混凝土及砌体结构课程设计—单层工业厂房设计-金属结构车间双跨等高厂房05号方案计算书【可提供完整设计图纸】.doc

混凝土及砌体结构课程设计学生姓名： 学 号： 指导教师： 专业班级：11土木（1）所在学院：工程学院中国·大庆2013年10月II混凝土及砌体结构课程设计单层工业厂房设计任务书(土木11（1）和11（2）)一、设计题目：金属结构车间双跨等高厂房。二、设计内容：1计算排架所受的各项荷载；2计算各种荷载作用下的排架内力(对于吊车荷载不考虑厂房的空间作用)；3柱及牛腿设计，柱下独立基础设计；4绘施工图：柱模板图和配筋图；基础模板和配筋图。三、设计资料1金属结构车间为两跨厂房，安全等级为一级，厂房总长66m，柱距为6m，厂房剖面如图1所示；2厂房每跨内设两台吊车；3建设地点为东北某城市(基本风压0.4kNm2，基本雪压0.6kNm2，地面粗糙程度B类，冻结深度2.0m)；4地基为均匀粘性土，地基承载力特征值180kpa；5厂房标准构件选用及载荷标准值：(1)屋架采用梯形钢屋架，屋架自重标准值：18m跨69kN每榀，21m跨93kN每榀，24m跨106.8kN每榀，27m跨123kN每榀，30m跨142.4kN每榀(均包括支撑自重)(2)吊车梁选用预应力混凝土吊车梁，参数见表3。轨道及零件自重0.85kNm，轨道及垫层构造高度187mm；(3)天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架重：18m跨25kN每榀，21m跨29kN每榀，24m跨33kN每榀，27m跨36.2kN每榀，30m跨40.5kN每榀(包括自重，侧板、窗扇支撑等自重)；(4)天沟板自重标准值为2.12kNm；(5)围护墙采用240mm双面粉刷墙，自重5.24kN/m2。塑钢窗：自重0.45kNm2，窗宽4.5m，窗高见图1。(6)基础梁截面为250 mm×600mm；基础梁自重4.4kNm；6材料：混凝土强度等级为C35，柱的受力钢筋采用HRB335级或HRB400级，箍筋采用HPB300级；7屋面卷材防水做法（自上而下）及荷载标准值如下：改性沥青油毡防水层：0.4kNm2；20mm厚水泥砂浆找平层：0.4kNm2；100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4kNm2；一毡二油隔汽层：0.05kNm2；20mm厚水泥砂浆找平层：0.4kNm2；预应力大型屋板：1.4kNm2。8屋面均布活荷载为0.5kNm2。-0.150柱顶 轨顶+0.000图1 厂房剖面图土木11（1）序号155；土木11（2）序号56113。表1 各学号所对应桥式吊车和牛腿标高跨度左跨吊车序号右跨吊车序号C1C2C3C4C1C2C3C4C1C2C3C418123456789101112C121131415161718192021222324C224252627282930313233343536C327373839404142434445464748C430495051525354555657585960C127616263646566676869707172C224737475767778798081828384C321858687888990919293949596C418979899101102103104105106107108109C430110111112113C3轨顶标高(m)6.97.27.57.88.18.48.79.09.39.69.910.2表2 吊车数据（工作级别A5）吊车序号起重量(kN)桥跨LQ(m)小车重g(kN)最大轮压Pmax(kN)大车轮距BQ(m)轨道中心至端部距离Bl(mm)轨顶以上高度H(mm)大车宽B(m)吊车总重(kN)C1160/3216.563.261634.0023020975.95523019.563.261854.1026020976.05527022.563.261934.1026021876.05530025.563.262055.0026021856.39034028.563.262145.0026021856.390380C2200/5016.569.771854.0023020995.95524019.569.772074.1026020996.05529022.569.772164.1026021896.05532025.569.772305.0026021896.39037028.569.772395.0026021896.390400C3320/5016.51092784.6526023416.64033019.51093014.7030024716.69038022.51093134.7030024716.69041025.51093315.0030024716.99046028.51093445.0030024716.990500C4500/10016.51554204.8030027346.77544019.51554304.8030027346.77549022.51554564.8030027346.77553025.51554745.0030027346.97558028.51554875.0030027346.975620表3 吊车梁数据（工作级别A5）梁型号起重量(kN)跨 度(m)梁 高(mm)梁 重(kN)YDL116016.5-28.5120042.3YDL220016.5-28.5120042.5YDL332016.5-28.5120047.0YDL450016.5-28.5150061.3最后须提交的内容：1、设计计算书。