一、设计资料：

工程名称：某机械加工车间

两跨厂房，车间长度84m，柱距6m，两端有山墙，不设天窗，室内外高差0.15m。车间内每跨设有两台A4级软钩吊车。额定起重量15/3+20/5t、轨顶标高7.8m、跨度24+30m。

计算参数：

（1）屋面构造为：SBS卷材防水层（0.30kN/m2）;20㎜厚水泥砂浆找平层；100㎜厚保温层（容重7.5 kN/m3）；大型屋面板承重层。

（2）围护墙为240㎜厚清水砖墙，砌筑在基础梁上。钢窗宽度为3.6m。

（3）吊车梁：G426-6m跨预应力混凝土等截面吊车梁。轨道连接构造高度约为170-190㎜（1.0kN/m）。

（4）柱：混凝土C30，纵筋HRB400，箍筋HPB300。

基础：混凝土C30，钢筋HRB400。

（5）厂区地形平坦，工程地质条件均匀，地基为亚粘性土，其承载力标准值为，最高地下水位在地表以下15m。基础底面标高根据设计确定。

6、①基本风压0.45kN/m2。②地面粗糙度为B类。③厂区无积灰荷载，屋面检修活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值为0.3kN/m2。

二、厂房平面布置

厂房的平面布置包括确定柱网尺寸、排架柱与定位轴线的关系和设置变形

缝。

柱距为6m，横向定位轴线用①、②…表示，间距取为6m，纵向定位轴线用

A、B、C表示，间距取跨度尺寸，即A、B轴线距离为24m，B、C轴线

距离为30m。

为了布置抗风柱，端柱离开（向内）横向定位轴线600mm，其余排架柱的形

心与横向定位轴线重合。

A、B跨的吊车起重量等于15/3t，B、C跨的吊车起重量等于20/5t,查ZQ1-62得轨道中心至端部距离均为260mm

A、C列柱均初步采用非封闭结合，初步取连系尺寸D=150mm。

吊车桥架至上柱内边缘的距离，一般取80mm

假设上柱截面高度为500mm。

对于C列柱，260+500-150+80=690<750,满足要求。

对于A列柱，260+500-150+80=690<750,满足要求。

对于等高排架，中柱上柱截面形心与纵向定位轴线重合，吊车架外缘与上

柱内缘净空尺寸能满足要求。

厂房总长度84m,不大于100m，根据变形缝设置要求无需设置变形缝。

三、结构平面布置图

四、构件选型

1、屋面板：标准图集G410-1：1.5×6m。嵌板及内天沟板：G410-2。

2、屋架：G415预应力混凝土折线型屋架。

3、吊车梁：G426-6m跨预应力混凝土等截面吊车梁，中间跨dl-9z，边跨dl-9b，梁高1.2m，轨道连接构造高度为180㎜

4、柱顶标高：7.8+2.6+0.22=10.62m

5、牛腿标高：7.8-1.2-0.2=6.4m

6、从基础顶面算起的柱高：10.62+1.15=11.77m

7、上部柱高：10.62-6.4=4.22mm 下部柱高：11.77-4.22=7.55m

8、边柱： 上柱 矩形 b=500mm，h=600 mm。

下柱 工字形 b=500mm，h=1000mm。

中柱： 上柱 矩形 b=500mm，h=600 mm。

下柱 工字形 b=500mm，h=1200mm。

五、排架内力分析

1、计算简图

2、荷载计算

（1）永久荷载

永久荷载包括屋盖荷载、上柱自重、下柱自重、吊车梁及轨道自重。

①屋盖自重P1

面荷载：

20mm厚水泥砂浆找平层 0.02×20KN/m2 = 0.40KN/m²

100mm厚水泥砂浆保温层 0.1×20KN/m2 = 2.0KN/m²

屋面板自重 1.40KN/m²

屋面板灌缝 0.10KN/m²

钢支撑 0.05KN/m²

小 计 3.95KN/m²

外天沟板线荷载：

找坡层 1.50×0.77 = 1.16KN/m

防水层、找平层等 2.55×0.77 = 1.96KN/m

TGB77-1自重 2.24KN/m

小 计 5.36KN/m

内天沟板线荷载：

找坡层 1.50×0.62 = 0.93KN/m

防水层、找平层等 2.55×0.62 = 1.58KN/m

TGB77-1自重 2.02KN/m

小 计 4.53KN/m

集中荷载：

24m跨屋架自重 106.80KN

