混凝土與砌體結構課程設計

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文檔簡介

1、　　混凝土與砌體結構課程設計　　學生姓名： 　　學號： 　　指導教師： 　　所在學院：工程學院

2、　　專業(yè)：土木工程　　2010年10　　目錄　　1 設計資料1 　　2 結構計算

3、1 　　2.1 計算柱高1　　2.2確定柱截面尺寸及相應計算參數1　　3 荷載計算3　　3.1 恒荷載3　　3.1.1 屋蓋

4、恒荷載3　　3.1.2 吊車梁及軌道重力荷載設計值4　　3.1.3 柱自重重力荷載設計值4　　3.2 屋面活荷載5　　3.3 風荷載5　　3.4 吊車荷載7

5、　　3.4.1 吊車梁豎向荷載7　　3.4.2 吊車梁橫向水平荷載8　　4 排架內力分析8　　4.1 恒載作用下排架內力分析9　　4.2 屋面活荷載作用下排架內力分析10　　4.2.1 AB跨作用屋面活

6、荷載10　　4.2.2 BC跨作用屋面活荷載12　　4.2.3 荷載作用下排架內力分析13　　4.2.4 吊車荷載作用下的內力分析14　　5 內力組合20　　6 柱

7、的設計28　　6.1 柱的縱向鋼筋計算28　　6.1.1 選取控制截面最不利組合28　　6.1.2 柱計算長度的確定28　　6.1.3 上柱配筋計算28　　6.1.4 下柱配筋計算30</p&

8、gt;　　6.2 柱的裂縫寬度驗算30　　6.3 柱箍筋配置31　　7 牛腿設計31　　7.1 牛腿幾何尺寸的確定32　　7.2 牛腿配筋32　　7.3 牛腿局

9、部擠壓驗算32　　7.4 柱的吊裝驗算32　　7.4.1 吊裝方案32　　7.4.2 荷載計算33　　7.4.3 內力計算33　　7.4.4 截面承載力計算34　　7.4.5

10、裂肺寬度驗算34　　8 基礎設計35　　8.1 作用于基礎頂面上面的荷載計算35　　8.2 基礎尺寸及埋置深度36　　8.3 基礎高度驗算36　　8.4 基礎底板配筋計算37<

11、;/p>　　8.4.1 柱邊及變階處基底反力37　　8.4.2 柱邊及變階處彎矩計算39　　8.4.3 配筋計算40　　單層廠房結構設計任務書　　一、設計題目：金屬結構車間雙跨等高廠房。 (每人一題，按學號分配)&

12、lt;p>　　二、設計內容：　　1．計算排架所受的各項荷載；　　2．計算各種荷載作用下的排架內力(對于吊車荷載不考慮廠房的空間作用)；　　3．柱及牛腿設計，柱下單獨基礎設計；　　4．繪施工圖：柱模板圖和配筋圖；基礎模板和配筋圖。

13、　　三、設計資料　　1．金屬結構車間為兩跨廠房，安全等級為一級，廠房總長54m，柱距為6m，廠房剖面如圖1、2、3所示；　　2．廠房每跨內設兩臺吊車，吊車均為軟鉤吊車；　　3．建設地點為東北某城市(基本雪壓0.40kN／m，基本風壓0

14、.50kN／m2，凍結深度2.0m)；　　4．地基為均勻粘性土，地基承載力特征值190Kpa；　　5．廠房標準構件選用及載荷標準值：　　(1)屋架采用梯形鋼屋架，屋架自重標準值：18m跨81.50kN／每榀，21m跨95kN／每榀，24m跨109kN／每榀，27m跨122kN／每榀，30m跨136kN／每榀(均包

15、括支撐自重)　　(2)吊車梁選用預應力混凝土吊車梁，參數見表3。軌道及零件自重0. 8kN／m，軌道及墊層構造高度200mm；　　(3)天窗采用矩形縱向天窗，每榀天窗架重：18m跨25.5kN／每榀，21m跨30kN／每榀，24m跨34kN／每榀，27m跨38.3kN／每榀，30m跨42.5kN／每榀(包括自重，側板、窗扇支撐等自重)；

16、;　　(4)天溝板自重標準值為2.02kN／m；　　(5)圍護墻采用240mm雙面粉刷墻，自重5.24kN/m2。塑鋼窗：自重0.45KN／m2，窗寬4.2m，窗高見圖1。　　(6)基礎梁截面為250 mmX600mm；基礎梁自重4.2kN／m；　　6．材料：混凝土強度等級為C30，柱的受

