《混凝土结构设计》课程设计-钢筋混凝土单层工业厂房结构设计.doc

课程设计报告课 程 混凝土结构设计 系（部） 指导教师 专业班级 学生姓名 学 号 目录1. 设计项目52. 设计资料52.1 建设地点：临安市某厂区52.2 自然条件：52.3 结构型式：钢筋混凝土排架结构52.4 建筑平面：52.5 建筑剖面：52.6 排架柱计算参数：52.7 吊车系统计算参数：62.8 屋盖构件计算参数：62.9 屋面做法：62.10 围护结构：62.11 材料供应：72.12 环境类别为一类73 画出车间平面图及剖面图74 计算简图84.1 计算简图与柱截面参数85 荷载计算（标准值）95.1 恒荷载95.1.1 屋盖自重95.1.2 柱自重105.1.3 吊车梁及轨道自重115.2 屋面活荷载：115.3吊车荷载115.4 风荷载136 内力分析146.1 剪力分配系数的计算146.1.1 A列柱柱顶位移值的计算146.1.2 B列柱柱顶位移值的计算156.1.3 C列柱柱顶位移值的计算,同A列柱156.1.4 各柱剪力分配系数156.2 恒荷载作用下的内力分析166.3 屋面活荷载作用下的内力分析：186.3.1 A，B跨作用有活荷载时：186.3.2 BC跨作用有屋面活荷载时196.4 吊车竖向荷载作用下的内力分析（不考虑厂房整体空间工作）206.4.1 AB跨 ,作用于A列柱时206.4.2 AB跨作用于B列柱左侧时226.4.3 BC跨作用于B列柱右侧时236.4.4 BC跨作用与C列柱时256.5 吊车水平荷载作用下的内力分析（不考虑厂房整体空间工作）266.5.1 AB跨作用有横向水平荷载时266.5.2 BC跨作用有横向水平荷载时276.6 风荷载作用下的内力分析286.6.1 左吹风时，计算简图如图1-22所示287.内力组合：308 截面设计328.1 上柱328.1.1 按第组内力计算328.1.2 按第组内力计算338.1.3 垂直于弯矩作用平面承载力验算338.2 下柱：348.2.1 按第组内力计算348.2.2 按第组内力计算358.2.3 按第组内力计算358.2.4 垂直于弯矩作业平面承载力验算368.3 柱内箍筋配置：368.4 柱的裂缝宽度验算（安混凝土结构设计规范规定，同步进行裂缝宽度验算）368.4.1 上柱：368.4.2 下柱：378.5 牛腿设计388.5.1 牛腿几何尺寸的确定388.5.2 牛腿高度验算388.5.3 牛腿的配筋398.5.4 牛腿局部受压验算398.6 柱吊装验算398.6.1 荷载计算398.6.2 内力分析408.6.3 上柱吊装验算408.6.4 下柱吊装验算40混 凝 土 结 构 设 计课 程 设 计 计 算 书设计题目 钢筋混凝土单层工业厂房结构设计 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 日 期 2009.7.3 成 绩 钢筋混凝土单层工业厂房结构设计计算书1. 设计项目某金属切削加工车间2. 设计资料2.1 建设地点：临安市某厂区2.2 自然条件： 基本风压：0.45 KN/m2。 基本雪压：0.45 KN/m2。 屋面均布活荷载标准值：0.5KN/m2。 地质条件：场地土组成情况从上至下依次为：0.8m厚杂填土；1.5m厚轻亚粘土，承载力特征值fak=140KPa；3.0m厚亚粘土，承载力特征值fak=180KPa。 抗震设防烈度：6度。2.3 结构型式：钢筋混凝土排架结构2.4 建筑平面：车间长度为60m，柱距为6 m；车间宽度选用48m，其中AB跨及BC跨尺寸详见附表。