1、 塔里木大學(xué)混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)1工程概況某金工車(chē)間為一跨等高廠房，跨度均為22.5m，柱距均為6m，車(chē)間總長(zhǎng)度為36m。每跨設(shè)有吊車(chē)臺(tái)，吊車(chē)工作級(jí)別為級(jí)，軌頂?shù)臉?biāo)高為10.55mm，采用防水卷材屋面、240mm厚雙面清水維護(hù)磚墻。鋼窗寬度3.6m，室內(nèi)外的高差為100mm，素混凝土地面，廠房建筑剖面如下圖所示。廠房所在地點(diǎn)的基本風(fēng)壓為，地面粗糙度為類(lèi)；基本雪壓為，修正后的地基承載力特征值為。活荷載組合系數(shù)；風(fēng)荷載組合系數(shù)取。吊車(chē)荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)，活荷載和風(fēng)荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)均為。環(huán)境類(lèi)別為一類(lèi)。要求進(jìn)行排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖1.1 廠房剖面尺寸圖2結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型及柱截面尺寸確定因?yàn)樵搹S房跨度為及在之間，

2、且柱頂標(biāo)高大于，故采鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。為了使屋蓋具有較大剛度，選用預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架及預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板。選用鋼筋混凝土吊車(chē)梁及基礎(chǔ)梁。受力鋼筋選用級(jí)，箍筋用級(jí)，住的混凝土選用級(jí)，梁的混凝土選用。廠房各主要構(gòu)件選型見(jiàn)表2.1。表2.1主要承重構(gòu)件選型表構(gòu)件名稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)圖集選用型號(hào)重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面板G410（一）預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板YWB-2II(包括灌縫重)天溝板G410（三）預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板（卷材防水天溝板）TGB68-1屋架G415（三）預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架（跨度21m）YWJA-24-1Aa(屋蓋鋼支撐)吊車(chē)梁G323（二）鋼筋混凝土吊車(chē)梁（吊車(chē)工作級(jí)別為A1-A5）DL-9B軌道

3、連接G325（二）吊車(chē)軌道聯(lián)結(jié)詳圖基礎(chǔ)梁G320鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁JL-3注：本表圖集均按TJ10-74鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)，重力荷載已換算為法定計(jì)量單位。由圖1 可知柱頂標(biāo)高，牛腿頂面標(biāo)高為，設(shè)室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂面的距離為，則計(jì)算簡(jiǎn)圖中柱的總高度H、下柱高度和上柱高度分別為： 根據(jù)柱的高度、吊車(chē)起重量及工作級(jí)別等條件，可由附表1并參考附表2確定柱截面尺寸，見(jiàn)表2.2。表2 .2柱截面尺寸及相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)計(jì)算參數(shù)柱號(hào)截面尺寸/ 面積/ 慣性矩/自重/ A,C上柱矩500×500下柱I500×1200×120×200本題僅取一榀排架進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算單元和計(jì)

4、算簡(jiǎn)圖如圖2.1所示。圖2 .1計(jì)算單元和計(jì)算簡(jiǎn)圖3荷載計(jì)算3.1恒載(1)恒載：SBS防水層 厚水泥砂漿找平層 厚水泥蛭石保溫層 一氈兩油隔氣層 厚水泥砂漿找平層 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板（包括灌縫） 屋蓋鋼支撐 屋架重力荷載為/榀，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)重力荷載設(shè)計(jì)值為：(2)吊車(chē)梁及軌道重力荷載設(shè)計(jì)值：(3)柱自重重力荷載設(shè)計(jì)值：A柱=B柱：上柱：下柱：各項(xiàng)恒載作用位置如圖2.2所示： 圖2.2 各項(xiàng)恒載作用位置圖（單位：kN）3.2屋面活荷載屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為。后者小于前者，故僅按照前者計(jì)算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計(jì)值為：的作用位置與作用位置相同，如圖3所示。3.3風(fēng)荷載風(fēng)

