单层工业厂房计算书

混凝土单层工业厂房课程设计计算书

一、设计题目及条件

1、题目：某工厂金属加工车间，单层单跨排架结构，采用钢筋混凝土结构，长54m，柱距6m，每跨有两台桥式吊车，工作级别为A5级。根据本次课设要求，取车间跨度L=24m，轨顶标高+9.600m，下弦标高+12.300m，吊车设置为15+20（t）。地基承载力设计值为300kN/m2，基础埋置深度-2.00m。基本风压w0?0.4kN/m2，基本雪压为0.25kN/m2。 2、材料：柱子混凝土为C40，柱中纵向受力主筋采用HPB335或HRB400级钢筋，其它HPB300级；基础采用C40混凝土，HPB300级钢筋。

3、构造做法及荷载标准值： （1）屋面：

三毡四油加绿豆砂防水层 0.4kN/m2 20mm厚水泥砂浆找平层 0.4kN/m2 100mm水泥珍珠岩制品保温层 0.4kN/m2 一毡二油隔气层 0.05kN/m2 20mm水泥砂浆找平层 0.4kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.4kN/m2

（2）墙面：在外纵墙标高1.0m处设置一排宽3.6m、高4.8m的钢窗，在轨顶标高以上0.60m处设置一排宽3.6m、高1.8m的钢窗，钢容重0.45kN/m2；370mm厚砌体墙容重为19kN/m2；钢筋混凝土圈梁截面370mm×240mm；钢筋混凝土基础梁截面高450mm，上宽400mm，下宽300mm；钢筋混凝土容重为25kN/m2。

4、车间建筑平面图如图2-1所示。 （此处有图2-1车间建筑平面图） 二、构件选型

1、混凝土屋盖

（1）屋架：采用G415（一）标准图集中的预应力混凝土折线型屋架（YWJ-21-1Ba），自重69.0kN/榀，屋架底部至顶部高度为2950mm，屋架在檐口处高度为1650mm。

（2）屋面板：采用G410标准图集中的预应力大型混凝土屋面板，自重标准值1.4kN/m2。 2、预制钢筋混凝土吊车梁和轨道连接

吊车梁采用G323（二）标准图集，中间跨DL-9z，边跨DL-9B，梁高hb?1.2m，自重标准值39.5kN/根；轨道连接采用G325（二）标准图集，轨道连接及零件自重0.8kN/m。

3、预制钢筋混凝土柱 （1）排架柱高度计算：

取轨道顶面至吊车梁顶面的距离ha?0.2m，则

牛腿顶面标高=轨顶标高—hb—ha=9.6—1.2—0.2=+8.2m。 由教材《混凝土结构（中册）》（第五版，中国建筑工业出版社）附表12查得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.3m，

柱顶标高取屋架下弦标高+12.30m，

基础顶面至室外地坪的距离取0.8m，室外地坪标高取—0.100m，则 基础顶面至室内地坪的高度为0.8+0.1=0.9m，故 从基础顶面算起的柱高H=12.30+0.9=13.20m，

1

上部柱高Hu?12.30?8.2?4.10m，下部柱高Hl?13.20?4.10?9.10m。 （2）排架柱截面尺寸计算：

截面尺寸需要满足的条件为b?Hu/22?4100/22?186mm，

h?Hu/12?4100/12?342mm，故取柱截面尺寸分别为：

上部柱采用矩形截面b?h?400mm?400mm；

下部柱采用I形截面bf?h?b?hf?400mm?1000mm?100mm?150mm。 （3）排架柱截面参数计算： ①上、下柱截面惯性矩I：

上柱：Iu?1/12?0.4?0.43?0.0021m4

下柱：Il?1/12?0.4?1.03?2?1/12?0.15?(1.0?0.15?2)3?0.0248m4 ②上、下柱截面面积A： 上柱：Au?0.4?0.4?0.16m2

下柱：Al?0.4?1.0?2?1/2?(0.65?0.7)?0.15?0.1975m2 ③上柱与全柱高比值??Hu/H?4.10/13.20?0.311 ④上、下柱惯性矩比值n?Iu/Il?0.0021/0.0248?0.085

三、计算单元及计算简图 1、定位轴线

B1：由上述教材附表12可查得轨道中心线至吊车端部的距离为B1=260mm； B2：吊车桥架至上柱内边缘的距离取B2=80mm；

B3：封闭的纵向定位轴线至上柱内边缘的距离，B3=400mm。 则B1+B2+B3=260+80+400=740mm<750mm，满足要求。

A、○B都分别为左、右外纵墙内皮重合。 故取封闭的定位轴线○

2、计算单元

由于该车间厂房在工艺上没有特殊要求，结构布置均匀，除吊车荷载外，荷载在纵向的分布是均匀的，故可取一榀横向排架为计算单元，计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离，即B=6.0m，如图2-2所示。

3、计算简图

排架的计算简图如图2-3所示。

（此处有图2-2 排架计算单元、图2-3 排架计算简图） 四、荷载计算

1、屋盖荷载

（1）屋盖恒荷载：

三毡四油加绿豆砂防水层 0.4kN/m2 20mm厚水泥砂浆找平层 0.4kN/m2

2

100mm水泥珍珠岩制品保温层 0.4kN/m2 一毡二油隔气层 0.05kN/m2 20mm水泥砂浆找平层 0.4kN/m2 小计： 1.65kN/m2 预应力大型混凝土屋面板 1.4kN/m2 预应力混凝土折线型屋架 69.0kN/榀 则由屋盖传给排架柱的集中荷载设计值为