2.5 建筑剖面：两跨等高排架，室内外高差0.2m，柱牛腿顶标高9.3m，轨道顶标高10.7m，上柱顶标高13.5m。2.6 排架柱计算参数：上柱均采用bh=400mm400mm矩形截面，下柱均采用工字形截面，下柱的截面几何参数分别为：A、C列柱： bhhfbw=400mm900mm150mm100mm，A=1.875105 mm2, I=1.951010 mm4, 自重标准值为4.69KN/m；B列柱： bhhfbw=400mm1000mm150mm100mm，A=1.975105 mm2, I=2.561010 mm4, 自重标准值为4. 94KN/m。2.7 吊车系统计算参数：吊车：两跨均设有两台20/5t软钩电动桥式吊车，工作级别均为A4，其中跨度为21m：桥架跨度Lk=19.5m, 宽度B=5.55m, 轮距K=4.4m, 最大轮压标准值Pmax,k=205KN, 大车质量m1=28t, 小车质量m2=7.5t； BC跨度为24m：桥架跨度Lk=22.5m, 宽度B=5.55m, 轮距K=4.4m, 最大轮压标准值Pmax,k=215KN, 大车质量m1=32t, 小车质量m2=7.5t。吊车梁：采用预应力钢筋混凝土等截面薄腹吊车梁，梁高1.2m, 自重标准值为44.2KN/根。 轨道：高为0.2m, 轨道及连接件自重标准值为0.8KN/m。 屋盖钢支撑体系：取自重标准值为0.05KN/m2。2.8 屋盖构件计算参数：屋面板：采用预应力钢筋混凝土大型屋面板，1500mm6000mm240mm，板重标准值（含灌缝）为1.4 KN/m2。屋架：采用梯形钢屋架，共8个节间，21m跨端部高度为1.99m、跨中央高度为3.04m；24m跨端部高度为1.99m、跨中央高度为3.19m。屋架自重标准值按下式计算：0.120.011L（KN/m2），其中L为屋架跨度， 以m计。钢筋混凝土天沟板：580mm6000mm400mm，板重标准值为12.8 KN/块。2.9 屋面做法：三毡四油防水层；20mm厚1:3水泥砂浆找平层；250mm厚1:8水泥珍珠岩制品保温层；一毡二油隔气层；20mm厚1:2.5水泥砂浆找平层；预应力钢筋混凝土大型屋面板，板下喷大白浆两道。2.10 围护结构：墙体：370mm厚烧结普通砖砌体，自重标准值取19KN/m3，外清水墙、内喷大白浆两道。 钢窗：上窗1.8m3.6m、下窗3.6m3.6m，自重标准值取0.45KN/m2。2.11 材料供应： 混凝土强度等级：均采用C30钢筋：柱内受力纵筋采用HRB335级，柱内箍筋及基础采用HPB235级。2.12 环境类别为一类3 画出车间平面图及剖面图见下页插页图1-1和图1-2图1-1厂房结构平面图图1-2厂房剖平面图4 计算简图4.1 计算简图与柱截面参数可以从整个厂房中选择具有代表性的排架作为计算单元，计算柱距为6m，其计算简图如下图1-3所示。图1-3计算简图上柱高：下柱高：柱总高：柱截面几何参数，列表如下：柱列上柱下柱bxh(mmxmm)A(mm4)I(mm4)bxhxhfxbw(mm2xmm2)A(mm2)I(mm4)A400x4001.6x1052.13x109400x900x150x1001.875x1051.95x1010B400x4001.6x1052.13x109400x1000x150x1001.975x1052.56x1010C400x4001.6x1052.13x109400x900x150x1001.875x1051.95x10105 荷载计算（标准值）5.1 恒荷载5.1.1 屋盖自重 三毡四油防水层 20mm厚1:3水泥砂浆找平层 250mm厚1:8水泥珍珠岩制品保温层 一毡二油隔气层 20mm厚1:2.5水泥砂浆找平层 预应力钢筋混凝土大型屋面板 屋盖刚支撑体系 屋面恒荷载 屋架自重：21m跨 故作用于AB、BC跨两端柱顶的屋盖结构自重为：5.1.2 柱自重 边柱A：上柱 下柱 中柱B：上柱 下柱 边柱C：上柱 下柱 5.1.3 吊车梁及轨道自重AB跨： BC跨： 各恒载作用位置如第8页图1-4所示5.2 屋面活荷载： 由荷载规范查得，屋面均布活荷载标准值，而雪荷载的标准值为，所以仅按屋面活荷载计算。 