单层工业厂房课程设计计算书

Word资料单层工业厂房结构课程设计计算书学号:学院：水利与建筑专业：土木工程班级：1103姓名：Word资料一．设计资料1.某金工车间，单跨无天窗厂房，厂房跨度L=24m，柱距为6m，车间总长度为120m，中间设一道温度缝，厂房剖面图如图所示：2.车间设有两台双钩桥式起重机，吊车起重量为200/50kN。3.吊车轨顶标高为9.6m。4.建筑地点：。5.地基：地基持力层为亚粘性层，地基承载力特征值为fak=180kN/m2。最高地下水位在地表15m。6.材料：混凝土强度等级为C30，纵向钢筋采用HRB400级，(360N/mm2)箍筋采用HPB235级。(300N/mm2)二.选用结构形式1.钢屋盖，采用24米钢桁架，桁架端部高度为1.2m,中央高度为2.4m，Word资料屋面坡度为21，，屋面板采用彩色钢板，厚4mm。2.预制钢筋混凝土吊车梁和轨道采用标准图G325，中间跨DL-9Z，边跨DL-9B，梁高mhb2.1。轨道连接采用标准图集G3253.预制钢筋混凝土取轨道顶面至吊车梁顶面的距离mha2.0，故牛腿顶面标高=轨顶标高-ah-bh=9.6-1.2-0.2=8.2查附录12得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.7m,考虑屋架下弦至吊车顶部所需空间高度为220mm,故柱顶标高=9.6+2.7+0.22=13.52m，三．柱的各部分尺寸及几何参数上柱b×h=400mm×400mm(g1=4.0kN/m)Ai=b×h=1.6×105m2I1=bh3/12=2.13×109mm4Word资料图1厂房计算简图及柱截面尺寸下柱bf×h×b×hf=400mm×800mm×100mm×100mm（g2=3.69kN/m）A2=100×400×2+（800-2×100）×100+2×25×150=1.475×105mm2I2=5003×100/12+2×(400×1003/12+400×100×3002)+4×（253×150/36+343.752×1/2×100×25）=8.78×1010mm4n=I1/I2=2.13×109/(8.78×109)=0.248H1=3.6m；H2=3.6+8.6=12.2m。λ=H1/H2=3.6/12.2=0.295四．荷载计算1.恒荷载（1）屋盖自重SBS防水层1.2×0.1=0.12kN/m220mm厚水泥砂浆找平层1.2×0.02×20=0.48kN/m2大型预应力屋面板（包括灌缝重）1.2×1.4=1.68kN/m2总1g1=3.3kN/m2屋架1.2×60.5=72.6kNWord资料则作用屋架一段作用于柱顶的自重为：G1=6×9×3.3+0.5×72.6=214.5kN（2）柱自重上柱：G2=1.2×3.6×4.0=17.28kN下柱：G3=1.2×8.6×3.69=38.08kN（3）吊车梁及轨道自重：G4=1.2×（30.4+0.8×6）=42.2kN2.屋面活荷载由《荷载规》查得屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，因屋面活荷载大于雪荷载0.4kN（50年一遇），故不考虑雪荷载。Q1=1.4×0.5×6×12=50.4kN3.风荷载由《荷载规》查得地区基本风压为ω0=0.45kN风压高度变化系数（按B类地面粗糙度取）为柱顶：（按H2=11.5m）μz=1.04檐口处：（按H2=13.8m）μz=1.11屋顶：（按H2=15.4m）μz=1.15风荷载标准值：ω1k=βzμs1μzω0=1.0×0.8×1.04×0.45=0.37kN/m2ω2k=βzμs2μzω0=1.0×0.5×1.04×0.45=0.23kN/m2则作用于排架上的风荷载设计值为：q1=1.4×0.37×6=3.15kN/mq2=1.4×0.23×6=1.97kN/mFw=γQ[(μs1+μs2)μzω0h1+(μs3+μs4)μzω0h2]×BWord资料=1.4×[（0.8+0.5）×1.11×0.45×2.3+（-0.6+0.5）×1.15×0.45×1.6]×6=11.85kN（屋面坡度为1/8）风荷载作用下的计算简图如下图：图2风荷载作用下计算简图4.