1、大連理工大學網絡教育學院畢業論文（設計）模板XX大學工程技術學院本 科 生 課 程 設 計 題 目：單層單跨工業廠房設計專 業： 學 生： 指導教師： 完成日期： 2014年 6月 16日III單層工業廠房設計內容摘要單層廠房指層數僅為一層的工業廠房，適用于生產工藝流程以水平運輸為主，有大型起重運輸設備及較大動荷載的廠房，如機械制造工業、冶金工業和其他工業等。單層廠房的骨架結構，由支撐各種豎向的與水平的荷載作用的構件所組成。廠房依靠各種結構構件合理連接為一整體，組成一個完整的結構空間以保證廠房的堅固、耐久。我國廣泛采用鋼筋混凝土排架結構和鋼架結構，通常由橫向排架、縱向聯系構件、支撐系統構件和圍

2、護結構等幾部分組成。本文以18m跨度單層單跨的莫實驗室進行結構設計，根據相關資料選擇合適的構件和確定柱網、基礎平面的平面布置和排架柱與牛腿的形狀、尺寸。并進行各種荷載作用下的排架柱內力計算，計算出各控制截面的軸力、彎矩和剪力。依據內力組合原理得出三個控制截面的內力。然后對構件進行內力分析、內力組合進而截面設計、進行配筋，并對預制柱的吊裝安全進行驗算。最后求出計算書，并根據規范繪制施工圖和注寫圖紙說明。關鍵詞：單層工業廠房、荷載代表值、內力組合目 錄內容摘要I引 言11 設計資料21.1 基本要求21.2 計算簡圖42 荷載計算62.1 屋蓋荷載62.2 柱和吊車梁等恒荷載62.3 吊車荷載62

3、.4 風荷載73 內力計算83.1 屋蓋自重作用下內力計算（排架無側移）83.2 上、下柱荷載、吊車、吊車梁及軌道自重作用下的內力計算93.3 吊車荷載作用下的內力分析93.4 風荷載作用下，A柱的內力分析114 內力組合表135 排架柱設計145.1 柱截面配筋計算145.2 柱牛腿設計166 柱吊裝驗算176.1 設計吊裝方案176.2 荷載計算176.3 彎矩計算176.4 截面承載力計算187 施工圖19參考文獻20引 言單層廠房結構一般由屋蓋結構、排架結構、支撐系統、吊車梁、圍護結構和基礎等組成。它比較容易組織生產工藝流程和車間內部運輸，地面上能夠放置較重的機器設備和產品，所以其在工

4、業建筑設計中得到廣泛的應用。 近年來，單層廠房的設計越來越重視設備節能,充分利用自然通風,利用自然采光,發展節能省地型工業廠房；運用生態學中的共生與再生原則，結合自然，保護環境，防止污染，發展具有良好生態循環系統的現代工業廠房；利用高科技材料，發展更具靈活性、通用性和多樣化的工業廠房。本文以跨度為18米的實驗室單層單跨廠房為例例的進行結構設計計算。首先依據設計任務書的提供的資料數據，建立排架計算模型。然后進行荷載計算，將荷載作用于排架計算單元上，計算每個荷載所產生的結構內力，進行內力組合，得到控制截面最不利的內力。最后，對排架柱進行截面配筋計算和牛腿設計計算，以及進行柱吊裝驗算。通過系統的設計

5、，掌握了單層單跨工業廠房的設計流程，對鋼筋混凝土、結構力學等專業理論有了更深的理解。1 設計資料1.1 基本要求 廠房柱網布置1.設計基本資料（1）工程名稱：某實驗室。（2）自然條件：基本風壓；基本雪壓。（3）剖面、建筑平面圖如下所示：（本設計不做基礎設計）圖1.1 廠房剖面圖 圖1.2 建筑布置平面圖2.廠房中標準構件的選用情況 （1）屋面荷載屋面恒荷載：屋面活荷載：（2）屋面板板自重：灌縫重：（3）檐口板板自重：灌縫重：（4）屋架屋架自重：榀（5）天溝板構件自重：3.吊車梁及吊車軌道吊車選用：中級工作制，兩臺起重量為15t的吊車，吊車自重，吊車軌道：中級吊車自重：4.排架柱材料選用（1）混

