鋼筋混凝土單層廠房結構設計書鋼筋混凝土單層廠房結構設計書題目：鋼筋混凝土單層廠房結構設計目的與要求：了解單層廠房結構設計的全過程，培養單層廠房結構設計的工作能力。要求：（1）、掌握單層廠房結構布置和結構選型的一般原則和方法；（2）、綜合運用以往所學的力學及鋼筋混凝土結構的知識，掌握排架內力分析方法以及構件截面設計方法；（3）、掌握單層廠房結構施工圖的表達方法。設計內容：1、完成計算書一份，內容包括：（1）設計資料；（2）結構布置與選型；（3）排架內力分析及柱、基礎的配筋計算。2、繪制施工圖：（1）柱子模板圖及配筋圖；（2）基礎平面布置圖及配筋圖。設計資料：廠房跨度24米，總長102米，中間設伸縮縫一道，柱距6米。車間內設有兩臺軟鉤200／50kN中級工作制吊車，軌頂設計標高10.000米。建筑場地地質情況：地面下0.8米范圍內為雜填土，雜填土下面3.5米內為均勻粉土，其承載力標準值fk＝200kPa,地下水位為地面下4.50米，無腐蝕性。基本風壓W0=0.4kN/m2;基本雪壓S0=0.35kN/m2。屋面是不上人的鋼筋混凝土屋面，屋面均布可變荷載標準值為0.7/m2。建議采用材料：（1）、柱：混凝土C30，縱向受力鋼筋II級，箍筋I級。（2）、基礎：混凝土C30，II級鋼筋。選用的標準圖集：（1）、屋面板：G410（一）標準圖集，預應力混凝土大型屋面板，板重標準值（包括灌縫在內）1.4KN/m2。（2）、天溝板：G410（三）標準圖集，JGB77-1天溝板，板重標準值2.02kN／m。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共1頁，當前為第1頁。（3）、屋架：G415（三）標準圖集中預應力混凝土折線形屋架，屋架自重標準值106kN。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共1頁，當前為第1頁。（4）、吊車梁：G323-1~2標準圖集DLZ-4，梁高1200毫米，翼緣寬600毫米，腹板寬300毫米，梁自重標準值44.2kN/根，軌道及零件重1kN/米，軌道及墊板高度200毫米。建議采用的柱截面尺寸：上柱為矩形bxh=400x400mm,下柱為I形bf=400mm，h=800mm，b=100mm，hf=150~170mm。屋面做法：鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共2頁，當前為第2頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共2頁，當前為第2頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共3頁，當前為第3頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共3頁，當前為第3頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共4頁，當前為第4頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共4頁，當前為第4頁。結構計算書一、結構的計算1、計算簡圖的確定（1）計算上柱高及柱全高根據圖2.107及有關設計資料：上柱高Hu=柱頂標高-軌頂標高+吊車梁高+軌道構造高=12.4-10.0+1.2+0.20=3.8m全柱高H=柱頂標高-基頂標高=12.4-（-0.5）=12.9m故下柱高Hl=H-Hu=12.9-3.8=9.1m上柱與全柱高的比值（2）初步確定柱截面尺寸根據表2.9（A）的參考數據，上柱采用矩形截面，b×h=400mm×400mm，下柱選??用I形,b×h×hf=400mm×800mm×150mm（其余尺寸見圖2.108），根據表2.8關于下柱截面寬度和高度的限值，驗算初步確定的截面尺寸，對于下柱截面寬度對于下柱截面高度，有吊車無吊車時（3）上、下柱截面慣性與其比值鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共5頁，當前為第5頁。排架平面內：鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共5頁，當前為第5頁。上柱下柱比值排架平面外：上柱下柱排架計算簡圖（幾何尺寸及截面慣性矩）如圖2.109所示鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共6頁，當前為第6頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共6頁，當前為第6頁。2、荷載計算（1）恒荷載（а）房屋結構自重預應力混凝土大型屋面板20mm水泥沙漿找平層一氈二油隔氣層100mm水泥珍珠巖制品保溫層20mm水泥沙漿找平層天溝板天窗端壁屋架自重天窗架1.2×40=48KN則作用于橫向水平面排架一端柱頂的屋蓋結構自重鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共7頁，當前為第7頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共7頁，當前為第7頁。