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1、单层厂房结构课程设计一、设计题目杭州市郊区XXX厂装配车间。Oo O 先21000240#240二、设计资料1 .该车间抗震设防烈度为6度。2 .该车间为单跨车间：跨度21m,柱距6m,总长156m；中间设一道伸缩缝，柱顶标高12.00m,轨顶标高9.6OnlO考虑基础顶面为-0.5u3 .车间跨内设有2台150/5OkN中级工作制吊车，其参数见下表。表2.11吊车参数（大连起重机厂）起重量kN桥跨1.k/m最大轮压Px/kN小车重Q1kN轮距K/m大车宽B/m额定起重量P/kN吊车总重Q/kN150/5019.516060.74.45.61502544 .根据工程地质勘探报告，可选编号的层土
2、为持力层（粉质粘土），其深度距地表面加左右，厚度约在58m,承载力修正后的特征值fa=140kNm2,常年平均地下水稳定在地面下3m处。5 .屋面：三毡四油防水层上铺小石子（自重标准值：0.4kNm2）;20mm厚水泥混合砂浆找平层（自重标准值：20kN112）;IOomm厚水泥珍珠岩制品保温层（自重标准值：4kNm2）;预应力混凝土大型屋面板。另：屋面均布荷载标准值为0.5kNA,6 .墙体：24Onlm厚清水墙（自重标准值：5.19kNm2）,每柱距内均有钢窗（或门）（自重标准值:0.45kNm2）,钢窗宽2.4u7 .标准构件选用：（1）预应力混凝土大型屋面板采用G410（一）标准图集，
3、其板重（包括灌缝）标准值为1.35kNm2o（2）屋架采用CG423标准图集中的预应力混凝土折线形屋架（适用于卷材防水屋面），自重标准值为74kN。屋面支撑的自重标准值为0.05kNm2,天沟及雨水的自重标准值为20kN（3）吊车梁采用G425标准图集中的预应力混凝土吊车梁，梁高1000mm,自重标准值34.8kN,轨道及零件自重标准值0.82kNm,轨道构造高度200mm。8 .材料：柱采用C20混凝土，受力主筋用HRB400级钢筋，箍筋用HPB235级钢筋；基础采用C15混凝土；钢筋用HPB235级钢筋。9 .设计依据：现行的荷载规范、混凝土结构设计规范等。10 .风荷载：基本风压值3;0
4、.5kNR地面粗糙度为C类，查表IOnl与15m高度处HZ均为0.74kNm2t风载体型系数注于下图中：三、柱截面选定和排架计算简图1 .柱截面尺寸的确定(1) 根据建筑剖面，考虑基础顶面为-o.5m,并参考附表6、附表7,确定各柱截面尺寸为：A轴：上柱(矩形)：bh=4(X)zw4(X)ww：下柱(工字形)：bhhf=400加900mmX150mn；B轴：上柱(矩形)：bh=400mm400mm：下柱(工字形)：bhhf=400w?900a11w150ww；(2) 各柱的截面惯性矩为：A轴柱：上柱【/口=2.13l()9zw4,下柱，2a=19.54x109/；B轴柱：上柱B=213l9zm
5、,下柱右8=19.54XIO加M4。2 .计算简图凡=12-(-0.5)=12.5(m)H1=12-9.6+0.2+1=3.6(m)四、荷载计算以下荷载计算均为标准值。1 .永久荷载（恒载）（1） A/B轴柱承受的恒载：由屋盖传下的Gla ：三毡四油小石子防水20mm厚水泥混合砂浆找平IOOmm厚水泥珍珠岩制品保温屋面板自重（包括港屋盖支撑系统自重屋架自重屋檐天沟及雨水0.4x6x212 = 25.2GW)20 0.02 6212 = 25.2( kN) 40.16212 = 25.2()1.35x6x212 = 85.05(ZN)0.05x6x21 + 2 = 3.15WV)742 = 37
6、OW)2(KkN)Ga=220.8ZN如右图所示，Ga对上柱中心线的偏心距:elA=200-150=50(m?)G2a=34.8+0.82x6=39.72(雨)A轴柱顶荷载位置图如下图所示，C2.对下柱中心线的偏心距:Ga=750-等=300(%)S400中15050ft付300A轴柱承受的荷载简图柱自重：包括上柱重与下柱重。上柱重：GAI=O.4X0.4X3.6X25=14.4()W)GA上对下柱中心线的偏心距900%=250()22下柱重GA下=47AkN（具体计算略）（2）恒载作用下的计算简图如下图所示G1=G3=Gxa=220.8%NM1=一3=6葭，.=220.8x0.05=11.0
