2017某金工车间双跨等高厂房结构设计计算书

双跨等高工业厂房结构设计
一、设计任务书
1. 设计题目某金工车间双跨等高厂房。

2. 设计任务
（1）单层厂房的结构布置；
（2）选用标准构件；
（3）排架柱及住下基础设计。

3．设计内容
（1）确定上下柱的高度和截面尺寸。

（2）选用屋面板，天沟板，基础梁，吊车梁及轨道连接件。

（3）计算排架所承受的各项荷载。

（4）计算各项荷载作用下排架的内力。

（5）柱及牛腿的设计，柱下独立基础的设计。

（6）绘制施工图。

1）结构布置图（屋架，天窗架，屋面板，屋盖支撑，吊车梁，柱及柱间支撑，墙体布置）；
2）柱施工图（柱模板图，柱施工图）
3）基础施工图（基础平面图及配筋图）
4.设计资料
（1）该车间为双跨等高无天窗厂房，采用卷材防水屋面，跨度为
21米，柱距为6米，车间总厂为72米。

厂房的剖面图如图1所示
图 1 厂房剖面图
（2）建筑地点为某市郊区（暂不考虑地震作用），设计使用年限为50 年。

（3）吊车：根据生产工艺要求，车间设置有两台20/5t 桥式软
钩吊车，吊车工作级别为A5 级，吊车轨顶标高+9.3m。

（4）风荷载：基本风压（50年）标注值为0.3KN/川，风压高度变化系数按B 类地貌取。

（5）雪荷载：基本雪压（50年）标准值为0.25KN/M .
（6）工程地质及水文条件：厂址位于渭河二级阶地，地形平坦，厂区地层自上而下为耕土层，厚约0.6m，粘土层厚约3.5m，地基承载力标准值
=200KN/rf，可作为持力层；中砂；卵石；基岩。

厂区地层地下水位较低，且无腐蚀性，设计时不考虑地下水位的影响。

（7）建筑构造。

1）屋面：卷材防水屋面；
2）墙体：240mm 厚实心粘土砖砌筑；
3）地面：屋内混凝土地面，室内外高差150mm。

二、计算书
1. 结构构件的选型与布置
装配式钢筋混凝土排架结构，当结构布置符合建筑模数且尺寸在馋鬼的范围内时，出柱与基础单独设计完成外，其他构件可以从建筑标准图集中选用。

通用图集一般包括设计说明、构件选用表、结构布置图、模板图、配筋图、预埋件详图、钢筋及钢筋用量表等内容。

它们属于结构施工图，可以作为施工的依据。

设计中应该选用合适的构件，对构件进行正确的表示，而无需逐个构件设计。

（1）屋面结构。

1）屋面板。

屋面板（包括檐口板、嵌板）选用方法：采用全国通用工业厂房结构构件标准图集G410 （一）1.5m x 6.0m预应力钢筋混凝土屋面板（卷材防水），计算屋面板所承受的外加荷载的标准值，在图集中查找板的允许外加荷载大于或等于板所承受的外加荷载，作为屋面板，选用结果见表1,屋面板的布置如图2所示。

2）天沟板。

应配合屋架选用天沟板。

采用全国通用工业厂房结构构件标准图集G410 （一）1.5m x6.0m预应力钢筋混凝土屋面板
（卷材防水天沟板），由屋面排板计算，天沟板的宽度为680m m。

具体计算如下：
半跨屋架上弦坡面总长二&10.521.4210.593m
当排放6块屋面板和一块890mm嵌板时，则有：
12.005-0.89-1.49X 6=0.763m
所以，根据图集选用一块宽为760mm的天沟板，见表1,其布置如图2所示。

该厂房一侧设4根落水管，天沟板内坡度为5%。

垫层最薄处20mm厚，最厚处为80mm,如图2-22所示。

按最厚处的一块天沟板
（80mm）计算其所受的外荷载标准值。

注意天沟板的开洞位置。

表1 结构构件的选型表
图 3 落水管布置图
图 2 屋面板、屋架布置图
3）屋架。

屋架选用应根据厂房使用要求、跨度大小、屋面荷载的大小、有无天窗及天窗类别、檐口类别等进行选用。

本实例采用全国通用工业厂房结构构件标准图集G415 （三）预应力钢筋混凝土折线屋架（跨度21m）,见表1，屋架布置如图2所示。

4）屋盖支撑。

⑴不设置屋架上弦水平支撑。

屋架上弦横向水平支撑作用是在屋架上弦平面内形成刚性框，增强屋架的整体刚度，保证屋架上弦或屋面梁上翼缘平面外的稳定，同时将抗风柱传来的风荷载传递到（纵向）排架柱顶。

但由于采用大型屋面板，每块屋面板与屋架的连结不少于三个焊接点，并沿板缝灌注C15细石混凝土保证了屋面刚度，因此屋面上弦不宜设置上弦横向水平支撑。

⑵不设置屋架下弦支撑。

由于本设计中，厂房的吊车吨位（20/5t）不大，无震动类设备对屋架下弦产生的水平作用力，故无需设置下弦横向水平支撑和下弦纵向支撑。

⑶垂直支撑和水平系杆。

垂直支撑作用是保证屋架承受荷载后在平面外的稳定并传递纵向水平力，在跨端布置垂直支撑CC-1,跨中布置垂直支撑CC-3如图4所示。

下弦水平系杆课防止吊车或其他水平震动时（纵向）屋架下弦发生颤动，一般情况下应在未设置支撑的屋架间相应于垂直支撑平面的屋架下弦节点处设置通长水平系杆。

如图4所示，在屋架端部用HG-2，屋架中部（跨中）用
HG-1。

图 4 屋盖支撑布置图
（2）梁柱结构布置。

1）排架柱尺寸的选定。

a）柱高。

轨顶标高为+9.300m,吊车为20/5t，工作级别为A5 级。

当厂房跨度为21m时可以求得吊车的跨度为L k=21-0.75X 2=22.5m
，查附表2-1 求得吊车轨顶以上高度（吊车轨顶至小车顶面的距离）为2.3m，根据选定吊车梁的高度h b =1.208,轨道顶面至吊车梁地面的距离（轨顶垫高）h a = 0.20m。