5、荷載標(biāo)準(zhǔn)值按式計(jì)算，其中，根據(jù)廠房各部分標(biāo)高及地面B類(lèi)粗糙度由附表 5.1確定如下：柱頂(標(biāo)高13.3m) 4檐口(標(biāo)高15.6m) 2屋頂(標(biāo)高17.0m) 如圖2-2所示，由式可得排架迎風(fēng)面及背風(fēng)面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別為：圖3.1風(fēng)荷載體型系數(shù)及排架計(jì)算簡(jiǎn)圖則作用于排架計(jì)算簡(jiǎn)圖4b上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值： 3.4吊車(chē)荷載由書(shū)中查表可知吊車(chē)參數(shù)為B=6.35 m，K=4.8m，g=140kN，Q=500kN，。根據(jù)B及K，可算得吊車(chē)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3.2所示。 圖3.2 吊車(chē)荷載作用下支座反力影響線吊車(chē)豎向荷載設(shè)計(jì)值為：吊車(chē)橫向水平荷載作用于每一個(gè)輪子上的吊車(chē)橫向水平

6、制動(dòng)力按式計(jì)算,即作用于排架柱上的吊車(chē)橫向水平荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算如下：4排架內(nèi)力分析·該廠房為單跨等高排架，可用剪力分配法進(jìn)行排架內(nèi)力分析。其中柱的剪力分配系數(shù)按下式計(jì)算：式中：第i根排架的抗側(cè)移剛度。其結(jié)果見(jiàn)表4.1。表4.1 柱剪力分配系數(shù)柱別A柱=C柱4.1恒載作用下排架內(nèi)力分析恒載作用下排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.1a所示。（a） 圖4.1a恒載作用下排架內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖圖中的重力荷載及力矩M是根據(jù)圖4確定的，即:； 如圖6所示，排架為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)且作用對(duì)稱(chēng)荷載，排架結(jié)構(gòu)無(wú)側(cè)移，故各柱可按柱頂為不動(dòng)鉸支座計(jì)算內(nèi)力。對(duì)于A，B柱，則：，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

7、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(jiàn)圖4.1（b）、（c）。圖7（c）為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負(fù)號(hào)規(guī)定。 （b）M圖（） （c）N圖（） （d）圖4.1b c d恒載作用下排架的內(nèi)力圖4.2屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析A B跨作用屋面活荷載排架計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.2（a）所示 圖4.2a AB跨作用屋面活荷載時(shí)排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖其中，它在柱頂及變階處引起的力矩為:； 對(duì)于A柱，則對(duì)于B柱，則排架柱頂不動(dòng)鉸支座總反力為：將R反向作用于排架柱頂，用下式計(jì)算相應(yīng)的柱頂剪力，并于柱頂不動(dòng)絞支座反力疊加。軸力圖分別見(jiàn)圖4.2（b）、（c）。（b）M圖（） （c）N圖（） 圖4

8、.2 AB跨作用屋面活荷載時(shí)排架的彎矩及剪力圖4.3風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析（1）左吹風(fēng)時(shí)排架計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.3a所示圖4.3 a 左吹風(fēng)時(shí)排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖對(duì)于A柱，已知， 則：各柱頂剪力分別為：排架彎矩圖如圖8b所示： 圖4.3 b左吹風(fēng)作用下排架的彎矩圖（）4.4吊車(chē)荷載作用下排架內(nèi)力分析（1）作用于A柱計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.4a所示 圖4.4 a作用于A柱時(shí)排架計(jì)算簡(jiǎn)圖其中，吊車(chē)豎向荷載，在牛腿頂面處引起的力矩為：對(duì)于A柱，則：對(duì)于B柱：排架各柱剪力為：排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力值如圖4.4b c所示： （b）M圖（） （c）N圖（） 圖4.4 b c 作用于A柱時(shí)排架內(nèi)力圖 （2）作用

9、于B柱將“作用于A柱”情況時(shí)的A，B柱內(nèi)力對(duì)換，并注意改變符號(hào)，可求得作用于B柱時(shí)各柱的內(nèi)力。排架各柱的彎矩圖、軸力圖和柱底剪力值如圖4.5a所示。圖4.5 a 作用于AC跨時(shí)排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖對(duì)于A柱，查表得，則排架柱頂總反力為：各柱頂剪力為,因?yàn)橛袡_屋蓋m=0.85： 排架各柱的彎矩圖及柱底剪力值如圖4.5b所示。圖4.5 b 作用于AC跨時(shí)排架的彎矩及柱底剪力值圖5內(nèi)力組合由于排架單元為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，可僅考慮A柱截面，荷載內(nèi)力匯總表見(jiàn)表4，內(nèi)力組合見(jiàn)表5，這兩個(gè)表中的控制截面及正號(hào)內(nèi)力方向如表5.1中的例圖所示。表5.1 A柱內(nèi)力設(shè)計(jì)值匯總表風(fēng)荷載左風(fēng)42.73042.730401.89034.