7、4(左NMG2=G4=G2+GaI=39.7214.4=54.12(%N)M2=-M4=(Gm+Gaj.)e-G2ae2A=(220.814.4)0.25-39.720.3=46.88(ZN/m)恒载计算简图2 .屋面活载屋面均布活载标准值为0.5kN11并通过屋架支点传给柱:21A轴柱顶：Q1=0.56-=31.5(JWV)2活载作用下的计算简图如下图所示。M5=-M1=QGa=31.5X0.05=1.58(ANw)M6=-M8=Q1Q=31.5x0.25=7.88(ZN/m)屋面活载计算简图3 .吊车荷载（1）吊车竖向荷载：二台150/5OkN吊车，位置如右图所示。匕ax=3%h=0.5(
8、254150)-160=42KV = 160(l0.4 + 4.8 + 1.6) = 341.3ZNOmin= OMP42-三-=341.3-=89.6kN支座反力影响线匕ax160计算简图如下图所示。当DmaX在4柱有:M9=OmaXSa=341.3x0.3=102.394NM10=DminSa=89.6X0.3=26.88女N当DmaX在8柱，吊车竖向荷载与RnaX在/柱时对称。吊车竖向荷载计算简图（2）吊车水平荷载每个轮子= 5.27 kN(Q+0)_0.1x(150+60.7)T527T=DmIX=341.3=11.24kN)3Xm3xP160计算简图如下图所示。吊车水平荷载计算简图4
9、 .风荷载基本风压o=O.5kNm2,风载体型系数4如设计资料图中所示。高度变化系数二（地面粗糙度为C类）的计算：由柱顶离地面（即室外地坪）的高度12+0.15=12.15()查表可得4=0.74屋面平均高度为12.1515,412= 13.85(7W)查表可得z2=0.74(1)左风(一)：柱顶集中力:Fw=60.740.5(1.60.8-1.80.6+1.80.5+1.60.5)=4.22(M)均布荷载:q=6X0.74X0.8X0.5=1.78(AN/in)%=6X0.74X0.5X0.5=Lll(MIm)(2)右风)：由于结构对称，所以在右风作用下的风荷载与左风作用时左右对称。风荷载作
10、用计算简图如下图所示。风荷载计算简图五、内力分析（剪力分配法计算）1 .剪力分配系数n=-=-=0.288H212.5柱号=2LI2c。=一1+231义出=-EJzC。1司=1Y-乙认力柱4=2.13x109H”I2a19.541092.51IO9H2319.542.50Ee0.58柱N=2=0ii12a19.541092.51IO9H2319.542.50,Ec0.52 .恒载作用下的内力（1）恒载作用计算简图如下图所示。4=0.288,H2=12.5wo柱号M/Mmk*2MR=CJkNH2力柱M1=11.040.112.101.858柱M3=-11.040.112.10-1.85柱号MIk
11、Nmr_3I-A22端T)MR=C3ZkN%力柱M2=46.880.111.154.318柱M4=-46.880.111.15-4.31（2）各柱较支座反力R：/1柱较支座反力RA=L85+4.31=6.16（利）3柱较支座反力RB=-1.85-4.31=-6.16()W)R=R+Rb=66-66=0（3）各柱顶剪力的计算Va=R-Ra=0.50-6.16=-6.16(jW)()=%-=-050+6.16=6.16(WV)(-)(4)M(AN?)图见下图。(6)剪力图略。3 .屋面活载作用下的内力：(1) 计算简图如下图所示。2=0.288,”2=125%柱号MlkNm几=人I2,n-R=-C
12、lZkNH2力柱M5=1.580.112.100.278柱M7=-1.580.112.10-0.27柱号MlkNmr_3I-A22I+喂T)MR=CikN24柱M6=7.880.111.150.728柱%=-7.880.111.15-0.72(2)各柱较支座反力R：力柱较支座反力&=0.27+0.72=0.99（三）6柱较支座反力Rli=-0.27-0.72=-().99(iW)R=RA+(=0.990.99=0(3) 各柱顶剪力：匕=R-Ra=0.50-0.99=-0.99()W)()%=%R-&=-0.5x0+0.99=0.99(M)(-)(4) M(0Vm)图见下图。1.58（5） N图
13、、V图略。1.584.吊车竖向荷载作用下的内力（1）当DmaX作用在4轴柱时计算简图如下图所示。2=0.288,4=12.5加。柱号MIkNm=2LI2r_31-,2,+-1)R=-CiZkNH2力柱M9=-102.390.111.15-9.428柱M10=26.880.111.152.47各柱顶剪力的计算：R=RA+Rli=-9.42+2.47=-6.95W)Va=UaR-Ra=-0.5x6.95+9.42=5.95(一)Vb=liR-Rfi=-0.56.95-2.47=-5.95(jW)() M(雨m)图见下图。 N图、V图略。（2）当DmaX作用在8轴柱时，由于结构左右对称，其内力图与O
