双跨等高厂房计算书

'目录一、工程概况及设计资料:31、工程地质及水文地质条件32、建筑构造33、选用材料3二、结构方案选择3三、厂房结构布置和主要构件选用31、单厂柱网布置32、变形缝33、屋盖结构布置和构件选用3（1）屋面板：3（2）屋架3（3）屋盖支撑34、梁、柱体系的布置和构件选用3(1)吊车梁3（2）柱的尺寸确定：3（3）基础体系布置：3、基础3四、排架结构计算31、计算模型32、荷载计算（标准值）3恒载3屋盖结构自重3柱自重337 屋面活载3（3）吊车荷载3（4）风荷载：3五、内力分析31、剪力分配系数的计算32、恒载作用下内力分析33、屋面活荷载作用下内力分析3（1）AB跨作用有屋面活荷载3（2）BC跨作用有屋面活荷载34、吊车竖向荷载作用下的内力分析（考虑厂房整体空间工作）3（1）作用于A柱3（2）作用于B柱左3（3）作用于B柱右3（4）作用于C柱35、吊车竖向水平荷载作用下的内力分析（考虑厂房整体空间工作）3（1）AB跨作用有吊车横向水平荷载3风荷载作用下内力分析3（1）风自左向右吹时，计算简图如图所示。3（2）风自左向右吹3六、排架柱的设计（Z1柱）31、柱的配筋计算3上柱截面配筋3下柱截面配筋337 2、柱的裂缝宽度计算33、柱的箍筋配置34、牛腿设计35、柱的吊装验算：3(1)荷载计算：3(2)内力计算：3(3)承载力和裂缝宽度验算：3七、柱下独立基础（J2）设计31、基础材料：32、基础尺寸33、基础底面内力计算：34、基础底面积计算35、基础高度验算36、基础底板配筋计算：3（1）柱边及变阶处基地净反力计算3表四3（2）柱边及变阶处弯矩计算3（3）配筋计算3一、工程概况及设计资料:该车间为双跨等高厂房，无天窗，长66m，柱距6m，跨度18m，无伸缩缝，厂房两端设有山墙。根据工艺要求车间每跨设有软钩桥式起重机一台，中级工作制。吊车起重量为100kN，轨道标高11.400m。建设地点：某市郊区，基本风压，基本雪压37 ，无抗震设防要求。1、工程地质及水文地质条件根据勘察报告，场地地形平整，自地表向下为：①杂填土，厚度0.30M，②粘土，红黄褐色，厚度2.50M，容许承载力180kpa,③粉质粘土，厚度2.50M，容许承载力210kpa,④卵石层，较厚。未发现不良地质现象。地下水位较低，无腐蚀性。2、建筑构造(1)屋面（不上人）：卷材防水，其做法如下：三毡四油防水层上铺小石子20厚1：3水泥砂浆找平层100厚泡沫混凝土保温层一毡二油隔七层20厚1：3水泥砂浆找平层预应力混凝土大型屋面板(2)墙体：240厚清水砖墙，钢门窗，门窗洞口宽4m，女儿墙高度500mm。(3)地面：室内地平为混凝土地面，室内外高差150mm。3、选用材料柱混凝土等级C30,纵筋选用HRB400，箍筋选用HPB235；柱下独立基础混凝土等级C25，钢筋HRB335；基础垫层混凝土等级C10。37 二、结构方案选择选用传统钢筋混凝土单厂结构“板→架→柱”体系，由以下四种结构组成：(1)由“屋面板→屋架”组成的屋盖结构(2)由“屋架→柱→基础”组成的排架结构——主要承重结构(3)由屋盖支撑、柱间支撑组成的支撑结构(4)由纵墙、山墙组成的围护结构采用单独柱下现浇钢筋混凝土杯口基础，基础梁承托围护墙。山墙为非承重墙，设抗风柱。三、厂房结构布置和主要构件选用1、单厂柱网布置厂房纵向定位轴线间距18m，横向定位轴线间距6m，厂房总长66m。端部柱的中心线与横向定位轴线间的距离为600mm。轨顶标高11.400m，室内外高差150mm。37 图2单厂柱网平面布置图2、屋盖结构布置和构件选用（1）屋面板：荷载计算：三毡四油防水层上铺小石子20厚1：3水泥砂浆找平层120厚泡沫混凝土保温层一毡二油隔气层20厚1：3水泥砂浆找平层合计恒载标准值不上人屋面荷载雪荷载活荷载标准值荷载设计值选用Y-WB-3ⅢS预应力混凝土屋面板。