单层单跨工业厂房 设计

目录
1 设计条件与资料 (1)
2 结构构件选型与截面尺寸确定 (1)
3 荷载计算 (3)
3.1 恒载 (3)
3.2 屋面活荷载 (4)
3.3 风荷载 (4)
3.4 吊车荷载 (5)
4 排架内力分析 (6)
4.1 恒载作用下排架内力分析 (6)
4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析 (8)
4.3 风荷载作用下排架内力分析（仅考虑左吹风） (9)
4.4 吊车荷载作用下排架内力分析 (10)
5 内力组合 (13)
6 柱截面设计 (14)
6.1 选取控制截面最不利内力 (14)
6.2 上柱配筋计算 (16)
6.3 下柱配筋计算 (17)
6.4 柱的裂缝宽度验算 (17)
6.5 柱箍筋配置 (17)
6.6 牛腿设计 (17)
6.7 柱的吊装验算 (18)
7 基础设计 (20)
7.1 作用于地基顶面上的荷载计算 (20)
7.2 基础尺寸及埋置深度 (21)
7.3 基础高度验算 (23)
7.4 基础底板配筋计算 (24)
致谢
参考文献
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1
1 设计条件与资料
某金工车间为单跨厂房，跨度为18m ，柱距均为9m ，车间总长度45m 。

该跨设有150/50kN 吊车1台，吊车工作等级为A5级，轨顶标高为12.25m 。

采用卷材防水屋面，240mm 厚双面清水围护砖墙，钢窗宽度6m ，室内外高差为150mm ，素混凝土地面，厂房建筑剖面如图1
所示。

厂房所在地点的基本风压0.45kN/m 2
，地面粗糙度为B 类；修正后的地基承载力特征
值为200kN/m 2。

活荷载组合值系数7.0=c ψ；风荷载组合值系数取0.6。

要求进行排架结构设计（不考虑抗震设防）。

2 结构构件选型与截面尺寸确定
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，厂房各主要构件选型见表1。

表1 主要承重构件选型表
注：本表图集均按TJ 10-1974《钢筋混凝土结构设计规范》设计，重力荷载已换算为法定计量单位。

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2
图1 厂房剖面图
由图1可知柱顶标高为14.3m ，牛腿顶面标高为10.4m ，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l H 和上柱高度u H 分别为：
m m m H 8.145.03.14=+= m m m H l 9.105.04.10=+= m m m H u 9.39.108.14=-=
根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱截面尺寸，见表2。

表2 柱截面尺寸及相应的计算参数
柱号 计算参数
截面尺寸/mm 面积/mm 2
惯性矩/mm 4
自重/（kN/m ）
A,B
上柱
矩 500×600
3.0×105
90.0×109
7.5 下柱
I 500×1200×150×200
3.375×105
125.1×1010
8.44
本例仅取1榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2所示。

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3
图2 计算单元和计算简图
3 荷载计算
3.1 恒载
（1）屋盖恒载
SBS 防水层 0.45kN/m 2
20mm 厚水泥砂浆找平层 20kN/m 3
×0.02m=0.40kN/m
2
100mm 厚水泥蛭石保温层 5kN/m 3×0.1m=0.50kN/m 2 一毡两油隔气层 0.05kN/m
2
20mm 厚水泥砂浆找平层 20kN/m 3
×0.02m=0.40kN/m
2 预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 1.40kN/m 2
屋盖钢支撑 0.05kN/m 2 合计 3.25kN/m 2
屋架重力荷载为80kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值 363.90kN 80kN/2)18m /29m (3.25kN/m 1.22
1=+⨯⨯⨯=G （2）吊车梁及轨道重力荷载设计值
57.60kN 9m )8kN/m .0(40.8kN 1.23=⨯+⨯=G （3）柱自重重力荷载设计值
上柱 35.10kN 3.9m 7.5kN/m 1.244=⨯⨯==B A G G 下柱 110.39kN 10.9m 8.44kN/m 1.255=⨯⨯==B A G G 各项恒载作用位置如图3所示
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4
图3 荷载作用位置图（单位：kN ）
3.2 屋面活荷载
屋面活荷载标准值为0.5kN/m 2
，雪荷载标准值为0.54kN/m 2
，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：
61.24kN 18m /29m 0.54kN/m 1.421=⨯⨯⨯=Q
1Q 的作用位置与1G 作用位置相同，如图3所示。

