单层厂房课程设计

单层厂房课程设计

《单层厂房结构》

课 程 设 计 任 务 书

一、 设计题目

某金属装配车间双跨等高厂房。

二、 设计内容

1、 计算排架所受的各项荷载。

2、 计算各种荷载作用下的排架内力（吊车荷载不考虑厂房的空间整体

作用）。

3、 边柱（A、C轴线）及中柱（B轴线）的柱及牛腿设计，柱下独立

基础设计。

4、 绘制施工图：柱模板图和配筋图，基础模板图和配筋图。

三、 设计资料

1、 金属结构车间为两跨厂房，跨度均为**m。厂房总长**m，柱距6m。

厂房标高：室内地面±0.000，室外地面-0.450，吊车轨顶标高8.000、

10.00，屋架下弦标高10.400、12.400。

2、 厂房每跨内设两台吊车，A4级工作制，起重量单学号15/3t、双学

号20/5t。吊车其它参数参见 “5~50/5t一般用途电动桥式起重机基

本参数和尺寸（ZQ1-62系列）”。

3、 建设地点为某城市，基本雪压0.30kN/m2，基本风压0.50kN/m2、

0.45kN/m2、0.35kN/m2。冻结深度1.6m。厂房自然地坪下0.6m为回

填土，回填土的下层1.8m为均匀粘土，地基承载力特征值

fak=240kPa，土的天然重度为17.5kN/m3，土质分布均匀。下层为

粗砂土，地基承载力特征值fak见表格，地下水位-5.5m。

4、 厂房标准构件选用及荷载标准值如下：

1) 屋架采用21m、18米、24米梯形钢屋架，按《建筑结构荷载规范》

附录A“常用构件和材料的自重”，按0.12+0.011L（含支撑，按屋

面水平投影面积计算，单位kN/m2；L为跨度，以m计）计算屋架

自重标准值（包括支撑）。屋架侧端高度1.4m，屋架在天窗架侧板

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处的高度为1.7m。

2) 吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁，梁高900mm，自重标准值

29kN/根，轨道及零件自重0.8kN/m，轨道及垫层构造高度200mm。

3) 天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架每侧传给屋架的竖向荷载为

34kN（包括自重、侧板、窗扇、支撑等的自重）。天窗侧板高度2.6m，

天窗架坡屋顶高度0.3m。

4) 天沟板自重标准值为2.02kN/m。

5、 围护墙采用240mm厚粉刷墙，自重5.2 kN/m2。钢窗：自重0.45

kN/m2，窗宽4.0m，窗高4.8m。围护墙直接支撑于基础梁上，基础

梁截面为240mm×450mm。基础梁自重2.7kN/m。

6、 材料：混凝土强度等级C20~C30；柱的纵向钢筋采用HRB335或

HRB400，其余钢筋I级。

7、 屋面卷材防水法及荷载标准值如下：

三毡四油防水层上铺小石子：0.4 kN/m2；

25mm厚水泥砂浆找平层：0.5 kN/m2；

100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4 kN/m2；

一毡二油隔汽层：0.05 kN/m2；

25mm厚水泥砂浆找平层：0.5 kN/m2；

6m预应力大型屋面板：1.4 kN/m2。

8、未详细内容见相关图集、规范、资料

四、 设计要求

1、 计算内容完整，计算正确，有必要的示意图。

2、 计算书装订：封皮、任务书、计算书，格式采用统一模板，可电子

录入后打印（单面或双面打印均可），也可手写但不得用铅笔书写。

3、 计算书部分表述符合专业要求。所有示意图、表格都有编号，安排

在正文引用的附近位置。示意图线条规整、字迹清楚、整洁。

4、 施工图符合建筑制图规范的要求。

2

计算书

一、设计资料

（一）、设计题目

某金属装配车间双跨等高厂房。

（二）、设计内容

1、计算排架所受的各项荷载。

2、计算各种荷载作用下的排架内力（吊车荷载不考虑厂房的空间整体作用）。

3、边柱（A、C轴线）及中柱（B轴线）的柱及牛腿设计，柱下独立基础设计。

4、绘制施工图：柱模板图和配筋图，基础模板图和配筋图。

（三）、设计资料

1、金属结构车间为两跨厂房，跨度均为21m。厂房总长54m，柱距6m。厂房标高：室内地面±0.000，室外地面-1.500，吊车轨顶标高10.00，屋架下弦标高12.400。

2、厂房每跨内设两台吊车，A4级工作制，起重量20/5t。吊车其它参数由表-1给出。

表-1 吊车的有关参数参数表

3、建设地点为某城市，基本雪压0.30kN/m2，基本风压0.50kN/m2，冻结深度1.6m。厂房自然地坪下0.6m为回填土，回填土的下层8m为均匀粘土，地基承载力特征值fak=240kPa，土的天然重度为17.5kN/m3，土质分 5

布均匀。下层为粗砂土，地基承载力特征值fak=350kPa，地下水位-5.5m。

4、厂房标准构件选用及荷载标准值如下：

（1）、屋架采用21m梯形钢屋架，按《建筑结构荷载规范》附录A“常用构件和材料的自重”，按0.12+0.011L（含支撑，按屋面水平投影面积计算，单位kN/m2；L为跨度，以m计）计算屋架自重标准值（包括支撑）。屋架侧端高度1.4m，屋架在天窗架侧板处的高度为1.7m。

（2）、吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁，梁高900mm，自重标准值29kN/根，轨道及零件自重0.8kN/m，轨道及垫层构造高度200mm。

