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1、设 计 任 务 书一、 设计题目某金属装配车间双跨等高厂房。二、 设计内容1、 计算排架所受的各项荷载。2、 计算各种荷载作用下的排架内力吊车荷载不考虑厂房的空间整体作用。3、 边柱A、C轴线及中柱B轴线的柱及牛腿设计，柱下独立根底设计。4、 绘制施工图：柱模板图和配筋图，根底模板图和配筋图。三、 设计资料1、 金属结构车间为两跨厂房，跨度均为21m。厂房总长54m，柱距6m。厂房标高：室内地面0.000，室外地面-1.500，吊车轨顶标高一班8.000、二班10.00，屋架下弦标高一班10.400、二班12.400。2、 厂房每跨内设两台吊车，A4级工作制，起重量单学号15/3t、双学号20
2、/5t。吊车其它参数参见 “550/5t一般用途电动桥式起重机根本参数和尺寸ZQ1-62系列。3、 建设地点为某城市，根本雪压0.30kN/m2，根本风压0.50kN/m2，冻结深度1.6m。厂房自然地坪下0.6m为回填土，回填土的下层8m为均匀粘土，地基承载力特征值=240kPa，土的天然重度为17.5kN/m3，土质分布均匀。下层为粗砂土，地基承载力特征值=350kPa，地下水位-5.5m。4、 厂房标准构件选用及荷载标准值如下：1) 屋架采用21m梯形钢屋架，按?建筑结构荷载标准?附录A“常用构件和材料的自重，按0.12+0.011L含支撑，按屋面水平投影面积计算，单位kN/m2；L为跨
3、度，以m计计算屋架自重标准值包括支撑。屋架侧端高度1.4m，屋架在天窗架侧板处的高度为1.7m。2) 吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁，梁高900mm，自重标准值29kN/根，轨道及零件自重0.8kN/m，轨道及垫层构造高度200mm。3) 天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架每侧传给屋架的竖向荷载为34kN包括自重、侧板、窗扇、支撑等的自重。天窗侧板高度2.6m，天窗架坡屋顶高度0.3m。4) 天沟板自重标准值为2.02kN/m。5、 围护墙采用240mm厚粉刷墙，自重5.2 kN/m2。钢窗：自重0.45 kN/m2，窗宽4.0m，窗高4.8m。围护墙直接支撑于根底梁上，根底梁截面为240mm
4、450mm。根底梁自重2.7kN/m。6、 材料：混凝土强度等级C20C30；柱的纵向钢筋采用HRB335或HRB400，其余钢筋I级。7、 屋面卷材防水法及荷载标准值如下：三毡四油防水层上铺小石子：0.4 kN/m2；25mm厚水泥砂浆找平层：0.5 kN/m2；100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4 kN/m2；一毡二油隔汽层：0.05 kN/m2；25mm厚水泥砂浆找平层：0.5 kN/m2；6m预应力大型屋面板：1.4 kN/m2。四、 设计要求1、 计算内容完整，计算正确，有必要的示意图。2、 计算书装订：封皮、任务书、计算书，格式采用统一模板，可电子录入后打印单面或双面打印均可，也可
5、手写但不得用铅笔书写。3、 计算书局部表述符合专业要求。所有示意图、表格都有编号，安排在正文引用的附近位置。示意图线条规整、字迹清楚、整洁。4、 施工图符合建筑制图标准的要求。计算书一、设计资料一、设计题目某金属装配车间双跨等高厂房。二、设计内容1、计算排架所受的各项荷载。2、计算各种荷载作用下的排架内力吊车荷载不考虑厂房的空间整体作用。3、边柱A、C轴线及中柱B轴线的柱及牛腿设计，柱下独立根底设计。4、绘制施工图：柱模板图和配筋图，根底模板图和配筋图。三、设计资料1、金属结构车间为两跨厂房，跨度均为21m。厂房总长54m，柱距6m。厂房标高：室内地面0.000，室外地面-1.500，吊车轨顶
6、标高10.00，屋架下弦标高12.400。2、厂房每跨内设两台吊车，A4级工作制，起重量20/5t。吊车其它参数由表-1给出。吊车位置起重量KN桥跨LKm小车重gKN最大轮压Pmax,k(KN)大车轮距Km大车宽Bm车高Hm吊车总重KN左跨AB吊车200/5019.5 70.1 187 4.45.62.184264右跨BC吊车200/5019.570.11874.45.62.814264表-1 吊车的有关参数参数表 3、建设地点为某城市，根本雪压0.30kN/m2，根本风压0.50kN/m2，冻结深度1.6m。厂房自然地坪下0.6m为回填土，回填土的下层8m为均匀粘土，地基承载力特征值=240
