混凝土单层工业厂房设计计算书

混凝土单层工业厂房设计一、设计目的二、设计题目某金工车间，厂房长度66m，柱距为6m，不设天窗。跨度为24m，每跨间设有两台32t中级吊车。吊车采用大连起重机厂“85系列95确认”的桥式吊车，轨顶标志高度均为为9m。下部窗台标高为1.2m，窗洞4.8m3.6m；中部窗台标高为6.3m，窗洞4.8m1.5m；上部窗台标高为9.6m，窗洞4.8m1.2m，采用钢窗。室内外高差为350mm。屋面采用大型屋面板，卷材防水（两毡三油防水屋面），为非上人屋面。排架柱采用C30砼，基础采用C20砼；柱中受力钢筋采用HRP335钢，箍筋、构造筋、基础配筋采用HPB235钢。厂房所在地的地面粗糙度为B类，基本风压w0=0.7 kN/m2，组合值系数c=0.6；基本雪压S0=0.5kN/m2，组合值系数c=0.6。三、设计任务（1）选择厂房结构方案, 进行平面、剖面设计和结构构件的选型；（2）设计排架边柱及柱下单独基础；（3）绘制施工图，包括屋盖平面布置图，构件平面布置图及基础、基础梁布置图，排架柱模板、配筋图；柱下单独基础的模板、配筋图。四、设计步骤（一）厂房平、剖面布置及结构构件选型1厂房平面布置厂房的平面布置包括确定柱网尺寸、排架柱与定位轴线的关系和设置变形缝。柱距为6m，横向定位轴线用、表示，间距取为6m；纵向定位轴线用（A）、（B）表示，间距取等于跨度，即（A）（B）轴线的间距为24m。为了布置抗风柱，端柱离开（向内）横向定位轴线600mm，其余排架柱的形心与横向定位轴线重合。（A）（B）跨吊车起重量大于20t时，（A）列采用非封闭结合，初步取联系尺寸D=150mm。例图2-1 单厂的净空尺寸要求B3HBB1B2HC是否采用非封闭结合以及联系尺寸取多大，需要根据吊车架外缘与上柱内缘的净空尺寸B2确定（参见例图2-1）。应满足：其中吊车轨道中心线至柱纵向定位轴线的距离，一般取750mm；吊车轮中心线至桥身外缘的距离，对于10t、16t、20t和32t吊车分别为230mm、260mm、260mm、300mm；是上柱内边缘至纵向定位轴线的距离，对于封闭结合等于上柱截面高度，对于非封闭结合等于上柱截面高度减去联系尺寸D。假定上柱截面高度为400mm，则对（A）、（B）列柱B2=750-300+（400-150）=200mm80mm，满足要求对于单跨排架，上柱截面形心与纵向定位轴线重合，吊车架外缘与上柱内缘的净空尺寸能满足要求。厂房长度66m，小于100m，可不设伸缩缝。2 构件选型及布置构件选型包括：屋架（含屋盖支撑）、屋面板、天沟板、吊车梁、连系梁、基础梁、支撑（柱间支撑）、抗风柱等。1）屋面构件屋面板和嵌板屋面板的型号根据外加屋面均布面荷载（不含屋面板自重）的设计值，查92G410（一）。当屋架斜长不是屋面板宽1.5m的整数倍时，需要布置嵌板，嵌板查92G410（二）。荷载：二毡三油防水层 1.20.35=0.42kN/m220mm厚水泥砂浆找平层 1.20.0220=0.48kN/m2 屋面均布活载（不上人） 1.40.5=0.70kN/m2雪载 1.41.00.5=0.70kN/m2-小 计 1.60kN/m2采用预应力混凝土屋面板。根据允许外加均布荷载设计值1.60kN/m2，查附表1-5，中部选用Y-WB-1,端部选用Y-WB-1s ,其允许外加荷载1.99kN/m21.60kN/m2。板自重1.40kN/m2。 天沟板当屋面采用有组织排水时，需要布置天沟。对于单跨，既可以采用外天沟，也可以采用内天沟；对于多跨，内侧只能采用内天沟。而本例为单跨，选用外天沟。天沟的型号根据外加均布线荷载设计值查92G410（三）。计算天沟的积水荷载时，按天沟的最大深度确定。同一型号的天沟板有三种情况：不开洞、开洞和加端壁。