（3）、天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架每侧传给屋架的竖向荷载为34kN（包括自重、侧板、窗扇、支撑等的自重）。天窗侧板高度2.6m，天窗架坡屋顶高度0.3m。

（4）、天沟板自重标准值为2.02kN/m。

5、 围护墙采用240mm厚粉刷墙，自重5.2 kN/m2。钢窗：自重0.45

kN/m2，窗宽4.0m，窗高4.8m。围护墙直接支撑于基础梁上，基础

梁截面为240mm×450mm。基础梁自重2.7kN/m。

6、 材料：混凝土强度等级C20~C30；柱的纵向钢筋采用HRB335或

HRB400，其余钢筋I级。

7、 屋面卷材防水法及荷载标准值如下：

三毡四油防水层上铺小石子：0.4 kN/m2；

25mm厚水泥砂浆找平层：0.5 kN/m2；

100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4 kN/m2；

一毡二油隔汽层：0.05 kN/m2；

25mm厚水泥砂浆找平层：0.5 kN/m2；

6m预应力大型屋面板：1.4 kN/m2。

二、材料的选用

混凝土强度等级为C25，柱的纵向钢筋采用HRB335级，其余钢筋采用I级。

三、计算简图及柱截面几何参数的确定

1、计算简图

本装配车间工艺无特殊要求，荷载分布均匀。故选具有代表性的排架进 6

图-2 结构计算简图

2、柱截面几何参数的确定

(1)、基础的埋置深度及基础高度：

考虑冻结深度及回填土层，选取基础至室外地面为1.8m。初步估计基础的高度为1.0m，则基础顶面标高为-0.95m。

(2)、牛腿顶面标高确定：

7

轨顶标高为10m，吊车梁高0.9m，轨道及垫层高度为0.2m。可得牛腿顶标高为10-1.1=8.9m。

(3)、上柱标高的确定：

屋架下弦标高为12.4m，既上柱顶的标高为12.4m。

(4)、计算简图中上柱和下柱的高度尺寸确定：

上柱高：HU =12.4-8.9=3.5m

下柱高：HL=8.9+0.95=9.85m

柱的总高度：.H=13.35m

(5)、柱截面确定：上柱选矩形截面，下柱选工字形截面

对于下柱截面高度h：由于下柱HL=8.9+0.95=9.85m，吊车梁及轨道

构造高度为1.1m，因此，基础顶至吊车梁顶的高度Hk=9.85+1.1=10.95m<11m；

下柱截面高度h≥HK/9=10.95/9=1.22m。

下柱截面宽度B≥HL/20=9.85/20=0.4925m。并且B≥400m。

对于上柱截面主要考虑构造要求，一般截面尺寸不小于400*400mm。 对于本设计边柱，即A，C轴柱（图-3所示）：

上柱取500*500mm

下柱取500*1300*100mm

对于本设计中柱，即B轴柱（图-4所示）：

上柱取500*700mm 8

(6)、截面几何特征和柱的自重计算

截面几何特征包括：截面面积A，排架方向惯性矩IX和回转半径

RX，垂直于排架方向惯性矩IY和回转半径RY。单位长度柱的自重用G表示。

（a）A，C轴柱截面几何特征： 上柱：A=500*500=250*103mm2

G=25*0.25=6.25KN/m

IX=IY=（1/12）*500*5003=5208*106 mm4

RX=RY=（IX/A）1/2=141.82mm

下柱：

IX=(1/12)*100*13003+4[(1/12)*200*1003+200*100*6002]+

4[(1/36)*25*(550-(25/3)) 2]

=50109.38*106mm4

IY=2*（1/12）*100*5003+（1/12）*（1300-200）

*1003+4[（1/36）*25*2003+（1/2）*200*25*（50+（200/3）

2）

=2333.33*106mm4

RX=（IX/A）1/2=477.25mm

RY=（IY/A）1/2=102.99mm

（b）中柱B轴柱截面几何特征：

上柱：A=500*700=350*103mm2

G=25*0.35=8.75KN/m

IX=（1/12）*500*7003=14291.67*106mm4

IY=（1/12）*700*5003=7291.672*106mm4

RX=（IX/A）1/2=202.07mm

RY=（IY/A）1/2=144.34mm

下柱：A=2*500*700+100*1300+4*1/2*25*200=240*103mm

G=25*0.24=6.00KN/m

IX=(1/12)*100*15003+4[(1/12)*200*1003+200*100*7002]+4

[(1/36)*

200*25+1/2*200*25(650-(25/3)) 2]

=71509.38*106mm4

IY=2*（1/12）*100*5003+（1/12）*（1500-200）

*1003+4[（1/36）*25*2003+（1/2）*200*25*（50+（200/3）

264）=2350*10mm

RX=（IX/A）1/2=545.85mm

RY=（IY/A）1/2=98.95mm

为便于后面使用，各柱的截面几何特征列于表-2。

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表-2 各柱的截面几何特征

四、荷载计算

1、恒载

（1）屋盖自重G1：天窗自重、屋面构造自重、屋架自重

屋面均布荷载汇集：

三毡四油防水层上铺小石子：0.4KN/m2 25mm厚水泥沙浆找平层：0.5KN/m2 100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4KN/m2 一毡二油隔气层：0.05KN/m2 25厚水泥沙浆找平层：0.5KN/m2 6m预应力大型屋面板：1.4KN/m2 合计：3.25 KN/m2

