排架结构——温龙.doc

1设计资料
(1) 工程名称: 某金工车间。
（2）工程情况：本工程为某城市郊区一金工车间，无抗震设防要求。工艺要求为一单层单跨厂房，柱距为，车间总长度。设有一台中级工作制的桥式吊车。厂房采用钢筋混凝土结构。
(3) 自然条件: 基本风压 ，基本雪压 ，地面粗糙度为类，后的基本地基承载力特征值为，活荷载组合系数，风荷载组合系数。
(4) 平面布置：建筑平面布置形式如下图
图1.1建筑平面布置图

1.1屋面做法及围护结构
层面做法：SBS防水屋面
20mm厚1：3水泥砂浆找平层
100厚的水泥蛭石保温层
一毡两油隔气层
20厚1：2水泥砂浆找平层
预应力钢筋混凝土大型屋面板
板下喷大白浆二遍
屋盖钢支撑
围护结构：240mm厚普通砖墙，钢框玻璃窗：3.6×3.6m，1.8×3.6m。
1.2材料选用
钢筋采用HPB235，HRB335。
混凝土：基础采用C25，柱采用C25。
2结构构件选型及柱截面尺寸确定
2.1结构构件选型
因该厂房的跨度在之间，且柱顶标高大于8m故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋盖具有较大的刚度，选用预应力混凝土折线形为奸及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房各构件选型见表2.1
构件名称
标 准 图 集
选用型号
重力荷载标准值
屋面板
G410（一）
1.5m*6m预应力混凝土屋面板
YWB-2Ⅱ（中间跨）
YWB-2Ⅱs（端跨）
1.4kN/m2
（包括灌缝重）
天沟板
G410（三）
1.5m*6m预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）
TGB68-1
1.91kN/m2
屋 架
G415（三）
预应力混凝土折线形屋架（跨度24m）
YWJA-24-1Aa
80kN/榀
0.05kN/m2（屋盖钢支撑）
吊车梁
G323（二）
钢筋混凝土吊车梁（吊车的工作等级为A1-A5）
DL-9Z(中间跨)
DL-9B（边跨）
39.5kN/根
40.8 kN/根
轨道链接
G325(二)
吊车轨道联结详图

0.80kN/m
基础梁
G320
钢筋混凝土基础梁
JL-3
16.7kN/根
注：本表图集均按TJ10-1974《钢筋混凝土结构设计规范》设计，重力荷载以换算为法定计量单位

图2.1 建筑剖面图

由图2.1可知柱顶标高为12.3m，牛腿的顶面标高为8.4m，设室内地面至基础顶面的距离为0.5m，则计算简图中的柱的总高度H，下柱高度Hl和上柱高度Hu分别为：

2.2柱截面确定
根据柱的高度，吊车起重高度、吊车起重量及工作级别等条件，课有表2.4.2并参考表2.4.4确定柱截面尺寸，见表2.1
计算参数

柱号
截面尺寸/mm
面积/mm2
惯性矩/mm4
自重/（kN/m）
A,B
上柱
矩

下柱

取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2.2

图2.2计算单元和计算简图
3荷载计算
3.1屋盖恒载
改性沥青防水层（sbs）

20mm厚的水泥砂浆找平层

100mm厚的水泥蛭石保温层

一毡两油隔气层

20mm厚的水泥砂浆找平层

预应力混凝土屋面板（包括灌缝）

屋盖钢支撑

总计

屋架重力荷载为，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为：

吊车梁及轨道重力荷载设计值

柱自重重力荷载设计值
A,B柱
上柱
下柱
3.2屋盖活荷载
屋面活荷载标准值为，雪荷载标准值为，后者小于前者，故仅按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：

各恒载作用位置和活载作用位置如图3.1
G
4A
=18.72kN
G
3
=53.16kN
G
4A
=328.8kN
G
5A
=50.09kN
(Q
1
=201.6kN)
G
5A
=50.09kN
G
3
=53.16kN
(Q
1
=201.6kN)
G
4A
=328.8kN

图3.1荷载作用位置
3.3风荷载
风荷载标准值按式（2.5.2）计算，其中，，根据厂房各部分标高（图2.1）及B类地面粗糙度由附表5.1确定如下：
柱顶（标高12.30m）
檐口（标高14.60m）
屋顶（标高16.00m）
如图3.2.1所示 ，由式（2.5.2）可得排架迎风面及背风面荷载标准值分别为：

