單層廠房課程設(shè)計(jì) 1 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 一、 設(shè)計(jì) 題目 某金屬裝配車間雙跨等高廠房。 二、 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 1、 計(jì)算排架所受的各項(xiàng)荷載 。 2、 計(jì)算各種荷載作用下的排架內(nèi)力（吊車荷載不考慮廠房的空間整體作用）。 3、 邊柱（ A、 C 軸線）及中柱（ B 軸線）的柱及牛腿設(shè)計(jì)，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。 4、 繪制施工圖：柱模板圖和配筋圖，基礎(chǔ)模板圖和配筋圖。 三、 設(shè)計(jì) 資料 1、 金屬結(jié)構(gòu)車間為兩跨廠房，跨度均為 21m。 廠房總長 54m，柱距 6m。廠房標(biāo)高：室內(nèi)地面 外地面 車軌頂標(biāo)高 班 架下弦標(biāo)高 一班 班 2、 廠 房每跨內(nèi)設(shè)兩臺(tái)吊車， 工作制，起重量 單學(xué)號(hào) 15/3t、 雙學(xué)號(hào) 20/5t。吊車其它參數(shù)參見 “ 550/5t 一般用途電動(dòng)橋式起重機(jī)基本參數(shù)和尺寸（ 列）”。 3、 建設(shè)地點(diǎn)為某城市，基本雪壓 本風(fēng)壓 結(jié)深度 房自然地坪下 回填土，回填土的下層 8基承載力特征值40質(zhì)分布均勻。下層為粗砂土，地基承載力特征值50下水位 4、 廠房標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件選用及荷載標(biāo)準(zhǔn)值如下： 1) 屋架采用 21m 梯形鋼屋架，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范附錄 A“常用構(gòu)件和材料的自重”，按 支撐，按屋面水平投影面積計(jì)算，單位 kN/L 為跨度，以 算屋架自重標(biāo)準(zhǔn)值（包括支撐）。屋架側(cè)端高度 架在天窗架側(cè)板處的高度為 2) 吊車梁選用鋼筋混凝土等截面吊車梁，梁高 900重標(biāo)準(zhǔn)值29，軌道及零件自重 m，軌道及墊層構(gòu)造高度 200 3) 天窗采用矩形縱向天窗，每 榀天窗架每側(cè)傳給屋架的豎向荷載為 單層廠房課程設(shè)計(jì) 2 34括自重、側(cè)板、窗扇、支撐等的自重）。天窗側(cè)板高度 窗架坡屋頂高度 4) 天溝板自重標(biāo)準(zhǔn)值為 m。 5、 圍護(hù)墻采用 240粉刷墻，自重 5.2 kN/窗：自重 kN/寬 高 護(hù)墻直接支撐于基礎(chǔ)梁上，基礎(chǔ)梁截面為 240450礎(chǔ)梁自重 m。 6、 材料：混凝土強(qiáng)度等 級(jí) 30； 柱的縱向鋼筋采 用 其余鋼筋 I 級(jí)。 7、 屋面卷材防水法及荷載標(biāo)準(zhǔn)值如下： 三氈四油防 水層上鋪小石子： 0.4 kN/ 25水泥砂漿找平層： 0.5 kN/ 1000.4 kN/ 一氈二油隔汽層： kN/ 25水泥砂漿找平層： 0.5 kN/ 61.4 kN/ 四、 設(shè)計(jì)要求 1、 計(jì)算內(nèi)容完整，計(jì)算正確，有必要的示意圖。 2、 計(jì)算書裝訂：封皮、任務(wù)書、計(jì)算書，格式采用統(tǒng)一模板，可電子錄入后打?。▎蚊婊螂p面打印均可），也可手寫但不得用鉛筆書寫。 3、 計(jì)算書部分表述符合專業(yè)要求。所有示意圖、表格都有編號(hào)，安排在正文引用的 附近位置。示意圖線條規(guī)整、字跡清楚、整潔。 4、 施工圖符合建筑制圖規(guī)范的要求。 