钢筋混凝土单层厂房设计计算书

课程设计报告

课程混凝土结构设计

系（部）

指导教师

专业班级

学生姓名

学号

1. 设计项目...................................................................................................................................... 5 2. 设计资料 (5)

2.1 建设地点：临安市某厂区 .............................................................................................. 5 2.2 自然条件： ...................................................................................................................... 5 2.3 结构型式：钢筋混凝土排架结构 .................................................................................. 5 2.4 建筑平面： ...................................................................................................................... 5 2.5 建筑剖面： ...................................................................................................................... 5 2.6 排架柱计算参数： .......................................................................................................... 5 2.7 吊车系统计算参数： ...................................................................................................... 6 2.8 屋盖构件计算参数： ...................................................................................................... 6 2.9 屋面做法： ...................................................................................................................... 6 2.10 围护结构： .................................................................................................................... 6 2.11 材料供应： .................................................................................................................... 7 2.12 环境类别为一类 ............................................................................................................ 7 3 画出车间平面图及剖面图 ......................................................................................................... 7 4 计算简图. (8)

4.1 计算简图与柱截面参数 .................................................................................................. 8 5 荷载计算（标准值） .. (9)

5.1 恒荷载 (9)

5.1.1 屋盖自重 ............................................................................................................... 9 5.1.2 柱自重 ................................................................................................................. 10 5.1.3 吊车梁及轨道自重 ............................................................................................. 10 5.2 屋面活荷载： ................................................................................................................ 11 5.3吊车荷载........................................................................................................................... 11 5.4 风荷载............................................................................................................................ 12 6 内力分析.. (14)

6.1 剪力分配系数的计算 (14)

6.1.1 A 列柱柱顶位移A δ值的计算 ............................................................................ 14 6.1.2 B 列柱柱顶位移B δ值的计算 ............................................................................ 14 6.1.3 C 列柱柱顶位移

C δ值的计算,同A 列柱 ........................................................... 15 6.1.4 各柱剪力分配系数

1η (15)

6.2 恒荷载作用下的内力分析 ............................................................................................ 15 6.3 屋面活荷载作用下的内力分析： . (18)

6.3.1 A ，B 跨作用有活荷载时： ............................................................................... 18 6.3.2 BC 跨作用有屋面活荷载时 ............................................................................... 19 6.4 吊车竖向荷载作用下的内力分析（不考虑厂房整体空间工作） . (20)

6.4.1 AB 跨 ,

max,k

D 作用于A 列柱时 (20)

6.4.2 AB 跨max,k D 作用于B 列柱左侧时 .................................................................... 22 6.4.3 BC 跨max,k

D 作用于B 列柱右侧时 .................................................................... 23 6.4.4 BC 跨

max,k

D 作用与C 列柱时 (25)

6.5 吊车水平荷载作用下的内力分析（不考虑厂房整体空间工作） (26)

6.5.1 AB 跨作用有横向水平荷载max T 时 ................................................................... 26 6.5.2 BC 跨作用有横向水平荷载

max

T 时 (27)

6.6 风荷载作用下的内力分析 (28)

6.6.1 左吹风时，计算简图如图1-22所示 (28)

7.内力组合：.................................................................................................................................. 30 8 截面设计.. (32)

8.1 上柱 (32)

8.1.1 按第①组内力计算 ............................................................................................. 32 8.1.2 按第②组内力计算 ............................................................................................. 33 8.1.3 垂直于弯矩作用平面承载力验算 ..................................................................... 33 8.2 下柱：. (34)

8.2.1 按第①组内力计算 ............................................................................................... 34 8.2.2 按第②组内力计算 ........................................................................................... 35 8.2.3 按第③组内力计算 ............................................................................................. 35 8.2.4 垂直于弯矩作业平面承载力验算 (36)

()[]0.90.90.7514.3400900300152024090.5883.95c y S S N f bh f A A kN kN

?''??=++=????+??=>??8.3 柱内箍筋配置： ........................................................................................................... 36 8.4 柱的裂缝宽度验算（安《混凝土结构设计规范》规定，00.55K

k K

M e h N =

<同步进行裂缝宽度验算） (36)