30m跨屋架自重 133.50KN

屋架作用在柱顶的恒荷载设计值：

A列柱： F1A=1.2×（3.95×6×24×0.5＋5.36×6＋0.5×106.8）= 443.9KN

B列柱：

24m跨传来 F1B=1.2×（3.95×6×24×0.5＋4.53×6＋0.5×106.8）= 437.9KN

18m跨传来 F1B=1.2×（3.95×6×30×0.5＋4.53×6＋0.5×133.50）= 539.3KN

C列柱： F1C=1.2×（3.95×6×30×0.5＋5.36×6＋0.5×133.50）=545.3KN F1作用点位置与纵向定位轴线的距离150mm。

②上柱自重F2

A柱： F2A=1.2×（0.5×0.5×25×7.22）= 54.15KN

B柱： F2B=1.2×（0.5×0.6×25×7.22）= 64.98KN

C柱： F2C=1.2×（0.5×0.5×25×7.22）= 54.15KN

③下柱自重F3

下柱大部分截面为工字形，但牛腿部位及插入杯口基础的部分是矩形截面。假定矩形截面的范围为自牛腿顶面向下1400mm及基础顶面以上1100mm。近似忽略牛腿的重量。

A柱： F3A=1.2×[0.27×(10.0－1.4－1.1)×25＋1.0×0.5×25×2.5]= 98.30KN

B柱： F3B=1.2×[0.29×(10.0－1.4－1.1)×25＋1.2×0.5×25×2.5]= 110.3KN

C柱：F3C=1.2×[0.27×(10.0－1.4－1.1)×25＋1.0×0.5×25×2.5]= 98.30KN

④吊车梁、轨道、垫层自重F4

取轨道及垫层自重为0.8KN/m。

A柱： F4A=1.2×（0.8×6＋40.8）= 54.72KN

B柱：

24m跨传来 F4B=1.2×（0.8×6＋40.8）= 54.72KN

18m跨传来 F4B’=1.2×（0.8×6＋28.2）=39.60KN

C柱： F4C=1.2×（0.8×6＋28.2）=39.60KN

⑵、屋面可变荷载

屋面可变荷载F5取屋面均不荷载和雪荷载两者的较大值0.5KN/m。

A柱： F5A=1.4×(24×6×0.5×0.5＋0.77×6×0.5)=53.60KN

B柱：

24m跨传来 F5B=1.4×(24×6×0.5×0.5＋0.62×6×0.5)=53.00KN

30m跨传来 F5B=1.4×(30×6×0.5×0.5＋0.62×6×0.5)=67.33KN

C柱： F5C=1.4×(30×6×0.5×0.5＋0.77×6×0.5)=67.33KN

F5的作用点同F1

（3）、吊车荷载

吊车跨度：Lka=24-2×0.75=22.5m

Lkb=30-2×0.75=28.5m

吊车基本尺寸和轮压

AB Dmax,k=γβF∑y=1.4×0.9×260×(1＋0.2＋0.775)=721.67KN

Dmin,k=γβFmin∑y=1.4×0.9×70×(1＋0.2＋0.775)=174.20KN

BC Dmax,k=γβF∑y=1.4×0.9×115×(1＋0.808＋0.267＋ 0.075)=311.5KN

Dmin,k= γβFmin∑y=1.4×0.9×25×(1＋0.808＋0.267＋ 0.075)=67.73KN

吊车横向水平荷载Tmax,24m跨，吊车额定起重量15t，吊车横向水 平荷载系数α=0.1,β=0.9 Tmax,k=γαβ(G2,K＋G3,K)∑y=1.4×0.1×0.9×(300+118)×(1＋0.2＋0.775)=26.0KN，Tmax,k的作用点位置在吊车梁顶面。18m跨，吊车额定起重量1Q≤10t，吊车横向水平荷载系数α=0.12,β=0.9 ，Tmax,k=γαβ(G2,K＋G3,K)∑y=1.4×0.12×0.9×(100+39)×(1＋0.808＋0.267＋0.075)=11.3KN作用点位置在吊车梁顶面。

（4）风荷载

该地区的基本风压0.45kN/m2，地面粗糙度为B类。作用在柱上的均布荷载：风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度13.2+0.15=13.35m

