單層廠房結構課程設計--- 混凝土結構基本原理

1、<p><b>　　課程設計計算書</b></p><p>　　課程名稱： 混凝土結構基本原理 </p><p>　　課程編號： </p><p>　　學時學分： </p><p>　　班 級：

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　單層廠房結構課程設計</p><p>　　1.結構構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、標高大于8m，故采用鋼筋混凝土排架結構。屋架選取鋼結構。選用鋼筋混凝土吊車梁及基礎梁。</p><p>　　由圖1可知柱頂標高為10.3m，牛腿頂面標高為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>　　根據柱的高

4、度、吊車起重量及工作級別等條件，可確定柱的截面尺寸，見表1。</p><p>　　表1 柱截面尺寸及相應的計算參數</p><p>　　本設計僅取一榀排架進行計算，計算單元和計算簡圖如圖2所示。</p><p>　　圖2 計算單元和計算簡圖</p><p><b>　　2.荷載計算</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>　　預應力混凝土大型屋面板（包括灌縫） </p><p>　　屋蓋鋼支撐 </p><p>　　總計

7、 </p><p>　　屋架重力荷載為44.226kN/榀，則作用于柱頂的屋蓋結構的重力荷載設計值為：</p><p>　　(2) 吊車梁及軌道重力荷載設計值：</p><p>　　(3)柱自重重力荷載設計值</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>　　屋面活荷載標準值為，雪荷載標準值為，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：</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.風荷載</b></p><p>　　風荷載的標準值按計算，其中根據廠房各部分標高(圖1)及B類地面粗糙度確定如下： </p><p>　　柱頂(標高9.6m) </p><p>　　檐口(標高11.75

11、m) </p><p>　　屋頂(標高12.80m) </p><p>　　如圖4所示，則由上式可得排架迎風面及背風面的風荷載標準值分別為：</p><p>　　圖4 風荷載體型系數及計算簡圖</p><p>　　則作用于排架計算簡圖(圖4)上的風荷載設計值為:</p><p><b>　　

12、4.吊車荷載</b></p><p>　　由任務書可得20/5t吊車的參數為：,根據及K可算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對應點的豎向坐標值如圖5所示。</p><p><b>　　(1)吊車豎向荷載</b></p><p>　　吊車豎向荷載設計值為：</p><p>　　(2)吊車橫向水平荷載</p&

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

14、。其中柱的剪力分配系數 計算，見表2。</p><p>　　表2 柱剪力分配系數</p><p>　　由于圖6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可根據相應公式計算。對于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，恒載作用下排架結構的彎矩圖和軸力圖分別見圖6。</p><p>　　圖6 恒載作用下排架內力圖</p><p>　　2．屋面活荷載作用下排架內力分析</p><p>　　(1)AB跨作用屋面活荷載 </p><p>　　排架計算簡圖如圖7所示，其中

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

17、 AB跨作用屋面活荷載時排架內力圖</p><p>　?。?）BC跨作用屋面活荷載</p><p>　　由于結構對稱，且BC跨與AB跨作用荷載相同，故只需將圖7中內力圖的位置及方向調整一下即可，如圖8所示。</p><p>　　圖8 BC跨作用屋面活荷載時的排架內力圖</p><p>　　3．風荷載作用下排架內力分析</p>

18、<p><b>　　(1）左吹風時</b></p><p>　　計算簡圖如圖9所示。對于A，C柱, 得</p><p><b>　　各柱頂的剪力分別為</b></p><p>　　排架內力如圖9b所示</p><p>　　(a)

19、 (b)</p><p>　　圖9 左吹風時排架內力圖</p><p><b>　　(2)右吹風時</b></p><p>　　計算簡圖如圖10所示。將圖9所示A，C柱內力圖對換且改變內力符號后可得，如圖10所示。</p><p>　　圖10 右吹風時排架內力圖</p><p>　　4.吊車荷

20、載作用下排架內力分析</p><p>　　(1) Dmax作用于A柱 </p><p>　　計算簡圖如圖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>　　對于A柱, ，則</b></p><p><b>　　對于柱， 得</b></

21、p><p>　　排架各柱頂的剪力分別為：</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柱時排架內力圖</p><p>　　(1) Dmax 作用于B柱左</p><p>　　計算簡圖如圖12所示,MA，MB計算如下：</p><p&g

22、t;　　柱頂不動鉸支反力，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柱左時排架內力圖</p><p>　?。?）Dmax作用于B柱右</p><p>　

