单层厂房结构设计计算书

目 录1 设计资料- 1 -2 柱截面尺寸确定- 1 -2.1 确定柱高度- 1 -2.2 确定柱截面尺寸- 1 -2.3 确定柱截面惯性距- 1 -3 荷载计算- 4 -3.1 恒荷载- 4 -3.1.1 屋盖恒载- 4 -3.1.2 吊车梁及轨道重力荷载设计值- 4 -3.1.3 柱自重重力荷载设计值- 4 -3.2 屋面活荷载- 5 -3.3 风荷载- 5 -3.4 吊车荷载- 7 -3.4.1 吊车竖向荷载- 7 -3.4.2 吊车横向水平荷载- 8 -4 内力分析- 8 -4.1 恒载作用下排架内力分析- 8 -4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析- 10 -4.2.1 A B跨作用屋面活荷载- 10 -4.2.2 B C跨作用屋面活荷载- 12 -4.3 风荷载作用下排架内力分析- 13 -4.3.1 左吹风时- 13 -4.3.2 右吹风时- 14 -4.4 吊车荷载作用下排架内力分析- 15 -4.4.1 作用于A柱- 15 -4.4.2 作用于B柱左- 16 -4.4.3 作用于B柱右- 18 -4.4.4 作用于C柱- 19 -4.4.5 作用于AB跨柱- 20 -4.4.6 作用于BC跨柱- 22 -5 内力组合- 23 -6 柱截面设计- 26 -6.1 上柱配筋计算- 26 -6.2 下柱配筋计算- 27 -6.3 柱的裂缝宽度验算- 29 -6.4 柱箍筋配置- 30 -6.5 牛腿设计- 30 -6.5.1 牛腿截面高度验算- 30 -6.5.2 牛腿配筋计算- 31 -6.6 柱的吊装验算- 31 -单层厂房结构设计计算书1.设计资料本设计方案为左跨吊车C2，右跨吊车C1，牛腿顶标高9.6，跨度27，柱距6。2.柱截面尺寸确定2.1 确定柱高度估计根底埋深2.2，根底高1.5，室外地坪标高-0.15。A,C柱顶标高 9.6+0.2+2.099+0.15=12.05中柱总高 H =12.05+0.7=12.75下柱高 =9.6+0.7=10.3上柱高 =12.75-10.3=2.45 2.2 确定柱截面尺寸根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，由混凝土设计标准，6m柱距单层厂房矩形、工字形截面柱截面尺寸限值并参考厂房柱截面形式和尺寸参考表确定柱截面尺寸，见表12.3 确定柱截面惯性距排架平面内惯性矩A柱、C柱 上柱：下柱： B柱 上柱：下柱： 表1 柱截面计算参数 计算参数柱号截面尺寸/面积/惯性矩/自重/A、C上柱矩下柱B上柱矩下柱本案仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1所示。 图1 计算单元和计算简图3.荷载计算3.1 恒荷载 屋盖恒载防水层 20mm厚水泥砂浆找平层 100mm厚珍珠岩制品保温层 隔气层 30mm厚细石混凝土面层 预应力大型屋面板 天沟板 天 窗 屋架自重 那么作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为： 吊车梁及轨道重力荷载设计值 柱自重重力荷载设计值A柱、C柱 上柱 下柱 B柱 上柱 下柱 各项恒载作用位置如图2所示 图2 恒荷载作用位置图单位：3.2 屋面活荷载屋面活荷载标准值为，雪荷载标准值为，后者小于前者，故仅按前者计算。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，如图2所示。3.3 风荷载风荷载标准值可按式计算，其中 ，根据厂房各局部标高及B类地面粗糙度由查表确定如下：柱顶标高12.05 檐口标高13.25 屋顶标高14.75 如图3a所示，由式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为： 当时， 取当时， 取图3 风荷载体型系数及排架计算简图那么作用于排架计算简图图3b上的风荷载设计值为： 3.4 吊车荷载200/50吊车参数：；160/32吊车参数：；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4所示。 吊车竖向荷载A柱 C柱 图4 吊车荷载作用下支座反力影响线A柱与C柱的吊车荷载作用下的支座反力影响线图形相同 吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值 4.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。其中柱的剪力分配系数结果如表2。表2 柱剪力分配系数柱别A、C柱B柱4.1 恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图5a所示。图中的重力荷载及力矩M是根据图2确定的，即A柱、C柱 ; ; B柱 由于图5a所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力可根据教材表所列的相应公式计算。对于A柱、C柱，那么A柱 、C柱 ， 本例中。求得后，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图5b，c。图5d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。图5 恒载作用下排架内力图4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析4.2.1 AB跨作用屋面活荷载排架计算简图如图6a所示。其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为对于A柱，那么对于B柱，那么 那么排架柱顶不动铰支座总反力为：将反向作用于排架柱顶，用式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 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图6b，c所示。 