10、168吊車(chē)水平荷載Tmax作用在AB跨±32.260±32.260±289.370±26.88吊車(chē)豎向荷載Dmax作用在B柱-65.110-0.85142.8-166.12142.8-16.694Dmax作用在A柱-65.110256.1971489.25714-16.694屋面活載作用在A才跨4.151.04-13.7651.049.6051.042.36恒載24.80371.56-85.80424.7461.51515.614.88荷載類(lèi)別序號(hào)MNMNMNV-柱號(hào)及正向內(nèi)力表5.2中列出的組合的內(nèi)力設(shè)計(jì)值，已分別是4項(xiàng)組合中最不利的情況。對(duì)主進(jìn)行裂縫

11、寬度驗(yàn)算時(shí)，內(nèi)力采用準(zhǔn)永久值，同時(shí)只需要對(duì)的柱進(jìn)行驗(yàn)算。表5.2 A柱內(nèi)力組合表備注M =-67.124N =309.633M =244.92N =501.07Nmin及相應(yīng)的M，V47.41371.56-30.72560.41562.70651.2957.85409.25526.5943.09 +0.7（+） +0.7（+） +0.7+0.7+0.7Nmax及相應(yīng)的M，V31.5442.26208.981174.45607.471265.3339.16441.23965.1929.74 +0.7（+）+0.6 +0.7+0.6+0.7+0.7+0.6Mmax及相應(yīng)的M，V-68.89371.

12、56-128.29560.41-353.14615.5633.70-244.92501.0725.84 +0.7 +0.7+0.7+0.7Mmax及相應(yīng)的M，V89.84407.29218.261138.72682.691051.1352.24494396812.1939.09 +0.7+0.6 +0.7+0.6 +0.7+0.6+0.7截面?zhèn)渥NMNMNVMKNKVK-6柱截面設(shè)計(jì)6.1選取控制截面最不利內(nèi)力由表5.2可見(jiàn)，上柱截面共有組內(nèi)力，取。則大偏心；兩組大偏心受壓和小偏心受壓界限破壞是對(duì)應(yīng)的軸向力為：由表5.2可見(jiàn)，上柱I-I截面共有四組不利內(nèi)力嗎，4組內(nèi)力均滿(mǎn)足故均為大偏心受壓，

13、對(duì)這4組內(nèi)力按照“彎矩相差不多時(shí)，軸力越小越不利，軸力相差不多時(shí)，彎矩越大越不利”的原則，可確定上柱的最不利內(nèi)力為：，對(duì)下柱，截面的有效高度取則大偏心受壓與小偏心受壓界限破壞是對(duì)應(yīng)的軸向壓力為 對(duì)下柱，截面-和-截面有8組不利內(nèi)力，均滿(mǎn)足，對(duì)這8組內(nèi)力采用和上柱I-I截面相同的分析方法，可得下柱的最不利內(nèi)力為： -截面： -截面： 6.2 上柱配筋計(jì)算 上柱最不利內(nèi)力為： 表查得有吊車(chē)廠房排架方向上柱的計(jì)算長(zhǎng)度。=5.618>1.0(取) 故取進(jìn)行計(jì)算：選418（）則 （滿(mǎn)足要求）由得垂直于排架方向的計(jì)算長(zhǎng)度，則，。 滿(mǎn)足彎矩作用平面外的承載力要求。6.3下柱配筋計(jì)算有分析結(jié)果可知，與上

14、柱分析方法類(lèi)似，由上表5.2選取下列兩組不利內(nèi)力：，（1）按計(jì)算查表得，截面尺寸：附加偏心距， （取）先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則且為大偏心受壓構(gòu)件受壓區(qū)在受壓翼緣內(nèi)，則：（2）按，計(jì)算（取）先假定中和軸位于翼緣內(nèi)，則且為大偏心受壓構(gòu)件受壓區(qū)在受壓翼緣內(nèi)，則：選518（）（3 ）驗(yàn)算垂直于平面的受壓承載力（滿(mǎn)足要求）6.4柱的裂縫寬度驗(yàn)算規(guī)范規(guī)定，對(duì)的柱應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。本例值出現(xiàn)下柱的內(nèi)力，故應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。按準(zhǔn)永久組合計(jì)算時(shí)，上柱及下柱的偏心距分別為： 故不需要進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。6.5柱的箍筋配置非地震區(qū)的單層廠房柱，其箍筋數(shù)量一般由構(gòu)造要求控制。根據(jù)構(gòu)造要求，上、下柱均選用箍筋。6.

