单层工业厂房结构设计
睡莲种子-
单层工业厂房结构设计
2.1
设计条件
1.
金加工车间跨度
21m
，总长
60 m
，柱距
6
m
。
2.
车
间内设有
2
台
200/50kN
中级工作制吊车，其轨顶设计标高
9
m
。
3.
建筑地点：信阳市郊区。
4.
车间所在场地：低坪下
0.8
m
内为填土，填土下
4
m
内为均匀亚黏土，地
基承载力设计值
f
a
200
kN
/
m
2
，
地下水位
-4.05
m
，
无腐蚀。
基本风压
W=0.45KN/
m
²
，基本雪压
S=0.40KN/m
²
。
5.
厂房中标准构件选用情况：
（
1
）
.
屋面板采用
G410
（一）标准图集中的预应力
混凝土大型屋面板，板
重（包括灌浆在内）标准值
1,4KN/
m
²
，屋面板上做二毡三油，标准值为
0.35
kN
/
m
2
。
（
2
）
.
天沟板采用
G410
（三）标准图集中的
TGB77
< br>—
1
，板重标准值为
2.02<
/p>
kN
/
m
。
（
3
）
.
屋架采用
G410
（
三）标准图集中的预应力混凝土折线型屋架
YWJA
—
21
，屋架辎重标准值
91KN
每榀。
（
4
）
.
吊车梁采用
G425
标准图集中的先张发预应力混凝土吊车梁
YXDL6
—
8
，
吊车梁高
1200 m m
，翼缘宽
500 m
m
，梁腹板宽
200 m m
，自重标
准值
45KN/
根，
轨道及零件重
1
kN
/
m
，轨道及垫层构造要求
200 m
m
。
（
5
）材料：
A.
柱：混凝土
C30
B.
基础
.
混凝土
C30
C.
钢筋
.<
/p>
Ⅱ级。
2.2
结构构件选型及柱截面尺寸确定
因该厂房跨度在
15
:
36
m
之间，且柱顶标高大于
8
m
，所以采用钢筋混凝土
排架结构。
为了是屋盖具有较大刚度，
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。厂房各主要构件选型见下表：
表
2.1
主要承重构件选型表
构件名称
屋面板
标准图集
G410
（一）
选用型号
YWB
—
2
Ⅱ
TGB68
—
1
重力荷载标准值
1.4
kN
/
m
2
1.5
m
6
m
预应力混凝
土屋面板
天沟板
G410
（三）
1.5
m
6
m
预应力混凝
土屋面板（卷材防水
天沟板）
G415
（三）预应力混<
/p>
凝土折线形屋架（跨
度
21
m
）
G323
（二）钢筋混凝
土吊车梁（吊车工作
等级中级）<
/p>
G325
（二）吊车轨道
联结详图
G320
钢筋混
凝土基础
梁
（包括灌浆在内）
2.02
kN
/
m
屋架
YW
JA
—
21
—
1Aa
DL
—
9Z
< br>（中间跨）
DL
—
9B
（边跨）
JL
—
3
91
kN
/
每
榀。
吊车梁
45
kN
/
根
轨道连接
基础梁
1
k
N
/
m
16
.7
kN
/
根
由设计资料可知屋顶标高
16
m
，轨顶标高为
9
m
，
设室内地面至基础顶面的
距离为
0.5
m
，则计算简图和吊车梁的高度求总高度
H
、下柱高度
H
l
和上柱高度
H
u
分别为：
H
12.