單層廠房課程設(shè)計(jì) 3 計(jì)算 書 一、設(shè)計(jì)資料 （一）、 設(shè)計(jì) 題目 某金屬裝配車間雙跨等高廠房。 （二）、 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 1、計(jì)算排架所受的各項(xiàng)荷載 。 2、計(jì)算各種荷載作用下的排架內(nèi)力（吊車荷載不考慮廠房的空間整體作用）。 3、邊柱（ A、 C 軸線）及中柱（ B 軸線）的柱及牛腿設(shè)計(jì)，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。 4、繪制施工圖：柱模板圖和配筋圖，基礎(chǔ)模板圖和配筋圖。 （三）、 設(shè)計(jì) 資料 1、金屬結(jié)構(gòu)車間為兩跨廠房，跨度均為 21m。 廠房總長 54m，柱距 6m。廠房標(biāo)高：室內(nèi)地 面 外地面 車軌頂標(biāo)高 架下弦標(biāo)高 2、廠房每跨內(nèi)設(shè)兩臺(tái)吊車， 工作制，起重量 20/5t。吊車其它參數(shù)由表 出。 吊車位置 起重量（ 橋跨 m） 小車重 g（ 最大輪壓k(大車輪距K（ m） 大車寬 B（ m） 車高 H（ m） 吊車總重（ 左跨（ 車 200/50 187 264 右跨（ 車 200/50 187 264 表 吊車的有關(guān)參數(shù)參數(shù)表 3、建設(shè)地點(diǎn)為某城市，基本雪壓 本風(fēng)壓 結(jié)深度 房自然地坪下 填土的下層 8基承載力特征值 240的天然重度為 質(zhì)分 單層廠房課程設(shè)計(jì) 4 布均勻。下層為粗砂土，地基承載力特征值50下水位 4、廠房標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件選用及荷載標(biāo)準(zhǔn)值如下： （ 1）、 屋架采用 21m 梯形鋼屋架，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范附錄 A“常用構(gòu)件和材料的自重”，按 支撐，按屋面水平投影面積計(jì)算，單位 kN/L 為跨度，以 算屋架自重標(biāo)準(zhǔn)值（包括支撐）。屋架側(cè)端高度 架在天窗架側(cè)板處的高度為 （ 2）、 吊車梁選用鋼筋混凝土等截面吊車梁，梁高 900重標(biāo)準(zhǔn)值29，軌道及零件自重 m，軌道及墊層構(gòu)造高度 200 （ 3）、 天窗采用矩形縱向天窗，每榀天窗架每側(cè)傳給屋架的豎向荷載為34括自重、側(cè)板、窗扇、支撐等的自重）。天窗側(cè)板高度 窗架坡屋頂高度 （ 4）、 天溝板自重標(biāo)準(zhǔn)值為 m。 5、 圍護(hù)墻采用 240粉刷墻，自重 5.2 kN/窗：自重 kN/寬 高 護(hù)墻直接支撐于基礎(chǔ)梁上，基礎(chǔ)梁截面為 240450礎(chǔ)梁自重 m。 6、 材料：混凝土強(qiáng)度等 級(jí) 30； 柱的縱向鋼筋采 用 其余鋼筋 I 級(jí)。 7、 屋面卷材防水 法及荷載標(biāo)準(zhǔn)值如下： 三氈四油防水層上鋪小石子： 0.4 kN/ 25水泥砂漿找平層： 0.5 kN/ 1000.4 kN/ 一氈二油隔汽層： kN/ 25水泥砂漿找平層： 0.5 kN/ 61.4 kN/ 二、材料的選用 混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 的縱向鋼筋采用 ，其余鋼筋采用 I 級(jí)。 三、計(jì)算簡圖及柱截面幾何參數(shù)的確定 1、計(jì)算簡圖 本裝配車間工藝無特殊要求，荷 載分布均勻。故選具有代表性的排架進(jìn) 單層廠房課程設(shè)計(jì) 5 負(fù)荷范圍行結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)。排架的負(fù)荷范圍如 圖 示。