混凝土及砌体结构课程设计—单层工业厂房设计-金属结构车间双跨等高厂房14号方案计算书【可提供完整设计图纸】.doc

混凝土及砌体结构课程设计学生姓名： 学 号：指导教师：所在学院：工程学院专 业：土木工程中国·大庆2014年11月混凝土及砌体结构课程设计单层工业厂房设计任务书(土木11（1）和11（2）)一、设计题目：金属结构车间双跨等高厂房。二、设计内容：1计算排架所受的各项荷载；2计算各种荷载作用下的排架内力(对于吊车荷载不考虑厂房的空间作用)；3柱及牛腿设计，柱下独立基础设计；4绘施工图：柱模板图和配筋图；基础模板和配筋图。三、设计资料1金属结构车间为两跨厂房，安全等级为一级，厂房总长66m，柱距为6m，厂房剖面如图1所示；2厂房每跨内设两台吊车；3建设地点为东北某城市(基本风压0.4kNm2，基本雪压0.6kNm2，地面粗糙程度B类，冻结深度2.0m)；4地基为均匀粘性土，地基承载力特征值180kpa；5厂房标准构件选用及载荷标准值：(1)屋架采用梯形钢屋架，屋架自重标准值：18m跨69kN每榀，21m跨93kN每榀，24m跨106.8kN每榀，27m跨123kN每榀，30m跨142.4kN每榀(均包括支撑自重)(2)吊车梁选用预应力混凝土吊车梁，参数见表3。轨道及零件自重0.85kNm，轨道及垫层构造高度187mm；(3)天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架重：18m跨25kN每榀，21m跨29kN每榀，24m跨33kN每榀，27m跨36.2kN每榀，30m跨40.5kN每榀(包括自重，侧板、窗扇支撑等自重)；(4)天沟板自重标准值为2.12kNm；(5)围护墙采用240mm双面粉刷墙，自重5.24kN/m2。塑钢窗：自重0.45kNm2，窗宽4.5m，窗高见图1。(6)基础梁截面为250 mm×600mm；基础梁自重4.4kNm；6材料：混凝土强度等级为C35，柱的受力钢筋采用HRB335级或HRB400级，箍筋采用HPB300级；7屋面卷材防水做法（自上而下）及荷载标准值如下：改性沥青油毡防水层：0.4kNm2；20mm厚水泥砂浆找平层：0.4kNm2；100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4kNm2；一毡二油隔汽层：0.05kNm2；20mm厚水泥砂浆找平层：0.4kNm2；预应力大型屋板：1.4kNm2。8屋面均布活荷载为0.5kNm2。-0.150柱顶 轨顶+0.000图1 厂房剖面图土木11（1）序号155；土木11（2）序号56113。表1 各学号所对应桥式吊车和牛腿标高跨度左跨吊车序号右跨吊车序号C1C2C3C4C1C2C3C4C1C2C3C418123456789101112C121131415161718192021222324C224252627282930313233343536C327373839404142434445464748C430495051525354555657585960C127616263646566676869707172C224737475767778798081828384C321858687888990919293949596C418979899101102103104105106107108109C430110111112113C3轨顶标高(m)6.97.27.57.88.18.48.79.09.39.69.910.2表2 吊车数据（工作级别A5）吊车序号起重量(kN)桥跨LQ(m)小车重g(kN)最大轮压Pmax(kN)大车轮距BQ(m)轨道中心至端部距离Bl(mm)轨顶以上高度H(mm)大车宽B(m)吊车总重(kN)C1160/3216.563.261634.0023020975.95523019.563.261854.1026020976.05527022.563.261934.1026021876.05530025.563.262055.0026021856.39034028.563.262145.0026021856.390380C2200/5016.569.771854.0023020995.95524019.569.772074.1026020996.05529022.569.772164.1026021896.05532025.569.772305.0026021896.39037028.569.772395.0026021896.390400C3320/5016.51092784.6526023416.64033019.51093014.7030024716.69038022.51093134.7030024716.69041025.51093315.0030024716.99046028.51093445.0030024716.990500C4500/10016.51554204.8030027346.77544019.51554304.8030027346.77549022.51554564.8030027346.77553025.51554745.0030027346.97558028.51554875.0030027346.975620表3 吊车梁数据（工作级别A5）梁型号起重量(kN)跨 度(m)梁 高(mm)梁 重(kN)YDL116016.5-28.5120042.3YDL220016.5-28.5120042.5YDL332016.5-28.5120047.0YDL450016.5-28.5150061.3最后须提交的内容：1、设计计算书。