单层工业厂房排架结构设计计算书 同济大学

⑵ 工程地质资料 根据钻探报告，天然地面下 1.2m 处为老土层，修正后的地基承载力为 120kN/m2，地下
水位在地面下 1.3m（标高-1.45m）
⑶ 材料 混凝土：柱 C30，基础 C15 钢筋：受力筋为 HRB400 级钢筋，钢箍、预埋件及吊钩为 HPB300 级钢筋
1
单层工业厂房排架设计
单层工业厂房排架设计
单层工业厂房排架结构设计
㈠ 工程概况 1 设计题目 某煅工车间为一单层单跨钢筋混凝土装配式结构，跨度 18m，长度 66m。选用两台中级
工作制桥式吊车（5t，15/3t），轨顶标高 9.8m，考虑散热通风要求，需设置天窗和挡风板。
2 设计任务 ⑴ 完成屋面板、屋架、天窗架、天沟、吊车梁、基础梁等构件的选型，并初步确定排架 柱的截面尺寸； ⑵ 进行结构布置（包括支撑布置）； ⑶ 排架荷载计算； ⑷ 排架内力计算； ⑸ 排架内力组合； ⑹ 柱子配筋设计（包括牛腿）； ⑺ 柱下单独基础设计； ⑻ 绘制施工图，内容包括： I.基础平面布置图及基础配筋图 II.屋盖结构布置及结构平面布置图 III.柱子配筋图
砌体：M5 砖，M2.5 砂浆
㈡ 结构设计
1 结构平面布置
⑴ 构件选型
I.屋面板：自重 1.3kN/m2（沿屋架斜面），嵌缝 0.1kN/m2（沿屋架斜面）
II.天沟板：重 17.4kN/块（包括积水重量）
III.门型钢筋混凝土天窗架
IV.预应力钢筋混凝土折线型屋架 YMJA-18-xBb
上弦杆 b×h=240mm×220mm
情况 2：Dmax=0.9[148（0.9+5）/6+74（1+2.6/6）]=226.44kN Dmin=0.9[34.5（0.9+5）/6+17.5（1+2.6/6）]=53.7kN
经过比较，设计时采用情况 1 中的荷载，Dmax=248.64kN，Dmin=58.7kN 作用位置同 P4P
②水平吊车荷载 每个轮子水平刹车制动力 5t：T1=α (Q+g)/4=0.12(49+22.8)/4=2.2kN 15/3t：T2=α (Q+g)/4=0.1(196+66.1)/4=6.55KN 产生 Tmax 时，吊车作用位置如情况 1 Tmax=0.9[2.2（1.6+5）/6+6.55（1+1.9/6）]=9.94kN
26.2×2+11.5×2=75.4kN 1.3×6×18=140.4kN 0.1×6×18=10.8kN 0.35×6×18=37.8kN 0.4×6×18=43.2kN 0.05×6×18=5.4kN 60.5kN 373.5kN （两个柱顶的力） 17.4kN
b.柱自重 P2P 及 P3P 上柱：P2P=25×0.42×3.6=14.4kN 下柱：柱身 25×[0.187×7+0.4×0.8×（0.6+0.2）]=39.13kN
3 设计资料 ⑴ 荷载 钢筋混凝土容重 一砖墙（单面粉刷） 20mm 水泥砂浆找平层 钢门窗自重 钢轨及垫层 二毡三油防水层 屋面活荷载 屋面积灰荷载 施工活荷载 风荷载 屋面雪荷载 吊车荷载
25kN/m3 4.92kN/m2 0.4kN/m2 0.4kN/m2 0.6kN/m 0.35kN/m2（沿斜面） 0.5kN/m2（沿水平面） 0.5kN/m2（沿水平面） 0.5kN/m2（沿水平面） 0.40kN/m2 0.45kN/m2 5t，15/3t
9
单层工业厂房排架设计Leabharlann Baidu
IV.吊车水平制动力作用下的排架内力
考虑对称性，按 Tmax 向左作用计算
柱中轴力为零
nI=0.146， λ H=0.286
TA=TB=Tmax=9.94Kn
y/HU=(12-9.7)/3.6=0.639
2−1.8λ C5=
H +λ
2×(1+λ
3 H 3 H
(0.n41I 6
下弦杆 b×h=240mm×220mm
腹板 b×h=120mm×240mm （F1）
b×h=200mm×240mm （F2）
b×h=120mm×120mm （F3~F6）
屋架自重：60.5kN/榀
V.屋盖支撑：
0.05kN/m2（沿水平面）
VI.吊车梁重：
