单层工业厂房结构设计
单层厂房设计
一.设计题目:
单层工业厂房
二.设计内容要求资料:
1.根据工艺和建筑设计要求,该车间确定为两跨等高钢筋混凝土排架结构。车间总长度为120m,柱距为6M。
2.建设地点:某市郊区。
3.自然条件:基本风压Wo=0.45KN/㎡,基本雪压:0.75KN/㎡;土壤冻结深度最大为500mm;地下水位为-4m.地势平坦、地质构造均匀,地基允许承载力为200kpa。
4.其他资料
吊车每跨二台300/50KN,抗震设防烈度为6度。
屋面作法:二毡三油上铺小石子, 0.35 KN/㎡;
20mm厚水泥砂浆找平层, 20 KN/㎡;
50m厚水泥珍珠岩保温层, 4 KN/㎡;
一毡二油隔汽层, 0.05 KN/㎡;
20mm厚水泥砂浆找平层, 20 KN/㎡;
预应力大型屋面板。
围护墙:240mm厚实心砖墙。
内墙面:石灰砂浆底,纸筋灰罩面,0.5kn/㎡;
外墙面:清水墙。
门窗:纵墙每柱距设窗三层,窗台标高分别为1.2m、5.8m、9.4m。
窗尺寸分别为4500*2100、4500*1800、4500*1800。
两端各设一大门,尺寸为3900*3900。
三、设计依据
1、《房屋建筑制图统一标准》(GB/T50001-2001)
2、《建筑结构制图标准》(GB/T50105-2001)
3、《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)
4、《钢结构设计规范》》(GB50017-2003)
5、《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)
结构选型
该厂房,为单跨等高厂房27m,柱距6m,厂房全长120m。27m跨设有300kn/50kn中级桥式吊车。轨顶标高8.7m。地质情况:地下水位在-4m以下,地基土为沙质粘土,地基承载力特征值为220KN/m2。
三、主要结构构件的选型及布置
1、屋面结构布置。包括屋面板、天沟板、屋架及其支架、天窗架等构件的选型和布置。
(1)屋面板(包括檐口板、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04G410-1。
屋面荷载标准值:
防水层 G ik =0.35kN/m 2 保温层 G 2k =0.48kN/m 2 20mm 厚水泥砂浆找平层 G 3k =0.40kN/m 2
Qik =0.60kN/m2 雪荷载(西安地区) Qik =0.75kN/m2 外加荷载基本组合设计值
q=1.35×(0.35+0.48+0.4)+1.4×0.6×0.75= 2.2905kN/m 2
采用预应力混凝土屋面板。查04G410-1屋面板选用:Y-WB-2Ⅱ,允许荷载:2.50 kN/m2>2.204 kN/m 2,板自重 1.4 kN/m 2,灌缝重标准值 0.1 kN/m 2。 不设天窗架和天沟板,采用自由排水方式。 (2)屋架及支撑
本厂房跨度为27m ,宜采用梯形钢屋架,跨度为6m 。 荷载设计值:
防水层 G ik =0.35kN/m 2 保温层 G 2k =0.48kN/m 2 20mm 厚水泥砂浆找平层 G 3k =0.40kN/m 2 屋面板Y-WB-2Ⅱ(含灌缝) G 4k =1.50kN/m 2 屋架悬挂管道 G 5k =0.10kN/m 2 Qik =0.60kN/m2
雪荷载(西安地区) Qik =0.75kN/m2 永久荷载效应控制的基本组合设计值:
q=1.35×(0.35+0.48+0.4+1.5+0.1)+1.4×0.6×0.75=4.360 kN/m 2
查05G511,27m 跨厂房选用GWJ24-4A 1,屋架上下弦连有横向支撑和竖向支撑,自重59.8 kN/榀;18m 跨厂房选用GWJ18-4A 1,屋架上下弦连有横向支撑和竖向支撑,自重33.2kN/榀。
以上荷载计算中,因屋面坡度较小,风荷载对屋面为吸力,对重屋盖可不考虑,所以各荷载均按水平投影面积计算。 2、吊车梁
采用预制钢筋混凝土吊车梁。
x=(L-a )/2=(5.8-0.58)/2=2.61m 。
吊车竖向荷载作用下最大弯矩标准值: MQ k =2P k x 2/L=2×215×2.612/5.8=505.0KN·m 基本组合设计值(不包括梁体和轨道自重) M=1.4×1.05×505.0 =742.4 KN·m
剪力取距梁端约0.84m 处,吊车竖向荷载作用下最大剪力标准值:
V k =P k [(L-0.84)+(L-0.84-(B-W))]/L =215[4.96+4.96+1.15]/5.8
=325.1 KN 基本组合设计值 V=1.4×1.05×325.1=477.9 KN
根据以上数据,查04G323-2选用吊车梁DL-11,[M max