4
m
0.5
m
12.9
m
，
H
l
1
2.9
m
3.8
m
9.1
m
H
u
12.9
m
9.1
< br>m
3.8
m
< br>
根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，可查表确定柱截面尺寸：
表
2.2
柱截面尺
寸及相应的计算参数
计算参
数
柱号
A B
上柱
截
面尺寸
/
mm
面积
/
mm
1.6
10
5
惯性矩
2
自
重
/(
kN
/
m
)
/
mm
21
.3
10
8
4
矩
400
400
4.0
下柱
Ⅰ
400
9
00
150
1.875
10
5
195.38
10
8
4.69
结构平面布置图如下
2.1
2.3
荷载计算
2.3.1
恒载
（
1
）屋面恒载
两毡三油防水层：
0.35
kN
/
m
2
20mm
厚水泥砂浆找平层：
<
/p>
20
kN
/
m<
/p>
3
0.02
m
0.40
kN
/
m
2
100
mm
厚水泥砾石保温层：
5
kN
/
m
3
0.1
m
0.50
kN<
/p>
/
m
2
一毡两油隔气层：
0.05
kN
/
m
< br>2
20
mm
< br>厚水泥砂浆找平层：
20
kN
/
m
3
0.02
m
0.40
kN
/
m
2
预应力混凝土屋面板：
1.4
kN
/
m
2
合计：
0.35
kN
/
m
2
0.40
kN
/
m
2
0.50
kN
/
< br>m
2
0.05
kN
/
m
2
< br>
0.40
kN
/
m
1.4
kN
/
m
3.1
kN
/
m
2
2
2
屋架重力荷载为
85.2
kN
/
每
榀，则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值
为：
G
1
1.2
(3.1
kN
/
m
2
6
m
21
m
2
91
kN
2)
1.2
2.02
6
m
303.5<
/p>
kN
（
2
）吊车梁及轨道重力荷载设计值：
G
3
1.2
(45
kN
1<
/p>
kN
6
m
)
61.2
kN
（
3
）柱自
重重力荷载设计值：
A
、
B
柱：上柱：
G
4
A
G
4
B
1.2
4
kN
/
m
3.8
m
18.24
kN
下柱：
G
5
A
G
5
B
1.2
4.6
9
kN
/
m
9.1
m
5
1.21
kN
2.3.2
屋面活荷载
屋面活荷载标准值为
0.05
kN
< br>/
m
2
，雪荷载标准值为
0.45
kN
/
m<
/p>
2
，后者小于前
者，所以仅按前者计算。
作用于柱顶的屋面活荷载设计值为：
Q
1
1.4
0.5
kN
/
m
2
6
m
21
m
2
44.1
kN
Q
1
的
作用位置与
G
1
作用位置相同。
2.3.3
风荷载
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值计算公式
2.1
：
k
z
s
z
0
式中
0
—基本风压，是以当地比较空旷平坦地面上离地
10
m
高统计所得的
5
0
年一遇
10min
平均最大风速为标
准确定的风压值；
z
—高度
z
处的风振
系数，对高度小于
30
m
的单层厂房，
取
z
1.
0
；
s
—风荷载体型系数，是风吹到厂房表面引起的压力或吸力
与理论风压
比值，与厂房的外表体型和尺度有关，可根据建筑体型查得；
z
—风压高度变化系数，
根据所在地区的地面粗糙程度类别和所求风压
处离地面的高度查得。
0
0.45
kN
/
m
z
1.0
根据厂房各部分标高及
B
类地面粗糙查表得
：
柱顶（标高
12.4
m
）
z
< br>
1.067
檐口（标高
14.60
m
）
z
1.129
屋顶（标高
16.00
m
）
z
1.17
可
得
排
架
迎
风
面
及
背
风
面
的
风
荷
载
标
准
值
分<
/p>
别
为
：
1
k
z
s
1
z
0
1.0
0.8
1.067
0.45
kN
/
m
2
0.384
kN
/
m
2
2
k
z
s
2
z
0
< br>1.0
0.5
1.067
0.45
kN
/
m
2
0.24
kN
/
m
2
图
2.2
风荷载体型系数
则用于排架计算简图上的风荷载设计值为：
< br>q
1
1.4
< br>
0.384
kN
/
m
2
6
m
3.23
kN
/
m
q
2
1.4
0.24
kN
/
m
2
6
m
2.02
kN
/
m
F
w
q
[(
< br>
s
1
s
2
)
z
h
1
(
s
3
s
4
)
z
h
< br>2
]
z
0
B
1
.4
[(0.8
< br>0.5)
1.129
2.2
m
(
0.6
0.5)
1.17
1.4]
1.0
< br>0.45
6
11.59
kN
2.3.4
吊车荷载
200/
< br>50
kN
吊车的参数为：
B
5.55
m
，<
/p>
K
4.40
m
，
g
75<
/p>
kN
，
Q
200
kN
，<
/p>
F
p
max
<
/p>
215
kN
，
F
p
min
4
5
kN
。根据
B
及
K
