《单层工业厂房设计计算书》

一．结构选型

该厂房是广州市的一个高双跨（18m+18m）的机械加工车间。车间长90m,柱矩6米，在车间中部，有温度伸缩逢一道，厂房两头设有山墙。拄高大于8米，故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋架有较大的刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房的各构选型见表

表主要构件选型

由图1可知柱顶标高是米，牛腿的顶面标高是米，室内地面至基础顶面的距离米，则计算简图中柱的总高度H,下柱高度H l和上柱的高度Hu分别为：

H=+= H l=+= Hu=根据柱的高度，吊车起重量及工作级别等条件，确定柱截面尺寸，见表。

见表柱截面尺寸及相应的参数

二．荷载计算

1．恒载

图1

求反力：

F1=

F2=

屋架重力荷载为，则作用于柱顶的屋盖结构的重力荷载设计值：G A1=×+2)=

G B1=××6+2)= KN

(2)吊车梁及轨道重力荷载设计值

G A3=×（+×6）=

G B3=×（+×6）=

(3)柱重力荷载的设计值

A,C柱

B柱

2．屋面活荷载

屋面活荷载的标准值是m2，作用于柱顶的屋面活荷载设计值：

Q1=××6×18/2= KN

3，风荷载

风荷载标准值按ωk=βzμsμzω0计算其中ω0=m2, βz=1, μz根据厂房各部分及B类地面粗糙度表确定。

柱顶（标高）μz=

橼口（标高）μz=

屋顶（标高13..20m）μz=

μs如图3所示，由式ωk=βzμsμzω0可得排架的风荷载的标准值：

ωk1=βzμs1μzω0=×××= KN/m2

ωk2=βzμs2μzω0=×××= KN/m2

G 3

G 4A G 3G

图2 荷载作用位置图

q 2

w

图3 风荷载体型系数和排架计算简

q1=××6=m q1=××6=m

Fw=γQ [(μs1+μs2)×μz h 1+(μs3+μs4)×μz h 2] βz ω0B =[+×× × 1××6 =

4．吊车荷载

吊车的参数：B=米，轮矩K=，p max =215KN, p min =25KN,g=38KN 。根据B 和K ， 可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图４所示：

图４ 吊车荷载作用下支座反力的影响线

（１） 吊车的竖向荷载

D max =γQ F pmax ∑y i =×115×(1+++= D min =γQ

F pmin ∑y i =×25×(1+++=

（２） 吊车的横向荷载

T=1/4α（Q+g ）=1/4××(100+38)= 吊车横向荷载设计值： Tmax ＝γQ T ∑y i =××=

三．

排架内力分析

１．恒荷载作用下排架内力分析

图5 恒荷载作用的计算简图

G 1=G A1=; G 2=G 3+G 4A =+=; G 3=G 5A =; G 4=2G B1=; G 5=G 3+2G 4B =2×+=; G 6=G 5B =;

M 1= G 1×e 1=×= G 1+ G 4A )e 0- G 3e 3=+ ×23)

11(1)11132

-+--n

　n λλ（ C 1=23×)11(132

--n

　H

λλ=;

R A =

H M 1C 1+H

M

2C 3=×+×/=(→) R C =(←); R B =0KN; 内力图：

图(K N)

M图(K N.

m)

图6 恒荷载内力图

２．恒荷载作用下排架内力分析

(1)AB 跨作用屋面活荷载

M 1A M 2A

图7 AB 跨作用活荷载作用简图

Q=，则在柱顶和变阶处的力矩为： M 1A =×=，M 2A =×=，M 1B =×=

H M A 1H M A

2H

M B

1 =×=(→) 则排架柱顶不动铰支座总的反力为： R= R A + R B =+=(→)

V A = R A －R ηA = R B －R ηB = －R ηC =×=－(←) 排架各柱的弯矩图,轴力图,柱底剪力如图8所示:

M(KN.m)

N图(k N)

图8 AB跨作用屋面活荷载内力图

(2)BC跨作用屋面活荷载

由于结构对称,且BC跨的作用荷载与AB跨的荷载相同,故只需叫图8的各内力图位置及方向调一即可,如图10所示:

图9 AB跨作用活荷载作用简图

图(

(

图10 BC 跨作用屋面活荷载内力图

３．风荷载作用下排架内力分析

(1) 左吹风时

C=)]

11

(1[8)]

11

(1[334-+-+n

n λλ= R A =-q 1HC 11=××=(←) R C =-q 1HC 11=××=(←) R= R A + R C +F w =++=(←) 各柱的剪力分别为:

V A = R A -R ηA =+×=-2..72KN(←) V B = R B -R ηB =+×=(→) V C = -R ηC =×=(→)

左风计算图

M（KNm)