屋盖结构自重由屋架传给排架柱的柱顶G1按负荷范围计算： 其值为：屋面结构传来：3.25*6*21*0.5=204.75KN 天窗架传来：34KN

天沟板传来：2.02*6=12.12KN 屋架自重标准值：95/2=47.5KN 合计： G1=298.37KN

对于A，C轴柱：G1A=G1C=298.37KN。对柱顶的偏心距e1A=e1C=250-150=100mm。如图-5所示。

对于中柱：G1B =2*298.37=596.74KN。对柱顶的偏心距e1B=0。如图-6所示。

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图-5 图-6

（2）柱自重：上柱G2、下柱G3

上柱G2：

对于边柱：G2A=G2C=6.25*3.5=21.875KN。其偏心距e2A=e2C=650-250=400mm 对于中柱：G2B，K=8.75*3.5=30.625KN。其偏心距e2B=0。

下柱G3：

对于边柱：G3A=G3C=8.55*5.5*1.1=51.78KN。其偏心距e4A=e4C=0

对于中柱：G3B=6.00*8.55*1.1=56.43 KN。其偏心距e4B=0

（3）吊车梁及轨道自重G4：

边柱牛腿处：G4A=G4C=38+0.8*6=43.8KN。其偏心距e3A=e3C=750-650=100mm

对于中柱牛腿处：G4B左=G4B，K左=43.8KN 。其偏心距：e3B左=e3B=750mm。

（4）墙自重G5：

为了确定墙体的荷载，需要计算墙体的净高：基础顶标高为-0.950m。轨顶标高+10m。檐口标高为：10+2.4+1.4=13.8m。基础梁高：0.45m，因此，墙体净高为：13.8+0.95-0.45=14.3m。窗宽4m，窗高4.8+1.8=6.6m。

基础连系梁与上部墙体自重：5.2*（14.3*6-4*6.6）

+0.45*4*6.6=282.264KN。

基础连系梁自重：2.7*6=16.2KN

基础连系梁与上部墙体自总重：G6A，K=G6C，

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。

这项荷载直接作用在基础顶面。对下柱中心线的偏心距为：e6A=e6C=120+650=770mm。

各永久荷载的大小和作用位置如图-7所示：

K=282.264+16.2=298.464KN

CK=31.5KN

G6C

图-7

C

图-7 活荷载作用下双跨排架的计算简图 298.464KN 各永久荷载、活荷载的打大小（KN）和作用位置 12 K右8KN，K=

2、屋面活荷载

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001，屋面活荷载标准值：0.5KN/m2 屋面雪荷载：0.3KN/m2，不考虑积灰荷载，故仅按屋面活荷载计算。

活荷载作用下双跨排架的计算简图如下所示：

AB、BC 跨吊车为两台200/50，A4级工作制（中级工作制）。

最小轮压计算：

AB跨：PMIN,K=G1,K G2,K G3,K

2-PMAX,K=264 300-187=45KN 2

吊车竖向荷载DMAX,K、DMIN,K的计算，按每跨两台吊车同时工作且达到最大起重量考虑。按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定，吊车荷载的折减系数为 =0.9。吊车荷载的计算利用吊车支座反力影响线求得。

AB跨吊车竖向荷载DMAX，K、DMIN，K的计算：

DMAX，K= PMAX YI=0.9*187（1+1.6/6+4.8/6+0.4/6）=359.04

DMIN，K=PMIN DMAX=359.04*45.0/187=86.4KN PMAX

吊车竖向荷载DMAX，K、DMIN，K的作用位置与G3作用位置相同。

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吊车水平荷载TMAX，K的计算，按每跨2台吊车同时工作且达到最大起重量

考虑。按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定，吊车荷载的折减系数

为 =0.9，吊车水平系数 =1.0。吊车水平荷载的计算也可利用吊车竖向荷

载计算时吊车粮支座反力影响线求的。

每各车轮传递的水平力的标准值：

TK=1/4 （G2，K+G3，K）=1/4*0.1*（70.1+200）=6.76KN

则AB跨的吊车传给排架的水平荷载标准值：

TMAX，K=TK*DMAX，K/PMAX，K=6.76*359.04/187=12.97KN

各跨吊车水平荷载TMAX，K作用在吊车梁顶面，即作用在距吊车梁顶0.9m处。

4、风载

封闭式带天窗的双跨双坡屋面的风载体型系数查荷载规范表7.3.1第14项。

确定q1、q2、Fw，绘制示意图。

本地区基本风压Wo=0.5KN/M2。

在左风情况下，天窗处的μs的确定：a=18m,h=2.8m,因此a>4h,所以

μs=+0.6。

作用在柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，其风压高度变化系数可按注顶标高取值。 柱顶至屋脊间屋盖部分的风荷载，仍取为均布的，其对排架的作用则按作用

在柱顶的水平集中风荷载标准值Fw考虑。

这时的风压高度变化系数可按天窗檐口取值；

柱顶至室外地面的高度为：Z=7.6+0.15+2.4=10.35m

天窗檐口至室外地面的高度为：Z=7.6+0.15+2.4+1.3+2.6=15.65m.

