單層廠房結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)--- 混凝土結(jié)構(gòu)基本原理

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)計(jì)算書</b></p><p>　　課程名稱： 混凝土結(jié)構(gòu)基本原理 </p><p>　　課程編號(hào)： </p><p>　　學(xué)時(shí)學(xué)分： </p><p>　　班 級(jí)：

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　單層廠房結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　1.結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型及柱截面尺寸確定</p><p>　　因該廠房跨度在15~36m之間，且柱頂

3、標(biāo)高大于8m，故采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。屋架選取鋼結(jié)構(gòu)。選用鋼筋混凝土吊車梁及基礎(chǔ)梁。</p><p>　　由圖1可知柱頂標(biāo)高為10.3m，牛腿頂面標(biāo)高為6m；設(shè)室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離為0.5m，則計(jì)算簡(jiǎn)圖中柱的總高度H，下柱高度Hl，和上柱高度Hu分別為：</p><p><b>　　圖1 廠房剖面圖</b></p><p>　　根據(jù)柱的高

4、度、吊車起重量及工作級(jí)別等條件，可確定柱的截面尺寸，見表1。</p><p>　　表1 柱截面尺寸及相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)</p><p>　　本設(shè)計(jì)僅取一榀排架進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算單元和計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示。</p><p>　　圖2 計(jì)算單元和計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　2.荷載計(jì)算</b></p>&l

5、t;p><b>　　1.恒載</b></p><p>　?、盼萆w恒載 </p><p>　　綠豆砂漿保護(hù)層,二氈三油防水層 </p><p>　　20厚水泥砂漿找平層 </p><p>　　80厚泡沫混

6、凝土保溫層 </p><p>　　預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（包括灌縫） </p><p>　　屋蓋鋼支撐 </p><p>　　總計(jì)

7、 </p><p>　　屋架重力荷載為44.226kN/榀，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)的重力荷載設(shè)計(jì)值為：</p><p>　　(2) 吊車梁及軌道重力荷載設(shè)計(jì)值：</p><p>　　(3)柱自重重力荷載設(shè)計(jì)值</p><p><b>　　A、C柱:</b

8、></p><p><b>　　上柱：</b></p><p><b>　　下柱: </b></p><p><b>　　B柱:</b></p><p><b>　　上柱：:</b></p><p><b>　　下

9、柱：</b></p><p>　　各項(xiàng)恒載作用位置如圖3所示。</p><p>　　圖3 荷載作用位置圖 （單位：kN）</p><p><b>　　2.屋面活荷載</b></p><p>　　屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為，后者小于前者，故僅按前者計(jì)算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計(jì)值為：</p&g

10、t;<p>　　的作用位置與作用位置相同，如圖3所示。</p><p><b>　　3.風(fēng)荷載</b></p><p>　　風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值按計(jì)算，其中根據(jù)廠房各部分標(biāo)高(圖1)及B類地面粗糙度確定如下： </p><p>　　柱頂(標(biāo)高9.6m) </p><p>　　檐口(標(biāo)高11.75

11、m) </p><p>　　屋頂(標(biāo)高12.80m) </p><p>　　如圖4所示，則由上式可得排架迎風(fēng)面及背風(fēng)面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別為：</p><p>　　圖4 風(fēng)荷載體型系數(shù)及計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　則作用于排架計(jì)算簡(jiǎn)圖(圖4)上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為:</p><p><b>　　

12、4.吊車荷載</b></p><p>　　由任務(wù)書可得20/5t吊車的參數(shù)為：,根據(jù)及K可算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對(duì)應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)值如圖5所示。</p><p><b>　　(1)吊車豎向荷載</b></p><p>　　吊車豎向荷載設(shè)計(jì)值為：</p><p>　　(2)吊車橫向水平荷載</p&