图11 左风内力图

(2)右风吹时

因为结构对称，只是内力方向相反,，所以右风吹时，内力图改变一下符号就行，如图12所示；

左风计算图

M（KNm)

图11 左风内力图

４．吊车荷载作用下排架内力分析

（１）D max作用于A柱

计算简图如图１２所示，其中吊车竖向荷载D max，D min在牛腿顶面引起的

力矩为：

M A = D max ×e 3=×= D min ×e 3=×=H M A H

M B

R A + R B =+=(←) 各柱的剪力分别为: V A = R A -R ηA =+×=(←) V B = R B -R ηB =+×=(→) V C = -R ηC =×=(→)

D max

N（KN)

M（KNm)

图１２ D max 作用在A 柱时排架的内力

（２） D max 作用于B 柱左

计算简图如图１２所示，其中吊车竖向荷载D max ，D min 在牛腿顶面引起的力矩为：

M A = D max ×e 3=７５.２５×=２６.３３ M B = D min ×e 3=×=２５９.６１ R A =－

H

M A

C 3=-２６.３３×=-－２.６８KN(←)

R B =－

H

M B

C 3=２５９.６１×=２６.４２KN(→) R= R A + R B =－２.６８+２６.４２=２３.７４N(→) 各柱的剪力分别为:

V A = R A -R ηA =－２.６８－×２３.７４=－１０.５１KN(←) V B = R B -R ηB =２６.４２－×２３.７４=１８.５９KN(→) V C = -R ηC =－×２３.７４=－７.８３N(←)

D min

M（KNm)

N（KN)

图１３ D max 作用在B 柱左时排架的内力

（３） D max 作用于B 柱左

根据结构对称和吊车吨位相等的条件，内力计算与D ma 作用于B 柱左情况相同，只需将A ，C 柱内力对换和改变全部弯矩及剪力符号：如图１４

（４） D max 作用于C 柱

同理，将D max 作用于A 柱的情况的A ，C 柱的内力对换，且注意改变符号，可求得各柱的内力，如图１5

（５） T max 作用于AB 跨柱

当AB 跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图16-a 所示。对于A 柱，n=，λ=，得a=，T max =

C 5=)]

11

(1[2)]

32()1)(2([3232

3

-+---++-n

a n a a a λλλ= R A =－T max C 5=－１２.４６×０.５４=－(←) R B =－T max C 5=－１２.４６×０.５４=－(←)

min

M（KNm)

N（KN)

图１４ D max 作用在B 柱右时排架的内力

D max

M（K N m)

N（KN)

图１5D max作用在C柱时排架的内力排架柱顶总反力R：

R= R A+ R B= －６.７３－６.７３＝－１３.４６KN

各柱的简力：

V A= R A-RηA=－６.７３＋×１３.４６=－２.２９KN(←)

V B= R B-RηB=－６.７３＋×１３.４６=－２.２９KN (←)

V C=－RηC=×=(→)

D min

M（KNm)

图16T max作用在AB跨时排架的内力

（６）T max作用于BC跨柱

由于结构对称及吊车的吨位相等，故排架内力计算与“T max作用于AB跨柱”的情

况相同，只需将A柱与C柱的对换，如图17

（

图17T max作用BC跨时排架的内

五．柱截面设计（中柱）

混凝土强度等级C20，f c=mm2，f tk=mm2．采用HRB335级钢筋，f y= f y` 300 N/mm2,ζb=，

上下柱采用对称配筋． １．上柱的配筋计算

由内力组合表可见，上柱截面有四组内力，取h 0＝４００－４０＝３６０mm ，附加弯矩e a =20mm （大于４００／３０），判断大小偏心：

从中看出３组内力为大偏心，只有一组为小偏心，而且： N=<ζb αf c b h 0=０.５５０×１×９.６×４００×３６０＝

所以按这个内力来计算时为构造配筋．对三组大偏心的，取偏心矩较大的的一组．即： M= N= 上柱的计算长度： L 0=2H U =2×=

e 0=M/N=

e i = e 0+ e a =

l 0/h=7200/400=18>5．应考虑偏心矩增大系数η ζ1=

N

A

f c 5.0=××160000/357640=>1，取ζ１＝１ ζ2= l 0/h>15，取ζ2= η=1+

200

)(1400

1

h

l h e i ζ1ζ2=1+

2

)400720000(36040.26314001×1×= ζ=

bh f N

c =357640/1××400×360=

>2αs /h 0=2×40/360= 所以x=ζ×h 0=×360=

e `=ηe i -h/2+αs =×４００／２＋４０＝

`=f

y A s (h 0-a s )-α1f c bx(x/2-a s)

A s =A s `=)

()

2(01s y s c a h f a x bx f a Ne --＋｀

=

)

