单层工业房的设计例题

单层工业房设计一、设计资料：1. 工程概况某造纸车间为一单跨单层钢筋混凝土厂房，厂房总长66m，跨度27m，柱距6m，设有20/5t、10t各一台中级工作级别吊车，轨顶标高+10.1m。

厂房平面图如图（1）2. 设计资料屋面构造：二毡三油防水层(上铺绿豆砂)；20mm厚水泥砂浆找平层；100mm水泥膨胀珍珠岩保温层；一毡二油隔气层；20mm厚水泥砂浆找平层；预应力混凝土大型屋面板。

围护结构：240mm厚普通砖墙，双面抹灰；钢框玻璃窗宽×高：4000mm×5100mm和4000mm ×1800lmm。

地面:钢筋混凝土地面,室内外高差150mm。

3．设计基本原始资料自然条件：基本风压为0.5kN/m2，地面按B类，基本雪压为0.3KN/m2，屋面活荷载为0.5kN/m2。

地质条件：场地地面以下0.8内为填土，填土下层4.8m内为粉质粘土，地基承载力特征值为240kN/m2，地下水位为-5.5m。

该工程位于非地震区，不考虑抗震设计。

4. 材料钢筋：箍筋为HPB235级钢筋、受力钢筋HRB335级钢筋。

混凝土：柱采用C40，基础采用C20。

5．设计要求1)初步确定排架结构布置方案；2)对结构上部的标准构件进行选型，并进行结构布置；3)排架的荷载计算和内力分析；4)排架柱的设计；5)柱下独立基础的设计二、构件选型及屋盖布置根据厂房的跨度、吊车起重量的大小、轨顶标高，吊车的运行空间等初步确定出排架结构的剖面如图（2）所示。

为了保证屋盖的整体性，屋盖采用无檩体系。

1.屋面板采用1.5m×6m预应力混凝土屋面板，根据屋面做法求得屋面荷载，采用标准图集92G410（一）中的Y—WB—2，屋面板自重标准值为1.4KN/m2（包括灌缝自重）。

2．天沟板(外天沟排水)选用92G410(三)标准图集中的JGB77—1，自重标准值2.02kN ／m 。

3．屋架采用预应力混凝土折线形屋架，选用标准图集95G415(三)，每榀屋架自重标准值为120kN 。

4．屋盖支撑在端部第二开间的屋架端部和跨中设三道垂直支撑、其他跨相应部位设下弦系杆，端头第二开间设下弦横向水平支撑。

5．吊车梁选用95G425标准图集中的先张法预应力混凝土吊车梁，梁高1200mm ，每根自重标准值44.2kN ，轨道及垫层构造高度200mm ，轨道及连接重 l kN/m 。

6．排架柱排架的上柱截面为矩形, 下柱采用工字形截面。

7. 支撑布置设计采用大型屋面板，可以不设屋架上弦支撑。

根据构造要求，设置相应的屋架下弦支撑，并在跨度中点处布置一道垂直支撑。

见 图（3）本设计跨度27m,大于18m ，因此需要布置支撑。

柱截面高度h>600mm,下部柱间支撑做成双片，其间距为柱截面高减去200mm ，见图（4）。

图（3） 屋架下弦支撑图（4）柱的支撑布置三、排架的荷载计算 1．排架计算简图的确定 (1)确定柱高。

吊车梁顶标高=轨顶标高—轨道构造高度=10.1—0.2=9.9m 牛腿标高=吊车梁顶标高—吊车梁高=9.9-1.2=8.7m柱顶标高=轨顶标高+吊车高度H+上部运行尺寸，取为12.6m 上柱高H u =柱顶标高--牛腿标高=12.6—8.7=3.9m全柱高H=柱顶标高—基顶标高=12.6--（--0.6）=13.2m 下柱高H l =H--H u =13.2-3.9=9.3m,λ= H u /H=3.9/13.2=0.295 （2）初步拟订柱尺寸根据表一的参考尺寸，取上柱b ×h=400mm ×450mm, 下柱b ×h ×h f =400mm ×850mm ×200mm,截面尺寸如图（5）所示。

图（5）下柱截面尺寸（单位：mm ） 图（6）排架计算简图（3）参数计算 上柱： 493100375.3450400121mm I u ⨯=⨯⨯= 下柱： 比值：16.0==luI I n 排架计算简图如图（6）2．荷载计算 (1)恒载计算。

1)屋盖结构自重标准值：二毡三油防水层 0.35KN/m 220mm 厚水泥砂浆找平层； 20×0.02=0.4 KN/m 2 100mm 水泥膨胀珍珠岩保温层； 4×0.1=0.4 KN/m 2 一毡二油隔气层； 0.05 KN/m 220mm 厚水泥砂浆找平层； 20×0.02=0.4 KN/m 2 预应力混凝土大型屋面板。

1.4 KN/m 2 g k =3.00 KN/m 2 天沟板 2.02×6=12.12 KN 屋架自重 120KN则作用在一榀横向平面排架一端柱顶的屋盖自重标准值为 2)柱自重标准值：上柱 G 2k =25×0.4×0.45×3.9=17.55kN下柱 G 3k =25×9.1×[0.2×0.4×2+0.4×0.1+2×注（1.1为考虑下柱仍有部分矩形截面而乘的增大系数）3e =03）吊车梁及轨道自重标准值：G 4k =44.2+1×6=50.2kN4e =800—850÷2=375mm（2）屋面活荷载标准值由《荷载规范》可知，不上人屋面均不活荷载为0.50 KN/m 2，不大于基本雪压，屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为Q 1k =0.5×6×27÷2=40.5 KN（3）吊车荷载标准值图（7） 求D max 时的吊车位置图其作用点到柱顶的距离y=69.09.37.2/,7.22.19.3===-=-u e u H y m h H （4）风荷载标准值。