参数：混凝土等级为C30；预应力钢筋为HRB400，直径16mm；允许外加均布荷载基本组合设计值[q]=3.24kN/m2>q=2.85kN/m2板自重标准值=1.4kN/m2，灌缝重标准值=0.1kN/m2总重量标准值=1.5kN/m2。选用Y-KWB-2Ⅱ嵌板。37 参数：混凝土等级为C30；预应力钢筋为HRB335，直径14mm；允许外加均布荷载基本组合设计值[q]=3.37kN/m2>q=2.85kN/m2。板自重标准值=1.7kN/m2，灌缝重标准值=0.1kN/m2总重量标准值=1.8kN/m2。天沟板：采用内天沟（图3），选用TGB58a天沟板。参数：混凝土等级为C30；允许外加均布荷载基本组合设计值[q]=3.00kN/m2>q=2.85kN/m2。图3天沟截面图板自重标准值=2.01kN/m2天沟板外荷载为：屋面做法恒载1.75kN/m2积水荷载(按210mm高计算)2.1kN/m2活载0.5kN/m2外加均布荷载基本组合设计值q=1.35×(580-190)×(1.75＋2.1)+1.4×(580-190)×0.7×0.5=2.2237 允许外加均布荷载基本组合设计值[q]=3.00kN/m2>q=2.22kN/m，可以。（2）屋架：采用12m跨钢筋混凝土屋面梁荷载计算：屋面做法恒载1.75kN/m2预应力混凝土屋面板自重1.5kN/m2恒载标准值　3.25kN/m2活载标准值0.5kN/m2可变荷载控制设计值为：1.2×3.25+1.4×0.5=4.60kN/m2永久荷载控制设计值为：1.35×3.25+1.4×0.7×0.5=4.8775kN/m2屋面荷载设计值为4.88kN/m2<5.5kN/m2屋面梁选取：查图集G353-4~6《钢筋混凝土屋面梁》选用SL12—2C。主要参数：梁自重标准值为5.13t37 图4屋面板布置图（3）屋盖支撑水平支撑：该设计长为66m，而横向水平支撑间距不宜大于60m，于是初在厂房两端第一开间分别设置一道上、下弦外，还要在中间部分加设一道支撑。另外房屋内设置有中级工作制吊车，需在下弦处设置两道纵向水平支撑。垂直支撑：屋架跨度小于30m，仅在跨中设置一道支撑。3、梁、柱体系的布置和构件选用(1)吊车梁选用电动单钩桥式吊车，其相关尺寸见表一。查图集04G323-1~2，边跨选用DLZ-8B钢筋混凝土吊车梁。中跨选用DLZ-8Z钢筋混凝土吊车梁。吊车起重量Q跨度LK起升高度中级工作制主要尺寸PmaxPmin小车重g吊车总重吊车最大宽度B大车轮距K大车底面至轨道顶面的距离FB1轨道顶面至吊车顶面的离H轨道中心至吊车外缘的距离kNmmtkNttmmmmmmmmmm20/510.512/1416.5426,97720595540001802047230表一电动单钩桥式吊车数据表参数：梁截面尺寸如图5。梁重3.95/4.08t（中跨/边跨）37 吊车梁上螺栓孔间距280mm查图集04G325《吊车轨道连接及车档》轨道连接：最大轮压标准值：165kN最大轮压设计值：选用DGL-13吊车轨道联结，轨道面至梁顶面距离170~190mm。吊车轨道车档选用CD-3，自重131.4kg。查图集04G337《吊车梁走道板》边跨柱截面：矩形500×400；中间跨截面：矩形500×600又12m跨度下安置跨度10.5mm的吊车后两侧剩余宽度各为750mm，则板宽取600mm(中间跨)，400mm（边跨）。板长4850mm查表选用吊车梁走道板中间跨：DB60-3；边跨：DB40-1S。