钢筋混凝土计算.doc

1、淮 阴 工 学 院课 程 设 计 计 算 书一、设计目的1. 了解工业建筑设计的一般工作方法。2. 初步掌握单层工业厂房建筑统一化基本规则。3. 初步掌握单层工业厂房平面、立面、剖面设计的建筑处理、结构选型及主要构造方法。二、课程设计内容单层厂房结构设计首先要解决的问题是根据生产工艺要求和建筑工业化、现代化要求，经过技术综合分析与比较，确定厂房的结构方案，及进行方案设计。方案设计的主要内容为确定结构内型和结构体系，进行结构布置和构件选型。单层厂房依据其跨度、高度和吊车起重量等因素的不同可采用混合结构、混凝土结构或钢结构。单层厂房的常用的结构体系，主要有排架结构和钢架结构两种。装配式钢筋混凝土排

2、架结构是单层厂房中应用最广泛的一种结构形式，它是由屋架或屋面梁、柱和基础所组成，柱顶与屋架为铰接，柱底与基础顶面为固结。根据生产工艺和使用要求的不同，排架结构可设计成等高或不等高、单跨或多跨等多种形式。在单层厂房的结构类型和结构体系确定之后，即可根据厂房生产工艺等各项要求，进行厂房结构布置，包括厂房平面布置、支撑布置和维护结构布置等。钢筋混凝土单层厂房结构的结构构件有屋面板、天窗架、屋架、支撑、吊车梁、墙板、连系梁、基础梁、柱和基础等。除柱和基础外，这些构件一般都可以根据工程的具体情况，从工业厂房结构构件标准图集中选用合适的标准构件，不必另行设计。柱和基础一般应进行设计。三、设计步骤如下：1、

3、厂房平面、剖面布置及结构构件选型1) 厂房平面布置（柱网布置、轴线与各构件的关系）；2) 构件选型及布置（屋架、屋面板、天沟板、吊车梁、连系梁、基础梁、支撑、抗风柱）；3) 厂房剖面设计（确定标高）；2、排架柱的设计1) 计算简图；2) 荷载计算；3) 内力分析；4) 内力组合；5) 截面设计（上柱截面、下柱截面、牛腿、预埋件）；6) 柱子吊装验算。3、基础设计1) 构造尺寸；2) 地基计算（确定底板面积）；3) 抗冲切和抗剪计算（确定基础高度）；4) 底板配筋；4、抗风柱设计。四、参考资料1. 单层工业厂房设计，中国建筑工业出版社；2. 建筑设计资料集（第二版）；3. 混凝土结构设计（第二版

4、）沈蒲生主编 高等教育出版社。五、单层厂房结构课程设计实例某厂金工车间的等高排架。该金工车间平、立面布置如图2-53所示。柱距除端部为，其余均为，跨度m12m12；每跨设有两台吊车，吊车工作制级别为级，轨顶标高为，吊车起重量左右跨相同，具体见表2-15。外墙无连系梁，墙厚,每开间侧窗面积，钢窗，无天窗。1.结构构件选型及柱截面尺寸确定因该厂房跨度在1536m之间，且柱顶标高大于8m，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋盖具有较大刚度，选用预应力混凝土折线型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。由图2-54可知柱顶标高为11.3m，牛腿顶面标高为8.4m；设室内地面至基础顶面的距

5、离为0.5m，则计算简图中柱的总高度H，下柱高度Hl，和上柱高度Hu分别为：11.8m0.5mm3.11=+=H8.9m0.5mm8.4=+=lHm9.28.9mm8.11u=-=H图2-54 厂房剖面图根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可确定柱的截面尺寸，见表2-22。表2-22 柱截面尺寸及相应的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4004001.610521.31084.0下柱I4009001001501.875105195.381084.69B上柱矩4006002.4105721086.0下柱I40010001001501.975105256.3410

6、84.94本设计仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2-55所示。 图2-55 计算单元和计算简图2.荷载计算1.恒载屋盖恒载 20厚水泥砂浆找平层 2 80厚泡沫混凝土保温层 预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 屋盖钢支撑 总计 屋架重力荷载为60.5kN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值为：.99kN15860.5/2kN)12/2m6mkN/m84.2(2.11=+=G (2) 吊车梁及轨道重力荷载设计值： (3)柱自重重力荷载设计值 A、C柱: 上柱：13.92kN2.9mkN/m0.42.14C4A=GG 下柱: 50.09kN8.9mkN/m69.42.15C5A

