单层工业厂房设计(原创)

南华大学城市建设学院建筑工程071班1混凝土结构课程设计任务书单层厂房设计1、设计资料（1）、平面图和剖面图：某金工车间为两跨等高厂房，跨度均为18m,柱距均为6m，车间总长度为72m。每跨设有200/50kN吊车各两台，吊车工作级别为A5级，轨顶标高为7.8m，柱顶标高为10.5m。车间平面图和剖面图分别见如下图示。厂房剖面图（2）、建筑构造：屋面：SBS卷材防水保温屋面维护结构：240mm厚双面粉刷围护砖墙门窗：纵墙窗3.6m*4.2m(低窗)，3.6m*1.8m(高窗)基础：室内外高差－0.15m，基顶标高—1.0m，素混凝土地面(3)、自然条件：建筑地点：衡阳，无抗震设防要求基本风压：0.4kN/㎡地面粗糙度为B类基本雪压：0.35kN/㎡地质条件：修正后的地基承载力特征值为100kN/㎡~300kN/㎡(4)、材料：混凝土：柱混凝土C25~C30，基础C25钢筋：钢筋等级为Ⅱ级或Ⅲ级（5）、组合系数：活荷载组合值系数Ψc=0.7；风荷载组合值系数取0.6。南华大学城市建设学院建筑工程071班2厂房平面图2、设计要求：（1）、排架内力，设计柱子及基础，整理并打印计算书一份。（2）、施工图一份（结构设计说明，屋盖柱网及基础布置图，柱及基础等配筋图。）3、设计期限：两周4、参考资料：（1）、混凝土结构设计规范（GB50010-2002）（2）、荷载规范（GB50009-2001）（3）、基础设计规范（GB50007-2002）（4）、混凝土结构设计原理（5）、屋面板（G410）、屋架（G415）、吊车梁（G426）、基础梁（G320）、柱间支撑（G326)等。南华大学城市建设学院建筑工程071班3摘要：单层工业厂房是形式简单的建筑结构物之一。单层工业厂房设计的主要任务是排架柱和基础设计及配筋计算。首先要充分了解设计任务，并根据相关资料选择合适的构件和确定柱网、基础的平面布置，然后对构件进行内力分析、内力组合进而设计截面、选择配筋并写出计算书，最后根据规范绘制施工图和注写图纸说明。主要计算内容是排架内力的分析计算与组合。关键词：排架柱基础南华大学城市建设学院建筑工程071班4计算书内容一、结构方案及主要承重构件选型根据厂房跨度，柱顶高度及吊车起吊量大小，本车间采用钢筋混凝土排架结构，结构平面图如图一所示：图一、厂房结构布置图为了保证屋盖的整体性和空间刚度，屋盖采用无檩体系，根据厂房具体条件柱间支撑设置如图二所示：图二、厂房平面和柱间支撑布置图南华大学城市建设学院建筑工程071班5厂房各主要构件选型见下表构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值容许荷载预应力混凝土屋面板G410（一）1.5*6mYWB-3Ⅱ（中间跨）YWB-3Ⅱs(端跨)1.5KN/㎡(包含灌缝重)3.65KN/㎡预应力混凝土折线型屋架G415（一）YWJ18-2-Aa69KN/榀0.05KN/㎡(屋盖钢支撑)4.5KN/m预应力卷材防水天沟板G410（三）TGB68-11.91KN/㎡钢筋混凝土吊车梁04G323(二)DL-9Z（中间跨）DL-9B（边跨）39.5KN/根40.8KN/根吊车轨道及轨道连接构件04G325DGL-100.8KN/m钢筋混凝土基础梁04G320JL-1（5.5～14.5m整体）JL-3(5.5～18.0m有窗)16.1KN/根预埋件04G362详见施工图5.24KN/㎡柱间支撑05G336详见施工图由图一知柱顶标高10.5m，牛腿顶面标高6.6m，室内地面至基础顶面的距离为1.0m.，则计算简图中柱的的总高度H、下柱高度Hl和上柱高度Hu分别为：H=10.5+1.0=11.5mHl=6.6+1.0=7.6mHu=11.5-7.6=3.9m根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可由表2.4.2并参考表2.4.4确定柱截面尺寸见下表：计算参数柱号截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/(KN/m)A，C上柱矩400*4001.6*10521.3*1084.0下柱Ⅰ400*800*100*1501.775*105143.8*1084.44B上柱矩400*6002.4*10572*1086.0下柱Ⅰ400*800*100*1501.775*105143.8*1084.44本例仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如下图三所示：图三、排架计算简图南华大学城市建设学院建筑工程071班6二、荷载计算1.