混凝土结构设计(自考)书上的课程设计

目录

§1任务书……………………………………………………………1 3 §2构件选型表……………………………………………………… 5 §3工程名称………………………………………………………… 6 §4工程简介………………………………………………………… 6 §5设计资料………………………………………………………… 6 §6结构计算………………………………………………………… 8

6.1计算简图确定……………………………………………… 8

6.1.1柱高及柱全高确定…………………………………… 8 6.1.2初步确定柱截面尺寸………………………………… 9

6.2荷载计算…………………………………………………… 10

6.2.1恒荷载………………………………………………… 10 6.2.2屋面活荷载…………………………………………… 11 6.2.3吊车荷载……………………………………………… 11 6.2.4风荷载………………………………………………… 13 6.3内力计算…………………………………………………… 15 6.3.1恒荷载作用下………………………………………… 15 6.3.2屋面活荷载作用下…………………………………… 16 6.3.3吊车荷载作用下……………………………………… 17 6.3.4风荷载作用下………………………………………… 19 6.4最不利内力组合…………………………………………… 21

§7排架柱及牛腿设计……………………………………………… 22 7.1排架柱设计………………………………………………… 23

7.1.1柱截面配筋计算…………………………………… 23

7.1.2裂缝宽度验算……………………………………… 25

7.2 牛腿设计…………………………………………………… 27 7.3 柱的吊装验算……………………………………………… 28

§8排架柱基础设计………………………………………………… 30

8.1.1荷载计算……………………………………………… 30 8.1.2基础底面尺寸确定…………………………………… 32 8.1.3确定基础底面高度…………………………………… 32 8.1.4基底配筋计算………………………………………… 34

高等教育考试建筑工程专业 混凝土结构设计实践课程设计任务书

一、 设计题目：混凝土单层厂房结构设计

有一金工车间，不考虑抗震设防，采用装配式混凝土柱的等高排架结构，不设天窗，车间长60m，柱距6m，跨度见下表，吊车为每跨两台中级工作制软钩吊车，其起重量见下表。

二、设计资料

1、防水屋面，屋面恒荷载为1.4KN/m2(水平投影面积)。 2、面活荷载为0.70KN/m2，屋面没有积灰荷载。

22

3、雪荷载标准值0.4KN/m，风荷载标准值0.35KN/m，屋面坡度角 α=11º21ˊ。

4、已考虑深度和宽度修正后的地基承载力特征值180KN/m2。

5、在柱距6m范围内，基础梁、围护墙、窗、圈梁等传至基础顶面的竖向集中力标准值

为300-350KN(吊车轨顶标高，低的取小值，高的取大值)，此竖向集中力与柱外侧边的水平距离为0.12m。

6、室内地坪标高为±0.000，室外地坪标高为-0.300。

7、柱顶至檐口顶的竖向高度h1=2.1m, 檐口至屋脊的竖向高度h2=1.2m。 8、混凝土强度等级，排架柱用C30,柱下扩展基础用C20。

9、排架柱主筋及柱下扩展基础内钢筋用HRB335级钢筋, 柱箍筋用HPB235级钢筋。 10、吊车的有关技术参数可查阅专业标准《起重机基本参数和尺寸系列》（ZQ1-62~ZQ8-62）

或直接参照吊车制造厂的产品规格得到。

三、设计内容及要求

（一）设计计算书

1、单层厂房平面、剖面结构布置及主要结构构件选型。

2、排架内力分析（计算简图，荷载计算及各种荷载作用下的排架内力分析）。 3、排架边柱内力组合。

4、排架柱设计（截面设计、配筋构造、吊装验算、牛腿设计）。

5、排架柱下扩展基础的设计（基础底面尺寸的确定、基础高度的验算、基础底部配筋计算）。

6、课程设计计算书要求：一律用A4打印纸，黑色钢笔水手写。

7、课程设计计算书装订顺序：封面、内容摘要、任务书、目录、具体设计计算内容。装订成册。

（二）设计施工图

1、单层厂房平面（±0.000）、剖面结构布置图，比例1∶200、1∶100 2、装配式边柱施工图（摸板图和配筋图），柱比例：1∶50，柱截面比例：

1∶20。

3、边柱下扩展基础的平面图与剖面图，比例：1∶20-1∶40。

4、施工图要求用铅笔画，并按要求的比例把各部分匀称地安排在两张二号图纸上，中文字要用仿宋体工整地书写，图右下角部要写施工说明，包括混凝土强度等级、钢筋的级别以及需要说明的其他内容。 5、图纸标题栏：

四、参考资料

1.《建筑制图统一标准》 2.《88J1-88J10工程做法》 3.《房屋建筑学》

4.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001） 5.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002) 6 《砼结构设计》；有关单层厂房结构设计资料。

构件选型表2-1

情按上课讲的顺序

§3.工程名称：天津市红桥区××厂汽车配件加工车间单层钢筋混凝土 厂房结构设计方案

§4.工程简介：本工程为天津市红桥区内一金工车间,本地此类建筑不考虑

抗震设防.此车间为单跨车间,设计采用装配式混凝土柱的等高排架结构.

§5设计资料

(1) 装配车间其跨度为

18m ,车间总长为60m,柱距采用6m.

(如P5图5-1) 对吗？

(2) 每一跨设计为2台中级工作制软钩吊车,其设计参数见下表5-1:

表5-1 电动桥式起重机基本参数5-50/5t一般用途电动桥式起重机基本参数和尺

寸系列(ZQ1-62)

《混凝土结构设计》P309

(3)车间所在场地,其地基承载力特征值ƒa=180 KN/㎡. (4)厂房中标准构件选用情况:(参见P4中构件选型表1-1)

① 屋架采用钢结构屋架,屋面坡度角α=11°22′.

(5)几个相关高度尺寸,见下表5-2:

表5-2

基础底面标高(含垫层200 mm)为-1.800m;

(6)荷载取值,如下表5-3:

表5-3

a)基础梁底荷载标准值:是指在柱距6m范围内,基础梁、维护墙、窗、圈梁等传至基础顶面的

竖向集中力。此集中力与柱外侧边的水平距离本工程为0.12m;

(7)排架柱及基础材料选用情况：《混凝土结构设计》P291 ① 柱

混凝土：采用

C30，（ƒc=14.3N/㎜²；ƒtk=2.01N/㎜²）

HRB335级钢筋，（ƒy=300N/㎜²,

钢筋：纵向受力钢筋采用

Es=2×10N/㎜²）

箍筋采用

5

HPB235级钢筋，（ƒy=210N/㎜²）

② 基础

混凝土：采用 钢筋：采用

C20，（ƒc=9.6N/㎜²；ƒtk=1.54N/㎜²）

HRB335级钢筋

§6结构计算

(1)计算简图确定

①柱高及柱全高确定: 根据

P9剖面图6-1得

柱顶标高=吊车轨顶标高+轨顶以上高度+小车顶至屋架下弦顶面高度 =7.5+2.05+0.5=10.5 (m)

上柱高 Hu=柱顶标高-轨顶标高+吊车梁高+轨道高度

=10.5-7.5+0.9+0.2=3.65 (m)

由于构造要求，基础梁顶一般底于室内地面标高

50mm《房屋建筑学》

P406，由本工程所选基础梁高知基顶标高为-0.500,则

全柱高 H=柱顶标高-基顶标高=10.5-（—0.5）=11 (m)

应按任务书所给基础底面标高计算

下柱高 Hl=H-Hu=11-3.65=7.35 (m)

上柱与全柱高的比值 λ

=3.65/11=0.332

剖面图6-1

②初步确定柱截面尺寸《混凝土结构设计》P66表2-4

本工程选用实腹柱.上柱选取矩形截面，b×h=400mm×400mm，下柱选 取矩形截面，b×h=400mm×800mm. 根据刚度要求初步验算，

HK=吊车梁高+下柱高=0.9+7.35=8.25 m≤10 m,

则所选截面高度800≥HK/11≈0.75 (可以). 截面宽度400≥H/20=367.5mm (可以)

l

③上下柱截面惯性矩及其比值

排架平面内:上柱 Iu=400×4003

/12=2.133×109

mm4

下柱 Il=400×8003

/12=1.7064×1010

mm

4

比值η=Iu/ Il=0.125 排架平面外:

