钢筋混凝土课程设计_钢筋砼课程设计

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钢筋混凝土课程设计计算书

辽宁工程技术大学力学与工程学院

工程力学09—1 班

第四小组

目录

一、设计资料..............................................................................3

二、结构构件选型......................................................................4

三、结构计算..............................................................................4

四、荷载组合与内力组合.........................................................17

五、柱、基础的配筋计算.........................................................17

六、基础设计.............................................................................24

七、参考资料.............................................................................29

混凝土

结构课程设计计算书

一、设计资料

（一）、设计题目：金工车间单跨厂房结构设计。

（二）、设计条件：

1、工艺要求：本工程为某城市郊区某铸造车间，工艺要求为一单跨单层厂房，跨度为27m，长度为102m，柱距6m，车间内有15/3t 和30/5t 两台A5级工作制吊车，轨顶标高10.2m。吊车的有关参数见下表 1-1。

2、工程地质情况：天然地面下1.2m 处为褐黄色亚粘土老土层，作为基础持力层，地基承载力设计值ｆ=140kPa，初见地下水位在地面以下0.7m，（标高－0.85m）。

3、地震设防烈度：无要求

4、建筑资料和荷载资料：

（1）屋面板采用预应力混凝土大型屋面板，板重（包括灌缝在内）标准值 为 2kN/m2。

（2）天沟板板重标准值 2kN/m2。

（3）屋架采用预应力混凝土折线形屋架，屋架自重标准值 109kN/榀。

（4）吊车梁采用先张法预应力混凝土吊车梁，吊车梁高 1200mm，自重标准值 50kN/根，轨道及零件重1kN/m，轨道及垫层构造高度 200mm。

（5）假设工业厂房用期50 年。阜新地区雪荷载标准值 0.4 KN/m2、基本风压0.6 KN/m 2。

（6）设计任务排架柱及基础材料选用情况

①柱

混凝土：采用C35，钢筋：纵向受力钢筋采用 HRB400级钢筋，箍筋采用

HRB335级钢筋。②基础

混凝土：采用C25，钢筋：采用HRB400级钢筋。

（三）设计内容：

1.确定纵横定位轴线，上柱的高度及截面尺寸；下柱的截面尺寸；布置屋盖支撑，柱及柱间支撑；

2.排架计算简图及进行荷载计算；

3.排架内力计算与内力组合； 4.排架柱牛腿设计；

5.排架柱截面的配筋计算； 6.预制柱下基础设计；

7.按照学校有关规定标准格式，用 8.绘制施工图纸（1 #图 纸一张）

(1)结构布置图（屋面板、屋盖支撑布置、吊车梁、柱及柱间支撑、墙体布置）(2)基础施工图（基础平面平面布置图及基础配筋图）(3)柱施工图

二、结构构件选型 ：

结构的名称

屋面板

天沟板 天窗架 屋架

预应力混凝土折线形屋

架 先张法预应力混凝土吊

车梁 表 1.1 主要构件选型

选取材料

预应力混凝土大型屋面

板

重力荷载标准值kN/m 2kN/m 2 57 kN/ 榀 109 kN/ 榀

m 吊车梁高 1200m，自重标

准值 50 kN/ 根，轨道及零

件重 1 kN/m，轨道及垫层

构造高度 200 mm。

A4 纸打印计算书一份。

吊车梁

吊车 吨位/3t 30 /5t吊车有关参数表 1－

起 重 吊 车 轮 距 最 大 轮 最 小 轮 起 重 机 小 车 总 车高

量宽 压 压 总重 K H

重 Q1

B(mm)

P

Pmin

max

（K（mm）（KN）（KN）(m)

（KN）N）(KN)

/ 5160 4100 148 33 215 66.1 29.4

294 / 6150 4800 290 70 118 107.8 2.734 49

三、结构计算

（一）结构计算简图（由于 A、B 柱的对称性，所以以下计算过程以

1、排架柱的高度、基础的埋置深度及基础高度：（1）

Q A 柱为例）

0.23 = 5.75 KN / m G = 25×根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，确定柱的截面尺寸，经计算得截 面几何特征，汇总见表。