KN
2m,[V a ]=562.6 KN>477.9 KN,满足要求。梁自重:39.5 KN ,轨道选用DGL-10,轨道面与梁顶面距离200mm ,自重:0.8 kN/m 。梁截面尺寸如右图:
对18m 跨厂房,计算长度取L=5.8m ,a=(B-W )/2=(5550-4400)/2=0.58m ,x=(L-a )/2=(5.8-0.58)/2=2.61m 。 吊车竖向荷载作用下最大弯矩标准值: M Qk =2P k x 2/L=2×115×2.612/5.8=270.1KN 2m 基本组合设计值(不包括梁体和轨道自重) M=1.4×1.05×270.1 =397.0 KN 2m
剪力取距梁端约0.84m 处,吊车竖向荷载作用下最大剪力标准值:
V k =P k [(L-0.84)+(L-0.84-(B-W))]/L =115[4.96+4.96+1.15]/5.8 =219.5 KN 基本组合设计值
V=1.4×1.05×219.5=322.7 KN
根据以上数据,查04G323-2选用吊车梁DL-8,满足要求。梁自重:中跨27.5 KN ,轨道选用DGL-10,轨道面与梁顶面距离180mm ,自重:0.8 kN/m 。梁截面尺寸如图2。 3、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。抗风柱沿山墙等距离布置,间距为6m 。
4、基础梁
基础梁型号根据跨度、墙体高度、有无门窗洞等查04G320。
墙厚240mm ,突出于柱外。查04G320,选用JL-3,梁高均为450mm 。梁自重16.1KN 。 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05G336。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。 构件布置图见图3-3。
图3-3 结构构件平面布置图
四、排架计算(采用钢筋混凝土柱) 1、计算简图
对于没有抽柱的单层厂房,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取牛腿顶标高。下柱高度从牛腿顶算至基础顶面,持力层(基底标高)确定后,还需要预估基础高度。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,由于基础顶面还需放置预制基础梁,所以排架柱基础顶面取低于室外地面600mm 。 1)确定柱子各段高度
对27m 跨厂房
柱顶标高=8700+2140+220=110120mm ,取11400mm ;
牛腿顶面标高=8700-1200-180=7320mm ,取7500mm 。
对18m 柱顶标高=8700+2300+220=11220mm ,取11400mm
牛腿顶面标高=8700-1200-180=7320mm ,取7500mm 。
柱总高H=11.4+0.6=12.0m ;上柱高度H u =11.4-7.5=3.9m ;下柱高度H l =12.0-3.9=8.1m 。
7500
3900
11400
图4-1 排架计算简图
排
架计算简图和厂房剖面布置见图4-1、图4-2。
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,查05G335图集可初步确定柱
排架的荷载包括恒载、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屋盖自重P1
面荷载:
防水层、保温层、找平层等0.35+0.48+0.4=1.23kN/m2
屋面板自重 1.40kN/m2
屋面板灌缝0.10kN/m2
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
小计 2.73 kN/m2
集中荷载:
27m跨屋架自重59.8kN
18m跨屋架自重33.2kN
屋架作用在柱顶的恒载标准值: A 柱: P 1A =2.7336324/2+59.8/2=226.5kN B 柱:
27m 跨传来 P 1B =2.7336324/2+59.8/2=226.5kN 18m 跨传来 P 1B ’=2.7336318/2+33.2/2=164.0kN C 柱: P 1C =2.7336318/2+33.2/2=164.0kN
P 1作用点位置与纵向定位轴线的距离为150mm ,见图4-3。 ② 上柱自重P 2
A 柱: P 2A =433.9=15.6kN
B 柱: P 2B =633.9=23.4kN
C 柱: P 2c =15.6kN
③ 下柱自重P 3
下柱大部分截面为I 形,但牛腿部位及插入杯口基础的部分是矩形截面。假定矩形截面的范围为自牛腿顶面向下1000mm 及基础顶面以上1100mm 。近似忽略牛腿的重量。