牛腿顶面标高=轨顶标高-吊车梁高度-轨顶标高=9.600-1.200-0.200=8.200m 牛腿顶面标高应满足建筑模数（3M）要求，取为8.100m。

考虑到吊车行驶所需空隙尺寸h k 220mm，柱顶标高按下式计算：
柱顶标高=牛腿顶面标高+吊车梁高度+轨顶标高+吊车高度+h k
=8.10+1.20+0.20+2.30+0.22=12.02m
所以，柱顶（或屋架下弦底面）标高取为12.30m （满足3M模数要求）。

设室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中中柱的总高度H,下柱高度H i和上柱高度H u分别为
H 12.3 0.5 12.8
H l 8.4 0.5 8.6m
H u H 12.8 8.6 4.2m
实际轨顶标高=8.10+1.20+0.20=9.50m与9.30m 相差0.200m,满
足的士0.200m的要求。

b）柱截面尺寸。

根据主的高度、吊车起吊重量级工作级别等条
件，可查附表2-2、附表2-3、附表2-4、附表2-5确定柱截面尺寸
为 b H i8600390.9mm
2222
H i8600
h L716.7mm
1212
A(C轴上柱：矩形 b h 400mm400mm
下柱:I形b f h b h f400mm 900mm100mm 150mm B轴上柱：矩形 b h 400mm600mm
下柱:I形b f h b h f400mm 1000mm 100mm 150mm
c）牛腿尺寸初选。

由牛腿几何尺寸的构造规定，45°,h i £ ,且h 200mm，故取45 , h i 500mm。

c1 70mm，取c 100mm,如图
5所示。

图5牛腿截面尺寸
A（C轴柱: 5O 750 150 100 900 100mm
h 500 100 600mm
B 轴柱： c 750 - c1500 750 150 100 500 500mm
2
2）柱间支撑。

可在该厂房中部7 : 8轴线间设置上柱柱间支撑和下柱柱间支撑。

（3）吊车梁。

吊车梁除了要满足承载力、抗裂度和刚度的要求
外，还要满足疲劳强度的要求。

首先应根据工艺要求和吊车的特点，结合当地的施工技术条件和材料供应情况，选用合理吊车梁形式。

采
用G323 （二）钢筋混凝土吊车梁（中、轻级工作制），再根据吊车的起重量、吊车的台数、吊车的跨度、工作级别等因素选用吊车梁型号，见表1。

（4）吊车轨道联结件。

根据工业厂房结构构件标准图集G-325吊车轨道联结查得软钩吊车最大设计轮压P 1.27p max以及吊车工作级别、起重量、吊车梁上螺栓孔间距，选用见表1。

（5）基础平面布置。

1）基础编号。

首先区分排架类型，分标准排架、端部排架、伸
缩缝处排架等，然后对各类排架和边柱的基础分别编号，还有抗风柱
的基础也需编号（见图27基础、基础梁、吊车梁布置图）。

2）基础梁。

基础梁通常采用预制构件，按全国通用工业厂房结
构构件标准图集G320钢筋混凝土基础梁选取。

本设计中跨选用JL-3 边跨选用JL-18见表1。

2. 排架结构计算
（1）计算简图及柱的计算参数。

1）计算单元及计算简图。

通过相邻横向柱距的中心线取出有代表性的一榀排架作为整个结构的横向平面排架计算单元，如图6（a）所示。

取中间跨（7）轴线排架为计算单元进行计算，其计算简图如图6 （b）所示。

2
I ）屋盖恒载。

二毡三油上铺小石子防水层
20mm 厚1： 3水泥砂浆找平层 100mm 厚水泥蛭石保温层
一毡二油隔气层
20mm 厚1： 3水泥砂浆找平层 预应
2
0.35kN /m
2 20 0.02
0.40kN/m 2
5 0.1
0.50kN/m 2 2
0.05kN /m
20 0.02 0.40kN/m 2
1.40kN /m
图6 计算单元和计算简图
2）柱的计算参数。

由柱的截面尺寸，可以求得柱的计算参数，见
表2。

表2 柱的计算参数
（2）荷载计算 1）恒载
屋盖支撑0.25kN /m2
2
3.35kN /m
屋架重力荷载为70.7Kn/榀，则作用与柱顶的屋盖结构自重标准值为：
1 1
G 3.35 6 — 21 70.7 —262.15kN
2 2
ii）柱自重标准值。

A,C轴上柱：G2A G2C g k H u 4.0 4.2 16.8kN
下柱：G3A G3C 4.69 8.6 40.334kN
B 轴上柱：G2B 6.0 4.2 25.2kN
下柱：G3B 4.94 8.6 42.484kN
iii）吊车梁及轨道自重标准值。

A,B 轴上柱：G4A G4B 29.2 0.8 6 34kN
各项恒载作用位置如图5所示。

2）屋面活荷载。

由《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001 ）第4.3.1条查得不上人屋面均布活荷载标准值为0.5kN/m2。

