造配置纵向受力钢筋；(3)按构造要求配置水平箍筋和弯筋；(4)局部受压承载力验算五，柱下独立基础设计在内力组合时。己求得柱传来的作用于基顶的内力组合值在确定基础设计的不利内力时，应考虑由基础梁传来的偏心荷载，并应注意基础长短边方向可能有不同不利内力值；(5)确定基础底边尺寸；(6)确定基础高度：1)按构造要求初定基础高度：2)验算初定的基础高度是否合适；(7)计算基础底板配筋；(8)构造要求：1)基础混凝土强度等级不宜低于C20，垫层混凝土等级为C10，厚度100mm。2)底板受力钢筋一般采用HRB335或HPB235级钢筋，其最小直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm，当设有垫层时，底板钢筋保护层厚度为35mm，否则70mm.当基础边长大于2.5m时，沿此方向钢筋长度可减短10%，并应交错放置。3)锥形基础边缘高度≤200mm；阶形基础的每阶高度为300—500mm，杯壁厚度：当500≤h≤800mm，应≥200mm，当800≤h≤1000mm时，应≥300mm。6.屋架形式及几何尺寸因屋面采用混凝土大型屋面板，屋面坡屋i＝1／10，故宜采用梯形屋架。屋架计算跨度应取l。=l-2×150=24000-300=23700mm。屋架端部高度H。与屋架中部高度及屋面坡度相关，当梯形屋架与柱铰接时，屋架端部高度取1.6~2.2m。为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用节间为3m的人字形式，屋面板传来的荷载，正好作用在节点上，使之传力更好。屋架跨中起拱L／500。7.支撑布置根据车间长度、屋架跨度、荷载情况以及吊车设置情况，布置上、下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架可编号为GWJ—2，其它编号均为GWJ—l。四、荷载和内力计算4.1荷载计算屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）可按经验公式计算。荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。4.2荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨屋架与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载4.3内力计算按图解法、数解法、电算法均可计算屋架各杆内力。先求出单位荷载作用于各节点时的内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出三种荷载组合下的杆件内力。取其中不利内力（正、负最大值）作为设计屋架的依据。可列表计算。跨中附近斜腹件的内力发生变号，由于考虑了施工阶段荷载的不利分布。如果按照正确的施工方法，屋面板采用对称吊装，就不会出现杆件内力的变号。五、杆件截面设计屋架跨度不大于30m时，上弦、下弦可不改变截面，按最大内力设计。上弦杆计算长度，在屋梁平面内，为节间轴线长度。在屋梁平面外，根据支撑布置和内力变化情况（按大型屋面板与屋梁保证三点焊，故取两块屋面板宽度），其计算长度大于屋架平面内计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。节点板厚度需按腹杆的最大内力选用。轴心拉杆，可按强度要求选择截面。对轴心压杆，可先假定长细比（弦杆λ=80～100，腹杆100～120）选择截面再进行验算。屋架所有的杆件还应满足长细比限值的要求。六、节点设计节点的设计一般步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝的焊脚尺寸和焊缝长度，然后根据此焊缝长度的大小按比例绘出节点板的形状和大小，最后验算弦杆与节点板的连接焊缝。用作图法求节点板的形状和大小时，应按角度准确画出各杆件的轴线和轮廓线，各杆件的形心线应尽量与杆件轴线重合并取5mm的整数，再考虑杆件之间应有的间隙以及制作、装配等误差，按比例绘出各杆件端部及腹杆焊缝的位置，在此基础上作出节点详图。节点板的形状应尽可能简单、规则，至少有两边平行。如矩形、梯形、直角梯形等。七、屋架施工图屋架施工图是指导钢结构构件制造和安装的技术文件，同时也是编制工程预算的依据和工程竣工后的存档资料。因此，务须做到清晰、明确，准确无误，表达详尽。1．屋架施工图一般按运输单元绘制。当屋架对称时，可仅绘制半榀屋架。施工图上应包括屋架正面图、上弦和下弦平面图以及必要的侧面图、剖面图和零件图。2．图纸的左上角用适