A 柱:P 3A =4.43(7.5-1.0-1.1)+0.830.43253(1.0+1.1)=40.56kN
B 柱:P 3B =40.56kN ④ 吊车梁、轨道、垫层自重P 4
取轨道及垫层自重为0.8KN/m 。 A 柱: P 4A =0.836+39.5=44.3kN B 柱:27m 跨传来P 4B =44.3kN
P 4的作用点离纵向定位轴线的距离为750mm ,见图4-3。
2)屋面活荷载P 5
屋面活荷载取屋面均布活载和雪荷载两者的较大值0.60kN/m 2
图4-3 恒载的作用点位置
P
A 柱:P 5A =0.5536324/2=39.6kN
B 柱:27m 跨传来 P 5B =39.6kN
P 5作用位置同P 1。 3)吊车荷载
①吊车竖向荷载D max,k 、D min,k
表中P min =0.5(m 1+Q)g-P max
吊车竖向荷载D max 、D min 根据两台吊车作用的最不利位置用影响线求出。D max 、D min 的计算简图见图4-4。图中两台吊车之间的最小轮距x=B-K 。对应于轮子位置影响线的高
度y 2、y 3、y 4可利用几何关系求得。
27m 跨两台吊车相同,均为20t
吊车,P max =215kN ,P min = 45kN ,;x=5550-4400 =1150mm ;y 2=(6-4.40)/6=0.267,y 3=(6-1.15)/6=0.808,y 4=(6-1.15-4.4)/6=0.075。
D max ,k =β P max Σy i = 0.932153(1+0.267+0.808+0.075)=416.0kN D min
,k =β P min Σy i = 0.93453(1+0.267+0.808+0.075)=87.0kN 18m 跨有两台10t 吊车,同理可求得:
D max ,k = 0.931153(1+0.267+0.808+0.075)=222.5kN D min ,k =0.93253(1+0.267+0.808+0.075)=48.4kN 吊车横向水平荷载T max,k
27m 跨,吊车额定起重量15t T k =α(Q+m 2)g/4=0.13(20+7.8) 39.8/4=6.81kN T k 的最不利位置同P max ,故 T max ,k =0.936.813(1+0.267+0.808+0.075)=14.2kN 18m 跨,吊车额定起重量Q ≤10t ,吊车横向水平荷载系数α=0.12,每个大车轮产生的横向水平制动力为 T k =α(Q+ m 2) g /4=0.123(10+3.9) 39.8/4=4.09kN T k 的最不利位置同P max ,故 T max ,k =0.934.093(1+0.267+0.808+0.075)=8.5kN T max 作用点的位置在吊车梁顶面。 4)风荷载 基本风压W 0=0.55KN/m 2,地面粗糙度为B 类。 ① 作用在柱上的均布荷载 y 2 y 3 y 4 y 1=1 图4-4吊车荷载计算简图 柱顶标高11.4m ,室外地面标高-0.3,则柱顶离室外地面高度为11.4-(-0.30)=11.70m ,查表得,风压高度系数μz =1.048。 可查得风荷载体型系数μs ,标于图4-5。单层工业厂房,可不考虑风振系数,取Z β=1。 q 1k =μS μz βZ W 0B=0.831.04831.030.5536=2.85kN/m (压力) q 2k =μS μz βZ W 0B=-0.431.04831.030.5536=-1.38kN/m (吸力) ② 作用在柱顶的集中风荷载F W 作用在柱顶的集中风荷载F W 由两部分组成:柱顶至檐口竖直面上的风荷载F W1和坡屋面上的风荷载F W2(见图4-6),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。 根据屋架构造,为简便计算,两跨均取 h 1=2.1m , h 2=1.2m 。 H=11.7+2.1=13.8m , μz =1.106。 F Wk =[(0.8+0.4)h 1+(0.5-0.6)h 2+(0.4-0.4)h 2 ] μz βZ W 0B =8.76KN(→) 同理可求得右吹向左风(←) 迎风面和背风面的q 1、q 2大小相等、方向相反。 Fwk=[(0.8+0.4)h 1+(0.6-0.5)h 2+(0.4-0.4)h 2 ] μz βZ W 0B =9.64kN(←) 3、排架内力分析 在计算简图中,上柱的计算轴线取为上柱的截面形心线,下柱的计算轴线取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4-3。 