因屋面活荷载大于雪荷载，故不考虑雪荷载。

作用于柱顶的屋面活荷载标准值为
21
Q10.5 6 31.5kN
1 2
Q1的作用位置与G作用位置相同，女口图5所示
图5 荷载作用位置图(单位：kN)
3) 吊车荷载。

由附表2-1查得吊车计算参数列于表2-13,并进行单位换算。

根据及,可算得吊车梁支座反力影响线中各轮距对应点竖向
坐标值，如图6所示，由此可求的吊车作用于柱上的吊车荷载。

i) 吊车竖向荷载。

D m ax,k P m ax,k y0.9 205 (1 0.808 0.267 0.075) 396.68kN
D min,k P min,k y 0.9 35 (1 0.808 0.267 0.075) 67.73kN
ii) 吊车横向水平荷载。

当吊车额定起重量15t Q 50t时，
0.10。

则一个大车轮子传递的吊车横向水平荷载标准值
1
T max,k T k Y i (g Q) Y i
4
1
0.1 0.9 (200 75) (1 0.808 0.267 0.075)
4
13.3kN
图 6 吊车荷载作用下支座反力影响线
4）风荷载。

由设计任务书可知，该地区基本风压为W0 0.3kN /m2，地面粗糙度为B类，查附表2-7可得风压高度变化系数z如下：柱顶（标高=12.30m）：z =1.604；
檐口（标高= 1.00 2.4 3 1.5 1.8 3.0 14.5m）：z =1.126；
屋顶标高=柱顶标高+屋架高度+屋面厚度（包括屋面做法）
=12.30 3.1 [（0.02 0.1 0.02 0.12） 0.24] 15.900m 屋顶（标高=15.900m）：z =1.158 。

风荷载体型系数s如图2-28所示。

风荷载标准值为
图7 风荷载体型系数及排架计算简图
2
Wk z s1W o 1.0 0.8 1.064 0.3 0.255kN/m
2
W2k z S2 W o 1.0 0.4 1.064 0.3 0.128kN/m 则作用于排架上的风荷载标准值为
2
q1 0.255 6.0 1.53kN/m
2
q20.128 6.0 0.77kN /m
h 14.5 12.3 2.2m, h2 15.9 14.5 1.4m
F
w [( s1 s2)
z h l
(
s3 s4)z
h
2
]
z
W^o B
[(0.8 0.4) 1.126 2.2 ( 0.6 0.5) 1.158 1.4] 1.0 0.3 6.0 5.05kN
(3) 内力分析。

1) 剪力分
配系数i。

该厂房为两跨等高排架，其柱顶位移系数C。

和柱的剪力分配系数i的计算结果见表4。

注：A B C 1
2）恒荷载作用下排架内力分析。

恒荷载作用下的计算简图如图
8（a）所示，图中重力荷载G以及力矩M由图5确定。

具体计算如
下:
C
1
C 3
R 1 R 2 R A R C
1 1.5 1 1.5 1
M t
H C 3
叫 3 H
C
1
2
(1 3(1
n 1.5 1)
3
(1 1) n
2.143 1.104
1.5
14.71 12.8
73.55
12.8 2
1 1 0.305 (1 )
0.109
3
1 1 0.305 1
0.109
2
1 0.305 3
1 1 0.305 (
)
0.109 1
2.463KN 6.344KN R 1 & 2.463 6.344 8.81KN R A 8.81KN
2.143 1.104
G-i G 1A G 1C 246.4KN
G
1 B
2G 1 492.8 KN
M
1A M
1C
G
1 e iA
246.4 0.05 12.32KN .m M
2A
M 2C
G
1
O 2A
246.4 0.25 61.6KN .m
由于图8 （a ）所示排架的计算简图为对称结构，在对称荷载作 用下排架无侧移，各柱可按上端为不动铰支座计算，中柱无弯矩。

图8 恒荷载作用下排架内力图
a ）计算简图；
b ） M 图（KN.m ）, V （ KN ） ;C ）N 图（KN ）
A,C 柱：n 0.109,
0.305，由附图2-11-2和附图2-11-3公式得
对于B 柱，R B =0
在R A 与M I ,M 2共同作用下，画出排架的弯矩图，柱底剪力图以及 轴力图如图8 (b ),(c )所示。

3) 屋面活荷载作用下排架内力分析。

i) AB 跨作用有屋面活荷载，排架计算简图如图9a 所示，屋架传 至柱顶的
集中荷载Q i 36KN ，它在A,B 柱柱顶及变阶处引起的弯矩分
M 1A Q* 36 0.05 1.80KN.m M 2A QG A 36 0.25 9.00KN.m
别为.M^ QG B 36 0.15 5.40KN.m 计算不动铰支座反力。

A 柱：由附图2-11-2和附图2-11-3公式的G 2.143,C 3 1.104，则
则排架柱顶不动铰支座总反力
R R A R B 1.08 0.73 1.81KN()
将R 反方向作用于排架柱顶，按分配系数求得排架各柱顶剪力。