6、凝土：采用C30（2）鋼筋：縱向受力鋼筋采用HRB335級，（3）箍筋：采用HPB235級（4）型鋼及預埋件均采用級1.2 計算簡圖1柱高已知：軌道頂面至吊車頂面的距離，軌頂墊塊高為。基礎頂面標高為-0.5m，牛腿頂標高為8.1m，柱頂標高為12m上柱高HU=12-8.1=3.9m下柱高HL=8.1+0.5=8.6m全柱高H=12+0.5=12.5m2柱截面尺寸由于吊車選用兩臺起重量為15t，故下柱截面高度h應滿足hHk/11=9800/11=891mm下柱截面寬度b應滿足bHl20=860020=430綜上所述：上部柱采用矩形截面b×h=450mm×450mm；下部柱采用

7、I形截面bf×h×b×hf=450mm×900mm×100mm×150mm；3計算參數（1）上、下柱截面慣性矩I 上柱In=112×0.45×0.453=0.0034m4 下柱Id=112×0.45×0.93-112×0.35×0.553-2×0.5×0.35×0.025×(0.275+0.0253)2=0.022m4（2）上、下柱截面面積A 上柱Au=0.45×0.45=0.2m2下柱Ad=0.45×0.9-2&#

8、215;(0.175×0.025+0.55×0.175)=0.2m2（3）上柱高與全柱高比值 =3.9/12.5=0.31（4）上下柱截面的慣性矩比值n n=InId=0.1554計算簡圖 圖1.3 截面尺寸計算簡圖圖1.4 排架柱計算簡圖2 荷載計算2.1 屋蓋荷載1.屋蓋恒荷載屋面恒荷載標準值g1k=1.7kN/m2,屋面板自重標準值g2k=1.3kN/m2,灌縫自重標準值g3k=0.1kN/m2，故由屋蓋傳給排架柱的集中恒荷載設計值F1=1.2×g1k+g2k+g3k×柱距×廠房跨度2+1.2×g4k×0.5=1.2&

9、#215;1.70+1.30+0.10×6×182+1.2×60.5×0.5=237.18kN屋蓋自重豎直向下，集中作用在柱頂中心線，偏心距為02.屋面活荷載屋面均布活荷載標準值q1k=0.5kN/m2，比屋面雪荷載標準值s0=0.25kN/m2大，故按屋面均布活荷載計算。F6=1.4×0.5×6×182=37.8kN2.2 柱和吊車梁等恒荷載1.作用在牛腿截面處的上部柱恒荷載設計值F2=25×0.45×0.45×3.9=19.7kN作用于下柱中心線外側e0=hl2-hu2=9002-4502=

10、225mm2.作用在基礎頂截面處的下柱恒荷載設計值F3=25×0.2×8.6=43kN3.吊車梁自重標準值為40kN/根，軌道連接自重標準值g6k=0.8kN/m，故作用在牛腿頂截面處的吊車梁和軌道連接的恒荷載設計值F4=1.2×40+0.8×6=53.76kN2.3 吊車荷載1.吊車豎向荷載設計值Dmax，Dmin由圖所示的吊車梁支座反力影響線知Dmax,k=Pmax,kyi=0.9×155×0.057+0.73+0.323+1=294.35kNDmax=QDmax,k=1.4×294.35=412.09kNDmin=Dm

11、axPmin,kPmax,k=412.09×42155=111.66kN 圖2.1 吊車梁支座反力影響線2.吊車橫向水平荷載設計值TmaxTk=(Qk+gk)4=0.1×(150+73)4=5.58kNTmax=DmaxTkPmax,k=412.09×5.58÷155=14.84kN2.4 風荷載1.作用在柱頂處的集中風荷載設計值W風壓高度變化系數z按B類地區考慮，取檐口離室外地坪的高度14.42m來計算。查荷載規范，得離地面10m時，z=1.0；離地面15m時，z=1.14，用插入法，知z=1+14.42-10×1.14-1.015-10=1

12、.12屋架高度h1=2.42m；屋架檐口至屋脊的高差h2=1.8mWk=0.8+0.5h1+0.5-0.6h2zW0B=0.8+0.5×2.42-0.1×1.8×1.12×0.45×6=8.97kNW=QWk=1.4×8.97=12.56kN2.沿排架柱高度作用的均布風荷載設計值q1、q2這時風壓高度變化系數z按柱頂離室外地坪高度12m來計算z=1+12-10×1.14-1.015-10=1.06q1=QszW0B=1.4×0.8×1.06×0.45×6=3.21kN/mq2=QszW