(b)柱自重上柱下柱（c）吊車梁與軌道自重（2）屋面活荷載由《荷載規范》可知,屋面均勻活荷載標準值為0.7KN/m2,大于該廠房所在地區的基本雪壓S0=0.30KN/m2，,故屋面活荷載在每側柱頂產生的壓力為，Q1=1.4×0.7×6×12=70.56KNe1=50mm（3）吊車荷載由電動雙鉤橋式吊車數據查得Pmax..K=200KN.Pmin.k=50KN,B=5000mm.k=4000mmQ2.K=75KN根據B與K及反力影響線，可算得與各輪對應的反力影響線豎標（圖2.110），于是可求的作用與上柱的吊車垂直荷載鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共8頁，當前為第8頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共8頁，當前為第8頁。作用于每個輪子上的吊車水平制動設計值則作用于排架上的吊車水平荷載，按比例關系由求得Dmax其作用點到柱頂的垂直距離（4）風荷載**地區的基本風壓對于大城市市郊，風壓高度變化系數按B類地區考慮，高度的取值，對按柱頂標高12.4m考慮，查《荷載規范》得按天窗檐口標高19.86m考慮，查《荷載規范》得風荷載體型系數的分布圖2.111所示。故集中風荷載Fw為鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共9頁，當前為第9頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共9頁，當前為第9頁。排架受荷總圖如圖2.112所示。3、內力計算鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共10頁，當前為第10頁。（1）恒荷載作用下鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共10頁，當前為第10頁。如前所述，根據恒荷載的對稱性和考慮施工過程中的實際受力情況，可將圖2.112中的恒載的作用簡化為圖2.113a、b、c所示的計算簡圖。在G1作用下已知n=0.151，λ=0.295，由附圖2.2中的公式故在M11作用下不動鉸支承的柱頂反力由附圖2.3中的公式故在M12作用下不動鉸支承的柱頂反力鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共11頁，當前為第11頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共11頁，當前為第11頁。因此，在M11和M12共同作用下（即在G1作用下）不動鉸支承的柱頂反力相應的彎矩圖如圖2.113a所示(b)在G2的作用下相應的彎矩圖如圖2.113b所示。(c)在G4的作用下相應的彎矩圖如圖2.113c所示。將圖2.113a、b、c的彎矩圖疊加，得在G1、G2、G3和G共同作用下的恒荷載彎矩圖（2.113d）,相應的軸力N圖如圖2.113e所示。（2）屋面活荷載作用下對于單跨排架，Q與G一樣為對稱荷載，且作用位置相同，僅數值大小不同。故由G的內力圖按比例可求得Q的內力圖。如：柱頂不動鉸支承反力相應的M圖如圖2.114a,b所示。（3）吊車荷載（考慮廠房整體空間工作）廠房總長102m，中間設一道伸縮縫，跨度為24m，吊車起重量為20t，由表2.13可查得無檁屋蓋的單跨廠房空間作用分配系數=0.9鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共12頁，當前為第12頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共12頁，當前為第12頁。（a）吊車垂直荷載作用下作用在A柱的情況圖2.122中吊車垂直荷載作用下的內力，可按如圖2.115所示的簡圖進行計算。因此，A、B柱頂剪力按圖2.115a所示簡圖推導的下列公式進行計算：=-12.68KN（繞桿端反時針轉）==11.25KN(繞桿端順時針轉為正)相應的彎矩如圖2.115b所示。在A柱的情況：由于結構對稱，故只需將A柱與B柱的內力對換，并注意內力變號即可。（b）吊車水平荷載作用下從左向右作用在A、B柱的情況（圖2.112中吊車水平荷載作用下）的內力，可按如圖鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共13頁，當前為第13頁。2.116a所示簡圖推導的下列公式計算：鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共13頁，當前為第13頁。==由式中可按附錄Ⅰ的附圖1.4~1.6的公式計算：當y=0.6時，由附圖1.4中的公式0.67當y=0.7時，由附圖1.5中的公式當y=0.684Hl時，用內插法求得鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共14頁，當前為第14頁。相應的彎矩圖如圖2.116a所示。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共14頁，當前為第14頁。Tmax從右向左作用在A，B柱的情況：在這種情況下，僅荷載方向相反，故彎矩值仍可利用上述計算結果，但彎矩圖的方向與之相反（圖2.116b）。