表4-3柱的抗侧刚度及剪力分配系数 恒载下的计算简图可以分解为两部分:作用在柱截面形心的竖向力和偏心力矩(图4-7)。 屋盖自重对上柱截面形心产生的偏心力矩为(参见图4-3): M 1A =-226.53(0.2-0.15)= -11.33kN 2M M 1B =- (226.5-164.0)30.15= - 9.38kN 2M M 1C =164.03(0.2-0.15)=8.2kN ?M M M 1b bC 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 M 2A =-226.53(0.4-0.15)-15.630.2+40.330.35=-45.64kN 2M M 2B =-(226.5-164.0) 30.15- (40.3-28.3)30.75=-18.38kN 2M M 2C =164.030.25+15.630.2-28.330.35=34.22kN ?M 偏心力矩作用下,各柱的弯距和剪力用剪力分配法计算。先在柱顶加上不动铰支座,利用教材附录9求出各柱顶不动铰支座的反力;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各柱(剪力分配过程列于表4-4);最后求出各柱柱顶的剪力(见图4-8a ),得到每根柱的柱顶剪力后,单根柱利用平衡条件求出各个截面的弯矩及柱底截面剪力。 表4-4恒载下柱的剪力分配 注:)11(1) 1 1(15.1321-+--=n n C λλ,)11(115 .1323-+-=n C λλ;R i =(M 1/H)C 1+(M 2/H)C 3;V i =ηi R-R i ; R=R A +R B +R C 。 例如对于柱A 柱顶截面的弯距:M 1=-11.33kN.m 牛腿截面上的弯距:M 1+ V A H u =-11.33+4.5733.9=6.49kN.m 牛腿截面下的弯距:M 2+M 1+ V A H u =-45.64+6.49=-39.15kN.m 柱底截面弯距:M 1+M 2+ V A H =-11.33-45.64+4.57312.0=-2.13kN.m 同理可求出其B 柱、C 柱的截面弯距,见附图4-8b 。柱轴力可直接根据作用在截面形心的竖向力确定,见例图4-8c 。 (2)屋面活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4-5、4-6,图4-9、4-10是屋面活载下的内力图。 柱顶截面的弯距:M 1=-1.98kN.m 牛腿截面上的弯距:M 1+ V A H u =-1.98+0.7333.9=0.87kN.m 牛腿截面下的弯距:M 2+M 1+ V A H u =-9.9+0.87=-9.03kN.m 柱底截面弯距:M 1+M 2+ V A H =-1.98-9.9+0.73312.0=-3.12kN.m 表4-6 屋面活载作用在BCA 跨时柱的剪力分配 柱顶截面的弯距:M 1=0kN.m 牛腿截面上的弯距:M 1+ V A H u =0+0.6533.9=2.54kN.m 牛腿截面下的弯距:M 2+M 1+ V A H u =0+2.54=2.54kN.m 柱底截面弯距:M 1+M 2+ V A H =0+0+0.65312.0=7.8kN.m (3)吊车竖向荷载作用下的内力分析 吊车竖向荷载有四种基本情况,如图4-11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4-7。例图4-12~4-15是吊车竖向荷载下内力图。 表4-7吊车竖向荷载下柱剪力的分配 a)单根柱的受力及柱底剪力;b)弯距图(kN.m );c)轴力图(kN ) 图4-8 恒载下排架柱内力 b) c) a) -6.00 a)D max 作用在A 柱;b) D min 作用在A 柱;c) D max 作用在C 柱;d) D min 作用在C 柱 图4-11 吊车竖向荷载的4种基本情况 a) b) c) d) a)单根柱的受力及柱底剪力;b)弯距图(kN.m );c)轴力图(kN ) 图4-12 A 柱作用D max 、B 柱作用D min 时的排架柱内力 c) b) a) 1.86 9.14 a)单根柱的受力及柱底剪力;b)弯距图(kN.m );c)轴力图(kN ) 图4-14 C 柱作用D min 、B 柱作用D max 时的排架柱内力 c) b) a) -0.95 a)单根柱的受力及柱底剪力;b)弯距图(kN.m );c)轴力图(kN ) 图4-15 C 柱作用D min 、B 柱作用D max 时的排架柱内力 c) a) b) (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。 