课 程 设 计
课程名称:
混凝土结构课程设计
设计题目:
单层厂房排架结构设计
班 级:
******
学 号:
**********
姓 名:
****
指导教师:
完成时间:
计算说明书
A优秀□
B良□
C中等□
D格□
E格□
正确性
A优秀□
B良□
C中等□
D格□
E格□
施工图
A优秀□
B良□
C中等□
D格□
E格□
答 辩
A优秀□
B良□
C中等□
D格□
E格□
综合成绩
A优秀□
B良□
C中等□
D格□
E格□
****学教务处 制
目 录
1 设计资料求 3
2 结构构件选型结构布置方案确定说明 4
3 定位轴线 5
4 计算简图确定 6
5 荷载计算 6
51 恒载 6
52 屋面活荷载 8
53 风荷载 8
54 吊车荷载 9
6排架力分析 9
61 恒载作排架力分析 10
62 屋面活荷载作排架力分析 11
63 风荷载作排架力分析 13
64 吊车荷载作排架力分析 14
7 力组合 18
8 柱截面设计 21
81选取控制截面利力 21
82柱配筋计算 21
83柱配筋计算 22
84柱裂缝宽度验算 24
85柱箍筋配置 25
86牛腿设计 26
87柱吊装验算 26
9 基础设计 28
91作基础顶面荷载计算 28
92基础尺寸埋置深度 30
93基础高度验算 31
94基础底板配筋计算 31
10 参考资料 35
单层厂房排架结构设计
1 设计资料求
(1)工程概况
某金工装配车间两跨等高厂房跨度24m柱距均6m车间总长度66m跨设起重量吊车2台吊车工作级A5级轨顶标高900m厂房天窗采卷材防水屋面围护墙240mm厚双面粉刷砖墙窗台标高12m部窗洞48x12m部窗洞48x36m采钢窗室外高差350mm建筑面剖面分图1图2示
(2)结构设计原始资料
厂房点基风压 面粗糙度B类基雪压 风荷载雪荷载组合值系数余变荷载组合值系数均基础持力层粉土粘粒含量 基承载力特征值 基础埋深20m基础土加权均重度 基础土重度
(3)材料
基础混凝土强度等级C20柱混凝土强度等级C30柱中受力钢筋基础采HRB335级箍筋构造筋基础配筋采HPB300级钢筋
(4)设计求
分析厂房排架力进行排架柱基础设计绘制排架柱基础施工图
图1 厂房面图
图2 厂房剖面图
2 结构构件选型结构布置方案确定说明
该厂房跨度15〜36m间柱顶标高8m采钢筋混凝土排架结构保证屋盖整体性刚度屋盖采檩体系厂房屋面采卷材防水做法选屋面坡度较济指标较预应力混凝土折线形屋架预应力混凝土屋面板普通钢筋混凝土吊车梁制作方便吊车起重量时较济指标选普通钢筋混凝土吊车梁厂房构件选型见表1
表1承重构件选型表
构件名称
标准图集
选型号
重力荷载标准值
屋面板
04G4101
15m×6m预应力混凝土屋面板
YWB2Ⅱ(中间跨)
YWB2s(端跨)
(包括灌缝重)
天沟板
04G4101
15m×6m预应力混凝土屋面板(卷材防水天沟)
TGB681
屋架
04G4151
预应力混凝土折线型屋架(跨度21m)
YWJA241Aa
吊车梁
04G3232
钢筋混凝土吊车梁(吊车工作级A1A5)
DL9Z(中间跨)
DL9B(边跨)
轨道连接
04G325
吊车轨道联结详图
基础梁
04G320
钢筋混凝土基础梁
JL3
图知吊车轨顶标高900m起重量工作级A5吊车厂房跨度24m时求吊车跨度Lk225m附表4查吊车轨顶高度2187m选定吊车梁高度暂取轨道顶面吊车梁顶面距离牛腿顶面标高式计算:
牛腿顶面标高轨顶标高900—120—02070m
建筑模数求牛腿顶面标高取750m实际轨顶标高750+120+020890m<900m
考虑吊车行驶需空隙尺寸300mm柱顶标高式计算:
柱顶标高牛腿顶面标高+++吊车高度+
750+120+020+2187+0311387m