3.3 风荷载
风荷载标准值按式0ωμμβωz s z k =计算，其中200.45kN/m =ω，0.1=z β
z μ根据厂房各部分标高（图1）及B 类地面粗糙度由《混凝土结构设计》附表5.1确
定如下：
柱顶（标高13.00m ） 1204.1=z μ
檐口（标高15.50m ） 1752.1=z μ 屋顶（标高17.00m ） 2060.1=z μ
s μ如图4a 所示，由式0ωμμβz s z k w =可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别
为：
91
.805=A G 91
.805=A G
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2210.403kN/m 0.45kN/m 1.12040.81.0=⨯⨯⨯=k w 22
20.252kN/m 0.45kN/m
1.12040.51.0=⨯⨯⨯=k w
图4 风荷载体型系数及排架计算简图
作用于排架计算简图4b 上的风荷载设计值为：
5.08kN/m 9.0m 0.403kN/m 1.421=⨯⨯=q 3.18kN/m 9.0m 0.252kN/m 1.422=⨯⨯=q
()()[]B h h F 0z 2z s4s31z s2s1Q w ωβμμμμμμγ+++=
()[]18.97kN
9.0m 0.45kN/m 1.01.4m 1.2060.5)0.6(2.3m 1.17520.50.81.42=⨯⨯⨯⨯⨯+-+⨯⨯+⨯=3.4 吊车荷载
由《混凝土结构设计》表2.5.1可得500/50kN 吊车的参数为：
kN 35,kN 165150kN,kN,69,m 40.4,m 65.5min p,max p,======F F Q g K B
根据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5所示。

图5 吊车荷载下支座反力影响线
（1）吊车竖向荷载
由公式∑=i y F D m ax pi,m ax
∑=i y F D m in pi,m in 可得吊车竖向荷载设计值为：
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6
349.04kN 0.511)(1.0165kN 1.4max p,Q max =+⨯⨯==∑i y F D γ kN 04.740.511)(1.0kN 351.4min
p,Q min =+⨯⨯==∑i
y F D γ
（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按公式()g Q T +=α4
1
计算
()10.95kN 69kN)(150kN 0.24
1
41=+⨯⨯=+=
g Q T α 作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值 23.16kN 1.51110.95kN 1.4Q max =⨯⨯==∑i
y
T
T γ
4 排架内力分析
该厂房为单跨排架，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按公式∑=n i
i i 1
/1/1δδ
η计算，结果见表3。

表3 柱剪力分配系数
4.1 恒载作用下排架内力分析
恒载作用下排架的计算简图如图6a 所示。

图中的重力荷载G 及力矩M 是根据图3确定的，即：
kN G G 9.36311==; 92.70kN 31.5kN 54.72kN 4A 32=+=+=G G G 110.39kN A 53==G G
m 36.39kN 0.1m 363.9kN 111⋅=⨯==e G M
()
m kN e G e G G M A ⋅=⨯-⨯+=-+=18.1082.06.573.0)1.359.363(330412
由于图6a 所示排架结构无侧移，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《混凝土结构设计》表2.5.2所列的相应公式计算。

对于A,B 柱，719.0=n
264.0=λ，则
385.1111123,530.111111123323321=⎪
⎭
⎫ ⎝⎛-+-⋅==⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫
⎝⎛--⋅=n C n n C λλλλ
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6.94kN 14.8m 1.385m 108.18kN 1.530m 36.39kN 3211=⨯⋅+⨯⋅=+=
C H M C H M R A kN 94.6-=B 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6b,c 。

图6d 为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。

图6 恒载作用下排架内力图
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4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析
A,B 跨作用屋面活荷载，排架计算简图如图7所示。

其中kN 24.611=Q ，它在柱顶及变阶处引起的力矩为m 6.124kN 0.1m 61.24kN A 1⋅=⨯=M ，
m 18.37kN 0.3m 61.24kN A 2⋅=⨯=M
对于A,B 柱，530.11=C ,385.13=C ,则
kN C H M C H M R R 175.114.8m 1.385m 18.37kN 1.530m 6.124kN 3A 211B A =⨯⋅+⨯⋅=+=
=(→) 2.35kN 2A ==R R (→)
0kN 2.35kN 0.51.175kN A A B A =⨯-=-==R R V V η
图7 AB 跨作用屋面活荷载时排架内力图
4.3 风荷载作用下排架内力分析（仅考虑左吹风）
计算简图如图8所示。