吊车荷载由附表16-2查得Pk，max=180kN；Pk，min=1/2(G+g+Q)-Pk，max=1/2(228+200)-=46.5kNB=5600mm，K=4400mm则根据支座反力影响线求出作用于柱上的吊车竖向荷载为：Dmax=φc*γQ*Pk，max*Σyi=0.9×1.4××（1+0.267+0.8+0.067）=483.99kNDmin=φc*γQ*Pk，min*Σyi=0.9×1.4×46.5×（1+0.267+0.8+0.067）=125.03kN作用于每一轮子上的吊车横向水平刹车力Fh1=γQ*ɑ/4(Q+g)=1.4×0.1/4×（200+77.2）=9.702kNWord资料则两台吊车作用于排架柱顶上的吊车横向水平荷载为Fh=φc*Fh1*Σyi=0.9×9.702×（1+0.267+0.8+0.067）=18.63kN五．力计算1．恒荷载（1）屋盖自重作用因为屋盖自重是对称荷载，排架无侧移，故按柱顶为不动铰支座计算。由厂房计算简图及柱截面尺寸图取用计算截面图图3取用计算截面e1=0.05m,e0=0.15m,G1=214.5kN,根据n=0.248，λ=0.295查表得C1=1.760，C3=1.268，则可得R=-G1/H2(e1*C1+e0*C3)=-214.5/12.2×(0.05×1.760+0.15×1.268)=-4.97kN(→)计算时对弯矩和剪力的符号规定为：弯矩图绘在受拉一边；剪力对杆端而言，顺时针方向为正（V），剪力图可绘在杆件的任意一侧，但必须注明正负Word资料号，亦即取结构力学的符号。这样，由屋盖自重对柱产生的力如下图：图4恒荷载力图MⅠ=-214.5×0.05+4.97×3.6=7.17kN·mMⅡ=-214.5×0.15+4.97×3.6=-14.28kN·mMⅢ=-214.5×0.15+4.97×12.2=28.46kN·mNⅠ=NⅡ=NⅢ=214.5kN，VⅢ=4.97kN（2）柱及吊车梁自重作用由于在安装柱子时尚未吊装屋架，此时柱顶之间无连系，没有形成排架，故不产生柱顶反力；因吊车梁自重作用点距离柱外边缘不少于750mm，则力如下图4所示：MⅠ=0，MⅡ=MⅢ=+42.2×0.50-17.28×0.15=18.51kN·mWord资料NⅠ=17.28kNNⅡ=17.28+42.2=59.48kNNⅢ=59.48+35.50=94.98kN2.屋面活荷载作用因屋面活荷载与屋盖自重对柱的作用点相同，故可将屋盖自重的力乘以下列系数，即得屋面活荷载力分布图如图4所示，其轴向压力及剪力为：Q1/G1=50.4/214.5=0.235NⅠ=NⅡ=NⅡ=50.4kN，VⅡ=0.235×4.97=1.168kN3.风荷载作用为计算方便，可将风荷载分解为对称及反对称两组荷载。在对称荷载作用下，排架无侧移，则可按上端为不动铰支座进行计算；在反对称荷载作用下，横梁力等于零，则可按单根悬臂柱进行计算。图5柱作用正风压图当柱顶作用集中风荷载Fw时，11111.855.9322wRFkN当墙面作用均布风荷载时，查表得C11=0.355，则得Word资料R3=C11·H2·1/2(q1-q2)=0.355×12.2×1/2×(3.15-1.97)=2.56kN当正风压力作用在A柱时横梁反力R：R=R1+R3=8.49kNA柱力图如图6所示，其力为M=(Fw-R)x+1/2q1x2MⅠ=MⅡ=(11.85-8.49)×3.6+1/2×3.15×3.62=36.07kN·mMⅢ=(11.85-8.49)×12.2+1/2×3.15×12.22=275.42kN·mNⅠ=NⅡ=NⅢ=0VⅢ=(Fw-R)+q1x=(11.85-8.49)+3.15×12.2=42.14kN图６Ａ柱作用正风压图７Ａ柱作用负风压当负风压力作用在Ａ柱时（如图７所示），其力为Word资料M=-Rx－1/2q２x2MⅠ=MⅡ=-8.49×3.6－1/2×1.97×3.62=-43.33kN·mMⅢ=-8.49×12.2－1/2×1.97×12.22=-250.19kN·mNⅠ=NⅡ=NⅢ=0VⅢ=-R-q2x=-8.49-3.15×12.2=-32.52kN4．