14、mM作用在4轴柱时左右对称。5 .吊车水平荷载作用下的内力计算简图如下图所示。2=0.288,y=36TO=O.2.3.6柱号TZkNI22-2.1z+5+O,1R=TGkNG21+a31力柱11.240.110.616.863柱11.240.110.616.86各柱顶剪力：R=RA+Rfi=6.86+6.86=13.72(M)V=R-HA=O.5X13.72-6.86=0V=liR-RB=0.5x13.72-6.86=0 M（JW图见下图。 N图、V图略。6 .风荷载作用下的内力（1） 左风载作用下的内力计算简图如下图所示。2=0.288,%=12.5？,Fwl=-4.22Wo柱号均布q(k
15、Nlm)3c=8l+24加R=qH?CkN1J)力柱-1.780.110.332-7.398柱-1.110.110.332-4.61各柱顶剪力:R=Fwi+R+Rb=-4.22-7.39-4.61=-16.22(M)匕=/R-R=-0.516.22+7.39=-0.72()()%=碑-%=+)0.933.671.Oa+1.40.9(c+e)wrC-50.831.2a+lb16.141.Oa+1.40.9(c+e)_1、/fxC-50.83N(kN)321.93235.2326.34235.211TTM(kN.m)1.0a+1.40.9(c+e)Jv/fC86.631.2a+1.4LZ+0.9(
16、d+e)+1、/0r-81.811.2a+1.40.9(c+e)73.30L0a+1.4g-63.45N(kN)661.93471.18759.92274.9IlIIII./(kN.m)1.2a+l.4Z?+0.9(c+e)+0.9371.081.Oa+1.40.9(e)+gX0.9-325.371.2a+1.40.9(c+e)198.41Loa+1.4F226.36M(kN-m)267.79-226.95144.45167.14N(kN)813.48423.91816.80322.3Nk(kN)627.10394.88629.47322.3V(kN)43.58-35.2314.0638.32
17、Vk(kN)32.01-23.4110.9229.13注：该柱各截面内力组合时均考虑为由可变荷载效应控制，且柱采用对称配筋:上柱傲二fcbtlff=1.09.6400XO.518(400-40)=716.08(kN)上柱能二a/lb-bL垃方/=1.09.61000.518(900-40)+(400-100)X150=859.66(kN)组合中C与，F与g只能取其中之一，并且如果取e,则一定要取C或4七、柱设计(A轴柱)设计资料截面尺寸：上柱，矩形，6=400m,h=Amnvn下柱，工字型，?=100m,h=900nm；bf=bf,=400mm,hf-hf,=150w材料等级：混凝土C20,f
18、c=9.6Nmm2钢筋HRB400级fy=fy=360N/n钢筋HPB235级fy=fy=2iON/mnr计算长度：查附表4。排架方向：上柱，0=2.0=2.03.6=7.2(n)下柱，/o=l.OH=l.O8.9=8.9(m)(当不考虑吊车荷载时：0=1.5H=1.5x12.5=18.75(“)垂直排架方向：上柱：0=1.25h=1.253.6=4.5(n)下柱：I0=OHu=0.88.9=7,12(w)2.配筋计算(I)上柱(I-1截面)：从内力组合表中可知，各组内力均为大偏压(NVNAM=716.08AN)。由N与的相关性可以确定卷瞪鬻”为该截面所需配筋最多的内力，即控制内力。N X =
19、 afcb235.2x1031.0 9.6400= 61.25(wn) 0.3% (= 0.3360 = 108()MI50.83IO6235.2103h30= 13.33(叫 20mm ,取 Q = 20mm ；ei=e0+ea=216.11+20=236.11(aww)=18（l5）5,0为此，应该计算的值：该截面此刻为大偏压=1.0；319.29三2选配2C18(As,=A=509z?w2)。（2）下柱（II-Il截面和IHTII截面）：从内力组合表中可知，各组内力均属大偏压(NV(=423.91WV),属第一类T形截面。X-ajbf423.9IxIO3l1.0x9.6x400-10.3
20、9(三)2as(=240=80(三)Go=部=告;a=767.54(wn)0.3%(=0.3(900-40)=258(Zm)=史=30(如)20mm,取2=3()；3030v7.=e0+ea=767.54+30=797.54(团行鬻=9.89（5。为此，应该计算的值：该截面此刻为大偏压.取。=1.0；/0=9.89N(=322.3jW),属第一类T形截面。N=322.3XIO3aifcbf1.09.6400=83.93(咽2as(=240=80(n)M226.36106N322.3103=702.33(w三)0.3%(=0.3X(900-40)=258(三z)=里=30(mm)20mm,取e4
