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《單層工業(yè)廠房》課程設(shè)計(jì) 姓 名：　　　　 班　　級(jí)：　　 學(xué)　　號(hào)：　　　　 一． 結(jié)構(gòu)選型 該廠房是廣州市的一個(gè)高雙跨（18m+18m）的機(jī)械加工車間。車間長(zhǎng)90m,柱矩6米，在車間中部，有溫度伸縮逢一道，廠房?jī)深^設(shè)有山墻。柱高大于8米，故采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。為了使屋架有較大的剛度，選用預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架及預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板。選用鋼筋混凝土吊車梁及基礎(chǔ)梁。廠房的各構(gòu)選型見表1.1 表1.1主要構(gòu)件選型 由圖1可知柱頂標(biāo)高是10.20米，牛腿的頂面標(biāo)高是6.60米 ，室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離0.5米，則計(jì)算簡(jiǎn)圖中柱的總高度H,下柱高度Hl和上柱的高度Hu分別為： H=10.2m+0.6m=10.8m Hl=6.60m+0.6m=7.2m Hu=10.8m-7.2m=3.6m 根據(jù)柱的高度，吊車起重量及工作級(jí)別等條件，確定柱截面尺寸，見表1.2。 見表1.2 柱截面尺寸及相應(yīng)的參數(shù) 計(jì) 算 參 柱 號(hào) 截面尺寸/mm 面積/mm2 慣性矩/mm4 自重/(KN/m) A,C 上柱 矩400400 160000 2130000000 4.0 下柱 I400800100150 177500 14387000000 4.43 B 上柱 矩400400 160000 2130000000 4 下柱 I400800100150 177500 14387000000 4.43 二． 荷載計(jì)算 1．恒載 圖1 求反力： F1=116.92 F2=111.90 屋架重力荷載為59.84，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)的重力荷載設(shè)計(jì)值： GA1=1.2(116.92+59.84/2)=176.81KN GB1=1.2(111.906+59.84/2)=170.18 KN (2)吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計(jì)值 GA3=1.2（27.5+0.86）=38.76KN GB3=1.2（27.5+0.86）=38.76KN (3)柱重力荷載的設(shè)計(jì)值 A,C柱 B柱 2．屋面活荷載 屋面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值是0.5KN/m2，作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計(jì)值： Q1=1.40.5618/2=37.8 KN 3，風(fēng)荷載 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按ωk=βzμsμzω0計(jì)算其中ω0=0.5KN/m2, βz=1, μz根據(jù)廠房各部分 及B類地面粗糙度表2.5.1確定。 柱頂（標(biāo)高10.20m） μz=1.01 櫞口（標(biāo)高12.20m） μz=1.06 屋頂（標(biāo)高13..20m） μz=1.09 μs如圖3所示，由式ωk=βzμsμzω0可得排架的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值： ωk1=βzμs1μzω0=1.00.81.010.5=0.404 KN/m2 ωk2=βzμs2μzω0=1.00.41.010.5=0.202 KN/m2 圖2 荷載作用位置圖 圖3 風(fēng)荷載體型系數(shù)和排架計(jì)算簡(jiǎn) q1=1.40.4046=3.39KN/m q1=1.40.2026=1.70KN/m Fw=γQ[(μs1+μs2)μzh1+(μs3+μs4)μzh2] βzω0B =1.4[(0.8+0.4)1.01(12.2-10.2)+(-0.6+0.5)1.01(13.2-12.2)] 10.56 =10.23KN 4．吊車荷載 吊車的參數(shù)：B=5.55米，輪矩K=4.4，pmax=215KN, pmin=25KN,g=38KN。根據(jù)B和K， 可算出出吊車梁支座反力影響線中個(gè)輪壓對(duì)應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)值，如圖４所示： 圖４　吊車荷載作用下支座反力的影響線 （１） 吊車的豎向荷載 Dmax=γQFpmax∑yi=1.4115(1+0.075+0.808+0.267)=346.15KN Dmin=γQFpmin∑yi=1.425(1+0.075+0.808+0.267)=75.25KN （２） 吊車的橫向荷載 T=1/4α（Q+g）=1/40.12(100+38)=4.14KN 吊車橫向荷載設(shè)計(jì)值： Tmax＝γQT∑yi=1.44.142.15=12.46KN 三． 