单层厂房计算书示例

土木工程单层工业厂房计算实例

课程设计示例：

混凝土及砌体结构课程设计

——单层工业厂房设计任务书

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54m，柱距为6m，厂房剖面如图1、2、3所示；

2．厂房每跨内设两台吊车；

3．建设地点为东北某城市(基本雪压0.4kN／m，基本风压0.4kN／m2，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190kpa； 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81.50kN／每榀，21m跨95kN／每榀，24m跨109kN／每榀，27m跨122kN／每榀，30m跨136kN／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0.8kN／m，轨道及垫层构造高度200mm；

(3)天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架重：18m跨25.5kN／每榀，21m跨30kN／每榀，24m跨34kN／每榀，27m跨38.3kN／每榀，30m跨42.5kN／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2.02kN／m；

(5)围护墙采用240mm双面粉刷墙，自重5.24kN/m2。塑钢窗：自重0.45kN／m2，窗宽4.2m，窗高见图1。

(6)基础梁截面为250 mm×600mm；基础梁自重4.2kN／m；

土木工程单层工业厂房计算实例

6．材料：混凝土强度等级为C30，柱的受力钢筋采用HRB335级或HRB400级，箍筋采用HPB235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：0.4kN／m2； 20mm厚水泥砂浆找平层：0.4kN／m2； 30mm细石混凝土面层：0.75kN／m2； 100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4kN／m2； 一毡二油隔汽层：0.05kN／m2； 预应力大型屋板：1.4kN／m2。 8．屋面均布活荷载为0.7kN／m2。

土木工程单层工业厂房计算实例

图2

图3

土木08（1）、08（2）班同学按学号顺序选用下表。

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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。

土木工程单层工业厂房计算实例

目 录

1 设计资料 ................................................ - 1 - 2 柱截面尺寸确定 .......................................... - 1 - 2.1 确定柱高度 .......................................... - 1 - 2.2 确定柱截面尺寸 ...................................... - 1 - 2.3 确定柱截面惯性距 .................................... - 1 - 3 荷载计算 ................................................ - 4 - 3.1 恒荷载 .............................................. - 4 - 3.1.1 屋盖恒载 ........................................ - 4 - 3.1.2 吊车梁及轨道重力荷载设计值 ....................... - 4 - 3.1.3 柱自重重力荷载设计值 ............................. - 4 - 3.2 屋面活荷载 .......................................... - 5 - 3.3 风荷载 .............................................. - 5 - 3.4 吊车荷载 ............................................ - 7 - 3.4.1 吊车竖向荷载..................................... - 7 - 3.4.2 吊车横向水平荷载 ................................. - 8 - 4 内力分析 ................................................ - 8 - 4.1 恒载作用下排架内力分析 ............................... - 8 - 4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析 ........................ - 10 - 4.2.1 A B跨作用屋面活荷载............................. - 10 - 4.2.2 B C跨作用屋面活荷载............................. - 12 - 4.3 风荷载作用下排架内力分析 ............................ - 13 - 4.3.1 左吹风时 ....................................... - 13 -

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4.4 吊车荷载作用下排架内力分析 .......................... - 15 - 4.4.1 Dmax作用于A柱 ................................... - 15 - 4.4.2 Dmax作用于B柱左 ................................. - 16 - 4.4.3 Dmax作用于B柱右 ................................. - 18 - 4.4.4 Dmax作用于C柱 .................................. - 19 - 4.4.5 Tmax作用于AB跨柱 ................................ - 20 - 4.4.6 Tmax作用于BC跨柱 ................................ - 22 - 5 内力组合 ............................................... - 23 - 6 柱截面设计 ............................................. - 26 - 6.1 上柱配筋计算 ....................................... - 26 - 6.2 下柱配筋计算 ....................................... - 27 - 6.3 柱的裂缝宽度验算 ................................... - 29 - 6.4 柱箍筋配置 ......................................... - 30 - 6.5 牛腿设计 ........................................... - 30 - 6.5.1 牛腿截面高度验算 ................................ - 30 - 6.5.2 牛腿配筋计算.................................... - 31 - 6.6 柱的吊装验算 ....................................... - 31 - 7 基础设计 ............................................... - 33 - 7.1 作用于基础顶面上的荷载计算 .......................... - 33 - 7.2 基底尺寸及埋置深度 .................................. - 34 - 7.2.1 按构造要求拟定高度 ............................. - 34 - 7.2.2 拟定基础底面尺寸 ............................... - 35 - 7.2.3 计算基底压力及验算地基承载力 .................... - 35 -

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7.4 基础底板配筋计算 ................................... - 37 - 7.4.1 柱边及变阶处基底反力计算 ........................ - 37 - 7.4.2 柱边及变阶处弯矩计算 ............................ - 38 - 7.4.3 配筋计算 ....................................... - 39 -