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖如 圖 示。 下面來確定結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖中的幾何尺寸。 圖 排架的負(fù)荷范圍 圖 結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖 2、柱截面幾何參數(shù)的確定 (1)、基礎(chǔ)的埋置深度及基礎(chǔ)高度： 考慮凍結(jié)深度及回填土層，選取基礎(chǔ)至室外地面為 步估計(jì)基礎(chǔ)的高度為 基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為 (2)、牛腿頂面標(biāo)高確定： 單層廠房課程設(shè)計(jì) 6 軌頂標(biāo)高為 10m，吊車梁高 道及墊層高度為 可得牛腿頂標(biāo)高為 (3)、上柱標(biāo)高的確定： 屋架下弦標(biāo)高 為 上柱頂?shù)臉?biāo)高為 (4)、計(jì)算簡圖中上柱和下柱的高度尺寸確定： 上柱高： 柱高： 的總高度： (5)、柱截面確定：上柱選矩形截面，下柱選工字形截面 對于下柱截面高度 h：由于下柱 車梁及軌道構(gòu) 造高度為 因此，基礎(chǔ)頂至吊車梁頂?shù)母叨纫詓=+ 作用在柱頂以下墻面上的風(fēng)荷載按均布考慮，其風(fēng)壓高度變化系數(shù)可按注頂標(biāo)高取值。 柱頂至屋脊間屋蓋部分的風(fēng)荷載，仍取為均布的，其對排架的作用則按作用在柱頂?shù)乃郊酗L(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 慮。 這時(shí)的風(fēng)壓高度變化系數(shù)可按天窗檐口取值； 柱頂至室外地面的高度為： Z=窗檐口至室外地面的高度為 ： Z=按線性內(nèi)插法確定 z: 柱頂 : 015()z 天窗檐口處 : 15 015()z 左風(fēng)情況下風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值 : = = 柱頂以上的風(fēng)荷載可轉(zhuǎn)化為一個(gè)水平集中力計(jì)算 ,其風(fēng)壓高度變化系數(shù)統(tǒng)一按天窗檐口處 z= 值 s (*()*(*(* 單層廠房課程設(shè)計(jì) 13 右風(fēng)和左風(fēng)情況對稱 ,方向相反。 圖 風(fēng)荷載作用下雙跨排架的計(jì)算簡圖 五、內(nèi)力分析 本單層廠房是兩胯的對稱結(jié)構(gòu)， C 主和 A 柱受力完全一樣，因此只要計(jì)算 可以了。 本廠房為兩跨 等高排架，可用剪力分配法進(jìn)行排架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算。在各種 荷載作用柱頂按可動(dòng)鉸支座計(jì)算，不考慮廠房的空間工作。這里規(guī)定柱頂不動(dòng)鉸支 座反力 R，柱頂剪力 V 和水平荷載自左向右為正，截面彎矩以柱左側(cè)受拉為正， 柱的軸力以受壓為正。 1、計(jì)算剪力分配系數(shù) 單位力 作 用 下 懸 臂 柱 的 柱 頂 位 移 ： u= 1+ 3(1n 計(jì)算有關(guān)參數(shù)： ： =n=L=5208*106/(06)=0=3/1+ 3(1n=3/1+柱： =n=L=06/（ 06） =0=3/1+ 3(1n=3/1+位力作用下懸臂柱的柱頂位移： A， (120503/（ C*06） = 單層廠房課程設(shè)計(jì) 14 B， (120503/（ C*06） = +kb+1 +1/ C 所以，三 根柱的剪力分配系數(shù)為： A=K A/K= B =K B /K=c=0. 