混凝土结构课程设计——单层厂房课程设.doc

1、目 录1 结构构件选型及柱截面尺寸确定- 1 -2.1 计算简图的确定- 1 -2.1.1 上柱及全柱标高- 1 -2.1.2 确定柱截面尺寸- 2 -2.1.3 验算柱的截面尺寸- 2 -2.1.4 柱网布置- 2 -2.1.5 计算上、下柱截面惯性矩及比值- 3 -2.2 荷载计算- 4 -2.2.1 恒荷载- 5 -2.2.2 屋面活荷载- 6 -2.2.3 风荷载- 6 -2.3 排架内力分析- 8 -2.3.1 恒载作用下排架内力分析- 9 -2.3.2 屋面活荷载作用下排架内力分析- 10 -2.3.3 风荷载作用下排架内力分析- 12 -2.3.4 吊车荷载作用下排架内力分析-

2、14 -2.4 内力组合- 20 -3 柱的截面设计- 26 -3.1 上柱配筋计算- 26 -3.2 下柱配筋计算- 27 -5.3 柱的裂缝宽度验算- 29 -5.4 箍筋配置- 30 -5.5 牛腿设计- 30 -5.5.1 牛腿截面高度验算- 30 -5.5.2 牛腿配筋计算- 31 -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 基础尺寸及埋置深度- 35 -7.2.1按构造要求拟定高度- 35 -7.2.2 拟定基础底面尺寸- 35 -7.3 基础高度验算- 36 -7.4 基础底板配筋计算- 38 -7.4.1 柱边及变

3、阶处基底反力计算- 38 -图23 基础底板配筋计算截面- 39 -7.4.2 柱边及变阶处弯矩计算- 39 -7.4.3 配筋计算- 40 -2混凝土结构课程设计1 结构构件选型及柱截面尺寸确定某金属结构车间双跨等高厂房，安全等级为一级，厂房总厂54m，柱距为6m，厂房每跨内设两台吊车，吊车均为软钩吊车，吊车工作级别为A5，轨顶标高为9.3，跨度为21m。吊车起重量为200/50，选择吊车桥跨均为19.5m，吊车梁均选用YDLZ型号，梁高为1200。厂房剖面图见图1。2 结构计算2.1 计算简图的确定2.1.1 上柱及全柱标高 估计基础埋深m，基础高，室外地坪标高，所以初选基顶标高-0.5m

4、。边柱（A、C）：柱顶标高13.3m上柱高() =13.8-10.1=3.7m下柱高 =9.6+0.5=10.1m总高度（H）13.3+0.5=13.8m中柱B顶面标高及上下柱高与边柱A、C相同。因此边柱A、C及中柱B顶面标高为13.3m，上柱高3.7m，下柱高10.1m，全柱高13.8m。2.1.2 确定柱截面尺寸根据柱的高度、吊车起重及工作级别，可由书上表2.4.4确定柱截面尺寸。柱截面尺寸见图2。表1 柱截面计算参数 计算参数柱号截面尺寸/面积/惯性矩/自重/（）A，C上柱矩下柱B上柱矩下柱 柱截面尺寸计算单元简图2.2 荷载计算2.2.1 恒荷载屋盖荷载：20mm厚水泥沙浆找平层 0.

5、4KN/m厚珍珠岩制品保温层 改性沥青油毡防水层 30mm砂石混凝土面层 0.75KM/一毡二油隔汽层 预应力大型屋面板 天沟板自重 屋架自重 81.50 KN/榀天窗自重 12.75KN/榀所以作用于柱顶的屋盖结构重力荷载标准值为： 吊车梁及轨道重力荷载设计值 柱自重重力荷载设计值 A、C柱： 上柱 下柱 = B柱： 上柱 下柱 各项恒载作用位置如图所示 荷载作用位置图（单位：KN）2.2.2 屋面活荷载 由荷载规范可知，对于不上人的钢筋混凝土屋面，其均布活荷载标准值为0.6KN/M2，大于该厂房所在地区基本雪压。故作用于柱顶面活荷载标准值为：的作用位置与作用位置相同，如图5所示。2.2.3

6、 风荷载 该地区的基本风压，由于厂房高度小于30m，所以,风压高度变化系数可根据厂房各部分标高及B类底面粗糙度，由荷载规范确定如下： 柱顶（标高=13.3m） 屋架，檐口（标高=15.0m） 1.14 天窗，屋架交接处（标高=16.0m） 1.162 天窗檐口（标高=18.6m） 1.219屋顶（标高=19.05m） 1.23如图6所示，由公式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为： 风荷载体型系数及排架计算简图 作用于排架计算简图上的风荷载标准值为： 2.2.4 吊车荷载由设计资料表2得200/50吊车的参数为：大车宽B=5.955m，大车轮距K=4.0m，小车重g=69.77KN，吊车