包括封页、任务书、目录、正文。2、一号图纸一张。包括柱模板图、柱配筋图、基础模板图、基础配筋图。IV目 录1 设计资料12 计算简图的确定12.1 柱高度及各部分标高的确定12.2 柱的截面尺寸22.3 计算单元和计算简图33 荷载计算43.1 恒载43.2 活载43.2.1 屋面活荷载53.2.2 风荷载73.2.3 吊车荷载74 排架内力分析104.1 恒载作用下的排架内力分析104.2 屋面活荷载作用下排架内力分析124.2.1 左跨作用屋面活荷载124.2.2 右跨作用屋面活荷载134.3 风荷载作用下排架内力分析134.4 吊车作用下排架内力分析144.4.1 吊车竖向荷载作用下排架内力分析144.4.2 吊车水平荷载作用下的内力分析165 内力组合186 排架柱设216.1 上柱截面配筋计算216.2 下柱截面配筋计算236.3 裂缝宽度验算247 牛腿配筋计算257.1 牛腿截面高度验算257.2 牛腿配筋计算268 柱的吊装验算269 基础设计289.1 作用于基础顶面的荷载计算289.2 基础尺寸及埋置深度299.3 基础高度验算309.4 基础底板配筋计算32参考文献34混凝土及砌体结构课程设计1.设计资料本设计对应任务书第5号方案，左跨吊车为C1，起重量160/32,右跨吊车为C1，起重量为160/32。跨度18，选择吊车桥跨均为16.5。吊车梁左右跨均选用YDL1型号，梁高均为1.2，梁重均为42.3。2.计算简图的确定2.1柱高度及各部分标高的确定 梁高均为1.2，1.2-1.2=0 <2.1，可采用等高，高度为1.2。轨顶标高=牛腿顶面标高+吊车梁高度+轨道构造高度轨顶标高=8.1柱顶标高=轨顶标高+吊车高度+0.22柱顶标高，取10.8。由于为双跨等高厂房，取柱A，B，C柱顶标高均为10.8。设室内地面至基础顶面的距离为0.5，则全柱高H=柱顶标高-基顶标高，上柱高柱顶标高-牛腿顶面标高，下柱高2.1柱高度及各部分标高的确定根据教材表2.4.4，由吊车起重量、轨顶高度及工作级别等条件初步选定柱的截面尺寸，如表2.1。表2.1 柱的截面尺寸及相应的计算参数计算参数柱号截面尺寸/面积/惯性矩/自重/（）A/C上柱矩下柱B上柱矩下柱图2.2 各柱截面尺寸根据教材表2.4.2关于矩形、工字形截面柱截面尺寸限值，验算初步确定的截面尺寸。对于纵向定位轴线，由吊车桥架外边缘至上柱内边缘的净空高度得边柱A、C下柱： 中柱 B下柱：2.3计算单元和计算简图对于纵向定位轴线，由吊车桥架外边缘至上柱内边缘的净空高度得边柱A：，满足要求，采用封闭式。取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2.3所示。 图2.3 计算单元和计算简图3.荷载计算3.1 恒载 屋盖恒载防水层 20厚水泥砂浆找平层 100厚珍珠岩制品保温层 隔汽层 20厚水泥砂浆找平层 预应力大型屋面板 天沟板 2.12 天窗架 25屋架 69则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载标准值为吊车梁及轨道重力荷载标准值 （由左跨传来）（由右跨传来）柱自重重力荷载标准值 上柱： 下柱： 3.2 活载 3.2.1屋面活荷载屋面均布活荷载标准值为，雪荷载标准值为，后者大于前者，故仅按后者计算。作用于柱顶的屋面活荷载标准值为 作用位置与作用位置相同。3.2.2风荷载该地区的基本风压，风压高度变化系数按粗糙度为B类地区考虑。 查表取内插结果如下 柱顶 檐口 屋顶 檐口 屋顶 风荷载体形系数的分布如图3.1所示。图3.1 风荷载体形系数排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为(对单层工业厂房，可不考虑风振系数，取)则作用于排架计算简图上的风荷载标准值为 3.2.3吊车荷载左跨、右跨吊车为两台C1，由任务书得到吊车参数见表3.1，其中表3.1 吊车的基本尺寸和轮压吊车序号起重量Q/kN桥跨LQ/m大车宽B/m轮距BQ/m吊车总重（G+g）/kN小车重g/kN最大轮压C1160/3216.55.9554.0023063.26163C1160/3216.55.9554.0023063.26163 吊车竖向荷载的、可以根据吊车作用的最不利位置用影响线求出。、的计算简图及反力影响线见图3.2。