金属装配车间双跨等高厂房结构设计

金属装配车间双跨等高厂房结构设

计

一．设计资料

（一） 设计题目：某金属装配车间双跨等高厂房 （二） 设计容：

1． 计算排架所受的各项荷载。

2． 计算各种荷载作用下的排架力（对于吊车荷载不考虑厂房的空间作用） 3． 柱及牛腿设计，柱下单独基础设计。

4． 绘施工图：柱模板图和配筋图，基础模板和配筋图。 （三） 设计资料：

1． 金属结构车间为两跨厂房，跨度均为21m，厂房总长54m，柱距6m。厂房剖面

如例图-1。

2． 厂房每跨设两台吊车，A4级工作制，吊车的有关参数见例表-1。

吊车的有关参数参数表 例表-1 吊车位置 起重量桥跨LK小车重g最大轮压大车轮距大车宽B车高H吊车总重（KN） （m） （KN） Pmax,k(KN) K（m） （m） （m） （KN） 左跨（AB） 200/50 19.5 70.1 187 4.4 吊车 右跨（BC） 200/50 19.5 70.1 吊车

3． 建设地点为东北某城市（基本雪压0.35KN/m,基本风压0.55KN/m，冻结深度

1.8m。

4． 厂区自然地坪下0.8m为回填土，回填土的下层8m为均匀粘性土，地基承载力

2

特征值fa=220，土的天然重度为17.5 KN/m，土质分布均匀。下层为粗砂土，地基承载力特征值fa=350，地下水位-5.5m。 5． 厂房标准构件选用及荷载标准值

（1） 屋架采用21m预应力折线型屋架，自重标准值95KN2

2

5.6 2.184 264 5.6 2.814 264 187 4.4 每榀屋架。

（2） 吊车梁选用钢筋混凝土等截面吊车梁，梁高900mm，自重标准值39KN/

根，轨道及零件自重0.8KN/m，轨道及垫层构造高度200mm。

（3） 天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架每侧传给屋架的竖向荷载为34KN

（包括自重，侧板，窗扇支撑等自重）

（4） 天沟板自重标准为2.02KN/m

22

（5） 维护墙采用240mm厚面粉刷墙，自重5.24KN/m。钢窗：自重0.45KN/m，

窗宽4.0m，窗高见剖面图（例图-1），维护墙直接支撑与基础梁上，基础梁截面240*450mm。基础梁自重2.7KN/m

6． 材料：混凝土强度等级为C25，柱的纵向钢筋采用HRB335级，其余钢筋采用I

级。

7． 屋面卷材防水做法及荷载标准值如下：

三毡四油防水层上铺小石子：0.4 KN/m

2

25厚水泥沙浆找平层：0.5 KN/m

2

100厚珍珠岩制品保温层：0.4 KN/m

2

一毡二油隔气层：0.05KN KN/m

2

二、结构计算简图

本装配车间工艺无特殊要求，荷载分布均匀。故选具有代表性的排架进行结构设计。排架的负荷围如例图-2（a）所示。结构计算简图如例图-（2）所示。下面来确定结构计算简图中的几何尺寸。 (a) 负荷范围 (b) （一） 排架柱的高度 1. 基础的埋置深度及基础高度： 考虑冻结深度及回填土层，选取基础至室外地面为1.8m。初步估计基础的高度为1.0m，则基础顶面标高为-0.95m。 2. 牛腿顶面标高确定： 由附表可得牛腿顶标高为7.6m，吊车梁高0.9m，轨道及垫层高度为0.2m。因此，轨顶标高为：7.6+0.9+0.2=8.7m 3. 上柱标高的确定： 如例图-1所示，上柱顶距轨顶2.4m，则上柱顶的标高为：8.7+2.4=11.1m 4. 计算简图中上柱和下柱的高度尺寸确定：

上柱高：HU =11.1-7.6=3.5m 下柱高：HL=7.6+0.95=8.55m 柱的总高度：.H=12.05m

5. 柱截面确定：上柱选矩形截面，下柱选工字形截面。

由表-13-8确定柱的截面尺寸，并考虑构造要求。

对于下柱截面高度h：由于下柱Hl?8.55m，吊车梁及轨道构造高度为1.1m，

因此，基础顶至吊车梁顶的高度Hk=8.55+1.1=9.65m<11m

下柱截面高度h≥HK/9=9.65/11=1.072m

下柱截面高度B≥HL /20=8.55/20=0.4275m。并且B≥400m

对于上柱截面主要考虑构造要求，一般截面尺寸不小于400*400mm。 对于本设计边柱，即A，C轴柱（例图-3（a）所示）： 上柱取500*500mm

下柱取500*1300*100mm

对于本设计中柱，即B轴柱（例图-3（b）所示）： 上柱取500*700mm

下柱取500*1500*100mm （a） （b） 例图-3 柱的截面详图 6. 截面几何特征和柱的自重计算

截面几何特征包括：截面面积A，排架方向惯性矩IX和回转半径RX，垂直于排架方向惯性矩IY和回转半径RY。单位长度柱的自重用G表示。 （1）A，C轴柱截面几何特征：

