1、單層工業廠房排架結構的設計【結構設計：】.結構選型和結構布置(1) 屋面板：采用1.5mx 6m預應力鋼筋混凝土屋面板G410 ()、(二), 板自重1.3KN/m2，嵌縫重0.1KN/m2 (均沿屋架斜面方向)。(2) 天溝板：天溝板的截面尺寸見圖，重17.4KN/塊()包括積水重)。-H寸OI k-770-(3) 天窗架：門型鋼筋混凝土天窗架的示意圖如上所示，每根天窗架支柱傳 到屋架的重力荷載為26.2KN。(4) 屋架：采用預應力鋼筋混凝土折線型屋架，屋架尺寸線如圖下弦桿：b x h=240mrH 220mm腹桿：b x h=120mX 240mmbx h=200mX 220mmbx h

2、=120mX 120mm屋架自重為60.5KN/mf(5) 屋蓋支撐屋蓋支撐自重0.05KN/m2 (沿水平面方向)(6) 吊車梁自重44.2KN/每根，吊車梁的截面高度為1200mm(7) 聯系梁、過梁均為矩形截面尺寸。(8) 排架柱上柱：矩形 400mm x 400mm下柱：工字型400mnX 800mm400(9) 基礎米用單獨杯形基礎，基礎頂部標咼-0.6m。二、結構平面布置橫向定位軸線均通過柱子截面幾何中心， 但在兩端與山墻的內皮重合，并將山墻內側第一排柱子中心線內移 600mm縱向定位軸線，可以有結構平面布置圖所知三、排架荷載計算I.恒荷載A.屋蓋部分傳來的P1P天窗重26.2X

3、2+11.5 X 2=75.4 KN屋面板重1.3X 6X 18=140.4 KN嵌縫重0.1X 6X 18=10.8 KN防水層重0.35X 6X 18=37.8 KN找平層重0.4X 6X 18=43.2 KN屋蓋支撐重0.05X 6X 18=5.4 KN屋架重60.5 KN總重373.5 KN每塊天溝積水重17.4 KNP 仲=373.5/2+17.4=204.15 KNB. 柱自重F2p和P3P上柱重 P2f=25X 0.4 X 0.4 X 3.6=14.4 KN下柱重：柱身25 X 0.187 X 7.2+0.4 X 0.8 X (0.2+0.4+0.6)=43.26 KN 牛腿25

4、 X (0.8+2 ) /2 X 0.2+1 X 4X 0.4 ) =5.8 KNP 3p=49.06 KNC. 混凝土吊車梁以及軌道重 P4FP 4p=44.2+0.6 X 6=47.8 KNII.活荷載A. 屋面活荷載Piq基本雪壓0.7KN/m2,屋面積灰荷載0.5KN/m2,屋面活荷載0.5KN/m2 排架計算時，屋面積灰荷載與雪荷載或屋面均布活荷載的較大值同時 考慮。P 1q= (0.7 X 1+0.5) X 6X 18/2=64.8 KNB. 吊車荷載采用兩臺中級工作制的吊車，起重量分別為q=5t, 15t/3t。吊車具體參數見表吊車跨度Lk=16.5m吊車輪距吊車總最大輪壓額定起

5、重量q寬度k重G小車重gPmax5 (49KN4.3m3.4m134KN22.8KN74KN15t/3t5.16m4.1m215KN66.1KN148KN(147/29.4KN)Pmi n=(G+q)/2-Pmaxi.)豎向吊車荷載a160034.00.1.00041仃門 1©仃仃i?nnn如情況a所示Dmax=0.9(74X 1.65+148X( 1+1.9/6 ) =248.64 KN61.6 5Dmin=0.9X( 18X+33X( 1+1.9/6 ) =57 KN6如情況b所示0.9 5Dmax=0.9( 148X+74X( 1+2.6/6 ) =226.44 KN60 9