7、=GGB柱: 上柱:20.88kN2.9mkN/m0.62.14B=G 下柱:52.76kN8.9mkN/m94.42.15B=G 各项恒载作用位置如图2-56所示。 图2-56 荷载作用位置图 （单位：kN）22.屋面活荷载0.45kN/m 屋面活荷载标准值为，雪荷载标准值为，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： .2kN2512/2m6mkN/m5.04.121=Q 的作用位置与作用位置相同，如图2-56所示。3.风荷载风荷载的标准值按计算，其中20kN/m7.0=w,根据厂房各部分标高(图2-54)及B类地面粗糙度确定如下： 柱顶(标高11.3m) 036.1z

8、=m 檐口(标高12.3m) 064.1z=m 屋顶(标高16.00m) 162.1z=m如图2-57所示，则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：2KN/m0s1zzk1.0360.81.0ww=mmb0.7kN/m2=0.58 220s2zz2k/29.00.7kN/m1.0360.41.0mkNww=mmb 图2-57 风荷载体型系数及计算简图kN/m则作用于排架计算简图(图2-57)上的风荷载设计值为: 872.4m0.6kN/m58.04.121=qkN/m436.2m0.6kN/m29.04.122=q ()()m7.3162.10.50-m0.1064.14.08.0

9、4.1-+-=m0.6kN/m7.00.12kN14.10= 4.吊车荷载 由表2-16可得吊车的参数为：，,根据及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2-58所示。(1)吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为： (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为：作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值为：=21.30kN2.266kN715.64.1iQmax=yTTg 图2-58 吊车荷载作用下支座反力影响线 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。其中柱的剪力分配系数计算，见表2-23。表2-23 柱剪力分配系数柱别A、C 柱246

10、.0=l67.20=CE/1015.38CA-=dd292.0CA=hhB 柱246.0=l890.20=CE/10218.28B-=d416.0B=hkN99.15011=GG; 72.72kN13.92kNkN8.58432=+=+=AGGGkN09.5053=AGG; .98kN317kN99.1582214=GGkN53.3856=BGG; 138.48kN58.8kN2kN88.202345=+=GGGB m7.95kNm05.0kN99.158111=eGM m25.59kN0.3m58.8kN-0.25m13.92)kN99.158(=+=由于图2-59a所示排架为对称结构且作用

11、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可根据相应公式计算。对于A，C柱，246.0=l则：999.111111123321=-+-=nnCll 256.1111123323=-+-=nCll()=+=+=kN07.411.8m1.256m25.59kN1.999mkN95.72211CHMCHMRA本例中。求得后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图2-59、。 图2-59d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定，下同。 图2-59 恒载作用下排架内力图2屋面活荷载作用

12、下排架内力分析 (1)AB跨作用屋面活荷载 排架计算简图如图2-60所示，其中kN2.251=Q，它在柱顶及变阶处引引起的力矩为：mkN26.10.05mkN0.251A=MmkN3.60.25mkN2.252A=MmkN78.30.15mkN2.251B=M对于A柱，999.11=C，256.13=C,则)(=+=+=kN884.011.8m1.256m6.3kN1.999mkN26.112A11AACHMCHMR 对于B柱,246.0=l，则669.111111123321=-+-=nnCll) ()=kN535.011.81.669mkN78.311BBCHMR ( 0.535kNkN8

13、84.0BA=+=+=RRR1.419kN将R反作用于柱顶，计算相应的柱顶剪力，并与相应的柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨时的柱顶剪力，即 )( 0.47kNkN419.10.292.kN884.0AAA=-=-=RRVh)( 0.06kNkN1.419416.0kN0.535BBB-=-=-=RRVh)( kN414.0kN1.419292.0CC-=-=RVh排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力如图2-60b，c所示。图2-60 AB跨作用屋面活荷载时排架内力图（2）BC跨作用屋面活荷载由于结构对称，且BC跨与AB跨作用荷载相同，故只需将图2-60中内力图的位置及方向调整一