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单层厂房结构设计计算书

1.设计资料

本设计方案为左跨吊车C2，右跨吊车C1，牛腿顶标高7.2m，跨度18m，柱距6m。

2.柱截面尺寸确定

2.1 确定柱高度

估计基础埋深2.2m，基础高1.5m，室外地坪标高-0.15m。 A柱顶标高 7.2+0.2+2.099+0.1=9.599m C柱顶标高 7.2+0.2+2.097+0.1=9.597m 中柱总高 H =9.599+0.7=10.299m 下柱高 Hl=7.2+0.7=7.9m 上柱高 Hu=10.299-7.9=2.399m

2.2 确定柱截面尺寸

根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，由混凝土设计规范，6m柱距单层厂房矩形、工字形截面柱截面尺寸限值并参考厂房柱截面形式和尺寸参考表确定柱截面尺寸，见表1

2.3 确定柱截面惯性距

排架平面内惯性矩 A柱、C柱 上柱：Iu

下柱：Il

bh12

112

3

112

400 400

112

3

21.33 10mm

3

84

400 800

3

300 450 4

12

150 25 (

4502

253

)

2

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143.2 108mm4 B柱 上柱：Iu

下柱：Il

bh12

112

3

112

400 600

112

3

84

72.00 10mm

400 800

3

300 450

3

4

12

150 25 (

4502

253

)

2

143.2 108mm4

本案仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图1所示。

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A 柱C 柱

B 柱

图1 计算单元和计算简图

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3.荷载计算

3.1 恒荷载

3.1.1 屋盖恒载

防水层 0.4kN/m2 20mm厚水泥砂浆找平层 0.4kN/m2 100mm厚珍珠岩制品保温层 0.4kN/m2 隔气层 0.05kN/m2 30mm厚细石混凝土面层 0.75kN/m2 预应力大型屋面板 1.4kN/m2 g 3.4kN/m天沟板 2.02kN/m 6m 12.12kN 天 窗 25.50kN/榀 屋架自重 81.50kN/榀 则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：

G1A G1C 1.2 (3.4 6 182 12.12 25.52 81.502） 299.06kNe1A 50mm,e1B 150mm,e1C 50mm

3.1.2 吊车梁及轨道重力荷载设计值

G3A 1.2 （41.3 0.8 6） 55.32kN G3C 1.2 （41.3 0.8 6） 55.32kN

e3A 350mm,e3B 150mm,e3C 350mm

3.1.3 柱自重重力荷载设计值

A柱、C柱 上柱 G4A G4C 1.2 4.0 2.399 11.52kN

下柱 G5A G5C 1.2 4.44 7.9 42.09kN

B柱 上柱 G4B 1.2 6.0 2.399 17.27kN

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下柱 G5B 1.2 4.44 7.9 42.09kN e4A e4C 200mm,e4B 0mm 各项恒载作用位置如图2所示

G 4A

G 1Q1G3

G 3

图2 恒荷载作用位置图（单位：kN）

3.2 屋面活荷载

屋面活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载标准值为0.4kN/m2，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：

Q1 1.4 0.7 6 182 52.92kN

Q1的作用位置与G1作用位置相同，如图2

所示。

3.3 风荷载

风荷载标准值可按式wk z s Zw0计算，其中w0 0.50kN/m2， z 1.0 ， Z根据厂房各部分标高及B类地面粗糙度由查表确定如下：

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柱顶（标高13.37m） Z 1.000 檐口（标高15.07m） Z 1.036 屋顶（标高16.07m） Z 1.064