7、总重G=240KN，最大轮压，最小轮压。吊车起重量Q=200KN，吊车每一侧轮子数。根据与，可算得吊车梁支梁反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值如图。吊车荷载作用下支座反力影响线吊车竖向荷载吊车竖向荷载标准值为： 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标准值： 作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：2.3 排架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。其中剪力分配系数按荷载规范计算，结果如表2。表2 柱剪力分配系数柱 别柱0.07482.370柱2.8632.3.1 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所示，图中重力荷载及力矩是根据图4确

8、定的，即：KN ； KN；KN； KN； KN KNKNmKNm由于图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计算如下：对于柱，n=0.0748，则： 2.3181.093KN ， 恒荷载作用下排架内力图2.3.2 屋面活荷载作用下排架内力分析跨作用屋面活荷载（排架内力计算简图如图所示） 其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为，对于柱： 对于柱：， 则则： 则排架柱顶不动铰支座总反力为： 将反向作用于排架柱顶，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跨时的柱顶剪力，即： 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图

9、如图所示。 跨作用屋面活荷载时排架内力图跨作用屋面活荷载由于结构对称，且跨与跨作用荷载相同，故只需将图8中各内力图的位置及方向调整一下即可，如图10所示。 跨作用屋面活荷载时排架内力图2.3.3 风荷载作用下排架内力分析左吹风时计算简图如图所示。对于柱： 0.254 0.278 0.347 各柱顶剪力为： 排架内力图如图所示。图 图图11 左吹风时排架内力图右吹风时计算简图如图所示。将图所示柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图所示。 右吹风时排架内力图2.3.4 吊车荷载作用下排架内力分析作用于柱 计算简图如图所示。其中吊车竖向荷载、在牛腿顶面处引起的力矩为： 对于柱：，则 对于柱：,=1.

10、241 排架各柱顶剪力分别为： 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图所示。 作用于柱时排架内力图 作用于柱左计算简图如图所示。、计算如下： 柱顶不动铰支座反力、及总反力分别为： 各柱顶剪力分别为： 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图、所示。图14 作用于柱左时排架内力图作用于柱右 作用于柱右时排架内力图 作用于柱 图16 作用于柱时排架内力图作用于跨柱 当AB柱作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如17a。对于A柱 ，= ()对于B柱：，则 () R=各柱顶的剪力分别为： () 作用于跨时排架内力图作用于跨柱 作用于跨时排架内力图2.4 内力组合以柱内力组合为例。表为各种荷载作用下柱

11、内力设计值汇总表，表为柱内力组合表，这两表中的控制截面及正号内力方向如表中例图所示。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对的柱进行验算。为此，表中亦给出了和的组合值，它们均满足的条件，这些值取自及相应的和一项。20 表3 A柱内力标准值汇总表 柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活荷载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载作用在AB跨作用在BC跨作用在A柱作用在B柱左作用在B柱右作用在C柱作用在AB跨作用在BC跨左风右风 - 21 -序号-M13.130.671.61-24.62-23.4019.00-3.461.7512.3111.80-23.29N257.62 29.70000000000-

12、M-47.11-8.251.6170.56-8.3419.00-3.461.7512.3111.80-23.29N303.7229.700 285.2254.02000000-M22.35-2.386.003.39-72.2270.82-12.2074.0045.93171.63-144.96N371.9029.700285.5554.02000000V6.780.580.44-6.65-6.335.13-0.897.503.3325.07-16.82表4 A柱内力组合表 内力组合截面及相应的,及相应的,及相应的,及相应的,-1.2+1.41.00.9+0.7（+）+0.70.9+0.662.

13、69+1.41.00.8+0.70.8+0.70.9+0.6-46.211.2+1.41.0+0.70.9(+)+0.656.47+1.41.00.9+0.7+0.70.9+0.659.42338.25257.62350.72257.62- 22 -+1.41.00.8+0.7+0.70.8+0.70.9+0.669.161.2+1.41.00.9+0.7+0.70.8(+)+0.6-108.931.2+1.41.00.9+0.7（+）+0.70.9+0.637.33+1.41.00.9+0.70.9+0.6 -54.21623.536435.92753.36303.72-1.2+1.41.0

14、+0.7+0.70.8(+)+0.70.9396.43+1.41.0+0.7+0.70.9(+)+0.70.9-322.651.2+1.41.00.9+0.7（+）+0.70.9+0.6244.08+1.41.0+0.7+0.70.9(+)371.48670.15448.65853.18371.949.08-29.1728.4249.77+1.0+0.7+0.70.8(+)+0.70.9286.36+1.0+0.7+0.70.9(+)+0.70.9-224.08+1.00.9+0.7（+）+0.70.9+0.6177.53+1.0+0.7+0.70.9（）271.73531.81426.726

15、49.69371.936.02-18.9021.2737.4822混凝土结构课程设计3 柱的截面设计 混凝土等级强度C30，柱的受力钢筋采用HRB400级钢筋，,，上下柱均采用对称配筋。3.1 上柱配筋计算由表7可知，上柱截面共有4组内力。取h0=400-45=355mm。， 由附表查得有吊车厂房排架方向上柱得计算长度,安全等级为1级，偏心距为： 由，故应考虑偏心距增大系数。，取 取，进行计算0 选318(AS=763mm2) 垂直于排架方向柱的计算长：所以满足弯矩作用平面外的承载力要求。3.2 下柱配筋计算 取h0=1000-45=955mm。与上柱分析方法类似，在表7的8组内力中选取下列两