7、kPa，土的天然重度为17.5kN/m3，土质分布均匀。下层为粗砂土，地基承载力特征值=350kPa，地下水位-5.5m。4、厂房标准构件选用及荷载标准值如下：1、屋架采用21m梯形钢屋架，按?建筑结构荷载标准?附录A“常用构件和材料的自重，按0.12+0.011L含支撑，按屋面水平投影面积计算，单位kN/m2；L为跨度，以m计计算屋架自重标准值包括支撑。屋架侧端高度1.4m，屋架在天窗架侧板处的高度为1.7m。2、吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁，梁高900mm，自重标准值29kN/根，轨道及零件自重0.8kN/m，轨道及垫层构造高度200mm。3、天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架每侧传给屋
8、架的竖向荷载为34kN包括自重、侧板、窗扇、支撑等的自重。天窗侧板高度2.6m，天窗架坡屋顶高度0.3m。4、天沟板自重标准值为2.02kN/m。5、 围护墙采用240mm厚粉刷墙，自重5.2 kN/m2。钢窗：自重0.45 kN/m2，窗宽4.0m，窗高4.8m。围护墙直接支撑于根底梁上，根底梁截面为240mm450mm。根底梁自重2.7kN/m。6、 材料：混凝土强度等级C20C30；柱的纵向钢筋采用HRB335或HRB400，其余钢筋I级。7、 屋面卷材防水法及荷载标准值如下：三毡四油防水层上铺小石子：0.4 kN/m2；25mm厚水泥砂浆找平层：0.5 kN/m2；100mm厚珍珠岩制
9、品保温层：0.4 kN/m2；一毡二油隔汽层：0.05 kN/m2；25mm厚水泥砂浆找平层：0.5 kN/m2；6m预应力大型屋面板：1.4 kN/m2。二、材料的选用混凝土强度等级为C25，柱的纵向钢筋采用HRB335级，其余钢筋采用I级。三、计算简图及柱截面几何参数确实定1、计算简图本装配车间工艺无特殊要求，荷载分布均匀。应选具有代表性的排架进行结构设计。排架的负荷范围如图-1所示。结构计算简图如图-2所示。下面来确定结构计算简图中的几何尺寸。图-1 排架的负荷范围图-2 结构计算简图2、柱截面几何参数确实定(1)、根底的埋置深度及根底高度：考虑冻结深度及回填土层，选取根底至室外地面为1
10、.8m。初步估计根底的高度为1.0m，那么根底顶面标高为-0.95m。(2)、牛腿顶面标高确定：轨顶标高为10m，吊车梁高0.9m，轨道及垫层高度为0.2m。可得牛腿顶标高为10-1.1=8.9m。(3)、上柱标高确实定：屋架下弦标高为12.4m，既上柱顶的标高为12.4m。(4)、计算简图中上柱和下柱的高度尺寸确定：上柱高：HU =12.4-8.9=3.5m下柱高：HL=8.9+0.95=9.85m柱的总高度：.H=13.35m (5)、柱截面确定：上柱选矩形截面，下柱选工字形截面对于下柱截面高度h：由于下柱HL=8.9+0.95=9.85m，吊车梁及轨道构造高度为1.1m，因此，根底顶至吊
11、车梁顶的高度Hk=9.85+1.1=10.95m4h,所以s=+0.6。作用在柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，其风压高度变化系数可按注顶标高取值。柱顶至屋脊间屋盖局部的风荷载，仍取为均布的，其对排架的作用那么按作用在柱顶的水平集中风荷载标准值Fw考虑。这时的风压高度变化系数可按天窗檐口取值；柱顶至室外地面的高度为：Z=7.6+0.15+2.4=10.35m天窗檐口至室外地面的高度为：Z=7.6+0.15+2.4+1.3+2.6=15.65m.按线性内插法确定z:柱顶:天窗檐口处: 左风情况下风荷载的标准值:q1k=s1zWoB=0.8*1.01*0.55*6=2.667KN/Mq2k=s2z
12、WoB=0.4*1.01*0.55*6=1.333KN/M柱顶以上的风荷载可转化为一个水平集中力计算,其风压高度变化系数统一按天窗檐口处z=1.1582取值.其标准值为:Fwk=szWohB=(0.8+0.4)*1.1582*0.55*6*1.4+(0.4-0.2+0.5-0.5)*1.1582*0.55*6*1.3+(0.6+0.6+0.6+0.5)*1.1582*0.55*6*2.6+(0.7-0.7+0.6+0.6)*1.1582*0.55*6*0.3=30.27KN右风和左风情况对称,方向相反。图-9 风荷载作用下双跨排架的计算简图五、内力分析 本单层厂房是两胯的对称结构，C主和A柱受
13、力完全一样，因此只要计算AB就可以了。本厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架结构的内力计算。在各种荷载作用柱顶按可动铰支座计算，不考虑厂房的空间工作。这里规定柱顶不动铰支座反力R，柱顶剪力V和水平荷载自左向右为正，截面弯矩以柱左侧受拉为正，柱的轴力以受压为正。 1、计算剪力分配系数单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：u=H3/(C0ECIL) C0=3/1+3(1-n)/n计算有关参数：AC柱：=Hu/H=3.5/12.05=0.290；n=Iu/IL=5208*106/(51942.92*106)=0.104C0=3/1+3(1-n)/n=3/1+0.2903 (1-0.104)/0.104