32

上柱：A=500*500=250*10mm G=25*0.25=6.25KN/m

364

IX=IY=（1/12）*500*500=5208*10 mm

1/2

RX=RY=（IX/A）=141.82mm 下柱：

332

IX=(1/12)*100*1300+4[(1/12)*200*100+200*100*600]+4[(1/36)*

2

25*(550-(25/3)) ]

64

=50109.38*10mm 333

IY=2*（1/12）*100*500+（1/12）*（1300-200）*100+4[（1/36）*25*200+

2

（1/2）*200*25*（50+（200/3））

64

=2333.33*10mm

R=（IX/A）=477.25mm

Y1/2

R=（IY/A）=102.99mm

（2）中柱B轴柱截面几何特征：

2

上柱：A=500*700=350*103mm

G=25*0.35=8.75KN/m

364

IX=（1/12）*500*700=14291.67*10mm

364

IY=（1/12）*700*500=7291.672*10mm

1/2

RX=（IX/A）=202.07mm

1/2

RY=（IY/A）=144.34mm

3

下柱：A=2*500*700+100*1300+4*1/2*25*200=240*10mm

G=25*0.24=6.00KN/m

332

IX=(1/12)*100*1500+4[(1/12)*200*100+200*100*700]+4[(1/36)*

2

200*25+1/2*200*25(650-(25/3)) ]

64

=71509.38*10mm 333

IY=2*（1/12）*100*500+（1/12）*（1500-200）*100+4[（1/36）*25*200+

264

（1/2）*200*25*（50+（200/3））=2350*10mm

1/2

RX=（IX/A）=545.85mm

1/2

RY=（IY/A）=98.95mm

为便于后面使用，各柱的截面几何特征列于例表-2。

例表-2 各柱的截面几何特征 A IX IY R柱号 36464（mm）（*10） （*10mm） （*10mm） A，C上柱 250 A，C下柱 220 B上柱 B下柱 350 240 5208 50109.38 14291.67 71509.38 5208 2333.33 7291.67 2350 X X1/2

G （mm） （KN/m） RY 144.3 149.3 6.25 471.2102.95 9 5.5 202.0144.37 4 8.75 545.85 98.95 6 二、荷载计算与计算简图的确定

把各荷载算至排架的相应位置 。 （一） 屋盖结构自重标准值（G1K）：

屋面均布荷载汇集：

2

三毡四油防水层上铺小石子：0.4KN/m

2

25mm厚水泥沙浆找平层：0.5KN/m

2

100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4KN/m

2

一毡二油隔气层：0.05KN/m

2

25厚水泥沙浆找平层：0.5KN/m

2

6m预应力大型屋面板：1.4KN/m 2

合计：3.25 KN/m

屋盖结构自重由屋架传给排架柱的柱顶G1K按负荷围计算：

其值为：屋面结构传来：3.25*6*21*0.5=204.75KN 天窗架传来：34KN

天沟板传来：2.02*6=12.12KN 屋架自重标准值：95/2=47.5KN 合计：G1K=298.37KN

对于A，C轴柱：G1AK=G1CK=298.37KN。对柱顶的偏心距e1A=e1C=250-150=100mm。如例图-4（a）所示。

对于中柱：GBK=G'BK=2*298.37=596.74KN。对柱顶的偏心距e1B=0。如例图-4（b）所示。

G1BK G1BK

例图-4 各柱G1BK作用位置

2．上柱自重G2K（见例-5）

对于边柱：G2A，K=G2C，K=6.25*3.5=21.875KN。其偏心距e2A=e2C=650-250=400mm 对于中柱：G2B，K=8.75*3.5=30.625KN。其偏心距e2B=0 3．吊车梁、轨道与零件的自重G3K（见例-5）

边柱牛腿处：G3A，K=G3C，K=38+0.8*6=43.8KN。其偏心距e3A=e3C=750-650=100mm 对于中柱牛腿处：G3B，K左=G3B，K左=43.8KN 。其偏心距：e3B，K左=e3B，K=750mm。 4．下柱自重G4K（见例-5）

对于边柱：G4A，K=G4C，K=8.55*5.5*1.1=51.78KN。其偏心距e4A=e4C=0 对于中柱：G4B，K=6.00*8.55*1.1=56.43 KN。其偏心距e4B=0 5．基础连系梁与上部墙体自重（G5K，G6K） ，（见例-5）

由于只在基础顶设置一道连系梁，因此，基础连系梁与上部墙体自重直接传给基础，故G5K=0。

为了确定墙体的荷载，需要计算墙体的净高：基础顶标高为-0.950m。轨顶标高+8.7m。根据单层厂房剖面图（见例图-1）：檐口标高为：8.7+2.4+1.4=12.5m。基