17、力鋼筋采用HRB335級或HRB400級，箍筋采用HPB235級；　　7．屋面卷材防水做法及荷載標準值如下：　　防水層：0.4kN／m2；　　25mm厚水泥沙漿找平層：0.5kN／m2；　　100mm厚珍珠巖制品保溫層：0.4kN／m2；<p

18、>　　隔汽層：0.05kN／m2；　　25mm厚水泥砂漿找平層：0.5kN／m2；　　預應力大型屋面板：1.4kN／m2。　　8．屋面均布活荷載為0.5kN／m2。　　圖1<b&g

19、t;　　圖2　　圖3　　表1 各學號所對應的橋式吊車和牛腿標高　　表2 吊車數據（工作級別A5）　　表3 吊車梁數據（工作級別A5）　　注： 1、土木07專升本

20、選1-55號方案　　2、土木07（2）選60-114號方案　　3、土木07（1）選120-16　　1 設計資料　　本設計對應任務書第100號方案，左跨吊車為C4，右跨吊車為C2，軌頂標高9.9m，跨度24m。&

21、lt;p>　　2結構計算　　2.1 計算柱高　　因該廠房跨度在15～36m之間，且柱頂標高大于8m，故采用鋼筋混凝土排架結構。為了使屋蓋具有較大剛度，選用預應力混凝土折線型屋架及預應力混凝土屋面板。選用鋼筋混凝土吊車梁及基礎梁。

22、由圖可知軌頂標高為9.9m，設室內地面至基礎頂面的距離為0.5m，則計算簡圖中柱的總高度H，上柱高度和下柱高度分別為：由于為雙跨等高廠房，所以邊柱A、C，中柱B的標高均一致。　　柱頂標高　　上柱高　　估計基礎埋深2.2,基礎高1.6，因室

23、外地坪標高為-0.15，所以基頂標標高-0.75。　　全柱高　　下柱高　　因此邊柱A，C及中柱B頂面標高為12.3 ，上柱高4.0，下柱高9.0，全柱高12.9。　　2.2 確定柱截面尺寸及相應計

24、算參數　　A柱：上柱截面尺寸(mm)：b×h=500×500　　下柱截面尺寸(mm)：b×h×hf=500×1200×200　　B柱：上柱截面尺寸(mm)：b×h=500×700　　下柱截面尺

25、寸(mm)：b×h×hf=500×1600×300　　C柱：上柱截面尺寸(mm)：b×h=400×400　　下柱截面尺寸(mm)：b×h×hf=400×800×150　　本設計僅取一榀排架進行計算，計算單元和計算簡

26、圖如圖1所示。　　圖1 計算單元和計算簡圖和截面尺寸　　3 荷載計算　　3.1 恒荷載　　3.1.1屋蓋恒荷載 　　防水層

27、 0.4 kN/m2　　25mm厚水泥砂漿找平層 0.5 kN/m2　　10mm厚珍珠巖制品保溫層 0.4 kN/m2　　隔汽層

28、 0.05 kN/m2　　25mm厚水泥砂漿找平層 0.5 kN/m2　　預應力大型屋面板 1.4 kN/m2　　3.25 kN/m2

29、　　屋架自重 109 kN/榀　　天窗架 ×34 =17kN　　天溝板 2.02×6= 1

30、2.12kN　　則作用于柱頂的屋蓋結構的重力荷載設計值為：　　kN　　=100mm =150mm =100mm　　A柱：850-(300+500)=50＜80 ∴A軸向柱內移150

31、mm　　B柱左：850-(300+350)=200　　B柱右：850-(300+350)=200　　C柱：850-(300+500)=50＜80 ∴C軸向柱內移150mm　　3.1.2吊車梁及軌道重力荷載設計值

32、　　=1.2×(60.3+0.8×6)=78.12kN　　3.1.3柱自重重力荷載設計值　　上柱自重：=1.2×0.5×0.5×25×3.9=29.25kN 　　=1.2×0.5×0.7×25×3.9=

33、40.95kN 　　=1.2×25×8.9×(0.4×0.15×2+0.45×0.15+0.01375)=53.73kN 　　下柱自重：=1.2×25×8.9×（0.5×0.15×2+0.85×0.2+0

34、.7×0.025×2/2）　　=90.11 kN 　　=1.2×25×8.9×（0.5×0.2×2+1.15×0.3+0.8×0.025）　　=150.86 kN