23、　根據結構對稱性及吊車噸位相等的條件，內力計算與Dmax作用于B柱左的情況相同，只需將A，C柱內力對換并改變全部彎矩及剪力符號，如圖13所示。</p><p>　　圖13 Dmax作用于B柱右時排架內力圖</p><p>　?。?）Dmax作用于C柱</p><p>　　同理，將作用于A柱情況的A，C柱內力對換，可求得各柱的內力，如圖14所示。</p>

24、<p>　　圖14Dmax作用在C柱右時排架內力圖</p><p>　　（5）Tmax作用于AB跨柱</p><p>　　當AB跨作用吊車橫向水平荷載時，排架計算簡圖如圖15所示，對于A柱，，得，則</p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　同理，對于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Tmax方向相反時，彎矩圖和剪力只改變符號，方向不變。</p><p>　　圖15 Tmax作用于AB跨時排架內力圖</p><p&g

26、t;　　(6) Tmax作用于BC跨柱</p><p>　　由于結構對稱及吊車噸位相等，故排架內力計算與Tmax作用AB跨情況相同，僅需將A柱與C柱的內力對換，如圖16所示。</p><p>　　圖16Tmax作用于BC跨時排架內力圖</p><p><b>　　5.內力組合</b></p><p>　　以柱內力組合為例

27、。表3-1為各種荷載作用下柱內力標準值匯總表，表3-2～</p><p>　　表3-9、表3-10為柱內力組合表，這兩表中的控制截面及正號內力方向如表3-1中的例圖所示。對柱進行裂縫寬度驗算時，內力采用標準值，同時只需對的柱進行驗算。為此，表3-10中亦給出了和的組合值，它們均滿足的條件，對設計來說，這些值均取自及相應的 和 一項。</p><p>　　表1-1 柱內力設計值匯總表&

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

29、1.2恒載+1.4風荷載</p><p>　　注：單位， 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＋風載）</p><p>　　注：單位， 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：單位

30、， 單位， 單位。</p><p>　　表3-7 1.2恒載＋0.91.4（屋面活荷載＋風載）</p><p>　　注：單位， 單位， 單位。</p><p>　　表3-8 1.2恒載＋0.91.4（吊車荷載＋風載）</p><p>　　注：單位， 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：單位， 單位， 單位。</p><p>　　表3-10 柱內力組合表</p><p>　　注：單位， 單位， 單位。</p><p><b>　　6. 柱截面設計</b></p><p>　　以 柱為例?；炷翉姸鹊燃墳镃3

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

33、算長度。附加偏心矩?。ù笥冢?</p><p>　　應考慮偏心距增大系數。</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算長度，（內插） 滿足彎矩作用平面外的承載力要求。</p><p

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

35、</p><p>　　應考慮偏心距增大系數</p><p><b>　　, 取 </b></p><p>　　先假定中和軸位于翼緣內，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算：</p><p><b>　　3．柱箍筋配置</b></p><p>　　由內力組合表，相應的</p><p>　　驗算截面尺寸是否滿足要求。</p><p>　　截面滿足要求。 </p><p>　　計算是否需要配箍筋：</p

37、><p><b>　　取 </b></p><p>　　可按構造配箍筋，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．柱的裂縫寬度驗算</p><p>　　相應于控制上、下柱配筋的最不利內力組合的荷載效應標準組合為：</p><p&

38、gt;　　上柱： 下柱： </p><p>　　表3-11 柱的裂縫寬度驗算表</p><p>　　上柱，下柱；構件受力特征系數；混凝土保護層厚度取30mm。驗算過程見表3-11。</p><p><b>　　5．牛腿設計</b></p><p>　　根據吊車梁支承位置、

39、截面尺寸及構造要求，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 牛腿尺寸簡圖</p><p><b>　　牛腿截面高度驗算</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)牛腿配筋計算。</b></p><p>　　由于, 因而該牛腿可按構造要求配筋。根據構造要求，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

41、置彎起鋼筋，箍筋按構造配置，牛腿上部范圍內水平箍筋的總截面面積不應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．柱的吊裝驗算。 </p><p>　　采用翻身起吊，吊點設在牛腿下部，

42、混凝土達到設計強度后起吊。柱插入杯口深度為,則柱吊裝時總長度為，計算簡圖如圖18所示。</p><p>　　圖18 柱吊裝計算簡圖</p><p>　　柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載(應考慮動力系數)，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><