比值η=Iu/ Il=0.5

排架计算简图如下图

6-2

(2) 荷载计算

①恒荷载

(a) 屋盖结构自重

屋面恒荷载 1.2×1.4=1.68 KN/m

2

天沟板 1.2×1.91×6=13.752 KN 屋架自重 1.2×77=92.4 KN

则作用于横向平面排架一端柱顶的屋盖结构自重

G1=1.68×18×6/2+13.752+92.4/2=150.67 KN

e1=hu/2-150=50 mm (hu为上柱截面高) hu=？

(b) 柱自重

上柱 G2=1.2×25×0.4×0.4×3.65=17.52 KN e2=hl/2-hu/2=200 mm

hu=？h1=？

下柱 G3=1.2×25×0.4×0.8×7.35=70.56 KN

e3=0 mm

(c) 吊车梁及轨道自重

G4=1.2×(45.5+1×6)=61.8 KN

e4=？

G5=？e5=？

②屋面活荷载

由于屋面活荷载0.7KN/m大于该工程所在地基本雪压0.4KN/m2.故此屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为:

Q1=1.4×0.7×(6×18/2)=52.92 KN e1=hu/2-150=50 mm

2

③吊车荷载

由前面表5-1知,

Pmax,k=165 KN, Pmin,k=34 KN, B=5650 mm, K=4400 mm, Q2,K=55 KN, 根据B与K及反力影响线,可以算出与各轮对应的影响线竖标(如图6-3)

由图得:《混凝土结构设计》P43图2-22 l1=1600mm, K=l4=4400 mm, l5=350 mm 则y2=l1/l=0.2667, y1=1, y3=0.792 ,y4=0.0583 则 ∑yi=y1+y2+y3+y4=2.117

查《混凝土结构设计》P46 表2-1 得 β=0.9 至此可得出柱上的吊车荷载:

Dmax=βrQPmax,k∑yi=0.9×1.4×2.117×165=440.12 KN

Dmin= Dmax ×Pmin,k/Pmax,k=440.12×34/165=90.7 KN

吊车中心线至纵向定位轴线的距离e,按照工程经验Q≤50t采用750mm.

同情况下满足,吊车端部外边缘至上柱内边缘的安全净空尺寸 Cb≥80mm.《房屋建筑学》P387 则

e4=750-hl /2=750-800/2=350mm

作用于每一个吊车轮子上的吊车水平制动设计值:《混凝土结构设计》P45 由于是软钩吊车,且Q=15-50t,故取α=0.10;小车重力Q2,K=55 KN 表5-1,吊车额定起吊质量重力Q3,K=150 KN

TK=α/4×(rG•Q2,K+rQ•Q3,K)=0.1/4×(1.2×55+1.4×150)=6.9 KN

那么,在考虑二台吊车的荷载折减系数β后,吊车对排架的最大横向水平荷载标准值 Tmax,k=β•Tk•∑yi=0.9×6.9×2.117=13.147 KN 其作用点到柱顶的垂直距离 y=Hu—he=3.65-0.9=2.75 m(he为吊车梁高) 则 y/Hu=2.75/3.65=0.7534

④ 风荷载

天津本地区基本风压wo=0.35KN/m .对于天津这样的大城市市郊,风压高

2

度变化系数μz按B类地区考虑.

a) 对于两侧墙面,q1、q2高度的取值按柱顶离室外天然地坪的高度10.05+0.3=10.35m考虑,查《荷载规范》得离地10m时,μz=1.00 离地15m时,μz=1.14.由插值法得,离地10.35m时,

μz=1+[(1.14-1.0)/(15-10)]×(10.35-10)

=1.0098

由屋面坡度角α=11°22′≤15°知,风荷载的计算简图为下图6-4

《混凝土结构设计》P48 中图2-26

图

6-4 风荷载的计算简图

则,q1=rQ•μs•μz•wo•B=1.4×0.8×1.0098×0.35×6=2.375 KN（单位？）

q2=rQ•μs•μz•wo•B=1.4×0.5×1.0098×0.35×6=1.4844 KN

b) 对于屋盖部分,由于无天窗设置,FW则按照厂房檐口标高=柱顶标高+柱顶至檐口顶部垂直距离-室外地坪标高=10.05+2.1-(-0.3)=12.45 m,由插值法得,此时 μz=1+[(1.14-1.0)/(15-10)]×(12.45-10)

=1.0686

《混凝土结构设计》P49 式2-10

那么, FW=W1K+W2K=rQ•[(μs3+μs4)•h1+(μs2-μs1)•h2]•μz•wo•B

=1.4×[(0.8+0.5)×2.1+(0.5-0.6)×1.2]×1.0686×0.35×6 =8.2 KN

⑤ 排架受荷载总图如下图

6-5

(3)内力计算

①恒荷载作用下

根据恒荷载的对称性,以及施工中的实际受力情况,可将图6-5中的恒荷载G1、G2、G4简化为图6-6 中的计算简图

.

图6-6 G1、G2、a) 在G1的作用下

G4作用下的计算简图

M11=G1•e1=150.672×0.05=7.5366 KN•m M12=G1•e2=150.672×0.2=30.13 KN•m

《混凝土结构设计》P51 知n=Iu/ Il=0.125 , λ=Hu/H=0.315

(见前面第9页);由《混凝土结构设计》P301表4-2,表4-3 可得 C1=3/2•[1-λ

2

•(1-1/n)]/[1+λ

3

3

•(1/n-1)]=2.1

C3=3/2•(1-λ)/[1+λ

2

•(1/n-1)]=1.1077

则,支座反力 R1=M11•C1/H=7.5366×2.1/11=1.4388 KN R2=M12•C3/H=30.13×1.1077/11=3.0341 KN 不动铰支座柱顶反力 R=R1+R2=1.4388+3.0341=4.4729 KN 其相应弯矩图为图6-6中a;

b) 在G2的作用下

上柱对下柱的偏心弯矩 M22=-G2•e2=-17.52×0.2=-3.504 KN•m 其相应弯矩图为图6-6中b.

c) 在G4的作用下

吊车竖向荷载对下柱的偏心弯矩

M44=G4•e4=61.8×0.35= 21.63 KN•m 其相应弯矩图为图6-6中c.

将图6-6中a、b、c弯矩图叠加,得到在G1、G2、G4共同作用下的恒荷载弯矩

图,既图6-6中的d；轴力图N为图6-6中的e.

②屋面活荷载作用下

单跨排架,Q1与G1一样为对称荷载,且作用位置相同,所以由G1的内力图按照比例可求得Q1的内力图.此时不动铰支座柱顶反力为

RQ1=Q1•R1/G1=-52.92×

MQ11=Q1•e1=1.571×0.05=0.0786 KN•m MQ12=Q1•e2=1.571×0.2= 0.3142 KN•m 相应的M图,N图,如图6-7

③ 吊车荷载(考虑厂房整体空间作用)

查得单跨厂房整体空间作用分配系数μ=0.9.

a) 吊车垂直荷载作用下

ⅰ> Dmax作用在

A柱的情况

此时吊车垂直荷载作用下的内力,可以按照图6-8中的简图a计算.

图6-8 吊车垂直荷载作用下的内力计算简图

因此A、B柱顶剪力可按照所示简图推导的下列公式计算:(采用弯矩作用在上柱底面时的系数C3,弯矩分配后,按照其公式计算) Vmax=-0.5×[(2-μ)MDmax+μMDmin]C3/H

=-0.5×[(2-0.9)×440.24×0.35+0.9×90.7×0.35]×1.1077/11 =-9.972 KN

Vmin=0.5×[(2-μ)MDmin+μMDmax]C3/H

=0.5×[(2-0.9)×90.7×0.35+0.9×440.24×0.35]×1.1077/11

= 8.7405 KN

(绕杆端顺时针转为正)其相应弯矩图为图6-8中的图b.