取值。查表可知：离地面10m时， µz=1.00，离地面15m时，µz=1.14。用线性插入法求得离室外地坪13.35m的µz=1＋（1.14-1.00）/（15-10）×（13.35-10）=1.09。同理可知檐口处的µz为1.16。

排架的风压体型系数µs，标于例图2-1单层工业厂房可不考虑风振系数，取ßz=1。

左吹风：

q1=γµsµzßzω0B=1.4×0.8×1.09×0.45×6=3.30KN/m（→)

q2=γµsµzßzω0B=1.4×0.4×1.09×0.45×6=1.65KN/m（→)

作用在柱顶的集中风荷载Fw

h1 =2.4, h2=1.4

作用在柱顶的集中风荷载Fw由两部分组成：柱顶至檐口竖直面上的风荷载

Fw1和坡屋面上的风荷载Fw2，其中后者的作用方向垂直于屋面，因而是倾斜的，

需要计算其水平方向的分力（竖直分力在排架分析中一般不考虑）.

为了简化，确定风压高度系数时，可统一取屋脊高度。

Fw=γ[(µs2-µs1)h1＋(µs4-µs3)h2]×µzω0B

=1.4×[(0.8＋0.4)×2.4＋（0.5-0.6）×1.4]×1.16×6

=9.34KN。（→）

右吹风：

迎风面和背风面的q1、q2大小相等，方向相反。

Fw=γ[(µs2-µs1)h1＋(µs4-µs3)h2]×µzω0B

=1.4×[(0.8＋0.4)×2.4＋（0.5-0.6）×1.4]×1.16×6

=9.34KN。（→）

由于左右吹风荷载相同，可任取其一，此处取左吹风进行排架内力计算。

五．内力计算

在计算简图中，上柱的计算轴线取为上柱的截面形心线，下柱的计算轴线取为下柱的截面形心线。下面计算时弯矩和剪力的符号按照下述规则：弯矩以顺时针方向为正，剪力以使构件产生顺时针方向转动趋势为正；轴力以压为正。

各柱的抗剪刚度计算结果见下：

柱的抗侧刚度及剪力分配系数

永久荷载作用下

永久荷载下的计算简图可以分解为两部分：作用在柱截面形心的竖向力和偏心力矩.，如下图，且前者只产生轴力。

屋盖自重对上柱截面形心产生的偏心力矩为:

M1A= 443.9×（0.15-0.10）=22.195KN.m

M1B=(437.9－539.3)×0.15=-15.21KN.m

M1C=-545.3×(0.15-0.10) =-27.27KN.m

屋盖自重、上柱自重、吊车梁及轨道自重对下柱截面形心产生的偏心力矩

M2A=-443.9 × 0.25-29.3 ×0.25 +54.3 ×0.4=-96.58KN.m

M2B=0+0+(-54.72+39.6) × 0.75=-11.34KN.m

M2C=545.3x 0.25+29.3 x 0.25 -39.6× 0.4=127.81KN.m

偏心力矩作用下，各柱的弯矩和剪力用剪力分配法计算。先在柱顶加上不动铰支座，利用附录求出各柱顶不动铰支座的内力；然后将总的支座反力作用下排架柱顶，根据剪力分配系数分配给各柱；最后求出各柱顶的剪力，得到每根柱的柱顶剪力后，单根柱利用平衡条件求出各截面的弯矩及柱底截面剪力。

；

在各住柱顶施加虚加水平不动铰，由下式可得各项反力值及剪力值

; ;

永久恒载作用下的剪力分配

例如对于A柱

柱顶截面的弯矩：M1=22.195KN

牛腿截面上的弯矩：M1+VAHu=22.195＋4.34×3.9=39.12KN

牛腿截面上的弯矩:M2＋M1+VAHu=-96.58+39.12=-57.46KN

柱顶截面的弯矩：M2＋M1＋VAH=-96.58+22.85＋4.34×13.9=-13.404KN

屋面活荷载作用下的内力分析

屋面活荷载作用下的内力分析方法同屋盖自重作用下的内力分析。

屋面可变荷载作用下柱的剪力分配

屋面可变荷载作用下柱的剪力分配

吊车竖向荷载作用下

吊车竖向荷载四种基本情况：(a)、Dmax作用于A柱；(b)、Dmin作用于A柱；(c)、Dmax作用于C柱；(d)、Dmin作用于C柱。

吊车竖向荷载的计算简图可分解成两部分：作用在下柱截面形心的竖向力和作用在牛腿顶面的偏心力矩。

吊车竖向荷载作用下柱剪力的分配

（4）吊车水平荷载作用下

吊车水平荷载作用下有两种情况：(a)、AB跨作用Tmax；(b)、BC跨作用Tmax，每种情况下的荷载可以反向。

;