对于A,B 柱，719.0=n ，264.0=λ，由《混凝土结构设计》表2.5.2所得：
373.0111811133411=⎥
⎦⎤⎢⎣
⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎥
⎦
⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=n n C λλ
28.04kN 0.37314.8m 5.08kN/m 111A -=⨯⨯-=-=HC q R （←）
7.55kN 10.37314.8m 3.18kN/m 112B -=⨯⨯-=-=HC q R （←） 64.52kN 18.93kN 17.55kN 28.04kN w B A -=---=++=F R R R （←）
各项顶剪力分别为：
4.22kN 64.52kN 0.528.04kN A A A =⨯+-=-=R R V η(→) kN 71.1464.52kN 0.5kN 5
5.71B B B =⨯+-=-=R R V η(→)
图8 左吹风时排架内力图
4.4 吊车荷载作用下排架内力分析
（1）max D 作用于A 柱
计算简图如图9所示，其中吊车竖向荷载max D ，min D 在牛腿顶面处引起的力
m 117.01kN 0.3m 390.04kN 3max A ⋅=⨯==e D M m 55.53kN 0.75m 74.04kN 3min B ⋅=⨯==e D M
对于A 柱，385.13=C ，则
10.95kN 1.38514.8m
m
117.01kN 3A A -=⨯⋅-=-
=C H M R （←） 对于B 柱
kN 20.51.38514.8m
m 55.53kN 3B B =⨯⋅==
C H M R (→) 5.75kN kN 20.510.95kN B A -=+-=+=R R R
排架各柱剪力分别为
8.08kN 5.750.510.95kN A A A -=⨯+-=-=R R V η（←） 8.08kN 5.750.55.20kN B B B =⨯+=-=R R V η(→)
图9 D max作用在A柱时排架内力图
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图9所示。

D作用在B柱
（2）max
D作用在A柱”的情况的A,B柱内力对换，并注意改计算简图如图10a所示，将“max
D作用于B柱时各柱的内力。

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪变符号，渴求的max
力值如图10b,c所示。

图10 D max 作用在B 柱时排架内力图
（3）max D 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11所示。

对于A 柱，719.0=n ，264.0=λ，由《混凝土结构设计》表2.5.3得692.09.3/)2.19.3(=-=α，则
()()()736.01112321232323
5=⎥
⎦⎤⎢⎣
⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎥
⎦⎤
⎢⎣⎡---++-=
n n C λαααλαλ
17.04kN 0.73623.16kN 5max B A -=⨯-=-==C T R R （←）
排架柱顶总反力R 为：kN kN kN R R R 04.1752.852.8B A -=--=+=
8.52kN 8.52kN 0.517.04kN A B A -=⨯+-=-==R R V V η
排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图11b 所示。

当max T 方向相反时弯矩图和剪力只改
变符号，方向不变。

⊕
⊕
图11 T max作用在AB柱时排架内力图
5 内力组合
由于排架单元为对称结构，可仅考虑A柱截面，表4为各种荷载作用下A柱内力设计值汇总表，表5为A柱内力组合表。

表4 A柱内力设计值汇总表
柱号及正向内
力
荷载类别
恒载
屋面活载
吊车竖向荷载
吊车水平荷载 风荷载
D max 作用在A 柱 D max 作用在B 柱 序号 ①
② ③ ④ ⑤ ⑥
Ⅰ-Ⅰ M 17.78 -1.54 -21.37 -21.37 ±5.44 55.09 N 399 61.24 0 0 0 0 Ⅱ-Ⅱ
M
-90.40 -16.83 95.64 34.16 ±5.44 55.09 N
456.6 61.24 390.04 74.04 0 0 Ⅲ-Ⅲ
M
61.00 -7.10 35.91 -25.57 ±165.02
618.76 N 566.99 61.20 390.04 74.04 0 0 V
6.94
1.18
-8.08
-8.52
±14.64
79.40
注：M （单位为m k N ⋅），N （单位为kN ），V （单位为kN ）
表5 A 柱内力组合表
截面 +M max 及相应的N,V
-M max 及相应的N,V
N max 及相应的M,V
N min 及相应的M,V
备注
Ⅰ-Ⅰ
M
①+0.7（②+⑤+⑥）
54.642
①
+0.7*
②+③
*1.0+
⑤*0.7 -8.476 1.35①/1.2+0.7②
18.925 ①+0.7*
②
16.702
=
q M 17.35kN ·m
q N =
441.868kN
N 339 441.868 491.743 411.868 Ⅱ-Ⅱ
M
①+0.7*③+⑥*0.6
42.102
①+0.7*②+0.7*⑤
-105.98
9
①+0.7②+③ -6.541
①+0.7*②+0.7
④ -78.269 N 846.64 499.468 889.508 551.296 Ⅲ-Ⅲ
M ①+0.7(②+③+⑤)+⑥*0.6
831.184 ①+0.7（②+⑤）+④ -85.054 ①
+0.7②+③
91.94 ①+0.7*
②+0.7*④
38.131 =
q M 49.34
kN ·m
q N =
661.686kN
N 957.03
683.898 999.898 661.686 V
109.018 34.588
24.34 22.696
k
M
600.965
-53.491
72.933
34.498 k
N
751.092 555.997
781.712
540.132 k V
79.524 26.359 19.039
17.865
注：M （单位为m k N ⋅），N （单位为kN ），V （单位为kN ）
6 柱截面设计
以A 柱为例，混凝土强度等级为35C ，2c 16.7N/mm =f ，2
tk 2.20N/mm =f ，采用
HRB400级钢筋，2y y 360N/mm =='f f ，5176.0b =ξ，上下柱均采用对称配筋。