2798 驗(yàn)算： A+ B +c當(dāng)柱頂有水平荷載 F 時(shí)，求出剪力分配系數(shù)后，即可求出柱頂剪力： 出柱頂剪力后，即可按懸臂柱繪出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖。下面進(jìn)行各種荷載走 作用下排架的內(nèi)力。 2、恒載下排架內(nèi)力： 圖 永久荷載作用下雙跨排架的計(jì)算簡圖 對 M 作用進(jìn)行排架分析，對 圖 各柱頂不動(dòng)鉸支座的支座反力： 1(n/1(1n=1+ 1 2 9 8 . 3 7 K 2 1 . 8 7 5 K 2 9 8 . 3 7 K 3 0 . 6 2 5 K 5 9 6 . 7 4 K 2 9 . 8 3 7 K N 1 2 5 . 9 0 8 K N 2 9 . 8 3 7 K N 2 1 . 8 7 5 K 1 2 5 . 9 0 8 K N M 單層廠房課程設(shè)計(jì) 15 1)/1(1n= 1+0 A 柱： = n =1= = 所以 1+ ） ） 所以：假設(shè)的排架柱頂不動(dòng)鉸支座的支座反力之和 R= 所以：各柱頂?shù)膶?shí)際剪力為： ） ） 圖 柱頂?shù)膶?shí)際剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算?，F(xiàn)把各柱的軸力 算過程敘述如下，彎矩和剪力的計(jì)算從略。排架的彎矩圖，柱底剪力（向左為正）和軸力圖如圖 柱軸力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算： 頂： N=柱底： N=柱頂： N=柱底： N=柱：柱頂： N= 1 3 1 . 5 K 4 . 7 2 5 K N 3 1 . 5 K N Q 1 3 1 . 5 K N Q 1 3 1 . 5 K 3 . 1 5 K N 1 2 . 6 K N 4 . 7 2 5 K N 1 2 . 6 K N 3 . 1 5 K N M 單層廠房課程設(shè)計(jì) 16 上柱底： N=柱頂： N=柱底： N=（ a） 永久荷載作用下的彎矩（ 和柱底剪力（ （ b）永久荷載作用下的軸力（ 圖 永久荷載作用下排架的內(nèi)力圖 3、屋面活荷載下的內(nèi)力 A 柱： =n=L=1=N（ ） 2= ） 所以 1+ ） =n=L=1=1(n/1(1n=1+B=1= ) 所以：假設(shè)的排架柱頂不動(dòng)鉸支座的支座反力之和 R=B+ ） 所以：各柱頂?shù)膶?shí)際剪力為： R= ） R=N（ ） N（ ） 各柱頂?shù)膶?shí)際剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。 7 7 1 . 3 9 57 1 4 . 9 6 56 2 7 . 3 6 55 1 . 3 5 9V = 1 7 . 1 1 5 4 V = 1 7 . 1 1 5 44 1 5 . 8 2 5- 5 1 . 3 5 62 8 . 9 7 32 8 . 9 7 33 0 . 9 2 79 4 . 9 8 19 4 . 9 8 1- 3 0 . 9 2 73 2 0 . 2 4 53 6 4 . 0 4 52 9 8 . 3 7 5 9 6 . 7 44 1 5 . 8 2 53 2 0 . 2 4 53 6 4 . 0 4 52 9 8 . 3 = 單層廠房課程設(shè)計(jì) 17 4、吊車荷載作用下的排架內(nèi)力（不考慮廠房整體空間工作） （ 1）、 有吊車荷載， k 作用在 A 柱，k 作用在 B 柱時(shí)排架內(nèi)力分析，其計(jì)算簡圖如 圖 示。 A 柱： = n= 2=HM 圖 B 柱： =n= （ 1） /1+ 3 （= （ 1+= i n ,2以：假設(shè)的排架柱頂不動(dòng)鉸支座的支座反力之和 R=B+ ） 所以：各柱頂?shù)膶?shí)際剪力為： )(3 1 9 8 9 2 )(2 5 8 8 1 )(9 3 6 9 各柱頂?shù)膶?shí)際剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，排架的彎距圖，D m a x , k = 3 5 9 . 