8.4.1 上柱： ................................................................................................................. 36 8.4.2 下柱： ................................................................................................................. 37 8.5 牛腿设计 (37)

8.5.1 牛腿几何尺寸的确定 ......................................................................................... 37 8.5.2 牛腿高度验算 ..................................................................................................... 38 8.5.3 牛腿的配筋 ......................................................................................................... 39 8.5.4 牛腿局部受压验算 ............................................................................................. 39 8.6 柱吊装验算 .. (39)

8.6.1 荷载计算 ............................................................................................................. 39 8.6.2 内力分析 ............................................................................................................. 40 8.6.3 上柱吊装验算 ..................................................................................................... 40 8.6.4 下柱吊装验算 .. (40)

《混凝土结构设计》

课程设计计算书

设计题目钢筋混凝土单层工业厂房结构设计

专业

班级

学号

学生姓名

指导教师

日期2009.7.3

成绩

钢筋混凝土单层工业厂房结构设计计算书

1. 设计项目

某金属切削加工车间

2. 设计资料

2.1 建设地点：临安市某厂区

2.2 自然条件：

基本风压：0.45 KN/m2。

基本雪压：0.45 KN/m2。

屋面均布活荷载标准值：0.5KN/m2。

地质条件：场地土组成情况从上至下依次为：0.8m厚杂填土；1.5m厚轻亚粘土，承载力特征值f ak=140KPa；3.0m厚亚粘土，承载力特征值f ak=180KPa。

抗震设防烈度：6度。

2.3 结构型式：钢筋混凝土排架结构

2.4 建筑平面：

车间长度为60m，柱距为6 m；车间宽度选用48m，其中AB跨及BC跨尺寸详见附表。

2.5 建筑剖面：

两跨等高排架，室内外高差0.2m，柱牛腿顶标高9.3m，轨道顶标高10.7m，上柱顶标高13.5m。

2.6 排架柱计算参数：

上柱均采用b×h=400mm×400mm矩形截面，下柱均采用工字形截面，下柱的截面几何参数分别为：

A、C列柱：b×h×h f×b w=400mm×900mm×150mm×100mm，A=1.875×105 mm2,

I=1.95×1010 mm4, 自重标准值为4.69KN/m；

B列柱：b×h×h f×b w=400mm×1000mm×150mm×100mm，A=1.975×105 mm2, I=2.56×1010 mm4, 自重标准值为4. 94KN/m。

2.7 吊车系统计算参数：

吊车：两跨均设有两台20/5t软钩电动桥式吊车，工作级别均为A4，其中跨度为21m：桥架跨度L k=19.5m, 宽度B=5.55m, 轮距K=4.4m, 最大轮压标准值P max,k=205KN, 大车质量m1=28t, 小车质量m2=7.5t；BC跨度为24m：桥架跨度L k=22.5m, 宽度B=5.55m, 轮距K=4.4m, 最大轮压标准值P max,k=215KN, 大车质量m1=32t, 小车质量m2=7.5t。

吊车梁：采用预应力钢筋混凝土等截面薄腹吊车梁，梁高 1.2m, 自重标准值为

44.2KN/根。

轨道：高为0.2m, 轨道及连接件自重标准值为0.8KN/m。

屋盖钢支撑体系：取自重标准值为0.05KN/m2。

2.8 屋盖构件计算参数：

屋面板：采用预应力钢筋混凝土大型屋面板，1500mm×6000mm×240mm，板重标准值（含灌缝）为1.4 KN/m2。

屋架：采用梯形钢屋架，共8个节间，21m跨端部高度为1.99m、跨中央高度为3.04m；24m跨端部高度为1.99m、跨中央高度为3.19m。屋架自重标准值按下式计算：0.12＋0.011L（KN/m2），其中L为屋架跨度，以m计。

钢筋混凝土天沟板：580mm×6000mm×400mm，板重标准值为12.8 KN/块。

2.9 屋面做法：

三毡四油防水层；20mm厚1:3水泥砂浆找平层；250mm厚1:8水泥珍珠岩制品保温层；一毡二油隔气层；20mm厚1:2.5水泥砂浆找平层；预应力钢筋混凝土大型屋面板，板下喷大白浆两道。