14、=2.479B柱：=Hu/H=3.5/12.05=0.290；n=Iu/IL=14291.67.5*106/74060.88*106=0.1998C0=3/1+33 (1-0.1998)/0.0.1998=2.733单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：A， C柱：uA=uC= H3/ (C0ECIL)=120503/2.479*EC*50109.375*106=14.085/ ECB， B柱：uB= H3/ (C0ECIL)=120503/2.733*EC*71509.375*106=18.953/ EC令Ki=1/uiK=Ka+kb+kc=1/uA +1uB /+1/uc=0.2537 EC所以，
15、三根柱的剪力分配系数为：A=K A/K=0.2798; B =K B /K=0.440; c=Kc/K=0.2798验算：A+B +c1.0当柱顶有水平荷载F时，求出剪力分配系数后，即可求出柱顶剪力：VA=AF；VB= BF；Vc=cF求出柱顶剪力后，即可按悬臂柱绘出结构的内力图。下面进行各种荷载走作用下排架的内力。2、恒载下排架内力： 图-10 永久荷载作用下双跨排架的计算简图对M作用进行排架分析，对图-10中的竖向荷载所产生的轴力直接累加。各柱顶不动铰支座的支座反力：C1=1.5*1-2(n-1)/n/1-3(1-n)/n=1.5*1-0.2902(0.104-1)/0.104/1+0.2
16、903(1-0.104)/0.104=2.1376C3=1.5*(1-2)/1-3(1-n)/n= 1.5*(1-0.2902)/1+0 A柱：3(1-0.104)/0.104=1.1353R1=MC1/H=29.837*2.1376/12.05=5.2929KN()R2=MC3/H=125.908*1.1353/12.05=11.8625KN()所以RA=R1+R2=17.1154KNB柱：RB=0C柱：RC=-RA=-17.1154KN所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+ RB+ RC=0所以：各柱顶的实际剪力为：VA= RA=17.1154KNVB= RB=0VC= -
17、17.1154KN图-11各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。现把各柱的轴力算过程表达如下，弯矩和剪力的计算从略。排架的弯矩图，柱底剪力向左为正和轴力图如图-12所示。柱轴力标准值计算：AC柱：柱顶：N=298.37KN上柱底：N=298.37+21.875=320.245KN下柱顶：N=320.245+43.8=364.045KN下柱底：N=364.045+51.78=415.825KNB柱：柱顶：N=596.74KN上柱底：N=596.74+30.625=627.365KN下柱顶：N=627.365+43.8*2=714.965KN下柱底：N=714.965+56.43=77
18、1.395KN （a） 永久荷载作用下的弯矩KNM图和柱底剪力KN b永久荷载作用下的轴力KN图-12 永久荷载作用下排架的内力图3、屋面活荷载下的内力A柱：=Hu/H=0.290；n=Iu/IL=0.104；C1=2.1376；C3=1.1353R1=M1AKC1/H=3.15*2.1376/12.05=0.559 KNR2=M2AKC3/H=12.6*1.1353/12.05=1.187KN所以RA=R1+R2=1.746KNB柱：=Hu/H=0.290；n=Iu/IL=0.199C1=1.5*1-2(n-1)/n/1-3(1-n)/n=1.5*1-0.2902(0.1998-1)/0.1
19、97/1+0.2903(1-0.1998)/0.1998=1.827RB=R1=M1bkC1/H=4.725*1.827/12.05=0.716KN()C柱：Rc=0所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=2.462KN所以：各柱顶的实际剪力为：VA= RA-AR=1.057KNVB=RB-B R=-0.367 KNVC=Rc-cR=-0.689 KNVi0各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。4、吊车荷载作用下的排架内力不考虑厂房整体空间工作1、AB跨有吊车荷载，Dmax,k作用在A柱，Dmin,k作用在B柱时排架内力分析，其计算简图如图-14所示。 A
