单层厂房排架结构设计

塔里木大学混凝土结构课程设计单层厂房排架结构设计工程概况某车间为单跨厂房，柱高9米，车间总长度54米，跨中设有150/30kN吊车一台，吊车工作级别为5A级，轨顶标高10.1米，采用SBS防水卷材屋面。，240mm厚双面清水墙，钢窗宽度为5.6米，室内外高差为120mm素混凝土地面，厂房所在地的基本风压为，地面粗糙度为B类，基本雪压为，修正后的地基承载力为，活荷载和吊车荷载组合值系数为，风荷载组合值系数为0.6，吊车荷载准永久值系数为，活荷载和风荷载组合值系数均为，环境类别为一类，要求进行排架结构设计（不考虑抗震设防）梁用砼、柱、基础用砼，所有受力钢筋用级钢筋，箍筋用（仅考虑左吹风）。1结构构件选型及柱截面尺寸的确定图1 厂房剖面图表一 主要承重构件选型表 构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值屋面板04G410-11.5m9m预应力砼屋面板YWB-2(中间跨)YWB-2s(边跨)包括灌浆缝天沟板04G410-11.5m9m预应力砼屋面板TGB68-1屋架04G410-11.5m9m预应力砼折线形屋架YWJA-24-1Aa吊车梁04G323-2钢砼吊车梁DL-9Z(中间跨)DL-9B(边跨)轨道链接04G-325吊车轨道链接详图基础梁04G-320钢砼基础梁JL-3由图1可知柱顶标高为12.8米牛腿顶面标高为8.9米，舍室内地面至基础顶面的距离为0.5米则计算柱的总高度，下柱和上柱高度分别为，根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，截面尺寸，见表2；表2 柱截面尺寸及相应的计算参数参数柱号截面尺寸/mm面积/mm2惯性矩/mm4自重/（kN/m） A，B上柱矩400400 4.0下柱6001500200225 4.69 取一榀桁架进行计算，计算单元简图如图2；图2 计算单元和计算简图2荷载计算2.1 恒载1.1屋盖恒载SBS防水 20mm厚水泥砂浆找平层 100mm厚水泥蛭石保温层 一毡两油隔气层 20mm厚水泥砂浆找平层 预应力混凝土板 屋盖钢架支撑 屋架重力荷载为，则作用与柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为(1)吊车及轨道重力荷载设计值(2)柱自重重力荷载设计值2.2 屋面活荷载屋面活荷载标准值为，雪荷载为则作用于柱顶的屋面活荷载设计值为的作用位置与作用位置相同。各项恒荷载作用位置如下图所示图3 荷载作用位置图2.3 风荷载风荷载标准值按式（2.5.2）计算，其中根据厂房各部标高及B类地面粗糙程度，由附表5.1确定；柱顶（标高12.8m） 檐口（标高15.10m） 屋顶（标高16.5m） 如图4所示，由式（2.5.2）可得排架迎风面及背风面的风荷载设计值为图4 风荷载体型系数及排架计算简图则作用与排架上的风荷载设计值为 2.4 吊车荷载由表2.5.1可得300/50kN吊车的参数为：，根据B及K,可算得吊车梁支座反力影响线，各轮压对应点的竖向坐标值见图5所示图5 吊车荷载作用下支座反力影响线(1)吊车竖向荷载由式（2.5.4）和式（2.5.2）可得吊车竖向荷载设计值为(2)吊车横向水平荷载作用与每一个轮子上的吊车横向水平制动力按式（2.5.6）计算，即作用与排架上的吊车横向水平荷载设计值按式（2.5.7）计算，即3排架内力分析该厂房为单跨排架，可用剪力分配法进行排架内力分析，其中柱的剪力分配系数按式（2.5.16）计算，由设计概况可知A B柱均相等；，3.1恒荷载作用下的排架内力分析恒荷载作用下排架计算简图如图6所示，图中的重力荷载及力矩M是根据图3确定的，即由于排架为对称结构，切荷载对称，则排架无侧移，故各柱可按柱顶不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力可根据表2.5.2所列的相应公式进行计算。对于A B柱则用平衡条件求出各柱截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒荷载作用下排架结构的弯矩和轴力图分别为图6 bc;图6 恒荷载作用下排架内力图3.2 屋面活荷载作用下的排架内力分析有它在柱顶及变阶处引起的弯矩为由由题意可知：，屋面活荷载作用下排架结构的弯矩和轴力图分别为图7 bc;图7 屋面活荷载作用下排架3.3 风荷载作用下的排架内力分析风荷载作用下的排架内力计算简图见图8所示，由于由表2.5.2查得各柱顶剪力分别为：排架内力如图8所图8 左吹风时排架内力图3.4 吊车荷载作用下的排架内力分析（1） 作用A柱，计算简图如图9所示 图9 作用在A柱时的内力图由吊车竖向荷载在牛腿顶面处的力矩为对于A B柱排架各柱顶的剪力分别为排架各柱的弯矩图，剪力图及柱底剪力值如图9 bc。（2) 作用于AB跨中的内力分析；当跨作用吊车梁横向水平荷载时，排架计算简图，如图10所示图10 作用于跨中的内力图由AB柱 ，则；同理4内力组合由设计要求AB柱相同，则取一根柱进行内力组合，以A内力组合为列，由表3为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表5为A柱内力组合表，这两个表格中的控制截面及正号内力方向如表3的列图所示。内力组合按式（2.5.19）（2.5.21）进行，表4所列出的内力组合设计值已分别是4项组合中的最不利的情况。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用准永久值，同时只需对的柱进行验算，为此，表4 中已给出了Nq和Mq的组合值，对本案例来说，这些值均取自Nmin及相应的M和V一项。