混凝土工业厂房课程设计 本文简介：
xxxx学院《钢筋混凝土结构》课程设计Ⅱ某单层工业厂房设计学生姓名：xxxx学院：土木工程学院专业班级：土木工程1141班专业课程：钢筋混凝土结构原理指导教师：xxxxxxxxx2016年1月8日某单层工业厂房设计一、设计题目某单层工业厂房设计。二、设计资料(一)车间条件某机械加工车间为单层单跨等高
混凝土工业厂房课程设计 本文内容：
xxxx学院《钢筋混凝土结构》
课程设计Ⅱ某单层工业厂房设计
学生姓名：
xxxx
学院：
土木工程学院专业班级：
土木工程1141班
专业课程：
钢筋混凝土结构原理
指导教师：
xxxxxxxxx
2016年1月8日某单层工业厂房设计
一、设计题目
某单层工业厂房设计。
二、
设计资料
(一)车间条件
某机械加工车间为单层单跨等高厂房，车间总长为60m，跨度18m,柱距6m；车间内设有两台相同的软钩吊车,吊车重量20/5t，吊车工作级别为A5级，轨顶标高10.2m。采用钢屋盖、预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土吊车梁和柱下独立基础。屋面不上人,室内外高差为0.15m。纵向围护墙为支承在基础梁上的自承重空心砖砌体墙，厚240mm，双面采用20mm厚水泥砂浆粉刷，墙上有上、下钢框玻璃窗，窗宽为3.6m，上、下窗高为1.8m和4.8m，钢窗自重0.45KN/m2，排架柱外侧伸出拉结筋与其相连。
（二）自然条件
基本风压0.30kN/㎡、基本雪压0.25kN/㎡；地面粗糙类别为B类；地基承载力特征值180kN/㎡。不考虑抗震设防。
（三）材料
箍筋采用HRB335，纵向钢筋采用HRB400，混凝土采用C30。
三、设计内容和要求
（一）构件选型
1.钢屋盖
采用如图1所示的18m钢桁架，桁架端部高度为1.2m，中央高度为2.4m，屋面坡度为2/15，钢檩条长6m，屋面板采用彩色钢板，厚4mm。
2.预制钢筋混凝土吊车梁和轨道连接
采用标准图G323（二），中间跨DL-9Z，边跨DL-9B。吊车梁高=1.2m。轨道连接采用标准图集G325（二）。
3.
预制钢筋混凝土柱取轨道顶面至吊车梁顶面的距离=0.2m，故：
牛腿顶面标高=轨顶标高--=10.2-1.2-0.2=+8.8m；
图1
30m钢桁架由附录12查得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.2m，考虑屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为220mm，故：
柱顶标高=10.2+2.2+0.22=+12.620m；
基础顶面至室外地坪的距离为1.0m，则基础顶面至室内地坪的高度为，故：
从基础顶面算起的柱高；
上部柱高；
下部柱高。
参考表12-3，选择柱截面形式和尺寸：
上部柱采用矩形截面；
下部柱采用I形截面。
4.柱下独立基础
采用锥形杯口基础
（二）计算单元及计算简图
1.定位轴线
：由附表12可查的轨道中心线至吊车端部的距离=230mm；
：吊车桥架至上柱内边缘的距离，一般取≥80mm；
：封闭的纵向定位轴线至上柱内边缘的距离，
=400mm。
++=230+80+400=710mm＜750mm,可以。
故封闭的定位轴线A,B都分别与左右纵墙内皮重合。
2.计算单元
由于该机械加工车间厂房在工艺上没有特殊要求，结构布置均匀，除吊车荷载外，荷载在纵向的分布是均匀地，故取一榀横向排架为计算单元，计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离，即B=6.0m，如图2所示。
3.计算简图
排架的就是简图如图3所示。
图2
计算单元图3
计算简图
（三）荷载计算
1.屋盖荷载
（1）屋盖恒荷载
近似取屋盖恒荷载标准值为1.12kN/㎡,故由屋盖传给排架柱的集中恒荷载设计值：，作用于上部柱中心线外侧=50mm外。
2.屋面活荷载
《荷载规范》规定，屋面均布活荷载标准值为0.5kN/㎡，比屋面雪荷载标准值0.3kN/㎡大。故仅按屋面均布活荷载计算。于是由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值：，作用于上部柱中心线外侧=50mm外。