A
C
0.285,
B 0.43
V A R A A R 1.08 0.285 1.81
0.56 KN () V B
R B B
R 0.73 0.43 1.81 0.05KN ()
V C R C
C
R 0 0.285 1.81
0.52KN ()
排架各柱的弯矩图，轴力图如图9 (b ), (c )所示
R A
严C
1 M A
C 3
釜 2.143 C 1
9
1.104 1.08 KN 1
2.8
B 柱: R B n 0.281,
0.305，则由附图
1 2
(1 丄)
1.5 丄 1.731
3
1
1
3
(丄 1)
n
皿 G
空 1.731 0.73KN (
H 1
12.8
2-11-2公式得
图9 AB跨在屋面活荷载作用下排架内力图
a）计算简图；b）M 图（KN.m）, V（KN） ;C）N图（KN）II）BC跨作用有屋面活荷载，由于结构对称，只需将AB跨作用
的屋面活荷载情况的A柱与C柱的内力对换并变号，即为排架各柱内力，如图10所示
® ® @ ® ©
® ® ©
图10 BC跨在屋面活荷载作用下排架内力图
a）计算简图;b）M 图（KN.m）, V（KN） ;C）N图（KN）
4）柱及吊车梁自重作用下柱的内力分析（未形成排架）。

由于在安装
柱子时尚未吊装屋架，此时柱顶之间无联系，则按悬臂柱分析柱内力,
计算简图如图11（a）所示。

A柱：
M 2A G2A e2A 15.6 0.25 3.90KN .m
G 3A 41.74KN G 4A 45.6KN
M 4A G 4A e 4A 45.6 (0.75 0.45) 13.68KN .m
B 柱：
G 2B 23.40KN G 3B 43.97KN G 4B 45.6 2 91.2KN
排架各柱的弯矩图，轴力图如 图11 ( b ), ( C )所示
图11 柱及吊车梁自重作用下排架内力图
a ）计算简图；
b ） M 图（KN.m ）, V （ KN ） ;C ）N 图（KN ）
5）吊车荷载作用下排架内力分析（不考虑厂房整体空间作用） i ） D ma x 作用于A 柱。

计算简图如图2-33（a ）所示，吊车竖向荷 载D m ax
357.98KN , D m . 96.75KN 在柱中引起的弯矩分别为
M A D max e 4A 357.98 0.3 107.39KN .m M B D min e 4B 96.75 0.75 72.56KN.m
计算不动铰支座反力：
A 柱：由附图2-11-3公式得C 3 1.104,则
排架各柱顶剪力分别为
V A
R A A
R 9.26 0.285 (2.07) 8.67KN ()
V B R B B
R 7.19 0.43 ( 2.07) 8.08KN ()
V C C
R 0.285 ( 2.07) 0.59KN ( )
排架各柱的弯矩图，轴力图如 图12b , c 所示。

图12 D max 作用在A 柱时排架内力图
a ）计算简图；
b ） M 图（KN.m ），V （ KN ） ;C ）N 图（KN ）
ii ）D max 作用于B 柱左。

计算简图如图13a 所示，吊车竖向荷载D max ，
D min 在柱中引起的弯矩分别为
R A
M A 「 百C 3
107 39
育 1104
9.26KN()
B 柱: n 0.281,
0.305，则由附图2-11-3公式得
C
3
1.5一-
1 R B
譽
3
R A R
B
I 1) n
72.56
12.8 9.26 1.5 - 1 1.268 7.19 1 0.3052
------- 1.268
0.30弓(—1)
0.281
7.19KN( 2.07KN(
M A D min e 4A 96.75 0.3 29.08KN m M B D max^B 357.98 0.75 268.49KN .m
计算不动铰支座反力：
A 柱：由附图2-11-3公式得C 3 1.104,则
R A 业C 3
2903
1.104
2.5KN ()
H
12.8 R R A R B
2.5 26.6 24.1KN ()
排架各柱顶剪力分别为
V A R A A R 2.5 0.285 24.1
9.37KN () V B R B B
R 26.6 0.43 24.1
16.24()
V C
C
R 0.285 24.1
6.87()
图13 D max 作用在B 柱左时排架内力图
a ）计算简图；
b ） M 图（KN.m ），V （ KN ） ;C ）N 图（KN ）
iii ）D max 作用于B 柱左右。

根据结构的对称性及吊车起重量相等
的条件，其内力计算与“D max 作用于B 柱左”情况相同，只需将A ，
C 柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如 14所示。

R B
M B
H
C
3
268.49
12.8
1.268 26.6KN (
排架各柱的弯矩图，轴力图如 图13b , c 所示
0 h
图14 D max 作用在B 柱右时排架内力图
a ）计算简图;
b ） M 图（KN.m ）, V （KN ） ;C ）N 图（KN ）
iv ）D max 作用于C 柱。

同理，将“ D max 作用于A 柱”情况的A , C 柱内力对换，并改变内力符号，可求得“ D max 作用于C 柱”时各
图15 D max 作用在C 柱时排架内力图
a ）计算简图;
b ） M 图（KN.m ），V （ KN ） ;C ）N 图（KN ）
v ） AB 跨的两吊车刹车（T max 作用）。

当AB 跨作用吊车横向水
平荷载Tmax
柱的内力，如图15所示。

时，排架计算简图如图16 (a )所示
A 柱：n 0.109
，
0328
计 詈 0.
692
，由附图
2-11-4
和附图
2-11-5公式得
线性内插得
0328
盘 皆 0^92
,由附图
2-11-4
和
2-11-5
公式得
y= 0.7 H u
, C 5 二 0.647
y=0.6H u
, C 5二 0.693
线性内插得
y= 0.692 H u
, C 5 二 0.583
,
R A
T max
C
5
1060 0.651
6.90kN()
所以排架柱顶总反力为
R R A R B
6.18 6.90 13.08kN()
各柱顶剪力为
V A
R
A A
R 6.18 0.285 ( 13.08)
2.45kN()
B
R 6.90 0.43 ( 13.08) 1.28kN()
y 0.7H U ,C 5
3
0 243
2 2" 0^
28 0^05
気
3
2[1 0.305
1 0.109
1]
y 0.6H u ,C 5
2 1.8 0.328 0.305
3 (冬43
0.109 0.2) 2 [1
0.3053 -
1]
0.109
y 0.692H u , C 5
0.651,R A T max C 5 10.60 0.583 6.18()
B 柱:
n 0.109,
V B
R B
V C
c
R 0.285 ( 13.08) 3.73kN()
T max 时，根据结构的对称性及吊车起重量相等， 内力计算同“AB 跨 的两吊
车刹车”情况，仅需将A 柱和C 柱内力对称。