AB跨同BC跨：5.3吊车荷载 本车间选用的吊车参数如下：（AB跨同BC跨）图1-4厂房结构平面图图1-5吊车轮压简图21m跨：20/5t吊车，工作级别为，吊车梁高1.2m， 吊车梁及支座影响线如第7页图1-5所示故作用于排架柱上的吊车竖向荷载分别为：AB跨（同BC跨）： 作用在每个轮上的吊车横向水平荷载标准值：对于20/5t软钩吊车：AB跨（同BC跨）：5.4 风荷载由已知条件可知：基本风压为，风压高度系数按B类地面取。柱顶：檐口：屋顶：BC跨（同AB跨） 图1-6风荷载体型系数图 风荷载标准值为： 作用在排架上的风荷载标准值为: 左吹风（同右吹风） 风荷载作用如图1-7所示图1-7风荷载作用示意图6 内力分析 本厂房为两跨等高排架，可用剪力分配系数法来进行内力分析6.1 剪力分配系数的计算6.1.1 A列柱柱顶位移值的计算上柱： 下柱： 查附录9附图9-1 则 6.1.2 B列柱柱顶位移值的计算 上柱： 下柱： 查附录9附图9-1 则 6.1.3 C列柱柱顶位移值的计算,同A列柱 6.1.4 各柱剪力分配系数 6.2 恒荷载作用下的内力分析 恒荷载下排架的计算简图，如下图1-8所示图1-8恒荷载作用图A列柱：B列柱： C列柱: 各柱不动铰支座反力: A列柱: 查附录9附图9-2，9-3得 B列柱: 查附录9附图9-2，9-3得 所以，排架柱不动铰支座总反力: 各柱柱顶最后剪力为： 恒荷载作用下排架柱弯矩图和轴力图如图1-9所示：图1-9恒载作用下内力图6.3 屋面活荷载作用下的内力分析：6.3.1 A，B跨作用有活荷载时：由屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力：在A，B柱顶及变截面处引起的弯矩分别为：各柱不动铰支座反力分别为：A列柱: ，B列柱: 则排架柱不动铰支座总反力:排架柱最后剪力分别为：A， B跨作用有屋面活荷载时，排架柱的弯矩图和轴力图如下图1-10所示：图1-10 AB跨屋面活荷载内力图6.3.2 BC跨作用有屋面活荷载时 由屋面活荷载在每侧柱上产生的压力为 其在B,C柱顶及变截面处弯起的弯矩： 各柱不动铰支座反力分别为：B列柱： C列柱： 排架柱不动铰支座总反力为： 各柱柱顶最后剪力分别为： BC跨作用有屋面活荷载时，排架柱的弯矩图和轴力图如下图1-11所示图1-11 BC跨屋面活荷载内力图6.4 吊车竖向荷载作用下的内力分析（不考虑厂房整体空间工作）6.4.1 AB跨 ,作用于A列柱时 由于吊车竖向荷载 ，的偏心作用而在柱中引起的弯矩：其计算简图如右图所示图1-12 作用于A列柱计算简图各柱不动铰支座反力分别为：A列柱： B列柱： 所以排架柱不动铰支座总反力为： 故排架柱顶最后剪力分别为： 当AB跨作用于A列柱时，排架各柱的内力图如图1-13所示图1-13 作用于A列柱内力图6.4.2 AB跨作用于B列柱左侧时 由于AB跨与的偏心作用而在柱中引起的弯矩为： 其计算简图如下页图1-14所示 图1-14 作用于B列柱左侧时计算简图故排架柱顶各柱不动铰支座反力分别为：A列柱： B列柱： 排架柱顶不动铰支座总反力为： 故排架柱柱顶最后剪力为： 