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钢筋混凝土单层工业厂房 结构设计,建筑工程技术三班 周栋浩 0903010337,课程设计的目的、要求：,了解建筑工程结构设计的主要过程；锻炼和提高钢筋混凝土结构的计算、设计及构造处理、绘制结构施工图的能力；培养学生在建筑工程设计过程中的配合意识，加深对所学理论课程的理解和巩固；通过课程设计，进一步建立建筑工程师的责任意识。,选本课题的原因及目的,进一步的综合理论知识，将理论知识运用到具体的实践中，实际操作与理论知识相结合，更深一步的学习与自我提升。,课程设计的内容：,完成一个钢筋混凝土排架结构单层工业厂房结构设计。其主要内容包括： 1进行结构平面布置，绘制结构平面布置草图（包括厂房轴线编号、尺寸，柱与抗风柱编号，吊车梁编号，柱间支撑布置及编号，圈梁编号及标高）； 2确定选用材料、确定柱的截面尺寸； 3结构计算：计算荷载，排架的内力分析（不考虑地震作用），内力组合，牛腿设计并完成柱截面设计和柱下独立基础设计； 4绘制结构施工图：包括柱模板图及配筋图、基础平面图及配筋图。,参考资料,1建筑结构制图标准（GB/T50105-2001）； 2建筑结构荷载规范（GB50009-2001） 3混凝土结构设计规范（GB50010-2002） 4建筑结构静力计算手册； 5混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图 61.5m 6.0m预应力混凝土屋面板G410-12 7钢筋混凝土吊车梁G323-12 8钢筋混凝土折线形屋架04G314 9预应力混凝土工字形屋面梁G414-15 10钢筋混凝土屋面梁G353-46 11混凝土结构与砌体结构,排架结构,门式刚架结构,（1）按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构,一、 单层工业厂房的结构组成与受力特点,1 结构组成,混合结构,钢筋混凝土结构,对无吊车或吊车吨位不超过5t、跨度在15m以内、柱顶标高不超过8m且无特殊工艺要求的小型厂房，可采用混合结构,对有重型吊车、跨度大于36m或有特殊工艺要求的大型厂房，可采用全钢结构或由钢筋混凝土柱与钢屋架组成的结构,（2）按生产规模可分为：大型、中型和小型 ；,（3）按主要承重材料可分为：,钢结构,除上述情况以外的单层厂房均可采用混凝土结构。而且除特殊情况之外，一般均采用装配式钢筋混凝土结构,1 结构组成,一、 单层工业厂房的结构组成与受力特点,单层厂房结构是由一些构件组成的一个复杂的空间受力体系，可将结构整体分为以下几个子结构体系:,单层厂房结构,1. 屋面板 2. 天沟板 3. 天窗架 4. 屋架 5. 托架 6. 吊车梁 7.排架柱 8. 抗风柱 9. 基 础 10. 连系梁 11. 基础梁 12. 天窗架垂直支撑 13. 屋架下弦横向水平支撑 14.屋架端部垂直支撑 15. 柱间支撑,一、 单层工业厂房的结构组成与受力特点,1 结构组成,屋盖结构,有檩体系,无檩体系,由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括有天窗架和托架等构件,由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成,屋盖结构,一、 单层工业厂房的结构组成与受力特点,1 结构组成,横向排架 结 构,由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面骨架，是厂房的基本承重结构。厂房承受的竖向荷载及横向水平荷载主要通过横向平面排架传至基础及地基,横向平面排架组成及荷载图,一、 单层工业厂房的结构组成与受力特点,1 结构组成,纵向排架 结 构,由连系梁、吊车梁、纵向柱列、柱间支撑和基础等构件组成的纵向平面骨架。作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，承受吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、温度应力以及作用在山墙及天窗架端壁并通过屋盖结构传来的纵向风荷载等,围护结构,位于厂房的四周，包括纵墙、横墙（山墙）、抗风柱、连系梁、基础梁等构件。这些构件所承受的荷载，主要是墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载,纵向平面排架组成及荷载图,一、 单层工业厂房的结构组成与受力特点,1 结构组成,围护结构布置,抗风柱一般与基础刚接，与屋架上弦铰接；当屋架设有下弦横向水平支撑时，也可与下弦铰接或同时与上、下弦铰接。抗风柱与屋架之间一般采用竖向可以移动、水平方向又有较大刚度的弹簧板连接；如厂房沉降量较大时，宜采用槽形孔螺栓连接。,（1）抗风柱,抗风柱与屋架上、下弦连接构造,二、 单层工业厂房的结构布置与支撑布置,（2）圈梁、连系梁、过梁和基础梁,圈梁是设置于墙体内并与柱子连接的现浇钢筋混凝土构件，其作用是将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大的振动荷载对厂房产生不利影响。,连系梁除承受墙体荷载外，还具有连系纵向柱列、增强厂房的纵向刚度、传递纵向水平荷载的作用。 当墙体开有门窗洞口时，需设置钢筋混凝土过梁，以支承洞口上部墙体的重量。,在进行围护结构布置时，应尽可能地将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一种梁能兼作两种或三种梁的作用，以简化构造，节约材料，方便施工。 