，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
2.3
所示。
图
2.3
吊车荷载作用下支坐反力影响线
（
1
）吊车竖向荷载
D
max
Q
F
p
max
y
i
1.4
215
(1
0.808
0
.267
0.075)
0.9
582.44
k
N
D
min
Q
F
p
mi
n
y
i
<
/p>
1.4
45
(1
0.808
0.267
0.075)
0.9
121
.91
kN
（
2
）吊车横向水平荷载
作用于每一个轮子上的吊车荷载水平制动力计算公式
2.2
：
1
T
(
Q
g
)
4
式中
T
—每一个轮子作用在轨道上的横向水平制动力；
—横向水平制动系数；
Q
—吊车的额定起重量的重力荷载；
g
—小车的重力荷载。
1
1
T
< br>
(
Q
g
)
0
.1
(200
kN
< br>
75
kN
)
< br>
6.875
kN
4
4
作用于拍架上的吊车横向的水平荷载设计值计
算公式
2.3
：
T
max
T
i
y
i
式中
T
i
—第
i
个大车轮子的横向水平制动力
；
T
max
—吊车梁传给柱的最大横向反力的标准值；
y
i
—影响线数值。
< br>
T
max
< br>
T
i
y
i
1.4
6.875
kN
(1
0.808
0.267
0.075)
20.69
kN
2.4
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内力分析。
其柱的剪力分配系
数
i
见表
2. 3
：
表
2.3
柱剪力分配系数
柱号
I
n<
/p>
u
I
l
C
0
3/[1
3
(1/
n
1)]
i
1/
i
1/
i
A
、
B
柱
H
u
H
H
3
/
C
0
EI
l
n
0.109
c
0
2.480<
/p>
10
0.295
A
B
0.210
1
0
H
3
E<
/p>
A
B
0.5
2.4.1
恒荷载作用下排架内力分析
恒荷载作用下排架的计算简图如图所示，
图中的重力荷载
G
及力矩
M
是根据<
/p>
下图确定：
G
1
G
1<
/p>
303.5
kN
G
3
G
5
A
51.
21
kN
M
1
G
1
e
1
303.5
kN
0.
05
m
15.175
kN
m
M
2
G
1
G
4
A
e
0
G
3
A
< br>e
3
A
303.5
kN
18.24
kN
0.25
m
51.2
1
kN
0.3
m
65.07
< br>kN
m
由图所示排架为对称结
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式内力。柱顶不动支座反
力
R
i
可根据表所列的相应公式计
算。对于
A
柱，
n
0.109
，
0.295
，则
1
1
2
(1
)
3
n
2
.122
C
1
2
1
3
(
1
1)
n
3
1
2
C
3
1.132
2
1
3
(
1
1)
< br>n
R
A
M
1
M
15.175
kN
m
< br>2.122
65.07
kN<
/p>
m
1.13
2
C
1
2<
/p>
C
3
8.21
kN
(
<
/p>
)
H
H
12.9
m
R
B
8.21
kN
(
)
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
2.4
和轴力图分别见图
2.
5
。
图
2.4
荷载作用位置图
图
2.
5
恒载作用下排架内力图
2.4.2
屋面活荷载作用下排架内力分析
AB
跨作用屋面活荷载
排架计算简图如图
2.6
所示。其中
Q
1
44.1
kN
，它在柱顶及变阶引起的力
矩为：
M
1
A
< br>
44.1
kN
0.05
m
2.205<
/p>
kN
m
；
M
2
A
44.1
kN
0.25
m
11
.025
kN
m
；
对于
A
柱，
C
1
2.122
，
C
3
1.032
，则
图
2.6
AB
跨作用屋面活荷载时排架内力图
R
A
M
1
A
M
2.205
kN
m
<
/p>
2.122
11.025
kN
m
1.132
C
1
2
A
C
3
1.33
kN
(
)
H
H
12.9
m
R
B
1.33
kN
(
)
R
R
< br>A
R
B
0
kN
将
R
反向作用于排架柱顶，
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
与
AB
跨时的柱顶剪力：
V
A
R
A
,
V
B
R
B
弯矩见弯矩图
2.7
，剪
力图
2.8
图
2.7 AB
跨作用屋面活荷载时的弯矩图
图
2.8 AB
跨作用屋面活荷载时的剪力图
2.4.3
风荷载作用下排架内力分析
（
1
）左吹风时
计算简图如图
2.9
所示。对于<
/p>
A
柱，
n
0.109
，
0.295
，由表得：
图
2.9
排架内力图如图
< br>1
3[1
< br>4
(
1)]
< br>n
C
11
0.329
1
8[1
3
(
1)]
n
R
A
q
1
HC
11
3.23
kN
/
m
12.9