2.柱和吊车梁等恒荷载
上部柱自重标准值为4.0kN/㎡，故作用在牛腿顶截面处的上部柱恒荷载设计值：；
下部柱自重标准值为4.69kN/m，故作用在基础顶截面处的下部柱恒荷载设计值：；
吊车梁自重标准值为39.5kN/根，轨道连接自重标准值为0.8kN/m，故作用在牛腿顶截面处的吊车梁和轨道连接的恒荷载设计值：
；
如图4所示F1、F2、F3、F4和F6的作用位置。图4
各恒荷载作用位置
3.吊车荷载
吊车跨度=18-2×0.75=16.5m；
查附录12.得Q=20/5t,
=22.5m时的吊车最大轮压标准值、最下轮压值、小车自重标准值以及与吊车额定起重量相对应的重力标准值：
=195kN，=30kN,
=75kN,
=200kN；
并查得吊车宽度B和轮距K：B=6.65m，
K=4.40m。
（1）吊车竖向荷载设计值、
由图5所示的吊车梁支座反力影响线知：
；
；
。图5吊车梁支座反力影响线
（2)吊车横向水平荷载设计值
；
4.风荷载
（1)作用在柱顶处的集中风荷载设计值
这时风荷载的高度变化系数按檐口离室外地坪的高度0.15+12.62+1.2（屋架端部高度）=14.07m计算，查表10-4，得离地面10m时，
=1.0；离地面15m时，=1.4，用插入法，知：=1+。
由图1知=1.2m，
；
。
（2)沿排架柱高度作用的均布风荷载设计值、
这时风压高度变化系数按柱顶离室外地坪的高度0.15+12.62=12.87m来计算：=1+；
；
。
（四）内力分析
内力分析时取得荷载值都是设计值，故得到的内力值都是内力的设计值。
1.屋盖荷载作用下的内力分析
（1)屋盖集中恒荷载作用下的内力分析
柱顶不动支点反力：，
；
按=0.109，=0.283。查附图9-2，得柱顶弯矩作用下的系数=2.0，按公式计算：
=2.09；
可见计算值与查附图9-2所得的接近，取=2.09，
=。
（2)屋盖集中活荷载作用下的内力分析
，
；
在、分别作用下的排架柱弯矩图、轴力图和柱底剪力图，分别如图6（a）、(b)所示，图中标注出的内力值是指控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ截面的内力设计值。弯矩以排架柱外侧受拉上的为正，反之为负；柱底剪力以向左为正，向右为负。图6屋盖荷载作用下的内力图
（a）屋盖恒荷载作用下的内力图
（b）屋盖活荷载下的内力作用图
2.柱自重、吊车梁及轨道连接等的自重作用下的内力分析
不作排架分析，其对排架柱产生的弯矩和轴力如图7所示。图7
自重及吊车梁等作用下的内力图
3.吊车荷载作用下的内力分析
1）作用在A柱，作用在B柱时，A柱的内力分析
；
；
这里的偏心距e是指吊车轨道中心线至下部柱截面形心上网水平距离。
A柱顶的不动支点反力，查附图9-3，得=1.16，
=1.17，
取=1.17。
A柱顶不动支点反力kN(←)
B柱顶不动支点反力（→）
A柱顶水平剪力
B柱顶水平剪力
内力如图8（a）所示。
（2）作用在A柱、作用在B柱时的内力分析
此时，A柱顶剪力与作用在A柱时的相同，也是=-7.59KN(←),故可得内力值，如图8（b）所示。图8
吊车竖向荷载作用下的内力图
（a）作用在A柱时的内力图
（b）作用下的A柱时的内力图
（3)
在作用下的内力分析
至牛腿顶面的距离为；
至柱底的距离为；
因A柱与B柱相同，受力也相同，故柱顶水平位移相同，没有柱顶水平剪力，故A柱的内力如图9所示。
图9
作用下的内力图4.风荷载作用下，A柱的内力分析
左风时，在、作用下的柱顶不动铰支座反力。由附图9-8查得=0.326，
=0.333；
取=0.334，不动铰支座反力：
；
；
A柱顶水平剪力：
；
；
故左风和右风时，A柱的内力分别如图10（a）、（b）所示。图10
风荷载作用下A柱内力图
（a）左风时
（b）右风时
（五）内力组合表及其说明
1.内力组合表
A柱控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ的内力组合表，见表1。
2.内力组合的说明