14、下即可，如图2-61所示。 图2-61 BC跨作用屋面活荷载时的排架内力图3风荷载作用下排架内力分析(1）左吹风时计算简图如图2-62a所示。对于A，C柱, ，246.0=l得345.0111811133411=-+-+=nnCll)( kN-19.830.34511.8m-4.872kN/m111A=-=HCqR)(kN-9.92=. 0.34511.8m=2.436kN/m112C-=HCqR)( 39.89kN10.14kN9.92kNkN19.83WCA-=-=+=FRRR各柱顶的剪力分别为)( 8.18kN39.89kN0.292kN19.83AAA-=+-=-=RRVh)( .59

15、kN1639.89kN0.416BB=RV-h)( 1.73kN39.89kN0.292kN92.9CCC=+-=-=RRVh排架内力如图2-62b所示 (a) (b)图2-62 左吹风时排架内力图(2)右吹风时 计算简图如图2-63a所示。将图2-62b所示A，C柱内力图对换且改变内力符号后可得，如图2-63b所示。 图2-63 右吹风时排架内力图4.吊车荷载作用下排架内力分析(1)作用于A柱 计算简图如图2-64a所示。其中吊车竖向荷载，。在牛腿顶面处引起的力矩为：对于A柱，256.13=C，则11.8M()-=-=-=63.17.=1.2561.6.1653mkNCHMRAA对于柱，24

16、6.0=l，得358.1111123323=-+-=nCll()=27.1011.8mm123.893mkNCHMRBB)( kN36.7kN27.10kN63.17BA-=+-=+=RRR排架各柱顶的剪力分别为：)( 15.48kN7.36kN0.292kN63.17AAA-=+-=-=RRVh)( 13.33kN7.36kN0.416kN27.10BBB=+=-=RRVh)( 2.15kN7.36kN0.292CC=RVh排架各柱弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图264b,c所示。图2-64 作用在A柱时排架内力图(1) 作用于B柱左计算简图如图2-65a所示,计算如下：柱顶不动铰支反力，及总

17、反力分别为：()-=-=-=kN80.3256.01.8mmkN69.353AACHMR()=-=kN65.47358.11.8mmkN00.4143BBCHMR)( kN85.43kN65.47kN80.3BA=+-=+=RRR各柱顶剪力分别为：)( 16.60kN43.85kN0.292kN80.3AAA-=-=-=RRVh)( 29.41kN.85kN430.416kN65.47BBB=-=-=RRVh)( .80kN1243.85kN0.292CC-=-=RVh排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图2-65b，c所示 图2-65 作用于B柱左时排架内力图（3）作用于B柱右根据结构对称

18、性及吊车吨位相等的条件，内力计算与作用于B柱左的情况相同，只需将A，C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图2-66所示。图2-66 作用于B柱右时排架内力图（4）作用于C柱 同理，将作用于A柱情况的A，C柱内力对换，并注意改变符号，可求得各柱的内力，如图2-67所示。图2-67 作用在C柱右时排架内力图 （5）作用于AB跨柱 当AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图2-68a所示，对于A柱，得，则()()718.01112121.823235=-+-+-=nnaaClll ()=-=-=15.29kN0.718kN30.215maxACTR 同理，对于B柱，246.0=l，6.0=

19、a,759.05=C，则：()=-=-=16.17kN0.759kN30.215maxBCTR排架柱顶总反力R为：)( kN46.31kN17.16kN29.15BA-=-=+=RRR各柱顶剪力为：)( .10kN631.461kN0.292kN29.15AAA-=+-=-=RRVh)( 3.08kN.46kN310.416kN17.16BBB-=+-=-=RRVh )( .19kN931.46kN0.292CC=-=RVh排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图2-68b所示。当方向相反时，弯矩图和剪力只改变符号，方向不变。图2-68 作用于AB跨时排架内力图(6) 作用于BC跨柱 由于结构对称及吊

