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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以下图示。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)根底：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，无抗震设防要求根本风压：0.4kN/地面粗糙度为B类根本雪压：0.35
2、kN/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C25C30，根底C25钢筋：钢筋等级为级或级5、组合系数：活荷载组合值系数c=0.7；风荷载组合值系数取0.6。厂房平面图2、设计要求：1、排架内力，设计柱子及根底，整理并打印计算书一份。2、施工图一份结构设计说明，屋盖柱网及根底布置图，柱及根底等配筋图。3、设计期限：两周4、参考资料：1、混凝土结构设计标准GB50010-20022、荷载标准GB50009-20013、根底设计标准GB50007-20024、混凝土结构设计原理5、屋面板G410、屋架G415、吊车梁G426、根底梁G320、柱间
3、支撑G326)等。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根底设计及配筋计算。首先要充分了解设计任务，并根据相关资料选择适宜的构件和确定柱网、根底的平面布置，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，最后根据标准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：排架柱根底计算书内容一、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
4、所示：图二、厂房平面和柱间支撑布置图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-3中间跨YWB-3s(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钢筋混凝土根底梁04G320JL-15.514.5m整体J
5、L-3(5.518.0m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，室内地面至根底顶面的距离为1.0m.，那么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
6、柱400*800*100*1501.775*105143.8*1084.44B上柱矩400*6002.4*10572*1086.0下柱400*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以下图三所示：图三、排架计算简图二、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=0.40 KN/2030mm厚挤塑板保温层0.10KN/20mm 厚水泥砂浆找平层20KN/*0.02m=0.40 KN/预应力混凝土屋面板屋面板包含灌缝重1.50 KN/屋盖钢支撑0.05KN/共计：
7、2.70KN/屋架重力荷载为69KN/榀，那么作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：G1=1.2*2.70 KN/*6m*18/269/2=216.36 KN (2)、吊车梁及轨道重力荷载设计值G3=1.2*39.5 KN0.8 KN/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=40.49KN B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、
8、荷载作用位置图单位：KN2.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=37.8KN Q1 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，z1.0, z根据厂房各局部标高图一及B类地面粗糙度由附表5.1确定如下：柱顶标高10.500mz=1.014 檐口标高12.150mz=1.062 屋顶标高13.445mz=1.096 风荷载体型系数如以下图五a所示(a)(b)图五、风荷载体型系数及排架计
9、算简图s如下图，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：q11.4*w1k*6.01.4zs1z w0*6.01.4*1.0*0.8*1.014*0.4*6.02.726 KN/q21.4*w2k*6.01.4zs2z w0*6.01.4*1.0*0.4*1.014*0.4*6.01.363KN/FWQ(s1s2zh1(s3s4zh2zw0B1.4*(0.80.4) *1.062*1.65m(0.60.5) *1.096*1.295m *1.0*0.40*66.59KN4.吊车荷载由表2.5.1 可得200/50KN吊车的参数为：B5.65m，K4.40m，g75K
10、N，Q200KN，Fp,max195KN，Fp,min30KN。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=QFp,maxyi=1.4*195KN*(10.7920.2670.058)=577.94KN Dmin=QFp,minyi=1.4*30KN*(10.7920.2670.058)=88.91KN2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 (Q +g)=1/4*0.1*(200KN75KN)=6.