包括封页、任务书、目录、正文。2、一号图纸一张。包括柱模板图、柱配筋图、基础模板图、基础配筋图。目 录1设计资料12计算简图的确定12.1上柱及柱全高12.2柱的截面尺寸12.3 柱网布置22.4 计算参数33荷载计算33.1 恒载33.2 活荷载54排架内力分析74.1 恒载作用下的排架内力分析84.2 屋面活荷载作用下排架内力分析104.3 风荷载作用下排架内力分析134.4吊车作用下排架内力分析155内力组合216柱的设计246.1柱纵向受力钢筋计算246.2柱的裂缝宽度验算276.3柱箍筋配置276.4柱牛腿设计286.5柱的吊装验算287基础设计307.1作用于基础顶面上的荷载计算307.3基础高度验算327.4基础底板配筋计算348.参考文献37V混凝土与砌体结构课程设计1设计资料本设计对应任务书第14号方案，左，右跨吊车为C2，起重量200。轨顶标高7.2，跨度21。吊车梁左跨选用YDL-2型号，梁高1.2，梁重42.5，梁高1.2，梁重42.5。2计算简图的确定2.1上柱及柱全高 由于为对称结构，所以左、中、右标高相同。 轨顶标高=7.2+2.3+0.22=9.72m 取9.9m 牛腿顶面标高=轨顶标高-（吊车梁高度+轨道构造高） =7.2-（1.2+0.2）=5.8m 取5.7m全柱高=柱顶标高-基础顶标高柱总高下柱高上柱高2.2柱的截面尺寸根据教材表2.4.3和2.4.4，由轨顶标高和吊车起重量初步选定柱的截面尺寸如下边柱A,C：上柱采用矩形截面 下柱采用工字形截面 中柱B：上柱采用矩形截面 下柱采用工字形截面 如图1 图1 柱的截面尺寸2.3 柱网布置对于纵向定位轴线，由吊车桥架外边缘至上柱内边缘的净空高度得边柱A,C： (满足)中柱B： (满足)所以边柱A,C的定位轴线为柱中心线，中柱定位轴线为柱的中心线，如图2所示图2 柱网布置图及计算单元2.4 计算参数表1 柱截面计算参数计算参数截面尺寸（）面积（）惯性矩（）自重（）柱号A,C上柱矩4.0下柱I4.4B上柱矩6.0下柱I4.4取一品排架进行计算，计算单元如图3所示。图3 排架计算简图3荷载计算3.1 恒载 3.1.1 作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值 防水层 0.4KNm2 20mm厚水泥沙浆找平层 0.4KNm2 100mm厚珍珠岩制品保温层 0.4KNm2 一毡三油隔汽层 0.05KNm2 20mm厚水泥砂浆找平层 0.4KNm2 预应力大型屋面板 天沟板 天窗架重 屋架自重 则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为 3.1.2 悬墙自重 3.1.3 吊车梁及轨道重力荷载设计值3.1.4 柱自重重力荷载设计值A柱、C柱上柱：下柱： B柱上柱：下柱：3.2 活荷载 3.2.1屋面活荷载屋面活荷载标准值为，雪荷载标准值为，后者大于前者，故仅按后者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为Q作用位置与G作用位置相同。3.2.2风荷载风荷载的标准值按计算，其中基本风压，高度小于30m单层厂房取，对于城市郊区风压高度变化系数按B类地区考虑高度的取值，确定如下：柱顶（标高） ；檐口（标高） ；屋顶（标高） ；天窗檐口（标高） ；天窗顶（标高）；风荷载体形系数的分布如图4所示。图4 风荷载体形系数排架迎风面及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 3.2.3吊车荷载左、右跨吊车为C2，由任务书中表2得到吊车参数为，最大轮压，大车宽，最大轮距，小车重，设。根据、及反力影响线，可算得与各轮对应的反力影响线竖标如图5。图5 跨计算简图于是可求得作用于柱上的吊车垂直荷载作用于每个轮子上的吊车横向水平制动力作用于排架柱上的吊车水平荷载设计值4排架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按式计算，结果见表2。表2 柱的截面尺寸及相应的计算参数柱别A，C柱B柱4.1 恒载作用下的排架内力分析恒荷载作用下排架的计算简图如图6所示。