35、 　　=1.2×25×8.9（0.4×0.15×2+0.45×0.15+0.01375）　　=53.73 kN 　　各項恒荷載作用位置如圖2所示

36、　圖2 荷載作用位置圖（單位：KN）　　3.2 屋面活荷載　　屋面活荷載標準值為0.5 kN/m2，雪荷載標準值為0.4kN/m2，后者小于前者，故僅按前者計算。作用于柱頂的屋面活荷載設計值為：　　=1.4×0.5×6×24/2=50.40

37、kN 　　3. 3 風荷載　　風荷載的標準值按計算，其中, , 根據廠房各部分標高及B類地面粗糙度由附表確定如下：　　柱頂：=12.3 m =1.064　　檐口：=14.0 m =1.112</p&

38、gt;　　=15.00 m =1.140　　屋頂：=17.6 m =1.1917　　=18.05 m =1.2071　　如圖3所示，則由上式可得排架迎風面及背風面的風荷載標準值分別為：　　=1.0（0.8+0

39、.6+0.6）×1.064×0.35=0.745 kN/m2　　kN/m2　　圖3 風荷載體型系數及排架計算簡圖 　　則作用于排架計算簡圖上的風荷載設計值為:　　×0.745×6=

40、6.258kN/m　　kN/m　　=32.00kN　　3. 4 吊車荷載　　3.4.1 吊車梁豎向荷載　　左跨：由表

41、可得吊車參數為：B=6.775m，K=4.8m，456kN，Q=500kN，g=155kN，G=530kN。　　kN。根據B，K可算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對應點的豎向坐標值如圖4所示。　　吊車豎向荷載設計值為：　　D1.4×456×(1+0.87)=1193.81kN

42、;　　D1.4×134×1.87=350.81kN　　右跨：由表可得吊車參數為：B=6.775m，K=4.8m，456kN，Q=500kN，g=155kN，G=530kN。　　kN。根據B，K可算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對應點的豎向坐標值如圖4所示。　　吊車豎向荷載

43、設計值為：　　D1.4×456×(1+0.87)=1193.81kN　　D1.4×134×1.87=350.81kN　　圖4 吊車荷載作用下支座反力影響線　　3.4.2 吊車梁橫向水平荷載

44、　　左跨：T=kN 　　TkN　　右跨：T=kN 　　TkN　　4 排架內力分析&

45、lt;/p>　　該廠房為兩跨等高排架，可用剪力分配法進行排架內力分析。其中柱的剪力分配系數計算，見表1。　　表1 柱剪力分配系數　　4. 1 恒載作用下排架內力分析　　恒荷作用下計算簡圖如圖5(a)所示，圖中重力荷載及力矩M是根據圖2確定的。

46、;　　kN kN　　kN kN　　kN　　kN 　　kN·m　　kN

47、3;m　　如圖所示排架為對稱結構且作用對稱荷載，排架結構無側移，故各柱可按柱頂為不動鉸支座計算內力。　　C　　kN　　RkN</p&

48、gt;　　圖5 恒載作用下排架內力圖　　4. 2 屋面活荷載作用下排架內力分析　　4.2.1 AB跨作用屋面活荷載　　排架計算簡圖如圖6所示，其中QkN，它在柱頂及變階處引引起的力矩為：　　kN·m&l

49、t;/p>　　kN·m　　kN·m　　對于A柱:，　　kN·m

50、　　對于B柱:,則　　kN　　則排架柱頂不動鉸支座總反力為：　　kN　　將R反向作用于排架柱頂，計算相應的柱頂剪力，并與柱頂不動鉸支座反力疊加，可得屋面活荷載

51、作用于AB跨時的柱頂剪力，即：　　kN　　kN　　kN　　圖6 AB跨作用屋面活荷載時排架內力圖　　4.2.2

52、BC跨作用屋面活荷載　　由于結構對稱，且BC跨與AB跨作用的荷載相同，故只需將圖6中個內力圖的位置及方向調整一下即可，如圖7所示。　　圖7 BC跨作用屋面活荷載時的排架內力圖　　4.2.3荷載作用下排架內力分析　?。?）左吹風時&

53、lt;/p>　　計算簡圖如圖8所示。　　各柱頂的剪力分別為：　　圖8 左吹風時排架內力圖　?。?）右吹風時　　由于結構對稱，故只需將圖8中個內力圖的位置及方向調整一下即可,如圖9所示。

54、　　圖9 右吹風時排架內力圖　　4.2.4吊車荷載作用下的內力分析　?。?）作用于A柱時　　計算簡圖如圖10所示。其中吊車豎向荷載，在牛腿頂面處引起的力矩為：　　kN·m </b