44.2kN/根（高 1200mm）
VII.基础梁重：
6
单层工业厂房排架设计
q10=0.6×0.7874×0.4×6=1.13kN/m （→） q11=0.6×0.746×0.4×6=1.07kN/m （→） q12=0.6×0.74×0.4×6=1.07kN/m （→） q13=0.5×0.74×0.4×6=0.89kN/m （→） W=（q3+q13）×（14.25-12.15）+（q4+q12）×（14.70-14.25）+（q6+q11）×（15.3-14.7）
面积 A=1.87×105mm2，惯性矩 Ix=1.456×1010mm4，Iy=1.759×109mm4 ⑵ 荷载计算
I.恒荷载 a.屋盖部分传来 P1P
3
单层工业厂房排架设计
天窗重 屋面板重 嵌缝重 防水层重 找平层重 屋盖支撑重 屋架重
每块天沟及积水重 P1P=373.5/2+17.4=204.15kN
b.吊车荷载
采用两台中级工作制的吊车，起重量分别为 Q=5t，15/3t，吊车参数见表
吊车跨度 LK=16.5m
额定起重 吊车宽度 轮距 K（m） 吊车总重 G 小车重 g 最大轮压
量 Q(t)
B(m)
（kN）
（kN） Pmax（kN）
5
4.3
3.4
134
22.8
74
15/3
5.16
4.1
215
66.1
牛腿 25×（0.8+1×0.2+1×0.4）×0.4=5.8kN 2
P3P=39.13+5.8=44.93kN
c.混凝土吊车梁及轨道重 P4P P4P=44.2+0.6×6=47.8kN
II.活荷载 a.屋面活荷载 P1Q 雪荷载 0.45kN/m2，屋面积灰荷载 0.5kN/m2，屋面活荷载 0.5kN/m2 排架计算时，屋面积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑 P1Q=（0.5+0.5）×6×18/2=54kN，作用位置同 P1P
14.5-0.4+0.15=14.25m μ z=0.74 14.55+0.15=14.70m μ z=0.74 15.15+0.15=15.30m μ z=0.746 17.22+0.15=17.37m μ z=0.7874 17.52+0.15=17.67m μ z=0.7934
q3=0.8×0.74×0.4×6=1.42kN/m （→） q4=0.3×0.74×0.4×6=0.53kN/m （→） q5=1.4×0.7874×0.4×6=2.65kN/m （→） q6=-0.8×0.746×0.4×6=-1.43kN/m （←） q7=-0.8×0.7874×0.4×6=-1.51kN/m （←） q8 q9 相抵消
+（q7+q10）×（17.37-15.30）+q5×（17.37-14.7）=11.64kN （→） 作用点标高+12.000m
排架计算简图及荷载作用如图：
⑶ 内力分析
I.恒载作用下的排架内力
a.由 P1P 产生的弯矩和轴力
P1P=204.15kN
M11= P1P×e1=204.15×0.05=10.21kN·m
N=54kN
8
单层工业厂房排架设计
III.吊车竖向荷载作用下排架内力 考虑结构对称性，只考虑 Dmax 作用于 A 柱，B 柱同 A 柱配筋 A 柱：MA=Dmax·e4=248.64×0.35=87.02kN·m B 柱：MB=Dmin·e4=58.7×0.35=20.54kN·m
RA=C3MA/H=1.212×87.02/12.6=-8.37kN （←） RB=C3MB/H=1.212×20.54/12.6=1.98kN （→） 剪力分配系数 η A=η B=0.5，则 A 柱与 B 柱柱顶的剪力为 A 柱：VA= RA-η A(RA+ RB)=-8.37-0.5(-8.37+1.98)=-5.18kN （←） B 柱：VB= RB-η B(RA+ RB)=1.98-0.5(-8.37+1.98)= 5.18kN （→） 内力图如下：
×
1+λ1−H3 λ(n1HI −1)=1.212
R11= C1M11/H=1.951×10.21/12.6=1.58kN （→）