图中的重力荷载及力矩是根据图7确定的，即图6 恒荷载作用下排架计算简 8混凝土及砌体结构课程设计图7 作用于排架上的荷载9混凝土与砌体结构课程设计由于如图所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各排架可按柱顶为不动铰支座计算内力，柱顶不动铰支座反力R可根据表2.5.2所列的相应公式计算。对于A柱，则 由于B柱恒荷载对称，所以。排架各柱的弯矩图，轴力图及柱底剪力图如图8， 图8 恒荷载作用下排架结构弯矩图 图9 恒荷载作用下排架结构轴力图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10所示，其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为；。图10 AB跨作用屋面活荷载时排架计算简图对于A柱，则 对于B柱，n=0.518，则 则排架柱顶不动铰支座总反力为： 将R反向作用于排架柱顶，用式计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支反力叠加可得活载作用下排架结构各柱顶剪力，即 排架各柱的弯矩图，轴力图及柱底剪力图如图11，图12。 图11 AB跨作用屋面活荷载时排架弯矩图 图12 AB跨作用屋面活荷载时排架轴力图4.2.2 BC跨作用屋面活荷载排架计算简图如图13所示，由于结构对称，BC跨与AB跨作用荷载相同，故只需将AB跨各图位置及方向调整一下即可，如图14,图15。 图13 BC跨作用屋面活荷载时排架计算简图 图14 BC跨作用屋面活荷载时排架弯矩图 图15 BC跨作用屋面活荷载时排架轴力图4.3 风荷载作用下排架内力分析4.3.1 左吹风时计算简图如图16所示，其中，。图16 左吹风时排架计算简图对于A，C柱，则 各柱顶剪力分别为： 得排架内力图如图17。图17 左吹风时排架弯矩图4.3.2 右吹风时计算简图如图18所示,将A，C柱内力图对换且改变内力符号可得排架内力图如图19。图18 右吹风时排架计算简图图19 右吹风时排架计弯矩图4.4吊车作用下排架内力分析4.4.1Dmax作用于A柱计算简图如图20所示，其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面引起的矩为图20 Dmax作用于A柱时排架计算简图对于A柱，则 对于B柱，n=0.518，则 排架各柱顶剪力分别为： 则排架各柱内力图如图21，22所示。图21 Dmax作用在A柱时排架弯矩图 图22 Dmax作用在A柱时排架轴力图4.4.2 Dmax作用于B柱左计算简图如图23所示，其中吊车竖向荷载，在牛腿顶面引起的矩为 图23 Dmax作用于B柱左时排架计算简图柱顶不动铰支座反力，及总反力R分别为： 排架各柱顶剪力分别为： 则排架各柱内力图如图24，25所示。图24 Dmax作用在B柱左时排架弯矩图 图25 Dmax作用在B柱左时排架轴力图4.4.3 Dmax作用于B柱右算简图如图26所示，根据结构对成型及吊车吨位相等的条件，内力计算与左右与B柱左情况形同，只需对称。 图26 Dmax作用于B柱右时排架计算简图则排架各柱内力图如图27，28所示。 图27 Dmax作用于B柱右时排架弯矩图 图28 Dmax作用于B柱右时排架轴力图4.4.4 Dmax作用于C柱计算简图如图29所示，同理作用于A柱。图29 Dmax作用于C柱时排架计算简图则排架各柱内力图如图30，31所示。图30 Dmax作用于C柱时排架弯矩图 图31 Dmax作用于C柱时排架轴力图4.4.5 Tmax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32所示。对于A柱，则图32 Tmax作用于AB跨柱时排架计算简图 同理对于B柱，则 排架柱顶总反力 各住顶剪力 排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图33所示，当方向相反时弯矩和剪力只改变符号，方向不变。图33 Tmax作用于AB跨柱时排架弯矩图4.4.6 Tmax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34所示。图34 Tmax作用于BC跨柱时排架计算简图 排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图35所示，当方向相反时弯矩和剪力只改变符号，方向不变。图35 Tmax作用于BC跨柱时排架弯矩图5内力组合以A柱内力组合为例。表3为各种荷载下A柱内力标准值汇总。表4为内力组合表，除及相应的M和N一项外，其他三项均按式，求得最不利内力值；对于及相应的M和N一项，-和-截面均按式，求得最不利内力值;而-截面则按式，求得最不利内力值。为确定基地尺寸，验算地基承载力的需要，特进行-截面的标准组合，组合公式为，结果见表4中带下划线的斜体部分。