单层厂房结构设计

-1-单层厂房结构设计工程名称：机械加工车间设计资料：①装配车间跨度30m，总长60m（此为装配式无檩体系钢筋混凝土结构，有保温层屋盖，不设变形缝），柱距6m。②车间内设有两台5～20t中级工作制吊车，其轨顶设计标高7.2m。③建筑地点吉林市郊区。④车间所在场地，第一层，杂填土，3/5.16mKN，厚度为0.5m。第二层，粉质粘土，3/19mKN，8.0e，82.0LI，KPafk135，MPaEs5.7，厚度为10.5m。⑤厂房中标准构建选用情况a)屋面板采用04G410-1～2标准图集的预应力混凝土大型屋面板板重（包括灌缝在内）标准值1.4kN/m2b)天沟板采用04G410-1～2标准图集中的TGB58-1板重标准值2.02kN/m2。c)屋架采用YWJA-30-3Aa标准图集中的预应力混凝土折线型屋架，屋架自重标准值140kN/榀。d)吊车梁采用G323（二）标准图集中的先张法预应力混凝土吊车梁DL-10S，吊车梁高1200mm，自重标准值39.5kN/根，轨道及零件重0.617kN/m，轨道及垫层构造高度170mm。⑥排架柱及基础材料选用情况a)柱混凝土：C30（22/01.2,/3.14mmNfmmkNftkc）钢筋：纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋（252/102,/300mmNEmmNfsy）箍筋采用HPB235级钢筋b）基础混凝土：C15（22/91.0,/2.7mmNfmmNftkc）钢筋：采用HRB335级钢筋（2/300mmNfy结构计算（1）计算简图的确定①上柱高及全高的计算上柱高Hu=柱顶标高-轨顶标高+吊车梁高+轨道构造高=9.6-7.2+1.2+0.17=3.77m全柱高H=柱顶标高-基顶标高=9.6-（-0.500）-(-0.35)=10.45m下柱高Hl=10.45-3.77=6.68m故上柱与全柱高的比值324.065.1177.3②上柱b×h=400×400，下柱b×h=400×800lH/25=6680/25=267.2取400（可以）lH/12=6680/12=556.7取800（可以）③上下柱截面惯性矩及其比值-2-排架平面内：上柱49310133.2400400121Immu下柱4103l10707.1800400121Imm排架平面外：上柱49310133.2400400121Immu下柱493l10267.4400800121Imm（2）荷载计算①永久荷载（a）屋盖结构自重-3-预应力混凝土大型屋面板1.2×1.4=1.6820mm水泥砂浆找平1.2×20×0.02=0.48一毡二油隔气层1.2×0.05=0.06100mm水泥珍珠岩保温层1.2×4×0.1=0.4820mm水泥砂浆找平层1.2×20×0.02=0.48二毡三油防水层1.2×0.35=0.42g=3.6kN/m2天沟板1.2×2.02×6=14.54kN/m2屋架自重1.2×140=168kN/m2则作用于横向平面排架一段柱顶的屋盖结构自重为54.422216854.1423066.3G1kNmmhu5015024001502e1(b)柱自重上柱kN09.1877.34.04.0252.1G2mmhhul2002400280022e2下柱kN13.6468.68.04.0252.1G303e(c)吊车梁及轨道自重kN84.516617.05.392.1G4②屋面活荷载由《荷载规范》可知，对不上人的钢筋混凝土屋面，其均匀活荷载的标准值为0.5kN/m2，小于该厂所在地区的基本雪压s0=0.75kN/m2。故屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为kN60.7512675.04.11Qmm50e1③吊车荷载由电动双钩桥是吊车数据查得kN70,5000,6210,5.67,219kmin,max,GmmKmmBkNPkNPkk根据B,K及反力影响线，可算得与各轮对应的影响线竖标（下图），于是可求得作用于柱上的吊车垂直荷载kNyPDiQ22.542)798.0167.01(2194.19.09.0maxmaxkNDPPD12.16722.5422195.67maxmaxminmin-4-mmhl35028007502750e4作用于每个轮子上的吊车水平制动力设计值kNGQkGkcQ1.9702.12004.141.04T,kNDPk09.1622.5422194.11.9TTmaxmax,Qmax则作用于排架上的吊车水平荷载，按比例关系由Dmax求得其作用点到柱顶的垂直距离57.22.177.3euhHy（he为吊车梁高）676.077.357.2uHy④风荷载吉林地区的基本风压20kN/m45.0，对于城市郊区，风压高度变化系数μz按B类地区考虑，高度的取值，对q1,q2按柱顶标高9.6考虑，查《荷载规范》得μz=0.99；对Fw按檐口标高14.75m考虑，查《荷载规范》得μz=1.13。风载体型系数μs的分布如图所示故，集中风荷载kNBhhFzQw96.8645.004.19.11.09.13.14.11.03.1021mkNqzsQ/99.2645.099.08.04.1011mkNqzsQ/87.1645.099.05.04.1022-5-排架受荷总图如图（3）内力计算①在永久荷载作用下如前所述，根据永久荷载的对称性和考虑施工过程中的实际受力情况，可将图中的永久荷载G1、G2及G4的所用简化为（a）（b）（c）所示的计算简图。