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 I L均小于0.85 的粘性层（弱冻胀土），地基承载力特征值为 f ak=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h a = 0.184m，吊车梁高h b = 0.9 m，故牛腿顶面标高=轨顶标高-h -h = 9.0 - 0.184 - 0.9 = 7.916m由附录 12 查得，吊车轨顶只吊车顶部的高度为 2.3m ，考虑屋架下弦至吊车 顶部所需空隙高度为220mm ，故柱顶标高=9.0+2.3+0.22= +11.520m 基础顶面至室外地坪的距离取1.0m ，则 基础顶面至室内地坪的高度为1.0+0.15=1.15m ，故 从基础顶面算起的柱高H =11.52+1.15=12.67m ，上部柱高H = 11.52 - 7.916 = 3.604m ,取为3.60m 下部柱高H =12.67-3.604=9.066m ,取为9.07m上部柱采用矩形截面bh = 400mm 400mm ；下部柱采用Ⅰ型截面b h b h = 400mm 900mm 100mm 150mm 。
上柱：b h = 400mm 400mm ( g = 4.0kN / m ) A =b h = 1.6105mm 2 I = bh 3 12 = 2.13109 mm 4下柱：b h b h = 400mm 900mm 100mm 150mm (g = 4.69kN / m ) A = 900 400 -(900 - 2150) + (900 - 2175) (400 -100)= 1.875105 mm 2= 1.951010mm 4H = 3.6m , H = 12.67m= H H =3.6 12.67 = 0.2849003 40012300600+ 20.530025(275+25/3)3I 2.13109I = 19.5 109 0.109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20mm 厚水泥砂浆找平层 100mm 厚水泥珍珠岩保温层 隔气层20mm 厚水泥砂浆找平层大型预应力屋面板（包括灌缝重）g = 3.3kN / m屋架1.283.0 =99.6kN /m则作用屋架一段作用于柱顶的自重为：F = 610.5 3.3+0.599.6= 255.7kN上柱：下柱：n = 0.109;= 0.2841.20.1= 0.12kN / m 1.20.0220=0.48kN /m 1.20.1 4 = 0.48kN / m 1.20.05=0.06kN /m 1.20.0220=0.48kN /m 1.2 1.4 = 1.68kN / m总1作用于上部柱中心线外侧e0= 50mm处。
2）柱和吊车梁等恒荷载上柱：F =1.2 3.60 4.0 = 17.28kN作用在牛腿顶截面处;下柱：F = 1.29.07 4.69 = 51.05kN作用在基础顶截面处；吊车梁及轨道自重：F =1.2（30.4+0.86）= 42.2kN2.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。
F =1.40.75612=75.6kN作用于上部柱中心线外侧 e0=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=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0.15 +11.52 + 2.3 =13.88m来计算。
查表可得离地面10m时，z = 1.0 ，离地面15m时，z =1.14 ，用插入法，可得1.14 -1.0=1+1.14-1.0（13.88-10）=1.11 z15-10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0.15+11.52=11.67m来计算。
同理可得1.14 -1.0= 1+ 1.14 -1.0（11.67 -10）=1.05 z15-10风荷载标准= =1.00.8 1.050.05=0.42kN/m 值：= =1.00.5 1.050.05=0.2625kN/mq1=1.40.42 6 = 3.53kN / m则作用于排架上的风荷载设计值为：q q1 ==11..4400..4226256=63=.523.k2N1k/N m/ m W k=(s1+s2)h1+(s3 +s4)h2z0=(0.8+0.5) 2.3+(0.5-0.6) 1.2 1.110.5 6 (屋面坡度为 1/10) = 9.5571kN故W = W = 1.49.5571=13.38kN风荷载作用下的计算简图如下图：4. 吊车荷载吊车跨度L = 21-20.75=19.5m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 D = Py =0.9205(1.0+0.808+0.267+0.075) = 396.675kND max =QD max,k = 1.4396.675=555.345kN P 45D = Dmin,k = 555.34545 = 121.905min maxPmax .K205(2) 吊车横向水平荷载设计值 Tmax T = 1(G +G )= 1 40.1(75+200)=6.875kNT max =D max Tk = 555.345 6.875 =18.62P max,k 205图2 风荷载作用下计算简图五．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 F1作用下的内力分析柱顶不动点反力R = M1C M = F e =255.70.05=12.785kN•mH由于 n=0.109，=0.284 则代入公式1-2(1-1/n) =1.51-0.2842(1-1/0.109) = 2.10C =1.511+3(1/ n-1) 1+ 0.2843(1/0.109-1)则R= M1C =12.785 2.10=2.12kNH1 12.67(2)屋盖集中活荷载 F6作用下的内力分析M = F e = 75.6 0.05 = 3.78kN mR= M6C = 3.78 2.10 = 0.63kNH1 12.67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：(1)D max 作用在 A 柱，D min 作用在 B 柱时，A 柱的内力分析 M max =D max • e=555.345 ×( 0.75-0.45 ) =166.6kN • mM min =D min • 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：A 柱顶不动支点反力R A = M max C 3 = 166.66 1.16 = 15.27kN ()AH 3 12.67 A 柱顶不动支点反力R B = M min C 3 = 36.57 1.16 = -3.35kN (→)BH 3 12.67A 柱顶水平剪力 :V = R + 1(-R -R ) =15.27 + 1 (-15.27 + 3.35) = 9.31kN () A 柱顶水平剪力 :V = R + 1(-R -R )=-3.35+ 1 (-15.27 + 3.35) = -9.31kN (→)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)C 3 = 1.5 1-2 1+ 3(1/ n -1)1- 0.284 21.51+0.2843(1/0.109-1) =1.164、风荷载作用下 A柱的内力分析左风时，在 q1、q2作用下的柱顶不动铰支座反力，代入计算公式：R =q HC =3.5312.670.333=-14.89kN(←)R =q HC =2.2112.670.333=-9.32kN(←)A 柱顶水平剪力：V =R +1(F -R -R ) = -14.89 + 1 (13.38 + 14.89 + 9.32) = 3.905kN (→)V =R +1（F -R -R）= -9.32 + 1（13.38 + 14.89 + 9.32）= 9.475kN（→）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。