在落水管位置的天沟板需开洞，分左端开洞和右端开洞，分别用“a”、“b”表示。厂房端部有端壁的天沟板用“sa”、“sb”表示。本例在、轴线处设置落水管。本例的外天沟宽度采用770mm。外天沟荷载:焦渣砼找坡层 1.21.50.77=1.39kN/m二毡三油防水层 1.20.350.77=0.32kN/m20mm厚水泥砂浆找平层 1.20.02200.77=0.37kN/m 积水荷载 1.4100.130.77=1.40kN/m屋面均布活载 1.40.50.77=0.54kN/m -小 计 3.48kN/m查附表1-6，一般天沟板选用TGB77-1，开洞天沟板选用TGB77-1a 或TGB77-1b，端部为TGB77-1sa 或TGB77-1sb, 允许外加荷载4.13kN/m3.48kN/m，自重2.24kN/m。2）屋架及支撑屋架型号根据屋面面荷载设计值、天窗类别、悬挂吊车情况及檐口形状选定。跨度较小时可采用钢筋混凝土折线型屋架，查95G314；跨度较大时可采用预应力混凝土折线型屋架，查95G414。本例不设天窗（类别号为a），檐口形状为外天沟，代号为D。屋面荷载:屋面板穿来的荷载 1.60 kN/m2屋面板自重 1.21.4=1.68 kN/m2灌缝重 1.20.1=0.12 kN/m2 -小 计 3.40 kN/m218m跨采用预应力混凝土屋架，中间选用YWJ18-1Da；两端选用YWJ-18-1Da。允许外加荷载3.5kN/m23.28 kN/m2，自重67.6KN。对于非抗震及抗震设防烈度为6、7度，屋盖支撑可按附图1-11-4布置。当厂房单元不大于66m时，在屋架端部的垂直支撑用CC-1表示，屋架中部的垂直支撑用CC-2表示；当厂房单元不大于66m时，另在柱间支撑处的屋架端部设置垂直支撑CC-3B。屋架端部的水平系杆用GX-1表示；屋架中部的水平系杆用GX-2表示。屋架上弦横向水平支撑用SC表示；当吊车起重量较大、有其他振动设备或水平荷载对屋架下弦产生水平力时，需设置下弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑用XC表示。当厂房设置托架时，还需布置下弦纵向水平支撑。本例不需设纵向水平支撑。3）吊车梁吊车梁型号根据吊车的额定起重量、吊车的跨距（LK=L2）以及吊车的载荷状态选定，其中钢筋混凝土吊车梁可查95G323、先张法预应力混凝土吊车梁可查95G425、后张法预应力混凝土吊车梁可查95G426。对18m跨厂房，吊车起重量为32t，中级载荷状态，Lk=18-20.75=16.5m，采用混凝土吊车梁。查附表1-4，中间跨选用DL-11Z，边跨选用DL-11。梁高1200mm，自重39.98KN。4）基础梁基础梁型号根据跨度、墙体高度、有无门窗洞等查93G320。墙厚240mm，突出于柱外。由附表1-8，纵墙中间选用JL-3，纵墙边跨选用JL-15；山墙6m柱距选用JL-16。基础梁布置见例图2-4。5）柱间支撑柱间支撑设置在、轴线之间，支撑型号可查表97G336。首先根据吊车起重量、柱顶标高、牛腿顶标高、吊车梁顶标高、上柱高、屋架跨度等查出排架号，然后根据排架号和基本风压确定支撑型号。6）抗风柱抗风柱下柱采用工字型截面，上柱采用矩形截面。抗风柱的布置需考虑基础梁的最大跨度。18m跨的抗风柱沿山墙等距离布置，间距为6m。例图2-2屋面平面布置，例图2-3构件平面布置，例图2-4基础、基础梁平面布置图三图见施工图。3厂房剖面设计剖面设计的内容是确定厂房的控制标高，包括牛腿顶标高、柱顶标高和圈梁的标高。牛腿顶标高等于轨顶标高减去吊车梁在支承处的高度和轨道及垫层高度，必须满足300mm的倍数。吊车轨道及垫层高度可以取0.2m。为了使牛腿顶标高满足模数要求，轨顶的实际标高将不同于标志标高。规范允许轨顶实际标高与标志标高之间有200mm的差值。