在单层厂房中，一般采用基础梁来承托围护墙体的重量，并将其传至柱基础顶面，而不另做墙基础，以使墙体和柱的沉降变形一致。,4 围护结构布置,二、 单层工业厂房的结构布置与支撑布置,1 排架计算简图,（1）计算单元：可在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的区段，作为排架的计算单元。,计算单元和计算模型,三、 单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合,2 排架荷载计算,作用在横向排架结构上的荷载有恒载、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载和风荷载等，除吊车荷载外，其它荷载均取自计算单元范围内。,（1）恒载 ：,屋盖自重G1 ：屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、天窗架、屋面构造层以及屋盖支撑等重力荷载。,悬墙自重G2 ：当设有连系梁支承围护墙体时，排架柱承受着计算单元范围内连系梁、墙体和窗等重力荷载。,吊车梁和轨道及连接件自重G3 。,柱自重G4（G5） ：,三、 单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合,（2）屋面活荷载 ：包括屋面均布活荷载、屋面雪荷载和屋面积灰荷载三部分。其荷载分项系数均为1.4。,屋面均布活荷载 ：屋面水平投影面上的屋面均布活荷载标准值，按下列情况取：不上人的屋面为0.5kN/m2；上人的屋面为2.0kN/m2。,屋面雪荷载 ：屋面水平投影面上的雪荷载标准值 (kN/m2) 式中: 为基本雪压 (kN/m2)； 为屋面积雪分布系数。,屋面积灰荷载 ：对设计生产中有大量排灰的厂房及其临近建筑时，应考虑屋面积灰荷载的影响。 屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，取两者中的较大值；当有屋面积灰荷载时，积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑。,注：,三、 单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合,2 排架荷载计算,吊车竖向荷载 ： 和 的标准值按下式计算 式中 、 表示第 台吊车的最大轮压和最小轮压； 与吊车轮压相对应的支座反力影响线的竖向坐标值。,当计算吊车梁及其连接的强度时，吊车竖向荷载应乘以动力系数。,注：,计算排架考虑多台吊车竖向荷载时，对单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于2台；对多跨厂房的每个排架，不宜多于4台。,（3）吊车荷载 ：,三、单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合,2 排架荷载计算,吊车横向水平荷载 ： 吊车总的横向水平荷载可按下式取值： 式中 吊车的额定起重量； 小车重量； 重力加速度； 横向水平荷载系数。,对于一般四轮桥式吊车，大车每一轮子传递给吊车梁的横向水平制动力 为： 式中 为第 个大车轮子的横向水平制动力。,考虑多台吊车水平荷载时，对单跨或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不应多于2台。,注：,三、 单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合,2 排架荷载计算,吊车纵向水平荷载： 吊车纵向水平荷载标准值T0，按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用，即 式中，n为施加在一边轨道上所有刹车轮数之和，对于一般的四轮吊车，n=1。,无论单跨或多跨厂房，在计算吊车纵向水平荷载时，一侧的整个纵向排架上最多只能考虑2台吊车。,注：,三、 单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合,2 排架荷载计算,式中 基本风压值（kN/m2），是以当地比较空旷平坦地面上离 高度z处的风振系数； 风压高度变化系数； 风荷载体型系数。,地10m高处统计所得的50年一遇10分钟平均最大风速为标准确定的风压值；,（4）风荷载 ： 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值 （kN/m2）按下式计算：,三、 单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合,2 排架荷载计算,3 内力组合,所谓内力组合，就是将排架柱在各单项荷载作用下的内力，按照它们在使用过程中同时出现的可能性，求出在某些荷载共同作用下，柱控制截面可能产生的最不利内力，作为柱和基础配筋计算的依据。,（1）柱的控制截面,控制截面是指对截面配筋起控制作用的截面。,当柱高度较大时，下柱中间某截面也可能为控制截面。,当柱上作用有较大的集中荷载（如悬墙重量等）时，可根据其内力大小还需将集中荷载作用处的截面作为控制截面。,三、 单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合,（2）荷载效应组合,对于一般排架结构，荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定：,由可变荷载效应控制的组合,由永久荷载效应控制的组合,3 内力组合,三、 单层工业厂房铰接排架的内力分析与组合,1 截面设计,（1）截面配筋计算 在对柱进行受压承载力计算或验算时，柱的偏心距增大系数 或稳定系数 与柱的计算长度有 关。