单层混凝土工业厂房设计

混凝土厂房设计 李海龙 5320005112152099建 筑 结 构 设 计单层混凝土厂房设计题号：37#专 业：土 木 工 程 姓 名： 嵇 超 学 号：5320005113152054指导老师： 邰 燕 混凝土厂房设计一、设计资料与设计内容1.设计资料 某金工车间，设计使用年限50年，结构安全等级为二级，地基基础设计等级为丙级，环境类别一类，建筑耐火等级为三级。不考虑抗震设防。厂房长度66m，柱距6m,不设天窗。窗台标高为1.2m,上部窗洞4.8m1.2m,下部窗洞4.83.6m,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。厂房所在地的地面粗糙度为B类，基本风压w0=0.7kN/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。基础持力层为粉土，粘粒含量c=0.8，地基承载力特征值fak=180kN/m2，埋深-2.0m,基底以上土的加权平均重度m=17kN/m3，基底以下土的重度=18kN/m3。地基基础的设计等级为丙级。24m单跨，每跨2台32t中级吊车，轨顶标高为9m。2设计内容（1）选择厂房(包括厂房平、剖面设计和结构选型)与材料选择；（2）设计排架中柱、吊车梁与排架柱连接处的预埋件；（3）绘制施工图，包括结构平面布置图、厂房剖面布置图、排架中柱的模板图和配筋图等。二、结构方案设计1.厂房平面设计厂房的平面设计包括确定柱网尺寸、排架柱与定位轴线的关系和设置变形缝。柱距为6米，横向定位轴线用1,、2.表示，间距取为6米；纵向定位轴线用（A）,(B)表示，间距取等于跨度，即（A）(B)轴线的间距均为24米。为了布置抗风柱，端柱离开（内向）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）跨的吊车起重量大于20t，（A）列柱出采用非封闭结合，初步取联系尺寸D=150mm。是否采用非封闭结合以及联系尺寸取多大，需要根据吊车外缘与上柱内缘的净空气尺寸B2确定.B2=-（B1+B3）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;B1吊车中心线至桥身外缘的距离，对于10t,16t,20t和32t吊车（大连起重机厂“85系列”）分别为230mm,260mm,260mm,300mm;B3是上柱内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（A）列柱 B2=750-300+(400-150)=200mm80mm,满足要求对于等高排架，中柱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面板、天沟板、屋架（含屋盖支撑）、吊车梁、连系梁、基础梁、柱间支撑、抗风柱等。1）屋面构件（1）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92（03）G410-1。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92（03）G410-2。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取较大值 雪载 1.41.00.4=0.56KN/m2小计 1.60KN/m2采用预应力混凝土屋面板。根据容许外加均布荷载设计值1.60KN/m2,查书后附表C.1，中部选用Y-WB-111端部选用Y-WB-111S,其容许外加荷载1.99KN/m21.60KN/m2。板自重1.40KN/m2。嵌板采用钢筋混凝土板，查表C.2，中部选用KWB-1，端部选用KWB-1S，其容许外加荷载3.35KN/m21.60KN/m2,板重1.70KN/m2。 （2）天沟板当面板采用有组织排水时，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。天沟的型号根据外加均布线荷载设计值查92（03）G410-3。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要开洞，分左端开洞和右端开洞，分别用“a”、“b”表示。厂房端部有断壁的天沟板用“sa”、“sb”表示。外天沟荷载： 焦渣混凝土找坡层 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取较大值 屋面均布活载 1.40.50.77=0.54KN/m小计 3.48KN/m查附表C.3，一般天沟板选用TGB77-1，开洞天沟板选用TGB77-1a或TGB77-1b,端部为TGB77-1Sa或TGB77-1Sb,容许外加荷载4.13KN/m3.48KN/m,自重2.24KN/m。