6、5Dmin二0.9 (33X+18X( 1+2.6/6 ) =52.425 KN6經過比較，設計時采用a中情況作用位置同P4P。ii)水平吊車荷載每個輪子水平剎車力 15t 吊車，T仁(q+g) =0.25 X 0.12 x( 49+22.8) =2.15 KN4亠 115t 吊車，T2=(q+g) =0.25 X 0.1 X( 147+66.1) =5.33 KN4產生Tmax時吊車的作用位置與豎向荷載時相同，于是有1.6 5Tmax=0.9(2.15 X+5.53 X( 1+1.9/6 ) )=8.68 KN6Tmax作用點位置標高為9 . 7m(通過連接件傳遞)iii)風荷載單層工業廠房

7、風荷載體型系數如圖所示，計算簡化為柱身的均布荷載和屋架的集中荷載。(1)求均布風荷載q柱頂離室外地坪高度為 12.0+0.15=12.15m，貝S z = 1.06 ,q 1=0.8 X 1.06 X 0.55 X 6=2.8 KN/m (->)q 2=0.5 X 1.06 X 0.55 X 6=1.75 KN/m (->)(2)求集中風荷載屋架檐口離室外地坪高度 14.5-0.4+0.15=14.25m ,z = 1.12擋風板與屋架交接處14.55+0.15=14.7m,z=1.1316天窗屋架交界處距地坪15.15+0.15=15.3m , z = 1.147天窗檐口離室外地

8、坪高度 17.22+0.15=17.37m ,z = 1.2天窗頂離室外地坪高度17.52+0.15=17.67m， z=1.2如圖q8q9q3=0.8 x 1.12 x 0.55 x 6=2.96 (->), q4=0.3 x 1.13 x 0.55 x 6=1.12(->)q5=1.4 x 1.2 x 0.55 x 6=5.544 (-> ), q6=0.8 x 1.147 x 0.55 x 6=3.03(<-)q7=0.8 x 1.2 x 0.55 x 6=3.168 (<-), q8 與 q9 抵消掉。q10=0.6 x 1.2 x 0.55 x 6=2.

9、376 (-> ) , q11=0.6 x 1.147 x 0.55 x6=2.27 (->)q12=0.6 x 1.13 x 0.55 x 6=2.24 (-> ) , q13=0.5 x 1.12 x 0.55 x6=1.848 (->)W=(q3+q13)x( 14.25-12.15 ) + (q4+q12)x( 14.70-14.25 ) +(q6+q11)x( 15314.7 ) + (q7+q10)x( 17.37-15.30 ) +q5X(17.37-14.7 ) =24.23 KN作用點標高12.0m。排架荷載作用簡圖qi四、內力計算（1）恒載作用下的排

10、架內力1.由Rp產生的彎矩和軸力Pip=204.15N, Mi二RrXei=204.15x0.05=10.21 KN m （逆時針）M12二PpX e2=204.15 x 0.2=40.83 KN m （逆時針）u= 2.13 10=0.146, 二也二空=0.286I 1.456 10H 12.6由附錄中的力學方法計算柱頂反力:2(1)J =1.9513C 1)nRn =C xPp ® =1.581KN(->)g=32R|2 = G X普=3.924KN(->)HN二Pp=204.15KN, R 1二Fl+R2=5.505KN (->)2.由柱自重產生的彎矩和軸力

11、a. 上柱重P2p=14.4KN, M 22二RpX e2=14.4 x 0.2=2.88 KN m (逆時針)P2p e?2.88R2=G x 隹 2=1.211 x =0.277 KN (-> )H12.6N 2=14.4KNb. 下柱重P 3p=49.06KN, M=49.06KN,只產生軸力而不產生彎矩。c. 由Rp產生的彎矩和軸力P 4p=47.8KN, M 44二RpX e4=47.8 x 0.35=16.73 KN m (順時針)R4=G xe4 =1.211 x 1673=1.608 KN (<-)H12.6N 4=47.8KN荷載作用下計算簡圖和內力圖分別為10.

12、21M (KX+m)31E.41(2) 屋面活荷載作用下的排架內力P 1Q和PlP作用位置相同，即成比例。Piq=64.8KN,R=5.505X 64.8 =1.747KN204.15M 11=10.21 x 64.8 =3.241 KN m (逆時針)204.15M2=40.83 x-648 =12.96 KN m (逆時針)204.15N=64.8KN3,24164.82 niR /F9. 912fM(K、和)N(KX)(3) 吊車豎向荷載作用下的排架內力1.最大輪壓作用于A柱時A 柱，M二4=248.64 X 0.35=87.024 KN m (順時針)B 柱，M=Dna4=57X 0.