m
0.329
13.71
kN
(<
/p>
)
R
B
q
2
HC
11
2.02
kN
/
m
12.9
m
0.329
8.57
kN
(
)
R
R
A
R
B
F
W
13.71
kN<
/p>
8.57
kN
11.59
kN
< br>
33.87
kN
(
)
各柱顶剪力分别为：
V
A
R
A
< br>
A
R
13.71
kN
0.5
33.87
kN
3.225
k
N
(
)
<
/p>
V
B
R
B
B
R
8.57
kN
0.5
33.87
kN
8
.365
kN
(
)
排架内力图如图
2.10
所示。
图
2.10
左吹风时
排架内力图如图
（
2
）右吹风时
计算简图如图所示。
将图所示
A
柱内力图对换且改变内力符号后可得，
如图
2.11
所示。
图
2.11
右吹风时的排架内力图
2.4.4
吊车荷载作用下排架内力分析
（
1
）
D
max
作用在
A
柱
计算简图如图
2.12
所示。其中吊车竖向荷载
D
max
< br>，
D
min
在牛腿顶面处引起的
力
矩为：
图
2.12
D
max
作用在
A
柱时排架内力图
M
A
D
max
e
3
582.44
kN
0.3
m
1
74.73
kN
m
< br>
M
B
D
min
e
3
121.91
kN
0.3
m
36.57
kN
m
对于
A
、
B
柱，
C
3
1.090
，则
M
A
174.73
kN
m
C
3
1.132
15.33
kN
(
)
H
12.9
m
M
36.57
kN
m
R
B
B
C
3
1.132
3.210
kN
(
)
H
12.9
m
R
A
R
R
A
R
B
12.12
kN
(
)
排架各柱顶剪力分别为：
V
A
R
A
A
R
15.33
k
N
0.5
12.12
kN
< br>9.27
kN
(
)
V
B
< br>
R
B
B
R
3
.21
kN
0.5
< br>
12.12
kN
9.27
kN
(
)
排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值
如图
2.13
和
2.14
所示。
图
2.13
D
max
作用在
A
柱时的排架内力图
图
2.14
D
max
作用在
A
柱时的排架内力图
（
2
）
D
max
作用在
B
柱
计算简图如图
2.15
所示。
2.15
D
max
< br>作用在
B
柱时的计算简图
其
中
吊
车
竖
向
荷
载
D
max
，
D
min
在
牛
腿
顶
面
处
引
< br>起
的
力
矩
为
：
M
A
D
min
e
3
121.91
kN
< br>
0.3
m
< br>36.57
kN
m
M
B
D
max
e
3
582.44
kN
0.3
m
174
.73
kN
m
对于
A
、
B
柱，
C
3
1.090
，则
R
A
M
A
36.57
kN
< br>m
C
3
1.132
3.210
kN
(
)
H
12.9
m
M
174.73
kN
m
R
B
B
C
3
1.132
15.33
k
N
(
)
<
/p>
H
12.9
m
R
R
A
R
B
12.12
kN
(
<
/p>
)
排架各柱顶剪力分别为：
V
A
R
A
A
R
< br>
9.27
kN
(
)
V
< br>B
R
B
B
R
9.27
kN
(
)
排
架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图
2.16
，
2.17
所示。
图
2.16
D
max
作用在
B
柱时的排架内力图
图
2.17
D
max
作用在
B
柱时的排架内力图
（
3
）
T
max
作用于
A
B
跨柱
当
A
B
跨作用于吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图
2.18<
/p>
所示。
图
2.18
T
max
作用于
AB
跨时计算简图
对于
A
、
B
柱，
n
0.109
，
0.295
，由表得
a
(3.8
m
< br>1.2
m
)
/
< br>3.8
m
0.684
，则
(2
a
)(1
a
)
2
2
3
a
< br>
[
(2
3
a
)]
n
C
5
0.60
3
1
2[1
(
1)]
n
3
R
A
<
/p>
T
max
C
5<
/p>
20.69
kN
0.6
12.414
kN
(
)
R
< br>B
T
max
C
5
20.69
kN
0.6
12.414
kN
(
)
排架柱顶总反力
R
为：
R
R
A
R
B
12.414
kN
12.414
kN
24.828
kN
各柱顶剪力为：
< br>V
B
R
B
B
R
12.414
kN
0.9
< br>0.5
24.828
kN
1.24
kN
(
)
V
A
与
V
B
的方向相反。
排架
各柱的弯矩图柱底剪力值如图
2.19
所示。当
T
max
方向相反时，弯矩图
和剪力只改变符号，方向不变。
图
2.19
T
max
作用于
AB
跨时排架内力图<
/p>
2.5
内力组合
以
A
柱为例。