单层工业厂房课程设计 The latest revision on November 22, 2020
《单层工业厂房》课程设计
姓名：
班级：
学号：
一．结构选型
该厂房是广州市的一个高双跨（18m+18m）的机械加工车间。车间长90m,柱矩6米，在车间中部，有温度伸缩逢一道，厂房两头设有山墙。柱高大于8米，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋架有较大的刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房的各构选型见表
表主要构件选型
1可知柱顶标高是米，牛腿的顶面标高是米，室内地面至基础顶面的距离米，则
和上柱的高度Hu分别为：计算简图中柱的总高度H,下柱高度H
l
H=+= H
=+= Hu=根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确
l
定柱截面尺寸，见表。
见表柱截面尺寸及相应的参数
二．荷载计算
1．恒载
图1
求反力：
F1=
F2=
屋架重力荷载为，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值：=×+2)=
G
A1
G
=××6+2)= KN
B1
(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值
=×（+×6）=
G
A3
G
=×（+×6）=
B3
(3)柱重力荷载的设计值
A,C柱
B柱
2．屋面活荷载
屋面活荷载的标准值是m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值：
=××6×18/2= KN
Q
1
3，风荷载
风荷载标准值按ωk =βz μs μz ω0计算其中ω0=m 2, βz=1, μz 根据厂房各部分 柱顶（标高） μz= 橼口（标高） μz=
屋顶（标高13..20m ） μz=
μs 如图3所示，由式ωk =βz μs μz ω0可得排架的风荷载的标准值： ωk1=βz μs1μz ω0=×××= KN/m 2 ωk2=βz μs2μz ω0=×××= KN/m 2
图2 荷载作用位置图
图3 风荷载体型系数和排架计算简
q1=××6=m q1=××6=m
Fw=γQ [(μs1+μs2)×μz h 1+(μs3+μs4)×μz h 2] βz ω0B =[+×× × 1××6 =
4．吊车荷载
吊车的参数：B=米，轮矩K=，p max =215KN, p min =25KN,g=38KN 。根据B 和K ，
可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图４所示：
图４吊车荷载作用下支座反力的影响线
（１）吊车的竖向荷载
D
max =γ
Q
F
pmax
∑y
i
=×115×(1+++=
D
min =γ
Q
F
pmin
∑y
i
=×25×(1+++=
（２）吊车的横向荷载
T=1/4α（Q+g）=1/4××(100+38)=
吊车横向荷载设计值：
Tmax＝γ
Q T∑y
i
=××=
三．排架内力分析
１．恒荷载作用下排架内力分析
图5 恒荷载作用的计算简图
G 1=G
A1
=; G
2
=G
3
+G
4A
=+=; G
3
=G
5A
=;
G 4=2G
B1
=; G
5
=G
3
+2G
4B
=2×+=;
G 6=G
5B
=;
M
1= G
1
×e
1
=×= G
1
+ G
4A
)e
- G
3
e
3
=+ ×
2
3
)1
1
(
1
)
1
1
1
3
2
-
+
-
-
n
n
λ
λ（
C
1
=
2
3
×)1
1
(
1
3
2
-
-
n
H
λ
λ
=;
R
A =
H
M
1C1+
H
M
2C3=×+×/=(→)
R
C =(←); R
B
=0KN;
内力图：
图6 恒荷载内力图２．活荷载作用下排架内力分析
(1)AB跨作用屋面活荷载
图7 AB跨作用活荷载作用简图Q=，则在柱顶和变阶处的力矩为：
M 1A =×=，M
2A
=×=，M
1B
=×=
H
M
A
1
H
M
A
2
H
M
B
1 =×=(→)
则排架柱顶不动铰支座总的反力为：
R= R
A + R
B
=+=(→)
V A = R
A
－Rη
A
= R
B
－Rη
B
= －Rη
C
=×=－(←)
排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图8所示:
图8 AB 跨作用屋面活荷载内力图
(2)BC 跨作用屋面活荷载
由于结构对称,且BC 跨的作用荷载与AB 跨的荷载相同,故只需叫图8的各内力图位置及方向调一 即可,如图10所示:
图9 AB 跨作用活荷载作用简图 图10 BC 跨作用屋面活荷载内力图
３．
风荷载作用下排架内力分析
(1) 左吹风时
C=)]
11
(1[8)]
11
(1[334-+-+n
n λλ= R A =-q 1HC 11=××=(←) R C =-q 1HC 11=××=(←) R= R A + R C +F w =++=(←) 各柱的剪力分别为:
V A = R A -R ηA =+×=-2..72KN(←)
V B = R B -R ηB =+×=(→) V C = -R ηC =×=(→)
图11 左风内力图
(2) 右风吹时
因为结构对称，只是内力方向相反,，所以右风吹时，内力图改变一下符号就行，如图12所示；
图11 左风内力图
４．
吊车荷载作用下排架内力分析
（１）
D max 作用于A 柱
计算简图如图１２所示，其中吊车竖向荷载D max ，D min 在牛腿顶面引起的力矩为：
M A = D max ×e 3=×= D min ×e 3=×=
H
M A H
M B
R A + R B =+=(←) 各柱的剪力分别为: V A = R A -R ηA =+×=(←) V B = R B -R ηB =+×=(→) V C = -R ηC =×=(→)
图１２ D max 作用在A 柱时排架的内力
（２）
D max 作用于B 柱左
计算简图如图１２所示，其中吊车竖向荷载D max ，D min 在牛腿顶面引起的力矩为：
M A = D max ×e 3=７５.２５×=２６.３３ M B = D min ×e 3=×=２５９.６１
R A =－
H
M A
C 3=-２６.３３×=-－２.６８KN(←) R B =－
H
M B
C 3=２５９.６１×=２６.４２KN(→) R= R A + R B =－２.６８+２６.４２=２３.７４N(→) 各柱的剪力分别为:
V A = R A -R ηA =－２.６８－×２３.７４=－１０.５１KN(←) V B = R B -R ηB =２６.４２－×２３.７４=１８.５９KN(→) V C = -R ηC =－×２３.７４=－７.８３N(←)
图１３ D max 作用在B 柱左时排架的内力
（３）
D max 作用于B 柱左
根据结构对称和吊车吨位相等的条件，内力计算与D ma 作用于B 柱左情况相同，只需将A ，C 柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号：如图１４
（４）
D max 作用于C 柱
同理，将D max 作用于A 柱的情况的A ，C 柱的内力对换，且注意改变符号，可求得各柱的内力，如图１5
（５）
T max 作用于AB 跨柱
当AB 跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图16-a 所示。对于A 柱，n=，λ=，得a=，T max =
C 5=)]11(1[2)]
32()1)(2([3232
3
-+---++-n
a n a a a λλλ= R A =－T max C 5=－１２.４６×０.５４=－(←) R B =－T max C 5=－１２.４６×０.５４=－(←)
图１４ D max 作用在B 柱右时排架的内力 图１5 D max 作用在C 柱时排架的内力
排架柱顶总反力R ：
R= R A + R B =－６.７３－６.７３＝－１３.４６KN
各柱的简力：
V
A = R
A
-Rη
A
=－６.７３＋×１３.４６=－２.２９KN(←)
V
B = R
B
-Rη
B
=－６.７３＋×１３.４６=－２.２９KN (←)
V
C =－Rη
C
=×=(→)
图16 T
max
作用在AB跨时排架的内力
（６）T
max
作用于BC跨柱
由于结构对称及吊车的吨位相等，故排架内力计算与“T
max
作用于AB跨柱”的情况相同，只需将A柱与C柱的对换，如图17
图17 T
max
作用BC跨时排架的内
五．柱截面设计（中柱）
混凝土强度等级C20，f
c =mm2，f
tk
=mm2．采用HRB335级钢筋，f
y
= f
y
` 300 N/mm2,
ζ
b
=，上下柱采用对称配筋．
１．上柱的配筋计算
由内力组合表可见，上柱截面有四组内力，取h
＝４００－４０＝３６０mm，
附加弯矩e
a
=20mm（大于４００／３０），判断大小偏心：
从中看出３组内力为大偏心，只有一组为小偏心，而且：
N=<ζ
b αf
c
b h
=０.５５０×１×９.６×４００×３６０＝
所以按这个内力来计算时为构造配筋．对三组大偏心的，取偏心矩较大的的一组．即： M= N= 上柱的计算长度： L 0=2H U =2×=
e 0
=M/N= e i = e 0+ e a =
l 0/h=7200/400=18>5．应考虑偏心矩增大系数η
ζ1=
N
A
f c 5.0=××160000/357640=>1，取ζ１＝１ ζ2= l 0/h>15，取ζ2=
η=1+
200
)(1400
1
h
l h e i ζ1ζ2=1+
2
)400720000(36040.26314001×1×= ζ=
bh f N
c =357640/1××400×360=
>2αs /h 0=2×40/360= 所以x=ζ×h 0=×360=
e `=ηe i -h/2+αs =×４００／２＋４０＝
`
=f y A s (h 0-a s )-α1f c bx(x/2-a s)
图 １８
A s =A s `=)