图3.2 计算简图于是可求得作用于柱上的吊车垂直荷载对左跨： 对右跨与左跨相同： 作用于每个轮子上的吊车横向水平制动力左跨： 右跨与左跨相同： T的最不利位置同，则作用于排架柱上的吊车水平荷载标准值左跨： 右跨与左跨相同： 综上所述得排架受荷总图，如图3.3等高双跨单层厂房课程设计。7- 9-混凝土与砌体结构课程设计图3.3 作用于排架上的荷载8混凝土及砌体结构课程设计4.排架内力分析该厂房为两跨等高排架，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见表4.1。表4.1 柱的抗侧刚度及剪力分配系数柱号A柱/C柱2.4350.285B柱2.7970.4304.1 恒载作用下的排架内力分析（1） 恒荷载作用下排架的计算简图如图4.1所示。图4.1 恒载作用下排架计算简图(逆时针)（逆时针）（顺时针）(顺时针)恒载下柱的剪力分配过程简表4.2。表4.2 恒载下柱的剪力分配A柱0.1090.3052.1431.10411.22151.527.160.2857.16B柱0.2811.2691.2680000.4300C柱0.1092.1431.104-11.221-51.52-7.160.285-7.16注： 可根据平衡条件求出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，恒荷载作用下排架结构的弯矩图和轴力图见图4.2。图4.2 恒荷载下排架柱内力（a）单根柱的受力及柱底剪力 （b）弯矩图（kN·m） （c）轴力图（kN） 4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析4.2.1 左跨作用屋面活荷载剪力分配过程列于表4.3，图4.3为活荷载作用下单根柱的受力及内力图。表4.3 屋面活荷载作用AB跨时柱的剪力分配过程柱号左跨A柱2.1431.1041.628.11.0981.840.2850.57B柱1.731 4.86 0.740.430-0.05C柱2.1431.1040000.285-0.52注：对A柱：(逆时针) (逆时针)对B柱：(逆时针)图4.3 屋面活荷载作用于AB跨时排架柱内力（a）单根柱的受力及柱底剪力 （b）弯矩图（kN·m） （c）轴力图（kN） 4.2.2 右跨作用屋面活荷载剪力分配过程列于表4.4，图4.4为活荷载作用下单根柱的受力及内力图。表4.4 屋面活荷载作用BC跨时柱的剪力分配柱号右跨A柱2.1431.1040001.840.2850.52B柱1.731 4.86 0.740.4300.05C柱2.1431.1041.628.11.0980.285-0.57注：其中，对B柱：(顺时针) 对C柱：(顺时针)(顺时针)）图4.4 屋面活荷载作用于BC跨时排架柱内力（a）单根柱的受力及柱底剪力 （b）弯矩图（kN·m） （c）轴力图（kN） 4.3 风荷载作用下排架内力分析 风荷载作用下有两种情况，左吹向右和右吹向左。左吹向右风荷载下剪力分配过程见表4.5，图4.5是风荷载下的内力图。表4.5 风荷载作用AB跨时柱的剪力分配柱号左吹向右A柱0.3261.96-7.22 26.94 -37.770.285-3.54B柱 000.43016.24C柱0.3260.98-3.610.2857.15注：图4.5 风荷载（左吹向右）作用下排架柱内力（a）单根柱的受力及柱底剪力 （b）弯矩图（kN·m） 该设计中右吹向左时的风荷载与左吹向右时的风荷载数值相同，只是方向相反而已，因此在计算时可以利用左吹向右风荷载作用下的内力图（图4.5），图中内力方向均相反，这里从略。4.4吊车作用下排架内力分析4.4.1 吊车竖向荷载作用下排架内力分析吊车竖向荷载作用下有四种基本情况，如图4.6。在吊车竖向荷载作用下柱的剪力分配过程见表4.6。图4.6 吊车竖向荷载作用时的四种基本情况（a）作用于A柱 （b）作用于B柱左 （c）作用于B柱右 （d）作用于C柱表4.6 吊车竖向荷载作用时柱的剪力分配柱号作用于A柱A柱1.104-9.591.160.285-9.92B柱1.26810.750.43010.25C柱1.104000.285-0.33作用于B柱左A柱1.104-3.7423.790.285-10.52B柱1.26827.530.43017.3C柱1.104000.2856.78作用于B柱右A柱1.1040023.790.2856.78B柱1.26827.530.430-17.3C柱1.104-3.740.28510.52作用于C柱A柱1.104001.160.2850.33B柱1.26810.750.430-10.25C柱1.104-9.590.2859.92各种基本情况下排架柱内力见下图。图4.7（1）作用于A柱时排架柱内力（a）单根柱的受力及柱底剪力 （b）弯矩图（kN·m） （c）轴力图（kN） 图4.7（2）作用于B柱左时排架柱内力（a）单根柱的受力及柱底剪力 （b）弯矩图（kN·m） （c）轴力图（kN） 图4.7（3）作用于B柱右时排架柱内力（a）单根柱的受力及柱底剪力 （b）弯矩图（kN·m） （c）轴力图（kN） 图4.7（4）作用于C柱时排架柱内力（a）单根柱的受力及柱底剪力 （b）弯矩图（kN·m） （c）轴力图（kN） 4.4.2 吊车水平荷载作用下的内力分析吊车在水平荷载作用下有两种情况：作用于左跨和作用于右跨。