ⅱ> Dmin作用在A柱的情况

由于结构对称,只须将A、B柱的内力对换,内力正负变号. b) 吊车水平荷载作用下

ⅰ> Tmax从左向右作用在A、B柱上的情况的内力,可按照图6-9的计算简图计算.

此时,A、B柱顶剪力可按照所示简图推导的下列公式计算: VTA=VTB=-(1-μ)•C5•Tmax

由《混凝土结构设计》P302-P303表4-4至表4-7可得C5的值; 当y=0.7Hu时,C5=0.5753;当y=0.8Hu时,C5=0.527;因为此时吊车梁顶至柱顶垂直距离=上柱高-吊车梁高=3.65-0.9=2.75 m,y=2.75/3.65≈0.7534.由插值法得此时C5=0.5495

VTA=VTB=-(1-μ)•C5•Tmax=-(1-0.9)×0.5495×13.147 =-0.7224 KN

其相应弯矩图为图6-9.

ⅱ> Tmax从右向左作用在

A、B柱上的情况的内力,与Tmax从左向右作用的弯矩

图相反.其相应弯矩图为图6-10.

④ 风荷载

ⅰ> 风荷载从左向右作用在A、B柱上的情况的内力,可按照图6-11计算简

图计算.由《混凝土结构设计》P304表4-8可得柱顶反力系数C11的值; 对于单跨排架,A、B柱顶剪力

VA=0.5•[FW-C11•H(q1-q2)]=0.5×[8.2-0.33×11×(2.375-1.4844)] =2.4836 KN

VB=0.5•[FW+C11•H(q1-q2)]=0.5×[8.2+0.33×11×(2.375-1.4844)] =5.7164 KN

ⅱ> 风荷载从右向左作用在

A、B柱上的情况的内力,与上一种作用的弯矩图

相反.

两者弯矩图见图

6-11.

⑷最不利内力组合

本结构对称,故只须对柱A进行最不利内力组合,其步骤如下:

主要原则在《混凝土结构设计》P58-P60.

① 由于小车无论向左、向右运行中刹车，A、B柱内力大小相等，而符

号相反，在组合时可考虑合并为一项.

② 根据最不利又最有可能的原则,确定每一项内力组合.

排架的内力组合如下表6-1

请见EXCEL文件:内力组合表.xls 以及CAD文件:表6-1-B_t3.dwg 无法打开

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§7排架柱及牛腿设计(1)排架柱设计

① 柱截面配筋计算

(a)最不利内力选择

由于截面Ⅲ-Ⅲ的弯矩与轴向力均比截面Ⅱ-Ⅱ的大,故下柱截面配筋由截面Ⅲ-Ⅲ的最不利内力确定.上柱截面配筋由截面I-I的最不利内力确定.经比较,将此两部分最不利内力列于下表6-2中:

(b)同时将柱在排架方向的初始偏心距ei、计算长度l0、偏心距增大系数η求出列于表7-1中.

表7-1

注:e0=M/N;

ei=e0+eS;(eS取20mm与h/30中较大的值);

ζ1=0.2+2.7•ei/h0,ζ1>1.0时,ζ1取1.0; ζ2=1.15-0.01•l0/h ,l0/h

考虑吊车荷载时,l0=2•Hu(上柱),l0=1•Hu(下柱);不考虑吊车荷载时,l0=1.5•H; η=Cm•[1+K/(1400•ei/h0)•(l0/h)2•ζ1•ζ2;Cm=0.7+0.3•M2/M1;

(c)柱在排架平面内的配筋计算(见下表7-2)

表7-2

注:e=ηei+h/2-αs;

在此x按照x=N/5720计算,因为N

ζb取0.550;

由于,x≤2α′s,故上、下柱选用公式AS=Ne/[300*(h0-35)];

(d)柱在平面外承载力计算

上柱Nmax=215.8 KN ,按照无柱间支撑考虑.《混凝土结构设计》P66下表2-5.取l0为1.5Hu=5.475 m=5475 mm,则l0/b=13.69查《混凝土规范》得 l0/b=12时,φ= 0.95;l0/b=14时,φ= 0.92.由插值法得此时φ= 0.9245 . 那么 Nu=φ•(ƒc•Ac+2•ƒy•As)=0.9245×(14.3×400×400+2×300×763) =2539 KN＞Nmax=215.8 KN (可以)

下柱Nmax=836 KN 取l0为1.0Hl=7350 mm 则l0/b=18.375 查《混凝土规范》得l0/b=18时,φ= 0.81;l0/b=20时,φ= 0.75.由插值法得此时φ=0.8,则 Nu=φ•(ƒc•Ac+2•ƒy•As)

=0.8×(14.3×400×800+2×300×1256) =263.68KN＞Nmax=215.8 KN(可以) ②裂缝宽度验算

因为截面Ⅲ-Ⅲ以及截面I-I中都存在e/h＞0.55,故对其进行验算.

(a) 对截面Ⅲ-Ⅲ—选用M=-256 KN•m ; N=292 KN,此时e/h=1.1464

验算裂缝宽度的荷载标准组合值

MK=29.7/1.2+(-63.4-101-152.7)/1.4=-201.8KN•m NK=292/1.2=243.3 KN 则e0=MK/NK=0.839 m

配筋率 ρte=AS/Aet=1256/(0.5×400×800)

=0.00785＜0.01,ρte取0.01 ηs=1+1/(4000×e/h)×(l0/h)=1.001

e=ηse0+h/2-αs=1.001×877+800/2-35=1243 mm

则纵向受拉钢筋AS合力点到受压区合力点间的距离:

z =[0.87-0.12×(1-γf)•(h/e)2]•h

={0.87-0.12×[1-800/765]×(765/1243)}×765 =667.14 mm

纵向受力钢筋AS的应力

σsk=NK•(e-z)/(AS•z)=243300×(1243-667)/(1256×667) =167.3 N/㎜裂缝纵向受拉钢筋应变不均匀系数

ψ=1.1-0.65׃tk/(ρte•σsk)=1.1-0.65×2.01/(0.01×167.3) =0.319

由《混凝土结构设计规范》的8.1.2知:受拉区纵向钢筋的等效直

径deq=Σ

2

2

n•d/Σn•v•d=20 mm (v按照《混凝土结构设计规范》表8.1.2-2

2

i

i

i

i

i

i

取1.0)所以,最大裂缝开展宽度为

ωmax=αcr•ψ•σsk/Es•(1.9•C+0.08•deq/ρte)

=2.1×0.319×167.3/(2×10)×(1.9×25+0.08×20/0.01) =0.11628mm＜0.3 mm (满足要求)

(b) 对截面I-I—选用M=-67.1 KN•m ; N=168 KN,此时e/h=1.1617

5

验算裂缝宽度的荷载标准组合值

MK=8.83/1.2+0.9×(-36.4-11.23-36.7)/1.4=52.877 KN•m NK=168.2/1.2=140.2 KN 则e0=MK/NK=0.377 m

配筋率 ρte=AS/Aet=763/[0.5×400×400]=0.0095＜0.01,ρte取0.01; ηs=1+1/(4000×e/h)×(l0/h)=1.0806

e=ηse0+h/2-αs=1.081×377+400/2-35=572.54 mm 则纵向受拉钢筋AS合力点到受压区合力点间的距离:

z =[0.87-0.12×(1-γf)•(h/e)2]•h

={0.87-0.12×(1-400/365)×(365/573)}×365 =319.25 mm

纵向受力钢筋AS的应力

σsk=NK•(e-z)/(AS•z)=140200×(573-319)/(763×319) =146.3 N/㎜裂缝纵向受拉钢筋应变不均匀系数

ψ=1.1-0.65׃tk/(ρte•σsk)=1.1-0.65×2.01/(0.01×146.3)

=0.207

由《混凝土结构设计规范》的8.1.2知:受拉区纵向钢筋的等效直

径deq=Σ

2

2

n•d/Σn•v•d=18 mm (v按照《混凝土结构设计规范》表8.1.2-2

2

i

i

i

i

i

i

取1.0)所以,最大裂缝开展宽度为

ωmax=αcr•ψ•σsk/Es•(1.9•C+0.08•deq/ρte)