排架內(nèi)力分析 　　 １． 恒荷載作用下排架內(nèi)力分析 　　 圖5　恒荷載作用的計(jì)算簡(jiǎn)圖 G1=GA1=176.81KN; G2=G3+G4A=38.76+17.28=56.04KN; G3=G5A=38.28KN; G4=2GB1=340.361KN; G5=G3+2G4B=238.76+17.28=94.8KN; G6=G5B=38.28KN; M1= G1e1=171.810.05=8.60KN.m; M2=( G1+ G4A)e0- G3e3=(176.81+17.28) 0.2-38.280.35=25.42 C1==2.03; C1==1.099; RA=C1+C3=(8.602.03+25.421.099)/10.8=4.20KN(→) RC=-4.20KN(←); RB=0KN; 內(nèi)力圖： 圖6 恒荷載內(nèi)力圖 ２． 活荷載作用下排架內(nèi)力分析 (1)AB跨作用屋面活荷載 圖7 AB跨作用活荷載作用簡(jiǎn)圖 Q=37.8KN，則在柱頂和變階處的力矩為： M1A=37.80.05=1.89KN.m，M2A=37.80.25=7.56KN.m，M1B=37.80.15=5.67KN.m RA=C1+C3=(1.892.03+7.561.099)/10.8=1.124KN(→) RB=C1 =5.672.03/10.8=1.07KN(→) 則排架柱頂不動(dòng)鉸支座總的反力為： R= RA+ RB=1.124+1.07=2.19KN(→) VA= RA－RηA=1.32-0.332.19=0.40KN(→) VB= RB－RηB=1.07-0.332.19=0.35KN(→) VC= －RηC=-0.332.19=－0.72KN(←) 排架各柱的彎矩圖,軸力圖,柱底剪力如圖8所示: 圖8 AB跨作用屋面活荷載內(nèi)力圖 (2)BC跨作用屋面活荷載 由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱,且BC跨的作用荷載與AB跨的荷載相同,故只需叫圖8的各內(nèi)力圖位置及方向調(diào)一 即可,如圖10所示: 圖9 AB跨作用活荷載作用簡(jiǎn)圖 圖10 BC跨作用屋面活荷載內(nèi)力圖 ３． 風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析 (1) 左吹風(fēng)時(shí) C==0.33 RA=-q1HC11=-3.3910.80.33=-12.08KN(←) RC=-q1HC11=-1.7010.80.33=-6.06KN(←) R= RA+ RC+Fw=12.08+6.06+10.23=28.37KN(←) 各柱的剪力分別為: VA= RA-RηA=-12.08+0.3328.37=-2..72KN(←) VB= RB-RηB=-6.06+0.3328.37=3.30KN(→) VC= -RηC=-0.33-28.37=9.36N(→) 圖11 左風(fēng)內(nèi)力圖 (2) 右風(fēng)吹時(shí) 因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)對(duì)稱，只是內(nèi)力方向相反,，所以右風(fēng)吹時(shí)，內(nèi)力圖改變一下符號(hào)就行，如圖12所示； 圖11 左風(fēng)內(nèi)力圖 ４． 吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析 （１） Dmax作用于A柱 計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖１２所示，其中吊車豎向荷載Dmax，Dmin在牛腿頂面引起的力矩為： MA= Dmaxe3=346.150.35=121.15KN.m MB= Dmine3=75.250.75=56.44KN.m RA=-C3=-121.151.099/10.8=-12.33KN(←) RB=C3=-56.441.099/10.8=5.74KN(→) R= RA+ RB=-12.33+5.74=-6.59N(←) 各柱的剪力分別為: VA= RA-RηA=-12.33+0.336.59=-10.16(←) VB= RB-RηB=5.74+0.336.59=7.91KN(→) VC= -RηC=0.336.59=2.17N(→) 圖１２　Dmax作用在A柱時(shí)排架的內(nèi)力 （２） Dmax作用于B柱左 計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖１２所示，其中吊車豎向荷載Dmax，Dmin在牛腿頂面引起的力矩為： MA= Dmaxe3=７５.２５0.35=２６.３３KN.m MB= Dmine3=346.150.75=２５９.６１KN.m RA=－C3=-２６.