图6 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图4.2.2 BC跨作用屋面活荷载由于结构对称AB、BC跨相同，将图位置和方向调整一下即可。图7 BC跨作用屋面活荷载时排架内力图4.3 风荷载作用下排架内力分析 左吹风时计算简图如图8a所示。对于A、C柱，由表得:A柱 各柱顶剪力分别为： 排架内力图如图8b所示。 a 图8 左吹风时排架内力图 右吹风时将A、C柱内力符号对换，且内力符号改变即可。排架内力图如图9b所示。a 图9 右吹风时排架内力图4.4 吊车荷载作用下排架内力分析 作用于A柱计算简图如图10a所示。其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A柱， ，那么对于B柱，由表得： 排架各柱顶剪力分别为: 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图10b、c所示。图10 作用在A柱时排架内力图 作用于B柱左计算简图如图11a所示， 计算如下：柱顶不动铰支座反力，及总反力R分别为：各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图11b、c所示。 图11 作用在B柱左时排架内力图 作用于B柱右计算简图如图12a所示， 计算如下：柱顶不动铰支座反力及总反力R分别为：各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图12a、b、c所示。图12 作用在B柱右时排架内力图 作用于C柱计算简图如图13a所示， 计算如下：柱顶不动铰支座反力及总反力R分别为：各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图13b、c所示。图13 作用在C柱时排架内力图 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14a所示。对于A柱，；对于B柱，那么A柱 B柱 排架柱顶总反力R为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图14b所示。 图14 作用于AB跨时排架内力图 作用于BC跨柱当BC跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图15a所示。对于B柱，；对于C柱， ，那么B柱 C柱 排架柱顶总反力R为：各柱顶剪力为：排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图15b所示。图15 作用于BC跨时排架内力图5.内力组合控制截面分别取上柱底部截面I-I，牛腿顶截面II-II和下柱底截面III-III，按公式求得最不利的内力值，见表3，4。在每种荷载效应组合中，对矩形和工字型截面柱均应考虑以下四种不利内力组合：1+及相应的N，V；2-及相应的N，V；3及相应的M，V；4及相应的M，V；对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对的柱进行验算。 表3 A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荷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跨作用在A柱作用在B柱左作用在B柱右作用在C柱作用在AB跨作用在BC跨左风右风序号-5.52-1.072.37-53.31-61.0337.36-2.4311.0918.9615.29-26.42452.9679.380.00-65.03-15.882.37173.39-1.9437.36-2.4311.0918.9615.29-26.42508.5279.38647.70168.84-41.90-3.6816.4050.74-258.51194.45-12.62157.4598.69256.07-225.78563.479.38647.70168.8410.441.1841.286-21.76-24.9115.25-0.9914.217.7437.22-26.27 表4 A柱内力组合表 内力组合截面+及相应的,-及相应的,及相应的,及相应的,-+0.9+0.9(+)+66.07+0.90.8(+)+0.9+-79.31+0.9+0.936.95+0.9+0.9(+)+36.32524.40452.96524.40452.96-+0.9+0.8(+)+0.9+117.36+0.9+0.8(+)+0.9+-122.20+0.990.42+0.90.9(+)+-106.73974.86701.531091.45508.52-+0.9+0.8(+)+0.9+591.19+0.9+0.8(+)+0.9+-517.33+0.987.57+0.9 +0.9+0.9+90.901029.74766.811146.33563.451.92-41.23-9.146.5875.75469.5 6.柱截面设计混凝土等级强度为C30， ；采用HRB400级钢筋，。上下柱均采用对称配筋。6.1 上柱配筋计算由表7可见，上柱截面共有4组内力。取。轴力较小的一组，即由标准查得有吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心距取20大于400/30。由故应考虑偏心距增大系数。 由故应考虑偏心距增大系数 取进行计算。按构造配筋，选316，那么，满足要求。由标准得垂直于排架方向柱的计算长度 那么 。满足弯矩作用平面外的承载力要求。6.2 下柱配筋计算取。与上柱分析方法类似，在表7的8组内力中，选取以下两组不利内力：1按计算下柱计算长度取。附加偏心距大于20。由，故应考虑偏心距增大系数。 由，故应考虑偏心距增大系数故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，那么 2按计算下柱计算长度取。