2.10 围护结构：

墙体：370mm厚烧结普通砖砌体，自重标准值取19KN/m3，

外清水墙、内喷大白浆两道。

钢窗：上窗1.8m×3.6m、下窗3.6m×3.6m，自重标准值取0.45KN/m2。

2.11 材料供应：

混凝土强度等级：均采用C30

钢筋：柱内受力纵筋采用HRB335级，柱内箍筋及基础采用HPB235级。

2.12 环境类别为一类

3 画出车间平面图及剖面图

见下页插页图1-1和图1-2

图1-1厂房结构平面图

图1-2厂房剖平面图

4 计算简图

4.1 计算简图与柱截面参数

可以从整个厂房中选择具有代表性的排架作为计算单元，计算柱距为6m，其计算简图如下图1-3所示。

图1-3计算简图

上柱高：

113.510.7 1.20.2 4.2m

H=-++=

下柱高：

310.7 1.20.20.59.8m

H=--+=

柱总高：

13 4.29.814.0m H

H H =+=+=

柱截面几何参数，列表如下：

柱列

上柱

下柱

bxh(mmxmm) A(mm4) I(mm4) bxhxhfxbw(mm2xmm2) A(mm2)

I(mm4)

A 400x400 1.6x105 2.13x109 400x900x150x100 1.875x105 1.95x1010

B 400x400 1.6x105 2.13x109 400x1000x150x100 1.975x105 2.56x1010 C

400x400

1.6x105

2.13x109

400x900x150x100

1.875x105 1.95x1010

5 荷载计算（标准值）

5.1 恒荷载

5.1.1 屋盖自重

三毡四油防水层 2

0.35KN m 20mm 厚1:3水泥砂浆找平层 20.02200.4KN m ?= 250mm 厚1:8水泥珍珠岩制品保温层 20.25 3.50.875KN m ?= 一毡二油隔气层 20.05KN m 20mm 厚1:2.5水泥砂浆找平层 20.02200.4KN m ?= 预应力钢筋混凝土大型屋面板 21.4KN m 屋盖刚支撑体系 20.05KN m 屋面恒荷载 23.525KN m 屋架自重：21m 跨 44.2/KN 榀故作用于AB 、BC 跨两端柱顶的屋盖结构自重为：

11110.544.20.5621 3.525244.18A BA BC C G G G G KN ====?+???= 1111400

150,150502

BA BC A C e e mm e e mm ====

5.1.2 柱自重

边柱A ：上柱521 1.610A mm =?

562 1.61010 4.22516.8A G KN -=????= 2900400

25022

A e mm =

-= 下柱522 1.87510A mm =? 4 4.699.846A G KN =?= 中柱B ：上柱521 1.610A mm =?

562 1.61010 4.22516.8B G KN -=????= 20B e =

下柱522 1.97510A mm =? 4 4.949.848.4B G KN =?= 40B e =

边柱C ：上柱2216.8C A G G KN == 290040025022

C e mm =

-= 下柱52

2 1.87510A mm =?

4446C A G G KN == 40C e =

5.1.3 吊车梁及轨道自重

AB 跨：344.260.849G KN =+?= 3900

7503002

A e mm =-

= BC 跨：344.260.849G KN =+?= 33750BA BC e e mm ==

3900

7503002

C e mm =-

= 各恒载作用位置如第8页图1-4所示

5.2 屋面活荷载：

由《荷载规范》查得，屋面均布活荷载标准值2

0.5KN m ，而雪荷载的标准值

为2

0.45KN m ，所以仅按屋面活荷载计算。

AB 跨同BC 跨：0.56240.536AB BA BC CB Q Q Q Q KN ====???=

5.3吊车荷载

本车间选用的吊车参数如下：（AB 跨同BC 跨）

图1-4厂房结构平面图

图1-5吊车轮压简图

21m 跨：20/5t 吊车，工作级别为4A ，吊车梁高1.2m ，

max,min,5.55, 4.4,205,72.5,280,75.