当AB跨作用于B列柱左侧时，排架各柱的内力图如图1-15所示 图1-15 作用于B列柱左侧时内力图6.4.3 BC跨作用于B列柱右侧时 由于BC跨与的偏心作用而在柱中引起的弯矩为： 其计算简图如下图1-16所示 图1-16作用于B列柱右侧时计算简图各柱不动铰支座反力分别为：B列柱： C列柱： 所以排架柱不动铰支座总反力为： 故排架柱柱顶最后剪力为： 当BC跨作用于B列柱右侧时，排架各柱的内力图如下页图1-17所示图1-17 作用于B列柱右侧时内力图6.4.4 BC跨作用与C列柱时由于BC跨与的偏心作用而在柱中引起的弯矩为：其计算简图如下图1-18所示图1-18各柱不动铰支座反力分别为：B列柱： C列柱： 所以排架柱不动铰支座总反力为： 故排架柱最后剪力为： 当BC跨作用于C列柱时，排架各柱的内力图如下图1-19所示图1-196.5 吊车水平荷载作用下的内力分析（不考虑厂房整体空间工作）6.5.1 AB跨作用有横向水平荷载时 计算简图如下图1-20所示：=14.67KN 计算简图 作用于AB跨就算简图与内力图图1-20各柱不动铰支座反力分别为：A列柱： 查附录9附表9-5.9-6得B列柱： 查附录9附表9-5.9-6得排架柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱顶最后剪力分别为：排架各柱的弯矩图如图1-20所示6.5.2 BC跨作用有横向水平荷载时 计算简图如图1-21所示，=14.67KN图1-21 作用于BC跨计算简图与内力图B列柱： C列柱： 查附录9附表9-5.9-6得排架柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱顶最后剪力分别为：排架柱各柱的弯矩图如图1-21所示6.6 风荷载作用下的内力分析6.6.1 左吹风时，计算简图如图1-22所示各柱不动铰支座反力分别为：A列柱： 查附表9附图9-8得C列柱： 查附表9附图9-8得排架柱顶不动铰支座的总反力为：排架柱柱顶剪力分别为：排架柱的各柱弯矩图如图1-22所示图1-22 左吹风时计算简图与内力图6.6.2 右吹风时，计算简图如图1-23所示各柱不动铰支座反力分别为：A列柱： C列柱： 排架柱顶剪力分别为：排架柱的各柱弯矩图如图1-23所示图1-23 右吹风时计算简图与内力图40内力截面永久荷载屋面活荷载吊车荷载风荷载作用在AB跨作用在BC跨Dmax,k在A柱Dmin,k在A柱Dmax,k在AB柱Dmax,k在C柱Dmin,k在C柱Tmax,k在BC柱左风右风项次-M12.57-0.072.45-41.75-42.843.32-2.3527.2221.8813.3218.01N244.1836000000000-M-37.98-9.072.4589.493.583.32-2.3527.2221.8813.32-18.01N309.98360437.47154.72000000-M19.84-5.058.16-7.92-96.38113.77-7.8490.7272.94207.06-141.68N355.98360437.47154.720000007.内力组合：不考虑厂房整体空间工作，对A柱进行最不利组合，具体方法和数据见上表。