21、=3()；3030v7ei勺)+?=702.33+30=732.33(%m)9喘”20.3/5为此，应该计算，2和的值:由前可知G=LOG=LI50.01H=LI50.01x20.3=0.9472 h77 = 1+工浦1400bkA) 1220.31 1,0x0.94 = n31400x732.33/860.e=ei+-=1.33732.33+-40=l384.00(mm) = =Ne-0 必 x(%-x2)322.3103l384.00-1.09.640083.93x(860-83.93/2)360x(860-40)=617.95(W)由以上计算，下柱配筋按A=A=669.98mm2配筋。验
22、算P=pp%n,满足。选配2C22(AJ=AS=760/wzn2)。3 .牛腿设计预先假定牛腿高度如图6.1所示。图6.1裂缝控制验算图按下列裂缝控制公式进行验算:ho式中，%=G2+0.9Di=39.72+0.9341.3=346.89(iW)%=。4=700+150-40=810(/加)4=0.65,=1.54上述公式中，右边=0.65fl-0.5,*0?=648.65(kN)I346.8“05+2L810左边(=Fvk=346.89M)满足要求。由于竖向吊车荷载的作用点至下柱边缘的距离v(见图3.2),因而只需按构造配筋即可。4 .柱子吊装阶段验算只考虑平卧单点起吊的验算情况。(1) 荷
23、载：(上柱、牛腿和下柱的自重)。上柱：0.40.425=4()Ww)牛腿：(0.9+0J5)(0.7+0.15)-15-0150.4250.85=10.4(W/w)下柱(柱插入基础0.8m)(0.2+ 0.4+ 1.3) 0.9 0.4+ 0.90.1+40.15 + 0.17520.156.95 X25(0.2 + 0.4 + 1.3 + 6.95)= 5.61 (AJV w)因其由永久荷载效应控制，考虑荷载分项系数1.35,动力系数1.5,结构重要性系数O.9oq =1.35 纵=7.29(V/?)%=1.35xq = 18.95 (w) =1.35 q3k = 10.22(卧/7 m)R
24、A8.85=q z1c 4.45 z 、八 OU 85 % 4.45 -1)0.85-=36.59(左N/加)qik=41.50.9=5.4(V,w)q2k=10.41.50.9=14.04(V/?)%=5.611.50.9=7.57()Ww)(2)内力X=R3%=36.59/10.22=3.58(m)=RE一%=36.593.58-10.22X-(3，18)-=65.50(kNtn)Mc=(18.95-7.29)0.850.852+7.29基2=76.39(ANtn)MO=7.293.63.62=47.24(雨机)(3) C点截面验算：C.McM8)承载力：设混凝土达到设计强度时起吊，平卧工
25、字型截面可以视为的矩形截面。1=2hf=2150=300()1=b,f=4(X)11h,/%)=400-40=360(HVn)MC= 0.20576.39IO6L09.6300x3602=-2as=0.231As=axflbxhfy=1.09.63000.231360/360=665.28(mm)已配有2C22(Ay=76W),满足要求。裂缝宽度：(略)。(4) D点截面验算：承载力：0.09547.24IO61.09.64003602=-y-2as=0.100A=a,X104=l09.64000.100360360=384(mm2)已配有2C18(As=509wz),满足。裂缝宽度：(略)5
26、.4轴柱的模板及配筋见下图A轴柱模板图OO各2022eOi2201*A轴柱配筋图62003一3八、基础设计(A轴)1 .设计资料地下水位标高-3.OOOm,地基承载力修正后的特征值=140N.基础梁按标准图集G320选用，其顶标高为-0.05m。材料：混凝土C15,钢筋HPB235级，杯口用C20细石混凝土填实。2 .基础剖面尺寸按构造要求初步确定如下：柱插入深度1=8007机杯口深度800+50=850(mtri)杯底厚度al=200mm垫层厚度100“杯口壁厚t300AmZ底板边缘高度a2=200mm杯口壁高度1)=7.13(雨)墙(包括圈梁)：(12.0+0.05)6-(3.6+1.5+