（4）風荷載風從左向右吹（圖2.117a）先求柱頂反力系數C11，當風荷載沿柱高均勻分布時，由附圖1.8中的公式對于單跨排架，A，B柱頂剪力（b）風從右向左吹（2.117b）在這種情況下，荷載方向相反，彎矩圖的方向與風從左向右吹的方向相反（圖2.117b）鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共15頁，當前為第15頁。4、最不利內力組合鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共15頁，當前為第15頁。由于結構對稱，只需對A（或B）柱進行最不利內力組合，其步驟如下：①確定需要單獨考慮的荷載項目。本設計為不考慮地震作用的單跨排架，共有八種需單獨考慮的荷載項目，由于小輪無論向右或向左運行中剎車時，A，B柱在Tmax的作用下，其內力大小相等而符號相反，在組合時可列為一項。因此，單獨考慮的荷載項目共七項。②將各種荷載作用下設計控制截面（1-1，2-2，3-3）的內力M，N（3-3截面還有剪力V）填入組合表（表2.30）。填表時要注意有關內力符號的規定。③根據最不利又最可能的原則，確定每一內力組的組合項目，并算出相應的組合值。計算中，當風荷載與活荷載（包括吊車荷載）同時考慮時，除恒荷載外，其余荷載作用下的內力均乘以0.85的組合系數。排架柱全部內力組合計算結果列入表2.30。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共16頁，當前為第16頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共16頁，當前為第16頁。表1。排架柱內力組合表柱號截面荷載項目內力恒荷載屋面活荷載吊車荷載風荷載內力組合G1G2G3G4Q1Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax左風右風Nmax及M,VNmin及M,VMmax及N,V①②③④⑤⑥⑦項目組合值項目組合值項目組合值A柱1-1M(KN·m)30.93.5-48-43±19.464.3-74.2①+②+③+⑤-33①+0.9×（③+⑤+⑦）-89.5①+0.9×（③+⑤+⑦）-89.5N(KN)451.770.600000522.3451.7451.72-2M-66.8-10.61588±19.564.3-74.2①+②+③+⑤100①+⑦-141①+0.9×（③+⑤+⑥）138.7N480.570.65881470001139480.5980.33-3M62.96.142-93±191.7370-345.1①+②+③+⑤302.7①+⑥4331+0.9×（②+③+⑤+⑥）581.3N593.270.65881470001251.8593.21153V14.31.8-12.7-11.3±19.045.1-3122.159.459.45、排架柱設計（1）柱截面配筋計算（a）最不利內力組合的選用由于截面3-3的彎矩和軸向力設計值均比截面2-2的大，故下柱配筋由截面3-3的最不利內力組合確定，而上柱配筋由截面1-1的最不利內力組合確定。經比較，用于上，下柱截面配筋計算的最不利內力組合列入表2.31。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共17頁，當前為第17頁。(b)確定柱在排架方向的初始偏心距、計算廠及偏心距增大系數（表2.31）鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共17頁，當前為第17頁。表2.31柱在排架方向、、截面內力組(mm)(mm)(mm)(mm) (mm)(mm)1-1M(Kn·m)-3363365830.8176004000.9601.882N(Kn)522.28M-89.5198365218176004000.9601.414N451.683-3M4337307657561193508000.9081.384N593.18M581.25504765530191008001.0001.133N1153表中：①=M/N②；③取20mm和h/30的較大值；④；⑤，考慮吊車荷載=2.0（上柱），=1.0（下柱），不考慮吊車荷載=1.5；⑥（C）柱在排架平面內的配筋計算（表2.32）鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共18頁，當前為第19頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共18頁，當前為第18頁。表2.32柱在排架平面內的截面配筋計算鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共18頁，當前為第19頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共18頁，當前為第18頁。截面內力組ei(mm)ηe(mm)x(mm)ζbh0(mm)偏心情況As=As′(mmeq\o(\s\up5(2),\s\do2()))計算值實配值1-1M（kN·M）-33831.882321910.55×365=201大偏心13.6N(kN)522.28M89.52181.41447379201大偏心672.3763（3@18）N451.683-3M4337561.38414111040.55×765=421大偏心18851964(4@25)N593.18M581.255301偏心1240N1153表中：①見表2.31；②；③x,上柱下柱當時，；當時，；④上柱,;下柱當時（取35mm）,當時；上柱或下柱當時，，（d）柱在排架平面外承載力計算上柱Nmax=494.5kN，當不考慮吊車荷載時，按表2.22。