吊车水平荷载的剪力分配过程见表4-8,图4-16、4-17是其内力图。 表4-8吊车水平荷载下柱剪力的分配 (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表4-9,图4-18是风荷载下的内力图。因本例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(q 1、q 2大小相等,F wk =8.76kN 、F wk ’ =9.64kN ),可利用左吹向右风的内力图。 表4-9风荷载下柱剪力的分配 注:由教材附录9 , )] 11 (1[8)]1(1[33411-+-+= n n C λλ 60.69 a)单根柱的受力及柱底截面剪力;b)弯距图(kN.m ) 图4-17 B 、C 跨作用T max 时的排架柱内力 8.50 a) b) 4.23 a)单根柱的受力及柱底截面剪力;b)弯距图(kN.m ) 图4-16 A 、B 跨作用T max 时的排架柱内力 a) b) 4、排架内力组合 以A 柱内力组合为例。下表为A 柱在各种荷载作用下内力标准值汇总表 表4-10 A 柱的控制截面示意图见图4-19: a)单根柱的受力及柱底截面剪力;b)弯距图(kN.m ) 图4-18 风荷载(左吹向右风)下排架柱内力 q 1=2..85k N /m a) b) 西安理工大学 2单层工业厂房结构设计 14 表4-11 A 柱内力组合表 注:M 单位(m kN ),N 单位kN ,V 单位kN 五、排架中柱截面设计 1.计算长度及材料强度 以A 柱为例。考虑吊车荷载时,柱子在排架方向的计算长度根据下式确定: 上柱:l u =2.0H u =2.033.9=7.8m ; 下柱:l l =1.0H l =1.038.1=8.1m C30混凝土,f c =14.3N/mm 2,0.11=α。HRB335纵向钢筋,f y = f y '=300 N/mm 2; HPB235箍筋、构造筋, f y =210 N/mm 2。 2.上柱截面配筋设计 上柱截面尺寸已初定为4003400mm ,采用对称配筋。 取h 0=400-35=365mm 。 N b =α1f c b ξb h 0=1.0314.3N/mm 23400mm 30.553365mm=1148.29KN 内力组合中Ⅰ-Ⅰ截面四组内力下的受压区高度系数ξ = N α1f c bh 0 <ξ b ,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,因此可用内力组合M=-97.54KN 2m ,N=290.52KN 计算配筋。 e 0=M/N=97.54/290.52=336mm ;e a =20mm ;e i =e 0+e a =336+20=356mm l 0/h=7800/400=19.5>5,故应考虑偏心距增大系数η ζ1=0.5 f c A/N=0.5×14.3×160000/290520=3.94>1, 取ζ1=1.0。 ζ2=1.15-0.01l 0/h=1.15-0.01×7.8/0.4=0.955 所以: η=1+11400e i /h 0 (l 0h )2·ζ1·ζ2=1+11400×356/365 ×(7.80.4 )2 ×1.0×0.955=1.27 e =ηe i +h/2- a s =1.27×356+400/2-35=617.2mm x= N α1f c b =290.52 1.0×14.3×400 =50.8mm<ξb h 0=0.55×365=201mm , 且x<2 a s ' =70mm ()() ''2/001s y c s s a h f x h bx f a Ne A A ---= '== 290.52×617.2-1.0×14.3×400×50.8×(365-50.8 2 )300×(365-35) =814mm 2 选用3Φ20(A s =A S '=942mm 2>ρmin bh=320mm 2)。 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Ф8@200。 3.下柱截面配筋设计 下柱截面按I 形截面,截面尺寸为4003800mm,采用对称配筋。 取h 0=800-35=765mm N b =α1f c (b f ’-b )h f +α1f c bξb h 0=1.0314.33(400-100)3150+1.0314.3310030.553765=1245.2KN 。Ⅱ—Ⅱ、Ⅲ—Ⅲ截面各组内力都小于N b ,均为大偏心受压。所以选取偏心距e 0最大的一组内力作为最不利内力。 取最不利组合M=422.24,N=406.85,V=40.69计算。 