不等跨单层厂房设计

一、设计题目

工程名称——某两跨等高金工车间厂房

二、设计条件及有关资料

．该车间为两跨等高厂房，无天窗，AB跨跨度为24m，BC跨跨度为18m,总长 120m，柱距均为6 m，中间设置一条伸缩缝。

．根据工艺要求，AB跨设有2台30T软构桥式起重机，工作级别为A5级， BC跨设有2台10T软构桥式起重机，工作级别为A5级，轨顶标高 m。

柱顶标高为。生产过程中无大量烟火、余热及其它有害气体产生，

】

无特殊要求。

．建筑构造

（1）屋面：二毡三油防水层（加绿豆沙）；

厚水泥沙浆找平层；

厚水泥沙浆保温层；

大型屋面板

（2）墙体：240mm厚双面清水围护砖墙，钢窗宽度为。

（

（3）地面：室内外高差为150mm，素混凝土地面。

．工程地质及水文地质条件

厂房所在地点基本风压为m2,地面粗糙度为B类；基本雪压为

m2；修正后的地基承载力特征值为180KN/m2。

．相关系数：活荷载组合值系数为，风荷载组合值系数为。

．选用材料：柱混凝土选C30级，基础用C20，钢筋HRB335 。

三、厂房平面布置

厂房的平面布置包括确定柱网尺寸、排架柱与定位轴线的关系和设置变形:

缝。

柱距为6m，横向定位轴线用①、②…表示，间距取为6m，纵向定位轴线用

A、B、C表示，间距取跨度尺寸，即A、B轴线距离为24m，B、C轴线

距离为18m。

为了布置抗风柱，端柱离开（向内）横向定位轴线600mm，其余排架柱的形心与横向定位轴线重合。

A、B跨的吊车起重量等于30t，

B、C跨的吊车起重量等于10t，A、C列

柱均初步采用非封闭结合，初步取连系尺寸D=150mm。

|

是否采用非封闭结合及连系尺寸取多少，需要根据吊车架外边缘与上段柱内缘的净空尺寸B?确定。（参见《建筑结构设计》附录）。

假设上柱截面高度为500mm。

对于C列柱，B?=750-(260+500-150)=140mm>80mm,满足要求。

对于A列柱，B?=750-(300+500-150)=100mm>80mm,满足要求。

对于等高排架，中柱上柱截面形心与纵向定位轴线重合，吊车架外缘与上柱内缘净空尺寸能满足要求。

厂房总长度120m ，大于100m ，根据变形缝设置要求应该设置一道变形缝。

】

根据题意可将变形缝设置在厂房对称位置即长60m 处。 四、结构平面布置图

1

22

A B

C

20@6000=12000

2400

1800

吊车平面布置图

Q =30T

Q =30T

Q =10T

Q =10T

1

22

A B

C

20*6000=12000

2400

1800

厂房平面布置图

2

6000

6000

21

五、构建选型及布置

构建选型包括屋面板、天沟板、屋架（含屋盖支撑）、吊车梁、连系梁、基

、

础梁、柱间支撑、抗风柱等。

．屋面构件 ① 屋面板和嵌板

屋面板的型号根据外加屋面均布面荷载（不含屋面自重且该屋面为不上人屋面）的设

计值，查92（03）G410-1。当屋架斜长不是屋面板宽的整数倍时，需要布置嵌

板。嵌板查92（03）G410-2.