13、0B=1.4×0.5×1.06×0.45×6=2.00kN/m3 內力計算內力分析時所取的荷載值都是設計值，故得到的內力值都是設計值。3.1 屋蓋自重作用下內力計算（排架無側移）1.屋蓋集中恒荷載F1作用下的內力分析柱頂不動支點反力R=M1C1HM1=F1×e0=237.18×0.225=53.37kNm按n=IuIl=0.155，=HuH=0.31，查圖得柱頂彎矩作用下的系數C1=1.98。按公式計算C1=1.5×1-2(1-1/n)1+3(1n-1)=1.5×1-0.312(1-1/0.155)1+0.313(

14、10.155-1)=1.97可見計算值與查圖所得接近，取C1=1.97R=M1C1H=53.37×1.9712.5=8.41kN2.屋蓋集中活荷載F6作用下的內力分析M6=F6×e0=37.8×0.225=8.51kNmR=M6C1H=8.51×1.9712.5=1.34kN(a) (b)圖2.2 屋蓋荷載作用下的內力圖（a）屋蓋恒荷載作用下的內力圖；（b）屋蓋活荷載作用下的內力圖在F1，F6分別作用下的排架柱彎矩圖、軸力圖和柱底剪力圖。彎矩以使排架柱外側受拉的為正，反之為負；柱底剪力以向左為正，向右為負。3.2 上、下柱荷載、吊車、吊車梁及軌道自重作用

15、下的內力計算上柱自重和吊車梁自重在下柱產生的彎矩M2=-19.7+53.76×0.225=7.66kNm上柱自重在變截面處產生的軸力N1=19.7kNm上柱自重和吊車及吊車梁自重在柱底產生的軸力N2=F2+F3+F4=19.7+43+53.76=116.46kN圖2.3 柱自重及吊車梁等作用下的內力圖3.3 吊車荷載作用下的內力分析1.Dmax作用在A柱，Dmin作用在B柱時，A柱的內力分析Mmax=Dmaxe=412.09×0.225=92.72kNmMmin=Dmine=111.66×0.225=25.12kNm偏心距e是指吊車軌道中心線至下部柱截面形心的水平

16、距離。A柱頂的不動支點反力，查圖得C3=，按計算C3=1.5×1-21+3(1n-1)=1.5×1-0.3121+0.313(10.155-1)=1.17A柱頂不動支座反力RA=MmaxC3H=92.72×1.1712.5=8.68kNB柱頂不動支座反力RB=MminC3H=25.12×1.1712.5=2.35kNA柱頂水平剪力VA=RA+0.5-RA-RB=8.68+0.5-8.68-2.35=3.165kNB柱頂水平剪力VB=RB+0.5-RA-RB=2.35+0.5-8.68-2.35=-3.165kN2Dmin作用在A柱，Dmax作用在B柱時的

17、內力分析此時，A柱頂剪力與Dmax作用在A柱時的相同，也是VA=3.165kN，故可得內力值，圖2.4 吊車豎向荷載作用下的內力圖3在Tmax作用下的內力分析Tmax至牛腿頂面的距離為9.2-7.8=1.4mTmax至柱底的距離為因A柱與B柱相同，受力也相同，故柱頂水平位移相同，沒有柱頂水平剪力，圖2.5 Tmax作用下的內力圖3.4 風荷載作用下，A柱的內力分析左風時，在q1、q2作用下的柱頂不動鉸支座反力，按計算C11=31+4(1n-1)81+3(1n-1)=31+0.314(10.155-1)81+0.313(10.155-1)=0.339取C11=0.339，不動鉸支座反力：RA=q

18、1HC11=3.21×12.5×0.339=-13.60kNRB=q2HC11=2.00×12.5×0.339=-8.48kNA柱頂水平剪力：VA=RA+0.5W-RA-RB=-13.60+0.512.56+13.60+8.48=3.72kNVB=RB+0.5W-RA-RB=-8.48+0.512.56+13.60+8.48=8.84kN故左風和右風時，A柱的內力圖分別如圖（a） （b）圖2.6 風荷載作用下A柱內力圖（a）左風時；（b）右風時214 內力組合表5 排架柱設計5.1 柱截面配筋計算采用就地預制柱，混凝土強度等級為C30，縱向受力鋼筋為HR

19、B335級鋼筋，采用對稱配筋。 1 上部柱配筋計算由內力組合表知，控制截面-的內力設計值為M=86.53kNm，N=290.9kN（1） 考慮P-二階效應e0=MN=297mm，ea=20mmei=e0+ea=297+20=317mmA=bh=450×450=202.5×103mm2c=0.5fcAN=0.5×14.3×202.5290.9=5>1.0，取c=1.0l0=2Hu=7.8mms=1+11500eih0l0hc=1+115003174057.8450=1（2） 截面設計假設為大偏心受壓，則x=N1fcbf'=290.9×