同理可求的内天沟板荷载设计值2.81KN/m,由附表C.3，一般天沟板选用TGB62-1，开洞天沟板选用TGB62-1a或TGB62-1b，端部为TGB62-1Sa或TGB62-1Sb,容许外加荷载3.16KN/m2.81KN/m,自重2.06KN/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95（03）GB314；跨度较大时可采用预应力混凝土折线型屋架，查95(03)G414。本题不设天窗（类别号为a），查书后附表D1.2，檐口形状为一端外天沟、一端内天沟，查书后附表D.1.1,代号为D。屋面荷载：屋面板传来的荷载 1.60KN/m屋面板自重 1.21.4=1.68KN/m灌缝重 1.20.1=0.12KN/m小计 3.40KN/m24m跨采用预应力混凝土屋架，中间选用YWJ18-1Da；两端选用YWJ-18-1Da。由书后附表D.1，容许外加荷载3.5 KN/m23.28 KN/m2,自重67.6KN。对于非抗震及抗震设防烈度6、7度，屋盖支撑可按书后附表E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-3.屋架端部的水平杆用GX-1表示；屋架中部的水平杆系用GX-2表示。屋架上弦横向水平支撑用SG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玄产生水平力时，需设置下玄横向水平支撑，下玄横向水平支撑用XG表示。当厂房设置托架时还需布置下玄纵向水平支撑。本设计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=L-2）以及吊车的荷载状态选定，其中钢筋混凝土吊车梁可查95（03）G323、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95（03）G426。对24m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93（03）G320。墙厚240mm，突出于柱外。由书后附表G.1，纵墙中间选用JL-3，纵墙边跨选用JL-15；山墙6m柱距选用JL-14，山墙4.5m柱距选用JL-23。5）柱间支撑柱间支撑设置在（6），（7）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。24m跨的抗风柱沿山墙等距离布置，间距为6m。下图给出了构件平面布置。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撑处的高度和轨道及垫层高度，必须满足300m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。规范容许轨顶实际标高之间有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。（基本教程图3.1.14）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95（03）G323。柱顶标高同样需要满足300mm的倍数。由工艺要求，轨顶标志高度为9m。对于24m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=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=9.0+2.347+0.22=11.57m。为满足模数要求，取H=11.1m。对于有吊车厂房，除在檐口或窗顶设置圈梁外，尚应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2.4m和10.86m标高处设二道圈梁，分别用QL-1、QL-2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。圈梁在过梁处地配筋应另行计算。上图给出了厂房剖面布置。 二、排架内力分析1、计算简图对于没有抽住的单层厂房，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去牛腿顶标高。下柱高度从牛腿顶算至基础顶面，持力层（基底标高）确定后，还需要预估计出高度。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，由于基础顶面还需要放置预制基础梁，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，可按基础教材表C.1.1选取。