按线性内插法确定μz:

柱顶: z 1.0 (10.35 10) (1.14 1)(15 10) 1.01

天窗檐口处: z 1.0 (15.65 10) (1.14 1)(15 10) 1.1582

左风情况下风荷载的标准值:

q1k=μs1μzWoB=0.8*1.01*0.55*6=2.667KN/M

q2k=μs2μzWoB=0.4*1.01*0.55*6=1.333KN/M

柱顶以上的风荷载可转化为一个水平集中力计算,其风压高度变化系数统

一按天窗檐口处μz=1.1582取值.其标准值为:

Fwk=ΣμsμzWohB

=[(0.8+0.4)*1.1582*0.55*6*1.4]+[(0.4-0.2+0.5-0.5)*1.1582*0.55*6*1.3]+[(0.6+0.6+0.6+0.5)*1.1582*0.55*6*2.6]+[(0.7-0.7+0.6+0.6)*1.1582*0.55*6*0.3]=30.27KN

右风和左风情况对称,方向相反。

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就可以了。

本厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架结构的内力计算。在各种 荷载作用柱顶按可动铰支座计算，不考虑厂房的空间工作。这里规定柱顶不动铰支 座反力R，柱顶剪力V和水平荷载自左向右为正，截面弯矩以柱左侧受拉为正， 柱的轴力以受压为正。 1、计算剪力分配系数

单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：Δu=H/(C0ECIL) C0=3/[1+λ3(1-n)/n]

计算有关参数：

AC柱：λ=Hu/H=3.5/12.05=0.290；n=Iu/IL=5208*106/(51942.92*106)=0.104

C0=3/[1+λ3(1-n)/n]=3/[1+0.2903 (1-0.104)/0.104]=2.479

B柱：λ=Hu/H=3.5/12.05=0.290；n=Iu/IL=14291.67.5*106/（74060.88*106）=0.1998

C0=3/[1+λ3(1-n)/n]=3/[1+0.0.2903 (1-0.1998)/0.0.1998]=2.733

单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：

A， C柱：ΔuA=ΔuC= H3/ (C0ECIL)=120503/（2.479*EC*50109.375*106）=14.085/ EC

336

B， B柱：ΔuB= H/ (C0ECIL)=12050/（2.733*EC*71509.375*10）=18.953/ EC

15

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令Ki=1/Δui

K=Ka+kb+kc=1/ΔuA +1ΔuB /+1/Δuc=0.2537 EC

所以，三根柱的剪力分配系数为：

ηA=K A/K=0.2798; ηB =K B /K=0.440; ηc=Kc/K=0.2798

验算：ηA+ηB +ηc≈1.0

(1-0.104)/0.104=2.1376

C3=1.5*(1-λ2)/[1-λ3(1-n)/n]= 1.5*(1-0.2902)/[1+0

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A柱：λ= 0.290；n =0.104.2903(1-0.104)/0.104]=1.1353

R1=MC1/H=29.837*2.1376/12.05=5.2929KN()

R2=MC3/H=125.908*1.1353/12.05=11.8625KN()

所以RA=R1+R2=17.1154KN（ ）

RB=R1=M1bkC1/H=4.725*1.827/12.05=0.716KN( )

C柱：Rc=0

所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=2.462KN（ ） 所以：各柱顶的实际剪力为： VA= RA-ηAR=1.057KN（ ）

VB=RB-ηB R=-0.367 KN（ ） VC=Rc-ηcR=-0.689 KN（ ） ΣVi≈0

各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算。

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4、吊车荷载作用下的排架内力（不考虑厂房整体空间工作）

（1）、AB跨有吊车荷载，Dmax,k作用在A柱，Dmin,k作用在B

柱时排架内力分析，其计算简图

如图-14所示。 A柱：λ=Hu=0.290；HKmax,k=Iun==0.104；C3=1.1353

Il

RA=R2=Mmax,k

HC3=35.904*1.1353/12.

05=-3.3827（ 图-14 B柱：λ=HuI=0.290；n=u=0.1998； HIl

2 C3=1.5*（1-λ

（）/[1+λ3（1-1）]= 1.5*（1-0.2902）/[1+0.2903n1-1）]=1.25175 0.1998

Mmin,kC3 H

C柱：RC 0RB R2 64.8 1.25175 6.7314KN 12.05

所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=3.3487

（

所以：各柱顶的实际剪力为：

( ) RA RA AR 3.3827 0.2798 3.3487 4.3197

RB RB BR 6.7314 0.440 3.3487 5.2580( )

( ) RC RC CR 0 0.2798 3.3487 0.93697

Vi 0

各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，

柱底剪力（向左为正）和轴力图如图-15所示。

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HIA柱：λ=u=00290；n=u=0.104；C3=1.1353

HIl

RA=R2=Mmin,k

HC3=-3.3827（ ） Mmin,k= B柱：λ=HuI=0.290；n=u=0.1998； HIl

23 C3=1.5*（1-λ）/[1+λ（

（1-0.290）/[1+0.290（231-1）]= 1.5*n1-1）0.290

RB=R2=Mmin,k

HC3=64.8*1.25175/12.05=6.7314KN( ） 图-16 C柱：RC=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=+3.3487（ ） 所以：各柱顶的实际剪力为：

VA=RA-ηAR=--3.3827-0.2798*3.3487= -4.3197（ ）

VB=RB-ηBR=6.7314-0.440*3.3487=5.2580（ ）

VC=RC-ηCR=-0.2798*3.3487=-0.93697（ ）

Vi 0

各柱顶的实际剪力求出后，即可按悬臂柱进行内力计算，排架的弯距图，柱底剪力（向

左为正）和轴力图如图-17所示。

20

C柱：λ=HuI=0.260；n=u=0.104； HIl

RC=R2=Mmin,kHC3=11.66*1.215/13.45=1.05KN ） A柱：RA=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RB+RC=-33.42

