单层厂房课程设计金属结构车间双跨等高厂房

混凝土及砌体结构

课程设计

单层厂房结构设计任务书

一、设计题目：金属结构车间双跨等高厂房。 (每人一题，按学号分配) 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，柱下单独基础设计；

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，吊车均为软钩吊车；

3．建设地点为东北某城市(基本雪压0.40KN／m，基本风压0.50KN／m2，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 mmX600mm；基础梁自重4.2KN／m；

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．屋面卷材防水做法及荷载标准值如下：

防水层：0.4KN／m2；

25mm厚水泥沙浆找平层：0.5KN／m2； 100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4KN／m2； 隔汽层：0.05KN／m2；

25mm厚水泥砂浆找平层：0.5KN／m2； 预应力大型屋面板：1.4KN／m2。 8．屋面均布活荷载为0.5KN／m2。

图1

-0.150+0.000柱顶 轨顶

图2

图3

表1 各学号所对应的桥式吊车和牛腿标高 左跨吊车序号 跨度 18 18 18 21 21 21 24 24 24 27 27 27 30 30 C1 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 C2 2 14 26 38 50 62 74 86 98 110 122 134 146 158 C3 3 15 27 39 51 63 75 87 99 111 123 135 147 159 C4 4 16 28 40 52 64 76 88 100 112 124 136 148 160 C1 5 17 29 41 53 65 77 89 101 113 125 137 149 161 C2 6 18 30 42 54 66 78 90 102 114 126 138 150 162 C3 7 19 31 43 55 67 79 91 103 115 127 139 151 163 C4 8 20 32 44 56 68 80 92 104 116 128 140 152 164 C1 9 21 33 45 57 69 81 93 105 117 129 141 153 165 C2 10 22 34 46 58 70 82 94 106 118 130 142 154 166 C3 11 23 35 47 59 71 83 95 107 119 131 143 155 167 C4 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 右跨吊车序号 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C4 C1 C2 C3 C4 C1 C2 C3

30 169 7.8 170 8.1 171 8.4 172 8.7 173 9.0 174 9.3 175 9.6 176 177 178 179 180 C4 轨顶标高(m) 9.9 10.2 10.5 10.8 11.1

表2 吊车数据（工作级别A5） 轨道中小车大车桥跨 最大轮压 心之端重 轮距 LQ(m) Pmax(kn) 部距离g(kn) BQ(m) b(mm) 16.5 63.26 163 4.00 230 19.5 C1 160/32 22.5 25.5 28.5 16.5 19.5 C2 200/50 22.5 25.5 28.5 16.5 19.5 C3 320/50 22.5 25.5 28.5 16.5 19.5 C4 500/100 22.5 25.5 28.5 63.26 63.26 63.26 63.26 69.77 69.77 69.77 69.77 69.77 109 109 109 109 109 155 155 155 155 155 185 193 205 214 185 207 216 230 239 278 301 313 331 344 420 430 456 474 487 4.10 4.10 5.00 5.00 4.00 4.10 4.10 5.00 5.00 4.65 4.70 4.70 5.00 5.00 4.80 4.80 4.80 5.00 5.00 260 260 260 260 230 260 260 260 260 260 300 300 300 300 300 300 300 300 300 吊车序号 起重量(kn) 轨顶以上高度H(mm) 2097 2097 2187 2185 2185 2099 2099 2189 2189 2189 2341 2471 2471 2471 2471 2734 2734 2734 2734 2734 大车宽 B(m) 5.955 6.055 6.055 6.390 6.390 5.955 6.055 6.055 6.390 6.390 6.640 6.690 6.690 6.990 6.990 6.775 6.775 6.775 6.975 6.975 吊车总重 G(kn) 230 270 300 340 380 240 290 320 370 400 330 380 410 460 500 440 490 530 580 620 表3 吊车梁数据（工作级别A5） 梁型号 YDL1 YDL2 YDL3 起重量(kn) 160 200 320 跨 度(m) 16.5-28.5 16.5-28.5 16.5-28.5 梁 高(mm) 1200 1200 1200 梁 重(kn) 41.3 41.5 46.0