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；则柱总高度H=11.1-（-2.0）-1.4=11.7m；上柱高度Hu=11.1-7.8=3.3m；下柱高度Hl=11.7-3.3=8.4m。2）确定柱截面尺寸下柱截面高度，根据吊车起重量级基础顶面至吊车梁顶的高度Hk，由基础教材附表C.1.1，当Q=32t时：hHk/9=8400/9=840mm,取900mm。下柱截面宽度，根据顶面至吊车两地的高度H1，由表12-3，bHl/20=8400/20=420,且400mm,取400mm(A)、（B）列柱下段截面采用I形，b=400mm、h=900mm，上柱截面采用正方形b=h=400mm；个柱下段截面的详细尺寸见图。3）计算主界面几何特征个柱截面的几何特征见表1。 排架计算简图 表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）160.0159.5160.0159.5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荷载、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。（1）屋盖荷载面荷载：防水层、找平层等 0.35+0.4=0.75KN/m2屋面板自重 1.40 KN/m2屋面板灌缝 0.10 KN/m2小计 2.25 KN/m2外天沟板线荷载：找坡等 1.16+0.27+0.31=1.74 KN/m2TGB77-1自重 2.24 KN/m2 小计 3.98 KN/m2内天沟线荷载：找坡等 1.40 KN/m2内天沟板自重 2.02 KN/m2 小计 3.42 KN/m2集中荷载：24m跨屋架自重 67.6 KN/m2屋架作用在柱顶的恒荷载标准值：A、B柱：P=2.25624/2+3.986+0.567.6=219.68KNP1作用点与纵向定位轴线的距离为150mm。（2）上柱自重P2A、B柱：P2=43.3=13.2KN（3）下柱自重P3下柱大部分截面为I形，但牛腿部位是矩形截面。假定矩形截面的范围为自牛腿顶面下1400mm及基础顶面以上1100mm。近似忽略牛腿的重量。A柱：3.94(8.4-1.4-1.1)+0.90.425(1.4+1.1)=45.746KNB柱：45.746KN（4）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=0.86+39.98=44.8KNB柱：P4B=44.8KNP4的作用点离纵向定位轴线的距离为750mm。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=(2460.5)/2+0.7760.5=38.31KNB柱：P5B=38.31KNP5作用位置同P1。3）吊车荷载（1）吊车竖向荷载Dmax,kDmin,k 从书后附表A.1查得吊车基本尺寸和轮压，列于表2.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)3216.5664046503310.927840.5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的计算简图见图9。图中两台之间的最小轮距x=(B1-K1)/2+(B2-K2)/2。对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。24m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)= 530.4 KNDmin,k= P1min (y1+y2)+P2min(y3+y4)= 40.5(1+0.225+0.683+0) = 77.3KN(2)吊车横向水平荷载Tmax,k24m跨，吊车额定起重量16tQ50t,吊车横向水平荷载系数=0.1,每个大车轮产生的横向水平制动力为T=(G+ Q)/4=0.1(32+10.9)9.8/4=10.5KNT的最不利位置同Pmax，故 Tmax,k=T（1+0.225+0.683+0)=10.5(1+0.225+0.683+0)=20.0KN Tmax作用点的位置在吊车梁顶面。4）风荷载该地区基本风压W0=0.7KN/m2,地面粗糙度为B类。（1）作用在柱上的均布荷载柱顶标高11.1m，室外地面标高-0.35，则柱顶离室外地面高度为11.1-（-0.35）=11.45m，查基本教程附表A.7，风压高度系数z=1.039。从基本教程附表A.6，可查得风荷载体型系数s，标于图10。