柱顶(屋架弦底面)标高取114m
取室面基础顶面距离05m计算简图中柱总高度柱高度柱高度分
114+05119m
75+0580m
1198039m
根柱高度吊车起重量工作级等条件确定柱截面尺寸柱截面尺寸求柱截面特征重标准值见表2
表2柱截面尺寸相应计算系数
柱号
计算参数
截面尺寸mm
面积
惯性矩
重(kNm)
AC
柱
矩400×400
16×
40
柱
400×900×150
469
B
柱
矩400×600
60
柱
1400×1000×150
494
3 定位轴线
横定位轴线端柱外均通柱截面中心起重量工作级A5吊车查轨道中心吊车端部距离吊车桥架外边缘柱边缘净空宽度般取值80mm
中柱取定位轴线柱中心300mm
符合求
边柱边柱取封闭式定位轴线定位轴线墙皮重合 400mm
符合求
4 计算简图确定
该金工车间厂房工艺特殊求结构布置荷载分布(吊车荷载外)均匀取榀横排架作基计算单元单元宽度两相邻柱间中心线间距离B60m图5(a)示计算简图图5(b)示
图3计算单元计算简图
5 荷载计算
51 恒载
①屋盖恒载
两毡三油防水层 035kN
20mm厚水泥砂浆找层 20kN×002m040kN
100mm厚水泥珍珠岩制品保温层 4kN×01m040kN
毡两油隔气层 005kN
20mm厚水泥砂浆找层 20kN×002m040kN
预应力混凝土屋面板(包括灌缝) 140kN
屋架钢支撑
合计 305kN
屋架重力荷载106kN榀作柱顶屋盖结构重力荷载设计值
×(305kN×6m×24m2+106kN2)32712kN
②吊车梁轨道重力荷载设计值
×(395kN+08kNm×6m)5316kN
③柱重重力荷载设计值
AC柱
×4kNm×39m1872kN(柱)
×469kNm×80m45024kN(柱)
B柱
×6kNm×39m2808kN(柱)
×494kNm×80m47424kN(柱)
项恒载作位置图6示
图4 荷载作位置图(单位:kN)
52 屋面活荷载
屋面活荷载标准值05kN雪荷载标准值05kN两者相等雪荷载组合系数屋面活荷载仅前者计算作柱顶屋面活荷载设计值
×05×6m×24m25040kN
Q1作位置作位置相图6示
53 风荷载
风荷载标准值式计算中根厂房部分标高(图4)B类面粗糙度确定:
柱顶(标高114m)1036
檐口(标高1370m)1096
屋顶(标高1510m)1132
图7示排架迎风面背风面风荷载标准值分
图5 风荷载体型系数排架计算简图
作排架计算简图(图7)风荷载设计值:
54 吊车荷载
选择连重工起重集团QDDQ型吊车知吊车参数:AB跨
图6 吊车荷载作支座反力影响线
根算吊车梁支座反力影响线中轮压应点竖坐标值图8示
①吊车竖荷载
吊车竖荷载设计值:
②吊车横水荷载:作轮子吊车横水制动力:
作排架柱吊车横水荷载设计值:
6排架力分析
该厂房单跨等高排架剪力分配法进行排架力分析中柱剪力分配系数式计算:
式中:——第i根排架抗侧移刚度结果见表3
表3 柱剪力分配系数
柱
AC柱
B柱
61 恒载作排架力分析
恒载作排架计算简图图9(a)示
图9示排架称结构作称荷载排架结构侧移柱柱顶动铰支座计算力柱顶动铰支座反力计算:
AC柱:
求 衡条件求出柱截面弯矩剪力柱截面轴力该截面重力荷载恒载作排架结构弯矩图轴力图分见图9(b)(c)
图9(d)排架柱弯矩剪力轴力正负号规定
图7恒载作排架力计算简图力图
62 屋面活荷载作排架力分析
(1)AB跨作屋面活荷载
排架计算简图图10(a)示
中柱顶变阶处引起力矩:
A柱
B柱
排架柱顶动铰支座总反力:
R反作排架柱顶式计算相应柱顶剪力柱顶动铰支座反力叠加屋面活荷载作AB跨时柱顶剪力:
排架结构弯矩图轴力图分见图10(b)(c)
图8 AB跨作屋面活荷载时排架计算简图力图
(2)BC跨作屋面活荷载