吊车水平荷载下柱剪力的分配

（5） 风荷载作用下的内力分析

风荷载作用下有两种情况：因本例右吹左风时的荷载值与左吹右风时的荷载值很接近，可利用左吹右风的内力图。

风荷载作用下柱剪力的分配

6、内力组合

1、荷载组合

①“恒载”+任意一种“活荷载”

S=γS+γS ， 其中，γ=1.2, γ=1.4。

②“恒载”+0.9（任意两种或两种以上“活荷载”）

S=γS+0.9，其中，γ=1.2, γ=1.4。

排架柱属于偏心受压构件，剪力一般不起控制作用（斜截面一般可以满足要求).最不利内力组合包括：

＋Mmax及其相应的N、V

－Mmin及其相应的N、V

＋Nmax及其相应的M、V

－Nmin及其相应的M、V

七、排架柱截面设计

1. 柱的计算长度及材料强度

考虑吊车荷载时：

上段柱： lu=2.0Hu=2.0×3.9=7.8m

下段柱： Ll=1.0Hl=1.0×10.0=10.0m

不考虑吊车荷载时：

上段柱： lu=2.0Hu=2.0×3.9=7.8m

下段柱： Ll=1.25Hl=1.25×10.0=12.5m

2. 柱截面配筋计算

因为C柱荷载比A柱小，为了配筋简单，使A、C柱配筋相同。

2.1 判断大小偏心

⑴. A、C柱

①.Ⅰ-Ⅰ截面： b=500mm，h=500mm， N=539.8kN

故Ⅰ-Ⅰ截面是大偏心受压，选用M=76.52kN·m，N=534.44kN。

②.Ⅱ-Ⅱ截面： b=500mm，h=1000mm， N=1262.59kN

故Ⅱ-Ⅱ截面是大偏心受压，选用M=-66.78kN·m，N=540.92kN。

③.Ⅲ-Ⅲ截面： b=500mm，h=1000mm， N=1360.87kN

故Ⅲ-Ⅲ截面是大偏心受压，选用M=373.22kN·m，N=639.2kN

⑵. B柱

①Ⅰ-Ⅰ截面： b=500mm，h=600mm， N=918.6kN

故Ⅰ-Ⅰ截面是大偏心受压，选用M=76.52kN·m，N=534.44kN。

②.Ⅱ-Ⅱ截面： b=500mm，h=1200mm， N=1653.06kN

故Ⅱ-Ⅱ截面是大偏心受压，选用M=-66.78kN·m，N=540.92kN。

③.Ⅲ-Ⅲ截面： b=500mm，h=1200mm， N=1763.36kN

故Ⅲ-Ⅲ截面是大偏心受压，选用M=373.22kN·m，N=639.2kN

2.2 A、C柱截面配筋计算

（1）、纵向钢筋配置

①.上柱Ⅰ-Ⅰ截面

。

故选用钢筋4

（2）、箍筋配置

箍筋按构造要求选取，沿标高配置B8@200

（3）、下柱截面高度h>600mm，故在截面腰部布置2B14的纵向钢筋，宁外，在上翼缘内配置B14的纵向构造筋。

3.牛腿设计

A、C柱牛腿设计

⑴、牛腿尺寸确定

A 柱的上柱截面为b×h = 500mm×500mm,下柱截面为b×h=500 ×1000。吊梁

中心线至厂房定位轴线A的距离为e=750mm ，联系尺寸D=150mm ，吊车梁下缘宽度为

300mm，则牛腿自下柱内边缘挑出长度为：

c=150 +750- 1000+ 300/2+C=50 +C

按照构造要求C≥70 mm，取C =250 mm ，则C=300mm用点

至下柱内边缘的距离为：

a=150+ 750- 1000+ 20= -80mm<0，

其中20mm为考虑吊车梁及轨道安装误差。

设α=45，牛腿外边缘高度h≥，且h≥200 mm ，

取h =400 mm ，则

h=h+c×tgα=400+300=700mm， h=h-a=700-40=660mm。

牛腿截面宽度与柱同宽，b=500mm

⑵、牛腿承受的荷载

作用在A柱牛腿上的荷载

⑶、 牛腿截面高度验算

h=h+c×tgα=400+300=700mm， h=h-a=700-40=660mm。

高度符合抗裂度要求。

⑷ 、配筋计算

1) 纵向受拉钢筋：

a<0mm,按构造要求，由最小配筋率可知：

A= 0.002 ×500×700=700mm

