《单层工业厂房设计计算书》

一．结构选型该厂房是广州市的一个高双跨（18m+18m）的机械加工车间。

车间长90m,柱矩6米，在车间中部，有温度伸缩逢一道，厂房两头设有山墙。

拄高大于8米，故采用钢筋混凝土排架结构。

为了使屋架有较大的刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。

选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。

厂房的各构选型见表表主要构件选型由图1可知柱顶标高是米，牛腿的顶面标高是米，室内地面至基础顶面的距离米，则计算简图中柱的总高度H,下柱高度H l和上柱的高度Hu分别为：H=+= H l=+= Hu=根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表。

见表柱截面尺寸及相应的参数二．荷载计算1．恒载图1求反力：F1=F2=屋架重力荷载为，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值：G A1=×+2)=G B1=××6+2)= KN(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值G A3=×（+×6）=G B3=×（+×6）=(3)柱重力荷载的设计值A,C柱B柱2．屋面活荷载屋面活荷载的标准值是m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值：Q1=××6×18/2= KN3，风荷载风荷载标准值按ωk=βzμsμzω0计算其中ω0=m2, βz=1, μz根据厂房各部分及B类地面粗糙度表确定。

柱顶（标高）μz=橼口（标高）μz=屋顶（标高13..20m）μz=μs如图3所示，由式ωk=βzμsμzω0可得排架的风荷载的标准值：ωk1=βzμs1μzω0=×××= KN/m2ωk2=βzμs2μzω0=×××= KN/m2G 3G 4A G 3G图2 荷载作用位置图q 2w图3 风荷载体型系数和排架计算简q1=××6=m q1=××6=mFw=γQ [(μs1+μs2)×μz h 1+(μs3+μs4)×μz h 2] βz ω0B =[+×× × 1××6 =4．吊车荷载吊车的参数：B=米，轮矩K=，p max =215KN, p min =25KN,g=38KN 。