13、35=19.95 KN m (逆時針)A柱，Ra=C3X Dmax e4 =1.211 X 87.024 =-8.364KN (<-) H12.6丄、Dmin e419.95B柱，Rb=C34=1.211 X =1.917KN(-> )H12.6由于AB兩柱相同，剪力分配系數A= B=0.5，則AB柱頂剪力為A柱，VA=FA- A (R+RB)=-5.1405KN (<-)B柱，Vb=FB- b (R+FB) =5.1405KN (->)內力圖如下所示詛51Bkwk1.4441L4E 4(4) 吊車水平制動力作用下的排架內力A.Tmax向左作用柱中軸力為零。I u2.1

14、3 忖門 Hu 3.6 cc"由刖所述可知門二口=0.146，=一 =0.286|i 1.456 1010H12.6A 柱 Ta二TmaX=8.68KN (<-)B 柱 T B=TmaX=8.68KN (<-)v 12 9 7 又有丄二 =0.639，查附錄3-2可知Hu 3.62 / 0.4162 1.8 2( 0.2)C 5=n=0.5762 1212(- 1)nR A=FB=TnaxX G=8.68 X 0.576=5KN(->)考慮空間作用分配系數 m由表3-5 (書)得到m=0.8,而且AB兩柱相同，剪力分配系數A= B=0.5，計算簡圖容易得知，則 AB

15、柱柱頂剪力為A柱，Va=RA- Am (RA+RB) =1 KN(->)B柱，Vb=RB- Bm(RA+Rj)=1 KN(->)左右對稱的彎矩圖，實線為向左的TmaX乍用，虛線為向右的Tmax 作用B.Tmax向右作用如上圖虛線(5) 風荷載作用下的排架內力A.左來風情況q i=2.8 KN/m, q2=1.75 KN/m ,W=24.23 KN314(- 1)Oi=n=0.3433 181 3(- 1) nR=-CiqH=-12.1KN (<-)R2=-Ciiq2H=-7.56KN (<-)排架單元為對稱結構，柱中的軸力為零，計算簡圖=0.5V=R+ (-R i-R2

16、+W)=9.845KN(->)V=R+ (-R 1-R2+W)=14.385KN(->)風荷載作用下M圖(包括了右風作用的M圖)五、內力組合排架為對稱單元，可以僅僅考慮 A柱的截面，具體組合見表M 4.8163.08-18-18-7.7.53 -6豎向吊車水平吊何載車何載風荷載最大輪壓水平作左右恒載 活載作用于用力方來來內向風風截面力向向AB左右123456784.50 .50 584 58 .5 3.664 86 12218.5N64.85-22.1-9.9M661211-11266.3N64.855.81M 15.41III-II315.4I N64.811.74V 7.495

17、7000000-67.5368.1.4-7.3.58.5518458412486624852.0000.64834-322.-6161-446.20253.53.5.8231.1563616624852.0000.648-5.-5.47-3-7.7.140140.48.686855172組合內力1.2恒載+1.4 X 0.85 （其他活載+風載）組合Mmax組合Mmin組合Nmax組合Nmin,項N,V項N,V項M,V項M V73.78-101.-97.5-101.328828340.0262.21, 2,430.0262.21,2,1, 3,1, 3,263, 5,2675, 85, 881

18、29.0-121.117.1266232617.91, 2,460.71, 2,695.71,3,884, 5,43, 6,486, 7871,2,541.51, 4,-493.1, 2,540.53,6,745, 8353, 6,8N7754.62V71.03441.87754.6522-52.870.995541.2恒載+1.4其他活載組合Mmax組合Mmin組合Nmax組合Nmin,項N,V項N,V項M,V項M V-30.7-26.4-30.710.147347352.9262.2352.9262.21, 3,1, 2,1, 3,1，2 868653，5579.94-49.066.061