（2）柱的尺寸确定：、柱顶、牛腿顶面标高的确定轨道面至梁顶面距离取300mm。牛腿顶面标高=轨顶标高－吊车梁端高－吊车轨道连接高度=11.400－1.200－0.18=10.02m为满足模数要求，牛腿顶面标高取10.200m。柱顶标高=11.400+2.087+0.3=13.797m为满足模数要求，柱顶标高取14.100m。全柱高H=柱顶标高+基础至+0.000的高度37 =14.100+（0.150+0.450+0.1）=14.800m上柱高Hu=柱顶标高-牛腿顶面高度=14.100-10.200=3.900m下柱高Hl=全柱高-上柱高=14.800-3.900=10.900m实际轨道标高=10.200+1.200+0.180=11.580m，与11.400m的要求相差0.180m，在+0.200m的范围内，满足要求。、初选截面尺寸A（C）柱：上柱为矩形截面，bh=500mm400mm吊车桥架外缘与上柱内边缘之间的空隙=750－(230.3+400)=119.7mm>80mm下柱为I形截面，B柱：上柱为矩形截面，bh=500mm600mm下柱为I形截面，、牛腿尺寸初选A（C）柱初选牛腿高度h=600mm；外边缘高度h1＝250mm>h/3，α=45o；c=100mm（A/C柱），c=100mm（B柱）。、柱截面特性：37 图6牛腿几何尺寸A（C）柱：B柱：表二边、中柱参数表参数边柱A(C)中柱BH=13.9mHu=3.6mHl=10.3mAu(mm2)2×1052.815×105Iu(mm4)2.67×1097.2×109Al(mm2)2.815×1052.11×105Il(mm4)26.16×10926.16×109λ=Hu/H0.260.26n=Iu/Il0.0820.275C02.5072.8671/δi0.0244Ec0.0279Ec0.3180.364图7下柱截面、柱间支撑：由于厂房跨度为12m，设有起重量=15.3t的中级工作制吊车，所以应设柱间支撑。（3）基础体系布置：、基础基础顶面标高。37 根据GB5007-2002《建筑地基基础设计规范》第8.2.5条,杯底厚取250mm，柱深入基础900mm，杯壁厚度取375mm，细石混凝土找平50mm，故基础全高=900+250+50=1200mm，基底标高m。、基础梁基础梁承托围护墙，墙突出于柱外，厚240mm，有窗洞，查图集04G320，基础梁选用JL-3。基础梁自重1.61t,截面尺寸为240mm×450mm。四、排架结构计算1、计算模型通过两相邻柱距的中线截出一个典型区段作为计算单元。其计算模型如图9所示。图8排架计算简图2、荷载计算（标准值）37 图9各种永久荷载作用位置恒载屋盖结构自重三毡四油防水层上铺小石子20厚1：3水泥砂浆找平层120厚泡沫混凝土保温层一毡二油隔气层20厚1：3水泥砂浆找平层预应力混凝土大型屋面板及灌缝自重____________________________________________________________________屋面梁自重50.274kN/榀天沟板嵌板则作用于A（C）柱柱顶的屋盖结构自重为G1A(c)=(0.5×50.274+0.5×12×6×3.35+2.01×6×0.58+1.8×6×0.9)－1.5×6×1.5=149kN/榀37 柱自重A(C)柱上柱自重：A1=0.2m2G4A=0.2×3.9×25=19.5kN·m下柱自重：A1=0.282m2G4A=0.282×10.9×25=68.125kN·mB柱上柱自重：A1=0.3m2G4A=0.3×3.9×25=29.25kN·m下柱自重：A1=0.31m2G4A=0.31×10.9×25=84.475kN·m吊车梁及轨道联接自重：AB跨G3A=G3BA=4.08×9.8+38×6×9.8×10-3=42.2kNBC跨G3C=G3BC=4.08×9.8+38×6×9.8×10-3=42.2kN屋面活载不上人屋面AB跨Q3A=G3BA=0.5×6×12×0.5=18kNBC跨Q3C=G3BC=0.5×6×12×0.5=18kN（3）吊车荷载图11吊车竖向荷载及其影响线吊车荷载不利位置如图11所示，由于每跨只有一台吊车，故吊车荷载不予折减。