柱顶标高H=吊车轨顶的实际标高HA+吊车轨顶至桥架顶面的高度HB+空隙HC（参见例图2-1）其中，空隙HC不应小于220mm；吊车轨顶至桥架顶面的高度HB可查95G323。柱顶标高同样需满足300mm的倍数。由工艺要求，轨顶标志高度为9m。对于18m跨：取柱牛腿顶面高度为7.8m。吊车梁高度1.2m，吊车轨道及垫层高度0.2m，则轨顶构造高度，HA=7.8+1.2+0.2=9.2m。构造高度-标志高度9.2-9=0.2m，满足200mm差值的要求。查附表1-1，吊车轨顶至桥架顶面的高度HB=2.347m，则H= HA+ HB+ Hc=9.2+2.347+0.22=11.767m。为满足模数要求，取H=12.0m。对于有吊车厂房，除在檐口或窗顶设置圈梁外，尚宜在吊车梁标高处增设一道，外墙高度大于15m时，还应适当增设。圈梁与柱的连接一般采用锚拉钢筋210212。现在4.8m、9.0m和10.86m标高处设三道圈梁，分别用QL-1、QL-2、QL-3表示。其中柱顶圈梁可代替连系梁。圈梁截面采用240240mm，配筋采用412、6200。圈梁在过梁处的配筋应另行计算（由于A、B柱对称，下列图中部分以A柱为例）。例图2-5给出了厂房剖面布置。三、排架柱设计1计算简图对于没有抽柱的单层厂房，计算单元可以取一个柱距，即6m。排架跨度取厂房的跨度，上柱高度等于柱顶标高减取牛腿顶标高。下柱高度从牛腿顶算至基础顶面，持力层（基底标高）确定后，还需要预估基础高度。基础顶面不能超出室外地面，一般低于地面不少于50mm。对于边柱，由于基础顶面还需放置预制基础梁，所以排架柱基础顶面一般应低于室外地面500mm。为了得到排架柱的截面几何特征，需要假定柱子的截面尺寸。从刚度条件出发，可按教材表2-3选取。4004009001002525100400100A柱B柱例图2-6排架柱截面尺寸1）确定柱子各段高度基底标高为-2.0m，初步假定基础高度为1.4m，则柱总高H=12.0-(-2.0)-1.4=12.6m；上柱高度Hu=12.0-7.8=4.2m；下柱高度Hl=12.6-4.2=8.4m。2）确定柱截面尺寸下柱截面高度，根据吊车起重量及基础顶面至吊车梁顶的高度Hk，由表2-3 当Q=32t时：hHk/10=9600/10=900mm，取900mm下柱截面宽度,根据顶面至吊车梁底的高度Hl，由表2-3 bHl/20=8400/20=400mm，且400mm，取400mm （A）、（B）列柱下段柱截面采用I形，b=400mm、h=900mm，上柱截面采用正方形b=h=400mm，各柱下段柱截面的详细尺寸见例图2-6。3）计算柱截面几何特征各柱截面的几何特征见例表2-1。例图2-7给出了计算简图。例图 2-7 排架计算简图例表2-1 截面几何特征柱号A柱B柱上柱下柱上柱下柱截面尺寸（mm）正方形400400工字形400900100矩形400400工字形400900100面积A(103mm2)160.0157.5160.0157.5惯性矩I(106mm4)213316611213316611每米长重量G(kN/m)4.003.944.003.942荷载计算排架的荷载包括恒载、屋面活荷载、吊车荷载和风荷载。荷载均计算其标准值。1）恒载恒载包括屋盖自重、上柱自重、下柱自重、吊车梁及轨道自重。 屋盖自重P1面荷载：防水层、找平层等 0.35+0.4=0.75kN/m2屋面板自重 1.40kN/m2 屋面板灌缝 0.10kN/m2-小 计2.25 kN/m2 外天沟板线荷载：找坡等1.16+0.27+0.31=1.74kN/mTGB77-1自重 2.24kN/m -小 计3.98kN/m集中荷载：18m跨屋架自重 67.6kN屋架作用在柱顶的恒载标准值：A柱： P1A=2.25618/2+3.986+0.567.6=179.2kNB柱： P1B=2.25618/2+3.986+0.567.6=179.2kNP1作用点位置与纵向定位轴线的距离为150mm，见例图2-8。 