k k B m k m P KN P KN G KN g KN ======

吊车梁及支座影响线如第7页图1-5所示

故作用于排架柱上的吊车竖向荷载分别为：

AB 跨（同BC 跨）：max,205(10.2670.80.067)437.47k D KN =?+++= min,72.5(10.2670.80.067)154.72k D KN =?+++=

作用在每个轮上的吊车横向水平荷载标准值：对于20/5t 软钩吊车：0.1(20075)

0.1, 6.8754

Q T KN α?+==

AB 跨（同BC 跨）：max, 6.875(10.2670.80.067)14.67k T KN =?+++=

5.4 风荷载

由已知条件可知：基本风压为2

00.45KN m ω=，风压高度系数按B 类地面取。

柱顶：13.5, 1.098Z H m u ==

檐口：15.49, 1.151Z H m u == 屋顶：BC 跨（同AB 跨）

16.69, 1.1

Z H m u ==

图1-6风荷载体型系数图

风荷载标准值为：

1100.8 1.0980.450.395

S Z u u KN m ωω==??= 22200.4 1.0980.450.198

S Z u u KN m ωω==??= 作用在排架上的风荷载标准值为: 110.3956 2.37q b kN m ω==?=

220.1986 1.19q b kN m ω==?=

左吹风（同右吹风）

121034[()()]W s s z s s z z b F u u u h w u u u h w b

=+++

[(0.80.4) 1.151(15.4913.5)0.45(0.60.5) 1.177(16.6915.49)0.45]7.04

=+??-?+-+??-?=

风荷载作用如图1-7所示

图1-7风荷载作用示意图

6 内力分析

本厂房为两跨等高排架，可用剪力分配系数法来进行内力分析

6.1 剪力分配系数的计算

6.1.1 A 列柱柱顶位移

A δ值的计算

上柱：94

1 2.1310mm I =? 下柱： 104

2 1.9510mm I =?

1102 2.13100.1091.9510

n I ?===I ? 12 4.20.313

H H λ=

== 查附录9附图9-10 2.46C = 则

111020

2.0810

1.9510

2.46A E C E

H H H δ-=

?=?I ??

6.1.2 B 列柱柱顶位移

B δ值的计算

上柱：94

1 2.1310mm I =? 下柱：104

2 2.5610mm I =?

1102 2.13100.0832.5610

n I ?===I ? 12 4.20.314

H H λ=

== 查附录9附图9-1 0 2.31C = 则 0

10212

221.6910

2.5610 2.31B C E E E

H H H δ-=

=?I ?? 6.1.3 C 列柱柱顶位移

C δ值的计算,同A 列柱

2.0810C E

H δ-=?

6.1.4 各柱剪力分配系数

1η

1111

11110 1.553102.08 1.69 2.082

i i

H H δ=??=++?=? ???∑

1111111111111111110 1.553102.08 1.69 2.082

10 1.553100.312.08110 1.553100.38

1.69110 1.553100.31

2.08

i i

A B C E

H H δηηη=??=++?=? ???=

???==???==???=∑

6.2 恒荷载作用下的内力分析

恒荷载下排架的计算简图，如下图1-8所示

图1-8恒荷载作用图

A 列柱：

()11111223244.18244.180.0512.21.16.84965.8.A A A A A A A A F G kN

M G e kN m F G G kN m

====?==+=+= ()()212233244.1816.80.25490.350.55.A A A A A A M G G e G e kN m =+-?=+?-?= 3446A A F G kN ==

B 列柱：

()111111112323234244.182562.9244.18244.180

4916.849114.80

48.4B BA BC B BA BA BC BC B BA B BC B B B F G G kN

M G e G e F G G G kN

M F G kN

=+=?==?-?=-==++=++====

C 列柱:

()()()1111122321223334244.18244.180.0512.2116.84965.8244.1816.80.25490.350.55.46C C C C c C C C C C C C C C

C C F G kN

M G e F G G kN

M G G e G e kN m F G kN

===?=?==+=+==+-?=+?-?===

各柱不动铰支座反力:

A 列柱: 0.109,0.3,n λ==查附录9附图9-2，9-3得

()()

()