图3.2.1风荷载体形系数及排架计算简图

则作用于排架计算简图（图3.2.1）上的风荷载设计值为：

3.4吊车荷载
由表2.5.1可得吊车的参数为，，，，，，根据及，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应的竖向坐标值，如图3.4.1所示
3.4.1吊车竖向荷载
由式（2.5.4）和式（2.5.5）可得吊车竖向荷载设计值为：

3.4.2吊车横向水平荷载
作用于每个轮子上的吊车横向水平制动力按式（2.5.6）计算，即

作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值按式（2.5.7）计算，即

图3.4吊车荷载作用下支座反力影响线
4排架内力计算
该厂房为一跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。其中柱的剪力分配系数按式（2.5.16）计算，计算结果见表4.1
柱别

A，B柱

4.1恒载作用下的排架内力分析
恒载作用排架的计算简图如图4.1所示，图中重力荷载及力矩M是根据图3.1.1a确定，即
；

由图3.1.1a所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构为侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力可根据表2.5.2所列的相应公式计算。对于A,B柱，，，则
，
故作用下不动铰承的柱顶反力为

作用下不动铰承的柱顶反力为

故在和共同作用下（即在G作用下）不动铰支承的柱顶反力为

相应的计算简图及内力图如4.1.1b，c所示
单位（ kN ）
图4.1.1恒荷载作用下的排架内力
4.2屋面活荷载作用下排架内力分析
排架计算简图如图4.2.1所示，其中，他在柱顶及变阶处引起的力矩为；;
其;;
对于A,B柱，

同理
则排架柱顶不动铰支座总反力为：

将R反作用于排架柱顶，用式（2.5.15）计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于AB跨市的柱顶剪力，即

排架各柱的弯矩图，轴力图及柱底剪力如图4.2.1所示。
图4.2.1 AB跨作用屋面活荷载是排架内力图
M
1A
M
1B
M
1B
M
1B
Q
1
Q
1
单位（ kN ）
4.3风荷载作用下的排架内力分析
因为此厂房为单层单跨等坡对称厂房，故左右吹风时只用考虑一种就可以，用最大的弯矩配置两边的柱子的钢筋。
左吹风时
计算简图如图4.3.1所示，对于A,B柱，，，由表2.5.2得：

则排架柱顶不动铰支座总反力为：

各柱顶分配的剪力分别为：

排架内力图如图4.3.1所示
图4.3.1左吹风排架内力
4.4吊车荷载作用下的排架内力分析
（1）作用于A柱
计算简图4.4.1a所示，其中吊车的竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为：

对于A,B柱，，则

则排架柱顶不动铰支座总反力为:

各柱顶分配的剪力分别为:

排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图4.4.1b，c所示
图4.4.1 作用A柱是排架内力图
M
A
M
B
D
Tmax
D
min
单位（ kN ）
4.5Tmax作用在AB跨柱
当AB跨作用吊车横向水平荷载时，Tmax向左时，排架计算简图如图4.5.1a所示。对于A柱，，，由表2.5.3得吊车水平作用力到柱顶的距离比值a=（3.9-1.2）/3.9=0.692，则