（

所以：各柱顶的实际剪力为：

VA=RA-ηAR=0.282*33.42= 9.42KN ）

VB=RB-ηBR=-34.47+0.434*33.42=-19.97KN）

VC=RC-ηCR=1.01+0.282*33.42=10.47KN（ ）

V

i 0 21

RC=R2=Mmin,kHC3=47.18*1.215/13.45=4.26KN ）

A柱：RA=0 所以：假设的排架柱顶不动铰支座的支座反力之和R=RA+RC=-4.26

（ ）

所以：各柱顶的实际剪力为：

u4=0.607

B柱：λ= 0.290；n= 0.1998

C4=[2-2.1λ+λ3（0.234/n+0.1）]/{2[1+λ3（1/n-1）]}=0.679

23

当y=0. 8 Hu时：

C4=[2-2.4λ+λ3（0.112/n+0.1）]/{2[1+λ3（1/n-1）]}=0.689

所以当y=0. 743Hu时：C4=0.689+（0.743-0.7）（0.646-0.689）（0.8-0.7）=0.670

5、风载下的排架内力

（1）、左风情况：

在均布风荷载作用下，各柱顶不动铰支座反力的计算： 图-16

A柱：λ=0.290；n= 0.104；

C5=3[1+λ4（1/n-1）]/{8[1+λ3（1/n-1）]}=0.3745

RA= -C5qH=--0.3745*2.667*12.05=-12.0369（ ）

C柱：λ=Hu/H=0.290；n=Iu/Il=0.104；C5=0.3745

RC = -C5qH=-0.3745*1.333*12.05= -6.0155KN（ ）

所以：假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和：

R= RA+RB+RC=-18.0254KN（ ）

所以：各柱顶的实际剪力为：

24

基本组合采用的荷载组合方式用规范给出的简化组合方式，即：

（1） 恒荷载+0.9（任意两个或者两个以上活荷载之和）

（2） 恒载+任意活载

25

标准组合，也可采用上述的基本组合规则，但荷载的分项系数均为1.0。

MMAX及相应的N、V

最不利内力： MMAX及相应的N、V

NMAX及相应的M、V

NMIN及相应的M、V

3、内力组合表

分别对A、B柱，绘制内力组合表。由附表给出。

七、柱的设计

（一）A、C 柱截面设计

砼：强度等级C25（fc=11.9N/MM2,ft=1.27N/MM2）, B=0.55

上柱： Nb bh0bfc 1 0.55 500 465 11.9=1521.71KN

下柱：

h0 1300 35 1265mm

0h0 0.55*1265 695.75 在腹板范围内

Nb hf(bf b)fc 1 bh0bfc 1 (500 100) 112 100 659.75 11.9 1318.2KN

上柱高3.5m,下柱高8.55m，总高12.05m ,柱截面尺寸见表，确定柱的计算长度。

排架方向：当考虑吊车荷载时

上柱： lu 2.0HU 2.0 3.5 7.0m

下柱：ll 1.0HL 8.55m

当不考虑吊车荷载时

上柱 lu 2.0HU 2.0 3.5 7.0m

下柱：ll 1.25HL 1.25 12.05 15.12m

垂直于排架方向：（按无柱间支撑）

当考虑吊车荷载时

上柱： lu 1.5HU 1.5 3.5 5.25m

26

下柱 ll 1.0HL 8.55m

当不考虑吊车荷载时

上柱：下柱ll 1.5Hu 5.25m

下柱：ll 1.2H 1.2 12.05 14.46m

该厂房工作环境属一类环境，预制构件砼保护层。按规范要求，取25 mm，则 s= ’s=35mm.

本设计采用对称配筋，选取内力时，只考虑弯矩绝对值。经分析，对基本组合所选择的不利内力见表。

截面 M N 是否为吊车荷载 初步判别大小偏心

122.9 423.99 是 大偏压 ×

-615 384.30 是 大偏压 ×

大偏压 √ I-I 122.39 424.99 是

66.49 384.31 否 大偏压 ×

-4.75 384.31 是 大偏压 ×

17.51 476.44 是 大偏压 √

-9.08 838.97 是 小偏压 ×

-217.46 573.31 是 大偏压 √

II-II -27.35 878.66 是 大偏压 ×

-131.57 452.19 是 大偏压 ×

-84.87 939.57 是 大偏压 √

517.66 901.11 否 大偏压 ×

-389.5 647.54 是 大偏压 ×

III-III 521.25 -975.99 是 大偏压 √

527.98 498.99 是 大偏压 ×

25.98 1001.64 是 小偏压 √

取舍原则

对大偏压：M相等或接近时，取N小者；

N相等或接近时，取M大者；

对小偏压：M相等或接近时，取N大者；

N相等或接近时，取M大者；

上柱配筋计算：

27

M 122.39KNM,N 424.99KN,lox 7.0m,loy 5.25m

e0 M

ea取h0 122..99 0.287m和20mm中的大值，故取20mmei e0 ea 287 20 307mm

考虑挠度的二阶效应对偏心距的影响

1 0.5fcA 0.5*11.9*250000/424.99*1000 3.5 1 1 1.0

l0/h 7/0.5 14 15 2 1

1 1

1400l(0)2 1 2 1.212 ei

h0

ei 1.212*307 372mm 0.3h0 0.3*465 139.5mm(按大偏压计算) e ei h as 372 250 35 587mm 2

x N 71.2mm。 bh0 0.55*465 255.8mm 1fcb .9 500

Ne fcbx(h0 x/2))As As 517.23mm2 fy(h0 as)

M 17.51KNM,N 476.44KN,lox 7.0m,loy 5.25m

e0 M

ea取h0 17. 36.7m.44和20mm中的大值，故取20mmei e0 ea 36.7 20 56.7mm

考虑挠度的二阶效应对偏心距的影响

1 0.5fcAN 0.5*11.9*250000/476.44*1000 3.12 1 1 1.0

l0/h 7/0.5 14 15 2 1

l(0)2 1 2 2.148 eih01 1

ei 2.148*56.7 121.79mm

28

h as 121.79 250 35 336.79mm 2

假设为大偏压

x N 80.1mm bh0 0.55*465 255.8mm 1fcb .9*500e ei

Ne fcbx(h0 x/2))As As 0 fy(h0 as)

