单层工业厂房设计说明书.doc

南京理工大学 泰州科技学院 课 程 设 计 说 明 书 课程名称: 设计题目: 系 部: 专 业: 学生姓名: 学 号: 指导老师: 2008 年 7 月 一 设计资料 1 二 构件选型 2 2.1 屋面板 2 2.2 屋架 2 2.3 天沟板 2 2.4 吊车梁 3 2.5 吊车轨道联结 3 2.6 基础梁 4 2.7 过梁(GL）、圈梁（QL）、连系梁(LL) 5 2.8 门窗 5 三 柱设计 6 3.1 尺寸的确定 6 3.2 材料的选用 6 四 荷载计算 7 4.1 荷载作用位置 7 4.2 屋盖荷载 7 4.3 上柱自重 7 4.4 下柱自重 7 4.5 吊车梁等自重 8 4.6 吊车荷载标准值 8 4.7 围护墙等永久荷载 9 4.8 风荷载 9 五 横向排架内力分析 12 5.1 恒载作用下的内力计算 12 5.2 活载作用下的内力计算 15 六 荷载组合及最不利内力组合 23 6.1 Ⅰ—Ⅰ截面 26 6.2 Ⅱ—Ⅱ截面 28 6.3 Ⅲ—Ⅲ截面 30 七 柱配筋计算 33 八 柱在排架平面外承载力验算 36 九 斜截面抗剪和裂缝宽度验算 37 9.1 斜截面抗剪验算 37 9.2 裂缝宽度计算 37 十 牛腿设计 39 10.1 几何尺寸确定 39 10.2 牛腿配筋计算 39 10.3 牛腿局部抗压验算 40 十一 柱的吊装验算 41 11.1 荷载计算 41 11.2 内力计算 42 11.3 正截面验算 42 11.4 裂缝宽度计算 43 十二 基础设计 44 12.1 确定基础尺寸 45 12.2 抗冲切验算 46 12.3 基础底板配筋计算 48 一 设计资料 1． 工程名称：三明市三元区宏大机械公司金工装配车间 2． 单跨装配车间，总长84m，柱距6m，车间平面布置图和剖面图如附图所示。跨中设有二台20/5t吊车，A5级工作制，其轨顶标高为10.2m，柱顶标高为12.9m，基础顶面标高为-1.5m。 3． 建筑地点：三明市三元区 主导风向：全年为偏北风，夏季为偏南风。 雨雪量：年降雨量1450mm，最大积雪深度100 mm。 基本风压：，基本雪压：。 4． 地质条件： （1）填砂：遍布场地表层，厚度为0.5-1.25m，平均1.0m；， 褐灰，主要由中粗颗粒石英砂及贝壳碎片等组成，该层属新近回填（回填时间小于3年），有经专门振冲密处理，呈中密状，局部稍密状。密实度及均匀性较好，力学强度一般，工程性能一般。承载力标准值fak=120 kPa。重度。 （2）粉质粘土：全场地分布，厚度为2.20-2.50m，平均2.30m。褐红、褐绿、灰绿、灰白等色，大多呈硬塑状，局部可塑，成份主要由粘、粉粒及石英砂性组成，砂砾含量约20%，岩芯摇振无反应，切面较光滑，干强度中等，韧性好。该层属中等压缩性土，强度较高，工程性能较好。fak=250 kPa。重度。 （3）中砂：厚度为2.00~14.50m，平均厚度6.8m。褐黄、灰白色，可塑~硬塑状，大多呈硬塑状，局部可塑，成份主要由长石风化的粘土矿物，石英颗粒及云母碎屑等组成，土中>2mm颗粒含量约15%，手捏易散，泡水易化，崩解，原岩结构特证清楚，母岩为花风岩。岩芯摇振无反应，切面稍有光滑，干强度中等，韧性低。该层属中等压缩性土，强度较高，工程性能较好。fak=260 kPa。重度。 （4）全风化花岗岩：厚度为1.60~12.30m，变化较大，其顶板埋深为17.80-30.90m，顶板高程为-21.92~-8.84m。 褐黄、灰白色，坚硬状，成份主要由未完全风化的长石、石英、云母碎屑等组成，岩芯量散体结构，坚硬状。该层属低压缩性土，强度较高，工程性能好。fak=500 kPa.