（1)控制截面Ⅰ-Ⅰ在以+及相应N为目标进行恒荷载+0.9×（任意两种或两种以上活荷载）的内力组合时，由于“有T必有D”，有产生的是正弯矩+18.34
,而在或作用下产生的是负弯矩-29.75,如果把它们组合起来，得到的是负弯矩，与要得到+
的目标不符，故不予组合。
（2）控制截面Ⅰ-Ⅰ在以及相应M为目标进行恒荷载+0.9×（任意两种或两种以上活荷载）的合力组合时，应在得到的同时，使得M尽可能的大，因此采用①+②+0.9×（③+④+⑥+⑧）。
（3）、、和风荷载对截面Ⅰ-Ⅰ都不产生轴向力N，因此对Ⅰ-Ⅰ截面进行及相应M的恒荷载+任一活荷载内力组合时，取①+②+③。
（4）在恒荷载+任一种活荷载的内力组合中，通常采用恒荷载+风荷载，但在以为内力组合目标时或在对Ⅱ-Ⅱ截面以+为内力组合目标时，则常改用恒荷载+。
（5）评判Ⅱ-Ⅱ截面的内力组合时，对+=161.01及相应N=593.88kN，=0.25m稍小于,但考虑到P-△二阶效应后弯矩会增大，故估计是大偏压，因此取它的最不利内力组合；对Ⅲ-Ⅲ截面，=200.56kN及相应=301.63,
=1.50m，偏心距很大，故也取为最不利内力组合。
（6）控制截面Ⅲ-Ⅲ的-及相应N、V的组合，是为基础设计用的。
（六）排架柱截面设计
采用就地预制柱，混凝土强度等级为C30，纵向受力钢筋为HRB400级钢筋，采用对称配筋。
1.上部柱配筋计算
由内力组合表1可知，控制截面Ⅰ-Ⅰ的内力设计值为：
=76.25
=91.4kN
（1）考虑P-△二阶效应
；
；
；
=9.12>1.0，取=1.0；
查表12-4可知，，
=1.11。
（2)截面设计
假设为大偏压，则：
=15.98mm<=80mm，取=80mm；
；
；
选用3，，故截面一侧钢筋截面面积﹥，同时柱截面纵配筋2×763=1526﹥。
（3）垂直于排架方向的截面承载力验算
由表12-4知，垂直于排架方向的上柱计算长度
=1.25×3.82=4.8m，；查上册表5-1得=0.95，
,承载力满足。
2.下部柱配筋计算
按控制截面Ⅲ-Ⅲ进行计算。由内力组合表知，有二组不利内力：
(a)
=504.64
(b)
=301.63
=702.72kN=200.56kN
（1）按(a)组内力进行截面设计
，
=900/30=30mm，
；
；
=1.91﹥1.0，取；
=0.94；
偏设为大偏心受压，且中和轴在翼缘内：
﹥
﹤；
说明中和轴确实在翼缘内则：
，
；
采用，。
（2)按（b）组内力组合进行截面设计
,取；=35.06mm﹤；
按计算：
；
<，
。
（3)垂直于排架方向的承载力验算
由表12-4知，有柱间支撑时，垂直排架方向的下柱计算长度为：；
,可得，
组轴向力，满足。
3.排架柱的裂缝宽度验算
裂缝宽度应按内力的准永久组合值进行验算。内力组合表中给出的是内力的设计值，因此要将其改为内力的准永久组合值，即把内力设计值乘以准永久组合值系数，再除以活荷载分项系数。风荷载的=0，故不考了风荷载；不上人屋面的屋面活荷载，其=0，故把它改为雪荷载，即乘以系数30/50。
（1）上部柱裂缝宽度验算
按式（10-35）的荷载准永久组合，可得控制截面Ⅰ-Ⅰ的准永久组合内力值：；
由上册式（8-38）知最大裂缝宽度，
；
，取=0.01；
,。
；
；
；
；
；
纵向受拉钢筋外边缘至手拉边的距离为28mm，近似取
负值，取；
，满足。
（2)下部柱裂缝宽度验算
对Ⅲ-Ⅲ截面内力组合+及相应N的情况进行裂缝宽度验算。；
；
；
；
；
，故取；
；
；
；
；
=0.37>0.2，取7；
,满足。
4.箍筋配置
非地震区的单层厂房排架柱箍筋一般按构造要求配置。上、下柱均采用，在牛腿处箍筋加密为。
5.牛腿设计
根据吊车梁支承位置，吊车梁尺寸及构造要求，确定牛腿尺寸如图11所示。牛腿截面宽度b=400mm，截面高度h=600mm，截面有效高度=560mm。
图11
牛腿尺寸及配筋
（1)按裂缝控制要求验算牛腿截面高度作用早牛腿顶面的竖向力标准值：
；
牛腿顶面没有水平荷载，即
（作用在吊车梁顶面）。
设裂缝控制系数，故取a=0，由式（12-18）得：
，满足。
（2)牛腿配筋
