1、單層工業廠房混凝土排架課程設計1.1 柱截面尺寸確定由圖2可知柱頂標高為12.4 m，牛腿頂面標高為8.6m ，設室內地面至基礎頂面的距離為0.5m ，則計算簡圖中柱的總高度H、下柱高度 、上柱高度分別為：H=12.4m+0.5m=12.9m ， =8.6m+0.5m=9.1m =12.9m9.1m=3.8m根據柱的高度、吊車起重量及工作級別等條件，可由表2.4.2并參考表2.4.4確定柱截面尺寸，見表1。表1 柱截面尺寸及相應的計算參數 計算參數柱號截面尺寸/mm面積/mm慣性矩/mm自重/(KN/m)A , B上柱矩400×4001.6×1021.3×104.

2、0下柱I400×900×100×1501.875×10195.38×104.69本例僅取一榀排架進行計算，計算單元和計算簡圖如圖1所示。1.2 荷載計算1.2.1 恒載(1).屋蓋恒載： 兩氈三油防水層 0.35KN/m220mm厚水泥砂漿找平層 20×0.02=0.4 KN/m2100mm厚水泥膨脹珍珠巖保溫層 4×0.1=0.4 KN/m2一氈二油隔氣層 0.05 KN/m215mm厚水泥砂漿找平層； 20×0.015=0.3 KN/m2預應力混凝土屋面板（包括灌縫） 1.4 KN/m2 2.900 KN/m2

3、天窗架重力荷載為2×36 KN /榀，天溝板2.02 KN/m，天溝防水層、找平層、找坡層1.5 KN/m，屋架重力荷載為106 KN /榀，則作用于柱頂的屋蓋結構重力荷載設計值為：G1=1.2×(2.90 KN/m2×6m×24m/22×36 KN/22.02 KN/m×6m1.5 KN/m×6m106 KN/2) =382.70 KN(2) 吊車梁及軌道重力荷載設計值： G3=1.2×（44.2kN1.0KN/m×6m）=50.20 KN(3）柱自重重力荷載設計值：上柱 G4A= G4B =1.2&#

4、215;4kN/m×3.8m =18.24 KN下柱 G5A= G5B=1.2×4.69kN/m×9.1m =51.21KN各項恒載作用位置如圖2所示。 屋面活荷載 屋面活荷載標準值為0.5 KN/m2，雪荷載標準值為0.35 KN/m2，后者小于前者，故僅按前者計算。作用于柱頂的屋面活荷載設計值為：Q1=1.4×0.5 KN/m2×6m×24m/2=50.40KNQ1 的作用位置與G1 作用位置相同，如圖2所示。 風荷載 風荷載標準值按式（2.5.2）計算，其中=0.35 KN/m2 ，=1.0，根據廠房各部分標高及B類地面粗糙度由

5、附表5.1確定如下：柱頂（標高12.40m） =1.067檐口（標高14.30m） =1.120天窗架壁底（標高16.99m） =1.184天窗架壁頂（標高19.86m） =1.247 屋頂（標高20.31m） =1.256如圖3a所示，由式（2.5.2）可得排架迎風面及背風面的風荷載標準值分別為：=1.0×0.8×1.067×0.35 KN/m2 =0.299 KN/m2=1.0×0.8×1.067×0.35 KN/m2 =0.299 KN/m2則作用于排架計算簡圖（圖3.b）上的風荷載設計值為： q=1.4×0.299

6、KN/m2×6.0m =2.51KN/mq=1.4×0.187 KN/m2×6.0m =1.57KN/mFw=(+)h+(+)h+(+)hB= 1.4×(0.80.5)×1.120×1.9m(-0.20.6)×1.184×2.69(0.60.6)×1.247×2.87 ×1.0×0.35 KN/m2×6.0m =24.51 KN1.2.4 吊車荷載 由表2.5.1可得200/50KN吊車的參數為：B=5.55m，K=4.40m，g=75KN，Q=200KN，F=21

7、5KN，F=45KN。根據B及K，可算得吊車梁支座反力影響線中歌輪壓對應點的豎向坐標值，如圖4所示。(1）吊車豎向荷載由式（2.5.4）和式（2.5.5）可得吊車豎向荷載設計值為：D= Fy=1.4×215 KN×(10.0800.2670.075)=647.15 KND= Fy=1.4×45 KN×2.15=135.45 KN(2）吊車橫向水平荷載作用于每一個輪子上的吊車橫向水平制動力按式（2.5.6）計算，即T=（Q+g）=×0.1×（200KN75KN）=6.875 KN作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設計值按式（2.5.7）計