（地质剖面图见图2） 场区勘探深度内地下水为空隙潜水，接受大气降水入渗补给，勘察期间地下水埋深2.97～3.03米。根邻近地下水质资料，场区地下水质对混凝土无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。 5． 材料供应：砂石、砖、瓦该地区能保证供应；水泥、钢材、木材品种齐全。 6． 施工能力：承建公司技术力量较强，机械装备水平较高。可进行各种类型的预制构件的吊装，专用预制构件厂能生产预应力混凝土构件和各类钢筋混凝土预制构件。 7． 依建筑材料供应情况和施工能力，车间的主要承重构件采用装配式钢筋混凝土结构。  二 构件选型 2.1 屋面板：采用全国通用工业厂房结构构件图集{04G410-1}1.5m6.0m预应力混凝土屋面板，根据屋面板上作用的荷载选用。 防水层 保温层 20厚水泥砂浆找平层 屋面活荷载 雪荷载 外荷载基本组合设计值： 选 Y-WB-3x，自重（加灌缝），允许荷载，满足要求。 2.2 天沟板：选用04G410-2图集15006000预应力混凝土天沟板，天沟宽580mm,沟壁平均厚度为80mm。 防水层 保温层 65厚焦渣混凝土找平层 20厚砂浆抹面 积水荷载按200高计 卷材防水层考虑高低肋覆盖部分，按天沟平均内宽b的2.5倍计算（b=天沟宽-190=580-190=390），则 选用TGB58(有落水洞口) 允许荷载，满足要求。 注：积水荷载取为200mm高，比其他荷载大，故天沟板验算取积水荷载，当排架分析时仍取屋面活荷载。 2.3 屋架：按05G511梯形钢屋架图集选用 防水层（屋面板） 保温层（屋面板） 找平层（屋面板） 屋面板自重（加灌缝） 屋架支撑自重 雪荷载 屋面活荷载 荷载组合： 、永久荷载效应控制： 、活荷载效应控制： 选用GWJ30-3（无天窗），允许荷载4.5kN/m>,满足要求，根据标准图集查得屋架自重50.9kN。 2.4 吊车梁：按04G323-2图集选用 厂房配有二台Q相同、A5级工作制20/5t吊车， ，柱距6m，吊车起重量20t，根据图集确定选用 DL—10s吊车梁（梁重4.08t）。 2.5 吊车轨道联结：按04G325图集选用 1） 轨道联结 按A5级工作级别，Q=200kN， 根据吊车规格参数计算最大轮压设计值： 选用：轨道联结DGL-11 则405.72kN <510 kN，满足要求。 吊车梁上螺栓孔间距A=240mm，轨道面至梁顶面距离190mm DGL-11的参数 钢轨 0.380 kN/m 联结件 0.086 kN/m 弹性垫层 0.004 kN/m 混凝土找平层 （0.8210/1000+0.02325）=0.583 kN/m 1.060 kN/m 2）. 车挡 选用：车挡CD-3 2.6 基础梁{04G320} 墙厚度240mm，砖强度等级≥MU10，砂浆强度等级≥M5。 墙体采取突出于柱外的方案。 柱距为4.2m时窗宽3m，柱距为6m时窗宽4.2m。 安全等级为二级，重要性系数1.0。 1）纵墙（柱距为6m） 砖墙窗洞宽度 窗洞迭加高度 窗上口至墙顶距离 多层窗两窗之间的距离 根据以上资料选用：JL-3（有门、有窗） 净跨度 基础梁的支座中心线间的距离 2）山墙 砖墙窗洞宽度 窗洞迭加高度 窗上口至墙顶距离 多层窗两窗之间的距离 柱距为4.5m 根据以上资料选用：JL-24（有窗） 净跨度 基础梁的支座中心线间的距离 柱距为6m 根据以上资料选用：JL-3（有门、有窗） 净跨度 基础梁的支座中心线间的距离 2.7 过梁(GL）{G322-1}、圈梁（QL）、连系梁(LL) 4.5m柱距：窗户宽3000mm，选用GL-4240。 梁高180mm，混凝土C20，钢筋HRB235。 