上柱截面选定As,As分别为3 20，As As 941mm2

按最小配筋率：As As 0.002*250000 500mm2 另外(As As)/A 0.008 0.005 垂直于排架方向承载力验算（按轴心受压验算）

l0 5.25m

，查表得， 0.97 lo5. 10.5.5

Nu 0.9 (fcAc fyAs) 0.9*(11.9*(250000 941*2) 300*941*2) 3070.5KN N

所以垂直于排架方向承载力满足要求。

下柱截面的配筋计算

选III-III截面：

M 517.66KNM,N 901.11KN,lox 1.0Hl 8.55m,loy 8.55m

e0 M

ea取h0 517..11 0.57m 42.1mm

ei e0 ea 571 42.1 612.2mmh和20mm中的大值，故取0

考虑挠度的二阶效应对偏心距的影响

1 0.5fcAN 0.5*11.9*220000/901.11*1000 1.45 1 1 1.0

l0/h 8.55/1.3 6.57 15 2 1

l(0)2 1 2 1.063 eih01 1

先按大偏压计算：

29

x N 901. 151.45 h重新求x。f,此时中和轴在翼缘内， .9 500 1fcbf

x

N 1fchf(bf b) 1fcb 309.2 bh0 0.55*1265 695.75

则可按大偏压计算

ei 1.063*695.75 739.58mm

e ei

As As h as 739.58 650 35 1354.58mm 2 Ne fc(bx(h x/2) (b b)h(h h/2))0ff0f

fy(h0 as) 843.2mm2 0.002*220*1000 440mm2

选4 20，As As 1265mm2

垂直于排架方向承载力，按轴心受压构件计算

lox 8.55mm,ry 102.98mm,loyy 83.2

查表可得， 0.65

Nu 0.9*0.65(11.9*(220000 1265*2) 300*1265*2) 1690KN N 5765.27KN满足要求

下柱再计算一个小偏心受压的情况

M 521.25KNM,N 975.99KN,lox 1.0Hl 8.55m,loy 8.55m

e0 M

ea取h0 534.07mh和20mm中的大值，故取0 42.1mm

ei e0 ea 534.7 42.1 576.23mm

考虑挠度的二阶效应对偏心距的影响

1 0.5fcAN 0.5*11.9*220000/975.99*1000 1.341 1 1 1.0

l0/h 8.55/1 8.55 15 2 1

30

1 l(0)2 1 2 1.067

eih01

L0/h=7.85/1=7.85<15， 2=1

31

=1+1

ei

h0（l0/h）2 1 2=1.08

（二）、柱裂缝宽度验算

在柱的标注组合中，-（上柱 下柱）

需要进行跨度裂缝验算的不利内力，见表5

现在以M 384.47KN M,N 415.82KN.的情况来验算最大裂缝宽度。 cr crEs(1.9c 0.deq te)

,deq 20mm 构件力特征系数 cr 2.1,ES 2 1051256mm2 te AsA 0.0114

TE100 650 112 (500 100)

c 25mm ——最外层受拉钢筋外边缘至受拉底边的距离。

sk

I0NK e h0 h0AS 8.55/1.3 6.57 15, s 1.0

32

ys 265 35 615mm,e se0 ys 1539.6mm

0.87 0.12(1 vs0)2

其中v'f

(bf b)h'f

bh0

(500 400) 112

0.354 受压翼缘

100*1265

he

12652

) 0.8171539.6415820 1539.6 0.817 1265

可以计算出: sk 193.18N

mm20.817 1265 1256

f1.78

1.1 0.65tk1.1 0.65 0.573

te sk0.0114 193.18

0.87 0.12(1 0.348)(

max 2.1 0.193.1820

(1.9 25 0.08 ) 0.21mm min 0.3mm

5

2 100.0114

(

1FvsFhsFvsFvs故h0 h

2由4 12,箍筋 8@100.a 0,固不设弯筋。 3、吊车梁下局部受压验算

33

Fvs402840 3.57 0.75 11.9 8.925Nmm2As300 400

la fy

ftd 0.14 300d 33.07d1.27

垫板取400 400， 10

la 33.07d 33.07 12 396.8mm,取400mm

4、柱的外观尺寸

插入杯口的深度，按表取900mm，按钢筋锚固长度la 33.07 12 727.54mm 假定柱长12.05 0.9 12.95m.