（1）选取控制截面最不利内力
M
N
V
对上柱，截面有效高度取mm mm mm h 555456000=-=,则大偏心和小偏心受压界限破坏时对应的轴向压力为
kN bh f N b c b 7.23985176.05555007.160.101=⨯⨯⨯⨯==ξα
由表5可见，上柱Ⅰ-Ⅰ截面共有4组不利组合，4组内力均满足b N N <=2398.7kN ，故均为大偏心受压。

对这4组内力，按照“弯矩相差不多时，轴力越小越不利；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则，可确定上柱的最不利内力为
m kN M ⋅=642.54 kN N 339=
对下柱，截面的有效高度取mm mm mm h 10554512000=-=,则大偏心和小偏心受压
界限破坏时对应的轴向压力为
[]
[]kN
h b b bh f N f f b c b 9.2536200)150500(5176.010551507.160.1)(''01=⨯-+⨯⨯⨯⨯=-+=ξα 由表5可见，下柱Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ有8组不利内力，均满足b N N <=2536.9kN 。

对这8组内力采用与上柱Ⅰ-Ⅰ截面相同的分析方法，可得下柱的最不利内力为
m kN M ⋅=184.831 kN N 03.957=
（2）上柱配筋计算 上柱的最不利内力为
m kN M ⋅=642.54 kN N 339=
查由附表11.1，可得有吊车厂房排架方向柱的计算长度为
m m H l u 8.79.30.20.20=⨯==
0.1389.710339600500/7.165.05.03
2>=⨯⨯⨯⨯==N
mm
mm mm N N A f c c ξ （取0.1=c ξ）
mm h 2030
60030== mm mm N
mm
N e N M e e e a a i 181201033910642.543600=+⨯⋅⨯=+=+= 1.3451.0600mm 7800mm 555mm 181mm 1500111500
1
12
00
=⨯⎪⎭
⎫
⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=c i s h l h e ζη
m kN M M s ⋅=⨯==519.73642.54345.10η
mm N mm
N e N M e e e a a i 237201033910519.73360=+⨯⋅⨯=+=+= mm mm mm
mm a h e e s i 492452
6002372=-+
=-+= 0732.0555500/7.160.1103992301=⨯⨯⨯⨯==mm mm mm N N
bh f N c αξ
ξ>=⨯=1622.055545220'mm
mm
h a s
故取'
2s a x =进行计算
mm mm mm mm a h
e e s i s 6445300181345.12
''
=+-⨯=+-
=η 2
2s
0118mm 45mm)
(555mm 360N/mm 64mm 339000N )(=-⨯='
-'='=a h f e N A A y s s 选用183φ(2763mm =s A )，则
0.2%0.25%600mm /500mm mm 637)/(2s >=⨯==bh A ρ
由《混凝土结构设计》附表11.1查得垂直排架柱计算长度 4.875m 3.9m 25.10=⨯=l 则9.75m m 4875m m /500/0==b l ，9825.0=ψ
满足弯矩作用平面外的承载力要求。

（3） 下柱配筋计算
取1160mm 40mm 1200mm 0=-=h ，与上柱分析方法类似，在表5的8组内力中，选取最不利内力组为：
m kN 184.831⋅=M ，kN 03.957=N
下柱计算长度取10.9m 10.9m 1.00.10=⨯==l H l ，截面尺寸:b=150mm,mm 500b '
f =,
mm 200h 'f =。