，采用预应力混凝土屋面板，查《建筑结构设计》书后附表，中部选用Y-WB-4

Ⅱ端部选用Y-WB-4

，板自重m2。

ⅡS

—

嵌板采用钢筋混凝土板，查《建筑结构设计》书后附表，中部选用Y-KWB-2

。

Ⅱ端部选用KWB-2

。板自重m2。

ⅡS

②天沟板

当屋面板采用有组织派水时，需要布置天沟。对于多跨，内侧采用内天沟，外侧采用外天沟。

天沟的型号根据外加均布线荷载设计值查92（03）G410-3。计算天沟的积水荷载时。

按天沟的最大深度确定。在落水管位置的天沟板需要开洞，分左端开洞和右端开洞，分别用“a”、“b”表示，厂房端部有端壁的天沟板用“sa”，“sb”表示。本例在②、：

④、⑥、⑧、⑩轴线外设置落水管。

查《建筑结构设计》书后附表，一般外天沟板选用TGB77-1，开洞天沟板选用

TGB77-1a或TGB77-1b，端部位TGB77-1sa，或TGB77-1sb,自重m2。

同理查表可得，一般内天沟板选用TGB662-1，开洞天沟板选用TGB62-1a或TGB62-1b，端部为TGB62-1sa或TGB62-1sb，自重m2。

．屋架及支撑

屋架型号根据屋面荷载设计值，天窗类别，悬挂吊车情况及檐口形状选定。本例跨度较大故选用预应力折线型屋架，查95（03）G414。

、

本例不设天窗，由《建筑结构设计》书后附表，代号为a。檐口形状为一端外

天沟，一端内天沟，代号为D。

18m跨采用预应力混凝土屋架，中间选用YWJ18-5-Da，两端选用YWJ-18-1Da’，自重。

24m跨采用预应力混凝土屋架，中间选用YWJ24-5-Da，两端选用YWJ24-5 -Da’，自重。

．吊车梁

吊车梁型号根据吊车的额定起重量，吊车的跨距（Lk=L-2λ）以及吊车的载荷状态】

选定。其中，钢筋混凝土吊车梁可查95（03）G323，先张法预应力混凝土吊车梁可查95（03）G425，后张法预应力混凝土吊车梁可查95（03）G426。

对于18m跨，吊车起重重量为10t，中级载荷状态，Lk=18-2×=，采用钢

筋混凝土吊车梁，查《建筑结构设计》书后附表，中间跨采用DLZ-11Z，边跨采用DLZ-11B，梁高1200mm，自重。

对于24m跨，吊车起重重量为30t，中级载荷状态，Lk==，采用钢

筋混凝土吊车梁，查《建筑结构设计》书后附表，中间跨采用DLZ-7Z，边跨采

用DLZ-7B，梁高1200mm,自重。

…

．基础梁

基础梁型号根据跨度，墙体高度，有无门窗洞等查93（03）G320。

墙厚240mm，突出于柱外。查《建筑结构设计》书后附表，纵墙中间选用JL-3，纵墙边跨选用JL-15，山墙6m柱距选用JL-14。

．柱间支撑

根据规范厂房跨度在18m以上或柱高8m以上应设柱间支撑，并应布置在变形缝左右 6米区段中。

．抗风柱

%

抗风柱下柱采用工字形截面，上柱采用矩形截面。抗风柱的布置需考虑基础梁的最大跨度。18m跨、24m跨的抗风柱沿山墙等距离布置，间距为6m。

六、排架结构分析

．计算简图

对于没有抽柱的单层厂房，计算单元可以取一个柱距，即6m。排架跨度取厂房的跨度。上柱高度等于柱顶标高减去牛腿顶标高。下柱高度取牛腿顶标高减去基础顶面标高，一般低于地面不少于50mm，对于边柱，由于基础顶面还需放置预制基础梁，所以排架柱基础顶面一般不低于地面500mm。本例中排架柱顶面低于室外地平550mm。-

（1）确定柱子各段高度

基顶标高为，故柱总高为H=+=；

上段柱高HU=；下段柱高Hl=。

（2）确定柱截面尺寸

由《混凝土结构设计》表2--8厂房柱截面形式和尺寸参考表得边柱：上柱矩形 b=500mm，h=600 mm。

下柱工字形 b=500mm，h=1000mm。

中柱：上柱矩形 b=500mm，h=600 mm。

*

下柱工字形 b=500mm，h=1200mm。

（3）计算柱截面几何尺寸

各住截面的几何特征见下表。

500500100

200

100

25

200

25

200

25

25

200

500500

500500

1000

1200

500

200

100

25

20025500

500

1000

B 柱

C 柱

A 柱排架柱截面尺寸

24000

18000

13900

3900

10000

A B

C

排架计算简图

．荷载计算

，

排架的荷载包括恒荷载、屋面活荷载、吊车荷载和风荷载。荷载均计算其标准值。（1）永久荷载

永久荷载包括屋盖荷载、上柱自重、下柱自重、吊车梁及轨道自重。

①屋盖自重P1

面荷载：

二毡三油防水层（加绿豆沙） m2

30mm厚水泥砂浆找平层×30KN/m2 = m2

80mm厚水泥砂浆保温层×20KN/m2 = m2

屋面板自重 m2

】

屋面板灌缝 m2

钢支撑 m2

小计 m2

外天沟板线荷载：

找坡层× = m

防水层、找平层等× = m

；

TGB77-1自重 m

小计 m

内天沟板线荷载：

找坡层× = m

防水层、找平层等× = m

TGB77-1自重 m

、

小计 m

集中荷载：

18m跨屋架自重

24m跨屋架自重

屋架作用在柱顶的恒荷载设计值：

A列柱： F

1A

=×（×6×24×＋×6＋×）= B列柱：

24m跨传来 F

1B

=×（×6×24×＋×6＋×）= {

18m跨传来 F

1B’

