单层厂房结构课程设计

单层厂房结构课程设计1.结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在15~36m 之间，且柱顶标高大于8m ，故采用钢筋混凝土排架结构。

为了使屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线型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。

由图2-54可知柱顶标高为9.6m ，牛腿顶面标高为6m ；设室内地面至基础顶面的距离为0.5m ，则计算简图中柱的总高度H ，下柱高度H l ，和上柱高度H u 分别为：图2-54 厂房剖面图根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表2-22。

图2-55 计算单元和计算简图 2.荷载计算1.恒载⑴屋盖恒载20厚水泥砂浆找平层 230.40kN/m m 02.0kN/m 20=⨯ 280厚泡沫混凝土保温层 230.64kN/m m 08.0kN/m8=⨯预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 2kN/m4.1屋盖钢支撑 2kN/m 05.0总计 2kN/m 84.2屋架重力荷载为60.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为： (2) 吊车梁及轨道重力荷载设计值： (3)柱自重重力荷载设计值 A 、C 柱: 上柱：17.28kN3.6m kN/m 0.42.14C 4A =⨯⨯==G G 下柱: 36.58kN6.5m kN/m 69.42.15C 5A =⨯⨯==G GB 柱: 上柱:25.92kN3.6m kN/m 0.62.14B =⨯⨯=G下柱:38.53kN6.5m kN/m 94.42.15B =⨯⨯=G各项恒载作用位置如图2-56所示。

图2-56 荷载作用位置图 （单位：kN ）2.屋面活荷载屋面活荷载标准值为20.5kN/m ，雪荷载标准值为20.4kN/m ，后者小于前者，故仅按前者计算。

作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：1Q 的作用位置与1G 作用位置相同，如图2-56所示。

3.风荷载风荷载的标准值按0s z z k w w μμβ=计算，其中20kN/m 5.0=w ,0.1=zβ,z μ根据厂房各部分标高(图2-54)及B 类地面粗糙度确定如下： 柱顶(标高9.6m ) 000.1z =μ檐口(标高11.75m ) 049.1z =μ 屋顶(标高12.80m )078.1z =μs μ如图2-57所示，则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：图2-57 风荷载体型系数及计算简图则作用于排架计算简图(图2-57)上的风荷载设计值为: 4.吊车荷载 由表2-16可得t 5/20吊车的参数为：m 2.5=B ， 4.0m =K ，kN 6.68=g ，kN 200=Q ，kN 174max=P ,kN 5.37min =P ,根据m 2.5=B 及K 可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值如图2-58所示。

(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为： (2)吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为： 作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为： 图2-58 吊车荷载作用下支座反力影响线 3.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i η计算，见表2-23。

kN 33.22011==G G ; 76.08kN 17.28kN kN 8.58432=+=+=A G G GkN 58.3653==A G G ; .66kN440kN 33.2202214=⨯==G GkN 53.3856==B G G ; 143.52kN 58.8kN 2kN 92.252345=⨯+===G G G B由于图2-59a 所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。

柱顶不动铰支座反力i R 可根据相应公式计算。

对于A ，C 柱109.0=n ，356.0=λ则：)(39.6C ←-=R本例中0B =R 。

求得i R 后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。

柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图2-59b 、c 。

图2-59d 为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。

11.76B11.98C11.0229.786.396.3911.7611.9829.7811.02296.41C332.99B440.66237.61220.33296.41237.61220.33332.99466.58584.18+++CBM 1G 1M 2G 2G 3G 4G 5G 6G 1M 1M 2G 2G 3+M+M+V+V+N+N排架各柱顶的剪力分别为：排架各柱弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2－64b,c 所示。

图2-64max D 作用在A 柱时排架内力图(1)max D 作用于B 柱左计算简图如图2-65a 所示A M ,B M 计算如下：柱顶不动铰支反力A R，B R 及总反力R 分别为：各柱顶剪力分别为：排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2-65b ，c 所示 图2-65 max D 作用于B 柱左时排架内力图（3）max D 作用于B 柱右根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与max D 作用于B 柱左的情况相同，只需将A ，C 柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图2-66所示。

图2-66max D 作用于B 柱右时排架内力图（4）max D 作用于C 柱同理，将作用于A 柱情况的A ，C 柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图2-67所示。

图2-67max D 作用在C 柱右时排架内力图（5）m ax T 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2-68a 所示，对于A 柱，109.0=n ，356.0=λ，得()0.667m 6.3/m 2.1m 6.3=-=a ，则同理，对于B 柱，281.0=n ，356.0=λ，667.0=a ,598.05=C ，则：排架柱顶总反力R 为： 各柱顶剪力为： 排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图2-68b 所示。