8、算，即 T=Ty=1.4×6.875 KN×2.15=20.69 KN1.3 排架內力分析該廠房為單跨等高排架，可用剪力分配法進行排架內力分析。其中柱的剪力分配系數按式（2.5.16）計算，結果見表2 。表2 柱剪力分配系數柱別n=I/ IH/HC=3/1+(1/n-1)=H/ CE I=A ，B柱n=0.1090.295C=2.480=0.20610=0.51.3.1 恒載作用下排架內力分析 恒載作用下排架的計算簡圖如圖5所示。圖中的重力荷載G及力矩M是根據圖2確定，即G= G =382.70KN；G=G+G4A =50.20KN+18.24KN=68.44KNG= G5

9、A =51.21KN；M= Ge=382.70KN×0.05m=19.14 KNM=( G+ G4A) eG e =(382.70 KN+18.24 KN)×0.25m50.20 KN×0.3m=85.18 KN由于圖5a所示排架為對稱結構且作用對稱荷載，排架結構無側移，故各柱可按柱頂為不動鉸支座計算內力。柱頂不動鉸支座反力R可根據表2.5.2所列的相應公式計算，則 C=2.122 ， C=1.132R=10.62 KNR=-10.62 KN 求得R后，可用平衡條件求出柱各截面的彎矩和剪力。柱各截面的軸力為該截面以上重力荷載之和，恒載作用下排架結構的彎矩圖和軸力圖

10、分別見圖5.b,c。圖5.d為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負號規定。 屋面活荷載作用下排架內力分析 排架計算簡圖如圖6a所示。其中Q=50.4 KN，它在柱頂及變階處引起的力矩為M=50.4KN×0.05m=2.52 ；M=50.4KN×0.25m=12.60。 對于A柱，C=2.122，C=1.132，則R=1.53 KN()R=-1.53 KN()排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力圖如圖6b.c所示。 風荷載作用下排架內力分析 (1)左吹風時計算簡圖如圖7a所示。對于A,B柱，n=0.109,=0.295,則C= =0.329R=- qH C=-2.51KN/m

11、5;12.9m×0.329=-10.65KN()R=- qH C=-1.57KN/m×12.9m×0.329=-6.66 KN()R= R+ R+ Fw=-10.65KN6.66KN24.51KN=-41.82 KN()各柱頂剪力分別為：V= R- R=-10.65KN+0.5×41.82KN=10.26 KN()V= R- R=-6.66KN+0.5×41.82KN=14.25 KN()排架內力圖如圖7b所示。 (2)右吹風時 計算簡圖如圖8a所示。將圖7b所示A,B柱內力圖對換且改變內力符號后可得，如圖8b所示。 吊車荷載作用下排架內力分析

12、 (1）D作用于A柱 計算簡圖如圖9a所示。其中吊車豎向荷載D，D在牛腿頂面處引起的力矩為： M= De=647.15KN×0.3m=194.15 KN M= De=135.45KN×0.3m=40.64 KN對于A柱，C=1.132，則R=-17.04 KN() R=3.57 KN()R=R+R=-17.04KN+3.57KN=-13.47KN()排架各柱頂剪力分別為：V= R- R=-17.04KN+0.5×13.47KN=-10.31 KN()V= R- R=3.57KN+0.5×13.47KN=10.31KN()排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力

13、值如圖9b,c所示。(2）D作用于B柱同理，將“D作用于A柱”的情況的A,B柱對換，并注意改變符號，可求得各柱的內力，如圖10所示。(3）T作用下 排架計算簡圖如圖11a所示。對于A，B柱，n=0.109,=0.295,由表2.5.3得a=(3.8m-1.4m)/3.8m=0.632,則 =0.629R=- T=-20.69KN×0.629=-13.01 KN()R=- T=-13.01 KN()，R=R+R=-13.01KN×2=-26.02KN()各柱頂剪力為：V= R- R=-13.01KN+0.85×0.5×26.02KN=-1.95 KN()V

14、= R- R=-13.01KN+0.85×0.5×26.02KN=-1.95 KN()排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖11b所示。當T方向相反時，彎矩圖和剪力只改變符號，大小不變。1.4 內力組合以A柱內力組合為例。表3為各種荷載作用下A柱內力設計值匯總表，表4為A柱內力組合表，這兩表中的控制截面及正負號內力方向如表3中歐那個的例圖所示。內力組合按式（2.5.19）式（2.5.21）進行。除N及相應的M和V一項外，其他三項均按式（2.5.19）和式（2.5.20）求得最不利內力值；對于N及相應的M和N一項，-和-截面均按（1.2S+1.4S）求得最不利內力值，而-截面則是按