截面 内力组合Mmax与相应N组合项内力组合项内力组合项内力组合项内力-M1.2+0.91.4+0.9(+)+90.64(80.79)1.2+0.91.4+0.8(+)+0.9(+)+-64.03(-75.53)1.2+1.414.99(14.97)1.2+0.91.4+0.8(+)+0.9(+)+90.63(80.79)N341.85(260.98)338.38(334.25)343.42(334.25)293.02(260.98)-M1.2+0.91.4+0.8(+)+0.9(+)+120.51（117.1）1.2+0.91.4+0.9(+)+11-106.13(-95.19)1.2+0.91.4(+0.9)或1.2+1.40.944.47或63.21.2+0.91.4+0.9(+)+11106.13(-95.19N812.95（806.06）417.34（383.25）923.18或994.8417.34(347.25)-M1.2+0.91.4+0.8(+)+0.9(+)+590.18(424.75)1.2+0.91.4+0.8(+)+0.9(+)+11451.29(-41517)1.2+0.91.4(+0.9)或1.2+1.40.94.13或9.021.2+0.91.4+0.9(+)+480.58(404.9)N868.15(852.06)628.51(605.3)883.95或978.39427.18(393.25)注：1.表中内力单位：M(KNM), N(KN) 2.内力组合表括号内的数值为标准值8 截面设计以A柱为例，混凝土均采用C25，纵筋采用HRB335级，箍筋采用HPB235级。8.1 上柱根据内力组合表，经过比较分析，其中最不利内力组合为： 查表得有吊车厂房排架方向：8.1.1 按第组内力计算取，则 取 且 属于大偏心受压构件则8.1.2 按第组内力计算 取 且 属于大偏心受压构件则最小配筋率计算选用8.1.3 垂直于弯矩作用平面承载力验算有吊车厂房柱间支撑时，柱在垂直排架方向的计算长度： 查表满足要求8.2 下柱：由-及-截面的内力组合选出不利组合： 查表15-8，得有吊车厂房排架方向8.2.1 按第组内力计算取 则 取 且中和轴翼缘内，且属于大偏心受压构件8.2.2 按第组内力计算，取，且中和轴在翼缘内，且属于大偏心受压构件，则8.2.3 按第组内力计算 ，取 ，且中和轴在翼缘内，且属于大偏心受压构件，则 按计算结果，并满足构造要求，下柱纵向钢筋选用，8.2.4 垂直于弯矩作业平面承载力验算 由，查表b-1，8.3 柱内箍筋配置： 由于没有考虑地震作业，柱内箍筋一般按构造要求控制，上下柱均采用箍筋，加密区为8.4 柱的裂缝宽度验算（安混凝土结构设计规范规定，同步进行裂缝宽度验算） 8.4.1 上柱： A柱-截面： A柱-截面： 8.4.2 下柱：A柱III-III截面 需作裂缝宽度验算 ， 则满足要求8.5 牛腿设计8.5.1 牛腿几何尺寸的确定 牛腿截面宽度与柱宽度相变为，若取吊车梁外侧至牛腿外边缘的距离。吊车梁轴线到柱外侧的距离为，则牛腿顶面的长度为，牛腿外缘高度，牛腿的截面高度为，牛腿的几何尺寸如图124所示。图1-24 牛腿的几何尺寸及配筋示意图8.5.2 牛腿高度验算 作用于牛腿顶部按荷载组合标志值计算的竖向力值 牛腿顶部按荷载标准组合计算的水平拉力值 牛腿截面有效高度 竖向力作用点位于柱截面内 满足要求8.5.3 牛腿的配筋 由于吊车垂直荷载作用下，柱截面内，即故该牛腿可按构造要求配筋，纵向钢筋取，箍筋取。8.5.4 牛腿局部受压验算 满足要求8.6 柱吊装验算 采用翻身吊，吊点设在牛腿与柱变接处，起吊时，混凝土达到设计强度的100%，计算简图如图125所示。图1-25 柱吊装验算计算简图8.6.1 荷载计算 自重线荷载（kN/m），考虑动力系数1.5。各段荷载标准值分别为： 上柱： 牛腿：下柱：8.6.2 内力分析 由 得所以 令 下柱最大弯矩发生在 8.6.3 上柱吊装验算上柱配筋 受弯承载力验算满足要求8.6.4 下柱吊装验算 受弯承载力验算