选用4B16（A=804mm ）。

2) 箍筋：

水平箍筋使用B10，间距为100mm，共6根。

A=6×78.5×2 =942mm

2A/3=628mm> A /2=402mm ，满足要求

3) 弯起钢筋：

a/h=0<0.3，不需设置弯起钢筋。

B柱牛腿设计

⑴、牛腿尺寸确定

B柱的上柱截面为b×h = 500mm×600mm,下柱截面为b×h=500 ×1200。吊梁

中心线至厂房定位轴线A的距离为e=750mm ，联系尺寸D=150mm ，吊车梁下缘宽度

为 300mm，则牛腿自下柱内边缘挑出长度为：

c=750- 1200+ 300/2+C=300 +C

按照构造要求C≥70 mm，取C =200 mm ，

则C=500mm用点至下柱内边缘的距离为：

a= 750- 600+ 20= 170mm>0，

其中20mm为考虑吊车梁及轨道安装误差。

设α=45，牛腿外边缘高度h≥，

且h≥200 mm ，取h =500 mm ，则

h=h+c×tgα=500+500=1000mm， h=h-a=1000-40=960mm。

牛腿截面宽度与柱同宽，b=500mm 。

⑵、牛腿承受的荷载

作用在B柱牛腿上的荷载

⑶、牛腿截面高度验算

中级工作状态吊车β=0.65。混凝土强度等级为C35，f=2.20KN /mm 。且

h=h+c×tgα=500+500=1000mm， h=h-a=1000-40=960mm。则有

高度符合抗裂度要求。

⑷ 、配筋计算

1) 纵向受拉钢筋：

a>0mm,因此按计算配筋。又因为a/h<0.3，故选a=350mm

=

选用4B18（A=1017mm ）。

2) 箍筋：

水平箍筋使用B10，间距为100mm，共8根。

A=8×78.5×2 =1256mm

2A/3=837mm> A /2=508.5mm ，满足要求

3) 弯起钢筋：

a/h=0.156<0.3，不需设置弯起钢筋。

4、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。

A、C柱吊装验算

柱的插入深度h=0.9h=0.9×1000mm=900mm。 柱吊装时的总长度为：

3.9m+10.0m +0.90m=14.8m。

内力计算

柱吊装阶段的荷载均为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即：

=1.5 ×1.2×0.25× 25.0=11.25 KN/m

=1.5 ×1.2 ×(0.7×1.3－0.5×0.32）×0.5×25=27.8KN/m

=1.5 ×1.2× 0.27×25 =12.15KN/m

在上述荷载作用下，柱各个控制截面的弯矩为：

= 0.5× 11.25KN /m×3.9m=85.56KNm

=123.08KN·m

由，得：

下柱最大弯矩为：

=49.90×4.107-0.5×12.15×4.107=102.47KN·m

B柱吊装验算

柱的插入深度h=0.8h=0.8×1200mm=1000mm。 柱吊装时的总长度为：

3.9m+10.0m +1.00m=14.9m。

⑴、内力计算

柱吊装阶段的荷载均为柱自重重力荷载（应考虑动力系数），即：

=1.5 ×1.2×0.3× 25.0=13.5 KN/m

=1.5 ×1.2 ×(2.2×1.0－1.0×0.52）×0.5×25÷1.0=43.88KN/m

=1.5 ×1.2× 0.29×25 =13.05KN/m

在上述荷载作用下，柱各个控制截面的弯矩为：

= 0.5× 13.5KN /m×3.9m=102.67KN·m

= 13.5 ×3.9×(3.9 ×0.5+1.0)+0.5×27.8 ×1.0=177.26KN·m

由，得：

下柱最大弯矩为：

=45.72×3.641-0.5×13.05×3.641=86.52KN·m

单层工业厂房课程设计