单层工业厂房结构课程设计计算书一．设计资料1.某金工车间，单跨无天窗厂房，厂房跨度L=21m，柱距为6m，车间总长度为150m，中间设一道温度缝，厂房剖面图如图所示：2.车间内设有两台中级工作制吊车，吊车起重量为200/50kN。

3.吊车轨顶标高为9.0m。

4.建筑地点：哈尔滨市郊。

5.地基：地基持力层为e及IL均小于0.85的粘性层（弱冻胀土），地基承载力特征值为fak=180kN/m2。

标准冻深为：-2.0m。

6.材料：混凝土强度等级为C30，纵向钢筋采用HRB400级，(360N/mm2)箍筋采用HPB300级。

(270N/mm2)二. 选用结构形式1.屋面板采用大型预应力屋面板，其自重标准值（包括灌缝在内）为1.4kN/m2。

2.屋架采用G415（二）折线型预应力钢筋混凝土屋架，跨度为21m，端部高度为2.3m，跨中高度为33.5m，自重标准值为83.0kN。

3.吊车梁高度为0.9m，自重30.4kN；轨道与垫层垫板总高度为184mm，自重0.8kN/m。

4.柱下独立基础:采用锥形杯口基础。

三、柱的各部分尺寸及几何参数采用预制钢筋混凝土柱轨道与垫层垫板总高m h a 184.0= ， 吊车梁高m h b 9.0= ， 故牛腿顶面标高=轨顶标高m h h b a 916.79.0184.00.9=--=--由附录12查得，吊车轨顶只吊车顶部的高度为m 3.2，考虑屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度为mm 220，故柱顶标高=m 520.1122.03.20.9+=++基础顶面至室外地坪的距离取m 0.1，则基础顶面至室内地坪的高度为m 15.115.00.1=+，故 从基础顶面算起的柱高m H 67.1215.152.11=+=，上部柱高m 60.3,604.3916.752.11取为m H u =-= 下部柱高m 07.9,066.9604.367.12取为m H l =-= 上部柱采用矩形截面mm mm h b 400400⨯=⨯；下部柱采用Ⅰ型截面mm mm mm mm h b h b f f 150100900400⨯⨯⨯=⨯⨯⨯。

上柱： mm mm h b 400400⨯=⨯ (m kN g /0.41=) 25106.1mm h b A u ⨯=⨯= 4931013.212mm bh I u ⨯== 下柱：)/69.4(1501009004002m kN g mm mm mm mm h b h b f f =⨯⨯⨯=⨯⨯⨯ [])100400()1752900()1502900(4009001-⨯⨯-+⨯--⨯=A 2510875.1mm ⨯=333)3/25275(253005.021260030012400900+⨯⨯⨯⨯+⨯-⨯=l I 4101095.1mm ⨯=109.0105.191013.299=⨯⨯==l u I I n m H m H u 67.12,6.3==284.67.126.3===HHuλ上柱：下柱：284.0;109.0==λn图1厂房计算简图及柱截面尺寸四．荷载计算1. 恒荷载（1）屋盖恒荷载SBS防水层mkN/12.01.02.1=⨯20mm厚水泥砂浆找平层mkN/48.02002.02.1=⨯⨯100mm厚水泥珍珠岩保温层mkN/48.041.02.1=⨯⨯隔气层mkN/06.005.02.1=⨯20mm厚水泥砂浆找平层mkN/48.02002.02.1=⨯⨯大型预应力屋面板（包括灌缝重）mkN/68.14.12.1=⨯总1 mkNg/3.31=屋架mkN/6.990.832.1=⨯则作用屋架一段作用于柱顶的自重为：kNF7.2556.995.03.35.1061=⨯+⨯⨯=作用于上部柱中心线外侧mme50=处。

（2）柱和吊车梁等恒荷载上柱：kNF28.170.460.32.12=⨯⨯=作用在牛腿顶截面处;下柱：kNF05.5169.407.92.13=⨯⨯=作用在基础顶截面处；吊车梁及轨道自重：kNF2.42)68.04.30(2.14=⨯+⨯=2.屋面活荷载由《荷载规范》查得屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载0.75kN/m2（50年一遇），故考虑雪荷载。

kNF6.7512675.04.16=⨯⨯⨯=作用于上部柱中心线外侧e=50mm处。

3.风荷载由《荷载规范》查得哈尔滨地区基本风压为ω=0.50kN柱顶处集中风荷载风压高度变化系数（按B类地面粗糙度取）按檐口离室外地坪的高度m88.133.252.1115.0=++来计算。

查表可得离地面m10时，0.1=zμ，离地面m15时，14.1=zμ，用插入法，可得11.1)1088.13(10150.114.11=-⨯--+=zμ柱顶处均布风荷载风压高度变化系数（按B类地面粗糙度取）按柱顶离室外地坪的高度m67.1152.1115.0=+来计算。