柱截面尺寸及相应的计算参数表 2－

面积

mm 截面尺寸/ 2 惯性矩/ mm

/ mm

500 矩 500 ×

1000 × 150 × 10 I500 ×

02.5 × 10 2.3 ×计算参数 柱号

上柱

A，B

下柱)

自重/(kN/m5.21 ×

6.25 5.753.141 ×

3、荷载计算(1)恒 载计算

a、屋盖恒载标准值：

预应力大型屋面板 天沟板 天窗架 屋架自重

则作用于横向平面排架边柱柱顶屋盖结构自重为: G1=(4*6*27/2+57+109/2)=435.5KN

uh

1-200 e

=

mm 作用在轴线的右侧。计算偏心距 ＝ 500/2 － 200＝2

1M 1 A = M 1 B = G

1Ae

A =

435.5*0.05=21.775 KN.mKN mKN m 57 kN/ 榀

kN/ 榀

M 2 A = M 2 B = G 2 A e

2A =

435.5*0.25=108.875 KN.m b.柱自重标准值： 上柱 下柱

G2a=6.25*3.25=20.315KN G3a=5.75*7.75=44.563KN

2M 2 A = G 2 Ae

= 5.078 KN.m、屋面活载（不上人屋面，取 0.70 KN m 大于屋面雪载 0.4 KN m）故（2）

Q

1A = Q1

B = 0.7*6*27/2=56.7 KN

M 1 A = Q e1

A = 2.835 KN.m

= 14.175 KN.m

2M 2 A = Q Ae A

(3)、吊车梁及轨道连接重力荷载 G 4 A = G 4 B(50+0.4*6)=52.4 KN M 4 A = M 4A = 52.4*0.4=20.96 G 4 AeKN.m吊车荷载

QA1 1 = B = 吊车的参数：吊车有关参数表 1－吊车 起 重

吊 车 轮 距

K

B

(mm)

最 大 轮 最 小 轮 起 重 机 小 车 总 车高

压 P

max（KN）

压 Pmin

(KN)70

（KN）

总重

重 Q

1（KN）

(m)H

量宽 Q 吨位

（K（mm）N）/5t

294 / 49/3t

/ 29.4

5160

4100

6150

4800

290 118 107.8 2.734

33 215 66.1

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

: 情况（a）

=0.9γ

pmax ∑ y i =0.9×(0.738+0.055)] Dmax

QF

1.4×

[290×

(1+0.2)+148 ×

=585.36 KN

i= 0.9 × 1.4×(1+0.2)+33 ×(0.738+0.055)] Dm in =0.9γ

Q F min ∑ y

[70 ×

=110.17 KN

: 情况（b）

pDm ax =0.9γ

QF max ∑ y i =0.9×

1.4×

[290×

(0.738-0.062)+148×

(1+0.317)]

=492.60 KN

1.4×(0.738-0.062)+33 ×(1+0.317)] Dmin

=0.9γ

Q F min ∑ yi=

0.9

×

[70 ×

=114.38 KN

（１）吊车的横向荷载

水平刹车力： T1=1/4α β（水平刹车力： T2=1/4α β（× 0.12×

0.9×

(150+215)=9.855 KN Q2+g2）

=4 × 0.12×

0.9×

(300+118)=11.286 KN Q1+g1）

=4 吊车横向荷载设计值： Tmax＝ γ

Q

∑ T ∑ yi

=1.4 × [11.286 × +（0.738+0.055）]

（1+0.2）9.855×

=29.83 KN

风荷载（6）

6KN

/ m 2，对于城市地区，风压高度变化系数 μ z 阜新地区的基本风压 ω 0 = 0.按 B 类地区考虑高度取值。对 q

1,q 2 按柱顶标高 10.2 m 考虑查得 μ z = 1。

风荷载体型系数图

风压高度变化系数参照荷载规范，并用插值法求出不同标高时的系数。则风压高度变化系数如表

标高（m）

∝ z

10.0 11.834 1.00

1.074所示。

15.0 1.14

表 2 15.384 1.148

15.99 1.162

17.65 1.198

18.92 1.2261.25

均布风荷载如下表：（序号

z ω 0 l qi

= β z μ sμ）

β

Z

μZ

μs

ω0

q(KN/m)