单层工业厂房，可不考虑风振系数，取z=1。q1=szz W0B=0.81.0391.00.76=3.5KN/mq2=szz W0B=-0.51.0391.00.76= -2.18 KN/m(2)作用在柱顶的集中风荷载FW 作用在柱顶的集中风荷载FW由两部分组成：柱顶至掩口竖直面上的风荷载FW1 和坡屋面上的荷载FW2(见图11)，其中后者的作用方向垂直于屋面，因而是倾斜的，需要计算其水平方向的分力（竖向分力在排架分析中一般不考虑）。为了简化，确定风压高度系数时，可统一取屋脊高度。屋脊高度=柱顶高度+屋架轴线高度（屋脊处）+上、下弦杆截面增加高度+屋面板高度。对于24m跨：H=11.45+(2.65+0.15+0.12)+0.24=14.61m，z=1.128。柱顶至檐口的高度=屋架轴线高度（端头处）+上、下弦杆截面增加高度+天沟板宽度；坡屋面高度=屋脊高度-柱顶高度-柱顶至檐口的高度。FW1=0.81.12810.7(1.18+0.27+0.4) 6=7.02KN()FW1=0.41.12810.(1.23+0.27+0.4) 6=3.56KN()FW2=(-0.6+0.5) 1.12810.7(14.56-11.4-1.85) 6=-0.62KN()FW2=(-0.4+0.4) 1.11810.7(14.2-11.4-1.9) 6=0FW= FW1+ FW1+ FW2 +FW2=7.02+3.56-0.62+0=9.96KN()同理可求的又吹向左风()迎风面和背风面地q1、q2大小相等、方向相反。Fw=0.81.11810.7(1.23+0.27+0.4) 6+0.41.12810.7(1.18+0.27+0.4)6+(-0.6+0.5) 1.11810.7（14.2-11.4 -1.9）6+0=10.22KN()3、内力分析在计算简图中，上柱的计算轴线取为上柱的截面形心线，下柱的计算轴线屋为下柱的截面形心线。下面计算时弯矩和剪力的符号按照下述规则：弯矩以顺时针方向为正；剪力以使构件产生顺时针方向转动趋势为正；轴向力以压为正。各柱的抗剪刚度计算结果见表3 表3柱的抗侧刚度及剪力分配系数项目n=Iu/Il=Hu/HA柱2133/16611=0.12844.5/11.7=0.3852.162422.4272EC0.365B柱0.12840.3852.162422.4272EC0.3651)恒荷载作用下的内力分析恒荷载的计算简图可以分解为两部分：作作用在柱截面形心的竖向力和偏心力矩。屋盖自重对上柱截面形心产生的偏心力距为（参见永久荷载作用点位置）：M1A=219.68（0,.15-0.05）=21.968KN.MM1B=-21.968KN.M屋盖自重、上柱自重、吊车梁及轨道自重对下柱截面形心产生的偏心力矩为 M2A=-219.680.25-240.25+44.80.45=-39.26KN.M 偏心力矩作用下，各柱的弯距和剪力分配法计算。先在柱顶加上不动的铰支座，利用基本教程附录C.32求出各柱顶不动铰支座地反力；然后将总的支座反力反向作用于排架柱顶，根据剪力分配系数分配给个柱（剪力分配过程列于表4）；最后求出各柱柱顶的剪力（见图13a），得到每根柱的柱顶剪力后，单根柱利用平衡条件求出各界面的弯距及柱底截面剪力。 表4恒荷载下柱的剪力分配项目nC1C3M1M2Ri iViA 柱0.12840.3852.170.9221.968-39.260.98（）0.5-0.98（）B 柱0.12840.3852.170.92-21.96839.26-0.98（）0.50.98 （）单根柱的受力及柱底剪力、弯矩图、轴力图2) 屋面活荷载作用下的内力分析屋面活载下的内力分析方法同屋盖自重作用下的内力分析。剪力分配过程列于表5表5 屋面活荷载下柱的剪力分配项目C1C3M1M2RiiViA柱2.170.9238.310.1=3.831-38.310.25=-9.58-0.04（）0.50.04（）B柱2.170.92-38.310.1=-3.83138.310.25=9.580.04（）0.5-0.04（）单根柱的受力及柱底剪力、弯矩图、轴力图3）吊车竖向作用下的内力分析吊车竖向荷载有两种基本情况，如图所示。吊车竖向荷载下的计算简图也可以分解成两部分：作用于下柱截面形心的竖向力和作用在牛腿顶面的偏心力矩。在偏心力矩下的剪力分配过程列于表6。下图是吊车竖向荷载下内力图。 表6吊车竖向荷载下柱剪力的分配计算项目C3M2RiRiiViDmax作用于A柱A柱0.92530.40.45=238.6818.77()17.4-4.56=14.210.5-11.67()B柱0.92-77.30.75=-57.98-4.56()0.511.67 ()Dmin作用于A柱A柱0.9277.30.45=34.792.74 ()2.36-31.28 =-28.540.5-17.01 ()B柱0.92-530.40.75=-387.8-31.28()0.517.01 ()A柱作用A柱作用4)吊车水平荷载作用下的内力分析吊车水平荷载下有两种情况，每种情况的荷载可以反向，如图2-20中的虚线所示。