单层工业厂房课程设计计算书(完整版)

《单层工业厂房混凝土排架课程设计》1.1柱截面尺寸确定由图2可知柱顶标高为12.4m，牛腿顶面标高为8.6m，设室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H、下柱高度lH、上柱高度Hu分别为：H=12.4m+0.5m=12.9m，lH=8.6m+0.5m=9.1mHu=12.9m－9.1m=3.8m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，见表1。表1柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/(KN/m)A,B上柱矩400×4001.6×10521.3×1084.0下柱I400×900×100×1501.875×105195.38×1084.69本例仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1所示。21.2荷载计算1.2.1恒载(1).屋盖恒载：两毡三油防水层0.35KN/m220mm厚水泥砂浆找平层20×0.02=0.4KN/m2100mm厚水泥膨胀珍珠岩保温层4×0.1=0.4KN/m2一毡二油隔气层0.05KN/m215mm厚水泥砂浆找平层；20×0.015=0.3KN/m2预应力混凝土屋面板（包括灌缝）1.4KN/m22.900KN/m2天窗架重力荷载为2×36KN/榀，天沟板2.02KN/m，天沟防水层、找平层、找坡层1.5KN/m，屋架重力荷载为106KN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：G1=1.2×(2.90KN/m2×6m×24m/2＋2×36KN/2＋2.02KN/m×6m＋1.5KN/m×6m＋106KN/2)=382.70KN(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值：G3=1.2×（44.2kN＋1.0KN/m×6m）=50.20KN3(3）柱自重重力荷载设计值：上柱G4A=G4B=1.2×4kN/m×3.8m=18.24KN下柱G5A=G5B=1.2×4.69kN/m×9.1m=51.21KN各项恒载作用位置如图2所示。1.2.2屋面活荷载屋面活荷载标准值为0.5KN/m2，雪荷载标准值为0.35KN/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=1.4×0.5KN/m2×6m×24m/2=50.40KNQ1的作用位置与G1作用位置相同，如图2所示。1.2.3风荷载风荷载标准值按式（2.5.2）计算，其中0=0.35KN/m2，z=1.0，zu根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度由附表5.1确定如下：柱顶（标高12.40m）zu=1.067檐口（标高14.30m）zu=1.120天窗架壁底（标高16.99m）zu=1.184天窗架壁顶（标高19.86m）zu=1.247屋顶（标高20.31m）zu=1.256su如图3a所示，由式（2.5.2）可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：k1=z1suzu0=1.0×0.8×1.067×0.35KN/m2=0.299KN/m2k2=z2suzu0=1.0×0.8×1.067×0.35KN/m2=0.299KN/m2则作用于排架计算简图（图3.b）上的风荷载设计值为：4q1=1.4×0.299KN/m2×6.0m=2.51KN/mq2=1.4×0.187KN/m2×6.0m=1.57KN/mFw=Q(1su+2su)zuh1+(3su+4su)zuh2+(5su+6su)zuh3z0B=1.4×(0.8＋0.5)×1.120×1.9m＋(-0.2＋0.6)×1.184×2.69＋(0.6＋0.6)×1.247×2.87×1.0×0.35KN/m2×6.0m=24.51KN1.2.4吊车荷载由表2.5.1可得200/50KN吊车的参数为：B=5.55m，K=4.40m，g=75KN，Q=200KN，Fmax,p=215KN，Fmin,p=45KN。根据B及K，可算得吊车梁支座反力影响线中歌轮压对应点的竖向坐标值，如图4所示。(1）吊车竖向荷载由式（2.5.4）和式（2.5.5）可得吊车竖向荷载设计值为：Dmax=QFmax,pyi=1.4×215KN×(1＋0.080＋0.267＋0.075)=647.15KNDmin=QFmin,pyi=1.4×45KN×2.15=135.45KN5(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按式（2.5.6）计算，即T=41（Q+g）=41×0.1×（200KN＋75KN）=6.875KN作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按式（2.5.7）计算，即Tmax=QTyi=1.4×6.875KN×2.15=20.69KN1.3排架内力分析该厂房为单跨等高排架，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按式（2.5.16）计算，结果见表2。表2柱剪力分配系数柱别n=Iu/IlHu/HC0=3/1+3(1/n-1)=H3/C0EIli=ii/1/1A，B柱n=0.1090.295C0=2.480A=B=0.2061010EH3A=B=0.51.3.1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5所示。图中的重力荷载G及力矩M是根据图2确定，即6G1=G1=382.70KN；G2=G3+G4A=50.20KN+18.24KN=68.44KNG3=G5A=51.21KN；M1=G1e1=382.70KN×0.05m=19.14KNmM2=(G1+G4A)e0－G3e3=(382.70KN+18.24KN)×0.25m－50.20KN×0.3m=85.18KNm由于图5a所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力Ri可根据表2.5.2所列的相应公式计算，则C1=23)11(1)11(132nn=2.122，C3=)11(112332n=1.132RA=3211CHMCHM=mmKNmKN9.12132.118.85122.214.19=10.62KNRB=-10.62KN7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图5.b,c。