0 4D m i n , k = m a x , k =3 5 . 9 0 4 K NK m i n , k = 8 3 . 5 2 K N 單層廠房課程設(shè)計(jì) 18 柱底剪力（向左為正）和軸力圖如 圖 示。 (a) 柱時(shí)的軸力 ( (b) 柱時(shí)的彎距和柱底剪力 圖 2）、 有吊車荷載， k 作用在 B 柱， k 作用在 A 柱時(shí)排架內(nèi)力分析，其計(jì)算簡圖如 圖 示。 A 柱： =0290； n= 2=HM ） B 柱： =n= 1） /1+ 3 （= 1+= 2=HM ） 圖 C 柱： 所以：假設(shè)的排架柱頂不動(dòng)鉸支座的支座反力之和 R=B+ ） 所以：各柱頂?shù)膶?shí)際剪力為： R= ） R= ） R= ） 各柱頂?shù)膶?shí)際剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，排架的彎距圖，柱底剪力（向D k = k k = N k =N 單層廠房課程設(shè)計(jì) 19 左為正）和軸力圖如 圖 示。 圖 3）、 有吊車荷載， k 作用在 B 柱， k 作用在 C 柱時(shí)排架內(nèi)力分析，其計(jì)算簡圖如圖 示。 B 柱： =n= 2=HM ） C 柱： =n= 2=HM ） A 柱： 所以：假設(shè)的排架柱頂不動(dòng)鉸支座的支座反力之和 R=B+ ） 所以：各柱頂?shù)膶?shí)際剪力為： R= ） R= ） R= ） 單層廠房課程設(shè)計(jì) 20 各柱頂 的實(shí)際剪力求出后，即可按懸 臂柱進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，排架的彎距圖，柱底剪力（向左為正）和軸力圖如 圖 示。 圖 a) k 在 B 柱時(shí)的軸力 ( (b) k 作用在 B 柱時(shí)的彎距和柱底剪力 圖 （ 4）、 柱， B 柱： =n= 2=HM ） =1 1 . 6 6 2 m i n , k 1 1 6 . 6 2= 3 5 3 . 8 7m a x , k =4 7 1 . 8 3 單層廠房課程設(shè)計(jì) 21 C 柱： =n= 2=HM ） A 柱： 所以：假設(shè)的排架柱頂不動(dòng)鉸支座的支座反力之和 R=B+ ） 所以：各柱頂?shù)膶?shí)際剪力為： R= ） R= ） R= ） 各柱頂?shù)膶?shí)際 剪力求出后，即可按懸 臂柱進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，排架的彎距圖，柱底剪力（向左為正）和軸力圖如 圖 示。 - 6 . 6 7(a) k 在 (b) k 作用在 圖 有吊車 k 作用在 C 柱時(shí)排架內(nèi)力圖 （ 5）、m a x B 跨，即 有吊車 吊車水平荷載 k 的作用點(diǎn)距柱頂?shù)木嚯x y=y/此排架柱頂不動(dòng)鉸支座的支座反力系數(shù) 用線形內(nèi)插法確定。 A、 C 柱： =0290； n= 當(dāng) y=0. 7 3（ n+/21+ 3（ 1/= y=0. 8 3（ n+/21+ 3（ 1/=以當(dāng) y=0. 743 m a x , k =4 7 1 . 8 3=8 7 . 4 7 m i n , k 1 1 6 . 6 2= 4 7 . 1 8 20 k 作用在 C 柱， k 作用在 D 柱時(shí)排架計(jì)算簡圖 . 單層廠房課程設(shè)計(jì) 22 = 柱： = n= 4= 3（ n+/21+ 3（ 1/= y=0. 8 3（ n+/21+ 3（ 1/=以當(dāng) y=0. 