40360(300)4026

.93(

...357640-?-????６９３４００６９０５＋１１８５

=715mm

选用３φ１８（A s =763mm 2）．验算最小配筋率： ρ＝A s /bh=763/400×400=%>%

平面外承载力验算： l 0==×=

l 0/b=5400/400=，查表得ψ＝０９３，A c =A-A a =4002-763×2=158474mm Nu=ψ(f y `A s `+ f c A s )=××(300×763×2+×158474)= ２．下柱配筋计算

取h 0=800-40=760mm ，与上柱分析办法相识，选择两组最不利内力： M= M= N= KN N= KN (1) 按M= ，N= KN 计算

L 0=１H U =１×=，附加偏心矩e a =800/30=(大于２０mm),b=100mm,b f `=400mm, h f =150mm

e 0=M/N=217960/= e i = e 0+ e a =

l 0/h=7200/800=9>5而且＜１５．应考虑偏心矩增大系数η，取ζ2=1 ζ1=

N

A

f c 5.0=××160000/810940=>1，取ζ１＝１ η=1+

200

)(1400

1

h

l h e i ζ1ζ2=1+

2

)760720000(76077.29614001×1×1= ηe i =×=>×760=228，所以为大偏心

受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则

x=

`

1f

c b f N

α=810940/1××400=>h f =150mm

说明中和轴位于板内，应重新计算受压区的高度： x=

b

f a h b b f a N c f

f c 11)(--

=

100

6.91)

100400(150.810940??-???-６９１=

e=ηe i +h/2+αs =× -800／2-40＝7005mm

A s =A s `=

)

()2()2()(`

0010`

1s y c f

f f c a h f x

h bx f a h h h b b f a Ne ----

--｀= )

40760(300)272.394760(72.3946100.912150760150)100(.5.700810940-?-

??-??

? ??

-?-??-?４００６９１ =

(2) 按M= ，N= KN 计算

L 0=１H U =１×=，附加偏心矩e a =800/30=(大于２０mm),b=100mm,b f `=400mm, h f =150mm

e 0=M/N=152690/= e i = e 0+ e a =

l 0/h=7200/800=9>5而且＜１５．应考虑偏心矩增大系数η，取ζ2=1 ζ1=

N

A

f c 5.0=××160000/810940=>1，取ζ１＝１ η=1+

200

)(1400

1

h l h e i ζ1ζ2=1+

2

)760

720000(76077.29614001×1×1= ηe i =×=>×760=228，所以为大偏心

受压，应重新假定中和轴位于翼缘内，则 x=

`

1f

c b f N

α=473440/1××400=>h f =150mm

说明中和轴位于翼缘内： e=ηe i +h/2-αs =× -800／2-40＝

A s =A s `=)

()

2(`

001s y f c a h f x h x b f a Ne ---｀

= )

40760(300)23

.123760(29.1234006.9193.761473440-?-

????-?

=

最小配筋βmin A=%×177500=355mm 2 所以选３φ１４（A s =461mm 2）满足要求

查附表１１.１的无柱间支撑垂直排架方向柱的计算长度，l 0=1H l = l 0/b=7200/400=18，查表得ψ＝，A c =A-A a =177500-461×2=176578mm Nu=ψ(f y `A s `+ f c A s )=××(300×461×2+×176578)= >Nmax 所以满足弯矩作用平面外的承载力要求 ３．柱裂缝宽度验算

《规范》中规定，对e 0/h 0>的柱要进行裂缝宽度验算，本例的上柱出现e 0/h 0=>,所以应该进行裂缝验算。验算过程见下表２１。其中上柱的A s =763mm 2；E s =200000N/mm 2；构件的受力特征系数a cr =，混凝土的保护层厚度c=25mm,f tk =mm 2。 ４．柱裂缝宽度验算

非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求，上下柱均选用φ８@200箍筋。 ５．牛腿设计

根据吊车支承的位置，截面的尺寸及构造要求，确定牛腿的尺寸如图２２所示，其中牛腿的截面宽度b=400mm ，牛腿截面高度h=1050mm ，h 0=1015mm. (1) 牛腿腿截面高度验算

表 ２１柱的宽度验算表

１７<，所以满足要求

Fv ≤β（１－０.５F hk /F vk ）

5.0h a bh f tk +

验算 β＝０.６５，f tk =mm 2， F hk =0，a=650-175-250/2=350mm F vk =D max /γQ +G 3/γG =+ = β（１－０.５F hk /F vk ）

5.0h a bh f tk +

= ×

1015

203505.01015

40054.1++

??=> F vk

所以所选的尺寸满足要求 （２） 牛腿配筋计算

纵向受拉钢筋总截面面积A s ： A s ≥

085.0h f a F y v = =550.２mm 2

1015

30085.020350)38760346150(??+?+）

（