吊车水平荷载的剪力分配过程见表7，图是其内力图。 表7吊车水平荷载下柱间力的分配计算项目C5TRi=C5TRiiViA、B跨作用TmaxA柱0.453209.06() 9.06+9.06=18.120.50B柱0.453209.06()0.50 注*C2根据a、和吊车水平荷载的作用位置由基本教程附录C.2查得。A、B跨作用的排架内力图5）风荷载作用下的内力分析风荷载作用下有两种情况。左吹向右风荷载下的剪力分配过程见附表8，图是风荷载下的内力图。因本题右吹向左风时的荷载值与左吹向右风时的荷载数值很接近（q1、q2 大小相等，Fw=4.98kN、Fw=5.11kN），可利用左吹向右风的内力图。表8 风荷载下柱剪力的分配计算项目C11qRi=qHC11WR=W +R i iVi左吹向右风A柱0.3113.512.74()9.9630.630.52.58() B柱0.3112.187.93()0.57.39()注：由基本教程附录2，四、 内力组合1荷载组合排架柱截面尺寸符合表12-3 要求后，一般不需要进行正常使用极限的变形验算，仅需要进行承载力计算。承载能力极限状态采用荷载效应的基本组合。基本组合考虑两类情况：由活荷载效应控制的组合和由恒荷载效应控制的组合。对于排架结构，由活荷载效应控制的组合可采用简化规则，取下列两种情况的较大值：G1SGK+Q1SQ1K式中 、分别为恒载标准值和活载标准值下的荷载效应，即内力；、为荷载和活载的分项系数，分别取1.2 和1.4；0.9简化组合值系数。由恒载效应控制的组合按下式进行式中 为活荷载的组合值系数，中级载荷状态吊车荷载的组合值系数为0.7。此时恒载分项系数取1.35。设计基础，确定基础底面尺寸时，需进行地基计算，此时上部结构传来的荷载效应采用标准组合。故对于下柱的截面，尚需按下式进行荷载的标准组合：2.内力组合排架柱属偏心受压构件，剪力一般不起控制作用（斜截面承载力一般能满足）。最不利内力组合包括：最大正弯矩及相应的轴力、最大负弯矩及相应的轴力、最大轴力及相应的弯矩、最小轴力及相应的弯矩。当采用对称配筋时，前两项可合并为弯矩绝对值最大及相应的轴力。每项组合，按一个目标（如弯矩最大）确定活荷载是否参与组合。需注意：1） 当组合中包含吊车水平荷载时，必须同时包含吊车竖向荷载；2） 由于吊车水平荷载最多考虑两台，故A、B 跨作用Tmax 和B、C 跨作用Tmax两种情况（表9 中、）只能取一种；吊车水平荷载可反向，根据组合目标选择；3） 对于多跨厂房，吊车竖向荷载最多可以考虑四台吊车，所以例表2-9 中的荷载种类或和或可以同时考虑，但和、和只能取其中一项；4） 同时考虑两台和同时考虑四台，多台吊车的荷载系数是不同的，对于中级载荷状态，前者为0.9，后者为0.8；5） 组合最大轴力和最小轴力时，轴力为零的项也应该包含进去。尽管这样做对轴力没有影响，但可使弯矩增大。轴力不变时，弯矩越大越不利。3 内力组合值柱的内力组合过程列于表9。表9柱的内力组合组合项目M()N()V()基本组合Mmax1.21.40.9()56.15333.49-Mmax1.21.40.9()-44.85285.22Nmax1.21.40.9()-39.80333.49Nmin1.21.40.9()-44.85285.22Mmax1.21.40.9（）261.811055.55-Mmax1.21.40.9（）-85.46484.64Nmax1.21.40.9（）261.811055.55Nmin2.13282.48Mmax1.21.40.9（）253.701110.45-57.72-Mmax1.21.40.9（）-204.02491.27-45.75Nmax1.21.40.9（）253.701110.45-57.72Nmin156.78328.2337.59标准组合Mmax0.9（）376.65840.0741.09Nmax,k0.9（）376.65840.0741.09五、排架中柱截面设计1计算长度及材料强度柱子计算长度根据表12-4查得。考虑吊车荷载时 上柱：lu=2.0Hu=2.03.3=6.6m； 下柱：ll=1.0Hl=1.08.4=8.4m不考虑吊车荷载时 上柱：lu=1.5Hu=1.54.5=4.125m ； 下柱：ll=1.5Hl=1.58.4=12.6mC30混凝土，fc=14.3N/mm2，。HRB335纵向钢筋，fy= fy=300 N/mm2；HPB235箍筋、构造筋， fy=210 N/mm2。