19、,3,41,2,781,2,76667.74,5484.23,6758.416636143.9-130.143.9214221817.3452.4817.31,2,081， 4,121, 2,083，629.385-8.953，614.998551.2恒載+1.4風載組合MmaxMmin組合項項N,VN,VM80.8-82.6N262.26262.261, 71, 8M1, 748.4211, 8-114.98N319.62319.62503.31-429.7M55378.49378.49N221, 71, 8-45.21 V75.3684六、排架柱設計A柱和B柱相同，故只考慮A軸的配筋，B軸

20、的與之相同（1）設計資料（A軸）截面尺寸：上柱：400mrH 400mm 矩形。下柱：b=120mm h=800mmbf=bf'=400mm,hf=hf'=150mm，工字型。材料： 混凝土 C30（fc=14.3 N/mm2）鋼筋 HRB335 (fy=fy'=300 N/mm2)計算長度：柱高大于8m設柱間支撐。排架平面內-上柱2 x 3.6=7.2m，下柱1 x 9=9m排架平面外-上柱1.25 x 3.6=4.5m，下柱0.8 x 9=7.2m<(2) 內力(A軸)I)上柱：b08=0.551 fy/( cuEs)Nbfc b h) b = 1148.3

21、KN內力表中I-I截面控制內力均小于Nb所以屬于大偏心受壓。故選取彎矩較大而軸力較小的情況，經過比較，可以選擇出下面的內力組合：M101.28KN mN 262.26KNII)下柱由于下柱在長度范圍內配筋相同，比較11-11截面和III-III 截 面可知III-III截面起控制作用，可以令Nbfc(bfbf)h'f+ fc b h) b=1322.6 KN則由表可知，IIIJII截面控制的內力均小于Nb,則都屬于大偏心受壓，所以選取彎矩較大而軸力較小的情況， 經過比較選取出下面的內力組合:M 541.574KN mM 503.315KN m N 754.62KNV 71.03KN,

22、N 378.492 KNV 75.368KN（3）配筋計算（采用對稱配筋）I）上柱M=-101.28 KN*mN=262.26 KNNx=45.85mm<2a(=70mm,取 x=70mmMeo=Nfcb=386.18mm,e=maxh/30,20=20mm,ei 二eo+ea=4O6.18mm10/h=7200/400=18>15>8訐0.2+2.7 9=0.2+2.7 X 1.1128>1,故取.=1.01h)12=1.150.01*10/h=0.97排架屬于有側移結構，C=1.0, K=0.85 e= *ei+h/2-a s=640.83mm=Cm1 +1400

23、比h02=1.171e'=e-h o+as'=310.83mmNe'2A=A匕=823.4169mmfy(h° as')選配 320(As=942.478m垂直彎矩平面承載力計算：10/b=4500/400=11.25,=0.961,N二(f cA+fy'As')=2470KN>Nmax,滿足要求。配筋圖/ g 9£0刊1d/ 0400II)下柱N f'=f c*bf'*h f'=14.3 X400X 150=858 KN所有組合中，N<N，故而中和軸在翼緣，而且為大偏心受壓。M內力組合NV

24、541.574KN m754.62KN71.03KNx=131.926mm, e 0=717.678mmea二maxh/30,20=26.667mm, e i =ea+eo=744.345mmlo/h=11.25>8，則 1=1.0，2 = 1.0( l 0/h<15),Cm=1.0,K=0.85=Cm1A2ho1 2】=1.°79 ,e= *ei+h/2-a s=1168.148mmNe f4'x(ho 0.5x)2As=As'=1616.112mmfy(h° as')同理可得M內力組合NV503.315KN m378.492KN75.

25、368KNNMx=66.17mm e°=1329.79mm ea=maxh/30,20=26.667mmfcbf'Nei =ea+e0=1356.457mm e= *ei+h/2-a s=1779.785mm=C7和21h02=1.043Ne fcbf'x(h0 0.5x)2As=As'=口 0=1811mmfy(h° as')選用配筋4 25( 1902mrh,箍筋選用 6200.垂直彎矩平面的承載力計算：5294心A=1.87 x 10 mm I y=1.759 x 10mmi y=96.987mmV A10/i y=7200/97=74