1311122232122.13, 1.1212.21

2.13 1.8614

50.55 1.12 4.04141.86 4.04 5.90A C C M A R C kN H M H R C kN H R R R kN ===

?=?=→=?=?=→=+=+=→

B 列柱: 0.109,0.3,n λ==查附录9附图9-2，9-3得

()()

()

1311122232122.13, 1.1212.21 2.13 1.8614

50.55 1.12 4.04141.86 4.04 5.90A C C M C R C kN H M C R C kN H R R R kN ===

?=?=←=?=?=←=+=+=←

所以，排架柱不动铰支座总反力:

12 5.900 5.900A C R R R R kN =++=-++= 各柱柱顶最后剪力为：

()5.900.310 5.90A A A V R R kN η=-=--?=-→ 00.3800B B B V R R η=-=-?=

()5.900.310 5.90C C C V R R kN η=-=-?=→ 恒荷载作用下排架柱弯矩图和轴力图如图1-9所示：

图1-9恒载作用下内力图

6.3 屋面活荷载作用下的内力分析：

6.3.1 A ，B 跨作用有活荷载时：

由屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力：1136A B Q Q kN == 在A ，B 柱顶及变截面处引起的弯矩分别为：

()111360.05 1.8.A A A M Q e kN m =?=?= ()212360.259.A A A M Q e kN m =?=?=

()111360.15 5.4.B B B M Q e kN m =?=?=

20B M =

各柱不动铰支座反力分别为：

A 列柱: 0.109,0.3,n λ== 1 2.13C =，3 1.12C =

()()()

111222321218

2.13 2.274149

1.120.7214

0.2740.720.994A M A R C kN H M C R C kN H R R R kN =?=?=→=

?=?=→=+=+=→

B 列柱: 10.083,0.3, 2.3,n

C λ===则

()1112 5.4

2.30.87714

B M B R R

C kN H ==

?=?=→ 排架柱不动铰支座总反力:

()0.9940.8870 1.881A B C R R R R kN =++=++=→

排架柱最后剪力分别为：

()0.9940.31 1.8810.411A A A V R R kN η=-=-?=→ ()0.8870.38 1.8810.172B B B V R R kN η=-=-?=→

()00.31 1.8810.583C C C V R R kN η=-=-?=-←

A ，

B 跨作用有屋面活荷载时，排架柱的弯矩图和轴力图如下图1-10

所示：

图1-10 AB 跨屋面活荷载内力图

6.3.2 BC 跨作用有屋面活荷载时

由屋面活荷载在每侧柱上产生的压力为1136B C Q Q KN

其在B,C 柱顶及变截面处弯起的弯矩： 111360.1554B B B M Q e K N M

=?=?=?

B M =

111360.05 1.8C C C M Q e K N M =?=?=?

212360.259C C C M Q e K N M

=?=?=?

各柱不动铰支座反力分别为：

B 列柱：0.083n =

0.3λ= 1 2.3C =

1 5.4

2.30.887()14B R R KN ==?

=←

C 列柱：0.109n =

0.3λ= 1 2.13C = 3 1.12C =

111

2 1.82.130.274()14C M R C KN H ==?=←

223

1.120.72()14C M R C KN H ==?=←

120.2740.720.994()

C R R R KN =+=+=←

排架柱不动铰支座总反力为：

00.8870.994 1.881()

A B C R R R R KN =++=++=←

各柱柱顶最后剪力分别为：

00.31 1.8810.583()

A A A V R R KN η=-=-?=-→

0.8870.38 1.8810.172()B B B V R R KN η=-=-?=→

0.9940.31 1.8810.411()

C C C V R R KN η=-=-?=←

BC 跨作用有屋面活荷载时，排架柱的弯矩图和轴力图如下图1-11所示

图1-11 BC 跨屋面活荷载内力图

6.4 吊车竖向荷载作用下的内力分析（不考虑厂房整体空间工作）

6.4.1 AB 跨 ,

max,k

D 作用于A 列柱时

由于吊车竖向荷载

max,k

D ，

min,k

D 的偏心作用而在柱中引起的弯矩：

1max,3458.810.3137.64k A M D e KN M

==?=? 2min,3176.060.75132.05k BA M D e KN M

==?=?

其计算简图如右图所示