13、gt;<p>　　作用于每一個(gè)輪子上的吊車橫向水平制動(dòng)力為：</p><p>　　作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設(shè)計(jì)值為：</p><p>　　圖5 吊車荷載作用下支座反力影響線</p><p><b>　　3.排架內(nèi)力分析</b></p><p>　　該廠房為兩跨等高排架，可用剪力分配法進(jìn)行排架內(nèi)力分析

14、。其中柱的剪力分配系數(shù) 計(jì)算，見表2。</p><p>　　表2 柱剪力分配系數(shù)</p><p>　　由于圖6所示排架為對(duì)稱結(jié)構(gòu)且作用對(duì)稱荷載，排架結(jié)構(gòu)無側(cè)移，故各柱可按柱頂為不動(dòng)鉸支座計(jì)算內(nèi)力。柱頂不動(dòng)鉸支座反力可根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算。對(duì)于A，C柱則：</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　本例

15、中。求得后，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(jié)構(gòu)的彎矩圖和軸力圖分別見圖6。</p><p>　　圖6 恒載作用下排架內(nèi)力圖</p><p>　　2．屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析</p><p>　　(1)AB跨作用屋面活荷載 </p><p>　　排架計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖7所示，其中

16、，它在柱頂及變階處引引起的力矩為：</p><p><b>　　對(duì)于A柱，，則</b></p><p><b>　　對(duì)于B柱,，則</b></p><p>　　將R反作用于柱頂，計(jì)算相應(yīng)的柱頂剪力，并與相應(yīng)的柱頂不動(dòng)鉸支座反力疊加，可得屋面活荷載作用于AB跨時(shí)的柱頂剪力，即</p><p>　　圖7

17、 AB跨作用屋面活荷載時(shí)排架內(nèi)力圖</p><p>　?。?）BC跨作用屋面活荷載</p><p>　　由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，且BC跨與AB跨作用荷載相同，故只需將圖7中內(nèi)力圖的位置及方向調(diào)整一下即可，如圖8所示。</p><p>　　圖8 BC跨作用屋面活荷載時(shí)的排架內(nèi)力圖</p><p>　　3．風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析</p>

18、<p><b>　　(1）左吹風(fēng)時(shí)</b></p><p>　　計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖9所示。對(duì)于A，C柱, 得</p><p><b>　　各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為</b></p><p>　　排架內(nèi)力如圖9b所示</p><p>　　(a)

19、 (b)</p><p>　　圖9 左吹風(fēng)時(shí)排架內(nèi)力圖</p><p><b>　　(2)右吹風(fēng)時(shí)</b></p><p>　　計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖10所示。將圖9所示A，C柱內(nèi)力圖對(duì)換且改變內(nèi)力符號(hào)后可得，如圖10所示。</p><p>　　圖10 右吹風(fēng)時(shí)排架內(nèi)力圖</p><p>　　4.吊車荷

20、載作用下排架內(nèi)力分析</p><p>　　(1) Dmax作用于A柱 </p><p>　　計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖11所示。其中吊車豎向荷載，Dmax，Dmin。在牛腿頂面處引起的力矩為：</p><p><b>　　對(duì)于A柱, ，則</b></p><p><b>　　對(duì)于柱， 得</b></

21、p><p>　　排架各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為：</p><p>　　排架各柱彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖11所示。</p><p>　　圖11 Dmax作用在A柱時(shí)排架內(nèi)力圖</p><p>　　(1) Dmax 作用于B柱左</p><p>　　計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖12所示,MA，MB計(jì)算如下：</p><p&g

22、t;　　柱頂不動(dòng)鉸支反力，及總反力分別為：</p><p><b>　　各柱頂剪力分別為：</b></p><p>　　排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖12所示</p><p>　　圖12 Dmax作用于B柱左時(shí)排架內(nèi)力圖</p><p>　?。?）Dmax作用于B柱右</p><p>　

23、　根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性及吊車噸位相等的條件，內(nèi)力計(jì)算與Dmax作用于B柱左的情況相同，只需將A，C柱內(nèi)力對(duì)換并改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ?hào)，如圖13所示。</p><p>　　圖13 Dmax作用于B柱右時(shí)排架內(nèi)力圖</p><p>　?。?）Dmax作用于C柱</p><p>　　同理，將作用于A柱情況的A，C柱內(nèi)力對(duì)換，可求得各柱的內(nèi)力，如圖14所示。</p>

