塔里木大学混凝土结构课程设计.doc

1、 塔里木大学混凝土结构课程设计1工程概况1.1场地条件某金工车间为两跨等高厂房，跨度均为，柱距均为，车间总长度为。每跨设有吊车台，吊车工作级别为级，轨顶的标高为采用防水卷材屋面，厚双面清水维护砖墙，钢窗宽度，室内外的高差为，素混凝土地面，厂房建筑剖面如图所示。厂房所在地点的基本风压为，地面粗糙度为类；基本雪压为，修正后的地基承载力特征值为。活荷载组合系数；风荷载组合系数取。此厂房为上人屋面，要求进行排架结构设计。 图1 厂房剖面图 1.2厂房主要参数根据工艺要求，厂房主要参数如下单层单跨厂房，柱距,总长。跨内设台双钩桥式吊车，吊车工作级别为级，其额定起重量。轨顶标高为,柱顶标高,檐口标高为,屋

2、顶标高为,室内地面至基础顶面的距离为，室内外高差，素混凝土地面。外围墙体为厚双面清水砖墙屋面活载标准值为，雪荷载标准值为。活荷载组合值系数，风荷载组合值系数取。屋面做法防水卷材防水层厚水泥砂浆找平层 厚水泥蛭石保温层一毡二油隔气层厚水泥砂浆找平层预应力混凝土屋面板屋盖钢支撑建筑材料排架柱：采用混凝土，纵筋为级钢筋，箍筋为级钢筋。基础：采用混凝土，下设素混凝土垫层，钢筋为级。2设计内容2.1结构选型及柱截面尺寸确定因为该厂房跨度为及在之间，且柱顶标高为大于故采用钢筋混凝土排架结构。为了使屋面具有较大刚度，选用预应力混凝土折线形屋架及屋预应力混凝土屋面板。选用钢筋混凝土吊车梁及基础梁。厂房主要构件

3、选型见下表表1 主要承重构件选型表构件名称标准图集选用型号重力荷载标准值屋面板（一）预应力混凝土屋面板(包括灌缝重)天沟板（三）预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）屋架（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度）(屋盖钢支撑)吊车梁（二）钢筋混凝土吊车梁（吊车工作级别为A1-A5） 轨道连接（二）吊车轨道联结详图基础梁钢筋混凝土基础梁注：本表图集均按TJ10-74钢筋混凝土结构设计规范设计，重力荷载已换算为法定计量单位。由图1 可知柱顶标高，牛腿顶面标高为，设室内地面至基础顶面的距离为，则计算简图中柱的总高度、下柱高度和上柱高度分别为 根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可由附表1并参考附表2确

4、定柱截面尺寸，见表2。表2 柱截面尺寸及相应的计算参数 计算参数柱号截面尺寸/ 面积/ 惯性矩/自重/ A,B上柱矩下柱本题仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图2所示。 图2 计算单元与计算简图2.2荷载计算1恒载（1）屋盖恒载防水卷材防水层 厚水泥砂浆找平层 厚水泥蛭石保温层 一毡两油隔气层 厚水泥砂浆找平层 预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 屋盖钢支撑 总恒载 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（2） 吊车梁及轨道重力荷载设计值（3） 柱自重重力荷载设计值A柱=B柱上柱 下柱 各项恒载作用位置如图3所示 图3 各项恒载作用位置图（单位：）2屋面活荷载上人屋面活荷载

5、标准值为，雪荷载标准值为。后者小于前者，故仅按照前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值如下的作用位置与作用位置相同，如图所示。3风荷载风荷载标准值按下式计算： 式中，根据厂房各部分标高（图）及类地面粗糙度由混凝土结构设计附表确定如下柱顶（标高） 由线性内插法得解得 檐口（标高） 由线性内插法得解得 屋顶（标高） 由线性内插法得解得 如图4所示由式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值如下 则作用于排架柱计算简图上的风荷载设计值如下图4 风荷载体型系数及排架计算简图4吊车荷载由书中查表可知吊车参数为，。根据及，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值，如图5所示。 图5 吊车荷载作用下

6、支座反力影响线（1）吊车竖向荷载吊车竖向荷载设计值为：（2）吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力按下式计算，即横向水平制动系数，额定起重量为时，应取。吊车额定起重量的重力荷载。小车的重力荷载。则横向水平制动力为作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值计算,即2.3排架内力分析该厂房为单跨等高排架，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下式计算式中：第根排架的抗侧移刚度。其结果见表。表3 柱剪力分配系数柱别A柱=B柱(1)恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图6所示。 图6 恒载作用下排架内力计算简图图中的重力荷载及力矩是根据图确定的，即； ； 如图所