2上柱截面配筋设计 上柱截面尺寸已初定为400400mm，采用对称配筋。上柱的控制截面（I-I）有三组最不利内力： ； ，上述三组内力下的受压区高度系数，均属于大偏心受压。在大偏心受压构件中，M相近，N越小越不利；N相近时，M越大越不利，因此可用第组内力计算配筋。e0=M/N=44.85/285.22=0.157 m； ea =0.02；ei=e0+ea=0.157+0.02=0.177m 1=0.5fcA/N=0.514.3160000/285220=4.011, 取1=1.0。 2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.016.6/0.4=0.985所以： e=h/2+ei-as=900/2+1.06177-35=542.7mm =49.9mmminbh=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，bh0=0.55865=475.8mm；。下柱截面共有6最不利内力，汇总于表10。通过判断可选取其中的3组进行配筋计算。表10 柱-、-截面内力组合值汇总和取舍组 号123456内力值M（kN.m）261.81-85.462.13253.70-204.02156.78N（kN）1055.55484.64282.481110.45491.27328.23x（mm）400.6584.7349.38439.0485.8957.38判别大偏心大偏心大偏心大偏心大偏心大偏心取舍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。表11列出了3组控制内力的计算过程。表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)1253.71110.45228.5248.59.3111.16703.26439.041052204.02491.27415.3435.39.3111.09889.4885.8903156.78328.23477.7497.711.7111.12972.4281.521396.7kN 满足要求。偏柱下柱的箍筋采用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，对本题为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， 300+20=320mm 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252515015030d=300410 吊车梁上缘与上柱内侧的连接 选用418 (As=1019mm2)。箍筋选用8100，满足构造要求。因a/h=20/960=0.020.3，不设弯弯起钢筋。 6.预埋件设计 单层厂房是全安装配结构，所以用于构件之间的预埋件种类较多。每根排架柱都有的预埋件包括：用于珠子与屋架连接的预埋件M-1；用于吊车梁与牛腿连接的M-2以及用于吊车梁顶面与排架柱连接的M-3。此外，设置柱间支撑的两侧排架柱还有连接上柱支撑的M-4和连接下柱支撑的M-5，如下图所示。1）吊车上缘与上柱内侧的连接(B柱左，如图）承受法向拉力的预埋件，应满足N0.8bfyAs式中N法向拉力设计值，1.4Tmax=18.76kN；b系数，b=0.6+0.25t/d=0.6+0.2510/10=0.85。现0.8bfyAs=0.80.85300314=64103N28kN，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)= 65007mm2取:ab=400400=160000 mm2，厚度=10mm。3）墙体与柱的连接 在抗震设防区，要求墙体与柱有可靠的连接。柱内应伸出预埋的锚拉钢筋通常采用6每隔8-10皮砖与墙拉结，如下图所示。在圈梁与柱的连接处，柱内也应伸出预埋件的锚拉钢筋，锚拉钢筋不少于212。六、基础设计1基础设计资料 基础采用C20砼，抗拉强度ft=1.1N/mm2；HPB235钢筋抗拉强度fy=210N/mm2。基础顶面（即排架柱的截面）内力组合列于表12。表12 B柱杯口顶面内力组合组号基本组合标准组合M（kN.m）N（kN）V（kN）Mk（kN.m）Nk（kN）Vk（kN）1253.701110.45-57.72376.65840.0741.092-204.02491.27-45.74-197.11432.2836.28注：对基础设计:最小轴力组合是非控制内力，未列出。2初定基础几何尺寸基础采用平板式锥形杯口基础。柱子插入基础杯口深度h1应满足三个条件：吊装时的稳定，大于5%的柱长；大于纵向钢筋的锚固长度；表2-5的规定。