2
4
f f 1032)150500(21200150b)h -2(b bh A mm mm mm mm mm ⨯=-⨯+⨯=+= mm mm mm a h s 1155451200h 0=-=-=
0.1792.21003.9571032/7.165.05.032
42>=⨯⨯⨯⨯==N mm mm N N A f c c ξ （取0.1=c ξ） mm mm h 4030120030== mm mm N
mm
N e N M e e e a a i 908401003.95710184.8313600=+⨯⋅⨯=+=+= 1.0701.01200mm 10900mm 1155mm 908mm 1500111500
1
12
00
=⨯⎪⎭
⎫
⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=c i s h l h e ζη
m kN m kN M M s ⋅=⋅⨯==340.889184.831070.10η
mm N mm
N e N M e e e a a i 969401003.95710340.889360=+⨯⋅⨯=+=+= mm mm mm
mm a h e e s i 1524452
12009692=-+
=-+= ()
2763mm 360N/mm 600mm 500mm 16.7N/mm 0.98250.9)(9.0222⨯⨯+⨯⨯⨯⨯='
+='s y c u A f A f N ψ743kN
.491N 4916kN max =>=
mm h mm mm
mm N N bh f N f c 500114500/7.160.11003.957'
2
301=<=⨯⨯⨯==αξ 且mm mm a x s 904522'
=⨯=>，为大偏心受压构件，受压区在受压翼缘内，则
)
()2('
0'0'1's y f c s s a h f x
h x b f Ne A A ---==α )
451155(/360)21141155(114500/7.160.115241003.957223mm mm mm N mm
mm mm mm mm N mm N --⨯⨯⨯-⨯⨯=
选用185φ(21272mm =s A )，则
2
2
2
4
min 10346401032002.0mm mm mm A <=⨯⨯=ρ
33121
2)2(121f f f x b h b h h I ⨯+-=
3350020012
1
2150)20021200(121mm mm mm mm mm ⨯⨯⨯+⨯⨯-⨯=
4
9
1039.4mm ⨯=
mm mm mm A I i x x 1.117321037.42
4
9=⨯⨯== 4.741.117109008.08.00=⨯==
mm
mm
i H i l x l x 711.0=ϕ )(9.0'
's y c u A f A f N +=ϕ
)21034/3601032/7.16(711.09.02
2
2
4
2
⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=mm mm N mm mm N kN N kN 898.9993896max =>= （4）柱的裂缝宽度验算
规范规定，对55.0/00>h e 的柱应进行裂缝宽度验算。

由表5可知，按荷载准永久组合
计算时，上柱及下柱的偏心距分别为
305mm 55.042mm 10868.4111017.350360=>=⨯⋅⨯==h N mm
N N M e q q
635mm 55.075mm 10686.6611049.340360=>=⨯⋅⨯==h N
mm N N M e q q
故不需要进行裂缝宽度验算。

（5）柱箍筋配置
非抗震地区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制。

根据构造要求，上下柱
均选用200@8ϕ箍筋，加密区为100@8ϕ。

（6）牛腿设计
根据吊车梁支撑位置，截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图12所示。

其中牛腿截面宽度b=500mm ，牛腿截面高度h=800mm,h 0=760mm （1）牛腿截面高度验算
按式00tk vk hk vk /5.05.01h a bh f F F F +⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-≤β验算，其中65.0=β,2
tk 2.20N/mm =f ,0hk =F (牛腿顶面无水平荷载)，0430mm 20mm 450mm <-=+-=a ，取0=a ；按下式确定：
341.31kN 1.2
110.39kN 1.4349.04kN G
3
Q
max
vk =+=
+
=
γγG D F vk
200tk vk hk vk 585.31kN 0.5560mm
400mm 2.20N/mm 0.65/5.05.01F h a bh f F F F >=⨯⨯⨯=+⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-=β故牛腿截面高度满足要求。

图12 牛腿尺寸简图
（2）牛腿配筋计算
由于0430mm 20mm 450mm <-=+-=a ,因此该牛腿可按构造要求配筋，根据构造
要求，2
min s 80mm 4600mm 400mm 0.002=⨯⨯=≥bh A ρ。

实际选用14
4ϕ（=s A 2
616mm ）。

水平箍筋选用100@8ϕ。

（7）柱的吊装验算
采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。

由《混凝土结构设计》表2.4.6可得柱插入杯口深度为1080m m 1200m m 9.01=⨯=h ，取0m m 1101=h ，则吊装时总长度为15.90m 1.1m 10.9m 3.9m =++，计算简图如图13所示。