20、柱：=0.290；n=0.104；C3=1.1353 RA=R2=C3=35.904*1.1353/12.05=-3.3827 图-14 B柱：=0.290；n=0.1998； C3=1.5*1-2/1+3-1= 1.5*1-0.2902/1+0.2903-1=1.25175 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=3.3487 所以：各柱顶的实际剪力为： 0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力向左为正和轴力图如图-15所示。 (a) Dmax,k在A柱时的轴力(KN) (b) Dmax,k作用在A柱时的弯距和柱底剪力 图-152
21、、AB跨有吊车荷载，Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在A柱时排架内力分析，其计算简图如图-16所示。 A柱：=00290；n=0.104；C3=1.1353 RA=R2=C3=-3.3827 B柱：=0.290；n=0.1998； C3=1.5*1-2/1+3-1= 1.5*1-0.2902/1+0.2903-1=1.25175 RB=R2=C3=64.8*1.25175/12.05=6.7314KN( 图-16 C柱：RC=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=+3.3487 所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=-3.3827-0.2798*3
22、.3487= -4.3197 VB=RB-BR=6.7314-0.440*3.3487=5.2580 VC=RC-CR=-0.2798*3.3487=-0.93697 0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力向左为正和轴力图如图-17所示。 图-173、BC跨有吊车荷载，Dmax,k作用在B柱，Dmin,k作用在C柱时排架内力分析，其计算简图如图-18所示。B柱：=0.300；n=0.200；C3=1.31 RB=R2=C3=353.87*1.31/13.45= -34.47 C柱：=0.260；n=0.104； RC=R2=C3=11.66*1.215/1
23、3.45=1.05KN A柱：RA=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-33.42 所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=0.282*33.42= 9.42KN VB=RB-BR=-34.47+0.434*33.42=-19.97KN VC=RC-CR=1.01+0.282*33.42=10.47KN 0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力向左为正和轴力图如图-19所示。 图-18 (a) Dmax,k在B柱时的轴力(KN) (b) Dmax,k作用在B柱时的弯距和柱底剪力 图-19 4、BC跨有吊车荷载，Dmax
24、,k作用在C柱，Dmin,k作用在B B柱：=0.260；n=0.200；C3=1.31 RA=R2=C3=-87.47*1.31/13.45= -8.52 C柱：=0.260；n=0.104；C3=1.215 RC=R2=C3=47.18*1.215/13.45=4.26KN A柱：RA=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-4.26 所以：各柱顶的实际剪力为：VA=RA-AR=0.282*4.26= 1.20KN 图-20 Dmax,k作用在C柱，Dmin,k作用在D柱时排架计算简图.VB=RB-BR=-8.52+0.434*4.26=-6.67KN VC
25、=RC-CR=4.26+0.282*4.26=6.11KN 0 各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力向左为正和轴力图如图-21所示。 (a) Dmax,k在B柱时的轴力(KN) (b) Dmax,k作用在B柱时的弯距和柱底剪力 图-21 BC跨有吊车Dmax,k作用在C柱时排架内力图 5、作用于AB跨，即 AB跨有吊车吊车水平荷载Tmax,k的作用点距柱顶的距离y=3.5-0.9=2.6m；y/Hu=0.743。因此排架柱顶不动铰支座的支座反力系数C4需用线形内插法确定。A、 C柱：=0290；n= 0.104；当y=0. 7 Hu时：C4=2-2.1+30.243/n+0.1/21+31/n-1=0.698当y=0. 8 Hu时：C4=2-2.4+30.112/n+0.1/21+31/n-1=0.654所以当y=0. 743Hu时：C4=0.582+0.743-0.70.532-0.5820.8-0.7=0.607B柱：= 0.290；n= 0.1998C4=2-2.1+30.234/n+0.1/21+31/n-1=0.679当y=0. 8 Hu时：C4=2-2.4+30.112/n+0.1/21+31/n-1=0.689所以