=×（×6×18×＋×6＋×）=

C列柱： F

1C =×（×6×18×＋×6＋×）= F

1

作用点位置与纵向定位轴线的距

离150mm。

②上柱自重F

2

A柱： F

2A

=×（××25×）=

B柱： F

2B

=×（××25×）=

C柱： F

2C

=×（××25×）=

③下柱自重F

3

下柱大部分截面为工字形，但牛腿部位及插入杯口基础的部分是矩形截面。假定矩形截面的范围为自牛腿顶面向下1400mm及基础顶面以上1100mm。近似忽略牛腿的重量。

A柱： F

3A

=×[×－－×25＋××25×]=

，

B柱： F

3B

=×[×－－×25＋××25×]=

C柱：F

3C

=×[×－－×25＋××25×]=

④吊车梁、轨道、垫层自重F

4

取轨道及垫层自重为m。

A柱： F

4A

=×（×6＋）=

B柱：

24m跨传来 F

4B

=×（×6＋）=

18m跨传来 F

4B’

=×（×6＋）=

]

C柱： F

4C

=×（×6＋）=

F

4

的作用点离纵向定位轴线的距离为750mm。如下图所示：

C列柱

永久荷载作用点位置⑵⑵、屋面可变荷载

屋面可变荷载F

5

取屋面均不荷载和雪荷载两者的较大值m。

A柱： F

5A

=×(24×6××＋×6× =

B柱：

24m跨传来 F

5B

=×(24×6××＋×6× =

'

18m跨传来 F

5B’

=×(18×6××＋×6× =

C柱： F

5C

=×(18×6××＋×6× =

F

5

的作用点同F

1

（3）、吊车荷载

①吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k

吊车基本尺寸和轮压

注：表中最小轮压Pmin=(G+g+Q)/2-Pmax

<

吊车竖向荷载Dmax,k ，Dmin,k 根据两台吊车作用的最不利位置用影响线求出。Dmax,k ， Dmin,k 计算简图如下。图中两台吊车的最小轮距x=(B 1-K 1)/2+(B 2-K 2)/2，对应的轮子 位置影响线高度y 1,y 2,y 3,y 4可利用几何关系求得。如下图

0.775

0.2

1.0

A 、

B 跨吊车荷载作用下支座反力影响线

24m 跨两台吊车相同，均为10t ，F 1max =F 2max =290KN ，F 1min =F 2min =70KN ，计算得y 2=/6=，y 3=/6=，y4=0。

Dmax,k=γQ βF m ax ∑y i =××290×(1＋＋=

…

Dmin,k=γ

Q βF

min

∑y

i

=××70×(1＋＋=

18m跨有两台10t吊车，吊车计算简图如下，同理可求得：

0.808

0.267

1.0

0.075

B、C跨吊车荷载作用下支座反力影响线

Dmax,k=γ

Q βF

m ax

∑y

i

=××115×(1＋＋＋=

Dmin,k= γ

Q βF

min

∑y

i

.

=××25×(1＋＋＋=

②吊车横向水平荷载Tmax,k

24m跨，吊车额定起重量15t

Tmax,k=γ

Q αβ(G

2,K

＋G

3,K

)∑y

i

=×××(300+118)×(1＋＋=

Tmax,k的作用点位置在吊车梁顶面。

18m跨，吊车额定起重量1Q≤10t，吊车横向水平荷载系数α=,β=

Tmax,k=γ

Q αβ(G

2,K

＋G

3,K

)∑y

i

…

=×××(100+39)×(1＋＋＋=

Tmax,k的作用点位置在吊车梁顶面。

（4）风荷载

该地区的基本风压ω

=m2，地面粗糙度为B类。

作用在柱上的均布荷载：

风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度+=

取值。查表可知：离地面10m时，μz=，离地面15m时，μz=。用线性插入法求得离室外地坪的μz=1＋（）/（15-10）×（）=。同理可知檐口处的μz为。

排架的风压体型系数μs，标于例图2-1单层工业厂房可不考虑风振系数，取?z=1。>

左吹风：

、

q

1=γ

Q

μsμz?zω0B=××××6=m（→)

q

2=γ

Q

μsμz?zω0B=××××6=m（→)

作用在柱顶的集中风荷载Fw

h

1 =, h

2

=

作用在柱顶的集中风荷载Fw由两部分组成：柱顶至檐口竖直面上的风荷载

F

w1和坡屋面上的风荷载F

w2

，其中后者的作用方向垂直于屋面，因而是倾斜的，

需要计算其水平方向的分力（竖直分力在排架分析中一般不考虑）.