附加偏心距大于20。由，故应考虑偏心距增大系数。 由，故应考虑偏心距增大系数故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，那么 综合上述计算结果，下柱截面选用618。按此配筋，经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦满足要求。6.3 柱的裂缝宽度验算?标准?规定，对的柱进行裂缝宽度验算，本设计中下柱未出现的内力，故不需进行裂缝宽度验算。6.4 柱箍筋配置箍筋数量由构造要求控制。根据构造要求，上、下柱均选用箍筋。6.5 牛腿设计根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图16所示。其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度。 牛腿截面高度验算牛腿顶面无水平荷载 ，取a=0，按下式确定：故牛腿截面高度满足要求。图16 牛腿尺寸简图 牛腿配筋计算由于，因而该牛腿按构造要求配筋，根据构造要求，。实际选用。水平箍筋选用。6.6 柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土到达设计强度后起吊，柱插入杯口深度为,取,那么柱的吊装时总长度为。计算简图如图17所示。 图17 柱吊装计算简图柱吊装阶段的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； 令，得,那么下柱最大弯矩为： 柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表9。表9 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱下柱24.3140.3269.470.924.31=21.88395.800.940.32=36.297.根底设计 GB50007-2002?建筑地基根底设计标准?规定，对于柱距的单层多跨厂房，其地基承载力特征值、吊车起重量160200、厂房跨度、设计等级为丙级时，可不做地基变形验算。本案满足上述要求，故可不做地基变形验算。 根底混凝土强度等级采用C30，下设100厚C10的混凝土垫层。7.1 作用于根底顶面上的荷载计算 作用于根底顶面上的荷载包括柱底-截面传给根底的M，N，V以及外墙自重重力荷载，前者可由表8中的-截面选取，见表10，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，根本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算，内力的正负号见图18b。表10 根底设计的不利内力组别荷载效应根本组合荷载效应标准组合第一组374.14783.6643.46270.38608.3332.01第二组-374.94526.53-40.31-264.68424.6627.82第三组13.72877.57-9.0212.93675.41-5.54图18 根底荷载示意图由图18a可见，每个根底承受的外墙总宽度为，总高度为，墙体为双面粉刷墙塑钢窗，根底梁截面为，每个根底承受的自由墙体传来的重力荷载为：厚双面粉刷墙 塑钢窗 根底梁 距根底形心的偏心距为：7.2 基底尺寸及埋置深度7.2.1 按构造要求拟定高度柱的插入深度，取。杯底厚度应大于200，取，那么。根底顶面标高为-0.850，故根底埋置深度为： 杯壁厚度；根底边缘高度，台阶高度取500，见图18b。7.2.2 拟定根底底面尺寸 适当放大，取。7.2.3 计算基底压力及验算地基承载力 基地压力按式计算，结果见表11；按且验算地基承载力，其中，验算结果见表11。可见，根底底面尺寸满足要求。表11 根底底面压力计算及地基承载力验算类 别第一组第二组第三组270.38608.3332.01-264.68424.66-27.8212.93675.41-5.541423.341239.671490.42122.03-478.85-176.73152.16118.95183.2152.91165.99117.90135.56190152.16228118.06190183.21228141.95190165.992287.3 根底高度验算这时应采用基地净反力设计值，和，结果见表12。表12 根底底面净反力设计值计算表类 别第一组第二组第三组374.14783.6643.46-374.94526.53-40.3113.72877.57-9.021207.27950.141301.18201.67-639.56-216.48142.4287.54177.503.47153.3794.47 因台阶高度大于台阶宽度，那么根底底面落在从柱边向外扩散线以内，因此只需验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力计算截面如图19所示。变阶处截面有效高度。因为，所以： ，那么： ，有： 故根底高度满足要求。 图19 变阶处的冲切破坏界面7.4 根底底板配筋计算 柱边及变阶处基底反力计算根底底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如图20所示。各组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表13。 其中第1,3组内力长生的基底反力示意图见图20，第2组内力产生的基底反力示意图见图19。图20 根底底板配筋计算截面表13 柱边及变阶处基地净反力计算公 式第一组第二组第三组120.21106.24129.53125.43123.01135.14131.32141.87141.45133.93150.26144.26114.9890.49123.92 柱边及变阶处弯矩计算 配筋计算根底底板受力钢筋采用HPB235级。长边方向钢筋面积为：选用。 根底底板短边方向钢筋面积为：选用。 根底底板配筋图详见施工图。