３３1.099/10.8=-－２.６８KN(←) RB=－C3=２５９.６１1.099/10.8=２６.４２KN(→) R= RA+ RB=－２.６８+２６.４２=２３.７４N(→) 各柱的剪力分別為: VA= RA-RηA=－２.６８－0.33２３.７４=－１０.５１KN(←) VB= RB-RηB=２６.４２－0.33２３.７４=１８.５９KN(→) VC= -RηC=－0.33２３.７４=－７.８３N(←) 圖１３　Dmax作用在B柱左時(shí)排架的內(nèi)力 （３） Dmax作用于B柱左 根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱和吊車噸位相等的條件，內(nèi)力計(jì)算與Dma作用于B柱左情況相同，只需將A，C柱內(nèi)力對(duì)換和改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ?hào)：如圖１４ （４） Dmax作用于C柱 同理，將Dmax作用于A柱的情況的A，C柱的內(nèi)力對(duì)換，且注意改變符號(hào)，可求得各柱的內(nèi)力，如圖１5 （５） Tmax作用于AB跨柱 當(dāng)AB跨作用吊車橫向水平荷載時(shí)，排架計(jì)算簡(jiǎn)圖16-a所示。對(duì)于A柱，n=0.15，λ=0.33，得a=(3.6-0.9)/3.6=0.75.，Tmax=12.46KN C5==0.54 RA=－TmaxC5=－１２.４６０.５４=－6.73KN(←) RB=－TmaxC5=－１２.４６０.５４=－6.73KN(←) 　　 圖１４　Dmax作用在B柱右時(shí)排架的內(nèi)力 圖１5　Dmax作用在C柱時(shí)排架的內(nèi)力 排架柱頂總反力R： R= RA+ RB=－６.７３－６.７３＝－１３.４６KN 各柱的簡(jiǎn)力： VA= RA-RηA=－６.７３＋0.33１３.４６=－２.２９KN(←) VB= RB-RηB=－６.７３＋0.33１３.４６=－２.２９KN (←) VC=－RηC=0.3313.46=4.44N(→) 圖16　Tmax作用在AB跨時(shí)排架的內(nèi)力 （６） Tmax作用于BC跨柱 由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱及吊車的噸位相等，故排架內(nèi)力計(jì)算與“Tmax作用于AB跨柱”的情況相同，只需將A柱與C柱的對(duì)換，如圖17 圖17　Tmax作用BC跨時(shí)排架的內(nèi) 五．柱截面設(shè)計(jì)（中柱） 混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，fc=9.6N/mm2，ftk=1.54N/mm2．采用HRB335級(jí)鋼筋，fy= fy` 300 N/mm2,ζb=0.55，上下柱采用對(duì)稱配筋． １． 上柱的配筋計(jì)算 由內(nèi)力組合表可見，上柱截面有四組內(nèi)力，取h0＝４００－４０＝３６０mm，附加彎矩ea=20mm（大于４００／３０），判斷大小偏心： 從中看出３組內(nèi)力為大偏心，只有一組為小偏心，而且： N=429.KN<ζbαfcb h0=０.５５０１９.６４００３６０＝760.32KN 所以按這個(gè)內(nèi)力來(lái)計(jì)算時(shí)為構(gòu)造配筋．對(duì)三組大偏心的，取偏心矩較大的的一組．即：　M=87.119KN.m　　　　N=357.64KN 上柱的計(jì)算長(zhǎng)度： L0=2HU=23.6=7.2m e0=M/N=243.40mm ei= e0+ ea=263.40mm l0/h=7200/400=18>5．應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)η ζ1==0.59.6160000/357640=2.15>1，取ζ１＝１ ζ2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.017200/400=0.97, l0/h>15，取ζ2=0.97 　　　　圖　１８ η=1+ζ1ζ2=1+10.97=1.31 ζ==357640/19.6400360=0.26 >2αs/h0=240/360=0.22 所以x=ζh0=0.26360=93.6 e`=ηei-h/2+αs=1.31263.40-４００／２＋４０＝185.05mm N.e`=fyAs(h0-as)-α1fcbx(x/2-as) As=As`== =715mm 選用３φ１８（As=763mm2）．驗(yàn)算最小配筋率： ρ＝As/bh=763/400400=0.47%>0.2% 平面外承載力驗(yàn)算： l0=1.5Hu=1.53.6=5.4m l0/b=5400/400=13.5，查表得ψ＝０９３，Ac=A-Aa=4002-7632=158474mm Nu=0.9ψ(fy`As`+ fcAs)=0.90.93(3007632+9.6158474)= 1656.55KN ２． 