2122混凝土与砌体结构课程设计表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Dmax作用在A柱Dmax作用在B柱左Dmax作用在B柱右Dmax作用在C柱Tmax作用在AB跨Tmax作用在BC跨左风右风序号-M14.991.074.49-79.34-62.3745.47-22.3±11.89±26.1634.48-41.8N273.3161.74000000000-M-87.46-11.234.49136.63-25.545.07-22.3±11.89±26.1634.48-41.8N460.7861.740617.05105.35000000-M-46.67-5.096.6319.51-117.57111.59-55.24±121.7±64.79183.08-151.8N493.5161.740617.05105.35000000V6.580.991.07-18.89-14.8510.73-5.31±17.4±6.2331.64-31.64混凝土与砌体结构课程设计 23表4 A柱控制截面组合的内力设计值表截面Mmax及相应的N，VMmax及相应的N，VNmax及相应的±M，VNmin及相应的±M，V-M0.7×（）0.7×0.9×0.6×0.6×96.61/1.20.8×0.7×0.8×0.7×0.9×0.6×-91.451.35×/1.20.7×（）0.7×0.9×49.15 /1.20.9×0.7×0.7×0.9×0.6×93.37N316.53227.76350.69227.76-M/1.20.7×0.8×0.8×0.7×0.9×0.6× 101.97/1.21.4×0.9×0.9×()-170.710.7×（）0.9×0.7×0.9×0.6×58.97 /1.20.9×0.9×0.7×0.6×-88.47N877.62504.01059.34383.98-MMk0.7×0.7×0.8×()0.7×0.9×291.14 202.4/1.20.7×0.7×0.9×0.7×0.9×-268.32-207.770.7×0.9×0.7×0.9×0.6×153.85 104.34/1.20.7×0.9×0.7×0.7×0.9×259.96174.57NNk842.06 660.22520.85489.541092.07838.8411.26 411.26VVk45.3633.18-45.78-31.1320.22 15.2248.56 36.250.7×0.9×注：表中带下划线的斜体数值为-的标准组合值，组合公式由建筑结构荷载规范为。混凝土与砌体结构课程设计注：表中带下划线的斜体数值为-的标准组合值，组合公式由建筑结构荷载规范为。混凝土与砌体结构课程设计6柱的设计6.1柱纵向受力钢筋计算混凝土强度等级采用C35，则，。纵向受力钢筋采用HRB400级，相对界限受压区高度。上下柱采用对称配筋，保护层厚度取则上下柱截面有效高度分别为。6.1.1柱计算长度的确定排架方向:上柱： 下柱：垂直排架方向：上柱：下柱：6.1.2上柱配筋计算 上柱截面共有四组内力，经判别，其中三组内力为大偏心受压；只有，为小偏心受压，且，故按此组内力计算时为构造配筋，对三组大偏心受压内力，在弯矩较大且比较接近的两组内力中取轴力较小的一组，即取， 则取，固应考虑偏心距增大系数，取，每边选用318()，则，符合要求。垂直于排架方向，查表得 ， 满足弯矩作用平面外的承载力要求。6.1.3下柱配筋计算取两组不利内力，和，(1) 按，计算时，计算长度取，由，且，固应考虑偏心距增大系数 ，取， ，先假定中和轴在翼缘内，则，且故为大偏心受压，取，说明中和轴位于翼缘内，应重新计算受压区高度，即，符合要求。(2) 按，计算时，方法与上述相同，计算过程从略，计算结果为，所以按前者配筋，每边选用318()，则。(3) 验算垂直于弯矩作用平面的承压承载力。 查6.2柱的裂缝宽度验算 规范规定，对>0.55的柱应进行裂缝宽度验算.上柱：。裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数故最大裂缝宽度为 满足要求。6.3柱箍筋配置非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制，根据构造要求，上下柱均选用8200,加密区8100。6.4柱牛腿设计6.4.1牛腿几何尺寸的确定及配筋计算牛腿截面宽度与柱宽相等，倾角。牛腿竖向截面高度，。牛腿截面高度验算：，（牛腿顶面无水平荷载） ，取故牛腿截面高度满足要求。牛腿配筋计算：由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内，即，故该牛腿可按构造要求配筋，。钢筋取416，水平箍筋取8100。小牛腿同理也配416，水平箍筋取8100。