24、<p>　　圖14Dmax作用在C柱右時(shí)排架內(nèi)力圖</p><p>　?。?）Tmax作用于AB跨柱</p><p>　　當(dāng)AB跨作用吊車橫向水平荷載時(shí)，排架計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖15所示，對(duì)于A柱，，得，則</p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　同理，對(duì)于B柱，</b&

25、gt;</p><p>　　排架柱頂總反力R為：</p><p><b>　　各柱頂剪力為：</b></p><p>　　排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖15b所示。當(dāng)Tmax方向相反時(shí)，彎矩圖和剪力只改變符號(hào)，方向不變。</p><p>　　圖15 Tmax作用于AB跨時(shí)排架內(nèi)力圖</p><p&g

26、t;　　(6) Tmax作用于BC跨柱</p><p>　　由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱及吊車噸位相等，故排架內(nèi)力計(jì)算與Tmax作用AB跨情況相同，僅需將A柱與C柱的內(nèi)力對(duì)換，如圖16所示。</p><p>　　圖16Tmax作用于BC跨時(shí)排架內(nèi)力圖</p><p><b>　　5.內(nèi)力組合</b></p><p>　　以柱內(nèi)力組合為例

27、。表3-1為各種荷載作用下柱內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值匯總表，表3-2～</p><p>　　表3-9、表3-10為柱內(nèi)力組合表，這兩表中的控制截面及正號(hào)內(nèi)力方向如表3-1中的例圖所示。對(duì)柱進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)，內(nèi)力采用標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)只需對(duì)的柱進(jìn)行驗(yàn)算。為此，表3-10中亦給出了和的組合值，它們均滿足的條件，對(duì)設(shè)計(jì)來說，這些值均取自及相應(yīng)的 和 一項(xiàng)。</p><p>　　表1-1 柱內(nèi)力設(shè)計(jì)值匯總表&

28、lt;/p><p>　　注：?jiǎn)挝唬瑔挝?，單位?lt;/p><p>　　表1-2 1.2恒載+1.4屋面活荷載</p><p>　　注：?jiǎn)挝唬?單位， 單位。</p><p>　　表1-3 1.2恒載+1.4吊車荷載</p><p>　　注：?jiǎn)挝唬?單位， 單位。</p><p>　　表1-4

29、1.2恒載+1.4風(fēng)荷載</p><p>　　注：?jiǎn)挝唬?單位， 單位。</p><p>　　表1-5 1.2恒載＋0.91.4（屋面活荷載＋吊車荷載＋風(fēng)載）</p><p>　　注：?jiǎn)挝唬?單位， 單位。</p><p>　　表3-6 1.2恒載＋0.91.4（屋面活荷載＋吊車荷載）</p><p>　　注：?jiǎn)挝?/p>

30、， 單位， 單位。</p><p>　　表3-7 1.2恒載＋0.91.4（屋面活荷載＋風(fēng)載）</p><p>　　注：?jiǎn)挝唬?單位， 單位。</p><p>　　表3-8 1.2恒載＋0.91.4（吊車荷載＋風(fēng)載）</p><p>　　注：?jiǎn)挝唬?單位， 單位。</p><p>　　表3-9 1.35恒載+0.