上柱自重P2A柱： P2A=44.2=16.8kNB柱： P2B=44.2=16.8kN 下柱自重P3下柱大部分截面为I形，但牛腿部位及插入杯口基础的部分是矩形截面。假定矩形截面的范围为自牛腿顶面向下1400mm及基础顶面以上1100mm。近似忽略牛腿的重量。A柱：P3A=3.94（8.4-1.4-1.1）+0.90.425(1.4+1.1)=45.35kNB柱：P3B=45.35kN 吊车梁、轨道、垫层自重P4取轨道及垫层自重为0.8KN/m。A柱： P4A=0.8 6+39.98=44.8kNB柱： P4B=44.8kNP4的作用点离纵向定位轴线的距离为750mm，见例图2-8。2）屋面活荷载P5 屋面活荷载取屋面均布活载和雪荷载两者的较大值0.5kN/m2A柱： P5A=（1860.5）/2+0.7760.5=29.3kNB柱：P5B=（1860.5）/2+0.7760.5=29.3kN P5作用位置同P1。3）吊车荷载吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k从产品目录查得吊车基本尺寸和轮压，列于例表2。例表2吊车基本尺寸和轮压 起重量Q（t）吊车跨度Lk(m)吊车桥距B（mm）轮距K（mm）吊车总重（G+g）(t)小车重g(t)最大轮压Pmax(kN)最小轮压Pmin(kN) 3216.5664046503310.927840.5P1maxP1maxP2maxP2maxK1K2xy2y3y4y1=1例图2-9 吊车荷载计算简图表中Pmin=0.5(G+g+Q)-Pmax 吊车竖向荷载Dmax、Dmin根据两台吊车作用的最不利位置用影响线求出。Dmax、Dmin的计算简图见例图2-9。图中两台吊车之间的最小轮距x=（B1-K1）/2+（B2-K2）/2。对应于轮子位置影响线的高度y2、y3、y4可利用几何关系求得。18m跨两台吊车相同，均为32t吊车，P1max=P2max=278kN，P1min=P2min=40.5kN，；x=(6640-4650)/2+(6640-4650)/2=1990mm；y2=(6-4.65)/6=0.225，y3=(6-1.9)/6=0.683，y4=0。 Dmax,k= P1max(y1+y2)+P2max(y3+y4)=278（1+0.225+0.683+0）=530.4kNDmin,k=P1min(y1+y2)+P2min(y3+y4)=40.5（1+0.225+0.683+0）=77.3kN吊车横向水平荷载Tmax,k，18m跨，吊车额定起重量16tQ1, 取1=1.0。 2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.018.4/0.4=0.94所以： e=h/2+ei-as=400/2+1.32342-35=616.44mm =41.1mmminbh=320mm2）。箍筋按构造确定。箍筋间距不应大于400mm及截面的短边尺寸，且不大于15d；箍筋直径不应小于d/4，且不应小于6mm。现配置6200。3下柱截面配筋设计 下柱截面按I形截面，采用对称配筋，沿柱全长各截面配筋相同。I形截面大小偏心受压可用下式判别：当x=N/1fcbf hf时，中和轴在受压翼缘内，按第一类I截面的大偏心受压截面计算；当hfX=N-1fc(bf-b)hf/1fcbbh0时，中和轴通过腹板，按第二类I截面的大偏心受压截面计算；当bh0X h-hf时，中和轴通过腹板，按小偏心受压截面计算；当h-hf Xh时，中和轴在受拉翼缘内，按小大偏心受压截面计算。