单层工业厂房结构课程设计

单层工业厂房结构课程设计1一、设计条件1.1工程概况某厂装配车间为一双跨钢筋混凝土厂房，跨度为24米，长度为90.48米，柱顶标高为13.5米，轨顶标高为9.8米，厂房设有天窗，采用两台20t和一台30/5t的A4工作制吊车。屋面防水层采用二毡三油，维护墙采用240mm厚的转砌体，钢门窗，混凝土地面，室内外高差为150mm，建筑剖面图详见图1.1.2结构设计资料自然条件：基本风压值为0.35KN/m2，基本雪压值为0.45KN/m2地质条件：厂区自然地坪以下为0.8m厚填土，填土一下为3.5m厚中层中密粗砂土（地基承载力特征值为250KN/m2），再下层为粗砂土（地基承载力特征值为350KN/m2），地下水位在地面下2.5米，无腐蚀性。1.3吊车使用情况车间设有两台20t和一台30/5t的A4工作制吊车，轨顶标高为9.8米，吊车的主要参数如下表：起重Q(KN)吊车宽度B(m)轮距()Km吊车总重G(KN)小车重kg（KN）最大轮压max()pKN最小轮压min()pKN300/506.154.8365117280651.4厂房标准构件选用情况1.4.1屋面板采用1.5X6m预应力钢筋混凝土屋面板，板自重标准值为1.4kN/m2。1.4.2天沟板天沟板自重标准值为12.1KN/块，积水荷载以0.6KN/m计天窗架门窗钢筋混凝土天窗架，每根天窗架支柱传到屋架的自重荷载标准值为27.21.4.3屋架采用预应力钢筋混凝土折线型屋架，自重标准值为106KN/榀。1.4.4屋架支撑屋架支撑的自重标准值为0.05kN/m2单层工业厂房结构课程设计21.4.5吊车梁吊车梁为先张法预应力钢筋混凝土吊车梁，吊车梁的高度为1200mm，自重标准值为44.2kN/根。轨道及零件重标准值为1kN/m，轨道及垫层高度为200mm。1.4.6基础梁基础梁尺寸；基础梁为梯形截面，上顶面宽300mm，下底面宽200mm，高度450.每根重16.7KN。1.5材料选用1.5.1柱混凝土：采用40钢筋：纵向受力钢筋采用HRB400，箍筋采用HRB335.1.5.2基础混凝土：采用C40钢筋：采用HRB335级钢。1.5.3屋面做法20厚1：3水泥砂浆找平层（重力密度为20KN/m3）冷底子油两道隔气层0.05KN/m2100厚泡沫混凝土隔热层（抗压强度4MPa，重力密度5KN/m3）15厚1:3水泥砂浆找平层（重力密度20KN/m3）1.6屋面或则在标准值的取值2/4.0mkNq1.7相关建筑材料的基本数据钢筋混凝土容重325/kNm水泥砂浆容重320/kNm石灰水泥混合砂浆容重319/kNm240厚双面粉刷机制砖墙重319/kNm钢门窗自重2/40.0mkN防水层自重0.35KN/m2找平层自重2/40.0mkN单层工业厂房结构课程设计3图1.1建筑剖面图二、计算简图的确定2.1计算上柱高及柱全高根据任务书的建筑剖面图：上柱高uH=柱顶标高-轨顶标高+轨道构造高度+吊车梁高=13.5-9.8+1.2+.02=5.1m标高=吊车梁顶标高-吊车梁高=13.5-0.2-1.2=12.1m全柱高H=柱顶标高—基顶标高=13.5-（-0.5）=14.0m下柱高lH=H-uH=14.0-5.1=8.9mλ=uH/H=5.1/14=0.3642.2初步确定柱截面尺寸根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表2.1。单层工业厂房结构课程设计4表2.1柱截面尺寸及相应的计算参数排架计算单元和计算简图如下图所示。图2.1计算单元和计算简图计算参数柱号截面尺寸/mm面积/2mm惯性矩/4mm自重/kN/mA，C上柱矩4005002.010541.71085.0下柱I4001000*100*1501.980105256.341084.95B上柱矩5006003.0105901087.5下柱I5001200*100*1502.500105496.511086.25单层工业厂房结构课程设计5三、荷载计算3.1恒载3.1.1屋盖结构自重二毡三油防水层0.35KN/m2100厚泡沫混凝土隔热层0.5KN/m220m厚1：3水泥砂浆找平层20.4/kNm冷底子油两道隔气层0.05KN/m2预应力混凝土屋面板（包括灌缝）21.4/kNm15厚1:3水泥砂浆找平层0.3KN/m2屋盖支撑20.05/kNm3.05KN/m2G1=1.2*（3.05*6*24/2+106/2）=327.12Kn3.1.2柱自重A、C柱上柱G4A=G4C=1.2×5×5.1=30.60kN下柱G5A=G5C=1.2×4.95×8.9=52.87kNB柱上柱G4B=1.2×7.5*5.1=27.36KN下柱G5B=1.2×6.25×8.9=52.87kN3.1.3吊车梁及轨道自重G3=1.2*(45.5+1*6)=61.8KN各项恒荷载作用位置如图3.1所示。单层工业厂房结构课程设计6图3.1荷载作用位置图(单位:kN）3.2屋面活荷载标准值屋面活荷载标准值为0.5KN/m2，雪荷载标准值为0.45KN/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*0.5*6*24/2=50.40KN1Q的作用位置与1G作用位置相同，如图3.1所示。3.3风荷载某地区的基本风压2=0.35/owkNm，对21,qq按柱顶标高13.5m考虑，查规范得1.098z，对wF按天窗檐口标高14.8m考虑，查规范得1.134z。屋顶标高15.80m考虑，查规范得1.158z。天窗标高20.12m考虑，查规范得1.252z。