恒载（1）、屋盖恒载SBS防水卷材0.25KN/㎡20mm厚水泥砂浆找平层20KN/㎡*0.02m=0.40KN/㎡20～30mm厚挤塑板保温层0.10KN/㎡20mm厚水泥砂浆找平层20KN/㎡*0.02m=0.40KN/㎡预应力混凝土屋面板屋面板（包含灌缝重）1.50KN/㎡屋盖钢支撑0.05KN/㎡共计：2.70KN/㎡屋架重力荷载为69KN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：G1=1.2*（2.70KN/㎡*6m*18/2＋69/2）=216.36KN(2)、吊车梁及轨道重力荷载设计值G3=1.2*（39.5KN＋0.8KN/m*6m）=53.16KN(3)、柱自重重力荷载设计值A，C柱：上柱：G4A=G4C=1.2*4KN/m*3.9m=18.72KN下柱：G5A=G5C=1.2*4.44KN/m*7.6m=40.49KNB柱：上柱：G4B=1.2*6KN/m*3.9m=28.08KN下柱：G5B=1.2*4.44KN/m*7.6m=40.49KN各项恒载作用位置如图四所示图四、荷载作用位置图（单位：KN）南华大学城市建设学院建筑工程071班72.屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5KN/㎡，雪荷载标准值为0.35KN/㎡，后者小于前者，故按屋面活荷载计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：Q1=1.4*0.5KN/㎡*6m*18/2=37.8KNQ1的作用位置与G1作用位置相同，如图四所示3.风荷载风荷载标准值按式（2.5.2）计算，其中w0=0.4KN/m2，βz﹦1.0,μz根据厂房各部分标高（图一）及B类地面粗糙度由附表5.1确定如下：柱顶（标高10.500m）μz=1.014檐口（标高12.150m）μz=1.062屋顶（标高13.445m）μz=1.096风荷载体型系数如下图五（a）所示(a)(b)图五、风荷载体型系数及排架计算简图μs如图所示，由式（2.5.2）可得作用于排架简图（b）上迎风面和背风面的风荷载设计值为：q1＝1.4*w1k*6.0＝1.4βzμs1μzw0*6.0＝1.4*1.0*0.8*1.014*0.4*6.0＝2.726KN/㎡q2＝1.4*w2k*6.0＝1.4βzμs2μzw0*6.0＝1.4*1.0*0.4*1.014*0.4*6.0＝1.363KN/㎡FW＝γQ[(μs1＋μs2﹚μzh1＋(μs3＋μs4﹚μzh2]βzw0B＝1.4*[(0.8＋0.4)*1.062*1.65m＋(﹣0.6＋0.5)*1.096*1.295m]*1.0*0.40*6＝6.59KN4.吊车荷载由表2.5.1可得200/50KN吊车的参数为：B＝5.65m，K＝4.40m，g＝75KN，Q＝200KN，Fp,max＝195KN，Fp,min＝30KN。根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值，如图六所示。（1）吊车竖向荷载参照书上公式（2.5.4）和（2.5.5）可得吊车竖向荷载设计值为：Dmax=γQFp,maxΣyi=1.4*195KN*(1＋0.792＋0.267＋0.058)=577.94KNDmin=γQFp,minΣyi=1.4*30KN*(1＋0.792＋0.267＋0.058)=88.91KN南华大学城市建设学院建筑工程071班8（2）吊车横向水平荷载图六、吊车荷载作用下支座反力影响线作用于每一个轮子的吊车横向水平制动力参照式（2.5.6）计算，即T=1×α×(Q+g)=1/4*0.1*(200KN＋75KN)=6.875KN4作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值参照式（2.5.7）计算，即Tmax=γQTΣyi=1.4*6.875*2.117=20.38KN三、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。