下柱配筋計(jì)算 取h0=800-40=760mm，與上柱分析辦法相識(shí)，選擇兩組最不利內(nèi)力： M=217.96 KN.m M=152.69 KN.m N=810.94 KN N=473.44 KN (1) 按M=217.96 KN.m，N=810.94 KN計(jì)算 L0=１HU=１7.2=7.2m，附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于２０mm),b=100mm,bf`=400mm, hf=150mm e0=M/N=217960/810.94=268.77mm ei= e0+ ea=295.77mm l0/h=7200/800=9>5而且＜１５．應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)η，取ζ2=1 　　　　ζ1==0.59.6160000/810940=1.05>1，取ζ１＝１ 圖　１９ η=1+ζ1ζ2=1+11=1.15 ηei=1.15295.77=340.14>0.3760=228，所以為大偏心 受壓，應(yīng)重新假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則 x= =810940/19.6400=211.18>hf=150mm 說(shuō)明中和軸位于板內(nèi)，應(yīng)重新計(jì)算受壓區(qū)的高度： x= ==394.72mm e=ηei+h/2+αs=1.15295.77 -800／2-40＝7005mm As=As`== =272.87mm2 (2) 按M=152.69 KN.m，N=473.44 KN計(jì)算 L0=１HU=１7.2=7.2m，附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于２０mm),b=100mm,bf`=400mm, hf=150mm e0=M/N=152690/473.44=322.51mm ei= e0+ ea=349.51mm l0/h=7200/800=9>5而且＜１５．應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)η，取ζ2=1 　　　　ζ1==0.59.6160000/810940=1.05>1，取ζ１＝１ 圖　２０ η=1+ζ1ζ2=1+11=1.15 ηei=1.15295.77=340.14>0.3760=228，所以為大偏心 受壓，應(yīng)重新假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則 x= =473440/19.6400=123.29>hf=150mm 說(shuō)明中和軸位于翼緣內(nèi)： e=ηei+h/2-αs=1.15349.51 -800／2-40＝761.93mm As=As`== =139.38mm2 最小配筋βminA=0.2%177500=355mm2 所以選３φ１４（As=461mm2）滿足要求 查附表１１.１的無(wú)柱間支撐垂直排架方向柱的計(jì)算長(zhǎng)度，l0=1Hl=7.2m l0/b=7200/400=18，查表得ψ＝0.81，Ac=A-Aa=177500-4612=176578mm Nu=0.9ψ(fy`As`+ fcAs)=0.90.81(3004612+9.6176578)= 1437.40KN>Nmax 所以滿足彎矩作用平面外的承載力要求 ３． 柱裂縫寬度驗(yàn)算 《規(guī)范》中規(guī)定，對(duì)e0/h0>0.55的柱要進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算，本例的上柱出現(xiàn)e0/h0=>0.55,所以應(yīng)該進(jìn)行裂縫驗(yàn)算。驗(yàn)算過(guò)程見下表２１。其中上柱的As=763mm2；Es=200000N/mm2；構(gòu)件的受力特征系數(shù)acr=2.1，混凝土的保護(hù)層厚度c=25mm,ftk=1.54N/mm2。 ４． 柱裂縫寬度驗(yàn)算 非地震區(qū)的單層廠房柱，其箍筋數(shù)量一般由構(gòu)造要求控制。根據(jù)構(gòu)造要求，上下柱均選用φ８@200箍筋。 ５． 牛腿設(shè)計(jì) 根據(jù)吊車支承的位置，截面的尺寸及構(gòu)造要求，確定牛腿的尺寸如圖２２所示，其中牛腿的截面寬度b=400mm，牛腿截面高度h=1050mm，h0=1015mm. (1) 牛腿腿截面高度驗(yàn)算 　　　　 表　２１柱的寬度驗(yàn)算表 圖２２ １７<0.2，所以滿足要求 Fv≤β（１－０.５Fhk/Fvk）驗(yàn)算 β＝０.６５，ftk=1.54N/mm2， Fhk=0，a=650-175-250/2=350mm Fvk=Dmax/γQ+G3/γG=346.15/1.4+38.76/1.2 =279.55KN β（１－０.５Fhk/Fvk）= 0.65=470.08KN> Fvk 所以所選的尺寸滿足要求 （２） 牛腿配筋計(jì)算 　　　　縱向受拉鋼筋總截面面積As： 　　　　As≥= =550.２mm2 根據(jù)規(guī)定，縱向受拉鋼筋A(yù)s的最小配筋率為0.002bh=0.0024001050=840mm2 >550.2 mm2。