R12= C3M12/H=1.212×40.83/12.6=3.93kN （→）
N1=204.15kN
R1=R11+R12=5.51kN （→）
7
单层工业厂房排架设计
b.由柱自重产生的弯矩和轴力
M44= P4P×e4=47.8×0.35=16.73kN·m
R4=C3M44/H=1.212×16.73/12.6=1.61kN （←）
N4=47.8kN
恒载作用下的计算简图及内力图如下：
II.屋面活荷载作用下的排架内力 P1Q=54kN 与 P1P 作用位置相同，反力成比例 R=5.51×54/204.15=1.46kN （→） M11=10.21×54/204.15=2.70kN·m M12=40.83×54/204.15=10.80kN·m 屋面活载下的计算简图及内力图：
−1
) )
=0.3428
R1=-C11q1H=0.3428×1.42×12.6=-6.13kN （←）
M12= P1P×e2=204.15×0.2=40.83kN·m
I1=IX=1.456×1010mm4
IU=2.13×109mm4
nI=IU/I1=0.146
λ H=HU/H=3.6/12.6=0.286
3 C1=2
×
1−λ 1+λ
2 H 3 H
((1n1I−−n11I ))=1.951
2
3 C3=2
上柱：P2P=14.4kN
M22= P2P×e2=14.4×0.2=2.88kN·m
R2=C3M22/H=1.212×2.88/12.6=0.28kN （→）
N2=14.4kN
下柱：P3P=44.93kN N3=44.93kN 只产生轴力而不产生弯矩
c.由 P4P 产生的弯矩和轴力
P4P=47.8kN
10
单层工业厂房排架设计
水平荷载作用下内力图（实线为 Tmax 向左，虚线为 Tmax 向右）
V.风荷载作用下排架内力
考虑对称性，仅按左风情况计算
q1=1.42kN/m （→） q2=0.89kN/m （→） W=11.64kN （→）
3×(1+λ
C11= 8×(1+λ
4 H 3 H
1 nI
−1
1 nI
15.7kN/根（高 450mm）
VIII.联系梁、过梁均为矩形截面
IX.排架柱尺寸： 上柱为矩形 400mm×400mm
下柱为工字型 400mm×800mm
X.基础采用单独杯型基础，基顶标高-0.6m。
⑵ 结构平面布置图
2 排架柱 ⑴ 截面特性、几何尺寸
2
单层工业厂房排架设计
上柱：400mm×400mm 面积 A=1.6×105mm2，惯性矩 Ix=Iy=2.13×109mm4 下柱：工字型截面，b=120mm, h=800mm, bf=bf’=400mm, hf=hf’=150mm,
148
注：Pmin=（G+Q）/2-Pmax ①竖向吊车荷载 β =0.9
最小轮压 Pmin（kN）
18 34.5
4
单层工业厂房排架设计
情况 1
情况 2
情况 1：Dmax=0.9[74（1.6+5）/6+148（1+1.9/6）]=248.64kN Dmin=0.9[17.5（1.6+5）/6+34.5（1+1.9/6）]=58.7kN
1 nI
−1
−0.2)
=0.6805 )
RA= RB= C5Tmax=0.6805×9.94=5.74kN （→）
考虑空间分配系数 m，查表 m=0.80 剪力分配系数η A=η B=0.5
计算简图如下：
则 A 柱和 B 柱的柱顶剪力为 VA= RA-η Am(RA+ RB)=6.76-0.5×0.8(6.76+6.76)=1.352kN （→） VB=VA= 1.352kN （→）
c.风荷载 ①均布风荷载 q 风载体型系数，计算简图如下
5
单层工业厂房排架设计
柱顶离室外地坪高度为 12+0.15=12.15m，风压高度变化系数μ z=0.74 q1=0.8×0.74×0.4×6=1.42kN/m （→） q2=0.5×0.74×0.4×6=0.89kN/m （→）
②集中风荷载 W 屋架檐口离室外地坪高度 挡风板、屋架交界处离室外地坪的高度 天窗架、屋架交界处离室外地坪高度 天窗檐口离室外地坪高度 天窗顶离室外地坪高度