11、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=QTyi=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/Il=Hu/HC0=3/1+3(1/n1)=H3/C0EIli=(1/i)/(1/i)A,C柱n=0.148=0.340C0=2.446 =0.284*1010H3/EACA=C=0.315B柱n=0.501=0.340C0=2.887=0.241*1010H3/EBB=0.3701.恒载作用下排架内力分析恒载作用下
12、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=G3G4A=53.16KN18.72KN=71.88KNG3=G5A=40.49KN；G4=2G1=2*216.36KN=432.72KNG6=G5B=40.49KN；G5=G4B2G3=28.08KN2*53.16KN=134.40KNM1=G1e1=216.36KN*0.05m=10.82KNmM2=(G1G4A)e0G3e3=(216.36KN18.72KN) *0.2m53.16KN*0.35m=28.41KNm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
13、顶不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座范例Ri 可根据教材表所列公式计算。对于A、C柱，n=0.148，=0.340，那么31;2(1;1)n31;2C1 =21:3(1;1)=2.037C3 =21:3(1;1)=1.082nn13M1M2RA =C +C =(10.82 KNm*2.037+28.41KNm*1.082)/11.5m=4.59KNHHRC=4.59KN此题中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以下图。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1AB跨作用屋
14、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=1.89KNmM2A=37.8*0.25=9.45KNmM1B=37.8*0.15=5.67KNm。对于A 柱，C1=2.037，C3=1.082，那么RA =M1AC +1HM2AC =(1.89KNm*2.037+9.45KNm*1.082)/11.5m=1.22KN()3H对于B柱，n=0.501，=0.340，那么31;2(1;1)n1C1 =21:3(1;1)=1.610nRB =M1BC=5.67KNm*1.610/11.5m=0.79KN()H那么排架柱顶不动铰支座总
15、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-A*R=1.22KN-0.314*2.01KN=0.59KN() VB=RB-B*R=0.79KN-0.371*2.01KN=-0.05KN() VC=-C*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3BC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
16、及方向调整一下就可，如以下图九所示图九、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示。对于A、C柱，n=0.148，=0.340，由表2.5.2 得：31:4(1;1)nC1 =81:3(1;1)=0.329nRA=-q1*H*C11=-2.726KN/m*11.5m*0.329=-10.31KN()RC=-q2*H*C11=-1.363KN/m*11.5m*0.329=-5.22KN()R=RA+RB+FW=-10.31KN-5.16KN-6.59KN=-22.06KN()各柱顶剪力分别为：VA=RA-A*R=-10.31KN-0.314*22.0
17、6KN=-3.38KN()VB=-B*R=-0.371*22.06KN=8.18KN()VC=RC-C*R=-5.16-0.314*22.06KN=1.77KN()排架内力如图十所示图十、左吹风时排架内力图2右吹风时计算简图如图十一所示。将图十所示A，C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图十一所示。图十一、右吹风时排架内力图4.吊车荷载作用下排架内力分析1Dmax 作用于A 柱计算简图如图十二所示。其中吊车竖向荷载Dmax，Dmin在牛腿顶面处引起的力矩为：MA=Dmax*e3=577.94KN*0.35m=202.28KNm MB=Dmin*e3=88.91KN*0.75m=66.68 K
18、Nm对于A 柱，C3=1.082，那么A3R =MA C =-202.28 KNm*1.082/11.5m=-19.03KN()H对于B柱，n=0.501，=0.340，由表2.5.2得：31;2C3 =21:3(1;1)=1.277nRB =MB C =66.68KNm*1.277/11.5m=7.40KN()3HR=RA+RB=-19.03KN+7.40KN=-11.63KN()排架各柱顶剪力分别为：VA=RA-A*R=-19.03KN+0.314*11.63KN=-15.38KN() VB=RB-B*R=7.40KN+0.371*11.63KN=11.71KN() VC=-C*R=0.3
19、14*11.63KN=3.65KN()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图十二所示图十二、Dmax 作用在A 柱时排架内力图2Dmax 作用在B柱左计算简图如图十三所示。MA、MB计算如下：MA=Dmin*e3=88.91KN*0.35m=31.12KNmMB=Dmax*e3=577.94KN*0.75m=433.46 KNm柱顶不动铰支座反力RA，RB 及总反力R分别为：A3R =MA C =-31.12 KNm*1.082/11.5m=-2.93KN()HRB =MB C =433.46KNm*1.277/11.5m=48.13 KN()3HR=RA+RB=-2.93KN+48.13K