YDL4 500 16.5-28.5 1500 60.3 注： 1、土木07专升本选1-55号方案

2、土木07（2）选60-114号方案 3、土木07（1）选120-165号方案

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 .......................... - 11 - 4.2.1 A B跨作用屋面活荷载 .............................. - 11 - 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 - 4.3.2 右吹风时 .......................................... - 14 - 4.4 吊车荷载作用下排架内力分析 ............................ - 16 - 4.4.1 Dmax作用于A柱 ..................................... - 16 - 4.4.2 Dmax作用于B柱左 ................................... - 17 - 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 ................................................ - 29 - 6.1 上柱配筋计算 .......................................... - 29 - 6.2 下柱配筋计算 .......................................... - 30 - 6.3 柱的裂缝宽度验算 ...................................... - 32 - 6.4 柱箍筋配置 ............................................ - 32 - 6.5 牛腿设计 .............................................. - 32 - 6.5.1 牛腿截面高度验算 .................................. - 33 -

6.5.2 牛腿配筋计算 ...................................... - 33 - 6.6 柱的吊装验算 .......................................... - 33 - 7 基础设计 .................................................. - 35 - 7.1 作用于基础顶面上的荷载计算 ............................ - 35 - 7.2 基底尺寸及埋置深度 .................................... - 36 - 7.2.1 按构造要求拟定高度 ................................ - 36 - 7.2.2拟定基础底面尺寸 ................................... - 37 - 7.2.3计算基底压力及验算地基承载力 ....................... - 37 - 7.3 基础高度验算 .......................................... - 38 - 7.4 基础底板配筋计算 ...................................... - 39 - 7.4.1 柱边及变阶处基底反力计算 .......................... - 39 - 7.4.2 柱边及变阶处弯矩计算 .............................. - 40 - 7.4.3 配筋计算 .......................................... - 41 -

单层厂房结构设计计算书

1.设计资料

本设计方案为107号，左跨吊车C3，右跨吊车C2，轨顶标高10.8m，跨度24m，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 10.8+2.471+0.1=13.37m C柱顶标高10.8+2.189+0.1=13.09m

上柱高 Hu=13.37-10.8+1.2+0.2=3.97m 中柱总高 H =13.37+0.70=14.07m 下柱高 Hl=14.07-3.97=10.10m

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

bh31??500?5003?52.08?108mm4 A柱 上柱：Iu?1212

下柱：Il?111550252?500?10003??400?5503?4??200?25?(?) 1212223?353.37?108mm4

bh31??500?6003?90.00?108mm4 B柱 上柱：Iu?1212下柱：Il?111750252?500?12003??400?7503?4??200?25?(?) 1212223?565.42?108mm4

bh31??500?4003?26.67?108mm4 C柱 上柱：Iu?1212下柱：Il?111550252?500?10003??400?5503?4??200?25?(?) 1212223?353.37?108mm4

表1 柱截面计算参数 计算参数 柱号 上柱 A 下柱 截面尺寸/mm 矩500?500 面积 /mm 2惯性矩/mm4 自重 /（kN/m） 2.5?105 2.7?105 3.0?105 52.08?108 353.37?108 90.00?108 6.25 ?500?1000?100?200 矩500?600 6.75 7.50 7.25 5.00 6.75 上柱 B 下柱 上柱 C 下柱 ?500?1200?100?200 矩500?400 2.9?105 2.0?105 565.42?108 26.67?108 353.37?108 ?500?1000?100?200 2.7?105 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。

100100100500500500500500500200252510002006002002525120020040020025251000200A 柱B 柱C 柱500

240002400010100140703970

图1 计算单元和计算简图

3.荷载计算

3.1 恒荷载

3.1.1 屋盖恒载

防水层 0.4kN/m

25mm厚水泥砂浆找平层 0.5kN/m 100mm厚珍珠岩制品保温层 0.4kN/m

222隔气层 0.05kN/m

25mm厚水泥砂浆找平层 0.5kN/m

22预应力大型屋面板 1.4kN/m

2?g?3.25kN/m2

天沟板 2.02kN/m?6m?12.12kN 天 窗 34kN/榀 屋架自重 109kN/榀

G1A?G1C?1.2?(3.25?6?242?12.12?1092?342）?381.14kN e1A?100mm,e1B?150mm,e1C?100mm

3.1.2 吊车梁及轨道重力荷载设计值

G3A?1.2?（46.0?0.8?6）?50.80kN G3C?1.2?（41.5?0.8?6）?46.30kN e3A?250mm,e3B?150mm,e3C?250mm