6m柱距：窗户宽4200mm，选用GL-4420。 梁高300mm，混凝土C20，钢筋HRB335。 墙体材料选用机制普通砖，墙厚240mm，门窗洞口宽4200mm，荷载等级为0。 由于考虑三梁合一统一取为GL-4420 2.8 门窗 4.5m柱距：窗户3000mm4200mm、3000mm4800mm。 6m柱距：窗户4200mm4200mm、4200mm4800mm。 门：3000mm3600mm  三 柱的设计 3.1 尺寸的确定 1）轨顶标高：根据厂房工艺需求（最大设备及吊物与跨越物间的安全距离、吊车相关尺寸等）确定轨顶标高为； 2）轨顶至柱顶高度：=吊车梁高+轨道高+吊车顶端与柱顶的净空尺寸 =0.19+2.136+0.3=2.626 调整为=2.7m（吊车顶与柱顶净空调为374mm）； 3）柱顶标高； 4）牛腿标高=10.2-1.2-0.19=9.81m（取为9000mm）； 注：1.2为DL—10s高度；0.19为DGL—11高度。 柱轨顶标高实际为9.00+1.2+0.19=10.39m与10.2m相差范围内，满足要求。 5）上柱高度； 6）下柱高度；（*-1.5为基顶标高） 7）柱的计算高度=； 8）初定截面尺寸 b/20=10500/20=525mm h/12=10500/12=875mm 由参考尺寸取：上柱（矩形）bh=400500mm 下柱（矩形）bh=4001000mm 表3.1 柱截面 计算参数 截面尺寸(mm) 面积(mm2) 惯性矩(mm4) 自重( kN/m) 上柱 400500 2.0105 21.3108 5.0 下柱 4001000 4.0105 333.3108 10 9）柱的插入深度h应满足： 预制柱插入基础杯口应有足够的深度，使柱可靠地嵌固在基础中，插入深度对于截面尺寸800≤h≤1000的应满足：插入深度为0.9h，且≥800mm，同时插入深度还应满足柱纵向受力钢筋锚固长度的要求和柱吊装时稳定性的要求，即应使h≥0.05倍柱长（吊装时的柱长）。 最终插入深度取值为900mm。 3.2 材料的选用 C30混凝土，,, C25混凝土，,, 钢筋：受力筋为HRB335，, 箍筋为HRB235，  四 荷载计算 4.1 荷载作用位置 注：上柱截面高，下柱截面高，墙厚 ——作用于上柱柱顶竖向偏心力对上柱计算轴线的偏心距； ——上柱竖向力对下柱计算轴线的偏心距； ——吊车梁支座钢垫板的中心线对下柱计算轴线的偏心距； ——围护墙自重对下柱计算轴线的偏心距； 4.2 屋盖荷载(永久荷载G，活荷载Q) 则屋盖结构自重 屋面活荷载 4.3 柱自重 1）上柱自重： 2）下柱自重： 4.4 吊车梁等自重G4K 4.5 吊车荷载标准值 根据设计资料，吊车按两台考虑。 其中：，，，起重量Q=20t,大车质量 ，小车质量，吊车最大轮压标准值, 吊车梁支座反力影响线及两台吊车的布置如图4.2示。 4.6 围护墙等永久荷载G5k(G5k包括QL，JL，墙体，门窗等重量) 圈梁(QL)自重： 基础梁(JL)自重： C1（4.2m4.2m）钢窗自重 C2（4.2m4.8m）钢窗自重 240厚墙（双面抹灰）自重 4.7 风荷载 风荷载计算简图见图4.3，其中； ，基本风压 风振系数（规范规定单层厂房取1.0） 屋面坡度 风载体型系数查规范如下： ，，， 图4.3 风压高度变化系数按地面粗糙变化类别为B类，查规范如表4.1： 表4.1 风压高度变化系数 离地面（或海面）高度 5m 10m 15m 20m 1.00 1.00 1.14 1.25 中间按线性插入： 柱顶 檐口 屋脊 注：室内外高差为0.45m。 