根据B 和K ， 可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图４所示：图４ 吊车荷载作用下支座反力的影响线（１） 吊车的竖向荷载D max =γQ F pmax ∑y i =×115×(1+++= D min =γQF pmin ∑y i =×25×(1+++=（２） 吊车的横向荷载T=1/4α（Q+g ）=1/4××(100+38)= 吊车横向荷载设计值： Tmax ＝γQ T ∑y i =××=三．排架内力分析１．恒荷载作用下排架内力分析图5 恒荷载作用的计算简图G 1=G A1=; G 2=G 3+G 4A =+=; G 3=G 5A =; G 4=2G B1=; G 5=G 3+2G 4B =2×+=; G 6=G 5B =;M 1= G 1×e 1=×= G 1+ G 4A )e 0- G 3e 3=+ ×23)11(1)11132-+--n　n λλ（ C 1=23×)11(132--n　H λλ=;R A =H M 1C 1+HM2C 3=×+×/=(→) R C =(←); R B =0KN; 内力图：图(K N)M图(K N.m)图6 恒荷载内力图２．恒荷载作用下排架内力分析(1)AB 跨作用屋面活荷载M 1A M 2A图7 AB 跨作用活荷载作用简图Q=，则在柱顶和变阶处的力矩为： M 1A =×=，M 2A =×=，M 1B =×=H M A 1H M A2HM B1 =×=(→) 则排架柱顶不动铰支座总的反力为： R= R A + R B =+=(→)V A = R A －R ηA = R B －R ηB = －R ηC =×=－(←) 排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图8所示:M(KN.m)N图(k N)图8 AB跨作用屋面活荷载内力图(2)BC跨作用屋面活荷载由于结构对称,且BC跨的作用荷载与AB跨的荷载相同,故只需叫图8的各内力图位置及方向调一即可,如图10所示:图9 AB跨作用活荷载作用简图图((图10 BC 跨作用屋面活荷载内力图３．风荷载作用下排架内力分析(1) 左吹风时C=)]11(1[8)]11(1[334-+-+nn λλ= R A =-q 1HC 11=××=(←) R C =-q 1HC 11=××=(←) R= R A + R C +F w =++=(←) 各柱的剪力分别为:V A = R A -R ηA =+×=-2..72KN(←) V B = R B -R ηB =+×=(→) V C = -R ηC =×=(→)左风计算图M（KNm)图11 左风内力图(2)右风吹时因为结构对称，只是内力方向相反,，所以右风吹时，内力图改变一下符号就行，如图12所示；左风计算图M（KNm)图11 左风内力图４．吊车荷载作用下排架内力分析（１）D max作用于A柱计算简图如图１２所示，其中吊车竖向荷载D max，D min在牛腿顶面引起的力矩为：M A = D max ×e 3=×= D min ×e 3=×=H M A HM BR A + R B =+=(←) 各柱的剪力分别为: V A = R A -R ηA =+×=(←) V B = R B -R ηB =+×=(→) V C = -R ηC =×=(→)D maxN（KN)M（KNm)图１２ D max 作用在A 柱时排架的内力（２） D max 作用于B 柱左计算简图如图１２所示，其中吊车竖向荷载D max ，D min 在牛腿顶面引起的力矩为：M A = D max ×e 3=７５.２５×=２６.３３ M B = D min ×e 3=×=２５９.６１ R A =－HM AC 3=-２６.３３×=-－２.６８KN(←)R B =－HM BC 3=２５９.６１×=２６.４２KN(→) R= R A + R B =－２.６８+２６.４２=２３.７４N(→) 各柱的剪力分别为:V A = R A -R ηA =－２.６８－×２３.７４=－１０.５１KN(←) V B = R B -R ηB =２６.４２－×２３.７４=１８.５９KN(→) V C = -R ηC =－×２３.７４=－７.８３N(←)D minM（KNm)N（KN)图１３ D max 作用在B 柱左时排架的内力（３） D max 作用于B 柱左根据结构对称和吊车吨位相等的条件，内力计算与D ma 作用于B 柱左情况相同，只需将A ，C 柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号：如图１４（４） D max 作用于C 柱同理，将D max 作用于A 柱的情况的A ，C 柱的内力对换，且注意改变符号，可求得各柱的内力，如图１5（５） T max 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16-a 所示。