=2.1×0.207×146.3/(2×10)×(1.9×25+0.08×18/0.01) =0.0609 mm＜0.3 mm (满足要求)

5

(2)牛腿设计

(a)牛腿几何尺寸确定

牛腿截面宽度与柱等宽,为400mm;若取吊车梁外侧到牛腿外边缘的距离c1=80 mm,吊车梁端部宽为500mm,而吊车梁轴线至柱外侧的距离为750mm,则牛腿顶面的长度为750-400+500/2+80=680 mm.相应牛腿水平截面高为680+400=1080 mm.牛腿外边缘高h1=500 mm,倾角α=45°,于是牛腿的几何尺寸如下图

(b)牛腿配筋

由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内,即

a=750-800=-50 mm

按照构造要求配筋,纵向钢筋取4Ф16,箍筋取Ф8@110mm ,弯起钢筋取2Ф17,如图7-1.《混凝土结构设计》P73

(c)牛腿局部挤压验算

设垫板长、宽为400×400mm,局部压力标准组合值 FVK=Dmax,k+G4,k=440.12/1.4+61.8/1.2=365.87 KN 局部挤压应力为

σsk=FVK/A=365870/(400×400)=2.287 N/㎜＜0.75ƒc=10.73 N/㎜

(满足要求)

(3)柱的吊装验算

①吊装方案:一点翻身起吊,吊点设在牛腿与下柱交接处(如下图②荷载计算

2

2

7-2中a)

上柱自重 g1=1.2×1.5×25×0.4×0.4=7.2 KN/m 牛腿自重

g2=1.2×1.5×25×0.4×(1.08×0.78-0.5×0.28×0.28)/0.7 =20.654 KN/m

下柱自重 g3=1.2×1.5×25×0.8×0.4=14.4 KN/m 其计算简图如下图7-2中b.

此图配筋有问题

③ 内力计算

M1=0.5×7.2×3.65

2

=48 KN•m

2

2

M2=0.5×7.2×(3.65+0.78)+0.5×(20.654-7.2)×0.78 =76 KN•m

M3=0.5×14.4×7.35-76/2=15 KN•m

弯矩图见图7-2中c. ④截面承载力计算

截面I-I:b×h=400×400,h0=365 mm,AS=AS’=763 mm,ƒy=300 N/mm.

承载力为 Mu=AS•ƒy•(h0-αs＇)=763×300×(365-35)/10

=75.54 KN•m＞M1=48 KN•m (可以满足)

截面Ⅲ-Ⅲ:b×h=400×800,h0=765 mm,AS=AS’=1256 mm,ƒy=300 N/mm.

承载力为 Mu=AS•ƒy•(h0-αs＇)=1256×300×(765-35)/10

6

2

2

6

2

2

2

=275.1 KN•m＞M2=76 KN•m (可以满足)

⑤裂缝宽度验算

由截面承载力验算知,裂缝宽度验算截面I-I即可.钢筋应力如下: σsk=MK/(0.87•AS•h0)=48000000/1.2/(0.87×763×365)=165.1 N/㎜ 有效受拉纵向钢筋配筋率

ρte=AS/Aet=763/[0.5×400×400]=0.0095＜0.01,ρte取0.01

ψ=1.1-0.65׃tk/(ρte•σsk)=1.1-0.65×2.01/(0.01×165.1) =0.308

ωmax=αcr•ψ•σsk/Es•(1.9•C+0.08•deq/ρte)

=2.1×0.308×165.1/(2×10)×(1.9×25+0.08×18/0.01)

=0.1022 mm＜0.3 mm (满足要求)

§8排架柱基础设计

由《混凝土结构设计》P82中表2-6知,柱的插入深度h1=0.9h=720 mm,故取800mm＞0.05ld=685 mm(ld为吊装时柱长).则杯口深度为800+50=850 mm;采用单杯口形式.杯口顶部尺寸:宽为400+2×75=550 mm,长为800+2×75=950 mm;杯口底部尺寸:宽为400+2×50=500 mm,长为800+2×50=900 mm;根据《混凝土结构设计》P82中表2-7取杯壁厚度t=300 mm,杯底厚度α1=250 mm,杯壁高度h2=300 mm,α2=200 mm.详见下图8-1.

基础高度这些尺寸符合1.8米吗？

①荷载计算

52

(a)由柱传至基顶的荷载

由PXX的表6-1可得截面Ⅲ-Ⅲ荷载设计值如下:

第一组 Mmax=318 KN•m, N=836 KN,V=114 KN

第二组 Mmin=-256 KN•m,N=292 KN,V=123 KN

(b)由基础梁传至基顶的荷载

由前P7的表5-3知,G5=300 KN.基础的受力情况如下图8-1.其中G5对基础底面中心的偏心距离

es=0.3/2+0.8/2=0.52 m

相应的弯心偏矩设计值为

G5•es=300×0.52=156 KN•m

(c)作用于基底的弯矩与相应基顶的轴向力设计值:

由上知基础高度为800+50+250=1100 mm,

那么,第一组 Mbot=318+1.1×114-156=287.4 KN•m,

N=836+300=1136 KN

第二组 Mbot=-256-1.1×123-156=-547.3 KN•m,

N=292+300=592 KN

此图尺寸与本设计不符

②基础底面尺寸确定

先按照轴心受压构件估算,设基础埋d=1.5 m,且根据前P7地基承载力特征值ƒa=180 KN/㎡,近似取γm=20 KN/m.《混凝土结构设计》P75由第一组荷载可得

A=NK/(ƒa-γm•d)=1136/(180-20×1.6)=7.6757 m

23

将其增大10%-40%,取A•(1.1-1.4)=(8.44-10.75) m

22 取l/b=1.5,l•b=9.7 m,那么算得l≈3.815 m,b≈2.543 m;

初步取l=4 m,b=2.6 m.

验算e0≤l/6的条件:

e0=Mbot/N=287.4/(1136+20×4×2.6×1.6)=0.1957 m≤l/6=0.67m(满足) 验算另一组荷载:

第二组 Pmax=Nbot/A+Mbot/W= N/A+γG•d+Mbot/W

=592/(4×2.6)+20×1.6+547.3/(1/6×4×2.6)

=210.4 KN•m≤1.2ƒa=1.2×180=216 KN•m(满足)

Pmin=Nbot/A-Mbot/W= N/A+γG•d-Mbot/W

=592/(4×2.6)+20×1.6-547.3/(1/6×4×2.6)

=-32.52 KN•m≤0

P=Nbot/A=592/(4×2.6)+20×1.6

=88.923 KN•m≤ƒa=180 KN•m(满足)

最后确定基础底面尺寸为4m×2.6m.(上图8-1)

③确定基础底面高度 22 22222

前面按照构造初步确定基础高为1100m,采用锥形杯口基础,根据构造要求初步确定基础的剖面尺寸如上图8-1所示.由于上阶底面落在柱边破坏锥面之内,故该基础只做变阶处的抗冲切验算.见下图8-2.