55、>　　kN·m　　對于A柱：，則　　R　　對于B柱：n=0.398=0.305，則C

56、;　　R=　　各柱頂的剪力分別為：　　圖10 作用在A柱時排架內力圖　?。?）作用于B柱左時　　計算簡圖如圖11所示。其中吊車豎向荷載，在牛腿頂面處引起的力矩為：　　kN·m<

57、/b>　　kN·m　　對于A柱： 　　對于B柱： 　　R=91.64()<

58、p>　　各柱頂的剪力分別為：　　圖11 作用在B柱左時排架內力圖　　（3）作用于B柱右時　　計算簡圖如圖12所示。　　圖12 作用在B柱右時排架內力圖　　（4）作用于C柱時</p&

59、gt;　　計算簡圖如圖13所示。同理，將作用在A柱的A,C柱內力對換，并注意改變符號。　　圖13 作用在C柱時排架內力圖　?。?）作用于AB跨柱時　　當吊車橫向水平荷載作用于AB跨時，排架計算簡圖如圖14所示。　　對于A柱：n=0.201，=0.30

60、5，則　　()　　對于B柱：，則　　C　　R=　　各柱頂的剪力分別為：<

61、/p>　　圖14 作用在AB跨時排架內力圖　　（6）作用于BC跨柱時　　當吊車橫向水平荷載作用于BC跨時，由于結構對稱及吊車噸位相等，則排架計算簡圖如圖15所示。　　圖15 作用在BC跨時排架內力圖　　5 內力組合</b

62、>　　見表2，3，4, 5。　　表2 A柱內力標準值匯總表　　注：M單位()，N單位KN，V單位KN。　　表3 A柱荷載效應組合（可變）　　表4 A柱荷載效應組合（永久）

63、表5 A柱荷載效應組合（標準）　　6 柱的設計（以A柱為例）　　6.1 柱的縱向鋼筋計算　　以A柱為例，混凝土強度等級為，，；采用HRB335級鋼筋，。　　6.1.1 選取控制截面最不利組合　　其截面有效高度分別是465和11

64、65mm　　對上下柱進行大小偏心受壓判斷：　　上柱：　　下柱：　　所以對于上柱，N<Nb=1828.61kN屬于大偏心受壓　　對于下柱，N<N

65、b=5854.06kN屬于大偏心受壓　　以下最不利內力：　　上柱：M=153.5 kN·m N=529.7kN　　下柱，M=830.99kN·m N=1774.5kN　　6.1.2上柱配

66、筋計算　　，故應考慮結構側移和構件撓曲引起的二階彎矩對軸向壓力偏心矩的影響，壓力偏心矩的影響：　　， 　　選用4φ28（AS==2463mm2），全部縱向鋼筋的配筋率　　6.1.3 下柱配筋計算<

67、p>　　， 　　，故應考慮的影響　　， 　　所以　　選4φ22（AS= =1540mm2），

68、　　6.2 柱的裂縫寬度驗算　　選擇最不利內力驗算：　　上柱：M=153.5KN.m N=529.7KN　　下柱：M=-830.99KN.m N=1774.5KN　　根據以上兩組內力組合項次，可計算出與該兩組內力對應的

69、彎矩和軸力標準值為：　　上柱：MK=117.86KN.m NK=438.47KN　　下柱：MK=272.09KN.m NK=381.77KN　　上柱裂縫寬度驗算：　　，因為，故需做裂縫寬度驗算&

70、lt;p>　　下柱裂縫寬度驗算：　　，， 　　，　　，　　所以滿足要求<

71、;/p>　　6.3 柱箍筋配置　　由于柱頂，柱底截面混凝土的抗震承載力顯然大于剪力，故可以按構造配筋要求配筋。根據構造要求，上下柱均選用的箍筋。　　7 牛腿設計　　7.1 牛腿幾何尺寸的確定

72、　　6.8.1牛腿幾何尺寸的確定　　牛腿截面寬度與柱寬度相等為500mm，取吊車梁外側至牛腿外邊緣的距離C1=130，吊車梁端部寬為340mm，吊車梁軸線到柱外側的距離為900mm，則牛腿頂面的長度為750-400+340/2+180=700mm，相應牛腿水平截面高度為500+500=1200mm，牛腿外邊緣高度h1=500mm,傾角，于是牛腿的幾何尺寸如圖所示：</