15、式（2.5.21）即（1.35S+S）求得最不利內力。對柱進行裂縫寬度驗算時，內力-采用標準值，同時只需對e/h>0.55的柱進行驗算。為此，表4中亦給出了M和N的組合值，它們均滿足e/h>0.55的條件，對本例來說，這些值均取自N及相應的M和V一項。表3 A柱內力設計值匯總表柱號及正向內力荷載類別恒載屋面活載吊車豎向荷載吊車水平荷載 風荷載D作用于A柱D作用于B柱左風右風序號-M21.223.29-39.18-39.1821.5257.11-67.51N400.9450.4000000-M-63.96-9.31154.971.4621.5257.11-67.51N451.1450

16、.40647.15135.45000-M32.684.6261.15-92.36192.06341.21-314.42N502.3550.40647.15135.45000V10.621.53-10.31-10.3118.7442.64-34.50表4 A柱內力組合表截面+M及相應N，VM及相應N，VN及相應M，VN及相應M，VM、N備注-M+0.9（+0.9+93.01+0.90.9（+）+-88.71+0.926.18+0.9+0.9+93.0168.96N一項，取1.35S+0.71.4SN446.3400.94486.34446.3366.52-M+0.90.9（+）+130.40+0

17、.9+0.9+-150.3+0.975.51+0.90.9+-142.15N975.33496.501033.58451.14-M+0.9+0.9（+）+549.03+0.90.9（+）+-480.68+0.987.72+0.9+0.9（+）+549.03N1071.90612.061084.791071.9V57.20-43.961.3457.20M396.05-339.4566.54396.05N825.45496.99834.65825.45V42.12-30.140.9642.121.5 柱截面設計 仍以A柱為例?；炷粒? ，；鋼筋：受力筋為，。上下柱均采用對稱配筋。 上柱配筋計算由

18、表4可見，上柱截面共有4組內力。取h=400mm-40mm=360mm 。經判別，其中三組內力為大偏心受壓；只有（M=26.18 KN，N=486.34KN）一組為小偏心受壓，且N<=0.550×1.0×14.3×400mm×360mm=1132.56 KN,故按此組內力計算時為構造配筋。對3組大偏心受壓內力，在彎矩較大且比較接近的兩組內力中，取較小的一組，即取 M=93.01 KN，N=446.30 KN 由附表11.1查得有吊車廠房排架方向上柱的計算長度=2×3.8m=7.6m 。附加偏心距取20mm（大于400mm/3）。 =M/N

19、=208mm，=+=208mm +20mm=228mm由/h=7600mm/400mm=19>5，故應考慮偏心距增大系數。=2.563>1.0，取=1.0=取x=2進行計算。 = 選3 18（=763），則763/(400mm×400mm)=0.48%>0.2%,滿足要求。由附表11.1，得垂直于排架方向柱的計算長度=1.25×3.8m=4.75m，則/ b =4750mm/400mm=11.88，=0.95。 滿足彎矩作用平面外的承載力要求。1.5.2 下柱配筋計算 取h=900mm-40mm=860mm 。與上柱分析方法類似，在表4的8組內力中，選取下

20、面的一組不利內力：M=549.03 KN，N=1071.90 KN 下柱計算長度=1.0=9.1m，附加偏心距=900mm/30=30mm(大于20mm)。b =100mm，=400mm，=150mm。 =M/N=512mm，=+=512mm +30mm=542mm由/h=9100mm/900mm=10.1，故應考慮偏心距增大系數，且取。=1.20>1.0，取=1.0。=故為大偏心受壓。先假定中和軸位于翼緣內，則 x=說明中和軸位于腹板內，應重新計算受壓區高度x:= 選用4 20（=1272）。按此配筋，經驗算柱彎矩作用平面外的承載力亦滿足要求。 柱的裂縫寬度驗算規范規定，對>0.