s如图3a所示，由式wk z s Zw0可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别

为：

w1k Z S1 Zw0 1.0 0.8 1.000 0.4 0.32kN/m

2

w2k Z S2 Zw0 1.0 0.4 1.000 0.4 0.16kN/m

2

（a）

当a 4h时， 取μs 0.2 当a 4h时， 取μs 0.6

图3 风荷载体型系数及排架计算简图

则作用于排架计算简图（图3b）上的风荷载设计值为：

q1 1.4 0.32 6.0 2.688kN/m q2 1.4 0.16 6.0 1.344kN/m

Fw 1.4 (0.8 0.4) 1.036 1.7 ( 0.4 0.2) 1.064 1.0 （0.6 2

0.5 2） 1.137 2.6 （ 0.7 0.6） 1.148 0.45

1.0 0.4 6.0

28.06kN

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3.4 吊车荷载

已知200/50kN吊车参数：B 5.955m,K 4.0m,g 69.77kN,Q 200kN,

Fp,max 185kN,Fp,min 35kN

；160/32kN吊车参数：B 5.955m,K 4.0m,

；根据B及K，可算得吊车梁支座反力

g 63.26kN,Q 160kN,Fp,max 163kN,Fp,min 32kN

影响线中各轮压对应点的竖向坐标值。如图4所示。

3.4.1 吊车竖向荷载

A柱

Dmax QPP，

maxDmin QPP，

min

y y

i

i

1.4 185 (1 0.674 0.33 0.0075) 521.76kN 1.4 35 2.01 98.49kN

C柱

Dmax QPP，

maxDmin QPP，

min

y y

i

i

1.4 163 (1 0.674 0.333 0.0075) 458.68kN 1.4 32 2.01 90.05kN

0.0075

0.674

1.0

A柱

图4 吊车荷载作用下支座反力影响线

A柱与C柱的吊车荷载作用下的支座反力影响线图形相同

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3.4.2 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

TA

1414

(Q g)

1414

0.1 (200 69.77) 6.744kN

TB

(Q g) 0.1 (160 63.26) 5.582kN

作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值 Tmax QTA yi 1.4 6.744 2.01 18.98kN Tmax QTB yi 1.4 5.582 2.01 15.71kN

4.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

i结果如表2。

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5a所示。图中的重力荷载G及力矩M是根据图2确定的，即

A柱、C柱 G1 G1 299.06kN; G2 G3A G4A 55.32 11.52 66.84kN

G3 G5A 42.09kN; M1 G1e1A 299.06 0.05 14.953kN

M2 (G1 G4A)e4A G3 e3A (299.06 11.52) 0.2 55.32 0.35 42.754kN m

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B柱 G5 G4B G3 17.27 55.32 2 127.91kN

G6 G5B 42.09kN

由于图5a所示排架为对称结构且作用对称荷载，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Ri可根据教材表2.5.2所列的相应公式计算。对于A柱、C柱，nA 0.149, 0.233则

32

1 (1 1 (

32

1nA

)

1.836，C3

A柱 、C柱 C1

32

1nA

1 1 (

3

2

1)

1nA

1.323 1)

RA

M1AH

C1

M2AH

C3

14.953 1.836 42.754 1.23

10.299

8.158kN ( )

本例中RB 0。求得Ri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5b，c。

图5d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。

(a)

MM1

2

3

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14.95314.953

299.06598.12299.06

310.58

365.90

(c)

310.58365.90

615.39726.03

407.99768.12407.99

（d）

+N

+M

+V

+V

图5 恒载作用下排架内力图

4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析

4.2.1 AB跨作用屋面活荷载

排架计算简图如图6a所示。其中Q1 52.92kN，它在柱顶及变阶处引起的力矩为

M1A 52.92 0.05 2.65kN m M2A 52.92 0.2 10.58kN m M1B 52.92 0.15 7.94kN m

对于A柱，C1 1.836，C3 1.323，则

土木工程单层工业厂房计算实例

RA

M1AH

C1

M2AH

C3

2.65 1.836 10.58 1.323

10.299

1.83kN( )

对于B柱，n 0.513， 0.233，则

32

1 (1 1 (

32

1n

)

1.561

C1

1n

1)

RB

M1BH

C1

7.9410.299

1.561 1.20kN( )

则排架柱顶不动铰支座总反力为：

R RA RB 1.83 1.20 3.031kN( )

将R反向作用于排架柱顶，用式VA RA AR 1.79 0.270 0.81 1.03kN( )计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即

VA RA AR 1.83 0.326 3.03 0.842kN( )VB RB BR 1.20 0.348 3.03 0.145( )

VC CR 0.326 3.03 0.988( )

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图6b，c所示。

(a)

MM

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(b)

2.657.94

52.92

52.92

(c)

52.92

52.92

图6 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图

4.2.2 BC跨作用屋面活荷载

由于结构对称AB、BC跨相同，将图位置和方向调整一下即可。

(a)

MM

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(b7.94

2.65

52.9252.92

(c)

52.92

图7 BC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

4.3.1 左吹风时

计算简图如图8a所示。对于A、C柱，nA 0.149， 0.233，由表3[1 4

(

1A柱 Cn 1)]

11

8[1 3

(

1 0.356 n

1)]

RA q1HC11

2.688 10.299 0.356 9.86kN( ) Rc q2HC

11

1.344 10.299 0.356 4.93kN( )

R RA RB Fw 9.86 4.93 28.06 42.85kN( )

各柱顶剪力分别为：

VA RA AR 9.86 0.326 42.85 4.144kN( )VB BR 0.348 42.85 14.91kN( )

VC RC CR 4.93 0.326 42.85 9.04kN( )

排架内力图如图8b所示。

2.5.2得:

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（a）

Fw

q

2

( b )

图8 左吹风时排架内力图

4.3.2 右吹风时

将A、C柱内力符号对换，且内力符号改变即可。 排架内力图如图9b所示。

（a）

Fw

q2

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/g054.html