排架各柱的弯矩图集柱底的剪力值如图4.5.1b,c所示，当Tmax方向相反是，弯矩图和剪力图改变符号，方向不变。
单位（ kN ）
T
max
T max

图4.5.1 Tmax作用于AB跨时排架内力图
4.4内力组合
由于本例结构对称，故只需对A柱（或B柱）进行最不利内力组合，其步骤如下：
（1）确定需要单独考虑的荷载项目。本工程为不考虑地震作用的单跨排架，共有8种需要单独考虑的荷载项目，由于小车无论向右或向左运行中刹车时，A、B柱在T作用下，其内力大小相等而符号相反，在组合时可列为一项。因此，单独考虑的荷载项目共有7项。
（2）将各种荷载作用下设计控制截面（I—I、II—II、III—III）的内力M、N（III—III截面还有剪力V）填入组合表5-1 。填表时要注意有关内力符号的规定。
（3）根据最不利又最可能的原则，确定每一内力组的组合项目，并算出相应的组合值。计算中，当风荷载与活荷载（包括吊车荷载）同时考虑时，除恒荷载外，其余荷载作用下的内力均应乘以0.85的组合系数。
排架柱全部内力组合计算结果列入表4-1。
截面
荷载项目内力
恒荷载
屋面活荷载
吊车荷载
风荷载
内力组合
G1.G2G3.G4
Q1
Dmax在A柱
Dmin在A柱
Tmax
左风
右风
Nmax及M、V
Nmin及M、V
|M|max及N、V
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
项目
组合值
项目
组合值
项目
组合值
I-I
M(kN·m)
18.08
13.46
-14.92
-14.92
±6.29
13.06
-43.31
①+②+③+⑤
22.91
①+0.85(③+⑤+⑦)
-36.762
①+0.85（③+⑤+⑦）
-36.762
N(kN)
347.52
201.6
0
0
0
0
0
549.12
347.52
347.52
II－II
M(kN·m)
-55.6
-36.94
48.61
48.61
±6.29
13.06
-43.31
①+②+③+⑤
-37.64
①+⑦
-98.91
①+0.85（③+⑤+ ⑥）
2.166
N(kN)
400.68
201.6
221.83
221.83
0
0
0
824.11
400.68
589.2355
III-III
M(kN·m)
24.17
16.77
14.57
14.57
±30.2
205.55
-244.1
①+②+③+⑤
85.71
①+⑥
229.72
①+0.85（②+③+⑤+ ⑥)
251.1965
N(kN)
450.77
201.6
221.83
221.83
0
0
0
874.2
450.77
810.6855
V(kN)
8.85
6.035
-3.83
-3.83
±4.1
3.18
-7.62
15.155
12.03
16.91225
5排架柱设计
5.1柱截面配筋计算
最不利内力组的选用：由于截面3—3的弯矩和轴向力设计值均比截面2—2的大，故下柱配筋由截面3—3的最不利内力组确定，而上柱配筋由截面1—1的最不利内力组确定。
5.1.1 Ⅰ——Ⅰ 截面配筋：
1组合(与组合相同)

纵向受力钢筋采用HRB335级

取

（大偏心受压）

经比较：且,则说明受压筋不能达到屈服强度，此时应按以下公式计算。

故按构造配筋（）
2.组合

纵向受力钢筋采用HRB335级

取

（大偏心受压）

经比较：X< h0ξb且X< 2as,则说明受压筋不能达到屈服强度，此时应按以下公式计算。

故按构造配筋选用（）
6.1.2Ⅲ——Ⅲ 截面配筋：
1.组合

纵向受力钢筋采用HRB335级

取

（大偏心受压）

经比较,，中和轴位于腹板内，那么应重新计算受压区高度

故按最小配筋率确定配筋面积 选用（）
2组合

纵向受力钢筋采用HRB335级

取

（大偏心受压）

经比较,，应重新计算 

说明计算不需要配置受拉（压）钢筋，故按最小配筋率确定配筋面积
选用（）
3组合

纵向受力钢筋采用HRB335级

取

（大偏心受压）

经比较,，则可按矩形截面同样方法处理球

选用（）
比较以上计算结果，排架柱配筋为：（单侧）
上柱：（） 全截面配筋率:
下柱：（） 全截面配筋率:
6.2柱在排架平面外承载力验算
取Ⅰ——Ⅰ、Ⅲ——Ⅲ截面中的进行验算
查表（有柱间支撑，垂直房屋排架柱，有吊车房屋柱）得计算高度：
上柱:
下柱:
1Ⅰ——Ⅰ 截面：
=549.12
L0/b=4875/400=12.19 查表得 φ=0.95

满足要求
2Ⅲ——Ⅲ 截面
=874.2
L0/b=6880/400=17.8 查表得 φ=0.816

满足要求
2.5.3柱的裂缝宽度验算
《规范》规定，对的柱应进行裂缝验算。本设计中的上柱及下柱均的内力，故不进行裂缝验算。
1牛腿设计
根据吊车梁支承位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸，如图2-5-1所示。其中牛腿截面宽度，牛腿截面高度，。
1.牛腿截面高度验算
已知，，（牛腿顶面无水平荷载），，取，

则
故牛腿截面高度满足要求。
图2-5-1 牛腿尺寸简图 图2-5-2 住吊装计算简图
2.牛腿配筋计算
由于，因而牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，。实际选用414（）。水平箍筋选用。
2.5.6柱的吊装验算
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。由附表查得柱插入杯口深度为，取，则吊装时的总长度为3.9m+8.9m+0.85m=13.65m，计算简图如图2-5-2所示。
柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即

在上述荷载作用下，各柱控制截面的弯矩为：

由得：

令，得，则下段柱最大弯矩为：

柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程如表2-5-2所示。
表2-5-2 柱吊装阶段承载--力及裂缝宽度验算表
柱截面
上柱
下柱