21、55的柱應進行裂縫寬度驗算。本題的下柱出現>0.55的內力，故應對下柱進行裂縫寬度驗算。驗算過程見表5，其中，下柱的=1272，=；構件受力特征系數=2.1；混凝土保護層厚度c取25mm 。表5 柱的裂縫寬度驗算表柱截面下柱內力標準值M/( KN)396.05N/KN825.45=M/N /mm480>0.55 h=4730.01401.0(/h<14)8900.523702.2173.60.570.16<3(滿足要求)1.5.4 柱箍筋配置 非地震區的單層廠房柱，其箍筋數量一般由構造要求控制。根據構造要求，上下柱均選用8200箍筋。 牛腿設計根據吊車梁支承位置、截面尺

22、寸及構造要求，初步擬定牛腿尺寸，如圖12所示。其中牛腿截面寬度b=400慢慢，牛腿截面高度h=600mm，h=565mm 。(1)牛腿截面高度驗算按式（2.6.1）驗算，其中=0.65，=2.01N/，=0（牛腿頂面無水平荷載），a=-150mm+20mm=-130mm<0,取a=0, 按下式確定：=由式（2.6.1）得：故牛腿截面高度滿足要求。(2)牛腿配筋計算 由于a=-150mm+20mm=-130mm<0,因而該牛腿可按構造要求配筋。根據構造要求，。縱向鋼筋取4 14（=616），水平箍筋選用8100。 1.5.6 柱的吊裝驗算采用翻身起吊，吊點設在牛腿與下柱交接處，混凝土

23、達到設計強度后起吊。由表2.4.6可得柱插入杯口深度為=0.9×900mm=810mm,取=850mm,則柱吊裝時總長度為3.8m+9.1m+0.85m=13.75m,計算簡圖如圖13所示。柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載（應考慮動力系數），即 =在上訴荷載作用下，柱各控制截面的彎矩為： 由得：，令，得x=3.73m,則下柱段最大彎矩為：柱截面受彎承載力及裂縫寬度驗算過程見表6。表6 柱吊裝階段承載力及裂縫寬度驗算表柱截面上柱下柱M(M)/( KN)58.48(43.32)84.20(62.37)/( KN)73.25>0.958.48=52.63312.91>0.984

24、.20=75.78/(N/mm)181.2865.530.38-0.31<0.2,取0.20.14<0.2（滿足要求）0.02<0.2(滿足要求)1.6 基礎設計1.6.1 作用于基礎頂面上的荷載計算作用于基礎頂面上的荷載包括柱底（-截面）傳給基礎的M,N,V以及外墻自重重力荷載。前者可由表4中-截面選取，見表7，其中內力標準組合值用于地基承載力驗算，基本組合值用于受沖切承載力驗算和底板配筋計算，內力的正號規定見圖14b。表7 基礎設計的不利內力組別荷載效應基本組合荷載效應標準組合M/( KN)N/KNV/KNM/( KN)N/KN/KN第1組549.031017.9057.

25、20396.05825.4542.12第2組480.68612.0643.96339.45496.9930.14第3組87.721084.791.3466.54834.650.96由圖14a可見，每個基礎承受的外墻總寬度為6.0m,總高度為14.35m，墻體為240mm磚墻（4.7KN/ m），鋼框玻璃窗（0.45 KN/ m），基礎梁重量為16.7KN/根。每個基礎承受的由墻體傳來的重力荷載為：240mm磚墻 4.7 KN/ m6m×14.35m-(5.1m+1.8m)×4.2m=268.46KN鋼框玻璃窗 0.45 KN/ m×(5.1m+1.8m)×

26、;4.2m=13.04KN基礎梁 16.7KN =298.20 KN距基礎形心的偏心距為： =（240mm+900mm）/2=570mm =1.2=1.2×298.20KN=357.84KN 基礎尺寸及埋深(1)按構造要求擬定高度h:h=由表2.4.6得柱的插入深度，取=850mm。由表2.4.7得杯底厚度應大于200mm，取=250mm,則h=850mm+250mm+50mm=1150mm。基礎頂面標高為-0.500m,故基礎埋深d為：d =h+0.5m=1.650m由表2.4.7得杯壁厚度t300mm,取325mm；基礎邊緣高度取350mm，臺階高度取400mm,見圖14b。(2

27、)擬定基礎底面尺寸 由式（2.7.2）得：A適當放大，取A=bl=3.6m×2.4m=8.64m (3)計算基底壓力及驗算地基承載力基底壓力按式（2.7.3）計算，結果見表8；按式（2.7.8）驗算地基承載力，其中1.2，驗算結果見表8?？梢?，基礎底面尺寸滿足要求。表8 基礎底面壓力計算及地基承載力驗算表類別第1組第2組第3組M/( KN)N/KN/KN396.05825.4542.12339.45496.9930.1466.54834.650.961408.771080.311417.97274.51544.09102.33216.01110.10229.9920.08183.86144.38163.06<240216.01<288125.04<240229.99<288164.12<240183.86<288 基礎高度驗算這時應采用基