大学混凝土结构课程设计
19
图13 柱吊装计算简图
柱吊装阶段的荷载为柱自重荷载（应考虑动力系数），即
13.50kN/m 7.5kN/m 1.21.521k G 1=⨯⨯==q q μγ
18kN/m )25kN/m 0.14.0(1.21.532k G 2=⨯⨯⨯⨯==q q μγ kN/m 19.158.44kN/m
1.21.52
3k G 3=⨯⨯==q q μγ
在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为：
m 102.67kN m 3.913.50kN/m 2121222
u 11⋅=⨯⨯==
H q M ()2222m 0.613.50kN/m 18.00kN/m 21
0.6m)(3.9m 13.50kN/m 21⨯-⨯++⨯⨯=M
由02
122
333A B =+-=∑M l q l R M 得：
68.86kN 10.75m
m 137.50kN 10.75m 15.19kN/m 21213233A =⋅-⨯⨯=-=l M l q R
23A 32
1
x q R M -=
令03A 3
=-=x q R dx
dM 4.53m .19kN/m 68.86kN/15/3A ===⇒q R x ，则下柱段最大弯矩3M 为：
m 156.08kN m 4.5315.19kN/m 2
1
4.53m 68.86kN 223⋅=⨯⨯-⨯=M
②承载力和裂缝宽度验算 上柱裂缝宽度验算如下：
m 85.56kN m /1.2102.67kN K ⋅=⋅=M
m
137.50kN ⋅=
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20
2
2
6s 0k sk 232.24N/mm 763mm
555mm 0.871085.5687.0=⨯⨯⋅⨯==mm N A h M σ 0.010.00509600m m
500m m 0.5763m m 2
te <=⨯⨯=ρ （取01.0=te ρ）
0.48232.24N/mm
0.012.20N/mm 0.651.165
.01.12
2
sk
te tk
=⨯⨯-=-=σρψf )08
.09.1(te
eq
s
sk
cr max ρσψ
αd c E w +=
0.20.190.0118mm 0.0825mm 1.9N/mm 10200232.24N/mm 0.481.92
32<=⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯+⨯⨯⨯⨯= 满足要求。

下柱裂缝宽度验算如下：
m 114.58kN m /1.2137.5kN K ⋅=⋅=M
22
6s 0k sk 89.64N/mm 1272mm
1155mm 0.8710114.5887.0=⨯⨯⋅⨯==mm
N A h M σ 0.010.0075103.3750.51272m m 2
52
te <=⨯⨯=mm
ρ （取01.0=te ρ） 0.2-0.49589.64N/mm 0.012.20N/mm 0.651.165
.01.12
2
sk
te tk
<=⨯⨯-=-=σρψf （取2.0=ϕ）
)08
.09.1(te
eq
s
sk
cr max ρσψ
αd c E w +=
0.20.030.0118mm 0.0825mm 1.9N/mm 1020089.64N/mm 0.21.9232<=⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯+⨯⨯⨯⨯= 满足要求。

7 基础设计
GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》规定，对于9m 柱距的单层多跨厂房，地基承载力特征值1602k 2kN/m 200kN/m <<f ，吊车起重量150－300kN ,厂房跨度m 30≤l ,
设计等级为两级时，可不做地基变形验算。

本例满足上述要求，故不做地基变形验算。

混凝土强度等级采用C35，下设100mm 厚C10的素混凝土垫层。

7.1 作用于地基顶面上的荷载计算
作用于基础顶面上的荷载包括柱底（Ⅲ-Ⅲ截面）传给基础的M ,N ,V 及外墙自重重力荷载，前者可有表5中的Ⅲ-Ⅲ截面选取，见表7，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算，内力的正负号规定见图14b 所示。

大学混凝土结构课程设计
21
表6 基础设计的不利组合
组别
荷载效应基本组合
荷载效应标准组合
m)
/(k N ⋅M
k N
/N k N
/V
m)
/(k N ⋅K M
k N
/K N
k N
/K V
第1组 831.184 957.03 109.018 600.695 751.092 79.524 第2组 -85.054 683.898 34.588 -53.491 555.997 26.359 第3组
91.94
999.898
24.34 72.933
781.712
19.039
图14 基础荷载示意图
由图14a 可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0m ，总高度为15.50m ，墙体为240mm 实心砖墙（319kN/m ），钢框玻璃窗（30.45kN/m ），基础梁重量为16.7kN/根。

