《单层工业厂房》课程设计

一．结构选型该厂房是广州市的一个高双跨（18m+18m）的机械加工车间。车间长90m,柱矩6米，在车间中部，有温度伸缩逢一道，厂房两头设有山墙。拄高大于8米，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋架有较大的刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房的各构选型见表1.1表1.1主要构件选型结构的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预应力混凝土板1.4KN/m天沟板G410(三),1.5m×6m预应力混凝土板(卷材防水天沟)外天沟2.02KN/M内天沟1.83KN/M屋架G314(二),预应力混凝土折线型屋架(跨度18)53.5KN每榀吊车梁G323(二),钢筋混凝土吊车梁(中轻级工作制)27.5KN每榀轨道连接0.8KN/m基础梁由图1可知柱顶标高是10.20米，牛腿的顶面标高是6.60米，室内地面至基础顶面的距离0.5米，则计算简图中柱的总高度H,下柱高度Hl和上柱的高度Hu分别为：H=10.2m+0.6m=10.8mHl=6.60m+0.6m=7.2mHu=10.8m-7.2m=3.6m根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表1.2。见表1.2柱截面尺寸及相应的参数截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/(KN/m)A,C上柱矩400×40016000021300000004.0下柱I400×800×100×150177500143870000004.43B上柱矩400×40016000021300000004下柱I400×800×100×150177500143870000004.43二．荷载计算1．恒载计算参柱号(1)屋盖横载屋面板预应力混凝土屋面板1.4KN/m220mm厚1:3水泥沙浆找平层和防水成上铺石子0.75KN/m2总:2.15KN/m2外天沟外天沟板2.02KN/m找平层1.6KN/m总:3.62KN/m内天沟内天沟板1.83KN/m找平层1.6KN/m总:3.43KN/m嵌板嵌板1.65KN/m2灌缝0.1KN/m2总1.75KN/m2屋架屋架屋架预埋件53.5KN/榀钢筋混凝土系杆5.94KN/榀屋架预埋件件0.4KN/榀总59.84KN/榀12.9KN/m3.62KN/m3.43KN/m15KN/m图1求反力：F1=116.92F2=111.90屋架重力荷载为59.84，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值：GA1=1.2×(116.92+59.84/2)=176.81KNGB1=1.2×(111.90×6+59.84/2)=170.18KN(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值GA3=1.2×（27.5+0.8×6）=38.76KNGB3=1.2×（27.5+0.8×6）=38.76KN(3)柱重力荷载的设计值A,C柱上柱G4A＝G4C=1.2×4×3.6=17.28KN下柱G5A＝G5C=1.2×4.43×7.2=38.28KNB柱上柱G4A＝G4C=1.2×4×3.6=17.28KN下柱G5A＝G5C=1.2×4.43×7.2=38.28KN2．屋面活荷载屋面活荷载的标准值是0.5KN/m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值：Q1=1.4×0.5×6×18/2=37.8KN3，风荷载风荷载标准值按ωk=βzμsμzω0计算其中ω0=0.5KN/m2,βz=1,μz根据厂房各部分及B类地面粗糙度表2.5.1确定。柱顶（标高10.20m）μz=1.01橼口（标高12.20m）μz=1.06屋顶（标高13..20m）μz=1.09μs如图3所示，由式ωk=βzμsμzω0可得排架的风荷载的标准值：ωk1=βzμs1μzω0=1.0×0.8×1.01×0.5=0.404KN/m2ωk2=βzμs2μzω0=1.0×0.4×1.01×0.5=0.202KN/m2G3=38.76KNQ1=37.8KNQ1=37.8KNGB1=170.18KNGB1=170.18KNGA1=176.81KNQ1=37.8KNG5A=38.28KNG3=38.76KNG4A=17.28KNGA1=176.81KNQ1=37.8KNG3=38.76KNG5A=38.28KNG4A=17.28KN图2荷载作用位置图q2q1Fw风向图3风荷载体型系数和排架计算简q1=1.4×0.404×6=3.39KN/mq1=1.4×0.202×6=1.70KN/mFw=γQ[(μs1+μs2)×μzh1+(μs3+μs4)×μzh2]βzω0B=1.4[(0.8+0.4)×1.01×(12.2-10.2)+(-0.6+0.5)×1.01×(13.2-12.2)]×1×0.5×6=10.23KN4．吊车荷载吊车的参数：B=5.55米，轮矩K=4.4，pmax=215KN,pmin=25KN,g=38KN。根据B和K，可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图４所示：PminPmaxPmin=25KNPmax=115KN图４吊车荷载作用下支座反力的影响线（１）吊车的竖向荷载Dmax=γQFpmax∑yi=1.4×115×(1+0.075+0.808+0.267)=346.15KNDmin=γQFpmin∑yi=1.4×25×(1+0.075+0.808+0.267)=75.25KN（２）吊车的横向荷载T=1/4α（Q+g）=1/4×0.12×(100+38)=4.14KN吊车横向荷载设计值：Tmax＝γQT∑yi=1.4×4.14×2.15=12.46KN三．排架内力分析柱别n=Iu/Ilλ=Hu/HC0=3/[1+λ3(1/n-1)]δ=H/C0EIηi=1/ηi/∑1/ηiA,C柱0.150.332.47B柱0.150.332.47δA=δB=δcηA=ηB=ηc１．