hl 0.05 12.95 0.6475m

故柱插入杯口的长度取900mm满足要求。

0.00以上200mm以致牛腿下200mm范围内作成工字型。

（四）、柱吊装的验算

柱的自重：

下部矩形部分：g1 0.5 1.3 25 16.25KN

采用吊点起吊没，绑扎点在牛腿根部，采用翻身起吊，计算见图如图所示 何在计算所需乘以动力系数1.5，则

,g 26.5KN,g3 8.25KN,g4 24.375KN2M1k 0.5 9.375 3.52 57.42KN M

M2k 0.5 9.375 (3.5 0.4)2 0.5 0.4 (26.25 9.375)2 52.32KN M

也可以求得M3k 38.99KN M(计算过程从略）

承载力的验算：变截面处受弯承载力的验算

M1 0 GM1k 0.9 1.2 57.42 62.01KN M

其中 0——结构重要系数，取0.9； G——永久荷载分项系数。

按双筋截面计算：

Mｕ＝fyAs h0 as 300 941 465 35 121.396 M1

上柱截面满足要求。g1 9.375KN

下柱截面配筋为4 20，界面高度为1300mm，所以下柱吊装验算也满足要求。 裂缝宽度验算：

变截面处

M1k57.52 106

sk 150.83Nmm20.87 Ash00.87 941 465

941 0.0140.5 500 500

f1.78 1.1 0.65tk 1.1 0.65 0.141 te sk0.008 150.83 te As.5bh

max 2.1 0.141 150.83 22 1.9 2.5 0.08 0.055mm 0.3mm 52 10 0.008

其他截面验算从略

（五）、柱下基础设计

以A柱基础为例基础形式采用柱下独立基础形式，基础下采用垫层C10混凝土。预制柱和基础之间采用C30细石混凝土填充。

基础设计的内容包括：按地基承载力确定基础地面尺寸，按基础抗冲切和抗剪承载力要求确定基础高度，由于该单层厂房地基条件和荷载条件，满足地基基础设计规范关于不尽心地基变形验算的条件，因此，本设计部进行地基变形验算。

1、按构造要求确定基础高度尺寸。（见图）

35

基基础承载力条件确定。不要选择过大，基础的构造如图所示。

2、柱底截面不利内力选择

a、进行基础设计时候选用以下三组按荷载标准组合确定的最不利贝利。

（1）M 371.7KN,N 703.057KN,V 70.14KN

,N 756.54KN,V 66.67KN

,N 415.8KN,V 70.14KN （2）M 379.67KN（3）M 384.47KNb、进行机车设计时候选用以下三组按荷载基本组合确定的最不利不内力。

（1）M 517.66KN,N 901.1KN,V 89.75KN

（2）M 521.25KN,N 975KN,V 89.1KN

（3）M 389.49KN,N 647.5KN,V 23.32KN

3、基础底面尺寸确定

（１）、地基承载力特征值确定

，按地基基础设m2

计规范的要求，需要进行跨度和深度的修正。由于基础宽度较小(一般小于

3m)。故仅仅考虑基础埋深的修正，经修正后的地基承载力特征值为： 根据设计任务书地基持力层承载力特征值fak 200KN 36

fa fak d m(d 0.5) 220 1.6 17.5 (1.8 0.5) 265.4KN

1.2fa 318.48KNm2m2

（2）、 换算到基础底面的弯矩和轴向力标准值

由维护墙和基础梁传得基础顶面的永久荷载值：G6A,K 298.464KN，对基础中心线的偏心弯矩为：e6 620mm（见图）

传到基础底面的弯矩和轴力标准值为：

第一组：M1K 371.7 66.55 1.15 298.464 0.77 218.415KN M

　　　　N1K 7.03.07 298.464 1001.521KN

第二组：M２K 379.67 66.47 1.15 298.464 0.77 226.29KN M

　　　　N1K 756.54 298.464 1055.7KN

第三组：M３K 384.47 23.32 1.15 298.464 0.77 641KN M

　　　　N1K 415.8 298.464 714.264KN

（３）、按地基承载力确定基础底面尺寸

先按第二组内利标准值计算基础底面尺寸。 基础的平均埋深：d 1.8 0. 1.875m 按中心受压确定基础底面面积A；

A NK1055.004 4.62m2 fa Gd265.4 20 1.875

增大20%,1.2A 1.2 4.8 5.544m2

假定 1.8,a 1.8ba b 1.8b2 5.544m2

所以：b 1.75m,a 1.8b 3.15m,取a 32.m

以上是最初步估计的基础底面尺寸，必须进行地基承载力验算。

基础底面面积：A ab 3.2 1.75 5.76m2 ba2

3.675m3 基础底面的抵抗弯矩：W 6

基础和回填土的平均重力：

37

GK mdA 20 1.875 5.76 216KN

pk

pmax,k

pmin,kGK NK1055.004 216 220.66KN2 fa 265.4KN2mmA5.76GK NKMK226.29 220.66 296.093KN2 1.2fa 318.48KN2mmAWK3GK NKMK226.29 220.66 145.23KN2 0mAWK3

所以第二组内力满足要求。

对第一组内力进行验算：

pk

pmax,k

pmin,kGK NK1001.52 216 211.375KN2 fa 265.4KN2mmA5.76GK NKMK218.415 211.375 284.18KN2 1.2fa 318.48KN2mmAWK3.267GK NKMK218.415 211.375 138.57KN2 0mAWK3.627

所以第一组内力满足要求。

队第三组内力进行验算：

pk

pmax,k

pmin,kGK NK714.264 216 161.504KN2 fa 265.4KN2mmA5.76GK NKMK641 161.504 375KN2 1.2fa 318.48KN2 mmAWK3GK NKMK641 161.504 52KN2 0mAWK3

所以第三组内力不满足要求。

现在将基础地底面尺寸改为：a b 1.8 3.5m，重新进行验算。

基础底面面积：A ab 1.8 3.5 6.3m2 ba2

3.675m3 基础底面的抵抗弯矩：W 6

基础和回填土的平均重力：

38

GK mdA 20 1.875 6.3 236KN pk pmax,kpmin,k

GK NK714.264 236

139.04KN2 fa 265.4KN2

mmA6.3

GK NKMK641

139.04 303.06KN2 1.2fa 318.48KN2

mmAWK3.675

GK NKMK641

139.04 24.98KN2 0

mAWK3.675

所以第三组内力满足要求。

对第一组内力进行验算：

pk pmax,kpmin,k

GK NK1001.01 236

193.17KN2 fa 265.4KN2

mmA6.3

GK NKMK218.415

193.17 252.6KN2 1.2fa 318.48KN2

mAWK3.675

GK NKMK218.415

193.17 133.74KN2 0

mAWK3.675

所以第一组内力满足要求。 对第三组内力进行验算：

pk pmax,kpmin,k

GK NK1055.57 236

205.01KN2 fa 265.4KN2

mmA6.3

GK NKMK226.29

205.01 266.58KN2 1.2fa 318.48KN2

mmAWK3.267

GK NKMK226.29

205.01 145.57KN2 0

mAWK3.627

所以第三组内力满足要求。

经验算1.8 3.5m的基础底面尺寸满足地基承载力要求。 4、基础设计 （1）、上部结构产生的基础底面内力设计值：

第一组：M1K 517.66 89.75 1.15 1.2*298.464 0.77 345.09KN M　　　　N1K 901.1 298.464 1199.56KN