(a)在各组荷载设计值作用下的地基最大净反力

第一组 Ps,max=N/A+Mbot/W=1136/(4×2.6)+287.4/(1/6×4×2.6)

=173 KN•m,

第二组 Ps,max=N/A+Mbot/W=592/(4×2.6)+547.3/(1/6×4×2.6)

=178.37 KN•m

抗冲切验算按第二组荷载的设计值作用下的地基最大净反力计算

2222

(b)第二组荷载作用下的冲切力

冲切力近似按照地基最大净反力Ps,max计算

Ps1≈Ps,max=178.37 KN•m2

基础宽度b=2.6 m,小于冲切锥面底边宽度.则基底面受冲切面以外的基底面积(参见图8-2中阴影部分)

A1=(l/2-l1/2-h01)•b=(4/2-1.55/2-0.8)×2.6

=1.105 m

目录

§1任务书……………………………………………………………1 3 §2构件选型表……………………………………………………… 5 §3工程名称………………………………………………………… 6 §4工程简介………………………………………………………… 6 §5设计资料………………………………………………………… 6 §6结构计算………………………………………………………… 8

6.1计算简图确定……………………………………………… 8

6.1.1柱高及柱全高确定…………………………………… 8 6.1.2初步确定柱截面尺寸………………………………… 9

6.2荷载计算…………………………………………………… 10

6.2.1恒荷载………………………………………………… 10 6.2.2屋面活荷载…………………………………………… 11 6.2.3吊车荷载……………………………………………… 11 6.2.4风荷载………………………………………………… 13 6.3内力计算…………………………………………………… 15 6.3.1恒荷载作用下………………………………………… 15 6.3.2屋面活荷载作用下…………………………………… 16 6.3.3吊车荷载作用下……………………………………… 17 6.3.4风荷载作用下………………………………………… 19 6.4最不利内力组合…………………………………………… 21

§7排架柱及牛腿设计……………………………………………… 22 7.1排架柱设计………………………………………………… 23

7.1.1柱截面配筋计算…………………………………… 23

7.1.2裂缝宽度验算……………………………………… 25

7.2 牛腿设计…………………………………………………… 27 7.3 柱的吊装验算……………………………………………… 28

§8排架柱基础设计………………………………………………… 30

8.1.1荷载计算……………………………………………… 30 8.1.2基础底面尺寸确定…………………………………… 32 8.1.3确定基础底面高度…………………………………… 32 8.1.4基底配筋计算………………………………………… 34

高等教育考试建筑工程专业 混凝土结构设计实践课程设计任务书

一、 设计题目：混凝土单层厂房结构设计

有一金工车间，不考虑抗震设防，采用装配式混凝土柱的等高排架结构，不设天窗，车间长60m，柱距6m，跨度见下表，吊车为每跨两台中级工作制软钩吊车，其起重量见下表。

二、设计资料

1、防水屋面，屋面恒荷载为1.4KN/m2(水平投影面积)。 2、面活荷载为0.70KN/m2，屋面没有积灰荷载。

22

3、雪荷载标准值0.4KN/m，风荷载标准值0.35KN/m，屋面坡度角 α=11º21ˊ。

4、已考虑深度和宽度修正后的地基承载力特征值180KN/m2。

5、在柱距6m范围内，基础梁、围护墙、窗、圈梁等传至基础顶面的竖向集中力标准值

为300-350KN(吊车轨顶标高，低的取小值，高的取大值)，此竖向集中力与柱外侧边的水平距离为0.12m。

6、室内地坪标高为±0.000，室外地坪标高为-0.300。

7、柱顶至檐口顶的竖向高度h1=2.1m, 檐口至屋脊的竖向高度h2=1.2m。 8、混凝土强度等级，排架柱用C30,柱下扩展基础用C20。

9、排架柱主筋及柱下扩展基础内钢筋用HRB335级钢筋, 柱箍筋用HPB235级钢筋。 10、吊车的有关技术参数可查阅专业标准《起重机基本参数和尺寸系列》（ZQ1-62~ZQ8-62）

或直接参照吊车制造厂的产品规格得到。

三、设计内容及要求

（一）设计计算书

1、单层厂房平面、剖面结构布置及主要结构构件选型。

2、排架内力分析（计算简图，荷载计算及各种荷载作用下的排架内力分析）。 3、排架边柱内力组合。

4、排架柱设计（截面设计、配筋构造、吊装验算、牛腿设计）。

5、排架柱下扩展基础的设计（基础底面尺寸的确定、基础高度的验算、基础底部配筋计算）。

6、课程设计计算书要求：一律用A4打印纸，黑色钢笔水手写。

7、课程设计计算书装订顺序：封面、内容摘要、任务书、目录、具体设计计算内容。装订成册。

（二）设计施工图

1、单层厂房平面（±0.000）、剖面结构布置图，比例1∶200、1∶100 2、装配式边柱施工图（摸板图和配筋图），柱比例：1∶50，柱截面比例：

1∶20。

3、边柱下扩展基础的平面图与剖面图，比例：1∶20-1∶40。

4、施工图要求用铅笔画，并按要求的比例把各部分匀称地安排在两张二号图纸上，中文字要用仿宋体工整地书写，图右下角部要写施工说明，包括混凝土强度等级、钢筋的级别以及需要说明的其他内容。 5、图纸标题栏：

四、参考资料

1.《建筑制图统一标准》 2.《88J1-88J10工程做法》 3.《房屋建筑学》

4.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001） 5.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002) 6 《砼结构设计》；有关单层厂房结构设计资料。

构件选型表2-1

情按上课讲的顺序

§3.工程名称：天津市红桥区××厂汽车配件加工车间单层钢筋混凝土 厂房结构设计方案

§4.工程简介：本工程为天津市红桥区内一金工车间,本地此类建筑不考虑

抗震设防.此车间为单跨车间,设计采用装配式混凝土柱的等高排架结构.

§5设计资料

(1) 装配车间其跨度为

18m ,车间总长为60m,柱距采用6m.

(如P5图5-1) 对吗？

(2) 每一跨设计为2台中级工作制软钩吊车,其设计参数见下表5-1:

表5-1 电动桥式起重机基本参数5-50/5t一般用途电动桥式起重机基本参数和尺

寸系列(ZQ1-62)

《混凝土结构设计》P309

(3)车间所在场地,其地基承载力特征值ƒa=180 KN/㎡. (4)厂房中标准构件选用情况:(参见P4中构件选型表1-1)

① 屋架采用钢结构屋架,屋面坡度角α=11°22′.

(5)几个相关高度尺寸,见下表5-2:

表5-2

基础底面标高(含垫层200 mm)为-1.800m;

(6)荷载取值,如下表5-3:

表5-3

a)基础梁底荷载标准值:是指在柱距6m范围内,基础梁、维护墙、窗、圈梁等传至基础顶面的

竖向集中力。此集中力与柱外侧边的水平距离本工程为0.12m;

(7)排架柱及基础材料选用情况：《混凝土结构设计》P291 ① 柱

混凝土：采用

C30，（ƒc=14.3N/㎜²；ƒtk=2.01N/㎜²）

HRB335级钢筋，（ƒy=300N/㎜²,

钢筋：纵向受力钢筋采用

Es=2×10N/㎜²）

箍筋采用

5

HPB235级钢筋，（ƒy=210N/㎜²）

② 基础

混凝土：采用 钢筋：采用

C20，（ƒc=9.6N/㎜²；ƒtk=1.54N/㎜²）

HRB335级钢筋

§6结构计算

(1)计算简图确定

①柱高及柱全高确定: 根据

P9剖面图6-1得

柱顶标高=吊车轨顶标高+轨顶以上高度+小车顶至屋架下弦顶面高度 =7.5+2.05+0.5=10.5 (m)

上柱高 Hu=柱顶标高-轨顶标高+吊车梁高+轨道高度

=10.5-7.5+0.9+0.2=3.65 (m)

由于构造要求，基础梁顶一般底于室内地面标高

50mm《房屋建筑学》

P406，由本工程所选基础梁高知基顶标高为-0.500,则

全柱高 H=柱顶标高-基顶标高=10.5-（—0.5）=11 (m)

应按任务书所给基础底面标高计算

下柱高 Hl=H-Hu=11-3.65=7.35 (m)

上柱与全柱高的比值 λ

=3.65/11=0.332

剖面图6-1

②初步确定柱截面尺寸《混凝土结构设计》P66表2-4

本工程选用实腹柱.上柱选取矩形截面，b×h=400mm×400mm，下柱选 取矩形截面，b×h=400mm×800mm. 根据刚度要求初步验算，

HK=吊车梁高+下柱高=0.9+7.35=8.25 m≤10 m,

则所选截面高度800≥HK/11≈0.75 (可以). 截面宽度400≥H/20=367.5mm (可以)

l

③上下柱截面惯性矩及其比值

排架平面内:上柱 Iu=400×4003

/12=2.133×109

mm4

下柱 Il=400×8003

/12=1.7064×1010

mm

4

比值η=Iu/ Il=0.125 排架平面外:

比值η=Iu/ Il=0.5

排架计算简图如下图

6-2

(2) 荷载计算

①恒荷载

(a) 屋盖结构自重

屋面恒荷载 1.2×1.4=1.68 KN/m

2

天沟板 1.2×1.91×6=13.752 KN 屋架自重 1.2×77=92.4 KN

则作用于横向平面排架一端柱顶的屋盖结构自重

G1=1.68×18×6/2+13.752+92.4/2=150.67 KN

e1=hu/2-150=50 mm (hu为上柱截面高) hu=？

(b) 柱自重

上柱 G2=1.2×25×0.4×0.4×3.65=17.52 KN e2=hl/2-hu/2=200 mm

hu=？h1=？

下柱 G3=1.2×25×0.4×0.8×7.35=70.56 KN

e3=0 mm

(c) 吊车梁及轨道自重

G4=1.2×(45.5+1×6)=61.8 KN

e4=？

G5=？e5=？

②屋面活荷载

由于屋面活荷载0.7KN/m大于该工程所在地基本雪压0.4KN/m2.故此屋面活荷载在每侧柱顶产生的压力为:

Q1=1.4×0.7×(6×18/2)=52.92 KN e1=hu/2-150=50 mm

2

③吊车荷载

由前面表5-1知,

Pmax,k=165 KN, Pmin,k=34 KN, B=5650 mm, K=4400 mm, Q2,K=55 KN, 根据B与K及反力影响线,可以算出与各轮对应的影响线竖标(如图6-3)

由图得:《混凝土结构设计》P43图2-22 l1=1600mm, K=l4=4400 mm, l5=350 mm 则y2=l1/l=0.2667, y1=1, y3=0.792 ,y4=0.0583 则 ∑yi=y1+y2+y3+y4=2.117

查《混凝土结构设计》P46 表2-1 得 β=0.9 至此可得出柱上的吊车荷载:

Dmax=βrQPmax,k∑yi=0.9×1.4×2.117×165=440.12 KN

Dmin= Dmax ×Pmin,k/Pmax,k=440.12×34/165=90.7 KN

吊车中心线至纵向定位轴线的距离e,按照工程经验Q≤50t采用750mm.

同情况下满足,吊车端部外边缘至上柱内边缘的安全净空尺寸 Cb≥80mm.《房屋建筑学》P387 则

e4=750-hl /2=750-800/2=350mm

作用于每一个吊车轮子上的吊车水平制动设计值:《混凝土结构设计》P45 由于是软钩吊车,且Q=15-50t,故取α=0.10;小车重力Q2,K=55 KN 表5-1,吊车额定起吊质量重力Q3,K=150 KN

TK=α/4×(rG•Q2,K+rQ•Q3,K)=0.1/4×(1.2×55+1.4×150)=6.9 KN

那么,在考虑二台吊车的荷载折减系数β后,吊车对排架的最大横向水平荷载标准值 Tmax,k=β•Tk•∑yi=0.9×6.9×2.117=13.147 KN 其作用点到柱顶的垂直距离 y=Hu—he=3.65-0.9=2.75 m(he为吊车梁高) 则 y/Hu=2.75/3.65=0.7534

④ 风荷载

天津本地区基本风压wo=0.35KN/m .对于天津这样的大城市市郊,风压高

2

度变化系数μz按B类地区考虑.

a) 对于两侧墙面,q1、q2高度的取值按柱顶离室外天然地坪的高度10.05+0.3=10.35m考虑,查《荷载规范》得离地10m时,μz=1.00 离地15m时,μz=1.14.由插值法得,离地10.35m时,

μz=1+[(1.14-1.0)/(15-10)]×(10.35-10)

=1.0098

由屋面坡度角α=11°22′≤15°知,风荷载的计算简图为下图6-4

《混凝土结构设计》P48 中图2-26

图

6-4 风荷载的计算简图

则,q1=rQ•μs•μz•wo•B=1.4×0.8×1.0098×0.35×6=2.375 KN（单位？）

q2=rQ•μs•μz•wo•B=1.4×0.5×1.0098×0.35×6=1.4844 KN

b) 对于屋盖部分,由于无天窗设置,FW则按照厂房檐口标高=柱顶标高+柱顶至檐口顶部垂直距离-室外地坪标高=10.05+2.1-(-0.3)=12.45 m,由插值法得,此时 μz=1+[(1.14-1.0)/(15-10)]×(12.45-10)

=1.0686

《混凝土结构设计》P49 式2-10

那么, FW=W1K+W2K=rQ•[(μs3+μs4)•h1+(μs2-μs1)•h2]•μz•wo•B

=1.4×[(0.8+0.5)×2.1+(0.5-0.6)×1.2]×1.0686×0.35×6 =8.2 KN

⑤ 排架受荷载总图如下图

6-5

(3)内力计算

①恒荷载作用下

根据恒荷载的对称性,以及施工中的实际受力情况,可将图6-5中的恒荷载G1、G2、G4简化为图6-6 中的计算简图

.

图6-6 G1、G2、a) 在G1的作用下

G4作用下的计算简图

M11=G1•e1=150.672×0.05=7.5366 KN•m M12=G1•e2=150.672×0.2=30.13 KN•m

《混凝土结构设计》P51 知n=Iu/ Il=0.125 , λ=Hu/H=0.315

(见前面第9页);由《混凝土结构设计》P301表4-2,表4-3 可得 C1=3/2•[1-λ

2

•(1-1/n)]/[1+λ

3

3

•(1/n-1)]=2.1

C3=3/2•(1-λ)/[1+λ

2

•(1/n-1)]=1.1077

则,支座反力 R1=M11•C1/H=7.5366×2.1/11=1.4388 KN R2=M12•C3/H=30.13×1.1077/11=3.0341 KN 不动铰支座柱顶反力 R=R1+R2=1.4388+3.0341=4.4729 KN 其相应弯矩图为图6-6中a;

b) 在G2的作用下

上柱对下柱的偏心弯矩 M22=-G2•e2=-17.52×0.2=-3.504 KN•m 其相应弯矩图为图6-6中b.

c) 在G4的作用下

吊车竖向荷载对下柱的偏心弯矩

M44=G4•e4=61.8×0.35= 21.63 KN•m 其相应弯矩图为图6-6中c.

将图6-6中a、b、c弯矩图叠加,得到在G1、G2、G4共同作用下的恒荷载弯矩

图,既图6-6中的d；轴力图N为图6-6中的e.

②屋面活荷载作用下

单跨排架,Q1与G1一样为对称荷载,且作用位置相同,所以由G1的内力图按照比例可求得Q1的内力图.此时不动铰支座柱顶反力为

RQ1=Q1•R1/G1=-52.92×

MQ11=Q1•e1=1.571×0.05=0.0786 KN•m MQ12=Q1•e2=1.571×0.2= 0.3142 KN•m 相应的M图,N图,如图6-7

③ 吊车荷载(考虑厂房整体空间作用)

查得单跨厂房整体空间作用分配系数μ=0.9.

a) 吊车垂直荷载作用下

ⅰ> Dmax作用在

A柱的情况

此时吊车垂直荷载作用下的内力,可以按照图6-8中的简图a计算.

图6-8 吊车垂直荷载作用下的内力计算简图

因此A、B柱顶剪力可按照所示简图推导的下列公式计算:(采用弯矩作用在上柱底面时的系数C3,弯矩分配后,按照其公式计算) Vmax=-0.5×[(2-μ)MDmax+μMDmin]C3/H

=-0.5×[(2-0.9)×440.24×0.35+0.9×90.7×0.35]×1.1077/11 =-9.972 KN

Vmin=0.5×[(2-μ)MDmin+μMDmax]C3/H

=0.5×[(2-0.9)×90.7×0.35+0.9×440.24×0.35]×1.1077/11

= 8.7405 KN

(绕杆端顺时针转为正)其相应弯矩图为图6-8中的图b.