恒荷载作用下排架内力分析图5恒荷载作用的计算简图G1=GA1=176.81KN;G2=G3+G4A=38.76+17.28=56.04KN;G3=G5A=38.28KN;G4=2GB1=340.361KN;G5=G3+2G4B=2×38.76+17.28=94.8KN;G6=G5B=38.28KN;M1=G1×e1=171.81×0.05=8.60KN.m;M2=(G1+G4A)e0-G3e3=(176.81+17.28)×0.2-38.28×0.35=25.42C1=23×)11(1)11132n　n　（=2.03;C1=23×)11(132n　H　=1.099;RA=HM1C1+HM2C3=(8.60×2.03+25.42×1.099)/10.8=4.20KN(→)RC=-4.20KN(←);RB=0KN;内力图：图(KN)M图(KN.m)图6恒荷载内力图２．恒荷载作用下排架内力分析(1)AB跨作用屋面活荷载M1BQ1Q1M1AM2A图7AB跨作用活荷载作用简图Q=37.8KN，则在柱顶和变阶处的力矩为：M1A=37.8×0.05=1.89KN.m，M2A=37.8×0.25=7.56KN.m，M1B=37.8×0.15=5.67KN.mRA=HMA1C1+HMA2C3=(1.89×2.03+7.56×1.099)/10.8=1.124KN(→)RB=HMB1C1=5.67×2.03/10.8=1.07KN(→)则排架柱顶不动铰支座总的反力为：R=RA+RB=1.124+1.07=2.19KN(→)VA=RA－RηA=1.32-0.33×2.19=0.40KN(→)VB=RB－RηB=1.07-0.33×2.19=0.35KN(→)VC=－RηC=-0.33×2.19=－0.72KN(←)排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图8所示:M(KN.m)N图(kN)图8AB跨作用屋面活荷载内力图(2)BC跨作用屋面活荷载由于结构对称,且BC跨的作用荷载与AB跨的荷载相同,故只需叫图8的各内力图位置及方向调一即可,如图10所示:图9AB跨作用活荷载作用简图图((图10BC跨作用屋面活荷载内力图３．风荷载作用下排架内力分析(1)左吹风时C=)]11(1[8)]11(1[334nn　　=0.33RA=-q1HC11=-3.39×10.8×0.33=-12.08KN(←)RC=-q1HC11=-1.70×10.8×0.33=-6.06KN(←)R=RA+RC+Fw=12.08+6.06+10.23=28.37KN(←)各柱的剪力分别为:VA=RA-RηA=-12.08+0.33×28.37=-2..72KN(←)VB=RB-RηB=-6.06+0.33×28.37=3.30KN(→)VC=-RηC=-0.33×-28.37=9.36N(→)左风计算图M（KNm)图11左风内力图(2)右风吹时因为结构对称，只是内力方向相反,，所以右风吹时，内力图改变一下符号就行，如图12所示；左风计算图M（KNm)图11左风内力图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１２所示，其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面引起的力矩为：MA=Dmax×e3=346.15×0.35=121.15KN.mMB=Dmin×e3=75.25×0.75=56.44KN.mRA=-HMAC3=-121.15×1.099/10.8=-12.33KN(←)RB=HMBC3=-56.44×1.099/10.8=5.74KN(→)R=RA+RB=-12.33+5.74=-6.59N(←)各柱的剪力分别为:VA=RA-RηA=-12.33+0.33×6.59=-10.16(←)VB=RB-RηB=5.74+0.33×6.59=7.91KN(→)VC=-RηC=0.33×6.59=2.17N(→)MBDmaxMAN（KN)DminM（KNm)图１２Dmax作用在A柱时排架的内力（２）Dmax作用于B柱左计算简图如图１２所示，其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面引起的力矩为：MA=Dmax×e3=７５.２５×0.35=２６.３３KN.mMB=Dmin×e3=346.15×0.75=２５９.６１KN.mRA=－HMAC3=-２６.３３×1.099/10.8=-－２.６８KN(←)RB=－HMBC3=２５９.６１×1.099/10.8=２６.４２KN(→)R=RA+RB=－２.６８+２６.４２=２３.７４N(→)各柱的剪力分别为:VA=RA-RηA=－２.６８－0.33×２３.７４=－１０.５１KN(←)VB=RB-RηB=２６.４２－0.33×２３.７４=１８.５９KN(→)VC=-RηC=－0.33×２３.７４=－７.８３N(←)DminMBMAM（KNm)N（KN)Dmax图１３Dmax作用在B柱左时排架的内力（３）Dmax作用于B柱左根据结构对称和吊车吨位相等的条件，内力计算与Dma作用于B柱左情况相同，只需将A，C柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号：如图１４（４）Dmax作用于C柱同理，将Dmax作用于A柱的情况的A，C柱的内力对换，且注意改变符号，可求得各柱的内力，如图１5（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16-a所示。对于A柱，n=0.15，λ=0.33，得a=(3.6-0.9)/3.6=0.75.，Tmax=12.46KNC5=)]11(1[2)]32()1)(2([32323nanaaa=0.54RA=－TmaxC5=－１２.４６×０.５４=－6.73KN(←)RB=－TmaxC5=－１２.４６×０.５４=－6.73KN(←)MBDmaxMCDminM（KNm)N（KN)图１４Dmax作用在B柱右时排架的内力DminMBMcDmaxM（KNm)N（KN)图１5Dmax作用在C柱时排架的内力排架柱顶总反力R：R=RA+RB=－６.７３－６.７３＝－１３.４６KN各柱的简力：VA=RA-RηA=－６.７３＋0.33×１３.４６=－２.２９KN(←)VB=RB-RηB=－６