61.60（45.63）
84.20（62.37）

87.90＞0.9×61.60=55.44
300.51＞0.9×84.2=75.78

190.94
81.89

0.42
-0.31＜0.2，取0.2

0.16＜0.2（满足要求）
0.03＜0.2（满足要求）
2.6基础设计
GB 50007-2002《建筑地基基础设计规范》规定，对于6m柱距的单层多跨厂房，地基承载力特征值、吊车起重量200~300KN、厂房跨度、设计等级为丙级时，可不做地基变形验算。本设计满足上述要求，故不做地基变形验算。
基础混凝土强度等级采用C20，下设100mm厚C10混凝土垫层。
2.6.1作用于基础顶面上的荷载计算
作用于基础顶面上的荷载包括柱底（Ⅲ—Ⅲ截面）传给基础的M，N，V以及外墙自重重力荷载。前者由表2-4-2中的Ⅲ—Ⅲ截面选取，见表2-6-1，其中内力标准组合值用于地基承载力验算，基本组合值用于受冲切承载力验算和地板配筋计算，内力的正号规定如图2-6-1所示。
表2-6-1 基础设计的不利内力
组别
荷载效应基本组合
荷载效应标准组合
M/（KN·m）
N/KN
V/KN

第1组
85.71
874.2
15.155
64.10
678.09
11.88
第2组
229.72
450.77
12.03
166.96
375.64
9.65
第3组
251.20
810.69
16.91
182.30
632.72
13.13
由图2-6-1可见，每个基础承受的外墙总宽度为6.0m，总高度为14.65m，墙体为240mm厚实心砖墙（）。钢框玻璃窗（）基础梁重量为16.7KN/根.每个基础承受的由墙体传来的重力荷载为：
240mm厚砖墙

钢框玻璃窗
基础梁

距基础形心的偏心距为：

基础荷载示意图
2.6.2基础尺寸及埋置深度
1.按构造要求拟定高度h。

由表2.4.6得，柱的插入深度，取＝850mm。
由表(7)得杯底厚度a应大于200mm，取，
则
基础顶面标高为-0.500m，故基础埋置深度d为：

由表2.4.7得杯壁厚度，取t＝325mm；基础边缘高度取350mm，台阶高度取400mm。
2.拟定基础地面尺寸
由式（2.7.2）得

适当放大，取
3.计算基底压力及验算地基承载力

基底压力按式（2.7.3）计算，结果见表2-6-2按式（2.7.8）验算地基承载力其中，验算结果见下表2-6-2。可见，基础底面尺寸满足要求。表2-6-2 基础底面压力计算及地基承载力验算表
类别
第1组
第2组
第3组

64.10
678.09
11.88
166.96
375.64
9.65
182.30
632.72
13.13

692.85
796.71
813.05

-104.56
-4.27
15.07

92.64
55.40
85.88
84.36
89.55
84.18

74.02 <180
92.64<216
85.12 <180
85.88 <216
86.86 <180
89.55<216
2.6.3基础高度验算
这时采用基地净反力设计值和计算，结果如表2-6-3所示。
表2-6-3 基础底面净反力设计值计算表
类别
第1组
第2组
第3组

85.71
874.2
15.155
229.72
450.77
12.03
251.20
810.69
16.91

1258.04
835.61
1196.53

-115.65
24.77
51.86

155.00
113.81
93.68
84.86
137.07
118.60
由表2-6-3表明基础高度满足要求。
2.6.4基础底板配筋计算
1.柱边及变阶处基底反力计算
基础底板配筋计算时长边和短边方向的计算截面简图如图2-6-3所示。三组不利内力设计值在柱边及变阶处的基底净反力计算见表2-6-4。内力产生的基底反力示意图见图2-6-2。
表2-6-4 柱边及变阶处基底净反力计算
公式
第1组
第2组
第3组

129.26
90.38
130.14

124.68
91.36
132.19

121.54
92.03
133.61

119.25
92.52
134.63

134.41
89.27
127.83

图2-6-2 基础底板配筋计算截面
2.柱边及变阶弯距计算

3.配筋计算
基础底板受力钢筋采用HPB235级（）
长边方向钢筋面积为：

选用（）
短边方向钢筋面积为：

选用（）
基础底板配筋图2-6-3。由于，所以杯壁不需要配筋。

基础地板配筋图