ⅱ> Dmin作用在A柱的情况

由于结构对称,只须将A、B柱的内力对换,内力正负变号. b) 吊车水平荷载作用下

ⅰ> Tmax从左向右作用在A、B柱上的情况的内力,可按照图6-9的计算简图计算.

此时,A、B柱顶剪力可按照所示简图推导的下列公式计算: VTA=VTB=-(1-μ)•C5•Tmax

由《混凝土结构设计》P302-P303表4-4至表4-7可得C5的值; 当y=0.7Hu时,C5=0.5753;当y=0.8Hu时,C5=0.527;因为此时吊车梁顶至柱顶垂直距离=上柱高-吊车梁高=3.65-0.9=2.75 m,y=2.75/3.65≈0.7534.由插值法得此时C5=0.5495

VTA=VTB=-(1-μ)•C5•Tmax=-(1-0.9)×0.5495×13.147 =-0.7224 KN

其相应弯矩图为图6-9.

ⅱ> Tmax从右向左作用在

A、B柱上的情况的内力,与Tmax从左向右作用的弯矩

图相反.其相应弯矩图为图6-10.

④ 风荷载

ⅰ> 风荷载从左向右作用在A、B柱上的情况的内力,可按照图6-11计算简

图计算.由《混凝土结构设计》P304表4-8可得柱顶反力系数C11的值; 对于单跨排架,A、B柱顶剪力

VA=0.5•[FW-C11•H(q1-q2)]=0.5×[8.2-0.33×11×(2.375-1.4844)] =2.4836 KN

VB=0.5•[FW+C11•H(q1-q2)]=0.5×[8.2+0.33×11×(2.375-1.4844)] =5.7164 KN

ⅱ> 风荷载从右向左作用在

A、B柱上的情况的内力,与上一种作用的弯矩图

相反.

两者弯矩图见图

6-11.

⑷最不利内力组合

本结构对称,故只须对柱A进行最不利内力组合,其步骤如下:

主要原则在《混凝土结构设计》P58-P60.

① 由于小车无论向左、向右运行中刹车，A、B柱内力大小相等，而符

号相反，在组合时可考虑合并为一项.

② 根据最不利又最有可能的原则,确定每一项内力组合.

排架的内力组合如下表6-1

请见EXCEL文件:内力组合表.xls 以及CAD文件:表6-1-B_t3.dwg 无法打开

****************************************

§7排架柱及牛腿设计(1)排架柱设计

① 柱截面配筋计算

(a)最不利内力选择

由于截面Ⅲ-Ⅲ的弯矩与轴向力均比截面Ⅱ-Ⅱ的大,故下柱截面配筋由截面Ⅲ-Ⅲ的最不利内力确定.上柱截面配筋由截面I-I的最不利内力确定.经比较,将此两部分最不利内力列于下表6-2中:

(b)同时将柱在排架方向的初始偏心距ei、计算长度l0、偏心距增大系数η求出列于表7-1中.

表7-1

注:e0=M/N;

ei=e0+eS;(eS取20mm与h/30中较大的值);

ζ1=0.2+2.7•ei/h0,ζ1>1.0时,ζ1取1.0; ζ2=1.15-0.01•l0/h ,l0/h

考虑吊车荷载时,l0=2•Hu(上柱),l0=1•Hu(下柱);不考虑吊车荷载时,l0=1.5•H; η=Cm•[1+K/(1400•ei/h0)•(l0/h)2•ζ1•ζ2;Cm=0.7+0.3•M2/M1;

(c)柱在排架平面内的配筋计算(见下表7-2)

表7-2

注:e=ηei+h/2-αs;

在此x按照x=N/5720计算,因为N

ζb取0.550;

由于,x≤2α′s,故上、下柱选用公式AS=Ne/[300*(h0-35)];

(d)柱在平面外承载力计算

上柱Nmax=215.8 KN ,按照无柱间支撑考虑.《混凝土结构设计》P66下表2-5.取l0为1.5Hu=5.475 m=5475 mm,则l0/b=13.69查《混凝土规范》得 l0/b=12时,φ= 0.95;l0/b=14时,φ= 0.92.由插值法得此时φ= 0.9245 . 那么 Nu=φ•(ƒc•Ac+2•ƒy•As)=0.9245×(14.3×400×400+2×300×763) =2539 KN＞Nmax=215.8 KN (可以)

下柱Nmax=836 KN 取l0为1.0Hl=7350 mm 则l0/b=18.375 查《混凝土规范》得l0/b=18时,φ= 0.81;l0/b=20时,φ= 0.75.由插值法得此时φ=0.8,则 Nu=φ•(ƒc•Ac+2•ƒy•As)

=0.8×(14.3×400×800+2×300×1256) =263.68KN＞Nmax=215.8 KN(可以) ②裂缝宽度验算

因为截面Ⅲ-Ⅲ以及截面I-I中都存在e/h＞0.55,故对其进行验算.

(a) 对截面Ⅲ-Ⅲ—选用M=-256 KN•m ; N=292 KN,此时e/h=1.1464

验算裂缝宽度的荷载标准组合值

MK=29.7/1.2+(-63.4-101-152.7)/1.4=-201.8KN•m NK=292/1.2=243.3 KN 则e0=MK/NK=0.839 m

配筋率 ρte=AS/Aet=1256/(0.5×400×800)

=0.00785＜0.01,ρte取0.01 ηs=1+1/(4000×e/h)×(l0/h)=1.001

e=ηse0+h/2-αs=1.001×877+800/2-35=1243 mm

则纵向受拉钢筋AS合力点到受压区合力点间的距离:

z =[0.87-0.12×(1-γf)•(h/e)2]•h

={0.87-0.12×[1-800/765]×(765/1243)}×765 =667.14 mm

纵向受力钢筋AS的应力

σsk=NK•(e-z)/(AS•z)=243300×(1243-667)/(1256×667) =167.3 N/㎜裂缝纵向受拉钢筋应变不均匀系数

ψ=1.1-0.65׃tk/(ρte•σsk)=1.1-0.65×2.01/(0.01×167.3) =0.319

由《混凝土结构设计规范》的8.1.2知:受拉区纵向钢筋的等效直

径deq=Σ

2

2

n•d/Σn•v•d=20 mm (v按照《混凝土结构设计规范》表8.1.2-2

2

i

i

i

i

i

i

取1.0)所以,最大裂缝开展宽度为

ωmax=αcr•ψ•σsk/Es•(1.9•C+0.08•deq/ρte)

=2.1×0.319×167.3/(2×10)×(1.9×25+0.08×20/0.01) =0.11628mm＜0.3 mm (满足要求)

(b) 对截面I-I—选用M=-67.1 KN•m ; N=168 KN,此时e/h=1.1617

5

验算裂缝宽度的荷载标准组合值

MK=8.83/1.2+0.9×(-36.4-11.23-36.7)/1.4=52.877 KN•m NK=168.2/1.2=140.2 KN 则e0=MK/NK=0.377 m

配筋率 ρte=AS/Aet=763/[0.5×400×400]=0.0095＜0.01,ρte取0.01; ηs=1+1/(4000×e/h)×(l0/h)=1.0806

e=ηse0+h/2-αs=1.081×377+400/2-35=572.54 mm 则纵向受拉钢筋AS合力点到受压区合力点间的距离:

z =[0.87-0.12×(1-γf)•(h/e)2]•h

={0.87-0.12×(1-400/365)×(365/573)}×365 =319.25 mm

纵向受力钢筋AS的应力

σsk=NK•(e-z)/(AS•z)=140200×(573-319)/(763×319) =146.3 N/㎜裂缝纵向受拉钢筋应变不均匀系数

ψ=1.1-0.65׃tk/(ρte•σsk)=1.1-0.65×2.01/(0.01×146.3)

=0.207

由《混凝土结构设计规范》的8.1.2知:受拉区纵向钢筋的等效直

径deq=Σ

2

2

n•d/Σn•v•d=18 mm (v按照《混凝土结构设计规范》表8.1.2-2

2

i

i

i

i

i

i

取1.0)所以,最大裂缝开展宽度为

ωmax=αcr•ψ•σsk/Es•(1.9•C+0.08•deq/ρte)