15、6牛腿設(shè)計(jì)根據(jù)吊車(chē)梁支承位置、截面尺寸及構(gòu)造要求，初步擬定牛腿尺寸，如圖6.1所示。其中牛腿截面寬度，牛腿截面高度，。 圖6.1 牛腿尺寸簡(jiǎn)圖（1）牛腿截面高度驗(yàn)算已知,（牛腿頂面無(wú)水平荷載），取， 故牛腿截面高度滿(mǎn)足要求。（2）牛腿配筋計(jì)算由于，因而牛腿可按構(gòu)造要求配筋。根據(jù)構(gòu)造要求，。實(shí)際選用416（）。水平箍筋選用。6.7柱的吊裝驗(yàn)算采用翻身起吊，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿下部，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后起吊。由附表查得柱插入杯口深度為，取，則柱吊裝時(shí)的總長(zhǎng)度為，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6.2所示。圖6.2 柱吊裝計(jì)算簡(jiǎn)圖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：在上述荷載作用下，各柱控制截面的彎矩為：

16、由得：令，得，則下柱段最大彎矩為：柱截面受彎承載力及裂縫寬度驗(yàn)算過(guò)程見(jiàn)表6.1表6.1 柱吊裝階段承載力及裂縫寬度驗(yàn)算表柱截面上柱下柱85.56（71.3）117.08（97.567）150.1090.9×85.56=77.04508.290.9×117.08=105.37177.10876.330.36<0取0.20.1250.2（滿(mǎn)足要求）0.030.2（滿(mǎn)足要求）7基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C20，下設(shè)100mm厚C10混凝土墊層。7.1作用于基礎(chǔ)頂面上的荷載計(jì)算作用于基礎(chǔ)頂面上的荷載包括柱底（截面）傳給基礎(chǔ)的M，N，V以及外墻自重重力荷載。前者由表5.2中

17、的截面選取，見(jiàn)表7.1，其中內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)組合值用于地基承載力驗(yàn)算，基本組合值用于受沖切承載力驗(yàn)算和地板配筋計(jì)算，內(nèi)力的正號(hào)規(guī)定見(jiàn)圖7.1b。表7.1基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的不利內(nèi)力組別荷載效應(yīng)基本組合荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合第1組682.691051.1352.24494.96812.1939.09第2組-353.14615.5633.70-244.92501.0725.84第3組607.471265.3339.16441.23965.1929.74圖7.1基礎(chǔ)荷載示意圖由圖7.1可見(jiàn)，每個(gè)基礎(chǔ)承受的外墻總寬度為，總高度為，墻體為厚雙面清水磚墻厚（）。鋼框玻璃窗（）基礎(chǔ)梁重量為16.7KN/根。每個(gè)基礎(chǔ)承受的由墻體傳來(lái)

18、的重力荷載為：厚磚墻 鋼框玻璃窗 基礎(chǔ)梁 距基礎(chǔ)形心的偏心距為：7.2基礎(chǔ)尺寸及埋置深度（1）按構(gòu)造要求擬定高度h柱的插入深度，取杯底厚度應(yīng)大于，取，則基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為-0.500m，故基礎(chǔ)埋置深度d為：杯壁厚度，取；基礎(chǔ)邊緣高度取，臺(tái)階高度取，見(jiàn)圖7.1b。（2）擬定基礎(chǔ)地面尺寸適當(dāng)放大，取（3）計(jì)算基底壓力及驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算地基承載力，其中驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)下表7.2。可見(jiàn)，基礎(chǔ)底面尺寸滿(mǎn)足要求。表7.2基礎(chǔ)底面壓力計(jì)算及地基承載力驗(yàn)算表類(lèi)別第1組第2組第3組 494.96812.1939.09-244.92501.0725.84441.23965.1929.741485.651174.531638.65294.80-461.60229.43211.249106.23161.7143.29166.79134.22158.74220211.25264125.75220208.211264175.07220215.922647.3基礎(chǔ)高度驗(yàn)算這時(shí)采用基地凈反力設(shè)計(jì)值和計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表7.3。對(duì)于第2組內(nèi)力，按式（2.7.3）計(jì)算時(shí)，故對(duì)該組內(nèi)力按式（2.7.7）計(jì)算基底凈反力。表7.3 基礎(chǔ)底面凈反力設(shè)計(jì)值計(jì)算表類(lèi)別第1組第2組第3組682.691051.1352.24-353.14615.5633.70607.471265.3