()2(01s y s c a h f a x bx f a Ne --＋｀
=
=715mm
选用３φ１８（A s =763mm 2）．验算最小配筋率： ρ＝A s /bh=763/400×400=%>%
平面外承载力验算： l 0==×=
l 0/b=5400/400=，查表得ψ＝０９３，A c =A-A a =4002-763×2=158474mm Nu=ψ(f y `A s `+ f c A s )=××(300×763×2+×158474)= ２．
下柱配筋计算
取h 0=800-40=760mm ，与上柱分析办法相识，选择两组最不利内力： M= M= N= KN N= KN (1) 按M= ，N= KN 计算
L 0=１H U =１×=，附加偏心矩e a =800/30=(大于２０mm),b=100mm,b f `=400mm, h f =150mm
e 0=M/N=217960/= e i = e 0+ e a =
l 0/h=7200/800=9>5而且＜１５．应考虑偏心矩增大系数η，取ζ2=1
ζ1=
N
A
f c 5.0=××160000/810940=>1，取ζ１＝１ η=1+
200
)(1400
1
h l h e i ζ1ζ2=1+
2
)760
720000(76077.29614001×1×1= ηe i =×=>×760=228，所以为大偏心 受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则
x=
`
1f
c b f N
α=810940/1××400=>h f =150mm
说明中和轴位于板内，应重新计算受压区的高度：
x=b
f a h b b f a N c f
f c 11)(--
=
100
6.91)100400(150.810940??-???-６９１=
e=ηe i +h/2+αs =× -800／2-40＝7005mm
A s =A s `=
)
()2()2()(`
0010`
1s y c f
f f c a h f x
h bx f a h h h b b f a Ne ----
--｀= =
图 １９
(2) 按M= ，N= KN 计算
L 0=１H U =１×=，附加偏心矩e a =800/30=(大于２０mm),b=100mm,b f `
=400mm, h f =150mm
e 0=M/N=152690/= e i = e 0+ e a =
l 0/h=7200/800=9>5而且＜１５．应考虑偏心矩增大系数η，取ζ2=1
ζ1=
N
A
f c 5.0=××160000/810940=>1，取ζ１＝１ η=1+
200
)(1400
1
h
l h e i ζ1ζ2=1+
2
)760720000(76077.29614001×1×1= ηe i =×=>×760=228，所以为大偏心 受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则
x=
`
1f
c b f N
α=473440/1××400=>h f =150mm
说明中和轴位于翼缘内： e=ηe i +h/2-αs =× -800／2-40＝
A s =A s `=)
()
2(`
001s y f c a h f x h x b f a Ne ---｀
= =
图 ２０
最小配筋βmin A=%×177500=355mm 2
所以选３φ１４（A s =461mm 2
）满足要求
查附表１１.１的无柱间支撑垂直排架方向柱的计算长度，l 0=1H l = l 0/b=7200/400=18，查表得ψ＝，A c =A-A a =177500-461×2=176578mm Nu=ψ(f y `A s `+ f c A s )=××(300×461×2+×176578)= >Nmax 所以满足弯矩作用平面外的承载力要求 ３．
柱裂缝宽度验算
《规范》中规定，对e 0/h 0>的柱要进行裂缝宽度验算，本例的上柱出现e 0/h 0=>,所以应该进行裂缝验算。验算过程见下表２１。其中上柱的A s =763mm 2；E s =200000N/mm 2；构件的受力特征系数a cr =，混凝土的保护层厚度c=25mm,f tk =mm 2。 ４．
柱裂缝宽度验算
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φ８@200箍筋。 ５．
牛腿设计
根据吊车支承的位置，截面的尺寸及构造要求，确定牛腿的尺寸如图２２所示，其中牛腿的截面宽度b=400mm ，牛腿截面高度h=1050mm ，h 0=1015mm.
(1) 牛腿腿截面高度验算
表 ２１柱的宽度验算表
１７<，所以满足要求
Fv ≤β（１－０.５F hk
β＝０.６５，f tk =mm 2F hk =0，F vk =D max /γQ +G 3/γG =+ =
β（１－０.５F hk /F vk 0
×
1015
203505.01015
40054.1++
??=> F vk
所以所选的尺寸满足要求 （２） 牛腿配筋计算
纵向受拉钢筋总截面面积A s ：