=2.1×0.207×146.3/(2×10)×(1.9×25+0.08×18/0.01) =0.0609 mm＜0.3 mm (满足要求)

5

(2)牛腿设计

(a)牛腿几何尺寸确定

牛腿截面宽度与柱等宽,为400mm;若取吊车梁外侧到牛腿外边缘的距离c1=80 mm,吊车梁端部宽为500mm,而吊车梁轴线至柱外侧的距离为750mm,则牛腿顶面的长度为750-400+500/2+80=680 mm.相应牛腿水平截面高为680+400=1080 mm.牛腿外边缘高h1=500 mm,倾角α=45°,于是牛腿的几何尺寸如下图

(b)牛腿配筋

由于吊车垂直荷载作用于下柱截面内,即

a=750-800=-50 mm

按照构造要求配筋,纵向钢筋取4Ф16,箍筋取Ф8@110mm ,弯起钢筋取2Ф17,如图7-1.《混凝土结构设计》P73

(c)牛腿局部挤压验算

设垫板长、宽为400×400mm,局部压力标准组合值 FVK=Dmax,k+G4,k=440.12/1.4+61.8/1.2=365.87 KN 局部挤压应力为

σsk=FVK/A=365870/(400×400)=2.287 N/㎜＜0.75ƒc=10.73 N/㎜

(满足要求)

(3)柱的吊装验算

①吊装方案:一点翻身起吊,吊点设在牛腿与下柱交接处(如下图②荷载计算

2

2

7-2中a)

上柱自重 g1=1.2×1.5×25×0.4×0.4=7.2 KN/m 牛腿自重

g2=1.2×1.5×25×0.4×(1.08×0.78-0.5×0.28×0.28)/0.7 =20.654 KN/m

下柱自重 g3=1.2×1.5×25×0.8×0.4=14.4 KN/m 其计算简图如下图7-2中b.

此图配筋有问题

③ 内力计算

M1=0.5×7.2×3.65

2

=48 KN•m

2

2

M2=0.5×7.2×(3.65+0.78)+0.5×(20.654-7.2)×0.78 =76 KN•m

M3=0.5×14.4×7.35-76/2=15 KN•m

弯矩图见图7-2中c. ④截面承载力计算

截面I-I:b×h=400×400,h0=365 mm,AS=AS’=763 mm,ƒy=300 N/mm.

承载力为 Mu=AS•ƒy•(h0-αs＇)=763×300×(365-35)/10

=75.54 KN•m＞M1=48 KN•m (可以满足)

截面Ⅲ-Ⅲ:b×h=400×800,h0=765 mm,AS=AS’=1256 mm,ƒy=300 N/mm.

承载力为 Mu=AS•ƒy•(h0-αs＇)=1256×300×(765-35)/10

6

2

2

6

2

2

2

=275.1 KN•m＞M2=76 KN•m (可以满足)

⑤裂缝宽度验算

由截面承载力验算知,裂缝宽度验算截面I-I即可.钢筋应力如下: σsk=MK/(0.87•AS•h0)=48000000/1.2/(0.87×763×365)=165.1 N/㎜ 有效受拉纵向钢筋配筋率

ρte=AS/Aet=763/[0.5×400×400]=0.0095＜0.01,ρte取0.01

ψ=1.1-0.65׃tk/(ρte•σsk)=1.1-0.65×2.01/(0.01×165.1) =0.308

ωmax=αcr•ψ•σsk/Es•(1.9•C+0.08•deq/ρte)

=2.1×0.308×165.1/(2×10)×(1.9×25+0.08×18/0.01)

=0.1022 mm＜0.3 mm (满足要求)

§8排架柱基础设计

由《混凝土结构设计》P82中表2-6知,柱的插入深度h1=0.9h=720 mm,故取800mm＞0.05ld=685 mm(ld为吊装时柱长).则杯口深度为800+50=850 mm;采用单杯口形式.杯口顶部尺寸:宽为400+2×75=550 mm,长为800+2×75=950 mm;杯口底部尺寸:宽为400+2×50=500 mm,长为800+2×50=900 mm;根据《混凝土结构设计》P82中表2-7取杯壁厚度t=300 mm,杯底厚度α1=250 mm,杯壁高度h2=300 mm,α2=200 mm.详见下图8-1.

基础高度这些尺寸符合1.8米吗？

①荷载计算

52

(a)由柱传至基顶的荷载

由PXX的表6-1可得截面Ⅲ-Ⅲ荷载设计值如下:

第一组 Mmax=318 KN•m, N=836 KN,V=114 KN

第二组 Mmin=-256 KN•m,N=292 KN,V=123 KN

(b)由基础梁传至基顶的荷载

由前P7的表5-3知,G5=300 KN.基础的受力情况如下图8-1.其中G5对基础底面中心的偏心距离

es=0.3/2+0.8/2=0.52 m

相应的弯心偏矩设计值为

G5•es=300×0.52=156 KN•m

(c)作用于基底的弯矩与相应基顶的轴向力设计值:

由上知基础高度为800+50+250=1100 mm,

那么,第一组 Mbot=318+1.1×114-156=287.4 KN•m,

N=836+300=1136 KN

第二组 Mbot=-256-1.1×123-156=-547.3 KN•m,

N=292+300=592 KN

此图尺寸与本设计不符

②基础底面尺寸确定

先按照轴心受压构件估算,设基础埋d=1.5 m,且根据前P7地基承载力特征值ƒa=180 KN/㎡,近似取γm=20 KN/m.《混凝土结构设计》P75由第一组荷载可得

A=NK/(ƒa-γm•d)=1136/(180-20×1.6)=7.6757 m

23

将其增大10%-40%,取A•(1.1-1.4)=(8.44-10.75) m

22 取l/b=1.5,l•b=9.7 m,那么算得l≈3.815 m,b≈2.543 m;

初步取l=4 m,b=2.6 m.

验算e0≤l/6的条件:

e0=Mbot/N=287.4/(1136+20×4×2.6×1.6)=0.1957 m≤l/6=0.67m(满足) 验算另一组荷载:

第二组 Pmax=Nbot/A+Mbot/W= N/A+γG•d+Mbot/W

=592/(4×2.6)+20×1.6+547.3/(1/6×4×2.6)

=210.4 KN•m≤1.2ƒa=1.2×180=216 KN•m(满足)

Pmin=Nbot/A-Mbot/W= N/A+γG•d-Mbot/W

=592/(4×2.6)+20×1.6-547.3/(1/6×4×2.6)

=-32.52 KN•m≤0

P=Nbot/A=592/(4×2.6)+20×1.6

=88.923 KN•m≤ƒa=180 KN•m(满足)

最后确定基础底面尺寸为4m×2.6m.(上图8-1)

③确定基础底面高度 22 22222

前面按照构造初步确定基础高为1100m,采用锥形杯口基础,根据构造要求初步确定基础的剖面尺寸如上图8-1所示.由于上阶底面落在柱边破坏锥面之内,故该基础只做变阶处的抗冲切验算.见下图8-2.

(a)在各组荷载设计值作用下的地基最大净反力

第一组 Ps,max=N/A+Mbot/W=1136/(4×2.6)+287.4/(1/6×4×2.6)

=173 KN•m,

第二组 Ps,max=N/A+Mbot/W=592/(4×2.6)+547.3/(1/6×4×2.6)

=178.37 KN•m

抗冲切验算按第二组荷载的设计值作用下的地基最大净反力计算

2222

(b)第二组荷载作用下的冲切力

冲切力近似按照地基最大净反力Ps,max计算

Ps1≈Ps,max=178.37 KN•m2

基础宽度b=2.6 m,小于冲切锥面底边宽度.则基底面受冲切面以外的基底面积(参见图8-2中阴影部分)

A1=(l/2-l1/2-h01)•b=(4/2-1.55/2-0.8)×2.6

=1.105 m