73、p>　　圖28　　7.2 牛腿配筋　　由于吊車垂直荷載作用于下柱截面內，即a=900-1200=-300mm<0，故該牛腿可按構造要求配筋縱向鋼筋取4φ16，箍筋取φ8@100　　7.3 牛腿局部擠壓驗算

74、　　設墊板的長度和寬度為500×500mm，局部壓力標準組合值：　　故局部擠壓應力為：　?。M足要求）　　7.4 柱的吊裝驗算　　7.4.1

75、吊裝方案　　吊裝方案：一點翻起吊，吊點設在牛腿與下柱交接處。　　查表可得，如計算簡圖如圖29所示。　　圖29 柱吊裝驗算簡圖　　7.4.2 荷載計算　　柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載(應考慮動力系數)，即：

76、　　上柱自重：　　牛腿自重：　　下柱自重　　7.4.3 內力計算　　7.4.4 截面承載力計算<p&g

77、t;　　截面1-1：b×h=500×500mm,h0=465mm,AS=AS，=2514mm2,fy=300N/mm2　　故截面承載力：　　截面2-2：b×h=500×1200mm,h0=1165mm,AS=AS，=1520mm2,fy=300N/mm2

78、　　故截面承載力：　　，所以符合要求　　7.4.5 裂縫寬度驗算　　由承載力計算可知，裂縫寬度驗算截面1-1即可，鋼筋應力如下：　　按有效受拉混凝土面積計算的縱向鋼筋配筋率：&

79、lt;/p>　　，　　，滿足要求　　8 基礎設計　　基礎混凝土強度等級采用C30，下設100mm厚C10的素混凝土墊層，地基基礎承載力特征值<

80、p>　　8.1 作用于基礎頂面上面的荷載計算　　作用于基礎頂面上的荷載包括柱底（Ⅲ-Ⅲ截面）傳給基礎的M，N，V以及外墻自重重力荷載，前者可由表3表5中的Ⅲ-Ⅲ截面選取，其中內力標準組合值用于地基承載力驗算，基本組合值用于受沖切承載力驗算和底板配筋計算，內力正負號規(guī)定見圖30 。　　表9

81、　　圖30 基礎荷載示意圖　　維護墻自重重力的荷載計算，有圖30可見，每個基礎承受外墻總寬度為6.0m，總導讀為14.1m，墻體為240mm，雙粉刷墻，自重5.24 KN/m2，塑鋼窗自重0.45 KN/m2，基礎梁尺寸250mm600mm，自重4.2KN/m2，則每個基礎承受的墻體傳來的重力荷載為：　　240mm厚磚墻

82、 5.4[614.1-(4.8+1.8) 4.2]=298.05 KN　　塑鋼窗 0.45(4.8+1.8) 4.2=12.47 KN　　基礎梁 6×4.2=25.2KN

83、　　距基礎形心的偏心距，　　8. 2 基礎尺寸及埋置深度　　根據構造要求，，，則　　基礎頂面標高為-1.000m ，故基礎埋置深度d為：　　基礎具體尺寸如圖所示。　　適當

84、放大取。　　計算基底壓力及鹽酸地基承載力：　　基底壓力及鹽酸地基承載力見表10：　　表10 基礎底面壓力計算及地基承載力驗算　　故基礎底面尺寸滿足要求。　　8. 3 基礎高度驗算<

85、;p>　　這時應采用基地凈反力設計值，和，結果見表11　　表11基礎底面凈反力設計值計算表　　因臺階高度大于臺階寬度，只需驗算變階處的受沖切承載力，變階處的受沖切承載力計算截面如圖31所示。變階處截面有效高度。　　圖31 變階處沖切破換截面　　，則

86、　　，故取，則　　，則，，則　　故基礎高度滿足要求。　　8. 4基礎底板配筋計算　　8.4.1 柱邊及變階處基底反力計算</p

87、>　　基礎底板配筋計算時長邊和短邊方向的計算截面如圖32所示，各組內力產生的基地反力示意圖亦見圖32，柱邊及變階處基地反力計算見表12。　　圖32 基礎底板配筋計算截面　　表12 柱邊及變階處基地凈反力計算　　8.4.2柱邊及變階處彎矩計算

88、8.4.3 配筋計算　　基礎底板受力鋼筋采用HRB335級（），長邊方向鋼筋面積為　　選用14@100（）　　基礎底板短邊方向鋼筋面積為　　由于長邊大于，其鋼筋長度可切斷交錯布置，鋼筋可用同一編號選用14@130（）。由于，因此杯壁不需要配筋?；A底板配筋圖及廠房排架柱

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