第二组：M２K 521.25 59.1 1.15 1.2*298.464 0.77 347.93KN M　　　　N1K 975 298.464 1273.464KN

第三组：M３K 389.49 23.32 1.15 1.2*298.464 0.77 687KN M　　　　N1K 647.5 298.464 945.464KN在这三组内力下，地基净反力的计算：

39

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N1199.56 180.385KN2

mA6.65

NM345.09KN 180.385 269.3622 pn,ma x

mAW3.88

NM370.43 181.54 91.44KN2 pn,mi n

mAW3.468

N1273.464

191.5KN2 第二组pn

mA6.65

NM347

191.5 280.93KN2 pn,ma x

mAW3.88

NM347

191.5 10.026KN7 pn,mi n

m2AW3.88

N945.464

142.175KN2 第三组pn

mA6.65

NM687 142.175 319.81KN2 pn,ma x

mAW3.88

NM687 142.75 34KN2 pn,mi n

mAW3.88

第一组：pn

由于pmin 0,pmax应重新计算。 偏心距e0 M

0.727m。

合力的最大压力的距离a'0.5ae0.53.40.7270.973m

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冲切承载力按第二组荷载作用下，地基最大净反力pn,max 319.81KN步确定杯壁高度h2 400mm（见图）

m2

。初

因壁厚t 300mm，小于杯壁高度，说明上阶低落早冲切破坏锥体以内，故仅需对台阶以下进行冲切承载力验算（见图）

基础下设有垫层时候，混凝土保护层的厚度取35mm。冲切破坏锥体的有效高度

为：

h0 750 40mm 710mm

冲切破坏锥体的最不利一侧上边长：at 400 2 375 1150mm 冲切破坏锥体的最不利一侧下边长：

at 1150 2 710 2570mm 1800mm所以：ab 1800mm所以：am

1150 1800

1475mm2

考虑冲切荷载时的基础底面积近似为：

ab at

3.41.75 0.71) 0.297m222

冲切力：Fl pn,maxAl 372.46 0.297 86.58KNAl 1.8(

抗冲切力的计算：

h 750mm 800mm, hp 1.0,ft 1.1N

m2

F抗 0.7 hpftamh0 0.7 1.1 1475 710 806.38KN 86.58KN

所以抗冲切力满足要求。 （3）基础底板配筋计算

1）、沿基础边长方向钢筋计算，分别按柱边（1-1截面），变阶处（2-2截面）两个面计算。所以选择的地基尽反力按第二组作用下，地基最大的净

反力验算。pn,max 319.81KN

相应位置的地基净反力计算：

pn1 91.44

319.81 91.44 3.5

0.5 238.25KN2

m3.5 2

m

2

，pn,min 91.44KN

m2

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pn2 81.04 M1

372.46 81.04 3.41.75

262.71KN2

m3.42 2

1 PN,MAX pn1 1 319.81 238.25 22

2 1.8 0.4 305.05KN Ma a2b b 3.5 1.0 cc 24 224 2 M1305.05 106

As1 1453.83mm2

0.9fyh010.9 210 (1150 40)1 PN,MAX pn2 1 319.81 238.25 22

2 1.8 1.15 176KN MM2 a a2b b 3.5 1.75 11 24 2242

h02 750 40 710mm

M1176 106

As1 1311.57mm2

0.9fyh020.9 210 710

按As2选择钢筋，该方向的钢筋直径用 12，单根钢筋面积113.1mm2。 钢筋总根数：n

1311.57

12根，钢筋间距：s (1800 50) 145mm。

113.1

该方向的配筋为： 12@150,共12根。

2）、沿短边方向的钢筋计算

沿短边方向钢筋计算，分别按柱边（3-3截面），变阶处（4-4截面）两个截面计

算。所选择的地基 净反力按三组和荷载作用下，地基最大的平均净反力计算

pn 262.71KNM3

m2

Pn262.71

(b bc)2(2a ac) (1.8 0.4)2(2 3.5 1.0) 171.64KN M2424h03 h01 d 1150 40 12 1098mmM3171.64 106 As3 827mm2

0.9fyh030.9 210 1098

Pn262.71(b b1)2(2a a1) (1.8 1.15)2(2 3.5 1.75) 40.46KN M2424h04 h02 d 710 12 698mmM4

M440.46 106

As4 306.7mm2

0.9fyh040.9 210 698

按As3选择钢筋，由于钢筋面积较小，该方向上的钢筋直径用 8，单根

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钢筋面积50.3mm2。钢筋总根数：n

827

16根，钢筋间距：50.3

s (3500 50)

215mm。

按照构造要求该方向的配筋为： 8@220，根数s (3500 50)

1 18

根，柱下基础配筋如图所示，由于基础长边方向大于3米，因此该方向上的钢筋可以截断10% ，并交错布置，钢筋可用统一编号。 柱和基础的施工图见图。

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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/308b41d7f12d2af90342e64a.html