排架迎风面和背风面的风荷载标准值分别为： 则作用于排架计算简图上的风荷载设计值为： （B为计算单元宽度） =  五 横向排架内力分析 控制截面选择为： 1） 上柱：底部Ⅰ-Ⅰ截面； 2） 下柱：牛腿顶面Ⅱ-Ⅱ和柱底Ⅲ-Ⅲ截面。 由于结构左右对称，故剪力分配系数 5.1 恒载作用下的内力计算 1） 在作用下内力计算 由于结构对称，荷载对称，故结构可取半边计算，上端为不动铰支座。 求支反力R的系数C1、C3： 作用时： 作用时： 内力正向：以截面顺时针旋转为正。 求出未知反力R后，求解静定结构的内力： 由图5.1(a)得∑M=0： 由图5.1(b)得∑M=0： 由图5.1(c)得∑M=0： 2） 在,,作用下内力计算 在上述荷载作用时为柱底端固定上端自由的悬臂柱，属静定结构。 5.2 活荷载作用下的内力计算 5.2.1 在Q1k作用下内力计算 内力图与内力图成比例，比例系数 5.2.2 在Dmax,k，Dmin,k作用下内力计算 分析吊车荷载作用在A柱上，作用于B柱上时内力(当作用于A柱，作用于B柱上时内力，利用对称性即可求出内力) 为了撤销附加不动铰支座，需要在排架柱顶施加水平集中力-和-，由于A、B柱相同，剪力分配系数，故在-和-作用下，各分配到柱顶剪力为 总柱顶剪力为： ① 求A柱弯矩： 由图5.5(a) ∑M=0得： 由图5.5(b) ∑M=0得： 由图5.5(c)得∑M=0： ② 求B柱弯矩： 由图5.6(a) ∑M=0得： 由图5.6(b) ∑M=0得： 由图5.6(c) ∑M=0得： 利用对称性当作用于B柱时内力图： 5.2.3 在吊车水平荷载Tmax,k作用下内力计算 当不考虑厂房空间作用时，利用对称性可简化为静定的下端固定上端自由的二阶柱。 吊车梁顶： 吊车梁底： 柱底： 5.2.4 在风荷载Wk，q1k，q2k作用下内力计算 在风荷载作用下，以左风→作用进行计算。（右风←作用时，利用对称性A，B两柱内力值对换，符号相反即可，不必另算。） 在的作用下，A柱虚加水平不动铰支座，则A柱不动铰支座反力 在的作用下，B柱虚加水平不动铰支座，则B柱不动铰支座反力 撤销附加不动铰支座，需在排架柱顶施加集中力-和-，并把他们与相加后进行剪力分配 求内力图如下：(当左风→作用时A柱的内力) 由图5.11 ∑Mx=0得： 左风作用下的内力图如图4.16所示。 用同样的方法可求出右风的内力图，如图4.17所示。  六 荷载组合及最不利内力组合 考虑的是以下四种的内力组合： （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； 以上四种内力组合中的有是我们要寻求的最不利内力（即在截面尺寸，材料强度相同条件下，使截面配筋量最大的内力）。 在寻求上述四种内力时，考虑这些荷载同时出现以及同时出现且达到最大值的可能性。因此，我们在寻求最不利内力组合时必须考虑荷载组合。按《荷载规范》中对于一般排架、框架结构由可变荷载效应控制的组合的表达式为： 、“恒荷载”+任一种“活荷载” 、“恒荷载”+0.9（任意两种或两种以上“活荷载”） 内力组合要点： （1）每次组合以一种内力为目标来决定荷载项的取舍； （2）每次组合都必须包括恒荷载项； （3）当取和为组合目标时，应使相应的M绝对值尽可能的大，对于不产生轴向力而产生弯矩的荷载项中弯矩值也应组合进去； （4）风荷载项中有左风和右风两种，每次组合只能取其中的一种； （5）吊车荷载组合时，要遵守“有T必有D，有D必有T”的原则；在“恒荷载＋任一种活荷载”的内力组合中，只能在吊车竖向荷载D与吊车水平荷载T两者中取一种； （6）由于柱底水平剪力对基础底面将产生弯矩，其影响不能忽视，故在组合截面III-III的内力时，要把相应水平力值求出； （7）当柱截面采用对称配筋及采用对称基础时，+Mmax，-Mmax两种内力组合合并为一种，即| M |max及相应的N和V； （8）荷载效应的标准组合用于裂缝控制和地基的承载力验算。 