20、N=45.20KN()各柱顶剪力分别为：VA=RA-A*R=-2.93KN-0.314*45.20KN=-17.12KN() VB=RB-B*R=48.13KN-0.371*45.20KN=31.36KN() VC= -C*R=-0.314*45.20KN=-14.19KN()排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图十三所示。图十三、Dmax作用在B柱左时排架内力图3Dmax 作用在B柱右根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与Dmax 作用在B柱左的情况相同，只需将A，C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力图，如图十四所示。图十四、Dmax 作用在B柱右时排架内力图4Dmax 作用在C柱同理
21、，将Dmax 作用在C柱的情况的A，C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱内力，如以下图十五所示。图十五、Dmax 作用在C柱时排架内力图5Tmax 作用于AB跨柱当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图十六所示。对于A 柱，n=0.148，=0.340，由表2.5.3得a=(3.9m-1.2m)/3.9m=0.692，那么52;3a:3(2+a)(1a)2;(2;3a)C =n=0.55721:3(1;1)nRA=-Tmax*C5=-20.38KN*0.557=-11.35KN()同理，对于B柱，n=0.501，=0.340，a=0.692, C5=0.634，那么RB=-Tmax
22、*C5=-20.38KN*0.634=-12.93KN()排架柱顶总反力R为：R=RA+RB=-11.35KN-12.93KN=-24.28KN()各柱顶剪力为：VA=RA-A*R=-11.35KN+0.314*24.28KN=-3.73KN() VB=RB-B*R=-12.93KN+0.371*24.28KN=-3.92KN() VC= -C*R=0.314*24.28KN=7.62KN()排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图十六所示。当Tmax 方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。图十六、Tmax作用在AB跨时排架内力图6Tmax作用在BC跨柱由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计
23、算与Tmax作用在BC跨柱的情况相同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图十七所示。图十七、Tmax作用在BC跨时排架内力图四、内力组合下表给出各柱的内力组合。其中表1.1为A 柱内力设计值汇总表，表1.2为为A 柱内力组合值表。表2.1为B柱内力设计值汇总表，表2.2为B柱内力组合值表。内力组合按公式2.5.191计算。表1.1A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作用在AB跨作用在BC跨Dmax 作用在A 柱Dmax 作用在B柱左Dmax 作用在B柱右Dmax 作用在C柱Tmax 作用在AB跨Tmax 作用在BC跨左风右风序号12345678910
24、11-M7.080.412.46-59.98-66.7755.34-14249.9129.727.55-17.27N235.0837.8000000000-M-21.33-9.042.46142.30-35.6555.34-14.249.9129.727.55-17.27N288.2437.80577.9488.91000000-M13.55-4.567.2525.41-165.76163.19-41.98136.4587.63141.39-110.48N328.7337.80577.9488.91000000V4.590.590.63-15.38-17.1214.19-3.6516.657.
25、6227.97-17.44注:M单位为KNm，N单位为KN，V单位为KN表1.2A 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，V-M1 +0.9*2 +3 +0.9*(6+9 )+1085.361 +0.9*0.8*(5+7 )0.9*9 +11-90.861 +0.9*2 +3 +0.9*6 54.491 +0.9*3 +0.9*(6+9 )+1084.99N269.10235.08269.10235.08-M1 +0.9*3 +0.8*(4+6 )0.9*9 +10154.051 +0.9*2 +0.8*(5+7 )0.9*9
26、+11-105.001 +0.9*4106.741 +0.9*0.9*(6 +9 )+11-72.48N704.36386.28808.39288.24-M1 +0.9*3 +0.8*(4+6 )0.9*8 +10393.641 +0.9*2 +0.8*(5+7 )0.9*8 +11-350.081 +0.9*436.421 +0.9*3 +0.9*(6+9 )+10350.49N744.85426.77848.88328.73V42.96-39.02-9.2548.00MK1 /1.2+0.9*3 +0.8*(4+6 )0.9*8 +10/1.4282.791 /1.2+0.9*2 +0.8
27、*(5+7 )0.9*8 +11/1.4-248.451 /1.2+0.9*4 /1.427.631 /1.2+0.9*3 +0.9*(6+9 )+10/1.4251.96NK571.17343.97645.47273.94VK31.23-27.32-6.0634.83注:M单位为KNm，N单位为KN，V单位为KN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作用在AB跨作用在BC跨D作用在A 柱D作用在B柱左D作用在B柱右D作用在C柱T作用在AB跨T作用在BC跨左风右风序号1234567891011-M0-5.875.8745.67122.30-122.30-45.679.