结构称BC跨AB跨作荷载相需图10中力图位置方调整图11示
图9 BC跨作屋面活荷载时排架计算简图力图
63 风荷载作排架力分析
(1)左吹风时
排架计算简图图12(a)示
AC柱已知 :
柱顶剪力分:
排架弯矩图图12(b)示:
图10左吹风时排架计算简图力图()
(2)右吹风时
计算简图图13(a)示图12示AC柱力图换改变力符号图13(b)示
图11 右吹风时排架计算简图力图()
64 吊车荷载作排架力分析
(1)作A柱
计算简图图14(a)示
中吊车竖荷载牛腿顶面处引起力矩:
A柱:
B柱:
排架柱剪力:
排架柱弯矩图轴力图柱底剪力值图14(b)(c)示:
图12 作A 柱时排架计算简图力图
(2)作B柱左
计算简图图15示
中吊车竖荷载牛腿顶面处引起:
柱顶动铰支反力总反力分:
排架柱顶剪力:
排架柱弯矩图轴力图柱底剪力值图15(b)(c)示
图13 作B柱左时排架计算简图力图
(3)作B柱右
根结构称性吊车吨位相等条件力计算作B柱左情况相需AC柱力换改变全部弯矩剪力符号图16示
图14 作B柱右时排架计算简图力图
(4)作C柱
理作A柱情况AC柱力换注意改变符号求柱力图17示
图15 作C 柱时排架计算简图力图
(5)作AB跨柱
计算简图图18(a)示
A柱查表
理B柱查表
排架柱顶总反力:
柱顶剪力:
排架柱弯矩图柱底剪力值图18(b)示
图16 作AB跨时排架计算简图力图
(6)作BC跨柱
结构称性吊车吨位相等排架力计算作AB跨柱情况相需AC柱力换图19(b)示
图17 作BC跨时排架计算简图力图
7 力组合
排架单元称结构仅考虑A柱截面荷载力汇总表见表4力组合见表5表中控制截面正号力方表4中例图示进行裂缝宽度验算时力采准永久值时需柱进行验算
表4 A柱力设计值汇总表
荷载类
恒载
屋面活载
吊车竖荷载
吊车水荷载
风荷载
作
AB跨
作
BC跨
Dmax作
A柱
Dmax作
B柱左
Dmax作
B柱右
Dmax作
C柱
Tmax作
AB跨
Tmax作
BC跨
左风
右风
序号
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
⑪
Ⅰ-Ⅰ
M
1936
080
277
5569
6029
4298
176
±679
±2434
596
1353
N
34584
5040
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Ⅱ-Ⅱ
M
5112
1180
277
11306
941
4298
176
±679
±2434
596
1353
N
399
5040
0
56249
16960
0
0
0
0
0
0
Ⅲ-Ⅲ
M
2216
500
845
118
13309
13114
536
±12583
±7426
11778
9108
N
44402
5040
0
56249
16960
0
0
0
0
0
0
V
926
085
071
1428
1546
1102
045
±1488
±624
2234
1388
注:M(单位kN·m)N(单位kN)V(单位kN)
表5 A柱力组合表
截面
+Mmax相应NV
-Mmax相应NV
Nmax相应MV
Nmin相应MV
MqNq
Ⅰ-Ⅰ
M
①+09×⑥+(②+③)×07+09×07×⑨+⑩×06
79451
①+08×⑤+08×07×⑦+⑪×06
61580
135①12+ (②+③)×07
+09×07×(⑥+⑨)+06×⑩
70863
①12+09×⑥
+07×③+09×
07×⑨+06×⑩
75665
N
381120
288200
424350
288200
Ⅱ-Ⅱ
M
①12+08×④+07×08×⑥+07×③+07×09×⑨+06×⑩
92766