F1?1.2?(1.65?1.4)?24/2?6?1.2?0.5?69.0?304.92kN

作用于上部柱中心线外侧e0?h上/2?150?400/2?150?50mm处。

（2）屋面活荷载： 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）规定，屋面均布活荷载标准值为0.5kN/m2，比屋面雪荷载标准值0.25kN/m2大，故仅按屋面均布活荷载计算。则由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值为

F6?1.4?0.5?24/2?6?50.4kN

作用于上部柱中心线外侧e0?50mm处。

2、柱和吊车梁等恒荷载

（1）上部柱自重标准值为0.4×0.4×0.25=4.0kN/m，则作用在牛腿顶截面处的上部柱恒荷载设计值为

F2?1.2?4.0?4.10?19.68kN

（2）下部柱自重标准值为4.69kN/m，则作用在基础顶截面处的下部柱恒荷载设计值为

F3?1.2?4.69?9.10?51.21kN

（3）作用在牛腿顶截面处的吊车梁和轨道连接的恒荷载设计值为

F4?1.2?(39.5?6?0.8)?53.16kN

3、吊车荷载

吊车跨度Lk?L?2e?24?2?0.75?22.5m，查上述教材附表12知Q1?15/3t，

Q2?20/5t，Lk?22.5m时，

PkN，PkN，P2min,k?45kN 1max,k?1852max,k?2151min,k?50kN，P小车自重标准值G12,k?69kN，G22,k?75kN

吊车额定起重量相对应的重力标准值G13,k?150kN，G23,k?200kN 吊车宽度B=5.55m，轮距K=4.4m （1）吊车竖向荷载设计值Dmax，Dmin：

3

由图2-4所示的吊车梁支座反力影响线知： （此处有图2-4 吊车梁支座反力影响线）

Dmax,k??Pmax.k?yi???Pmax.kyi?0.9??P1max,k(y1?y2)?P2max,k(y3?y4)??0.9??185?(0.075?0.808)?215?(1.0?0.267)??392.18kNDmin,k??Pmin.k?yi???Pmin.kyi?0.9??P1min,k(y1?y2)?P2min,k(y3?y4)??0.9??50?(0.075?0.808)?45?(1.0?0.267)??91.05kN则Dmax??QDmax,k?1.4?392.18?549.05kN，

Dmin??QDmin,k?1.4?91.05?127.47kN

（2）吊车横向水平荷载设计值Tmax： 由T1k?T2k11?(G12,k?G13,k)??0.1?(69?150)?5.48kN， 4411??(G22,k?G23,k)??0.1?(75?200)?6.88kN得 44

Tmax,k??Tk?yi???Tikyk?0.9?T1k(y1?y2)?T2k(y3?y4)??0.9??5.48?(0.075?0.808)?6.88?(1.0?0.267)??12.20kNTmax??QTmax,k?1.4?12.20?17.08kN

4、风荷载

（1）作用在柱顶处的集中荷载设计值W：

这时风荷载的高度变化系数?z按檐口离室外地坪的高度0.1+12.30+1.65=14.05m来计算。查《建筑结构荷载规范》得，离地面10m时，?z?1.00，离地面15m时，?z?1.14，用插值法，得?z?1.00?(1.14?1.00)/(15?10)?(14.05?10)?1.11。由前面“构件选型”知h1?1.65m，h2?1.3m，则

Wk??(0.8?0.5)h1?(0.5?0.6)h2??zw0B??(0.8?0.5)?1.65?(0.5?0.6)?1.3??1.11?0.4?6

?5.37kNW??QWk?1.4?5.37?7.52kN

（2）沿排架柱高度作用的均布风荷载设计值q1，q2：

4

这时风压高度变化系数?z按柱顶离室外地坪的高度0.100+12.30=12.40m来计算。

?z?1.00?(1.14?1.00)/(15?10)?(12.40?10)?1.07，则

q1??Q?s?zw0B?1.4?0.8?1.07?0.4?6?2.88kN/m， q2??Q?s?zw0B?1.4?0.5?1.07?0.4?6?1.80kN/m

五、内力分析

内力分析时所取的荷载值均为设计值，则得到的内力值也均为内力的设计值。 1、屋盖荷载作用下的内力分析

（1）屋盖集中恒荷载F1作用下的内力分析： 柱顶不动支点反力R?M1C1 HM1?F1?e0?304.92?0.05?15.25kN?m

由n?Iu/Il?0.0021/0.0248?0.085，??Hu/H?4.10/13.20?0.311得

C1?1.51??2(1?1/n)/1??3(1/n?1)?1.5?1?0.3112?(1?1/0.085)/1?0.3113?(1/0.085?1) ?2.31故M1作用下柱顶不动支点反力为R?????????M115.25C1??2.31?2.67kN(?) H13.20（2）屋盖集中活荷载F6作用下的内力分析：

M6?F6?e0?50.4?0.05?2.52kN?m

R?M62.52C1??2.31?0.44kN(?) H13.20在F1、F6分别作用下的排架柱弯矩图、轴向力图和柱底剪力图，分别见图2-5（a）和（b）。图中标注的内力值是指控制截面的内力设计值。 （此处有图2-5 屋盖荷载作用下的内力图）

2、柱自重、吊车梁及轨道连接等自重作用下的内力分析 因均为自重，不作排架内力的详细分析，其对排架柱产生的弯矩和轴向力如图2-6所示。 （此处有图2-6 柱自重及吊车梁等作用下的内力图） 3、吊车荷载作用下的内力分析

（1）Dmax作用在A柱，Dmin作用在B柱时，A柱的内力分析：

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