排架各柱内力如
图（KN.m ）, V （ KN ） ;C ）N 图（KN ）
vii ）AB 跨与
BC 跨各一台15/3t 吊车同时刹车，计算简图如 图18 所示。

A
柱：
C5= 0.583 ,R A T max C 5
1060 0.583
6.18kN()
B 柱: C5= 0.651
, R B
T max
C
5
10.60 0.651
6.90kN ()
C 柱: 同 A 柱，R C
6.18kN
，贝U
排架各柱的弯矩图如图16 （b ）所示
图16 T max 作用在AB 跨时排架内力图
a ）计算简图;
b ） M 图（KN.m ）, V （KN ） ;C ）N 图（KN ）
vi ）BC 跨的两吊车刹车（T max 作用）。

当BC 跨作用吊车横向水平荷载 作用在BC 跨时排架内力图
R R A
R B
R C
6.18 6.90 6.18 19.26kN()
R A qHCn 1.53 12.8 0.326 6.38kN() R C
q 1HC 11
0.77 12.8 0.326 3.21kN() R R A R C R W
6.38 3.21 5.04
14.63kN()
将R 反向作用于排架顶柱，求得各柱顶剪力
V A R A A
R 6.38 0.285 （ 14.63） 2.21kN
V B R B
B
R 0 0.43 ( 14.63) 6.29kN()
各柱顶剪力为：
V B
R C
C
R
6.18 0.285 ( 19.26) 0.69kN()
V B
R B
B
R
6.90 0.43 ( 19.26) 1.38kN()
V
B
R C
cR 6.18 0.285 ( 19.26)
0.69kN()
a ）计算简图；
b ） M 图（KN.m ）, V （ KN ） ;C ）N 图（KN ）
i ）左风作用时，计算简图如图19（a ）所示
A 柱: n= 0.109
,入二 0.305
，由附图2-11-8公式可得
C
11
3 1
4
(丄 1)
n
8 1
3
( - 1) n
4
1
3 1 0 305 ( --------- 1)
0.109 3 1
8 1 0 305 ( --------- 1)
0.109
0.326
排架柱各柱的弯矩图如 图18 （b ）所示.
图18 T max 作用在AB , BC 跨时排架内力图
V C R C C R 3.21 0.285 ( 14.63) 0.96kN()
ii ）右作用时，排架内力与“左风作用时”的情况相同，将
A ，C
柱内力对换并改变其内力符号即可，排架各柱内力如图
20所示。

图20右风作用时排架内力图
a ）计算简图；
b ） M 图（KN.m ）, V （ KN ） ;C ）N 图（KN ）
（4）内力组合。

首先，取控制截面，对单阶柱，控制截面分别
取上柱底部截面1-1、牛腿顶面11-11和柱底截面 山-111。

表5 （1）、表6
（1）为各种荷载单独作用下各柱控制截面的内力标准值的汇总。

根据《建筑结构荷载规范》规定，对于一般排架结构，荷载效应
组合的设计值S 应按下式组合选取最不利的确定:
i ）由可变荷载效应控制的组合
S=1.2 S G K
+
Q1
S
Qik
n
S=1.2S GK +0.9 © S Qik
i 1
图19左风作用时排架内力图
a ）计算简图;
b ） M 图（KN.m ）, V （ KN ） ;C ）N 图（KN ）
排架各柱的内力图如图19（b ）所示。

ii）由永久荷载效应控制的组合
S=1.35S GK +
r
Qi ci
S
Qik
i 1
ci
在每种荷载效应组合中，对矩形和I 形截面柱均应考虑以下四种不利内力组合：
i ) +M max及相应的N, V；
ii) - M max 及相应的N，V；
表 5 (1) 各种荷载单独作用下A柱控制截面的内力标准值汇总
表5 (2) A柱荷载效应组合
表5 (3) A柱荷载效应组合
③+④+⑤+⑥+⑦+⑧+⑨+⑩+(11) +(12) +(13)
表5 (4) A柱荷载效应组合
屋面活荷载效应吊车竖向车荷载效应
吊车水平荷载效应
风荷载横载类别
控制截
面及内
力正方
向
弯矩图及柱
底截面剪力
序号
横载效应
屋盖自
重
柱及吊车
梁自重
作用在
AB跨
作用在
CD跨
D max作用D max作用D max作用D max 作T max作用T max作用在T max作用在
左风右风
在B柱右
在A柱在B柱左用在C柱在AB跨BC跨AB及BC跨
23689101
1
1213
45
/
M k
N k
V k
表6 ( 2) B柱荷载效应组合
表6 （3）B柱荷载效应组合
表6 （4）B柱荷载效应组合
iii）N max 及相应的M，V；
iv）N min 及相应的M，V。