①+09×⑨+
07×②+07×08×(⑤+⑦)
+06×⑪
95659
①+09×④+07×(②+③)+
09×07×⑨+
06×⑩
63223
①12+09×⑨
+09×07×⑦+
06×⑪
82253
N
782492
529256
940521
332500
Ⅲ-Ⅲ
M
①+⑩+07×③+09×07×⑥+07×09×⑧
307746
①12+⑪+07×②+09×07×⑤+07×09
×⑧
276166
①+09×④+07×(②+③)+07×09×⑧+06×⑩
173454
①12+⑩+07×③+09×07×(⑥+⑧)
304053
N
444020
512145
985541
370017
V
48414
24682
20278
46871
MK
222457
165564
119707
222457
NK
370017
475467
756817
370017
VK
35684
15426
15587
35684
注:M(单位kN·m)N(单位kN)V(单位kN)
8柱截面设计
A柱混凝土强度等级C30143NN钢筋采HRB335级钢筋柱均采称配筋
81选取控制截面利力
A柱:
取偏心受压偏心受压界限破坏时应轴力:
表5见柱II柱底截面4组利力4组力均满足均偏心受压4组力弯矩相差时轴力越越利轴力相差时弯矩越越利原确定柱利力
柱截面效高度取偏心受压偏心受压界限破坏应轴压力:
柱截面ⅡⅡⅢⅢ截面8组利力均满足8组力采柱II截面相分析方法柱利力
82柱配筋计算
柱利力:
附表查吊车厂房排架方柱计算长度附加偏心距取20mm(400mm30133mm)
应考虑偏心距增系数
取
取进行计算:
(满足求)
选416( )
满足求
垂直排架方计算长度
满足弯矩作面外承载力求
83柱配筋计算
分析结果知柱分析方法类似选取中利力:
(1)查表截面尺寸:
附加偏心距
先假定中轴位翼缘
偏心受压构件受压区受压翼缘取:
选418()
(2)验算垂直弯矩作面受压承载力
满足求
84柱裂缝宽度验算
规范规定柱应进行裂缝宽度验算
柱
柱
例控制截面荷载准永久组合计算时柱柱偏心距需进行裂缝宽度验算
85柱箍筋配置
非震区单层厂房柱箍筋数量般构造求控制根构造求柱均选箍筋
86牛腿设计
根吊车梁支承位置截面尺寸构造求初步拟定牛腿尺寸图20示中牛腿截面宽度牛腿截面高度
图18牛腿尺寸简图
(1)牛腿截面高度验算
已知(牛腿顶面水荷载)取
牛腿截面高度满足求
(2)牛腿配筋计算
牛腿构造求配筋根构造求实际选414()水箍筋选
87柱吊装验算
(1)力计算
采翻身起吊吊点设牛腿部混凝土达设计强度起吊附表查柱插入杯口深度 取 柱吊装时总长度
图19柱吊装计算简图
柱吊装阶段荷载柱重重力荷载(吊装时应考虑动力系数15柱重重力荷载分项系数取12):
述荷载作柱控制截面弯矩:
:
令柱段弯矩:5
(2)承载力裂缝宽度验算
柱截面受弯承载力裂缝宽度验算程见表7
表7柱吊装阶段承载力裂缝宽度验算表
柱截面
柱
柱
5476(4563)
7484(6237)
7096>09×54764928
24738>09×74846736
19363
8263
000954<01取01
00113
043
030<02取02
33
33
19
19
016<02(满足求)
003<02(满足求)
9 基础设计
修正基承载力特征值单层排架结构柱距6m吊车起重量厂房跨度设计等级丙级时进行基变形验算该单层排架吊车起重量5001000kN间作变形验算基础混凝土强度等级采C20设100mm厚C10混凝土垫层
91作基础顶面荷载计算
作基础顶面荷载包括柱底(Ⅲ—Ⅲ截面)传基础MNV外墙重重力荷载前者表5中Ⅲ—Ⅲ截面选取见表8中力标准组合值基承载力验算基组合值受切承载力验算板配筋计算力正号规定见图22(b)