7、示，排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，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计算如对于,柱，则，求得后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的轴力为该截面以上重力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图7（a）、（b）。图7（c）为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。 （a）M图（） （b）N图（） （c）图7 恒载作用下排架的内力图(2)屋面活荷载作用下排架内力分析排架计算简图如图8所示 图8 AB跨作用屋面活荷载时排架的计算简图其中，它在柱顶及变阶处引起的力矩为 对于A柱，则 则排架柱顶不动铰支座反力为 将反向作用于排架柱顶，计算相应的柱

8、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跨时的柱顶剪力，即排架结构的弯矩图和轴力图分别见图9（a）、（b）。（a）M图（） （b）N图（） 图9 AB跨作用屋面活荷载时排架的弯矩及剪力图2.4风荷载作用下排架内力分析（1）左吹风时排架计算简图如图所示图10 左吹风时排架的计算简图对于,柱，已知， 则各柱顶剪力分别为排架弯矩图如图所示 图11 左吹风作用下排架的弯矩图2.5吊车和在荷载作用下的排架内力分析（1）作用于柱计算简图如图所示 图12 作用于A柱时排架计算简图其中，吊车竖向荷载，在牛腿顶面处引起的力矩为 对于柱，则对于柱：排架各柱剪力即为排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值

9、如图所示： （a）M图（） （b）N图（） 图13 作用于A柱时排架内力图 （2）作用于柱计算简图如图16所示 图14 作用于B柱时排架计算简图 将“作用于柱”情况时的,柱内力对换，并注意改变符号，可求得作用于柱时各柱的内力。排架各柱的弯矩图、轴力图和柱底剪力值如图17所示。（a）M图（） （b）N图（）图15 作用于B柱时排架的内力图（3）作用于跨计算简图如图18 所示图16 作用于AC跨时排架的计算简图对于A柱，查表得，则排架柱顶总反力为因为是有檩体系，各柱顶剪力为 排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图19所示 M图、V图（ ） 图17 作用于AB跨时排架的弯矩及柱底剪力值图2.6内力组合A柱

10、内力设计值汇总见下表 ，柱内力组合值见表，表中控制截面及正号内力方向见表。内力组合除及相应的和一项外其他均按式 、及求得最不利荷载值。及相应的M和N在截面及截面均按求得最不利荷载值而-截面则是按照求得最不利荷载值。对柱进行裂缝宽度验算时，内力采用标准值，同时只需对的柱进行验算。为此表中亦给出了和的组合值。13 塔里木大学混凝土结构课程设计表4 A柱内力设计值汇总表风荷载左吹风16.81016.810215.89034.87吊车水平荷载Tmax作用在AB跨17.57017.570165.93016.67吊车竖向荷载Dmax作用在B柱-6.15117.6140.01117.608.72487.20

11、-1.50Dmax作用在A柱-6.15487.2082.05487.2068.70487.20-1.50屋面活载作用在AB跨4.56201.60-45.84201.60-14.07201.603.57恒载0.25324.48-64.99377.6421.74430.044.86荷载类别序号MNMNMNV-柱号及正向内力表5 A柱内力组合表备注Nmax一项，取1.35SGK+0.71.4SQKMK，NK22.04453.16Nmin及相应的M，V29.76611.7650.71664.92414.551049.966.72307.07777.754.97+0.9+0.9+0.9+Nmax及相应的

12、M，V29.76944.4039.80997.5670.901049.966.7252.52777.754.97+0.9+0.9+0.9Mmax及相应的M，V-21.10762.90-122.06559.08-140.26611.4823.08-103.90452.9531.89+0.9+0.9+0.9+Mmax及相应的M，V35.30944.4091.96997.56427.211049.9654.46353.99835.1543.05+0.9+0.9+0.9+截面MNMNMNVMKNKVK-15 2.7柱截面设计A柱，混凝土强度等级为， ,;采用级钢筋，。上、下柱均采用对称配筋。（1）上柱

13、配筋计算由表5可见，上柱截面共有组内力，取。经判别，其中两组内力为大偏心；两组小偏心且两组小偏心的轴向力即故按此组内力计算时为构造配筋，对两组大偏心在弯矩较大且相近取轴力较小的一组，由附表查得,有吊车厂房排架方向上柱的计算长度。附加偏心距取（大于）。， ,由，故应考虑偏心距增大系数，取。,不能按进行计算。选，则,满足要求。由附表，得垂直于排架方向的计算长度，则，由内插法得。 满足弯矩作用平面外的承载力要求。（2）下柱配筋计算取。与上柱分析方法类似，在表中的组内力中，选取下列两组不利内力, 按,计算下柱计算长度取，附加偏心距（大于），。 由，故应考虑偏心距增大系数，且取。取。故为大偏心受压。先假