计算21q q 、时风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度12.6+0.15=12.75m 取值，计算k W 时风压高度变化系数按檐口标高14.9m 取值图（8）风载体型系数（长度单位：mm ）排架受荷总图如图（9）图（9）排架受荷总图 3．内力计算 (1)恒载作用下。

由于单层厂房多属于装配式结构，柱、吊车梁及轨道的自重，是在预制柱吊装就位完毕而屋架尚未安装时施加在柱子上的，此时尚未构成排架结构。

但在设计中，为了与其他荷载项计算方法一致，并考虑到使用过程的实际受力情况，在柱、吊车梁及轨道的自重作用下，仍按排架结构进行内力计算。

在屋盖自重G 1k 、上柱自重G 2k 、吊车轨道及连接G 4k 作用下，由于结构对称、荷载对称，故可简化为如图（10）的计算简图图（10）恒荷载作用下计算简图 1）在G 1k 作用下) m -23.63(kN =0.075×-315.12=e G =M 11k 12k ⋅2) 在G 2k 作用下) m -3.51(k N =0.2×-17.55= e G =M 22k 22k ⋅ 3) 在G 4k 作用下m )kN 18.83(=0.375×50.2 =e G =M 44k 42k ⋅) 叠加以上弯矩M 1k = M 11k =-23.63(m kN ⋅)M 2k = M 12k +M 22k +M 42k =-63.03-3.51+18.83=-47.7(m kN ⋅) 已知,295.0,181.0==λn 由规范公式： 在M 1k 作用下 由规范公式 在M 2k 作用下在G 1k 、G 2k 、G 3k 、G 4k 共同作用下的弯矩图和轴力图如图（11）图（11）恒荷载作用下内力图 图（12）屋面活荷载作用下的计算简图（2）活荷载作用。

1）屋面活荷载作用下：由于Q 1k 作用位置与G 1k 相同在Q 1k 作用下的M 图和N 如图（12）所示 2）吊车竖向荷载作用下： 当D max,k 作用在A 柱时 A 柱 B 柱与恒载计算方法相同，可得C 2=1.21 A 柱 B 柱A 柱与B 柱相同，剪力分配系数5.0==B A ηη 内力图如图（13）图（13）吊车竖向荷载作用下内力图3）吊车水平荷载作用下： 当T max 向左作用时295.0,181.0==λn 由规范公式可得当674.0)]11(1[2)2.0416.0(8.126.0335=-+-+-==n n C H y u λλλ时， 当627.0)]11(1[2)1.0243.0(1.227.0335=-+++-==n n C H y u λλλ时，考虑空间作用分配系数，由表12-16可以查得85.0=μ T max 向左作用的M 图、N 图如图（14）所示。

T max 向右作用的M 图、N 图于上述情况相反。

图（14）吊车水平荷载作用下内力图4）风荷载作用下：风从左向右作用，在q1和 q2 作用下，由规范公式： 风荷载作用下的M 、N 图如图（15）当风从右向左吹时，其M 、N 图与上述情况相反。

图（15）风荷载作用下内力图四、最不利内力组合由于排架单元为对称结构，可仅考虑A 柱截面，荷载内力汇总表见表一，内力组合见表二注荷载规范。

为活荷载组合系数，见qi ϕ五、排架柱的设计1．柱在排架平面内的配筋计算 (1)截面尺寸。

(2)材料等级。

混凝土：40C , 2/1.19mm N f c =钢筋：受力筋为2'/300,HRB335mm N f f y y == 箍筋为:2/210HPB 235,mm N f y =(3)截面最不利内力。

由于截面3—3的弯矩和轴向力均比截面2—2的大，故下柱配筋由截面3—3的最不利内力确定。

经比较，用于上下柱截面配筋的最不利内力及柱在排架方向的初始偏心距i e 、计算长度0l 偏心距增大系数η列于表三中注 1. 的、30/20,,/00h e e e e N M e a a i =+==较大者，考虑吊车荷载时，柱在排架平面内的配筋计算过程在此略去，计算结果见表四 表四 柱在排架平面内的配筋计算注1. s ia e e -+=2η 2. b ξ=0.5502.柱在排架平面外的承载力验算上柱，N max =488.79kN,考虑吊车荷载时，按规范有 由规范知935.0=ϕ下柱N max =1000.4,当考虑吊车荷载时，按规范有 故承载力满足要求。

3．裂缝宽度验算 (1)1—1截面： (2)下柱3—3截面验算裂缝宽度的荷载标准组合值，按GB50009—2001《荷载规范》有 =3.38+260.96+（3.91×0.7+29.5×0.7+97.12×0.7）=288.46m kN ⋅ 裂缝间纵向钢筋应变不均匀系数 ψ=)08.09.1(teeqsskcr d c E ρδψα+4．柱牛腿设计(1)牛腿几何尺寸的设计。

牛腿宽b=400，若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离C 1=80mm ，吊车梁下部尺寸为340mm ，则牛腿水平截面高度,1050802340800mm =++= 牛腿外边缘高度h 1=500mm ，倾角α=45，牛腿高度h=500+200=700mm 。