20、;10314.3×450=45.2mm<2as'=90mm取x=2as'=90mm計算e'=sei-0.5h+as'=143.34mmAs=As'=Ne'fy(h0-as')=143.34×290.9×103300(450-45)=384.89mm2選用3B18，As=As'=763mm2，故截面一側鋼筋截面面積763mm2>minbh=0.2%×450×450=405mm2；同時柱截面總配筋2×763=1526mm2>0.55%×450

21、15;450=1114mm2（3） 垂直于排架方向的截面承載力驗算垂直于排架方向的上柱計算長度l0=1.25Ha=4.88ml0b=10.83，查表得，=0.97Nu=0.9fcA+fy'As'=0.9×0.9714.3×450×450+300×1526=2850.65kN>N=290.9kN，承載力滿足要求。2 下部柱配筋計算按控制截面-進行計算。由內力組合表知，有二組不利內力aM=509.64kNmN=758.54kN (b)M=357.5kNmN=353.64kN（1） 按（a）組內力進行截面設計e0=MN=672mm，ea=

22、30mmei=e0+ea=702mmA=bh+2(bf-b)hf=1.95×105mm2c=0.5fcAN=1.84>1.0，取c=1.0s=1+11500eih0l0hc=1.01假設為大偏心受壓，且中和軸在翼緣內：x=N1fcb=758.54×10314.3×450=118mm>2as'>90mme'=sei-0.5h+as'=1.01×702-0.5×900+45=304.02mmAs=As'=Ne'-1fcbf'xx2-s'fy(h0-as')=758.5

23、4×103×304.02-14.3×450×1181182-45300(855-45)=905mm2采用4B18，As=As'=1018mm2（2） 按（b）組內力進行截面設計e0=MN=101mm，ea=30mmei=e0+ea=1041mmc=0.5fcAN=0.5×14.3×195000353640=3.94>1，取c=1s=1+11500eih0l0hc=1+1150010418558600900=1.01x=N1fcbf'=54.96mm<2as'=90mm取x=2as'=90mm

24、計算e'=sei-0.5h+as'=1.01×1041-0.5×900+45=646.4mmAs=As'=Ne'fy(h0-as')=353640×1041300×(855-451)=941mm2<4B18，As=As'=1018mm2（3） 垂直于排架方向的承載力驗算l0b=19.1，查表得，=0.777Nu=0.9fcA+fy'As'=0.9×0.77714.3×1.95×105+300×1018=2213.7kN>(a)組軸向力N=7

25、58.54kN，滿足。3 箍筋配置箍筋按構造要求設置，上下柱均采用B8200，在牛腿處箍筋加密為B81005.2 柱牛腿設計根據吊車梁支撐位置，吊車梁尺寸及構造要求，確定牛腿尺寸如圖所示。牛腿截面寬度b=450mm，截面高度h=750mm，截面有效高度h0=705mm。（1） 按裂縫控制要求驗算牛腿截面高度作用在牛腿頂面的豎向力標準值Fvk=Dmax,k+F4,k=412.09+53.761.2=456.89kN牛腿頂面沒有水平荷載，即Fhk=0(Tmax作用在上柱軌頂標高處)。設裂縫控制系數=0.65，ftk=2.01Nmm2，a=-150+20=-130mm<0，故取a=01-0.5

26、FhkFvkftkbh00.5+ah0=0.65×2.01×450×7050.5=828.97kN>Fvk=456.89kN，滿足。（2） 牛腿配筋由于a=-130mm，故可按構造要求配筋。水平縱向受拉鋼筋截面面積Asminbh=0.002×450×705=634.5mm2，采用5B14，As=769mm2，其中2B14是彎起鋼筋。 圖5.1 牛腿尺寸及配筋6 柱吊裝驗算6.1 設計吊裝方案排架柱插入基礎杯口內的高度h1=0.9×900=810mm，取h1=850mm，故柱總長度為3.9+8.6+0.85=13.35m。采用就地翻身起吊，吊點設在牛腿下部處，因此起吊時的支點有兩個：柱底和牛腿底，上柱和牛腿是懸臂的，計算簡圖如圖所示圖6.1 預制柱的翻身起吊驗算6.2 荷載計算吊裝時，應考慮動力系數=1.5，柱的重力荷載分項系數取1.35.q1=1.5×1.35×25&