今取h1=850mm。杯口顶部尺寸：宽=400+275=550mm；长=900+275=1050mm。杯口底部尺寸：宽=400+250=500mm；长=900+250=1000mm。杯壁尺寸：厚度t=300mm；杯壁高h2t/0.75=400mm，取400mm。杯底厚度：a1=250mm。基础总高度： hh1+ a1+50=850+250+50=1150mm，取1150mm。基础埋深：d=2.0-0.3=1.7m。3地基计算先按轴心受压基础估算基础底面尺寸。 ANmax,k/(fak-sd)= 840.07/(180-201.7)= 5.76m2，初步选lb=2.54.0m。则底板面积A=2.54.0=10m2；截面抵抗矩W=lb2/6=2.542/6=6.67m3；基础及覆土自重Gk=sAd=20101.70=340kN。当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，地基承载力特征值需按下式进行修正： 式中fak地基承载力特征值，对于本例为140kN/m2；基础底面以下土的重度，对于本例为18kN/m3；PKNcMcVcGKMKFK300450ehh1例图2-26 地基的荷载m基底以上土的加权平均重度，对于本题为17kN/m3；b、d分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，对于颗粒含量小于10%的粉土，分别为0.5和2.0。fa=180+0.518(4-3）+217（1.7-0.5）=229.8kN/m2计算基础底面的压力时，如果是边柱基础，还应包括基础梁传来的荷载（详见例图2-26）。地基承载力计算采用荷载的标准组合，验算过程见表13。表13地基承载力计算计算项目Mk(kN.m)Nk(kN)Vk(kN)Gk(kN)Nk+Gk (kN)Mk+Vkh(kN.m)Pk=( Nk+G)/A(kN/m2)pkmax= Pk +Mk+Vkh/W (kN/m2)组合1376.65840.0741.093401180.7423.90118fa=229.8181.551.2 fa组合2-197.11432.2836.28340772.28155.3977 fa=229.8100.30l=2500mm，取2500； Fl冲切荷载，Fl= psA，其中A是考虑冲切荷载时取用的多边形面积，A=l(4-1.65-20.71)/2=1.16m2。 现Fl= psA=1391.16=184kN0.70.971.11825710=968103N，满足要求。2、基础底板受弯承载力计算柱边截面处（II）的地基净反力（参见例图2-27） pn,=180+(184-180)450/2000=181kN/m2沿基础长边方向的弯矩 MI=(4-0.9)2(22.5+0.4) (159+181)/48=367.6kN.m需要的配筋As,I=MI/(0.9fyh0)=367.6106/(0.9210(1150-40)= 1752mm2台阶处（II）的地基净反力 pn,=180+(184-180)825/2000=181kN/m2沿基础长边方向的弯矩MI=(4-1.65)2(22.5+1.15) (159+181)/48=240.6kN.m需要的配筋As,I=240.6106/(0.9210710)= 1792mm2在基础长边方向配置1612（12160，As=1809mm2）。基础短边方向按轴心受压考虑，地基净反力pn=180kN/m2。柱边截面（IIII）的弯矩为M=(2.5-0.4)2(24+0.9) 180/24=295kN.M 需要的配筋As=295106/0.9(1110-12)210= 1422mm2台阶处（IIII）截面的弯矩M=(2.5-1.15)2(24+1.65) 180/24=131.9kN.m需要的配筋 As=131.9106/0.9(710-12)210= 1001mm2在短边方向配8200(218，As=1055mm2)。七、柱吊装验算柱的吊装验算包括正截面承载力计算和裂缝宽度计算。当采用单点吊装时，吊点一般设在牛腿与下段柱交界处。起吊时，自重下的内力最大，其计算简图见下图。1内力计算 动力系数1.5，取施工阶段验算安全度等级降低系数为0.9，吊装时砼强度未达设计值，按照设计强度的70%考虑。 柱子底部的标高为-2.0+0.3=-1.7m，故柱全长为11.1-(-1.7)=12.8m。 q1=1.50.91.24=6.48kN/m q2=1.50.91.225(1.051.0-20.552)0.4/1.0=14.56kN/mq3=1.50.91.2(3.945. 7+0.40.9252.1)/7. 6=8. 82kN/mM1=6.484. 22/2=