6.5柱的吊装验算内里计算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊，查表得柱插入杯口深度，取则柱吊装时总长度为，计算简图如图34所示。柱吊装阶段的荷载为柱的自重荷载，取动力系数，则 图34柱吊装验算简图在上述荷载作用下，柱各控制截面弯矩为 由得 ，令得，则下柱最大弯矩柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表5。表5 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算柱截面上 柱下 柱63.5（52.92）84.89（70.74）85.15<0.963.5=57.15195.02>0.984.89=76.400223.29141.150.460.08取0.20.20<0.3（满足要求）0.056<0.3(满足要求)7基础设计基础混凝土强度等级采用C20,下设厚的素混凝土垫层，地基承载力特征值。7.1作用于基础顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（-截面）传给基础的M，N，V，以及外墙自重重力荷载。前者可由表4中-截面选取，见表6,其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算。表6 基础设计的不利内力组 别荷载效应的基本组合荷载效应的标准组合第一组291.14842.0645.36202.40660.2233.18第二组-268.32520.85-45.78-207.77489.54-31.13第三组153.851092.0720.22104.34 838.8015.22由图35可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0，总高度为，墙体为240砖墙（），塑钢窗（）。每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为厚双面粉刷墙 塑钢窗 基础梁 图35 基础荷载示意图及尺寸图距基础形心的偏心距： ，7.2基础埋置深度及基础尺寸7.2.1确定基础高度取基础顶面标高-0.5m，基础埋置深度d为D=h+0.5=1.1+0.5=1.6m由表2.4.7 取t=375mm,取350mm,台阶400mm.7.2.2 拟定基础底面尺寸适当放大取。7.2.3计算基地压力及验算地基承载力基底压力，结果见表7。按且，验算地基承载力，其中，可见基础底面尺寸满足要求。表7 基础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202.4660.2233.18-207.53489.54-31.13104.34838.8015.221227.221056.541405.8143.74-336.9325.92120.2484.3130.1645.93120.39113.91102.27<180120.24<21688.05<180130.16<216117.15<180120.39<2167.3基础高度验算这时应采用基地净反力设计值，和，结果见表8。因台阶高度等于台阶宽度，只需验算变阶处的受冲切承载力，变阶处的受冲切承载力。表8 基础底面净反力设计值计算表类 别第一组第二组第三组291.14842.0645.36-268.32520.85-45.78153.851092.0720.221061.66740.451311.67226.84-432.8759.88116.8360.12115.87.59116.79101.82图36 变阶处冲切破换截面因为，所以则相应于荷载效应基本组合时作用在上的地基土反力设计值，取，则，则取；则 故基础高度满足要求。7.4基础底板配筋计算7.4.1柱边及变阶处基底反力计算基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如图58所示，各组内力产生的基底反力示意图亦见图37，柱边及变阶处基底反力计算见表9。图37 基础底板配筋计算截面表9 柱边及变阶处基地净反力计算公 式第一组第二组第三组105.8696.47117.8109.46104.89118.45113.05113.32119.10114.85117.53119.42102.2788.05117.157.4.2柱边及变阶处弯矩计算7.4.3配筋计算基础底板受力钢筋采用HRB335级（），长边方向钢筋面积为选用14110基础底板短边方向钢筋面积为选用14130基础底板配筋图见图38。由于，所以杯壁不需要配筋。图38 基础底板配筋图8.参考文献1建筑结构荷载规范GB50009-20102混凝土结构设计规范GB50010-20113 沈蒲生主编.混凝土结构设计原理第思版. 高等教育出版社, 20124 沈蒲生主编.混凝土结构设计第四版. 高等教育出版社, 201237