每个基础承受的由墙体传来的荷载为：
240mm 厚砖墙 ()[]574.97kN 6m 1.8m 4.8m 16.65m 9m 0.24m 19kN/m 3
=⨯+-⨯⨯⨯
钢框玻璃窗 ()10.69kN 6m 1.8m 4.8m 0.45kN/m 2
=⨯+⨯
基础梁 kN 70.16 合计 602.36kN wk =N
wk N 距基础形心的偏心距为：
()720m m 2/1200m m 240m m =+=w e 722.832kN 602.36kN 2.12.1wk w =⨯==N N
7.2 基础尺寸及埋置深度
（1）按构造要求拟定高度h
50mm 11++=a h h
塔里木大学混凝土结构课程设计
22 由《混凝土结构设计》表2.4.6得柱的插入深度960m m
1200m m
0.8
8.0
c
1
=
⨯
=
=h
h，
取950m m
1
=
h，由《混凝土结构设计》表 2.4.7得柱底厚度1a应大于250mm，取m m
300
1
=
a，则1300mm
50mm
300mm
950mm=
+
+
=
h
基础顶面标高-0.500m，故基础埋置深度d为：
1.8m
0.5m
1.3m
m
5.0=
+
=
+
=h
d
由《混凝土结构设计》表2.4.7得杯壁厚度m m
350
≥
t，取400mm；基础边缘高度2a取350mm，台阶高度取450mm，见图14b。

（2）拟定基础底面尺寸
由式
d
f
N
A
m
a
k
γ-
≥得：
2
2
2
m
a
wk
max
k,8.44m
1.8m
20kN/m
200kN/m
602.36kN
781.712kN
=
⨯
-
+
=
-
+
≥
d
f
N
N
A
γ
适当放大，取2
12.0m
3.0m
4.0m=
⨯
=
=bl
A
（3）计算基地压力及验算地基承载力
432.0kN
12.0m
1.8m
kN/m
202
3
m
k
=
⨯
⨯
=
=dA
Gγ
3
2
2
28.0m
m
4.0
3.0m
6
1
6
1
=
⨯
⨯
=
=lb
w
基地压力按式
W
M
A
N bk
bk
min
k,
max
k,
p
p
±
=
⎪⎭
⎪
⎬
⎫
计算，结果见表8；按式a
m in
,k
m ax
,k f
p
p
p≤
=验算地基承载力，其中2
2
a
240kN/m
200kN/m
1.2
2.1=
⨯
=
f，a
m ax
,k
2.1f
p≤，验算结果见表8。

可见，基础底面尺寸满足要求。

表7 基础底面压力计算及地基承载力验算表
大学混凝土结构课程设计
23
7.3 基础高度验算
这时应采用基地净反力设计值
m ax
,j j ,p p 和
m in ,j p 可按式
)//(p p 2bk
bk m in k,m ax k,m kN W M A N ±=
⎪⎭⎪⎬⎫计算，结构见表9。

对于第2组内力，按式)//(p p 2bk
bk m in k,m ax k,m kN W M A N ±=
⎪⎭
⎪⎬⎫计算时，m in j,p <0，故对该组内力应按式la N p 32bk m ax ,k =计算基地净反力，即：
表8 基础底面净反力设计值计算表
0.398m 1406.65kN
m
560.53kN b b =⋅==
N M e
1.402m 0.398m 2
3.6m 2=-=-=
e b a 由式la N p 32bk
m ax ,k =得，2bk max ,j 223.04kN/m 1.402m
3m 31406.65kN 232=⨯⨯⨯==la N p
因台阶高度与台阶宽度相等（均为320mm ），所以只需验算变阶处的受冲切承载力。

变
阶处受冲切承载力计算截面如图15所示。

变阶处截面有效高度805m m 5m m )(40m m m m 8500=+-=h
因为2910m m 805m m 21300m m 20t =⨯+=+h a <3000mm =l ，所以：
2
2200t 0.798m 0.805)-21.8-24(-3.0m 0.805m
21.8m
24m )22(22=⨯⎪⎭
⎫
⎝⎛--=---⎪⎭
⎫ ⎝⎛--=h b b l h b b A t l
由式l l A p F j =得177.98kN 0.798m 223.04kN/m 22
j =⨯==l l A p F
1300mm t =a ；因为 2.91m 20t =+l a < 3.0m =l ，故取m 91.220b =+=h a a t ，由
式()2/b t m a a a +=得()2105m m /22.91m 1.3m m =+=a
850mm =h >mm 800，取2t tp 1.57N/mm ,9958.0==f β，则由式0
m t hp 7.0h f F l αβ≤得
177.98kN 1854kN 805mm 2105mm 1.57N/mm 0.99580.77.020m t hp >=⨯⨯⨯⨯=h f αβ
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24
故基础高度满足要求。