31、71.4屋面活荷載+0.71.4吊車豎向荷載</p><p>　　注：?jiǎn)挝唬?單位， 單位。</p><p>　　表3-10 柱內(nèi)力組合表</p><p>　　注：?jiǎn)挝唬?單位， 單位。</p><p><b>　　6. 柱截面設(shè)計(jì)</b></p><p>　　以 柱為例。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C3

32、0，采用HRB400級(jí)鋼筋，上、下柱均采用對(duì)稱配筋。</p><p><b>　　1．上柱配筋計(jì)算。</b></p><p>　　上柱截面共有4組內(nèi)力。取</p><p>　　而Ⅰ-Ⅰ截面的內(nèi)力均小于 ，則都屬于大偏心受壓，所以選取偏心距較大的一組內(nèi)力作為最不利內(nèi)力。即取 </p><p>　　吊車廠房排架方向上柱的計(jì)

33、算長(zhǎng)度。附加偏心矩取（大于） </p><p>　　應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)。</p><p><b>　　選3，則</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　而垂直于排架方向柱的計(jì)算長(zhǎng)度，（內(nèi)插） 滿足彎矩作用平面外的承載力要求。</p><p

34、><b>　　2.下柱配筋計(jì)算</b></p><p>　　取與上柱分析方法類似。</p><p>　　而，截面的內(nèi)力均小于，則都屬于大偏心受壓。所以選取偏心距最大的一組內(nèi)力作為最不利內(nèi)力。</p><p><b>　　按計(jì)算</b></p><p>　　下柱計(jì)算長(zhǎng)度取，附加偏心距（大于）。，

35、</p><p>　　應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)</p><p><b>　　, 取 </b></p><p>　　先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則</p><p><b>　　即中和軸過翼緣且</b></p><p><b>　　選用4</b></p&g

36、t;<p>　　垂直于彎矩作用面的承載力計(jì)算：</p><p><b>　　3．柱箍筋配置</b></p><p>　　由內(nèi)力組合表，相應(yīng)的</p><p>　　驗(yàn)算截面尺寸是否滿足要求。</p><p>　　截面滿足要求。 </p><p>　　計(jì)算是否需要配箍筋：</p

37、><p><b>　　取 </b></p><p>　　可按構(gòu)造配箍筋，上下柱均選用 箍筋。</p><p>　　滿足彎矩作用面的承載力要求。</p><p>　　4．柱的裂縫寬度驗(yàn)算</p><p>　　相應(yīng)于控制上、下柱配筋的最不利內(nèi)力組合的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合為：</p><p&

38、gt;　　上柱： 下柱： </p><p>　　表3-11 柱的裂縫寬度驗(yàn)算表</p><p>　　上柱，下柱；構(gòu)件受力特征系數(shù)；混凝土保護(hù)層厚度取30mm。驗(yàn)算過程見表3-11。</p><p><b>　　5．牛腿設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)吊車梁支承位置、

39、截面尺寸及構(gòu)造要求，初步擬定牛腿尺寸，如圖17所示。其中牛腿截面寬度，牛腿截面高度。</p><p>　　圖17 牛腿尺寸簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　牛腿截面高度驗(yàn)算</b></p><p>　　(牛腿頂面無水平荷載), </p><p><b>　　由于 </b></p>&

40、lt;p><b>　　按下式確定。</b></p><p>　　故截面高度滿足要求。</p><p><b>　　2)牛腿配筋計(jì)算。</b></p><p>　　由于, 因而該牛腿可按構(gòu)造要求配筋。根據(jù)構(gòu)造要求，且縱筋不宜少于4根，直徑不宜少于，所以選用4</p><p>　　由于，則可以不設(shè)

41、置彎起鋼筋，箍筋按構(gòu)造配置，牛腿上部范圍內(nèi)水平箍筋的總截面面積不應(yīng)小于承受的受拉宗縱筋總面積的，箍筋選用</p><p>　　局部承壓面積近似按柱寬乘以吊車梁斷承壓板寬度取用：</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　6．柱的吊裝驗(yàn)算。 </p><p>　　采用翻身起吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿下部，

42、混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后起吊。柱插入杯口深度為,則柱吊裝時(shí)總長(zhǎng)度為，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖18所示。</p><p>　　圖18 柱吊裝計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載(應(yīng)考慮動(dòng)力系數(shù))，即：</p><p>　　在上述荷載作用下，柱各控制截面的彎矩為：</p><p><b>　　由得：</b><