为了简化，确定风压高度系数时，可统一取屋脊高度。

(

Fw=γ

Q [(μs

2

-μs

1

)h

1

＋(μs

4

-μs

3

)h

2

]×μzω

B

=×[＋×＋（）×]××6

=。（→）

右吹风：

迎风面和背风面的q1、q2大小相等，方向相反。

Fw=γ

Q [(μs

2

-μs

1

)h

1

＋(μs

4

-μs

3

)h

2

]×μzω

B

=×[＋×＋（）×]××6

=。（→）

!

由于左右吹风荷载相同，可任取其一，此处取左吹风进行排架内力计算。

．内力计算

在计算简图中，上柱的计算轴线取为上柱的截面形心线，下柱的计算轴线取为下柱的截面形心线。下面计算时弯矩和剪力的符号按照下述规则：弯矩以顺时针方向为正，剪力以使构件产生顺时针方向转动趋势为正；轴力以压为正。

各柱的抗剪刚度计算结果见下：

柱的抗侧刚度及剪力分配系数

⑴、永久荷载作用下

永久荷载下的计算简图可以分解为两部分：作用在柱截面形心的竖向力和偏心力矩.，如下图，且前者只产生轴力。

:

屋盖自重对上柱截面形心产生的偏心力矩为:

M 1A = ×（）= M 1B =-－×= M 1C =× =

屋盖自重、上柱自重、吊车梁及轨道自重对下柱截面形心产生的偏心力矩 M 2A = × × + ×= M 2B =0+0++ × = M 2C = + x × =

偏心力矩作用下，各柱的弯矩和剪力用剪力分配法计算。先在柱顶加上不动

铰支座，利用附录求出各柱顶不动铰支座的内力；然后将总的支座反力作用下排架柱顶，根据剪力分配系数分配给各柱；最后求出各柱顶的剪力，得到每根柱的柱顶剪力后，单根柱利用平衡条件求出各截面的弯矩及柱底截面剪力。

)1/1(1)/11(15.13211-+--=n n C λλ ；

)1n /1(115.13

2

12-+-=λλC 在各住柱顶施加虚加水平不动铰，由下式可得各项反力值及剪力值

12

2111)/()/(C H M C H M R i += ;

i

i i R R V -=η ;

i R R ∑=

永久恒载作用下的剪力分配

项目

n /

λ 11C

12C

1M

2M

i R

i

η

i

V

·

A 柱

(→) （

(→) B 柱

。

(→)

(→)

例如对于A柱

柱顶截面的弯矩：M

1

=

：

牛腿截面上的弯矩：M

1

+V

A

H

u

=＋×=

牛腿截面上的弯矩:M

2

＋M

1

+V

A

H

u

=+=

柱顶截面的弯矩：M

2

＋M

1

＋V

A

H=+＋×=

单根柱的受力及柱底剪力

单位：KN.m,kN

4.34 1.31

22.85

39.78-59.88

11.6522.99

38.98

16.7617.26

16.489.8916.75

456.9790.1345.2

486.2

540.92

825.2374.5

919.5414.1

639.21029.8512.4

A B C A B C

单位：KN.m单位：：KN

弯矩图轴力图

永久荷载下排架柱内力

（2）屋面活荷载作用下的内力分析

屋面活荷载作用下的内力分析方法同屋盖自重作用下的内力分析。

屋面可变荷载作用下柱的剪力分配

…

单根柱的受力及柱底剪力

单位：KN.m,kN

0.42-0.36

2.68

4.329.08

3.29

2.77 1.89 2.05

4.88 6.89 3.3253.693.441.03

1029.8512.4

A B C A B C

单位：KN.m单位：：KN

弯矩图轴力图

屋面可变荷载下排架柱内力

2.26

(3)吊车竖向荷载作用下

(4) 吊车竖向荷载四种基本情况：(a)、Dmax作用于A柱；(b)、Dmin作用于A柱；(c)、Dmax作用于C柱；(d)、Dmin作用于C柱。如下图所示。

Dmax作用在A柱Dmin作用在A柱

Dmax作用在C柱Dmin作用在C柱

吊车竖向荷载的4种工况

吊车竖向荷载的计算简图可分解成两部分：作用在下柱截面形心的竖向力和作用在牛腿顶面的偏心力矩。

)1n /1(115.13

2

12-+-=λλC "

吊车竖向荷载作用下柱剪力的分配

~

C 单根柱的受力及柱底剪力

单位：KN.m

,kN

-21.56

17.79 3.78

204.59

84.08

61.27

11.01

116.6352.54

A B C A B

C

单位：KN.m

单位：：KN

弯矩图

轴力图

A 柱作用Dmax 、

B 柱作用Dmin 时的排架柱内力

69.38

14.74721.67

174.20