由于该厂房不考虑抗震设防，所以除柱底截面III-III 外，其他截面的不利内力组合中未给出相应的剪力值。

对柱进行裂缝宽度验算和地基承载力计算时，采用荷载效应的标准组合，参照承载力极限状态基本组合，取荷载分项系数为1。

表2-15（2），（3），（4）和表2-16（2），（3），（4）分别为A 柱和B 柱荷载效应的基本组合和标准组合。

3. 排架柱的设计
（1）A （C）柱。

A （C）柱为偏心受压构件，在不同荷载组合中，同一截面分别承受正负弯矩，但考虑到施工方便，一般采用对称配筋，取A s= A s '混凝土强度等级为C30, f c=14.3 N/mm： f tk 2.01N /mm2；钢筋为HRB335 f y=f y
'300N/mm2；箍筋HPB235
1 ）选取控制截面最不利内力。

对于对称配筋的偏心受压构件，当
e i O.3h o且b时，为大偏心受压构件；当e O.3h o或虽e O.3h o但 b 时，为小偏心受压构件。

在选取控制截面最不利时，可取=1.0进行初步判断大小偏心受压。

对于上柱，截面有效高度h O 4OO 35 365mm 。

用上述方法对上柱I-I 截面的12 组内力进行判别，有9 组内力为大偏心受压，3 组内力为小偏心受压。

其中3 组小偏心受压的N 值据满足
N N b 1 f c bh O b 1.O 14.3 4OO 365 O.55 1148.29kN 说明为构造配筋。

对9 组大偏心受压内力，按照“弯矩相差不多时，轴力越小越不利；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则确定上
1
柱的最不利内力为
M 82.03kN m, N 371.95kN
对于下柱，可参照上柱的方法选取最不利的内力。

经计算判断， 下柱III-III 截面的12组内力进行判别，有8组内力为大偏心受压，4 组内力为小偏心受压。

其中
4组小偏心受压的N 值均满足
N N b
i f c
b f h o b 1.0 14.3 400 865 0.55 2721.29kN
说明为构造配筋。

选取下柱控制截面的两组最不利内力：
第一组： M 389.98kN m,N 877.70kN 第二组： M 342.67kN m,N 476.76kN
2）上柱配筋计算。

选取上柱最不利的内力进行配筋计算:
M 82.03kN m,N 371.95kN
参照附表2-12，吊车厂房排架方向上柱的计算长度为
10 2 3.9 7.8m
M 82.03 —
e
N
220.5m 371.95
MAX 400
,20 20mm
30
所以，初始偏心距为
由于半签019.5 5，应考虑偏心距增大系数
0.5f c A 0.5 14.3 400 400 3
3.08
N
371.95 10
取 1 1.0。

b 15, 2
1.15 0.0110
1.15 0.01 7800
0.955
h
h
400
0) e a 220.5 20
240.5mm
4
7800 0.1 0.955 1.394
365
且x 2a s 2 35 70mm ，说明截面属于大偏心受压情况，并按
x 2a $时
计算。

h '
400
e' e a s 1.394 240.5
35 170.26mm
2 2
选3 18 A s A's 763mm 2 ，则柱截面全部纵筋的配筋率
按轴心受压构件验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力，由附表
2-12查知垂直于排架方向上柱的计算长度
I 。

1.25 3.9 4.875m
进行配筋计算:
第一组： M 389.98kN m, N 877.70kN;
1.394 240.5 400 2
35 500.26 mm
截面受压区高度为
N
1 f c
b 371950
14.3 400
65.03mm
b h °
0.55 365 200.75mm
1丄b 1400勺
h h 。

A s A's
Ne'
a's
371950 170.26 300 365 35
2
639.68mm
0.95% 0.6%，截面一侧钢筋的配筋率
求。

0.48% 0.2%，满足要
4875
400
12.19, 0.95
N u 0.9
f c A f'y A ；
0.9 0.95 14.3 400 400 300 763 2
2347.659 kN N max 453.73kN
满足弯矩作用平面外的承载力要求。

3）下柱配筋计算。

由分析结果可知,
下柱取下列两组最不利内力
第二组：M 342.67kN m,N 476.76kN.
iii）N max及相应的M , V；
iV）N min及相应的M , V。

由于该厂房不考虑抗震设防，所以除柱底截面III-III 外，其他截面的不利内力组合中未给出相应的剪力值。

对柱进行裂缝宽度验算和地基承载力计算时，采用荷载效应的标准组合，参照承载力极限状态基本组合，取荷载分项系数为1。

表5（2），（3），（4）和表（2），（3），
（4）分别为A柱和B柱荷载效应的基本组合和标准组合。

3. 排架柱的设计
（1）A （C）柱。

A （C）柱为偏心受压构件，在不同荷载组合中，同一截面分别承受正负弯矩，但考虑到施工方便，一般采用对称配筋，取A s = A s '混凝土强度等级为C30, f c =14.3 N / mm, f =2.01 N /mm；
f
tk
钢筋为HRB335 f y=f y '300N/mm2；箍筋HPB235
1）选取控制截面最不利内力。

对于对称配筋的偏心受压构件，当 a 0-3h c且
时，为大偏心受压构件；当e 0-3h c或虽a 0.3h。

但 b 时，为小偏心受压构件。

在选取b
控制截面最不利时，可取=1.0进行初步判断大小偏心受压。

对于上柱，截面有效高度h0 =400-35=365mm 。

用上述方法对上
柱I-I截面的12组内力进行判别，有9组内力为大偏心受压，3组内
力为小偏心受压。

其中
组小偏心受压的N 值均满足
N N b
i f c
bl% b 1.0 14.3 400 365 0.55 1148.29
说明为构造配筋。

对9组大偏心受压内力，按照“弯矩相差不多时, 轴力越小越不利；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则确定上 柱的最不利内力为
M 93.48kN.m, N 371.95kN
对于下柱，可参照上柱的方法选取最不利的内力。