柱的分配系数参照书上公式（2.6.16）计算，计算结果见下表。柱别n=Iu/Ilλ=Hu/HC0=3/[1+λ3(1/n﹣1)]δ=H3/C0EIlεi=(1/δi)/(Σ1/δi)A,C柱n=0.148λ=0.340C0=2.446δ=δ=0.284*10﹣10H3/EACεA=εC=0.315B柱n=0.501λ=0.340C0=2.887δ=0.241*10﹣10H3/EBεB=0.3701.恒载作用下排架内力分析－恒载作用下排架的计算简图如图七所示。图中的重力荷载G及力矩M是根据图四确定的，即：－－G1=G1=216.36KN；G2=G3＋G4A=53.16KN＋18.72KN=71.88KN－－G3=G5A=40.49KN；G4=2G1=2*216.36KN=432.72KN－－G6=G5B=40.49KN；G5=G4B＋2G3=28.08KN＋2*53.16KN=134.40KN－M1=G1e1=216.36KN*0.05m=10.82KN·m－M2=(G1＋G4A)e0－G3e3=(216.36KN＋18.72KN)*0.2m－53.16KN*0.35m=28.41KN·m南华大学城市建设学院建筑工程071班913133由于图七所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱按柱顶不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座范例Ri可根据教材表2.5.2所列公式计算。对于A、C柱，n=0.148，λ=0.340，则1;λ2×(1;1)n31;λ2C1=2×1:λ3×(1;1)=2.037C3=2×1:λ3×(1;1)=1.082nnM1M2RA=×C+×C=(10.82KN·m*2.037+28.41KN·m*1.082)/11.5m=4.59KNHHRC=﹣4.59KN本题中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下图。图七、恒载作用下排架内力图2.屋面活荷载作用下排架内力分析（1）AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图八所示。其中Q1=50.4KN，它在柱顶及变阶处引起的力矩为：MIA=37.8*0.05=1.89KN·mM2A=37.8*0.25=9.45KN·mM1B=37.8*0.15=5.67KN·m。对于A柱，C1=2.037，C3=1.082，则RA=M1A×C+HM2A×C=(1.89KN·m*2.037+9.45KN·m*1.082)/11.5m=1.22KN(→)H南华大学城市建设学院建筑工程071班101对于B柱，n=0.501，λ=0.340，则1;λ2×(1;1)nC1=2×1:λ3×(1;1)=1.610nRB=M1B×C=5.67KN·m*1.610/11.5m=0.79KN(→)H则排架柱顶不动铰支座总反力为：R=RA+RB=1.22KN+0.79KN=2.01KN(→)将R反向作用于排架顶，由书上公式(2.5.15)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-εA*R=1.22KN-0.314*2.01KN=0.59KN(→)VB=RB-εB*R=0.79KN-0.371*2.01KN=-0.05KN(←)VC=-εC*R=-0.314*2.01KN=-0.63KN(←)排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图八所示图八、AB跨作用屋面活荷载时排架内力图（3）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，故只需将图八中内力图的位置及方向调整一下就可，如下图九所示南华大学城市建设学院建筑工程071班11图九、BC跨作用屋面活荷载时排架内力图3.风荷载作用下排架内力分析（1）左吹风时计算简图如图十所