如图4.8所示，每种情况的荷载可以反向。图4.8 吊车水平荷载作用时的两种基本情况（a）作用于左跨 （b）作用于右跨吊车在水平荷载作用下剪力分配过程见表4.7。图4.9为其内力图。表4.7 吊车水平荷载作用时柱的剪力分配柱号作用于左跨A柱0.55713.95-7.77-16.50.285-3.07B柱0.62613.95-8.730.430-1.64C柱000.2854.70作用于右跨A柱00-16.50.2854.70B柱0.62613.95-8.730.430-1.64C柱0.55713.95-7.770.285-3.07注： 图4.9（1）作用于左跨时排架柱内力（a）单根柱的受力及柱底剪力 （b）弯矩图（kN·m） 图4.9（2）作用于右跨时排架柱内力（a）单根柱的受力及柱底剪力 （b）弯矩图（kN·m） 5.内力组合表5.1、5.2分别给出了在各种荷载作用下A柱的内力标准值汇总及内力设计值组合表，表中控制截面及正号内力方向如表中力图所示。由可变荷载控制作用的内力组合表，组合公式为，由永久荷载控制作用的内力组合表，组合公式为。为确定基地尺寸，验算地基承载力的需要，特进行-截面的标准组合，组合公式为。17混凝土与砌体结构课程设计表5.1 A柱内力标准值汇总表柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活荷载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载作用在左跨作用在右跨作用在A柱作用在B柱左作用在B柱右作用在C柱作用在左跨作用在右跨左风右风序号-19 -M22.431.062.44-46.62-49.4431.871.55±2.31±22.095.01-44.43N243.2232.4000000000-M-29.09-7.042.4451.52-11.1331.871.55±2.31±22.095.01-44.43N271.5232.40327.14127.71000000-M18.17-3.285.88-13.96-80.5776.613.73±74.12±53.11102.99-143.37N321.2732.40327.14127.71000000V7.160.570.52-9.92-10.526.780.33±10.88±4.70-18.6118.22注：M（单位为kN·m），N（单位为kN），V（单位为kN）。18混凝土与砌体结构课程设计- 20 -截面及相应的N，V及相应的N，V及相应的±M，V及相应的±M，V 备注-M1.2×0.9×+0.7×()0.7×0.9×0.6×74.970.8×0.7×0.8×0.7×0.9 ×0.6×-56.821.35×0.7×()0.7×0.9×52.810.9×0.7×+0.7×0.9×0.6×69.7460.15一项考虑重力荷载效应起控制作用N314.54243.22351.03243.22243.22-M0.8×0.7×+0.7×0.8×0.7×0.9×0.6×48.601.2×0.9×0.7×+0.7×0.8×()+0.6×-91.741.2×0.9×+0.7×()0.7×0.9×+0.6×12.700.9×+0.7×0.9×+0.6×-34.89N533.23420.02642.93271.52-M1.2×+0.7×0.7×0.8×()0.7×0.9×231.29+0.7×0.7×0.9×0.7×0.9×-253.621.2×0.9×+0.7×0.7×0.9×+0.6×115.43+0.7×+0.7×0.9×0.7×0.9×227.60N568.72424.41702.63321.27V-7.7415.94-4.25-7.58149.23-160.6882.01147.86398.58303.15494.23229.48-3.438.78-3.21-2.75表5.2 A柱由可变荷载控制作用的内力组合注：M（单位为kN·m），N（单位为kN），V（单位为kN）。19混凝土及砌体结构课程设计6.排架柱设计 以A柱为例，进行柱纵向受力钢筋计算。 混凝土强度等级采用，则，。纵向受力钢筋采用HRB400级，相对界限受压区高度。上下柱采用对称配筋，取，则上下柱截面有效高度分别为和。柱计算长度的确定（考虑吊车荷载）：上柱：弯矩作用平面内 弯矩作用平面外下柱：弯矩作用平面内 弯矩作用平面外6.1上柱截面配筋计算 上柱截面已初定为，其控制截面-右四组最不利内力，分别利用其进行截面配筋计算，见表6.1。