需注意，当判别为小偏心受压时，上述算得的受压区高度x并不是实际的受压区高度。对于本例柱B，bh0=0.55865=475.8mm；。柱B下柱截面共有6最不利内力，汇总于例表2-10。通过判断可选取其中的3组进行配筋计算。例表2-10 柱B -、-截面内力组合值汇总和取舍组 号123456内力值M（kN.m）264.626267.40261.901264.62311.518117.87N（kN）957.2641031.52288.961046.24438.4161083.58x（mm）331.9383.850.5394.176.6420.2判别大偏心大偏心大偏心大偏心大偏心大偏心取舍注：大偏压时，两组内力若M1M2、N1M2，或M1M2、N1N2，则第1组比第2组不利；小偏压时，两组内力若若M1M2、N1N2，或N1N2、M1M2，或M1M2、N1N2时，则第1组比第2组不利。I型截面的大偏心受压，当受压区高度x小于受压翼缘bf时，按宽度为bf的矩形截面计算；当x小于受压翼缘bf时，按下式计算对称配筋I型截面小偏心受压的基本公式为 N=1fc bx+(bf-b)hf+ As（fy -s） Ne=1fcbx(h0-x/2)+ 1fc(bf-b)hf(h0- hf/2)+ fy As(h0- as) s=(x/h0-0.8)fy /(b-0.8)可用迭代法进行计算。先假定受压区高度x=x0，由第3式得到s=960-1.387x0（A）由第3式可得到As=Ne-1fcbx0(h0-x0/2)-1fc(bf-b)hf(h0- hf/2)/ fy (h0- as) =Ne-1430x0(865-x0/2)- 349.6106/249000（B） 将s、As代入第1式，可得到新的受压区高度xx=N-1fc (bf-b)hf- As（fy -s）/ 1fc b=N-429000- As（300-s）/ 1430（C）将x代替x0，重复使用式（A）、（B）、（C），直到满足精度要求。例表2-11列出了3组控制内力的计算过程。例表2-11 下柱截面的承载力计算序号设计内力e0(mm)ei(mm)l0/h12ex(mm)Ax= Ax(mm2)M(kN.m)N(kN)1267.4021031.52259.21289.29111.17753.4383.80261.901288.906214.3244.314111.5781.550.5minA=315mm2） 下柱的箍筋采用6200。4牛腿设计1）截面尺寸验算 牛腿宽度取与排架柱同宽，即400mm；牛腿长度应满足吊车梁的搁置要求；牛腿高度初选1000。牛腿高度应满足斜截面抗裂的要求： 式中 Fhk作用在牛腿顶部的水平拉力标准值，对本例为0； Fvk作用在牛腿顶部竖向力标准值，P4B+Dmax,k=44.8+530.4=575.2kN；裂缝控制系数，支承吊车梁的牛腿取=0.65；a竖向力作用点至下柱边缘的水平距离，0+20=20mm h0牛腿截面有效高度1000-40=960mm；b牛腿宽度，为400mm；ftk混凝土抗拉强度标准值，对于C30混凝土ftk=2.01N/mm2。 截面尺寸满足要求。2）配筋及构造 纵向钢筋 又由于Asminbh=0.2%4001000=800 mm2因而选用320(As=941 mm2800 mm2)。箍筋选用8100，满足构造要求。因a/h=20/960=0.0228kN，满足要求。2）吊车梁与牛腿面的连接连接钢板的大小由混凝土的局部受压承载力确定。 P=1.2P4+1.4Dmax=1.244.8+1.4530.4=796.3kN AP/(0.75fc)=796.3103/(0.7514.3)=74249mm2取:ab=400400=160000 mm2，厚度=10mm。