3.1.3 柱自重重力荷载设计值

A柱 上柱 G4A?1.2?6.25?3.97?29.78kN

下柱 G5A?1.2?6.75?10.10?81.81kN

kN B柱 上柱 G4B?1.2?7.50?3.97?35.73

下柱 G5B?1.2?7.25?10.10?87.87kN C柱 上柱 G4C?1.2?5.00?3.97?23.82kN

下柱 G5C?1.2?6.75?10.10?81.81kN

e4A?250mm,e4B?0,e4C?250mm 各项恒载作用位置如图2所示

G 1 =381.14kNQ1( =50.40kN)50750G =29.78kN4A200G =50.80kN3G 1 =381.14kNQ1( =50.40kN)150G 1 =381.14kNQ1( =50.40kN)150G =35.73kN4BG =46.30kN3G 1 =381.14kNQ1( =50.40kN)50750G =46.30kN3G =23.82kN4C200G =50.80kN3750750G =81.81kN5AG =87.87kN5B G =81.81kN5C100012001000ABC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0.5kN/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?0.5?6?242?50.40kN

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：

柱顶（标高13.37m） ?Z?1.112

檐口（标高15.07m） ?Z?1.140 屋顶（标高16.07m） ?Z?1.164

?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?1.112?0.5?0.445kN/m2 w2k??Z?S2?Zw0?1.0?0.4?1.112?0.5?0.222kN/m2

μ=-0.6风 向+0.6-0.7-0.6-0.6-0.5（a）-0.2-0.5-0.4+0.8-0.4

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?0.445?6.0?3.74kN/m

q2?1.4?0.222?6.0?1.87kN/mFw?1.4??(0.8?0.4)?1.140?1.7?(?0.4?0.2)?1.164?1.0?（0.6?2?

0.5?2）?1.221?2.6?（?0.7?0.6）?1.231?0.45??1.0?0.5?6.0

?35.18kN

3.4 吊车荷载

已知320/50kN吊车参数：B?6.690m,K?4.70m,g?109kN,Q?320kN,

Fp,max?313kN,Fp,min?106.5kN；200/50kN吊车参数：B?6.055m,K?4.10m,

g?69.77kN,Q?200kN,Fp,max?216kN,Fp,min?78.9kN；根据B及K，可算得吊车梁支座

反力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，)?775.62kNmax?yi?1.4?313?(1?0.668?0.217?0.115Dmin??QPP，.5?1.77?263.91kN min?yi?1.4?106C柱

Dmax??QPP，)?634.74kNmax?yi?1.4?216?(1?0.791?0.317?0.009Dmin??QPP，.86kN min?yi?1.4?78.9?2.099?2314700Pmax1990PmaxPmax4700PmaxA柱1.00.6680.2174100Pmax1955PmaxPmax4100PmaxC柱1.00.7910.317图4 吊车荷载作用下支座反力影响线

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

11TA??(Q?g)??0.1?(320?109)?10.725kN

4411TB??(Q?g)??0.1?(200?69.77)?6.744kN

44作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值

Tmax??QTA?yi?1.4?10.725?1.77?26.58kN Tmax??QTB?yi?1.4?6.744?2.099?19.82kN

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。

n?Iu/Il ??Hu/H n?0.147 ??0.282 n?0.159 ??0.282 n?0.076 ??0.282 表2 柱剪力分配系数 3C0?3/??1???1/n?1??? 柱别 ??H3/C0EIl ?i?1/?i ?1/?iC0?1.130 A柱 ?A?0.250?10?10H3 EH3 EH3 E?A?0.270 C0?1.119 B柱 ??0.158?10?10?B?0.427 C0?1.273 C柱 ??0.222?10?10?C?0.303 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 G1?G1?381.14kN; G2?G3A?G4A?50.80?29.78?80.58kN

kN?m G3?G5A?81.81kN; M1?G1e1A?381.14?0.1?38.11

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