表6.1 上柱在排架平面内的截面配筋计算内力值74.97-56.8252.8169.74314.54243.22351.03243.22 0.131<0.101<0.146<0.101<判断大小偏心大偏心受压大偏心受压大偏心受压大偏心受压是否考虑附加弯矩影响238.35233.62150.44286.74I 续表20202020258.35253.62170.44306.744.23>1.05.49>1.03.81>1.05.49>1.01.511.521.781.43113.2086.3793.8299.73359.89355.11237.27410.04379.89375.11287.27430.04539.89535.11447.27590.04219.89215.11251.5270.0447.09<80,取8036.41<80,取8052.55<80,取8036.41<80,取80600.38454.16387.81570.13 注： 根据表6.1，取的最大值进行截面配筋。选414， 垂直于排架方向：，查得，则经验算，弯矩作用排架平面外亦满足要求。6.2下柱截面配筋计算 下柱为形截面，其控制截面-有四组最不利内力，分别利用其进行截面配筋计算，见表6.2。 表6.2 下柱在排架平面内的截面配筋计算内力值231.29-253.62115.43227.60568.72424.42702.63321.27 0.236<0.176<0.292<0.134<判断大小偏心大偏心受压大偏心受压大偏心受压大偏心受压是否考虑附加弯矩影响××××406.69597.57164.28708.4430303030436.69627.57194.28738.44846.691037.57604.281148.4426.69217.57215.72328.4485.13>8063.53<80,取80105.18>8048.09<80,取8056.507.31-483.41<0-234.58<051.42312.81513.45357.4822根据表6.2，取进行截面配筋。选414，垂直于排架方向：，查得，则经验算弯矩作用排架平面外亦满足要求。6.3裂缝宽度验算表6.3 柱裂缝宽度验算柱截面上柱下柱内力标准值60.15147.86243.22229.48247.31644.33 比较 0.550.39>0.550.75>0.550.00770.00340.2 0.02209.46422.8900185.59321.4051.720.12<0.2取0.2<0.2取0.20.02<0.30.0001<0.323混凝土及砌体结构课程设计7.牛腿配筋计算7.1牛腿截面高度验算牛腿截面及外形尺寸： 图7.1 牛腿尺寸示意图则：其中, 取按裂缝宽度控制要求验算牛腿截面高度： 牛腿截面高度满足要求。7.2牛腿配筋计算由于，因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，实际选用414,，满足要求。按构造要求布置水平箍筋，取，上部范围内水平箍筋总面积，满足要求。由于，牛腿可不设弯筋。8.柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下边，混凝土达到设计强度后起吊。根据规范查得柱插入杯口深度。则柱吊装时的总长度为，计算简图如下图。 图8.1 柱吊装计算简图柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即 在上述荷载作用下，各控制截面的弯矩为 由得 令，得则下柱段最大弯矩为 柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见下表。 表8.1 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算柱截面 上柱下柱79.52（58.90）103.07（76.35）97.90>71.57181.5592.76246.47224.000.35-0.78<0.2,取0.20.194<0.300.201<0.30注：（1） (2) (3) 9.基础设计基础混凝土强度等级采用C35,下设厚的素混凝土垫层，地基承载力特征值。9.1作用于基础顶面的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底（-截面）传给基础的M，N，V，以及外墙自重重力荷载。前者可由表5.1中-截面选取，见表9.1,其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受承载力验算和底板的配筋计算，内力的正负号规定见图9.1。图9.1 基础荷载示意图表9.1 基础设计的不利内力组 别荷载效应的基本组合荷载效应的标准组合第一组231.29568.72-7.74149.23398.58-3.43第二组-253.62424.4115.94-160.68303.158.78第三组115.43702.63-4.2582.01494.23-3.21 由图9.1可见，每个基础承受的外墙宽度为6.0，高度为，墙体为240双面粉刷墙（），塑钢窗（），基础梁尺寸为（）。每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为厚双面粉刷墙 塑钢窗 基础梁