16、组不利内力： 按 计算 下柱计算长度取， 附加偏心距： ， ， 由且取。 取 0 且 为大偏心按 计算 计算方法如上述相同，计算结果 选用325， 验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力 满足要求。5.3 柱的裂缝宽度验算 规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。按准永久组合计算，上下柱最大偏心矩 所以，不需要进行裂缝宽度验算5.4 箍筋配置非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制，根据构造要求，上下柱均选用8200箍筋。5.5 牛腿设计 根据吊车梁支承位置截面尺寸构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图19所示。其中牛腿截面宽度b=400mm,牛腿截面高度h=600mm,h0=555mm。图19

17、牛腿设计简图5.5.1 牛腿截面高度验算 按公式验算其中，由公式得：故牛腿截面高度满足要求。5.5.2 牛腿配筋计算 由于因而该牛腿可按构造配筋。根据构造要求，实际选用414。水平箍筋选用8100。6 柱的吊装验算采用翻身超吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊，由书上表可得柱插入杯口深度为，则柱吊装时的总长度为：。计算简图如图20。 柱吊装验算简图柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即： 在上述荷载作用下，柱各控制截面弯矩为： 由得：令，得：则下柱段最大弯矩： 柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表9表9 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上 柱69.31（51.

18、34）85.15217.860.50.1650.2(满足要求)柱截面下 柱95.43（70.69）482.5557.760.20.0150.2(满足要求)7 基础设计GB 50007-2002建筑地基基础设计规范规定，对于6m柱距的单层多跨厂房，其地基承载力特征值为190KN/m，吊车起重量200KN,厂房跨度l=18m，设计等级为丙级，可不做地基变形验算。基础混凝土强度等级采用C30，下设100mm厚C10的素混凝土垫层。7.1 作用于基础顶面上的荷载计算 作用于基础顶面上的荷载计算包括柱底传给基础的M,N,V以及外墙自重重力荷载。前者由表7中的3-3截面选取，见表10，其中内力标准组合值用

19、于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和底板配筋计算，内力的正号规定见图。表10 基础设计的不利内力组别荷载效应基本组合荷载效应标准组合第组286.36531.8136.02396.43670.1549.08第组-224.08426.72-18.90-322.65448.65-29.17第组177.53649.6921.27244.08853.1828.42 基础荷载示意图由图a可见，每个基础承受的外墙总宽度为6m，总高度为15.64m，墙体为240mm，实心砖墙（5.24KN/m2），塑钢窗（0.45KN/m2)。每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：厚砖墙 塑钢窗 基础梁 距基础

20、形心的偏心距为：7.2 基础尺寸及埋置深度 7.2.1按构造要求拟定高度 =900+250+50=1200mm基础顶面标高为-0.500m，故基础埋置深度d：d=h+0.5m=1.2m+0.5m-0.15m=1.55m由表2.4.7得杯壁厚度t，取325mm；基础边缘高度台阶高度取400mm7.2.2 拟定基础底面尺寸 适当放大，则。7.2.3 计算基底压力及验算地基承载力 基底压力计算结果及地基承载力验算结果均可见表所示。基地压力按式计算，结果见表；按公式验算地基承载力，其中表11 基础底面压力计算及地基承载力验算表类别第组第组286.36-224.08531.81426.7236.02-1

21、8.901170.611065.5289.21-487.13166.55122.49251.8211.27满足满足由表可知，基础底面尺寸满足要求。7.3 基础高度验算采用基底净反力设计值、和，计算结果见表12，计算简图如图所示。表12 基础底面净反力设计值计算表类别第组第组第组396.43-322.65244.08670.15448.65853.1849.08-29.1728.421135.39836.351318.42166.88-598.03-15.06181.3898.37250.91-44.41166.49159.05变截处的冲切破坏截面因台阶高度与台阶宽度相等均为400mm，所以只需

22、验算变阶处的受冲切承载力。变阶处受冲切承载力计算截面图如图，变阶处截面有效高度。因为，所以应按公式计算，即： 故基础高度满足要求。7.4 基础底板配筋计算 7.4.1 柱边及变阶处基底反力计算基础底板配筋计算时长边方向的计算截面如图23所示。三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力见表13。其中1、3组内力产生的基底反力示意图见图22所示。 表13 柱边及变阶处基底净反力计算基底净反力第组第组第组181.38263.06166.49柱边处153.95172.35164.01变阶处164.95208.63165.00298.970159.02 基础底板配筋计算截面7.4.2 柱边及变阶处弯矩计算 基础的高宽比 第二组 柱边处截面弯矩 第二组 第三组 变阶处截面弯矩 第二组 第三组 7.4.3 配筋计算 基础底板受力钢筋计算采用HPB235。长边方向钢筋面积为选用1212250 基础底板短边方向钢筋面积为：选用814200。基础底板配筋图36