经计算判断， 下柱III-III 截面的12组内力进行判别，有 组内力为大偏心受压， 内力为小偏心受压。

其中
组小偏心受压的N 值均满足
N N b
1 f c b f h, b 1.0 14.3 400 865 0.55 2721.29
说明为构造配筋。

选取下柱控制截面的两组最不利内力：
第一组： M 413.28kN.m, N 849.56kN 第二组： M 352.97kN.m, N 405.28kN
2）上柱配筋计算。

选取上柱最不利的内力进行配筋计算:
M 93.48kN.m, N 355.53kN
参照附表2-12，吊车厂房排架方向上柱的计算长度为
I o 24.2 7.8m
所以，初始偏心距为
e e 0 e a 220.5 20 240.5mm
由于;嚅195 5，应考虑偏心距增大系数
e 0
93.48 355.53 262.9mm e
a
MAX{J 400,20}
30
20mm
i
取 1 1.0。

截面受压区高度为
且x 2a s 2 35 70mm ，说明截面属于大偏心受压情况，并按 x 2a $时 计算。

e' e h '
-a s 1.394 2
400 240.5
35 2
170.26mm
A s A's
Ne' 371950 170.26
2
639.68mm
f 'y h ° a's 300 365 35
选 3 18 A s
A's 763mm
2
，则柱截面全部纵筋的配筋率
0.95% 0.6%，截面一侧钢筋的配筋率
0.48% 0.2%，满足要
求。

按轴心受压构件验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力，由附表
2-12查知垂直于排架方向上柱的计算长度I 。

1.25 3.9 4.875m ，则
N u 0.9
f c A f'y A ；
0.9 0.95 14.3 400 400 300 763 2
2347.659kN N max 453.73kN
满足弯矩作用平面外的承载力要求。

3）下柱配筋计算。

由分析结果可知，下柱取下列两组最不利内力
0.5 f c A
0.5 14.3 400 400
371.95 103
3.08
15, 2
1.15
1.15 7800 0.01
0.955
400
1
e i 1400 丄
h。

I 0 h
1 240.5 1400'
365
2
7800
0.1 0.955 1.394
400 a s
1.394 240.5 400
35 2
500.26mm
371950
1 f c
b
14.3 400
65.03mm
b h 0 0.55 365 200.75mm
I_0 4875
b 400
12.19, 0.95
1
1400 宜
h 0
1 1
1400 d 900
865
e 1.127 474.3 534.5mm >0.3h )
0.3 865 259.5mm
所以可先按大偏心受压情况计算。

先假定中和轴位于翼缘内，
N 877700 ….
fb f 1.0 14.3 400
153.4mm
>h f
150mm
所以说明中和轴位于腹板内，应重新按下式计算受压区高度
进行配筋计算：
第一组： M 389.98kN m, N 877.70kN; 第二组： M 342.67kN m, N 476.76kN.
i ）按第一组最不利内力进行配筋计算。

由附表
2-12 查知，有吊
车厂房柱下的计算长度为:
l 0=1.0H 1=8.9m
M 389.98 e )= =
=444.3mm
N 877.70
e a =MAX {900,20}=30mm e =e o +
e a =444.3+3O=474.3mm
由于沖鬻=9.
89>5
应考虑偏心距增大系数
0.5f c A 0.5 14.3 1.875 105
877.70 103
1.53>1.0
取 1 1.0 。

由于
¥=
15
, 2 1.0。

2
8900
1.0 1.0 1.127
X ：
N
i f c b f
b h f 877700 1.0 14.3 400 100 150
1.0 14.3 100
163.8mm
b h 0 0.55 865 475.75mm
2 35 70mm ,说明截面属于大偏心受压情况，则
h f f c b f b h f h 。

㊁
f y b b a s
877700 949.5 1.0 14.3 100 163.8
865
1638
2
300 865 35
1.0 14.3 400 100
150 865
150
2
300 865 35
MAX 900,20 30mm
30
取 1 1.0。

1.0。

e i 1.081 748.7 809.3mm >0.3h ° =0.3 865 259.5mm
I 0
1
1400? h
h °
1400
需
2
輕 1.0 1.0 1.081
900
1f c
b 且 x >2a s a s 534.5
900
35 949.5mm
2
N e 2
568.6mm
ii ) 按第二组最不利内力进行配筋计算。

I 。

1.0H 1 8.9m
e °
M 嗨 718.7mm
N 476.76
e 0 Q 718.7 30 748.7mm
8900 900
9.89>5,应考虑偏心距增大系数
0.5f c A 1
〒 0.5 14.3 1.875 105 476.76 103
2.81>1.0
所以可按大偏心受压情况计算。

先假定中和轴位于翼缘内，则
所以假定成立，说明中和轴位于翼缘内
x <血
0.55 865 475.75mm
且 x >2a s 2 35 70mm
e e
h
900 a s 809.3
35
1224.3mm
2 2
A s A s
x
Ne Mx h° -
f
y h 0 a
s
476760 1224.3 1.0 14.3 400 83.3
300 865 35
比较上述两种计算结果，下柱截面选
4 18( A A s 1017mm 2)，
则下柱截面全部纵筋的配筋率
1.08 00 >0.6 00，截面一侧钢筋的配筋率
0.5400>0.200，满足《混凝土结构设计规范》 (GB500102002)
第9.5.1条规定。