14、定中和轴位于翼缘内，则 综合上述计算结果，下柱截面只需按照构造配筋选用（）进行配筋。按此配筋，经验算柱弯矩作用平面外的承载力亦满足要求。(3)柱的裂缝宽度验算规范规定，对的柱应进行裂缝宽度验算。本例值出现下柱的内力，故应进行裂缝宽度验算。验算过程见表6，其中上柱，；构件受力特征系数；混凝土保护层厚度c取。表6 柱的裂缝宽度验算柱截面上柱下柱内力标注值 （满足要求）（满足要求）（4）柱的箍筋配置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、下柱均选用箍筋。3.5.5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18所示。其中牛腿截面宽度，牛腿截面高

15、度，。图18 牛腿尺寸简图（5）牛腿截面高度验算已知，（牛腿顶面无水平荷载），取，故牛腿截面高度满足要求。（6）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。（7）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，则柱吊装时的总长度为，计算简图如图19所示。图19 柱吊装计算简图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，则下柱段最大弯矩为：柱截面受弯承载力及裂缝宽度验算过程见表7。表7 柱吊装阶段承载力及裂缝宽度验算表柱截面上柱

16、下柱-0.750.2，取0.20.2270.3（满足要求）0.0270.2（满足要求）2.8基础设计GB50007-2002建筑地基基础设计规范规定，对于柱距的单层多跨厂房，地基承载力特征值、吊车起重量、厂房跨度、设计等级为丙级时，可不做地基变形验算。本设计的吊车起重量为，可不做地基变形验算。基础混凝土强度等级采用，下设厚素混凝土垫层。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（截面）传给基础的M，N，V以及外墙自重重力荷载。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底板配筋计算，内力的正号规定见图22（b）。由内力组合表选出两组最不利内力 图20

17、基础荷载示意图（1） 由图20可见，每个基础承受的外墙总宽度为，总高度为，墙体为厚实心砖墙（）。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 （2） 由基础梁传来的荷载G5对基础底面产生的偏心弯矩设计值为 （3）作用于基底的总弯矩和轴向力设计值为（假定基础高度H=1100mm）第一组 第二组 基底受力情况如上图20。2基础尺寸及埋置深度由第二组确定b和l: 取b=3m,l=4.0m,A=12m2第一组基底尺寸验算 第二组基底尺寸验算 =（可以）该房屋是可不作地基变形的二级建筑物，不作地基变形验算。3基础高度验算(1) 按

18、构造要求拟定高度前面已初步假定基础，如采用锥形基础，根据构造要求，初步确定基础尺寸如图（18）所示。由于上阶底面落在柱边冲切破坏锥体之内，故仅在变阶处作冲切验算。各组荷载设计值作用下的地基净反力第一组 第二组 故按第二组进行计算。基础抗冲切验算简图如图21 由于基础宽度,故小于冲切破坏锥体底宽故冲切破坏荷载 变阶处抗冲切力= =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20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结果见表8。 图21 变阶处的冲切破坏截面（2）沿长方向的配筋计算。在第二组荷载作用下，相应于柱边的净反力 相应于

19、变阶的净反力 表8 柱边及变阶处基底净反力计算公式第组第组 图22 基础底板配筋计算截面图23 基础底板配筋图2.9施工说明排架柱采用预制钢筋混凝土，在浇筑时要注意对柱的养护和其配料的严格要求以及生产环境的严格要求避免不必要的污染。浇筑中把预埋件按要求埋到合适的位置，比如说柱顶，牛腿上。在运输时要做好柱与柱间的隔垫以避免柱的棱角被损害，以及柱顶的保护。避免缺角和裂缝的产生，柱在堆积时不能过高。在吊装时柱的强度要达到75%，并做相应的吊装试验看能否满足强度要求。在施工时做好对柱的编号及柱的中线的确定和定位中线的确定。柱的吊装采用直吊绑扎法。当柱子平放起吊抗弯强度不满足要求时，需先将柱子侧翻，再吊起，以提高柱截面的抗弯能力。采用滑行法吊什柱时，起重机只收钩，柱脚沿地面滑行，在绑扎点位置柱身呈直立状态，然后吊离地面。滑行法吊升时柱受震动较大应对柱脚采取保护措施。柱脚插入杯口后，停在离杯口3050mm处进行对位。柱的构造要求：柱的箍筋采用封闭式，箍筋间距为200mm。牛腿构造要求：1.纵筋构造要求，采用HRB335级钢筋。根数不少于4根。直径不少于12mm。2.水平箍筋和弯筋的构造要求，本设计中牛腿不进行斜截面受剪承载力计算，需按构造配筋，当剪跨比小于0.3时可不设弯起钢筋。全部纵向受力钢筋沿牛腿外边缘向下伸入柱内150mm后截断。