图5.d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。1.3.2屋面活荷载作用下排架内力分析排架计算简图如图6a所示。其中Q1=50.4KN，它在柱顶及变阶处引起的力矩为MA1=50.4KN×0.05m=2.52mKN；MA2=50.4KN×0.25m=12.60mKN。对于A柱，C1=2.122，C3=1.132，则RA=3211CHMCHMAA=mmKNmKN9.12132.16.12122.252.2=1.53KN()RB=-1.53KN()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图6b.c所示。1.3.3风荷载作用下排架内力分析(1)左吹风时计算简图如图7a所示。对于A,B柱，n=0.109,=0.295,则C11=)11(18)11(1334nn=0.329RA=-q1HC11=-2.51KN/m×12.9m×0.329=-10.65KN()RB=-q2HC11=-1.57KN/m×12.9m×0.329=-6.66KN()8R=RA+RB+Fw=-10.65KN－6.66KN－24.51KN=-41.82KN()各柱顶剪力分别为：VA=RA-AR=-10.65KN+0.5×41.82KN=10.26KN()VB=RB-BR=-6.66KN+0.5×41.82KN=14.25KN()排架内力图如图7b所示。(2)右吹风时计算简图如图8a所示。将图7b所示A,B柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图8b所示。1.3.4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9a所示。其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面处引起的力矩为：MA=Dmaxe3=647.15KN×0.3m=194.15KNmMB=Dmine3=135.45KN×0.3m=40.64KNm对于A柱，C3=1.132，则RA=3CHMA=mmKN9.12132.115.194=-17.04KN()9RB=3CHMB=mmKN9.12132.164.40=3.57KN()R=RA+RB=-17.04KN+3.57KN=-13.47KN()排架各柱顶剪力分别为：VA=RA-AR=-17.04KN+0.5×13.47KN=-10.31KN()VB=RB-BR=3.57KN+0.5×13.47KN=10.31KN()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图9b,c所示。(2）Dmax作用于B柱同理，将“Dmax作用于A柱”的情况的A,B柱对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图10所示。10(3）Tmax作用下排架计算简图如图11a所示。对于A，B柱，n=0.109,=0.295,由表2.5.3得a=(3.8m-1.4m)/3.8m=0.632,则5C=)11(12)32()1)(2(32323nanaaa=0.629RA=-Tmax5C=-20.69KN×0.629=-13.01KN()RB=-Tmax5C=-13.01KN()，R=RA+RB=-13.01KN×2=-26.02KN()各柱顶剪力为：VA=RA-μAR=-13.01KN+0.85×0.5×26.02KN=-1.95KN()VB=RB-μBR=-13.01KN+0.85×0.5×26.02KN=-1.95KN()排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图11b所示。当Tmax方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，大小不变。111.4内力组合以A柱内力组合为例。表3为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表，表4为A柱内力组合表，这两表中的控制截面及正负号内力方向如表3中欧那个的例图所示。内力组合按式（2.5.19）～式（2.5.21）进行。除Nmax及相应的M和V一项外，其他三项均按式（2.5.19）和式（2.5.20）求得最不利内力值；对于Nmax及相应的M和N一项，Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面均按（1.2SGK+1.4SQK）求得最不利内力值，而Ⅰ-Ⅰ截面则是按式（2.5.21）即（1.35SGK+SQK）求得最不利内力。对柱进行裂缝宽度验算时，内力Ⅲ-Ⅲ采用标准值，同时只需对e0/h00.55的柱进行验算。为此，表4中亦给出了Mk和Nk的组合值，它们均满足e0/h00.55的条件，对本例来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V一项。表3A柱内力设计值汇总表柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载Dmax作用于A柱Dmax作用于B柱左风右风序号①②③④⑤⑥⑦Ⅰ-ⅠM21.223.29-39.18-39.1821.5257.11-67.51N400.9450.4000000Ⅱ-ⅡM-63.96-9.31154.971.4621.5257.11-67.51N451.1450.40647.15135.45000Ⅲ-ⅢM32.684.6261.15-92.36192.06341.21-314.42N502.3550.40647.15135.45000V10.621.53-10.31-10.3118.7442.64-34.5012表4A柱内力组合表截面+Mmax及相应N，V－Mmax及相应N，VNmax及相应M，VNmin及相应M，VMk、Nk备注Ⅰ-ⅠM①+0.9（②+0.9⑤+⑥〕93.01①+0.9〔0.9（③+⑤）+⑦〕-88.71①+0.9②26.18①+0.9〔②+0.9⑤+⑥〕93.0168.96Nmax一项，取1.35SGK+0.71.4SQKN446.3400.94486.34446.3366.52Ⅱ-ⅡM①+0