风载体型系数s的分布如图下单层工业厂房结构课程设计7图3.2风荷载体型系数及排架计算简图则作用于排架计算简图(图3.2）上的风荷载设计值为：10201.40.81.0980.3562.58/()1.40.41.0980.3561.29/()kQszkQszqwBkNmqwBkNm12134202[()()]1.4[(0.8+0.4)1.134(14.8-13.5)m+(-0.2+0.4)1.158(15.8-14.8)m+(0.6+0.5+0.6+0.2)1.252(20.12-15.18)m]1.00.35KN/m6.0m=25.58KNwQsszsszzFhhw3.4吊车荷载根据B与K及支座反力影响线，可求得图3.3吊车荷载作用下支座反力影响线单层工业厂房结构课程设计83.4.1吊车竖向荷载由公式求得吊车竖向荷载设计值为：)(4321max,maxyyyyPDQk=1.4×280×（1+0.267+0.8+0.067）=836.5KNminminmaxmax65/280836.5194.2PDDKNP3.4.2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为：11()0.1(300117)10.4344TQgkNkNkN作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：max1.410.432.13431.2QiTTyKN其作用点到柱顶的距离y=5.11.23.9,/3.9/5.10.765ueuHhmyH四、内力计算4.1恒载作用下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i计算，见表4.1。表4.1柱剪力分配系数柱别lIInuHHu)]11(1[330nClEICH03iii11A、C柱364.0,109.0nEHC31101006.2,48.2286.0B柱364.0,281.0nEHC31101038.1,815.2428.0在G1作用下：KNG12.327G11KNGGA40.92G432KNGA87.52G53KNG24.6542G14KNGGB50.1692G345KNGB75.66G56单层工业厂房结构课程设计9对A、C柱，已知295.0,109.0n由规范公式：)1109.01(364.01)109.011(364.0123)11(1)11(12332321nnC2.321934.0)1109.01(364.01364.0123)11(112332323nC因此，在21MM和共同作用（即在G1作用下）柱顶不动铰支承的反力1212128.27AMMRRRCCkNHH8.27CRkN图4.1恒载作用下排架内力图4.2在屋面活荷载作用下排架内力分析4.2.1AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图2.1a所示，其中Q1=40.32KN，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：mkNMA52.205.04.501单层工业厂房结构课程设计10mkNMA6.1225.04.502mkNMB048.615.04.501对A柱，1C=2.321，3C=0.934kNCHMCHMRAAA26.114934.06.12321.252.23211对B柱，1C=1.721kNCHMRBB743.014721.1048.611则排架柱顶不动铰支座总反力为：kNRRRBA003.2743.026.1将R反向作用于排架柱顶，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kNRRVAAA687.0003.2286.026.1kNRRVBBB114.0003.2428.0743.0kNRVCC573.0003.2286.0图4.2AB跨作用屋面活荷载时排架内力图4.2.2BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨与AB跨作用的荷载相同，故只需将图4.2中个内力图的位置及方向调整一下即可，如图4.3所示。单层工业厂房结构课程设计11图4.3BC跨作用屋面活荷载时排架内力图4.3吊车荷载作用下排架内力分析4.3.1Dmax作用在A柱A柱：mkNeDMkk05.1813.05.6033max,max,B柱：mkNeDMkk48.13475.03.1793min,min,对A柱132.13C3181.05.1.13215.8912.9AAMKNmRCKNHm对B柱233311.285121(1)Cn3134.45.1.28513.4012.9BBMKNmRCKNHm()15.8913.402.49ABRRRKNKNKN()排架各柱顶剪力分别为：15.890.2862.4915.18AAAVRRKNKNKN()13.400.4292.4914.47BBBVRRKNKNKN()0.2862.490.71CCVRKNKN()排架各柱的弯矩图，轴力图和柱底剪力值如图4.4所示。单层工业厂房结构课程设计12图4.4maxD作用A柱时排架内力图4.3.2maxD作用在B柱左min3179.260.353.78.AMDekNmkNmmax3603.500.75452.63.BMDekNmkNm柱顶不动铰支座反力AR，BR及总反力R分别为：353.78.1.1324.7212.9AAMKNmRCKNHm()3452.63.1.28545.0912.9BBMKNmRCKNHm()4.7245.0940.37ABRRRKNKNKN()各柱顶剪力分别为：4.720.28640.3716.27AAAVRRKNKNKN()45.090.42940.3727.77BBBVRRKNKNKN()0.28640.3711.55CCVRKNKN()排架各柱的