方向2 31 1

1.074 1.148 1.162

0.8 0.8 — 0.2

0.6 0.6 0.6

3.093 3.307 0.836

→

→

←1 1.198 0.6 0.6 2.588

→1 1.226 — 0.7 — 0.7 — 0.6 — 0.6 — 0.5 — 0.5

0.6 3.090

←7 81 1

1.226 1.198 1.162

0.6 0.6 0.6

3.090 2.588 2.509

←

→

→101

1.148 1.074

0.6 0.6

2.067 1.933

→

→

排架荷载总图如图

3.内 力计算

恒载作用下的内力（1）由于单层厂房多属于装配式结构，柱，吊车，梁及轨道的自重，是在预制柱吊装 就位完毕而屋架尚未安装时施加在柱子上的，此时尚未构成排架结构。但在设计

中，为了与其他荷载项计算方法一致，并考虑到使用过程的实际受力情况，在柱，吊车梁及轨道的自重作用下，仍按排架结构进行内力计算。1）在 G1（屋架）作用下

A M 1 A = M 1 B = G1

Ae435.5*0.05=21.775 KN.m

= A M 2 A = M 2 B = G 2 A

0.244；

0.166

λ＝

已知 n＝，e 2

= 435.5*0.25=108.875 KN.m

则有：

λ 1 1? ? ? λ ? ? ? ? ? ? 1

=1.8164）2）活载作用下 1）屋面活荷载作用下的内力

Q1 与 G1 作用位置相同，即成比例。则有： Q1 =56.7KN

R = R1

× Q1

G1= 2.678 KN

(→)M 1 = M 11 × Q1

G= 3.969 KN.m 1

M=Q1

2M 12 × G= 119.845K N.m

N1 =

Q1

= 56.7k N

屋面活载作用下的计算简图和内力图分别示于图 9 和图13

（10）吊车竖向活载作用下的内力 ①最大轮压作用于 A 柱时 A 柱 B柱

M A

= D maxe

/ m= 585.36×

0.4= 234.144kN

0.4 = 44.068M B

= D min e= 110.17 ×kN

/ m

计算简图如图 11 所示：

图 11 吊车竖向荷载作用下的计算简图

与恒载计算方法相同，可得 A 柱 B柱

C3＝

C2＝

1.31467

M 4 A

RA

= C 3 = — 24.756(←)

H M 4 B

RB

= C 3 = 4.659(→)

H

A 柱与 B 柱相同，剪力分配系数 ?A = ?B = 0.5，则 A 柱与 B 柱柱顶的剪力分别为

A 柱 VA = RA14.708kN

(←)B 柱 VB = RB2.1

+ λ 3 0.nC = =0.703+ λ.? ? ? 0? ? ? 11 + λ 3μ Am(RA + RB)

= 3.087k N(←)VB = RB1)n C = = 0.35578

λ 1 + 3C11q1H = 0.3557*3.09*12.434 =C11q2 H =0.3557?1.93?12.434=-2 7.361(←)

图 14

排架单元结构对称，柱中的轴力为零，计算简图如图 15 所示

μ = 0.5，则有： VA = R1 + ?(-R1R2 + W)= 10.839 ΚΝ

根据计算左来风情况下的 M 图如图 16 的实线所示

四、荷载组合与内力组合排架单元结构对称，可仅考虑 组合。

A 柱的截面。具体情况见表的汇总和表 4 的表 3 —荷载汇总表

荷载汇总表

竖向吊车荷载 水平吊车荷载 最大轮压作用于 水平力作用方向

A B 向左 向右 3 4 5 6

-44.62

-44.64

± 6.90

± 6.90

风

左来风

64.36 截面 内力

恒载 1

活载 2

2.965

右来风

-41.78

M

ⅠⅡ

N

-75.28-11.2 189.52 0.56 ± 14.50 ± 14.50 64.36-41.78

508.21 56.7 585.36 110.17 0 0 0 0

M 47.05 6.78 5.26-138.8-265.9 265.88 320.679-284.2

Ⅲ0.5h

+ aˊ

s =(mm)As

= A

ˊ)fˊ

y(h0

-aˊ、x

f 时，当 x > 2 aˊ

s = As

= A

εe

N（-0.5h

+ 0.5 x)2

(mm)