图15 变阶处的冲切破坏截面
7.4 基础底板配筋计算
（1）柱边及变阶处基地反力计算
基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面如图16所示。

三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表10。

其中第1,3组内力产生的基地反力示意图见图16，第2组内力产生的基底反力示意图见图15；用表列公式计算第2组内力产生的
j Ιp 和II j Ιp 时，相应的2.6/4和3.24/4分别用2.56/3.938和3.2/3.938代替，且p j,min =0。

（2）柱边及变阶处弯矩计算()()c 2c j m ax ,j 1
22
241l l b b p p M +-=+=I
()()c 2c j m ax ,j 22
241l l b b p p M +-=+=
III
III
l
F ()()m 447.54kN 0.4m 3.0m 20.9m 4m 174.64kN/m 24
12
2⋅=+⨯-⨯⨯=
()()m 266.46kN 1.3m 3.0m 21.8m 4m 181kN/m 24
12
2⋅=+⨯-⨯⨯=
大学混凝土结构课程设计
25
图16 基础底板配筋计算截面
()()c 2
c j max ,j 22
241b b l l p p M +-=+=
I I I I
()()c 2c jm ax
m ax ,j ΙV 22
241b b l l p p M +-=+=
表9 柱边及变阶处基底净反力计算
公式
第1组
第2组 第3组 )
(k N/m /)(46.22min j,max j,min j,j Ι⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡-+=p p p p
152.72 132.99 154.72 )(k N/m /)(424.32min j,max j,min j,j Ι⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡-+=II p p p p
165.44 148.75 165.88 )(k N/m 22j Ι
max j,p p + 174.64 160.14 173.95 )
(k N/m 2
2j Ιmax j,II
+p p
181.00 168.02 179.53 )(k N/m 2
2min
j,max j,p p + 139.99
117.22
143.56
（3）配筋计算
基础底板受力钢筋采用HPB400级（2
y 360N/mm =f ）。

长边方向钢筋面积为：
()()m 359.88kN 0.9m 4.0m 20.4m 3.0m 143.56kN/m 24
12
2⋅=+⨯-⨯⨯=
()()m 169.41kN 1.8m 4.0m 21.30m 3.0m 143.56kN/m 24
12
2⋅=+⨯-⨯⨯=
塔里木大学混凝土结构课程设计
26
()2
2
6
y
sΙ
1100mm
360N/mm
45mm
1300mm
0.9
mm
N
10
447.54
9.0
=
⨯
-
⨯
⋅
⨯
=
=I
f
h
M
A
2
2
6
y
sΙ
1021mm
360N/mm
805
0.9
mm
N
10
266.46
9.0
=
⨯
⨯
⋅
⨯
=
=I I I
I I f
h
M
A
选用100
@
12
ϕ（2
s
1131mm
=
A）
基础底边短边方向钢筋面积为：
()2
2
6
y
sΙ
892mm
360N/mm
10mm
-
45mm
1300mm
0.9
mm
N
10
359.88
)
(9.0
=
⨯
-
⨯
⋅
⨯
=
-
=I I
I f
d
h
M
A
()2
2
6
y
V
sΙΙ
658mm
360N/mm
10mm
805mm
0.9
mm
N
10
169.41
)
(9.0
=
⨯
-
⨯
⋅
⨯
=
-
=I
f
d
h
M
A
选用110
@
12
ϕ（2
s
1028mm
=
A）。

基础底板配筋图见图17所示。

由于0.75
0.77
m
245mm/320m
/2>
=
=
h
t，所以杯壁不需要配筋。

图17 基础底板配筋图
致谢
“工欲善其事，必先利其器”，本次课程设计我做的非常开心，很少有什么事让我非常开心的，因为我又重新温习了《结构力学》、《钢筋混凝土设计原理》等课程，从中又有了更深的理解，当然了，每一次的工程设计都离不开规范，我又细心地查阅了《混凝土规范》、《荷载规范》等资料，在经历了近一个月的课程设计中，不仅使我对课本上的理论知识有了新的感官的认识，还培养了我们综合分析问题和解决问题的能力，熟悉了钢筋混凝土结构设计的方法和步骤，为我们走向工作岗位打下了坚实的基础，在这方面，李林老师对我们的指导和帮助更加使我有了新的进步，其次同学之间的相互帮助也让我少犯了一些不必要的错误。

总之，我诚挚的感谢老师，各位同学及学院的大力支持，使我顺利的完成了此次的课程设计。

参考文献
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