l0=1.2H=1.2×12900=154800mm,l0/b=15480/400=38.7,查《混凝土規范》知φ=0.35，As=As′=763mmeq\o(\s\up5(2),\s\do2())下柱，當考慮吊車荷載時，查表２.2２，查表《混凝土規范》表７.３.１，故（2）裂縫寬度驗算截面３－３，當Ｍ＝３２１.３ＫＮ·ｍ，Ｎ＝５３７.５ＫＮ，相應的，故應作裂縫寬度驗算。1-1截面因因而不作此項驗算。由內力組合表可知，驗算裂縫寬度的荷載標準組合值KN·m鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共20頁，當前為第20頁。則縱向受拉鋼筋合力點至受壓區合力作用點間的距離為 鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共20頁，當前為第20頁。縱向受拉鋼筋的應力裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數故最大裂縫開展寬度為(3)柱牛腿設計（a）牛腿幾何尺寸的確定牛腿截面寬度與柱寬相等，為400mm，若取吊車梁外側至牛腿外邊緣的距離吊車梁端部為340mm，吊車梁軸線到柱外側的距離為750mm，則牛腿頂面的長度為750-400+相應牛腿水平截面高為600+400=1000mm，牛腿外邊緣高度，傾角α=，于是牛腿的幾何尺寸如圖2.118所示。(b)牛腿配筋鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共21頁，當前為第21頁。由于吊車垂直荷載于下柱截面內，即a=750—800=—50〈0，故該牛腿可按構造要求來配筋縱向鋼筋取，箍筋取(圖2.118)鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共21頁，當前為第21頁。(c)牛腿局部擠壓驗算設墊板的長和寬為400mm×400mm，局部壓力標準組合植故局部壓應力為（4）柱的吊裝演算(a)吊裝方案：一點翻身起吊，吊點設在牛腿與下柱交接處（圖2.119）(b)荷載計算上柱自重牛腿自重下柱自重計算簡圖如圖2.119b所示。(c)內力計算鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共22頁，當前為第22頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共22頁，當前為第22頁。彎矩圖如2.119所示。(d)截面承載力計算截面1-1：故截面承載力截面2-2：故截面承載力(e)裂縫寬度演算鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共23頁，當前為第23頁。故承載力計算可知，裂縫寬度演算截面1-1即可。鋼筋應力如下：鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共23頁，當前為第23頁。按有效受拉混凝土面積計算的縱向鋼筋配筋率故實際上吊裝階段荷載為短期作用，最大裂縫寬度應為0.252/1.5=1.168mm，滿足要求，對柱若采用平臥起吊，承載力和裂縫寬度將均不滿足要求。6、基礎設計（1）荷載計算(a)由柱傳至基頂的荷載由表2.30可得荷載設計植如下：鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共24頁，當前為第24頁。第一組鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共24頁，當前為第24頁。第二組第三組(b)由基礎梁傳至基頂的荷載墻重（含兩面刷灰）窗重（鋼框玻璃窗）基礎梁由基礎梁傳至基礎頂面荷載設計值為：對基礎地面中心的偏心距(C)作用于基底的彎矩和相應基頂的軸向力設計值分別為假定基礎高度為800+50+250=1100mm，則作用于基底的彎矩和相應基頂的軸向力設計值：第一組第二組第三組鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共25頁，當前為第25頁。基礎的受力情況如圖2.120所示。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共25頁，當前為第25頁。基底尺寸的確定由第二組荷載確定和演算的條件鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共26頁，當前為第26頁。鋼筋混凝土單層廠房結構設計書全文共26頁，當前為第26頁。驗算其他兩組荷載設計值作用下的基底應力第一組（可以）第三組因為該車間屬于可不作地基變形計算的二級建筑物，所以最后確定基底尺寸為2.3m×3.7m（圖2.120）。（2）確定基底的高度前面已初步確定基礎的高度為1.1m，如采用錐形杯口基礎，根據構造要求，初步確定的基礎剖面尺寸如圖2.121所示。由于上階底面落在柱邊破壞錐面之內，故該基礎只須