26、.2 ,=0.713Nc= (f cA+fy'As')=2720KN>Nmax 滿足要求。配筋圖(4) 牛腿計算吊車梁與牛腿的關系如圖，牛腿面上無水平力+9. 6-25Q200.作用于牛腿面的豎向荷載:F w=1.2P4P+1.4Dmax=1.2 X 47.8+1.4 X 226.44=374.376KNF vk二Rp+Bax=274.24KN牛腿咼度驗算:ftkbhoF tk=2 N/mm2, a=0, b=400mm, h o=4OO-35+2OOtan( 1)=565mm0.8 心0 =723.2KN>Fk=272.2KN,滿足要求0.5 h0縱向受拉鋼筋配置

27、:由于豎向作用力在下柱截面邊緣內，則可以按構造配筋As max minbh, 0.45衛 bh二max0.002bh,0.002145bh=514.8mm fy縱筋不應該少于412.故選用512 （As=565mrm .又由于a/h 0<0.3,則可以不設置彎起鋼筋，箍筋按構造配置，牛腿上部2ho/3范圍內水平箍筋總截面面積不應小于承受Fv的受拉縱筋總面積的1/2，箍筋選用 8100z 22 50.3代 ccc 2h°378.9-308mm ）3 01002局部承受壓力面積近似按柱寬乘以吊車梁端承壓板寬度取用:F.2A= 丄=25566.43mm0.75fcA2承壓板寬 b&#

28、39;=63.916mm,b取 b'=80mnm。牛腿節點配筋圖0綱五、吊裝階段驗算采用平吊方式，吊裝簡圖如圖所示LCA Bq4r仃山lmRARB3, 6m12. 6mA. 荷載考慮荷載系數1.2，動力系數1.5，重要度0.9q ik=1.5 x 0.9 x 25 x 0.4 x 0.8=10.8 KN/mq2k=1.5 x 0.9 x 25x 0.187=6.32 KN/mq 3k=1.5 x 0.9 x 25 x 0.4 x 1二 13.5 KN/mq 4k=1.5 x 0.9 x 25 x 0.4 x 0.4=5.4 KN/mq 1=1.2q1k=12.96 KN/mq2=1.2

29、q2k=12.96 KN/mq 3=1.2q3k=12.96 KN/mq4=1.2q4k=12.96 KN/mB. 內力Rak=24.91 KN , Rck=24.91 KN ,Mfk=35.27 KN m, Mck=49.09 KN mMdk=34.99 KN mRa=29.88 KN , Rc=72.22 KNMf=42.29 KN m, Mc=58.9 KN mMd=41.99 KN mC. 配筋檢驗2 按平吊，雙筋截面檢驗 max=0.3mm, s=240 N/mm下柱跨中 Mf=42.29 KN m Mfk=35.27 KN m h0=365mm=427.2 mmf，已配筋(225+

30、212,fy(h° as')2As=1458mrj)M fkrce2s=78N/mm0.85Ash)滿足m Mc=58.9 KN m， h0=365mmMc=595 as')mm,已配筋（225+212,下柱牛腿處，Mck=49.09 KNMck2As=1458mms=108.5mrh,滿足s 0.85Ash0h0=365mmAsfy(h叫=424.2m血已配筋（20 as'）25+212,上柱牛腿處 Mdk=34.99 KN m Md=41.99 KN m2As=1458mmMdk =92.9mm，滿足 s 0.85Ash)六、注重吊環設計Rak=24.91

31、 KN,NakRak =18.45 KN1.5 0.9Rck=60.19 KN，Nck1.5 0.9=44.58 KN吊環用I級鋼筋，取s=50 N/mm2在A和C處安裝七、抗風柱設計抗風柱主要承受山墻風荷載，其豎向位移簡單考慮只有其自重， 設計時可以近似按照受彎構件計算?？癸L柱柱頂應該低于屋架上弦中 心線50mm上下柱交界處應該低于邊柱柱頂 100mn或屋架下弦底 200mm所以可得抗風柱的上柱Hu 2.3m，Hl 12.5m，H=14.8mH山墻重量由基礎梁傳遞給基礎。柱截面寬度400mm> =370mm,40H(下柱截面高度550mm =500mm252m11- 9m-0. 6m荷