当m ax T 方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。

图2-68m ax T 作用于AB 跨时排架内力图(6)m ax T 作用于BC 跨柱由于结构对称及吊车吨位相等，故排架内力计算与m ax T 作用AB 跨情况相同，仅需将A 柱与C 柱的内力对换，如图2-69所示。

图2-69m ax T 作用于BC 跨时排架内力图5.内力组合以A 柱内力组合为例。

表2-24为各种荷载作用下A 柱内力标准值汇总表，表2-25～表2-32、表2-33为A 柱内力组合表，这两表中的控制截面及正号内力方向如表2-24中的例图所示。

对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对55.0/00>h e 的柱进行验算。

为此，表2-33中亦给出了k M 和k N 的组合值，它们均满足55.0/00>h e 的条件，对设计来说，这些值均取自min N 及相应的M 和V 一项。

注：单位()，单位，单位。

kN⋅)，N单位kN，V单位kN。

注：M单位(mkN⋅)，N单位kN，V单位kN。

注：M单位(mkN⋅)，N单位kN，V单位kN。

注：M单位(mkN⋅)，N单位kN，V单位kN 注：M单位(m注：M 单位(m kN ⋅)，N 单位kN ，V单位kN 。

注：M 单位(m kN ⋅)，N 单位kN ，V 单位kN 。

表2-31 1.2恒载＋0.9⨯1.4⨯（吊车荷载＋风载）kN⋅)，N单位kN，V单位kN。

注：M单位(mkN⋅)，N单位kN，V单位kN。

注：M单位(mkN⋅)，N单位kN，V单位kN 注：M单位(m6. 柱截面设计以A 柱为例。

混凝土强度等级为30C ,2c mm /N 3.14=f ，2tk mm /N 01.2=f ；采用HRB400级钢筋，2y y mm /N 360='=f f ，518.0=b ξ。

上、下柱均采用对称配筋。

1．上柱配筋计算。

上柱截面共有4组内力。

取360m m 40m m -m m 4000==h而I -I 截面的内力均小于b N ，则都属于大偏心受压，所以选取偏心距较大的一组内力作为最不利内力。

即取M =78.783m kN ⋅,N = 237.61kN ；吊车厂房排架方向上柱的计算长度7.2m m 6.320=⨯=l 。

附加偏心矩ae 取20mm （大于mm/30400）mm 332N 10237.6mmN 10783.78360=⨯⋅⨯==N M e ，352m m20m m m m 3320i=+=+=a e e e518400mm mm 72000>==h l 应考虑偏心距增大系数η。

0.181.4237610N m m 40014.3N/m m 0.55.0222c 1>=⨯⨯==N A f ξ， 取0.11=ξm m 48.1860b =<h x ξ 且 mm 802='<a x 选318()2mm 763=s A ，则%2.0%48.0400m m 400m m m m 7632>=⨯==bh A s ρ满足要求。

而垂直于排架方向柱的计算长度 4.50m 6.325.10=⨯=l ，则25.11mm 4004500mm0==l ，961.0=ϕ（内插）()()2mm 763mm N 360400mm mm 400mm N 3.14961.09.09.0222y c u ⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=''+=sA f A f N ϕkN 771.293kN 03.2454max =>=N 满足弯矩作用平面外的承载力要求。

2.下柱配筋计算 取860m m40m m m m 9000=-=h 与上柱分析方法类似。

而I I -I I ，I I I -II I 截面的内力均小于b N ，则都属于大偏心受压。

所以选取偏心距0e 最大的一组内力作为最不利内力。

按m kN 473.278⋅=M，kN 99.332=N 计算下柱计算长度取m 5.60.10==l H l ，附加偏心距m m 30m m 900==a e （大于20mm ）。

mm 100=b ，m m 400f ='b ，m m 150f ='h15522.7900mm00mm650<>==h l 应考虑偏心距增大系数η且取0.12=ξ()[]Nmm N A f 332990150100m m 400m m 2900m m m m 100m m N 3.145.05.02c 1⨯-⨯+⨯⨯⨯==ξ 0.1865.3>= , 取0.11=ξ035.10.10.1900mm 6500mm 860mm 34.926140011140011221200i =⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+=⎪⎭⎫⎝⎛+=ξξηh l h e 958.76m mm m 34.92605.1i =⨯=e η 先假定中和轴位于翼缘内，则即中和轴过翼缘 且mm 802='<sx α选用418)mm 1018(2=s A 垂直于弯矩作用面的承载力计算：25mm 10875.1⨯=A ， 48y mm 1038.195⨯=I3．柱箍筋配置由内力组合表kN 656.50max=V，相应的kN 01.367=N ，m kN 351.294⋅=M验算截面尺寸是否满足要求。