e 0=M/N=422.24/406.85=1038mm ;e a =800/30=27mm>20mm ;e i =e 0+e a =1038+27=1065mm l 0/h=8100/800=10.1>5,故应考虑偏心距增大系数η ζ1=0.5f c A/N=0.5×14.3×176000/422240=2.98>1, 取ζ1=1.0。 l 0/h <15,取ζ2=1.0 所以: η=1+11400e i /h 0 (l 0h )2·ζ1·ζ2=1+11400×1065/765 ×(8.10.8 )2 ×1.0×1.0=1.05 e =ηe i +h/2- a s =1.05×1065+800/2-35=1483mm e’=ηe i -h/2 +a s ’=1.05×1065-800/2+35=753mm x=N α1f c b f '= 406.85 1.0× 14.3×400 =71mm A S =A S ’= Ne' f y (h 0-αs ') =406.85×753×103 300×(765-35) =1195mm 2 选用4Φ20(A s =A S '=1256mm 2>ρmin bh=320mm 2) 同理,按照上述方法可知其他组内力组合下配筋计算均小于1195mm 2。 4.牛腿设计 1)截面尺寸验算 以A 柱为例。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600mm ,外缘高度取400mm 。牛腿高度应满足斜截面抗裂的要求: 005.05.01h a bh f F F F tk vk ks vk +? ??? ? ?-≤β 式中 F hk ——作用在牛腿顶部的水平拉力标准值,对本例为0; F vk ——作用在牛腿顶部竖向力标准值,P 4A +D max,k =44.3+416.0=460.3kN ; β——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,a=750-800=-50<0,取a=0; h 0——牛腿截面有效高度600-35=565mm ; b ——牛腿宽度,为400mm ; f tk ——混凝土抗拉强度标准值,对于C30混凝土f tk =2.01N/mm 2。 vk 20 0tk vk hk kN 538.5900.5565mm mm 400N/mm 01.265.05.05.01F h q bh f F F >=???=+ ???? ? ?-β 截面尺寸满足要求。 2)配筋及构造 纵向钢筋,由于a<0.3h 0,取a=0.3h 0=170mm ,牛腿不需设置弯筋。 A S = F v a 0.85f y h 0 +1.2F h f y = 644.4×103×1700.85×300×565 =7120mm 2 选用4Φ16(A s =804 mm 2)。箍筋选用Ф8@100,满足构造要求。 3)局部受压强度验算 局部承压面积近似按柱宽乘以吊车梁断承压板宽度取用: 25mm 102.0500mm 400mm ?=?=A F vk /A= 460.3×1032×105 =2.30N/mm 2<0.75f c =10.725 N/mm 2 , 满足要求。 5、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, 其计算简图见图5-1。 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。 柱子插入基础杯口深度h 1取 800mm ,故柱全长为3.9+8.1+0.8=12.8m 。 q 1=1.530.931.234=6.48kN/m q 2=1.530.931.23(0.17632535.5+0.430.832532.8)/8.3=5.61kN/m M 1=6.4833.92/2=49.28kN.m M 2=0.5367.02-5.6138.32/8=-14.80kN.m 2)承载力验算 当不翻身起吊时,1—1截面的尺寸为4003400mm 。由于对称配筋 As=M/[fy(h 0- a s ')]=49.283106/[3003(365-35)]=498mm 2 现上柱配有3Φ20,吊装时能有效利用的纵筋为2Φ20(A s =628mm 2),满足吊装时承载力要求。 2—2截面 As=M/[fy(h 0- a s ')]=67.023106/[3003(365-35)]=677mm 2 现下柱配有4Φ20,吊装时能有效利用的纵筋为2Φ20(A s =628mm 2),2-2截面不能满足吊装时承载力要求。 3-3截面不起控制作用。 上述吊装验算结果表明,根据使用阶段的内力进行配筋,施工时不翻身起吊不能满足承载力要求。应该采取调整吊点、翻身起吊、多点起吊或增加配筋等措施。