①吊车竖向荷载37 Dmax=Pkmax×∑yi=161.7×(1+0.33)=215.1kNDmin=Pkmin×∑yi=34.3×(1+0.33)=45.62kN②吊车横向水平荷载作用在每一个轮上的吊车横向水平荷载标准值为（对于20/5t软钩吊车，α=0.1）作用在排架柱上的吊车水平荷载为Tmax=T×∑yi=6.61×(1+0.33)=8.8kN（4）风荷载：该地区基本风压。风荷载体型系数屋面坡度，查GB50009-2001《建筑结构荷载规范》可得风荷载体型系数如图12所示。图12风荷载体型系风压高度变化系数，该地区地面粗糙度类别为B类。柱顶（按H=14.25m）=1.119檐口（按H=15.15m）=1.1433屋顶（按H=16.64m）=1.17637 左风五、内力分析1、剪力分配系数的计算A、C轴柱：;查表得。则B轴柱：；查表得则各柱的剪力分配系数37 2、恒载作用下内力分析图13恒载作用计算简图A列柱B列柱图14恒载作用时弯矩图C列柱同A列柱各不动铰支承反力分别为：由A、C柱：n=0.074,=0.264,查表得C1=2.28,37 R1=C1（）查表得，C3=1.134,R2=C3（）则图15恒载作用下剪力图B列柱C列柱同A列柱故假设在排架柱顶不动铰支的总反力为各柱最后剪力分别为：3、屋面活荷载作用下内力分析（1）AB跨作用有屋面活荷载由屋架传至柱顶的压力为,由它在A、B柱柱顶及变阶处引起的弯矩分别为各柱不动铰支座反力分别为：A柱：由前知、37 则图16活载作用下剪力弯矩图B柱：由前知则排架柱顶不动铰支座总反力为将R反向作用于排架柱顶，按分配系数求得排架各柱顶剪力（0.262，0.476）（2）BC跨作用有屋面活荷载由于结构对称，故只需将AB跨作用有屋面活荷载情况的A柱与C柱之内力对换并将内力变号即可4、吊车竖向荷载作用下的内力分析（考虑厂房整体空间工作）（1）作用于A柱=215.1kN（=45.62），由吊车竖向荷载、在柱中引起的弯矩为：计算不动铰支座反力A柱：n=0.074,=0.264,查表得C3=1.134B柱：n=0.155，=0.264，查表得1.268.37 图17Dmax在A作用下剪力弯矩图则将反向作用于排架柱顶，按分配系数求得排架柱各柱柱顶剪力。（2）作用于B柱左由吊车竖向荷载、在柱中引起的弯矩为：计算不动铰支座反力A柱：n=0.074,=0.264,查表得.B柱：n=0.155，=0.264，查表得1.268图18Dmax在B左作用下剪力弯矩图则将反向作用于排架柱顶，按分配系数求得排架柱各柱柱顶剪力。（3）作用于B柱右图19Dmax在B右作用下剪力弯矩图根据结构的对称性及吊车起重量相等的条件，其内力计算同“作用于B柱左”情况，只需将37 A、C柱内力对换一下，并全部改变弯矩及剪力符号即可。（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，得出各柱内力。图20Dmax在C作用下剪力弯矩图5、吊车竖向水平荷载作用下的内力分析（考虑厂房整体空间工作）（1）AB跨作用有吊车横向水平荷载计算简图如图图21AB跨作用有吊车横向水平荷载计算简图A柱：及n=0.074,=0.264查表得b柱：及n=0.155,=0.264查表得37 则R反向作用于排架柱顶，求得各柱柱顶剪力图22AB跨作用有吊车横向水平荷载剪力弯矩图风荷载作用下内力分析（1）风自左向右吹时，计算简图如图所示。