由于a=-130mm，故可按构造要求配筋。水平纵向受拉钢筋截面面积，采用4，，牛腿处水平箍筋为。
6.排架柱的吊装验算
（1)计算简图
由表12-4知，排架柱插入基础杯口内的高度=810mm，取，故柱总长为。
采用就地翻身起吊，吊点设在牛腿下部处，因此起吊时的支点有两个，柱底和牛腿底，上柱和牛腿是悬臂的。计算简图如图12所示。
图12
预制柱的翻身起吊验算
（2）荷载计算
吊装时，应考虑动力系数=1.5，柱自重的重力荷载分项系数取1.35。
；
；
。
（3）弯矩计算
=；
；
由知，=0，
；
，令=0，得，故
。
（4）截面受弯承载力及裂缝宽度验算
上柱：
；
裂缝宽度验算：
；
；
，取；
0.15<0.3，满足。
下柱：
裂缝宽度验算：
；
；
，
取，满足。
7.绘制排架柱的施工图
包括模板图与配筋图，见施工图。
（七）锥形杯口基础设计
1.作用在基础底面的内力
（1)基础梁和围护墙的重力荷载
每个基础承受的围护墙宽度为计算单元的宽度B=6.0m，墙高12.62+1.2(柱顶至檐口)+1.15-0.45（基础梁高）=14.52m，墙上有上、下钢框玻璃窗，窗宽3.6m,上下窗高分别为1.8m和4.8m，钢窗自重0.45。每根基础梁自重标准为16.7。内外20mm厚水泥石灰砂浆粉刷2×0.36。空心砖重度16，故由墙体和基础梁传来的重力荷载标准值和设计值：
基础梁自重
16.7kN
围护墙自重
（2×0.36+4.56×0.24）[6×14.52-(1.8+4.8)×3.6]=288.92kN
钢窗自重
0.45×3.6×（4.8+1.8）=10.69kN=299.61kN
=1.2=1.2×299.61=359.53kN
如图13所示，或对基础的偏心距：=120+450=570mm；
对基础底面的偏心弯矩：
=299.61×0.57=170.78kN·m(↙)；
=359.53×0.57=204.93kN·m(↙)；
图13基础梁和围护墙基础重力荷载
（2）柱传来的第①组内力
由排架柱内力组合表1可知，控制截面的内力组合-及相应V、N为：
-=-467.63kN·m(↙)；N=273.37kN(↓)；V=+50.54kN(←)。
注：内力组合表1中给出的柱底水平剪力设计值-50.54kN是基础对柱的，其方向是→，现在要的是柱对基础的水平剪力设计值，故其方向应相反←。
对基础底面产生的内力设计值为：
=-467.63-50.54×1.1=-523.22kN·m（↙）；
=273.37kN(↓)；
=50.54kN(←)；
按式（10-33）这组内力的标准值为：=-309.30kN·m(↙)；
(←)；
(↓)；
对基础底面产生的内力标准值为：
=-309.30-34.54×1.1=-347.29kN·m(↙)；
=224.92N(↓)；
=-34.54kN(←)；
（3）柱传来的第②组内力
=+504.64kN·m(↘)；
N=702.72kN(↓)；
V=+47.49kN(→)；
柱对基础底面产生的内力设计值：
=504.64+47.49×1.1=556.88kN·m(↘)；
=702.72kN(↓)；
=+47.49kN(→)；
第②组内力的标准值为：=345.96KN·m(↘)；
(↓)；
(→)；
柱对基础底面产生的内力标准值：
=345.96+35.34×1.1=384.83kN·m(↘)；
=552.57kN(↓)；
=35.34kN(→)。
2.初步确定尺寸
（1)基础高度和杯口尺寸
已知柱插入杯口深度为850mm，故杯口深度为850+50=900mm，杯口顶部尺寸：宽为400+2×75=550mm，长为900+2×75=1050mm。杯口底部尺寸：宽为400+2×50=500mm,长为900+2×50=1000mm。
按表12-5取杯壁厚度t=300mm，杯底厚度=200mm。
据此，初步确定基础高度为850+50+200=1100mm。
（2）确定基础底面尺寸
基础埋深为d=0.15+1.0+1.10=2.25mm,取基础底面以上土的平均重度为,则深度修正后的地基承载力特征值为：
=180+1.0×20×（2.25-0.5）=215；
由内力组合表1可知，按式（10-30）控制截面Ⅲ-Ⅲ的最大轴向力标准值：