吊车荷载(1)当Dmax值作用于A柱（如图8-a所示）根据n=0.248，λ=0.295查表得C3=1.268。吊车轮压与下柱中心线距离按构造要求取e4=0.35m，则得排架柱上端为不动铰支座时的反力值为：R1=-Dmax·e4·C3/H2=-483.99×0.35×1.268/12.2=-25.15kN(←)R2=-Dmin·e4·C3/H2=-125.03×0.35×1.268/12.2=6.50kN(→)故R=R1+R2=-25.15+6.50=-18.65kN(←)再将R值反向作用于排架柱顶，按剪力分配进行计算。由于结构对称，故各柱剪力分配系数相等，即μA=μB=0.5。（如图8-b所示）各柱的分配剪力为：V‘A=-V‘B=μAR=0.5×18.65=9.33kN(→)最后各柱顶总剪力为：VA=V‘A-R1=9.33-25.15=-15.82kN(←)VB=V‘B-R2=9.33+6.50=-15.83kN(→)Word资料图8吊车竖向荷载作用时柱顶剪力(a)上端为不动铰支座时(b)柱顶作用R时则A柱的力为：（如图9-a所示）MⅠ=-VA·x=-15.82×3.6=-56.95kN·mMⅡ=-VA·x+Dmax·e4=-56.95+483.99×0.35=185.05kN·mMⅢ=-15.82×12.2+483.99×0.5=48.99kN·mNⅠ=0kNNⅡ=NⅢ=483.99kNVⅢ=VA=-15.82kN(←)Word资料图9吊车竖向荷载对A柱力图(a)当Dmax作用于A柱时(b)当Dmin作用于A柱时(2)当Dmin值作用于A柱时（如图9-b所示）MⅠ=-VA·x=-15.82×3.6=-56.95kN·mMⅡ=-VA·x+Dmin·e4=-56.95+125.03×0.35=5.57kN·mMⅢ=-15.82×12.2+125.03×0.35=-130.49kN·mNⅠ=0kNNⅡ=NⅢ=125.03kNVⅢ=VA=-15.82kN(←)(3)当Fh值自左向右作用时(→)由于Fh值同向作用在A、B柱上，因此排架的横梁力为零，则得A柱的力：（如图10所示）Word资料图10吊车横向水平作用（a）吊车横向水平作用于排架（b）横向水平作用时MⅠ=MⅡ=Fhx=18.63×1.0=18.63kNMⅢ=18.63×(9+0.6)=178.8kN·mNⅠ=NⅡ=NⅢ=0VⅢ=Fh=18.63kN(←)(4)当Fh值自右向左作用时(←)其力值与当Fh值自左向右作用时相同，但方向相反。六．力组合单跨排架的A柱与B柱承受荷载的情况相同，故仅对A柱在各种荷载作用下的力进行组合。表1为A柱在各种荷载作用下力汇总表，表2为A柱承载力极限状态荷载效应的基本组合，表3为A柱正常使用极限状态荷载效应的标准组合及准永久组合。表1为A柱在各种荷载作用下力汇总表Word资料荷载种类恒荷载屋面活荷载风荷载吊车荷载左风右风maxDminD()hF()hF荷载编号12345678Ⅰ-ⅠM7.171.6836.07-43.33-56.95-56.9518.63-18.63N231.7850.4kM5.981.425.76-30.95-40.68-40.6813.31-13.31kN193.1536.0Ⅱ-ⅡM4.23-3.5436.07-43.33185.055.5718.63-18.63N274.950.4483.99125.03kM3.53-2.5325.76-30.95132.183.9913.31-13.31kN229.0836.0345.7189.31Ⅲ-ⅢM46.976.69