对于A 柱，n=，λ=，得a=，T max =C 5=)]11(1[2)]32()1)(2([32323-+---++-na n a a a λλλ= R A =－T max C 5=－１２.４６×０.５４=－(←) R B =－T max C 5=－１２.４６×０.５４=－(←)minM（KNm)N（KN)图１４ D max 作用在B 柱右时排架的内力D maxM（K N m)N（KN)图１5D max作用在C柱时排架的内力排架柱顶总反力R：R= R A+ R B= －６.７３－６.７３＝－１３.４６KN各柱的简力：V A= R A-RηA=－６.７３＋×１３.４６=－２.２９KN(←)V B= R B-RηB=－６.７３＋×１３.４６=－２.２９KN (←)V C=－RηC=×=(→)D minM（KNm)图16T max作用在AB跨时排架的内力（６）T max作用于BC跨柱由于结构对称及吊车的吨位相等，故排架内力计算与“T max作用于AB跨柱”的情况相同，只需将A柱与C柱的对换，如图17（图17T max作用BC跨时排架的内五．柱截面设计（中柱）混凝土强度等级C20，f c=mm2，f tk=mm2．采用HRB335级钢筋，f y= f y` 300 N/mm2,ζb=，上下柱采用对称配筋． １．上柱的配筋计算由内力组合表可见，上柱截面有四组内力，取h 0＝４００－４０＝３６０mm ，附加弯矩e a =20mm （大于４００／３０），判断大小偏心：从中看出３组内力为大偏心，只有一组为小偏心，而且： N=<ζb αf c b h 0=０.５５０×１×９.６×４００×３６０＝所以按这个内力来计算时为构造配筋．对三组大偏心的，取偏心矩较大的的一组．即： M= N= 上柱的计算长度： L 0=2H U =2×=e 0=M/N=e i = e 0+ e a =l 0/h=7200/400=18>5．应考虑偏心矩增大系数η ζ1=NAf c 5.0=××160000/357640=>1，取ζ１＝１ ζ2= l 0/h>15，取ζ2= η=1+200)(14001hl h e i ζ1ζ2=1+2)400720000(36040.26314001×1×= ζ=bh f Nc =357640/1××400×360=>2αs /h 0=2×40/360= 所以x=ζ×h 0=×360=e `=ηe i -h/2+αs =×４００／２＋４０＝`=fy A s (h 0-a s )-α1f c bx(x/2-a s)A s =A s `=)()2(01s y s c a h f a x bx f a Ne --＋｀=)40360(300)4026.93(...357640-⨯-⨯⨯⨯⨯６９３４００６９０５＋１１８５=715mm选用３φ１８（A s =763mm 2）．验算最小配筋率： ρ＝A s /bh=763/400×400=%>%平面外承载力验算： l 0==×=l 0/b=5400/400=，查表得ψ＝０９３，A c =A-A a =4002-763×2=158474mm Nu=ψ(f y `A s `+ f c A s )=××(300×763×2+×158474)= ２．下柱配筋计算取h 0=800-40=760mm ，与上柱分析办法相识，选择两组最不利内力： M= M= N= KN N= KN (1) 按M= ，N= KN 计算L 0=１H U =１×=，附加偏心矩e a =800/30=(大于２０mm),b=100mm,b f `=400mm, h f =150mme 0=M/N=217960/= e i = e 0+ e a =l 0/h=7200/800=9>5而且＜１５．应考虑偏心矩增大系数η，取ζ2=1 ζ1=NAf c 5.0=××160000/810940=>1，取ζ１＝１ η=1+200)(14001hl h e i ζ1ζ2=1+2)760720000(76077.29614001×1×1= ηe i =×=>×760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则x=`1fc b f Nα=810940/1××400=>h f =150mm说明中和轴位于板内，应重新计算受压区的高度： x=bf a h b b f a N c ff c 11)(--=1006.91)100400(150.810940⨯⨯-⨯⨯⨯-６９１=e=ηe i +h/2+αs =× -800／2-40＝7005mmA s =A s `=)()2()2()(`0010`1s y c ff f c a h f xh bx f a h h h b b f a Ne ------｀= )40760(300)272.394760(72.3946100.912150760150)100(.5.700810940-⨯-⨯⨯-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯-⨯⨯-⨯４００６９１ =(2) 按M= ，N= KN 计算L 0=１H U =１×=，附加偏心矩e a =800/30=(大于２０mm),b=100mm,b f `=400mm, h f =150mme 0=M/N=152690/= e i = e 0+ e a =l 0/h=7200/800=9>5而且＜１５．应考虑偏心矩增大系数η，取ζ2=1 ζ1=NAf c 5.0=××160000/810940=>1，取ζ１＝１ η=1+200)(14001h l h e i ζ1ζ2=1+2)760720000(76077.29614001×1×1= ηe i =×=>×760=228，所以为大偏心受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则 x=`1fc b f Nα=473440/1××400=>h f =150mm说明中和轴位于翼缘内： e=ηe i +h/2-αs =× -800／2-40＝A s =A s `=)()2(`001s y f c a h f x h x b f a Ne ---｀= )40760(300)23.123760(29.1234006.9193.761473440-⨯-⨯⨯⨯⨯-⨯=最小配筋βmin A=%×177500=355mm 2 所以选３φ１４（A s =461mm 2）满足要求查附表１１.１的无柱间支撑垂直排架方向柱的计算长度，l 0=1H l = l 0/b=7200/400=18，查表得ψ＝，A c =A-A a =177500-461×2=176578mm Nu=ψ(f y `A s `+ f c A s )=××(300×461×2+×176578)= >Nmax 所以满足弯矩作用平面外的承载力要求 ３．柱裂缝宽度验算《规范》中规定，对e 0/h 0>的柱要进行裂缝宽度验算，本例的上柱出现e 0/h 0=>,所以应该进行裂缝验算。