表3 A柱内力设计值汇总表柱号及正向内力荷载类型恒载屋面活载 吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载作用于AB跨作用于A柱作用于B柱作用于跨左风序号-M18.62-2.835-26.83-26.8344.5134.18N382.6256.700000-M-60.18-11.3476.3676.3644.5134.18N440.2256.70343.96343.9600-M28.56-14.1811.6911.69151.80285.24N493.1356.70343.96343.9600V9.4406.886.8811.41346.78注:1M（单位为KN*m），N（单位为KN）2表中恒载内力系数按所得。如取时，则恒载内力须乘以系数；如取时，则恒载内力须乘以表4 A柱控制截面组合内力设计值表截面及相应的及相应的及相应的及相应的备注 -M+0.7+0.7+0.668.301/1.2+0.8+0.7-37.1061.35/1.2+0.718.963 /1.2+0.767.182Nq=318.85N422.31318.85470.138318.85-M/1.2+0.8+0.7+0.662.603+0.7+0.70.8-69.866+0.7+0.7+0.659.907 /1.2+0.7+47.812 N642.018672.528823.87 607.622-M+0.70.8+0.7426.606/1.2+0.7+0.7-92.386+0.7+0.7+0.6307.728 /1.2+0.7+0.7+405.374Nq=410.942685.748450.632876.78450.632V68.06515.85652.37962.639Mk308.119-62.59223.206292.953Nk548.526380.586684.977380.586Vk49.73512.45038.53745.866注：M（单位为kN*m），N（单位为KN）V（单位为KN）。5 柱截面设计仍以A柱为列，砼强度等级为C35，纵向钢筋用，上柱采用对称配筋。5.1 选取控制界面最不利内力对上柱截面的有效高度取则大偏心受压界限破坏时对应的轴向压力为。由表4可见，上柱-截面共有四组内力均满足，故均为大偏心受压。对这四组内力按照“弯矩相差不多时，轴力越大越不利；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则，可确定上柱的最不利内力为；对下柱截面的有效高度取则大偏心受压接界限破坏时对应的轴向压力为由表4可见，下柱-，-截面有8组不利内力均满，对这8组内力采用与上柱-截面相同的分析方法，可得下柱的最不利内力为；- - 5.2 上柱配筋计算上柱的最不利内力为由附表11.1，可得有吊车厂房排架方向柱的计算长度为故取进行计算选3C18（），满足要求。由附表11.1，可得垂直于排架方向柱的计算长度满足弯矩作用平面外的承载力要求。5.3 下柱的配筋计算由分析结果可知，下柱取下列两组最不利内力进行配筋计算； （1） 按由附表11.1，的下柱计算长度，截面尺寸。先假定中和轴在受压翼缘内，则为大偏心受压构件。由（2） 按先假定中和轴在受压翼缘内，则选4C18（）按构造选用箍筋A8250。（3） 验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力回转半径 当构件一端固定，一端为不动铰支座是，取满足要求。5.4 柱的裂缝宽度验算规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算，由表4可知，按荷载准永久组合计算时，上柱及下注的偏心距分别为：故不需宽度验算。6牛腿设计根据吊车梁支撑位置截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图11其中牛腿宽度为，牛腿截面高度为。6.1 牛腿截面高度验算按式（2.6.5）计算得：由式（2.6.5）故牛腿的截面高度满足要求. 图11牛腿尺寸简图6.2 牛腿配筋计算由于，因而该牛腿可构造要求配筋，根据构造要求实际选用3C16（）水平箍筋选用A8100。7柱的吊装验算 7.1 内力计算柱的吊装采用翻身吊法，吊点设在牛腿下部，砼达到设计强度后起吊，由表2.4.6可得，柱插入杯口的深度为， ，取,则柱吊装时的总长度为计算简图见图14；柱吊装阶段荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数）即；在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为；由得则下柱段弯矩为图12 柱吊装计算简图7.2 承载力和裂缝宽度验算上柱配筋为3C18，其受弯承载力按下式进行验算；上柱裂缝宽度验算如下；满足要求。下柱配筋4C18，其受弯承载力按下式进行验算；上柱裂缝宽度验算如下；满足要求。8基础设计GB5007-2002建筑基础设计规范规定，对于9m柱距的单层一跨厂房，其地基承载力特征值，吊车起重量200kN-300kN，厂房跨度设计等级为丙级，可不做地基变形验算，本案例满足上述要求，故不做地基变形验算。8.1 作用于基础顶面上的荷载验算作用于基础顶面的荷载包括柱低（-截面）传给基础的M，N，V以及外墙自重重力荷载，前者可有表4 的-截面选取，见表5，其中内力包括标准值组合值，用于低级承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋验算，内力的正号规定见图13，基础砼强度C35下设100mmC10砼垫层。表5 基础设计的不利内力组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合M（kN.m）N(kN)V(kN)Mk（kN.m）Nk(kN)Vk(kN)第一组426.606685.74868.065308.119548.52649.735第二组-92.386450.63215.856-62.59380.58612.450第三组307.728876.7852.379223.206684.97738.537 图13 基础荷载示意图由图可见。每个基础承受的外墙总宽度9m,总高度为15.22m，墙体为240mm，实心砖（19kN/m3）钢窗框墙为（0.45 kN/m3）基础梁为16.7kN/根，每个基础承受的有墙体传来的荷载为 19