27、1.5)2.45.19=293.03(M)(标准值)=16.88+7.13+293.03=317.04(JW)P(设计值)=2Pk=L2317.04=380.45(W)对基底面中心线的偏心距：=150+450=600（三?）=4e=317.040.6=190.22（Mw）M=Pe=380.450.6=228.27（kNm）按前述柱内力组合对弯矩的符号规定，此弯矩为负值，即知4=一190.22（雨帆），M=-228.27（旧V机）。对基础底面，柱传来的荷载与基础梁传来的荷载效应标准组合值见下表。（表中轴向力、弯矩的单位分别为kN和kNm）内力种类+a及相应MV-Mmax及相应此VNi及相应MVN
28、min及相应MV轴柱传来（M）627.10394.88629.47322.3向基础梁传来（冗）317.04317.04317.04317.04力合计N%944.14711.92946.51639.34柱传来267.79-226.95144.45167.14弯柱剪力产生（1.05匕）33.61-24.5811.4730.59矩基础梁传来-190.22-190.22-190.22-190.22合计Kft111.18-441.75-34.307.51(2)底面尺寸选取：先按NlnaK组合考虑，并取%n=20ZN/3A=Nk(fa-md)=946.51/(140-201.65)=8.85(m2)取底面
29、积为(LI1.4)A=9.7312.38,确定取b=43=12()。地基承载力验算：/b=20x1.65=33(业M),=l6342=8(w3)地基反力计算见下表，其中“nm=(M+G)/Mjw地基反力标准值+max组合-Ma组合Na组合Ninin组合NJlb78.6859.3378.8853.28GjIb33333333Mw13.9055.224.290.94PkmiJkNk125.58147.55116.1787.22p./kNm297.7837.11107.5985.34由上表可见，基础底面不出现拉应力，且最大压应力为125.58雨/病1.2(=1.2x40=168例/也)，同时有(人m
30、ax+P人mitl)2均小于fa=40kNm2t所以满足要求。4 .基础高度验算由下表可见最大的Pj为一MmaX组合产生，其值Pj=I4O.86(MT)基础边缘最大地基净反力设计值+%组合一“2组合Nz组合NmM组合柱传来轴力(加813.48423.91816.80322.3基础梁传来轴力(P)380.45380.45380.45380.45N813.48+380.45423.91+380.45816.80+380.45322.3+380.4512121212Ib=99.49=67.03=99.77=58.56柱传来弯矩(附371.08-325.37198.41226.36柱剪力产生(1.05
31、V)弯矩45.76-36.9914.7640.24基础梁产生弯矩-228.27-228.27-228.27-228.27合计188.57-590.63-15.1038.33MW23.5773.831.894.79NImIPmLP，=+诃123.06140.86101.6663.35_NMPmL历一诃75.92-6.8097.8853.77(1)验算柱边冲切:b=4m,ht=0.9,=1.05-0.04=1.01(w)l=3m,a,=OAm,ah=4+2%=0.421.01=2.42(，)=(az+)2=(0.4+2.42)2=1.41(n)a=-44=(B一等一LOI)X3一仁一甘一LoI)=
32、1.54(叫F1=pz=140.861.54=216.35(WV)基础高度z=1050800,按线性内插得见=0.979。7%加=0.70.9790.911.411O31.O11O3=888.10(城)(满足要求)(2)验算变阶处冲切：b=4m,bl=1.65m,=0.7lzl=3m,at=5m,ab=al+2,=1.15+20.71=2.57(zn)勺=(4+4,)/2=(1.15+2.57)2=1.86(m)a=-2-44=(B-手一0.71/3-6一手一0.71=1.35(112)F1=PM=IM86x1.35=190.16(M)0.7%,加4=0.70.9790.911.861030.
33、71ltf=823.56(城)(满足要求)5 .基础底板配筋由4中表格可判断，+Mmax组合、-MmaX组合或Nnm需配筋均可能较多。(1)截面II：ba40.9,lnyl.=1.55(m)a=al=0.4机,12222v7G/H=1.35G&/R=1.3533=44.55(ZN/)，=1010;b_a1有：=(PmaX-P而L+Pmin，M=五Q，+优)(2+P)+(Pma-P)，在+Mmax组合下：P=(123.06-75.92)X产+75.92=104.79伏N/m2)1CC2M1=-(23+0.4)(123.06+104.79)+(123.06-104.79)3=302.93(Mtn)在一MmaX组合下：p=(140.86+6.80)Xj