；
按轴向力受压估算基础底面尺寸：
；
考虑到偏心等影响，将基础再放大30%左右，取=2.2m，=3.2m。
基础底面面积：=2.2×3.2=7.04；
基础底面弹性抵抗矩：=1/6×2.2×3.2×3.2=3.75。
3.地基承载力验算
基础及基础上方土的重力标准值：=3.2×2.2×1.15×20=161.92kN。
（1）按第①组内力标准值的验算
轴向力：=299.61+224.92+161.92=686.45kN；
弯矩：=170.78+347.29=518.07kN·m；
偏心距
e=518.07/686.45=0.75>=0.53，基础底面有一部分出现拉应力。
；
<=,满足
，满足。
（2）按第②组内力标准值验算
轴向力：=299.61+552.57+161.92=1014.1kN；
弯矩
：=384.83-170.78=214.05kN·m；
=，满足。
，满足。
4.基础受冲切承载力验算
只考虑杯口顶面由排架柱传到基础底面的内力设计值，显然这时第②组内力最不利：，，故：
。
=400mm；
=400+2×1050=2500mm<2600mm；
=0.5×(400+2500)=1450mm
=
=248.32×0.2=69.66kN；
=0.7×0.975×1.43×1450×1050=1510kN﹥=66.82kN，故不会发生冲切破坏。
对台阶以下进行受冲切承载力验算。这时冲切锥体的有效高度=700-50=650mm，冲切破坏锥体最不利一侧上边长和下边长分别为：=400+mm；
=2=2450mm
=0.5×(1150+2450)=1800mm
考虑冲切荷载时取用的基础底面多边形面积，即图14中打斜线的部分的面积图14基础受冲切承载力验算
=
=
=248.32×0.26=64.56kN=0.7×0.985×1.10×1800×650=887.39kN﹥=74.82kN，不会被破坏。
5.基础底板配筋计算
按地基净反力设计值进行配筋计算
（1）沿排架方向，即沿基础长边b方向的底板配筋计算
由前面的计算可知，第①组内力最不利，再考虑由基础梁和围护墙传来的内力设计值，故作用在基础底面的弯矩设计值和轴向力设计值为：
①=204.93+523.22=728.15kN·m(↙)；
①=359.53+273.37=632.9kN；
偏心距
，基础底面有一部分出现拉应力。
=1.6-1.15=0.45m；
。
设应力为零的截面至截面的距离为x，
；
此截面在柱中心线右侧处，柱边截面离柱中心线左侧为0.45m，变阶截面离柱中心线为0.725m。故，
柱边截面处的地基净反力：；
变阶截面处的地基净反力：；
图15所示为地基净反力设计值的图形。图15
地基净反力设计值图
沿基础长度方向，对柱边截面Ⅰ-Ⅰ处的弯矩按式（12-38）计算：
=463.32kN·m；
变阶处截面Ⅰ′-Ⅰ′的弯矩：
=331.72kN·m﹤，故按配筋。
采用HRB335级钢筋，，保护层厚度为40mm，故=1060mm,故：
；
采用12@150，
。
（2）
垂直排架方向，即沿基础短边l方向的底板配筋计算按轴心受压考虑。轴向力设计值Nb=717.38kN,计算柱边截面Ⅰ-Ⅰ的弯矩
，at=400mm,bt=900mm,变阶处截面a,=2(200+375)=1150mm,b,=2(375+450)=1650mm,<,故按配筋。
采用HRB400级钢筋，，保护层厚度取为40mm，故。故
选用B12@200，AS=505mm2，见基础施工图。
验算最小配筋率：,满足。
参考文献[1]
GB/T
50104-2010，建筑制图标准[S].
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GB
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程文瀼等.混凝土结构（中册）—混凝土结构与砌体结构设计（第五版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.
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