下面根据A柱内力（标准值、组合值）汇总表(表6-1、表6-2)进行A柱的内力最不利组合计算，组合结果见表6-3。 A柱在各种荷载作用下内力标准值汇总表 表6-1 荷载类别 序号 截面内力值（、） I-I II-II III-III M N M N M N V 屋盖自重 1 5.62 288.73 -8.79 288.73 21.41 288.73 2.88 柱及吊车梁自重 2 0 18.72 6.17 65.88 6.17 191.88 0 屋面活荷载 3 1.23 63 -1.92 63 4.67 63 0.63 Dmax在A柱 4 -21.37 0 83.03 417.6 25.49 417.6 -5.48 Dmin在A柱 5 -21.41 0 23.18 178.35 -34.47 178.35 5.49 Tmax在A柱 6 14.36 0 14.36 0 140.05 0 11.97 左风 7 21.64 0 21.64 0 218.25 0 28.33 右风 8 -26.13 0 -26.13 0 -200.34 0 -23.81 A柱在各种荷载作用下内力设计值汇总表 表6-2 荷载类别 序号 截面内力值（、） I-I II-II III-III M N M N M N V 屋盖自重 1 6.74 346.48 -10.55 346.48 25.69 346.48 3.46 柱及吊车梁自重 2 0 22.46 7.40 79.06 7.40 230.26 0 屋面活荷载 3 1.72 88.2 -2.69 88.2 6.54 88.2 0.882 Dmax在A柱 4 -29.92 0 116.24 584.64 35.69 584.64 -7.67 Dmin在A柱 5 -29.97 0 32.45 249.69 -48.26 249.69 7.69 Tmax在A柱 6 -20.10 0 -20.10 0 196.07 0 -16.76 左风 7 30.30 0 30.30 0 305.55 0 39.66 右风 8 -36.58 0 -36.58 0 -280.48 0 -33.33 七 排架柱的配筋计算 实际工程中，偏心受压构件在不同的荷载组合中，同一截面分别承受正负弯矩；再者也考虑施工方便，不易发生错误，一般可采用对称配筋，此处即取。混凝土强度等级用C30；纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。计算公式取《混凝土结构设计规范GB 50010-2002》规定的公式计算。 基本公式： 对称配筋时，截面两侧的配筋相同，即，， 对于大偏心受压构件的计算， 若x满足和，则 若，则 若，按小偏心受压构件计算。 7.1 上柱配筋计算 自表6-3中选取两组最不利内力， M1=-69.65kN.m， N1=448.32kN M2=-71.20kN.m， N2=368.94kN 上柱计算长度 截面面积 、按M1、N1计算 受压钢筋不能达到屈服强度，则： 则 、按M2、N2计算 受压钢筋不能达到屈服强度，则： 则 综合以上二种计算结果，最后上柱配筋为每侧 实际配置 7.2 下柱的配筋计算 自表6-3中选取三组最不利内力， M1=146.83kN.m， N1=895.12kN M2=522.52kN.m， N2=1182.3kN， V2=48.13 kN M2=338.64kN.m， N2=425.54Kn， V3=43.12 kN 下柱计算长度 截面面积 、按M1、N1计算 又 则： 则  八 柱在排架平面外承载力验算 取Ⅰ—Ⅰ、Ⅲ—Ⅲ截面中的Nmax进行验算 由设计条件（有柱间支撑，垂直房屋排架柱，有吊车房屋柱）得计算高度： 上柱 下柱 ① Ⅰ—Ⅰ 截面 ，查表得 满足要求。 ② Ⅲ—Ⅲ 截面 ，查表得 满足要求。  九 斜截面抗剪和裂缝宽度验算 9.1 斜截面抗剪验算 取Ⅲ－Ⅲ截面分析： 按Nmin、Vmax组合计算 由于风荷载（均布荷载）在水平力中的比例为 因此可以简化认为该柱承受均布荷载，则。 满足要求，按构造配箍筋φ8@200。 9.2 裂缝宽度计算 根据《混凝土结构设计规范GB 50010-2002》8.1.2条注2：e0/h0≤0.55的偏心构件可不验算裂缝宽度，比较后，Ⅲ—Ⅲ 截面的-Nmin组合的e0/h0=1150/760=1.51最大，故按此组合来验算。 取 满足要求。  十 牛腿设计 10.1 几何尺寸确定 裂缝控制系数：对支承吊车梁的牛腿，取0.65； 竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离，此时应考虑安装偏差20mm；当考虑20mm安装偏差后的竖向力作用点位于下柱截面以内时，取a=0； 作用在牛腿上的荷载有Dmax、G4k、Tmax，则： 初定尺寸为 竖向力作用点位于下柱截面以内（50mm） 截面尺寸符合要求。 10.2 牛腿配筋计算 作用在牛腿上的荷载有Dmax、G4k、Tmax 纵筋实配 满足要求。 10.3 水平箍筋面积计算 计算箍筋用量(牛腿上部2/3范围): 取承受竖向力的受拉钢筋截面积一半603mm2. 箍筋实配: 牛腿上部2/3范围内: 满足要求 10.4 牛腿局部抗压验算 设垫板的长和宽为400m400m 压应力 满足要求。  十一 柱的吊装验算 由规范知：柱插入深度900mm，则柱的总长为3.9+10.5+0.9=15.3m。 吊装采用一点翻身吊起吊，吊点在牛腿下方。计算简图如图11.1所示。 11.1 荷载计算 上柱自重标准值： 下柱自重标准值： 牛腿自重标准值： 自重设计值：。其中 上柱自重设计值： 下柱自重设计值： 牛腿自重设计值： 11.2 内力计算 上柱根部与吊点处（牛腿根部）的弯矩设计值分别为： 下柱最大正弯矩计算如下： 由 则 11.3 正截面验算 、所在截面：前配筋为 所在截面：前配筋为 原配筋均已满足起吊所需要钢筋。 11.4 裂缝宽度计算 从弯矩设计值来看，最大，因此取该处计算 取 满足要求。  十二 基础设计 该工程场地土较均匀，选择采用柱下独立基础设计。 杯口的深度：柱子的插入深度，所以杯口深度为900+50=950mm 杯口顶部尺寸：宽为，长为1000+275=1150mm 杯口底部尺寸：宽为，长为1000+250=1100mm 杯口厚度：因为，所以杯壁的厚度取 杯底厚度：，根据要求，取 杯壁高度：，取。杯壁可不配筋。 根据以上尺寸，确定基础总高度 基础几何尺寸见图12.1。 已知土层为：素填土：， 粉土：， 基底以上土的加权平均重度： 粘粒含量查表得到： 设基础宽度，埋深 基础采用C25混凝土，HRB235钢筋，则： ；； 地基基础设计等级丙级,保护层厚40mm。 垫层的厚度100mm；垫层混凝土强度等级为C10。 12.1 确定基础尺寸 按最大轴力估算基础地面尺寸 考虑到偏心荷载作用应力分布不均匀，故将计算出的基底面积增大20%~40%。 取基础底面长边与短边的比为2，则 重新计算 基底尺寸验算，见表12.1。 12.2 抗冲切验算 因壁厚等于杯壁高度，由柱边作出的斜线将恰好与杯壁相交，故可仅对台阶以下进行冲切验算。计算见表12.2。 12.3 基础底板配筋计算