按轴心受压构件验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力，由附表
2-12查知垂直于排架方向下柱的计算长度I 。

0.8H 1 0.8 8.9 7.12m ,则
N u 0.9
f c A f y A s 0.9 0.82 14.3 187500 300 1018 2
2429.532KN > N max 977.93KN
满足弯矩作用平面外的承载力要求。

4) 柱的裂缝宽度验算。

《混凝土结构设计规范》(GB500102002)
第8.1.2条规定，对e 0/h 0 0.55的偏心受压柱可不进行裂缝宽度验算
476760 1.0 14.3 400
83.3mm V h f
150 mm
865空
2
768.6mm
7120 400
17.8，
0.82
N
对上柱和下柱，按荷载效应标准值组合，均取偏心距最大时所对应的不利内力进行裂缝宽度验算。

验算过程见表2-17,其中上柱A s 763mm2，下柱A 1017mm2，E s 2.0 105N / mm2，构件受力特征系数cr 2.1，混
凝土保护层厚度c取35mm。

表
柱的裂缝宽度验算
由构造要求控制。

根据构造要求，上下柱均采用① 8@200箍筋。

6）牛腿设计。

I ）截面尺寸验算。

根据吊车梁支撑位置，截面尺寸及构造要求， 初步拟定牛
腿尺寸如图3所示。

牛腿外形尺寸：h 1= 50mm , h=600mm , h 0=565mm , c=100mm , c
=100 mm, f tk =2.01 N/mm 2,
= 0.65。

作用于牛腿顶面按荷载效应标准组合计算的竖向力为
357.98 F vk D max G 4A
45.6 397.75 45.6 443.35kN
0.9
牛腿顶面无水平荷载。

及F vk =0。

a 750 900 20
130mm 0
取a 0。

所以，牛腿截面尺寸满足要求。

ii ）正截面承载力计算及配筋构造
因为a=0, F h =0,所以，纵向受力钢筋按构造配置。

2
A min bh 0.002 400 600
480mm
实际选用 4 14 （ A s =615 mm 2 ）。

iii ）斜截面承载力的计算一一水平箍筋和弯起筋确定。

因a/h 0 <0.3, 故牛
腿可不设弯起钢筋。

水平箍筋选用 ①8@100,且应满足牛腿上部 2h °/3范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的水平纵向 受拉钢筋截面面积的1/2。

即
(1 0.5
f tk bh 。

0.5 a /h 0
0.65
2.01 400 565
0.5 0
A s
號 1.2：
F
hk
590.538kN
2 565 50.
3 2 —378.92mm2△空307.5mm2
3 100 2 2
满足要求。

iv)局部承受强度验算。

取垫板尺寸为400mm 400mm,则
3
F vk 443.35 10
石400 400 2.77N / mm20.75f c 0.75 14.3 10.725N/mm2满足要求。

7)柱的吊装验算。

柱采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，待混凝
土达到设计强度后起吊。

有附表查知，柱插入杯口深度为h i 0.9h 0.9 900 810mm，取h i 850，则柱吊装时总长为3.9 8.9 0.85 13.65mm。

计算简图如下图所示
i)荷载计算。

柱吊装阶段的荷载为柱的自重，且应考虑动力系数
1.5，即
q G Ch 1.5 1.35 4.0 8.10kN/m
q2 G q2k 1.5 1.35 (0.4 1.0 25) 20.25kN/m
q3 G q3k 1.5 1.35 4.69 9.50kN / m
ii）内力计算。

在上述荷载作用下，上柱根部于吊点处（牛腿根部）的设计分为
1 2 M1
q1H u
2
2
M2
R A I s 扌
q3l32所以
2
8.10 3.9 8.1 (3.9
M20
下柱段最大正弯矩计算如下:
M 3 R A x
由dM3 m
3 R
A dx
得
R A x
q3
所以M 3 34.26q3x 0
沦3.61m
9.50
61.60kN
0.6)2
9.50
扣2
1(20.25 8.10) 0.6284.20kN m
2
9.15 84空34.26kN
9.15
3.61 - 9.50 3.612
2
61.78kN m
iii）承载力和裂缝宽度验算。

上柱配筋为A A s 763 mm2，其受弯承载力按下式进行验算:
M u f y A s(h0 a s) 300 763 (365 35) 75.54kN m
M10.9 61.60 55.44kN m
裂缝宽度验算如下:
M k M161.60
45.63kN m
1.35
sk
M k 45.63 106
A s h0
188.33N/mm2 763 0.87 365
满足要求。

下柱配筋为A s A s 1017mm 2，其受弯承载力按下式进行验算:
M u f y A s (h ) a s )
300 1017 (865 35) 253.23kN m
0M 2
0.9 84.20 75.78kN m
满足要求。

裂缝宽度验算如下:
取=0.2
te
取 te =0.01
Ae 0.5bh 0.0095 0.01
0.5 400 400
1.
1
o.65
f tk
1.1
0.65
ax
te sk
2.01 0.01 188.33
0.406
cr
-Sk
(1.9c
E
s
0.08
d eq
)
te
188.33
0.406 5 I
2 105
0.169 % 0.2mm
2.1 (1.9 18 35 °.08
而) M k
M 2
84
型 62.37kN m
1.35 sk
M k
A s h 0
62.37 106 1017 0.87 865
2
81.49N / mm
te
且 0.0113
1.1 o.65
f
tk
1.1 0.65
2.01 te sk
0.0113 81,49
0.32 0.2。