现采用翻身起吊后,经验算承载力能满足要求。 3)裂缝宽度验算 混凝土的最大裂缝宽度公式为 ??? ? ?? +=te eq s sk cr d c E w ρσψ α08.09.1max 式中 αcr ——构件受力特征系数,对于钢筋混凝土受弯构件αcr =2.1; c ——钢筋保护层厚度,c=25mm ; 2700 5500 1 2 ρte——按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率,ρte =A s/A te; d eq——受拉区纵向钢筋的等效直径,对于直径相同的带肋钢筋,d eq=d; σsk——按荷载效应的标准组合计算的钢筋等效应力,σsk =M k/(0.87h0A s); Ψ——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数,Ψ=1.1-0.65f tk/(ρteσsk); f t k——混凝土抗拉强度标准值,C30混凝土施工阶段f t k=0.732.01=1.41。 1—1、2—2截面裂缝宽度的验算过程见表5-1。 六、基础设计 (1).基础设计资料 地质情况:地下水位在-4m以下,地基土为沙质粘土,地基承载力特征值为220 KN/m2,冻深线1.2m。 以A柱下基础为例。基础采用C20砼,抗拉强度f t=1.1N/mm2;HPB235钢筋抗拉强度f y=210N/mm2。 基础顶面(即排架柱的Ⅲ—Ⅲ截面)内力组合列于表6-1。 表6-1 A柱杯口顶面内力组合 (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h 1 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;取h 1 =800mm。 杯口顶部尺寸:宽=400+2375=550mm;长=800+2375=950mm。 杯口底部尺寸:宽=400+2350=500mm;长=800+2350=900mm。 杯壁尺寸:厚度t=300mm;杯壁高h 2 ≤t/0.75=400mm,取400mm。 杯底厚度:a 1 =250mm。 基础总高度: h≥h 1+ a 1 +50=800+250+50=1100mm,取1100mm。 基础埋深:d=1.1+0.6=1.7m。 (3).地基计算 先按轴心受压基础估算基础底面尺寸。 A≥N max,k /(f ak -γ s d)=778.5/(220-2031.7)=4.19m2,初步选l3b=2.03 3.0m。则底板面积A=2.033.0=6.0m2;截面抵抗矩W=l b2/6=2.0332/6=3m3;基础 及覆土自重G k =γ s Ad=203631.70=204kN。 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: )5.0()3(-+-+=d b f f m d b ak a γηγη 式中 f ak ——地基承载力特征 值,本例为220kN/m 2; γ——基础底面以下土的重度,本例取18kN/m 3; γm ——基底以上土的加权平均重度,本 例取17kN/m 3; ηb 、ηd ——分别为基础宽度和埋深的地 基承载力修正系数,对于沙质粘土,分别取0.3和1.6。 f a =220+1.63173(1.7-0.5)=252.6kN/m 2 计算基础底面的压力时,A 柱下基础是边柱基础,还应包括基础梁和外墙传来的荷载(详见图6-1)。N c =16.1KN ,M c =16.130.55=8.86KN 2m 地基承载力计算采用荷载的标准组合,验算过程见例表6-2。 (4)、验算基础高度 地基净反力计算 对组合1 P j,max =N k bl + M k +V k h W =7552×3 + 339.75+26.65×1.13 =248.86 kN/m 2 P j,min =N k bl - M k +V k h W =7552×3 - 339.75+26.65×1.13 =2.81 kN/m 2 按比例可求得相应于柱边缘、变阶处及冲切破坏锥体外边缘的地基净反力值,见图6-2 因壁厚t=300mm ,小于杯壁高度400mm ,由柱边作出45°斜线将与杯壁相交,这说明不可能从柱边产生冲切破坏,故仅需对台阶以下进行冲切验算。这是冲切锥体的有效高度h 0=700-40=6120mm ,冲切破坏锥体最不利一侧斜截面上边长a t 和下边长a b 分别为: a t =400+2×375=1150mm a b =1150+23660=2470mm>l=2000mm ,取a b =2000mm 则 a m = a t + a b 2 = 1.15+ 2.02 =1.58m 图6-1 地基的荷载