743 =頂不動(dòng)鉸支座反力的計(jì)算： A 柱： 2= k= ） B 柱： 2= k= ） C 柱： 所以：假設(shè)的柱頂不動(dòng)鉸支座的支座反力之和： R= B+ ） 所以：各柱頂?shù)膶?shí)際剪力為： R= ） R= ） R= ） 各柱頂?shù)膶?shí)際剪力求出后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。排架的彎矩圖，柱底剪力和軸如圖所示，柱的軸力為零 5、風(fēng)載下的排架內(nèi)力 （ 1）、左風(fēng)情況： 在均布風(fēng)荷載作用下，各柱頂不動(dòng)鉸支座反力的計(jì)算： 圖 柱： =n= 1+ 4（ 1/81+ 3（ 1/=A= ） C 柱： =n=l=C = ） = 單層廠房課程設(shè)計(jì) 23 所以：假設(shè)的柱頂不動(dòng)鉸支座的支座反力之和： R= B+ ） 所以：各柱頂?shù)膶?shí)際剪力為： R+ ） R+ ） R+ ） w 各柱頂?shù)膶?shí)際剪力求出 后，即可按懸臂柱進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。排架的彎矩圖，柱底剪力和軸力圖如 圖 示，柱的軸力為零。 2右風(fēng)情況：其計(jì)算簡圖如圖 于對稱性，右風(fēng)作用時(shí)的內(nèi)力圖如圖所示。 六、最不利內(nèi)力組合 1、荷載組合系數(shù) 關(guān)于荷載組和系數(shù)，風(fēng)荷載： 他 準(zhǔn)永久 值系數(shù)風(fēng) 0，屋面活荷載：不上人 0，上人： 車： 四臺(tái)吊車的轉(zhuǎn)換系數(shù)為 2、控制截面 上柱底 柱頂 柱底 一個(gè)控制截面均進(jìn)行基本組合，用于柱配筋計(jì)算和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；標(biāo)準(zhǔn)組合：用于柱裂縫寬度驗(yàn)算和地基承載力設(shè)計(jì)。 由于地質(zhì)條件較好，本題不進(jìn)行地基變形驗(yàn)算，否則還應(yīng)增加 面的準(zhǔn)永久組合。 圖 右風(fēng)情況排架的彎矩圖 單層廠房課程設(shè)計(jì) 24 基本組合采用的荷載組合方式用規(guī)范給出的簡化組合方式，即： （ 1） 恒荷載 +意兩個(gè)或者兩個(gè)以上活荷載之和） （ 2） 恒載 +任意活載 標(biāo)準(zhǔn)組合，也可采用 上述的基本組合規(guī)則，但荷載的分項(xiàng)系數(shù)均為 最不利內(nèi)力： X、及相應(yīng)的、及相應(yīng)的、及相應(yīng)的、及相應(yīng)的3、內(nèi)力組合表 分別對 A、 制內(nèi)力組合表。 由附表給出。 七、柱的設(shè)計(jì) （一） A、 C 柱截面設(shè)計(jì) 砼：強(qiáng)度等級(jí) , B =柱： 55 0 柱： 2 6 5351 3 0 00 h 在腹板范圍內(nèi) 1 00500()( 101 上柱高 柱高 高 柱截面尺寸見表，確定柱的計(jì)算長度。 排架方向：當(dāng)考慮吊車荷載時(shí) 上柱： 下柱： 當(dāng)不考慮吊車荷載時(shí) 上柱 下柱： l 垂直于排架方向：（按無柱間支撐） u u 單層廠房課程設(shè)計(jì) 25 當(dāng)考慮吊車荷載時(shí) 上柱： 下柱 當(dāng)不考慮吊車荷載時(shí) 上柱：下柱 下柱： 該廠房工作環(huán)境屬一類環(huán)境，預(yù)制構(gòu)件砼保護(hù)層。按規(guī)范要求，取 25 s= s=35本設(shè)計(jì)采用對稱配筋，選取內(nèi)力時(shí)，只考慮彎矩絕對值。經(jīng)分析，對基本組合所選擇的不利內(nèi)力見表。 截面 M N 是否為吊車荷載 初步判別大小偏心 大偏壓 大偏壓 大偏壓 大偏壓 大