所以要按８４０mm2配筋?，F(xiàn)在選用５φ１６（As=1005mm2） 水平箍筋選用φ８@100的雙肢筋。 　　　　牛腿的剪跨比a/h0=370/1050=0.35>0.3，所以應(yīng)該設(shè)置彎起鋼筋 　　　　A≥０.５A(chǔ)s=0.5C1005=502.5mm2　，且A≥0.0015bh=0.00154001015=609 mm2 故選用４φ１４（As=６１５mm2） ６． 牛腿設(shè)計(jì) 采用翻身起吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿下部，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后起吊。插入杯口深度為800mm,則柱吊裝時(shí)的總長(zhǎng)度為3.6+7.2+0.8=11.6m.。柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載（應(yīng)考慮動(dòng)力系數(shù)）即 q1=μυGq1k=1.51.24.0=7.2KN/m q2=μυGq1k=1.51.2(0.42.125)=37.8KN/m q3=μυGq1k=1.51.24.44=7.99KN/m 圖２３ 在上述荷載的作用下， 柱的控制截面的彎矩為： M1=0.5 q1Hu2=0.57.23.62=46.66KN.m M2=0.5 q1Hu2=0.57.2（3.6+1.05）2+0.5(37.8-7.2)1.052=94.71KN.m 由∑MB=RAl3-0.5q3l32+M2=0 解得：RA=14.17KN M3=RAx- q3x2 令=RA-q3x=0 得x=1.77m 則下柱段最大彎矩M3為： M3=14.171.77-0.57.991.772=12.55KN.m 　　　　　　　　　　　　　　表?。玻吹跹b時(shí)柱的寬度驗(yàn)算表 六．基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（B柱下基礎(chǔ)） ?。保醪酱_定杯口尺寸及基礎(chǔ)埋深 　?。ǎ保┍诔叽? 　　　 圖２5 基礎(chǔ)截面尺寸 　　　杯口的深度：柱子的插入深度H1=800mm，所以杯口深度為800+50=850mm 杯口頂部尺寸：寬為400+275=550mm，長(zhǎng)為800+275=950mm 杯口底部尺寸：寬為400+250=500mm，長(zhǎng)為800+250=900mm 　　　杯口厚度：因?yàn)?000 由以上得知，基礎(chǔ)的地面尺寸４２＝８m2，滿足要求 圖２８基礎(chǔ)截面尺寸 　　　?。玻鼗鶅舴戳τ?jì)算： 　　　　 表２９地基凈反力 　　　　由表可以看出Nmax最不利。（Pjmax=158.10,Pjmin=93.42） ３．沖剪強(qiáng)度驗(yàn)算 　　　　從杯口頂面柱邊開始的４５0斜拉裂面與基礎(chǔ)底面交界處（截面１－１）的凈反力Pj1?；A(chǔ)的有效高度h0=1100-40=1060mm Pj1=93.42+(4-0.64)/4(158.10-93.42)= 147.75KN 同理按比例算得： 　　　　PjⅠ=93.42+(2+0.4)/4(158.10-93.42)= 132.23KN PjⅠ`=93.42+(2+0.4+0.425)/4(158.10-93.42)= 139.10KN 因?yàn)閎=2.0m PjmaxA1=158.101.08=17.75KN 滿足要求 　　　?。ǎ玻┳冸A截面；算法同上面的一樣，同樣滿足要求。 　　　　４.配筋驗(yàn)算 　　　?、瘢窠孛妫? 　　　　MI=1/48[(Pjmax+Pj)(2b+bc)+(Pjmax-Pj)b](l-hc)2 =1/48[(158.1+125.76)(22+0.4)+ (158.1-125.76) 2](4-0.8)2 =280.25KN.m AsI= MI/0.9fyh0=280.25/(0.92100001.06)=1398.9mm2 Ⅰ`－Ⅰ`截面： 　　　　MI`=1/48[(Pjmax+Pj)(2b+b1)+(Pjmax-Pj)b](l-l1)2 =1/48[(158.1+125.76)(22+1.15)+ (158.1-125.76) 2](4-1.55)2 =190 KN.m AsI`= MI/0.9fyh0=190/(0.92100001.06)=948.4mm2 比較AsI和AsI`，應(yīng)該按AsI來(lái)配筋，取１０φ１６(As=1538) Ⅱ－Ⅱ截面 　　　　MⅡ=Pj(b-bc)2(2l+hc)=1/24125.76(2-0.4)2(24+0.8)=118.05KN.m AsⅡ= MⅡ/0.9fyh0=118.05/(0.9210000(1.06-0.012))=596mm2 Ⅱ`－Ⅱ`截面 MⅡ`=Pj(b-b1)2(2l+l1)=1/24125.76(2-1.15)2(24+1.55)=36.15KN.m AsⅡ`= MⅡ`/0.9fyh0=36.15/(0.9210000(0.71-0.012))=272mm2 按構(gòu)造配筋?。玻郸眨保埃ˋs=1963mm2）滿足要求