20、车吨位相等，故排架内力计算与作用AB跨情况相同，仅需将A柱与C柱的内力对换，如图2-69所示。图2-69 作用于BC跨时排架内力图5.内力组合以柱内力组合为例。表2-24为各种荷载作用下柱内力标准值汇总表，表2-25表2-32、表2-33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2-24中的例图所示。 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2-33中亦给出了和的组合值，它们均满足的条件，对设计来说，这些值均取自及相应的和一项。表2-24 柱内力设计值汇总表柱号及正向内力荷载类别恒载屋面活载吊车竖向荷载吊车水平荷载风荷载作用在跨作用在跨作用在柱作用在B

21、柱左作用在B柱右作用在柱作用在跨作用在BC跨左风右风 序号12345678910113.8530.101.2-44.89-48.1437.12-6.2353.2415.26172.9125.2000000000-21.737-6.21.2120.71-12.4537.12-6.2353.24-15.26231.7125.20552118.9700000014.486-2.014.89-17.064-160.19151.04-23.37242.66-190.01281.825.20552118.970000004.070.470.414-15.48-16.612.80-2.1549.3130.4

22、7弯矩图注：单位()，单位，单位。表2-25 1.2恒载+1.4屋面活荷载截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、1235.1531 3.8531235.153135.153198.11172.91198.11172.9113-20.5412-27.93712-27.9311-20.54231.71256.91256.91231.711319.3761212.47612317.3661319.376281.80307307281.80123 相应的相应的4.95417.366307注：单位()，单位，单位。表2-26 1.2恒载+1.4吊车荷载截面组合项及相应的、组

23、合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、16964.6231579-72.17216964.62316964.623172.91172.91172.91172.911469162.7431579-64.0721469162.743179-54.622783.71350.38783.71231.711468291.612158-288.8541468291.61216957.086 833.8400.77833.8281.8169相应的相应的26.0657.086281.8注：单位()，单位，单位。表2-27 1.2恒载+1.4风荷载截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合

24、项及相应的、1107.093111-11.4071107.0931107.093 172.91172.91172.91172.91110-18.497111-36.997111-36.997111-36.997231.71231.71231.71231.71110257.146111-175.524110257.146110157.146281.8281.8281.8281.8110相应的相应的53.38257.146281.8注：单位()，单位，单位。表2-28 1.2恒载0.91.4（屋面活荷载吊车荷载风载）截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、1,23,69

25、,1065.0651,57,99-82.7771,23,691071.7431,36,91065.242195.59172.91195.59172.911,34,69,10148.291，25，79，11-81.8531,23,46,910142.7111,7911-65.068 728.51367.22751.19231.711,34,68,10486.6941，25，811-431.3381,23,46,810484.8851,36,910275.621751.6411.553801.28281.81,23,69,10相应的相应的69.036469.004304.48注：单位()，单位，单

26、位表2-29 1.2恒载0.91.4（屋面活荷载吊车荷载）截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、1,23,6956.7061579-69.511,23,6956.706136956.614195.59172.91195.59172.911,34,69139.6421，25，7955.201,23,46,9134.358179-48.368678.83350.756751.19231.711,34,68279.2571，25，8-260.3291，23，46，8266.4951369252.419778.6411.553801.28281.81，23，6相应的相应的

27、16.386153.014304.48注：单位()，单位，单位。表2-30 1.2恒载0.91.4（屋面活荷载风载）截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、123107.969111-9.854123107.96913107.876195.59172.91195.59172.911310-17.7351211-29.8851211-29.885111-35.465231.71254.39330.43231.711310237.2811211158.33212310235.4721310237.281281.8304.48304.48281.81,23,10相应的相应

28、的49.245235.472304.48注：单位()，单位，单位。表2-31 1.2恒载0.91.4（吊车荷载风载）截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、1，69，1064.1891,57,911-82.7771691064.1891691064.189172.91172.91172.91172.911，46，910147.2171,57,911-76.2671,46,910147.21717911-65.062728.51338.783728.51231.711,46,810482.2971，58，11-429.5291,46,810482.2971，69，10451.926778.6388.873778.6281.81，69，10相应的相应的68.24466.412281.8注：单位()，单位，单位。表2-32 1.35恒载+0.71.4屋面活荷载+0.71.4吊车竖向荷载截面组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、组合项及相应的、1，23，632.78415-32.1791，23，632.78413632.717281.087262.607281.087