28、179.1731.90-31.90N460.8037.837.800000000-M0-5.875.87-20.91-311.16311.1620.919.179.1731.90-31.90N567.1237.837.888.91577.94577.9488.910000-M0-6.256.2568.09-72.8272.82-68.09134.27134.2794.07-94.07N607.6137.837.888.91577.94577.9488.910000V0-0.050.0511.7131.36-31.36-11.7116.4616.468.18-8.18表2.1B 柱内力设计值汇总
29、表maxmaxmaxmaxmaxmax注:M单位为KNm，N单位为KN，V单位为KN表2.2B 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，V-M1 +0.9*3 +0.9*(5+8 )+10137.611 +0.9*2 +0.9*(5+8 )+11-140.481 +0.9*2 +30.9*(5+8 )+10135.201 +0.9*0.9*(5 +8 )+10135.20N494.82494.82528.84460.80-M1 +0.9*3 +0.9*(6+9 )+10293.461 +0.9*2 +0.9*(5+8 )+11-2
30、93.461 +0.9*2 +30.8*(5 +6 )+0.9*9 +11-36.141 +1031.90N1069.271069.271467.39567.12-M1 +0.9*3 +0.8*(4+6 )0.9*8 +10300.501 +0.9*2 +0.8*(5+7 )0.9*8 +11-300.501 +0.9*2 +30.8*(5+6 )+0.9*9 +11-193.421 +1094.07N1121.761121.761507.88607.61V6.59-6.59-20.69-8.18MK1 /1.2+0.9*3 +0.8*(4+6 )0.9*8 +10/1.4214.641 /1
31、.2+0.9*2 +0.8*(5+7 )0.9*8 +11/1.4-214.641 /1.2+0.9*2 +3+0.8*(5 +6 )+0.9*9 +11/1.4-138.161/1.2+10/1.467.19NK873.59873.591149.39506.34VK4.71-4.71-14.78-5.84注:M单位为KNm，N单位为KN，V单位为KN五、柱截面设计材料：混凝土强度等级为C30，fc=14.3N/mm2，ftk=2.01N/mm2；采用HRB400 级钢筋，fy=f/y=360N/mm2，b=0.518。上下柱均采用对称配筋。1、配筋计算A柱配筋计算1、上柱配筋计算由表1.2可
32、见，上柱截面有四组内力。取h0=400mm-40mm=360mm。经判别，四组内力均为大偏心受压。本设计采用绝对对称，考虑由弯矩的正负号而取其绝对值。经分析比拟，在弯矩较大且比拟接近的两组内力中，取轴力较小的一组，即M=-90.86 KNmN=235.08KN由附表11.1查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度l0=2*3.9m=7.8m。附加偏心距ea 取20mm(大于400mm/30)。e0=M/N=90.86*106Nmm/235080=386.5mm，ei=e0+ea=386.5mm+20mm=406.5mm由l0/h=7800mm/400mm=19.55，故应考虑偏心距增大系数。1=0
33、.5*fc*A/N=0.5*14.3 N/mm2*4002mm2/235080N=4.8661.0取1=1.0。2=1.15-0.01*l0/h=1.15-0.01*7800mm/400mm=0.955 =1+l0/h2*1*2/(1400*ei/ h0=1+7800mm/400mm2*1.0*0.955/(1400* 406.5mm/ 360mm=1.229=N/1*fc*b*h0=235080N/(1.0*14.3 N/mm2*400mm*360mm)=0.1140.02%，满足要求。由附表11.1，得垂直于排架方向柱的计算长度l0=1.25*3.9=4.875m，那么l0/b=4875m
34、m/400mm=12.19，=0.95。NU=0.9*fc*A+f/y*A/s=0.9*0.95*(14.3 N/mm2*400mm*400mm+360N/mm2*763mm2*2)=2425.94KNNmax=269.10KN 满足弯矩作用平面外的承载力要求。2、下柱配筋计算取h0=800mm-40mm=760mm，与上柱分析方法类似，由表1.2A 柱内力设计值汇总表中选取以下两组最不利内力：M=393.64KNm，N=744.85KN；M=-105.00KNm，N=386.28KN、按M=393.64KNm，N=744.85KN计算：下柱计算长度l0=1.0 Hl=7.6m，附加偏心距ea
35、=800mm/30=26.7mm(大于20mm)b=100mm，b/f=400mm，h/f=150mme0=M/N=393.64*106Nmm/744850N=528.5m，ei=e0+ea=528.5mm+26.7mm=555.2mm由5 l0/h=7600mm/800mm=9.51.0取1=1.0=1+l0/h2*1*2/(1400*ei/h0=1+7600mm/800mm2*1.0*1.0/(1400* 555.2mm/760mm=1.088ei=1.088*555.2mm=604.1mm0.3*h0=228mm，为大偏心受压先假定中和轴在翼缘内，那么x=N/(1*fc*b/f)=744
36、850N/(1.0*14.3 N/mm2 *400mm)=130.2mm150mm说明中和轴在翼缘内，且x= 130.2mm，e=*ei+h/2- as=604.1mm+800mm/2-40mm=964.1mmAs=A/s=N*e-1*fc*( b/fb)*h/f*(h0-h/ /2)- *f*b*x*(h-x/2)/f*( h- a/)f1c0y0s=744850N*964.1mm-1.0*14.3N/mm2*(400mm-100mm)*150mm*(760mm-150mm/2)-1.0*14.3N/mm2 *100mm*130.2mm*(760mm-130.2mm/2)/360 N/mm2 *(760mm-40mm)=571mm2、按M=-105.00KNm，N=386.28KN计算计算方法与上述