32、載計算：1. 風荷載由表中數據，標高14.2m出的z=1.126，體型系數0.8,基本風壓值為0=0.55 KN/mmi，每根柱的受風寬度6mqk =0.8 x 1.126 x 0.55 x 6=2.97 KN/mq =1.4 qk =4.16 KN/m2. 柱自重上柱：Gu=1.2 x 25x 0.4 x 0.4 x 2.3=11.04 KN下柱：G|=1.2 x 25x 0.4 x 0.55 x 12.5=82.5 KN內力分析:上柱截面Iu丄bh3=2.133 X 109,12Hu 2.3m下柱截面Il丄 bh3=5.546 X 109,12H l 12.5mu1l=0.385 ,Hu

33、=0.1554H31C114(!_n31813(- 1)n1) =0.373R=GqH=0.373X4.16 X 14.8=22.96 KN(v-)38. 6KX配筋計算(采用對稱配筋)1.上柱截面(按近似受彎計算)M=41.8 KN m，N=13.36KNM2As二As'二 =422.22 mmi,fy(ho as')選用 2 20( As=628mr)，箍筋選用6200.2.下柱截面(按近似受彎計算)(采用通長配筋)M=115.8 KN m，N=38.6KNAs=As'= M=804.6 mm2,考慮到軸力的存在，選用 3 20fy(h0 as')(As=9

34、42.5mm),箍筋選用6200另外配加2 12鋼筋作為腰筋。吊裝階段驗算考慮到柱身自重比較大，而且跨度比較大，所以采用翻身吊。并適 當將吊點下移一段距離，如圖qiB c q2AE1 "I ' ° o q10. 3Y£14, 81.荷載上柱：25 x 0.4 x 0.4=4 KN/m下柱：25 x 0.4 x 0.55=5.5 KN/m考慮到荷載系數1.2，動力系數1.5，結構重要性系數0.9，則q1k =7.425 KN/mq1 =8.91 KN/mq2k =5.4 KN/m2.內力q2=6.48 KN/mR a=38.947 KNRak=32.456

35、KNR b=87.326 KNRbk=72.77 KNMe=85.12 KN mMek=70.93 KN mMB=71.476KNmMbk=59.56KN mM=17.14KNmMck=14.28KN m3. 配筋驗算按照翻身吊驗算，截面按雙筋截面計算，裂縫允許寬度max=0.3mm和排架柱的相同，這時候，s一般為240 N/mn。(1) 下柱跨中M=85.12 KN m M ek=70.93 KN m hQ=515mmAsM =591.111 mm 已有鋼筋 3 20 ( As=942.5mrf|,fy(h。as')滿足要求。k =167.966 N/mm2< s,滿足要求.0

36、.87h0As下柱B吊點處M b=71.476 KN m M bk=59.56 KN m h)=515mm=496.361 mm，已有鋼筋 320fy(h° as')(As=942.5mrf),滿足要求。業=141 N/mnm< s,滿足要求.0.87h°Ass(3)上柱C處M c=17.14KN m M ck=14.28 KN mh0=365mm=173.3 mm 已有鋼筋 220 ( As=648.6mrr|，fy(ho as')滿足要求。k=69.4 N/mm2v s,滿足要求.0.87h°AsS4. 柱中吊環設計（每處設置兩個吊環）R

37、 ak=32.456 KN，N AKRak =24.0 KNAK 1.5 0.9Rbk=72.77 KN，NbkRbk=53.9 KNBK 1.5 0.9吊環選用I級鋼，在AB處布置吊環，則每個吊環承受的力為NbNbk2AsANa2 sAsBNb2 s26.95KN ,Na2 120mm2269.5mm導 12KN,在A處可以選用114( As=153.93mr做成一個吊環，在 C處可以選用120做成一個吊環O柱下單獨基礎基礎頂部標高-0.6m，基礎底部標高-1.8m，柱截面400X 800mm天然地面下1.2m處（標高-1.35m ）為老土層，修正后地基承載力為120KN/m,基礎采用C30, HRB335鋼筋，基地用100mr素混凝土墊層(2) 荷載M1541.574KN m取III-III截面荷載組合 弘 754.62KN 為荷載1V171.03KN則荷載2為基礎梁、墻、窗自重設計值?；A梁自重 1.2 X 15.7=18.84KN鋼門窗重