（a）在G1作用下13.2105.054.422eGM1111kN/m；51.8420.054.422eGM2112kN/m已知n=0.125，λ=0.361，由附录Ι中的公式16.21125.01361.01125.011361.015.11111115.132321nnC故在M11作用下柱顶不动铰支的柱顶反力R11=-111CHM=16.245.1013.21=-4.36kN（）由附录Ι公式98.01125.01361.01361.015.111115.132323nC故在M12作用下柱顶不动铰的反力R12=-312CHM=98.045.1051.84=-7.9kN（）-6-因此，在M11和M12共同作用下（即在G1作用下）柱顶不动铰支撑的反力R1=R11+R12=-（4.36+7.9）=-12.26kN（）相应得弯矩图如如所示a。（b）在G2作用下M22=-G2e2=-18.24×0.2=-3.65kN·m相应弯矩图如图b（c）在G4作用下M44=G4e=51.84×0.35=18.14kN·m（d）在G1，G2，G3，G4共同作用下将图a，b，c的弯矩图叠加，得在G1，G2，G3，G4共同作用下恒荷载弯矩图d作用下，相应的轴力N图如图e所示。②在屋面活荷载作用下对于单跨排架，Q1与G1一样为对称荷载，且作用位置相同，仅数值大小不同。故G1的内力图按比例可求得Q1的内力图，如：柱顶不动铰支撑反力RQ1=111RGQ=26.1254.4226.75=-2.19kN（）相应M，N图如下图a，b所示-7-③吊车荷载（考虑厂房整体空间工作）作用下厂房总厂60m，中间不设伸缩缝，跨度30m，吊车起重量20t，由表查得无檩体系屋盖的单跨厂房空间作用分配系数μ=0.8（a）在吊车垂直荷载作用下Dmax作用在A柱的情况：吊车垂直荷载作用下的内力，可按如下图a所示的简图进行计算。A、B柱顶建立可按下列公式计算VAmax=-0.5[(2-μ)MDmax+μMDmin]HC3=-0.5[(2-0.8)×542.22×0.35+0.8×167.12×0.35]10.4598.0=-12.87kN（绕杆端逆时针为负）VBmax=0.5[μMDmax+(2-μ)MDmin]HC3=0.5[0.8×542.22×0.35+(2-0.8)167.12×0.35]10.4598.0=10.41kN（绕杆端顺时针为正）相应弯矩图如图b所示。Dmin作用在A柱的情况：由于结构对称，故只须将A柱与B柱的内力对换，并注意内力变号即可。-8-（b）吊车水平荷载作用Tmax从左向右作用在A，B柱的情况：内力可按如下图a所示的简图进行计算。A,B柱的柱顶剪力按下列公式计算VAT=VBT=-(1-μ)C5Tmax式中C5可按附录Ι公式计算：当y=0.6Hl时56.01125.01361.0122.0125.0416.0361.0361.08.1211122.0416.08.1233335nnC当y=0.7Hl时50.01125.01361.0121.0125.0243.0361.0361.01.2211121.0243.01.2233335nnC当y=0.684Hl时，用插值法求得C5=51.01.0084.050.056.056.0VAT=VBT=-(1-μ)C5Tmax=-（1-0.8）0.51×16.09=-1.64kN（）相应的弯矩图如图所示aTmax从右向做作用在A，B柱的情况：在这种情况下，仅荷载方向相反，故弯矩仍可利用上述计算结果，但弯矩图也与之相反如图b。④风荷载作用下（a）风从左向右吹（图a）先求柱顶反力系数C11。当荷载沿柱高均匀分布时，由附录I中公式-9-32.01125.01361.011125.01361.018311111183343411nnC对于单跨排架，A,B柱顶剪力48.487.199.245.1032.07.125.05.02111qqHCFVwAkN（）22.887.199.245.1032.07.125.05.02111BqqHCFVwkN（）（b）风从右向左吹（图b）在这种情况下，荷载方向相反，故弯矩图也与风从做向右吹时相反如图b。（4）最不利内力组合由于结构对称，故只须对A(或B)柱进行最不利内力组合，其步骤如下：①确定需要单独考虑的荷载项目，不考虑地震作用的单跨排架，共有八种需要单独考虑的荷载项目，由于小车无论向左或向右运行中刹车时，A,B柱在Tmax作用下，其内力大小相等但符号相反，在组合时可列一项。因此，单独考虑的荷载项目共7项。②将各种荷载作用下控制界面（1-1，2-2，3-3）的内力M,N（3-3截面还有剪力V)填入组合表。③根据最不利又最可能的原则，确定每一内力组的组合项目，并算出相应的组合值。计算中，当风荷载与活荷载（包括吊车荷载）同时考虑时，除永久荷载外，其余荷载作用下内力均乘以0.9的组合系数。排架柱全部内力组合计算列入表中（5）排架柱设计（a）最不利内力组的选取，由于3-3截面的弯矩和轴力设计值比2-2的大，故下柱配筋由3-3截面的内力确定，而上柱配筋有1-1截面内力确定。用于上下柱截面配筋计算的最不利内力组列入下表（b）确定柱在排架方向的初始偏心距ei、计算长度l0及偏心距增大系数η-10-aieeeNMe00；ea取20mm和h/30的较大值；NAfc5.01，ζ11.0时取1.0；15,0