图23风荷载作用下计算简图A柱：n=0.074,=0.264查表得.C柱：同A柱，37 则将R反向作用于排架柱顶，求得各柱顶剪力。图24风荷载作用下弯矩剪力图（2）风自左向右吹此种荷载情况的排架内力与“风自左向右吹”的情况相同，仅需将A,C柱的内力调换，并改变其内力的符号即可。六、排架柱的设计（Z1柱）1、柱的配筋计算采用对称配筋。材料：混凝土C30，fc=14.3N/mm2，ftk=2.01N/mm2，ft=1.43N/mm2纵筋：采用HRB335，fy=fy’=300N/mm2，Es=2.0×105N/mm2箍筋：采用HPB235，fy=210N/mm2Z2柱截面参数：上柱I-I截面：b=400mm，h=400mm，A=2×105mm2，a=a’=45mm，h0=400-45=355mm。下柱II-II、III-III截面：b=120mm，bf’=500mm，hf’=200mm，h=1000mm，A=2.815×105mm2，a=a’=45mm，h0=1000-45=955mm。I-I截面：37 II-II，III-III截面：由内力组合结果看，各组轴力N均小于，故各控制截面均为大偏心受压情况，均可用N小、M大的内力组合作为截面配筋计算的依据：确定最不利荷载：I-I截面以M=36.74，N=202.2kN；计算配筋。III-III截面以M=519.3，N=578.6kN；M=375.7，N=409.1KN；计算配筋。II-II截面配筋同III-III截面。A柱，故上柱计算长度为，下柱为。上柱截面配筋按M=36.74，N=202.2kN计算由于，，取附加偏心距，则：则故取进行计算。37 选3φ18（）垂直于排架柱计算长度，则满足弯矩作用平面外承载力要求。下柱截面配筋按M=519.3，N=578.6kN；M=375.7，N=409.1KN计算按M=519.3kN·m，N=578.6kN计算由于，，取附加偏心距，则：则先假定中和轴位于翼缘内，则取，为大偏心受压构件，则37 按M=375.7，N=409.1KN计算计算方法与上述结果相同，计算过程略，计算结果综上计算结果，下注截面选择4φ18（），满足最小配筋率要求。2、柱的裂缝宽度计算《混凝土结构设计规范》规定，对的柱进行裂缝宽度验算。按荷载效应准永久组合计算时，上柱及下柱的偏心距最大值为：故不需要进行裂缝宽度验算。3、柱的箍筋配置非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求，上、下柱箍筋均选用φ8@200。4、牛腿设计牛腿截面及外形尺寸：37 计算纵向受拉钢筋：a=0<0.3h0,取a=0.3h0=168mm按构造要求，选用414（As=615mm2），水平箍筋选用8@100。因为a/h0＜0.3，可不设弯筋。5、柱的吊装验算：图25吊装时柱的计算简图37 采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊，柱插入杯口的深度为，则吊装时总长度为3.9+10.9+0.9=15.7(1)荷载计算：(2)内力计算：下柱跨中最大正弯矩计算：∑MB=0得(3)承载力和裂缝宽度验算：上柱配筋其受弯承载力按下式进行验算：裂缝宽度验算：37 下柱配筋其受弯承载力按下式进行验算：裂缝宽度验算：七、柱下独立基础（J2）设计37 1、基础材料：地基持力层为粘土层，基础埋置深度处标高为-1.900m地基承载力特征值为fa=180kPa基础采用C25混凝土，；钢筋采用HPB335，；垫层采用C10混凝土，厚100mm；2、基础尺寸基础高度H=1200mm，（采用锥形杯口基础）杯底厚=300mm，柱伸入基础=900mm，杯壁厚t=300mm且大于基础宽（240mm），取t=325mm，杯壁高=350mm，，故杯壁可不配筋。