同理可得05.1)1067.11(10150.114.11=-⨯--+=z μ风荷载标准值：m kN z s z k /42.005.005.18.00.1011=⨯⨯⨯==ωμμβω m kN z z k /2625.005.005.15.00.1022=⨯⨯⨯==ωμμβω 则作用于排架上的风荷载设计值为：mkN q m kN q /21.262625.04.1/53.3642.04.121=⨯⨯==⨯⨯=[][]kNh h W z s s s s k 5571.965.011.12.1)6.05.0(3.2)5.08.0()()(0243121=⨯⨯⨯⨯-+⨯+=+++=βωμμμμμ （屋面坡度为1/10） 故kN W W k Q 38.135571.94.1=⨯==γ 风荷载作用下的计算简图如下图：图2风荷载作用下计算简图4.吊车荷载吊车跨度m L K 5.1975.0221=⨯-=查附录12，得Q=20/5t,L k =19.5m 时的吊车最大轮压标准值P max ，k 、最小轮压标准值P min ，k 、小车自重标准值G 2，k 以及吊车额定起重量相对应的重力标准值G 3，k ：P max ，k =205kN ， P min ，k =45kN ，G 2，k =75kN ，G 3，k =200kN 并查得吊车宽度B 和轮距K ：B=5.55m ，K=4.40m （1）吊车竖向荷载设计值D max 、D min由图所示的吊车梁支座影响线知∑=+++⨯⨯==kN y P D i k 675.396)075.0267.0808.00.1(2059.0max,max βkN D D k Q 345.555675.3964.1max,max =⨯==γ905.12120545345.555.max min,maxmin =⨯==Kk P P D D （2）吊车横向水平荷载设计值Tmax62.18205875.6345.555875.6)20075(1.041)(41max,max max ,3,2=⨯===+⨯⨯=+=k k k k k P T D T kNG G T α五．内力分析1、屋盖荷载作用下的内力分析（1）屋盖集中恒荷载F 1作用下的内力分析柱顶不动点反力 11C HMR = m kN e F M •=⨯=⨯=785.1205.07.255011由于n=0.109，λ=0.284则代入公式()()()()10.21109.0/1284.01109.0/11284.015.11/11/1115.132132=-+--⨯=-+--⨯=n n C λλ 则kN C H M R 12.210.267.12785.1211=⨯==（2）屋盖集中活荷载F 6作用下的内力分析m kN e F M ⋅=⨯=⨯=78.305.06.75066 kN C H M R 63.010.267.1278.316=⨯==在F1、F6分别作用下的排架柱弯矩图、轴向力图和柱底剪力图如下，图中标注出的内力值是指控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面的内力设计值。

弯矩以使排架柱外侧受拉为正，反之为负；柱底剪力以向左为正、向右为负。

<1>屋盖恒荷载作用下的内力图 <2>屋盖活荷载作用下的内力图2、柱自重、吊车梁及轨道连接等自重作用下的内力分析。

不作排架分析，其对排架产生的弯矩和轴向力如下图所示：3、吊车荷载作用下的内力分(1)Dmax作用在A柱，Dmin作用在B柱时，A柱的内力分析Mmax=Dmax•e=555.345×（0.75-0.45）=166.6kN•mMmin=Dmin•e=121.91×（0.75-0.45）=36.57kN•m这里的偏心距e是指吊车轨道中心至下部柱截面形心的水平距离。

A柱顶的不动支点反力，代入公式得：16.1)1109.0/1(284.01284.015.1)1/1(115.133232=-+-⨯=-+-⨯=nCλλA柱顶不动支点反力)(27.1516.167.1266.1663max←=⨯==kNCHMRAA柱顶不动支点反力)(35.316.167.1257.363min→-=⨯==kNCHMRBA柱顶水平剪力:)(31.9)35.327.15(2127.15)(21←=+-+=--+=kNRRRVBAAAA 柱顶水平剪力:)(31.9)35.327.15(2135.3)(21→-=+-+-=--+=kN R R R V B A B B内力图示如下图（a ）（2）D min 作用在A 柱，D max 作用在B 柱时的内力分析此时，A 柱顶剪力与D max 作用在A 柱时相同，也是V A =9.31kN （←）故可得内力值，示于下图（b ）（3）在T max 作用下的内力分析T max 至牛腿顶面的距离0.9+0.184=1.084m ； T max 至柱底的距离为9+0.15+1.0=10.15。

因A 柱和B 柱相同，受力也相同，故柱顶位移相同，没有柱顶剪力，故A 柱的内力如下图（c ）4、风荷载作用下A 柱的内力分析左风时，在q 1、q 2作用下的柱顶不动铰支座反力，代入计算公式：[][][][]333.0)1109.0/1(284.018)1109.0/1(284.013)1/1(18)1/1(13343114=-+-+=-+-+=n n C λλ 不动铰支座反力：kN HC q R A 89.14333.067.1253.3111-=⨯⨯==（←） kN HC q R A 32.9333.067.1221.2111-=⨯⨯==（←）A 柱顶水平剪力：()kN R R F R V B A W A A 905.3)32.989.1438.13(2189.1421=+++-=--+=（→）()kNRRFRVBAWBB475.9)32.989.1438.13(2132.921=+++-=--+=（→）故左风和右风是，A柱的内力图分别示于下图（a）和（b）六．内力组合单跨排架的A柱与B柱承受荷载的情况相同，故仅对A柱在各种荷载作用下的内力进行组合。