表8 基础设计利力
组
荷载效应基组合
荷载效应标准组合
第1组
307746
444020
48144
222457
370017
35684
第2组
276166
512145
24682
165564
475467
15426
第3组
173454
985541
20278
119707
756817
15587
图20基础荷载示意图
图22(a)见基础承受外墙总宽度总高度墙体厚双面粉刷砖墙厚( )钢框玻璃窗()基础梁重量根基础承受墙体传重力荷载:
厚砖墙
钢框玻璃窗
基础梁
距基础形心偏心距:
92基础尺寸埋置深度
(1)构造求拟定高度h
柱插入深度取
杯底厚度应取
基础顶面标高0850m基础埋置深度d:
杯壁厚度取基础边缘高度取台阶高度取见图22(b)
(2)拟定基础面尺寸
适放取
(3)计算基底压力验算基承载力
表9 基础底面压力计算基承载力验算表
类
第1组
第2组
第3组
222457
165564
119707
370017
475467
756817
33684
15426
15587
1097027
1202477
1456787
64216
382582
61646
128638
196591
166617
10577
60346
144663
117204<180
128470<180
155066<180
128638<216
196591<216
166617<216
93基础高度验算
时采基净反力设计值计算结果见表10
表10 基础底面净反力设计值计算表
类
第1组
第2组
第3组
307746
44402
48414
276166
512145
24682
173454
985541
20278
863552
931677
1405073
124289
543684
42360
114391
196882
157659
70129
2194
142572
基础宽度柱宽加两倍效高度
需验算变阶处受剪承载力变阶处受剪承载力截面图23示
截面效高度
底部承受剪力值
效高度
验算截面效面面积
基础高度满足求
图21 受剪破坏截面
94基础底板配筋计算
(1)柱边变阶处基底反力计算
基础底板配筋计算时长边短边方计算截面简图图24示三组利力设计值柱边变阶处基底净反力计算见表11中第13组力产生基底反力见图23示
表11 柱边变阶处基底净反力计算
公式
第1组
第2组
第3组
114391
196882
157658
70129
2194
142572
97793
123874
152000
103323
148210
153887
106092
160378
154829
108857
159362
160400
128630
172546
156244
图22基础底板配筋计算截面
(2)柱边变阶弯距计算
选取三组力值中值进行计算截面弯矩
(3)配筋计算
基础底板受力钢筋采HPB300级()
基础底板长边方钢筋面积:
选10@100()
基础底板短边方钢筋面积:
Ⅳ
选10@100( )
基础底板配筋见图25 杯壁需配筋
图23 基础底板配筋
10 参考资料
[1] 沈蒲生 混凝土结构设计(第四版)[M] 北京:高等教育出版社2012
[2] 白国良王毅红混凝土结构设计[M]武汉武汉理工学出版社2011
[3] 朱彦鹏混凝土结构课程设计指南[M]北京中国建筑工业出版社2011
[4] 唐兴荣混凝土结构课程设计解析实例[M]北京机械工业出版社2012
[5] GB500092012建筑结构荷载规范[S]北京中国建筑工业出版社2012
[6] GB500102010混凝土结构设计规范[S]北京中国建筑工业出版社2011
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