混凝土结构设计规范根据单层厂房的实际支承及受力特点，结合工程经验所给出的计算长度 。,刚性屋盖单层厂房排架柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度,四、 单层工业厂房排架柱设计,在厂房结构钢筋混凝土柱中，常在其支承屋架、托架、吊车梁和连系梁等构件的部位，设置从柱侧面伸出的短悬臂，称为牛腿。 牛腿按承受的竖向力作用点至牛腿根部柱边缘水平距离的不同分为两类： 时为长牛腿，按悬臂梁进行设计； 时为短牛腿 ，是一个变截面短悬臂深梁。,五、牛腿设计,（1）牛腿截面尺寸的确定 牛腿的截面宽度与柱宽相同。 牛腿截面尺寸通常以不出现斜裂缝作为控制条件。设计时以下列经验公式作为抗裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸：,式中Fvk、Fhk分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖 裂缝控制系数； a竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离,向力和水平拉力值；,b牛腿宽度；,h0牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。,五、 牛腿设计,纵向受力钢筋计算 ：在竖向力设计值Fv和水平拉力设计值Fh共同作用下，通过对 A 点取力矩平衡可得：,近似取 ， ，则由上式可得纵向受力钢筋总截面面积As为,式中 Fv、Fh分别为作用在牛腿顶部的竖向力设计值和水平拉力设计值；,a意义同前，当a0.3h0时，取a=0.3h0；,fy为纵向受拉钢筋强度设计值。,五、 牛腿设计,（2）水平箍筋及弯起钢筋 在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条件后，可不进行斜截面受剪承载力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。 水平箍筋的直径应取6-12mm，间距100-150mm，且在上部2h0/3范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/2。 当牛腿的剪跨比a/h00.3时，宜设置弯起钢筋。 纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。 弯起钢筋的锚固同纵向受力钢筋。,五、 牛腿设计,（1）轴心荷载作用下的基础 ：在轴心荷载作用下，基础底面的压力为均匀分布，设计时应满足：,轴心受压基础压力分布,若基础的埋置深度为d，基础及其上填土的平均重度为 ,则 ，可得基础底面面积为：,六、 柱下单独基础设计,（2）偏心荷载作用下的基础 ：在偏心荷载作用下，基础底面的压力为线性分布。,偏心受压基础压力分布,六、 柱下单独基础设计,基础底面边缘的压力可按下式计算：,取 ，并将 代入，可将基础底面边缘的压力值写成如下形式：,六、 柱下单独基础设计,在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求：,在确定偏心荷载作用下基础的底面尺寸时，一般采用试算法。首先按轴心荷载作用下初步估算基础的底面面积；再考虑基础底面弯矩的影响，将基础底面积适当增加（20-40）%，初步选定基础底面的边长l和b，计算偏心荷载作用下基础底面的压力值，然后验算是否满足要求；如不满足，应调整基础底面尺寸重新验算，直至满足为止。,六、 柱下单独基础设计,建筑地基基础设计规范规定，对矩形截面柱的矩形基础，柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力应按下列公式验算：,六、 柱下单独基础设计,构造要求,基础形状：独立基础的底面一般为矩形，长宽比宜小于2。基础的截面形状一般可采用对称的阶梯形或锥形。,底板配筋：基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。当基础底面边长大于或等于2.5m时，底板受力钢筋的长度可取边长的0.9倍，并宜交错布置。,混凝土强度等级：基础的混凝土强度等级不宜低于C20。垫层的混凝土强度等级应为C10。,杯口深度：杯口的深度等于柱的插入深度h1+50mm。为了保证预制柱能嵌固在基础中，柱伸入杯口应有足够的深度h1；h1还应满足柱内受力钢筋锚固长度的要求，并应考虑吊装安装时柱的稳定性。,六、 柱下单独基础设计,杯口尺寸：杯口应大于柱截面边长，其顶部每边留出75mm，底部每边留出50mm，以便预制柱安装时进行就位、校正，并二次浇筑细石混凝土。,杯底厚度：杯底应具有足够的厚度a1，以防预制柱在安装时发生杯底冲切破坏。,锥形基础的边缘高度:一般取a2200mm，且a2a1和a2hc/4（hc为预制柱的截面高度）；当锥形基础的斜坡处为非支模制作时，坡度角不宜大于250，最大不得大于350。,构造要求,六、 柱下单独基础设计,总结,1. 通过毕业设计，熟悉国家现行建筑结构有关的规范和规程； 2. 初步掌握房屋建筑工程建筑设计的基本要求、基本方法、基本技巧和表现方法； 3.锻炼和提高钢筋混凝土结构的计算； 4. 掌握建筑结构设计的有关程序、过程，计算方法、构造特点； 5. 掌握房屋建筑工程施工图的绘制及正确的表现方法。,谢谢,请老师提出建议或批评,