ˊ

y(h0ˊ)f

-a

i

1920.4

842.4

ρ min Ac

(mm)(一侧纵向钢筋)

500

3Φ

3Φ

2(2081)

460Φ 16 2 Φ 18(911)一侧被选受拉钢筋及其面积（mm）

A 柱的上柱和下柱截面的配筋图见下图 4－

具体钢筋的型号见施工图 23

a / h0

可以不设弯起筋

@

按构造要求布置水平箍 筋，取 φ12，上部 2 / 3h 100

03

? ? ? × 585 = 390mm 范围内水平箍筋

? ? ? 总面积为：

2 a / h0

= 160 / 575 = 0.278

可不设弯筋 满足要求。A = 113.1×

390

> = 441.1 mm

As

763 = 381., 满足要求 = 0.5× 5 mm

牛腿配筋图见下图。

4、柱的吊装验算

柱子吊装阶段验算

荷载：包括上柱，牛腿和下柱的载荷。（1）上柱： 牛腿：5×÷ 10 × 25 = 6.25（KN / m)

(22)×062 + 0.22)-(1

.0 + 0..0.0.22 ×

? ?? ? ??×

= 20.17

KN / m × 0.25 ÷ 0.6

..2

下柱：3 × 10 ÷ 10 × 25 = 5.75 KN / m6

自重：包括上柱，牛腿和下柱的自重。（2）.5 6.× 25

= 11.25 KN ? m 上柱自重： g 1 = 1.2 ×

1.20.17 = 36×.30 KN ? m 牛腿自重： g 2 = 1.2 ×

KN ? m

1.× 5

×.75

= 10.35

下柱自重： g 3 = 1.2 弯矩：（3）M 1 = q1

×

Hu2

= 11.25

×.034

= 51.78 KN / m

= [(5.5/ 2)-(1/ 2)-1.205]×4-[(4/ 2)-(0.5/ 2)-1.205]2 = 3.88m2

A2 =(bc + h0)h0 =(0.5+1.205)×1.205 = 2.05m2 Fl = pn,max A1 =105.34×3.88 = 408.12KN

0.6 f1 A2 = 0.6×1.27 ×2.05×103 =1562.1 >Fl（满足要求）

（2）验算变阶处冲切

bc =1.25m,ac =1.75m,h0 =0.905m

A1 = [(5.5/ 2)-(1.75/ 2)-0.905]×4ac)2(2b+ bc)=1/ 48×(105.34 +84.32)(5.5-1)2(2×4 +0.5)= 680.11KN / m ASΙ =(MΙ / 0.9h0 f y)=(680.11×10)/(0.9×1205×360)=1741.99

[]

mm2

（2）截面Ι′— Ι′ p′nΙ =88.21KN

MΙ′=1/ 48×(105.34 +88.21)(5.50.5)(2×5.5 +1)= 491.29

mm2

29/((0

(h

×0

×120512

= M ΙΙ / [.= 1271.02 mm

0)×

360 ] = 1113.77.故配置 φ12@160

（mm)A

= 1357.2 S

参考文献

⑴ 建筑结构制图标准(G B/T 50105-2001).北京 : 中国建筑工业出版社 ,2001 ⑵ 钢筋混凝土结构设计规范（GB50010-2002

.北京 : 中国建筑工业出版社 ,2002）⑶ 建筑荷载设计规范（GB50009-2001

.北京 : 中国建筑工业出版社 ,2002）⑷ 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002

.北京 : 中国建筑工业出版社 ,2002）⑸ 徐占发主编.建筑结构与构件设计.北京 : 中国建材工业出版社 ,1996 ⑹ 苏小卒主编.砌体结构设计.上海同济大学出版社 ,2002

⑺ 沈蒲生主编.混凝土结构设计原理.北京 : 高等教育出版社 ,2002