杯口顶部尺寸：宽度为；长度为。基础总高为杯口顶面标高-0.700，故基础底面标高为-1.900m。因此，粘土层为地基持力层，容许承载力180kPa。37 图26J1基础尺寸3、基础底面内力计算：由于围护墙及基础梁对基底产生的弯矩与作用于基础顶面的负弯矩一致，且作用于基础顶面的最大正弯矩及相应的N、V均相对较小，故取柱底Ⅲ-Ⅲ截面两组相应荷载效应基本组合时的内力设计值-Mmax相应N、V与Nmax相应-Mmax、V进行基础设计。因为基础底面积计算按的要求进行，故两组内力设计值均应改为相应荷载效应标准组合时的内力值（表三）。表三Z1柱杯口顶面处内力值组别荷载效应标准组合荷载效应基本组合M(kNm)N(kN)V(kN)M(kNm)N(kN)V(kN)①最大负弯矩组合-265.8332.1-5.5-375.1409.1-8.5（1）最大轴力组合39.1488.72.6551.78628.42.87基础顶面标高-0.700m，基底标高为-1.900m，基础梁上砌筑双面清水240mm厚砖墙，自重19kN/m3，墙上设置钢窗，按0.45kN/m2计，则每个基础承受的由基础梁传来的重力荷载为：基础梁自重：16.10kN墙体自重：19×0.24×[6×14.2－(2.1+2.7+3.6)×4]=235.3kN钢窗自重：0.45×(2.1+2.7+3.6)×4=15.12kN________________________________________________________________________重力荷载标准值N1K=266.52kN37 设计值N1=1.2×266.52=319.82kN此荷载对基础中心线的偏心距由构造可知，基础高度其中h1为杯口插入深度，h1=0.9h=900mm>800mm；a1为杯底厚度，取a1=250mm故基础高度因基础顶面标高-0.650m，室内外高差150mm，则基础埋置深度为4、基础底面积计算重度=20，则基础宽度和深度的地基承载力修正系数。则修正后的地基承载力特征值基础顶面轴向力最大标准值N+N1K=488.7+266.52=755.22kN；按轴心受压状态估计A0：按(1.1～1.4)A0估计偏心受压基础底面积A，并求出基底截面抵抗矩W及基底以上基土自重标准值Gk：取A=l×b=2.00×3.50=7.00m2基底截面抵抗矩：基底以上基土自重标准值：①、②组分别作用在基底面的相应荷载效应标准组合的内力值为：37 ①组：②组：基础底面压力验算：①组：②组：5、基础高度验算相应于荷载效应基本组合（表七）的基础顶面内力及基底净反力（图12）为①组：因最小净反力为负值，故基础底面净反力应为：②组：取t=325mm,则基础顶面突出柱边的宽度为t+75=325+75=400,杯壁高度h2=500mm37 6、基础底板配筋计算：（1）柱边及变阶处基地净反力计算表四基底净反力第一组第二组（）240.83170.5（）柱边处154145变阶处181153（）0100（2）柱边及变阶处弯矩计算柱边处截面的弯矩：按第一组计算：按第二组计算：37 变阶处截面弯矩：按第一组计算：按第二组计算：（3）配筋计算钢筋采用HPB335，，基础底板沿长边b方向的受力钢筋截面面积为：选用1310@200AS=1020.5mm2（2）短边方向37 选用198@180，AS=954.56mm237'